本發(fā)明涉及一種將污泥分級轉化生產液體燃料的技術，屬于污泥資源化利用領域。
背景技術：
污泥是污水處理后的產物，是一種由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒和膠體等組成的極其復雜的非均質混合物，具有有機質與水含量高、重金屬含量高和有害微生物含量高的特點。目前我國污泥處理技術一直落后于相應的污水處理技術，由于大量的污水經處理后成為污泥，其污染根源并未得到妥善處理。污泥的處理方式仍以傳統(tǒng)的填埋或焚燒為主，易造成環(huán)境二次污染，且無法將污泥中高附加值的有機物得以資源化利用。從技術層面上說，我國污泥處理處置主要考慮的是穩(wěn)定化的范疇，而資源化利用方面，則沒有太多考慮。污水污泥中“污染物”資源化回收利用是未來發(fā)展的趨勢，污泥是污水處理全過程資源回收利用的關鍵，所以在“十三五”期間污泥的資源化轉化將成為污泥處理的重要技術手段。
目前污泥資源化轉化利用方面存在的問題可以歸納為兩點：一、資源化轉化成本居高不下，缺乏行之有效的工藝流程，且工藝實施難度較高，導致資源化轉化項目投資較高；二、產品價格低，現有污泥資源化轉化工藝所得產品附加值低，無法通過提高收入來彌補污泥處理企業(yè)的收益。故無法使排污企業(yè)形成一條低成本、高產出的污泥處置模式，因而許多排污企業(yè)對污泥處置望而卻步。如何將污泥資源化處置，以污泥資源化產品的收益來支持污泥處置成本，企業(yè)在處置污泥的同時，又帶來一定的經濟效益，則會被更廣泛的接受。
專利CN102557366A公開了一種污泥的處理方法，采用超臨界水對污泥進行熱解反應，反應后的產物經分離后得到油品。由于該方法超臨界水的溫度和壓力條件苛刻，對于工業(yè)化連續(xù)運行設備材質要求很高，價格昂貴，增加了投資的成本，不利于該方法的實際工業(yè)化應用。
本課題組開發(fā)的專利ZL201310659027.7發(fā)明了一種污泥的處理方法，采用高溫高壓水熱液化方法將污泥中的有機質進行轉化，產物經分離后得到油品。由于該方法的水熱液化反應是在高溫條件下進行，容易引起污泥中的小分子有機質發(fā)生裂解而生成氣體產物，導致主要產品油的產率減少，從而影響經濟效益。
因此，目前迫切需要一種將污泥資源化轉化的更有效工藝方法。本工藝方法在較低溫度(低于300℃)和較低壓力(低于15MPa)下采用萃取的方法將污泥中的小分子有機質萃取出，避免了在后續(xù)高溫水熱液化條件下其發(fā)生裂解，有利于提高總油收率；另外，在萃取過程中污泥有機質中的雜原子官能團發(fā)生脫除反應，降低了后續(xù)高溫水熱液化脫雜原子的負荷，有利于油品質量的提高。綜上所述，本工藝方法具有工藝條件不苛刻、操作簡易、設備投資低及產品收率和質量高等特點，極具有工業(yè)化應用前景。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的是通過兩步方式將污泥中的有機質組分進行分離和分級轉化，最終得到高附加值的液體燃料。
本發(fā)明采用如下技術方案：
一種污泥分級轉化生產液體燃料的工藝方法，其特征在于，所述的方法為：首先將污泥中的輕質有機組分直接萃取出來作為液體燃料，然后采用液化的方法將污泥中的重質有機組分轉化為輕質組分作為液體燃料，從而達到污泥有機質的分級轉化；所述方法包括如下步驟：
1)污泥原料和溶劑1按質量比混合配成料漿，其中，溶劑1：污泥原料＝(0.1:1)～(10:1)；
2)在步驟1)所得料漿中充入萃取氣氛混合，于50～300℃、常壓至15MPa下進行萃取反應，得到氣體1、萃取液固混合物，過濾、分離萃取液固混合物后得到油相、水相和萃取殘渣，氣體1循環(huán)利用；
3)蒸餾油相，分離出溶劑1循環(huán)利用，得到輕油1；
4)水相、萃取殘渣、溶劑2和催化劑按質量比混合，充入液化氣氛，于300-450℃、10MPa～25MPa下進行液化反應，其中，水相：萃取殘渣＝(10:1)～(0：1)，溶劑2：萃取殘渣＝(10:1)～(0：1)，水相和溶劑2的質量不得同時為0，催化劑添加量占萃取殘渣的質量比例范圍為0-10％；
5)液化產物經分離后得到氣體2、溶劑2、輕油2、重油和殘渣，溶劑2循環(huán)利用，氣體2部分循環(huán)利用。
所述污泥原料為城市生活廢水污泥、工廠生產廢水污泥或它們的混合物(包括高含水的有機廢棄漿料)，上述污泥不必進行干燥處理。
所述的溶劑1為極性有機溶劑、非極性有機溶劑、供氫溶劑或它們的混合溶劑。
所述的溶劑2為水、極性有機溶劑、非極性有機溶劑、供氫有機溶劑或它們的混合溶劑。
所述的極性有機溶劑為選自甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、乙酸、乙醚、丙酮、四氫呋喃、氯仿等極性有機溶劑中的一種。
所述的非極性有機溶劑為選自苯、甲苯、正己烷、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳等非極性有機溶劑中的一種；
所述的供氫溶劑為選自萘、蒽和菲等稠環(huán)芳烴部分加氫產生的供氫溶劑中的一種。
所述的萃取氣氛為選自惰性氣氛、氧化性氣氛或還原性氣氛中的一種，
所述的液化氣氛為選自惰性氣氛、氧化性氣氛或還原性氣氛中的一種；
所述的惰性氣氛為氮氣，氧化性氣氛為氧氣或空氣，還原性氣氛為CO、H2或合成氣中的一種。
所述的氣體1為包括CO、CO2、H2、CH4及少量C2-C4烴類氣體和微量的H2S和NH3的混合氣體。
所述的輕油1為污泥經萃取后產生的溶于溶劑1的有機質。
所述的氣體2為主要包括CO、CO2、H2、CH4，及少量的C2-C4烴類氣體及微量的含S或N的氣體雜質的混合氣體。
所述的輕油2為萃取殘渣中有機質經水熱液化轉化而生成的可溶于正己烷的有機物。
所述的催化劑為選自金屬Fe、Co、Mo、Ni的化合物、堿金屬及堿土金屬化合物中一種或幾種。
所述的萃取時間和液化時間為30-120min。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：資源化轉化污水處理廠的污泥；污泥中的有機質組分進行能源化利用，作為高附價值的液體燃料；對原料污泥無特殊要求。具體體現為：針對污泥通常含有豐富的腐殖酸、蛋白質和碳水化合物，其中相當一部分可溶于特定的有機溶劑，因此首先通過有機萃取過程，將污泥中附加值較高的有機溶劑可溶組分分離出來，兼可避免這部分物質(在液化條件下這部分物質極易分解為小分子氣體)在后繼的液化反應中轉化為附加值低的氣體副產物；經過萃取后，污泥中90％以上的水轉入到水相中，實現了污泥中水的分離，而且該水相中含有大量的酸、醇、醛等化合物，是后續(xù)液化溶劑的合適成分；萃取后剩余的水相和殘渣進行直接液化反應，實現了水相中有機物和萃取殘渣中的較大分子有機物一并轉化為附加值高的液體燃料；經過上述萃取和液化反應后，污泥中絕大部分有機物得以轉化為液體燃料，剩余殘渣中有機物含量已極低，可以直接用作制磚或生產水泥等的原料，從而實現污泥資源化利用及零排放的目標。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的具體流程圖，同時也是本發(fā)明的具體實施方式的示意圖。
具體實施方式
實施例
為了進一步理解本發(fā)明的特點和性質，以下結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限定于這些實施例。實施例中的污泥均為上海石洞口污水處理廠的污泥(其工業(yè)分析和元素分析結果見表1)，其它污泥也具有類似的組成。
表1原料污泥的工業(yè)分析和元素分析
*差減法得到
實施例1：準確稱取100g原料污泥和300g正己烷，混合均勻形成漿料，加入到釜式反應器中，氮氣置換后，將反應器溫度升高至300℃(反應壓力11.3MPa)，在該條件下萃取30min；萃取結束后，得到氣體1和萃取液固混合物，將液固混合物過濾得到油水液體混合物和萃取殘渣；將油水混合物進行相分離，得到油相和水相，并將油相進行蒸餾處理得到輕油1和正己烷；將水相和萃取殘渣轉移至釜式反應器中，添加1gNa2CO3和100g四氫呋喃，充入4MPa的CO氣體，然后將反應器升至300℃(反應壓力15.1MPa)，液化反應30min；液化反應結束后，得到氣體2和液固混合物，液固混合物經分離后得到水、輕油2、四氫呋喃、重油和殘渣。
其中，氣體1為包括CO、CO2、H2、CH4及少量C2-C4烴類氣體和微量的H2S和NH3的混合氣體。
輕油1為污泥經萃取后產生的溶于溶劑1的有機質。
氣體2為主要包括CO、CO2、H2和CH4，及少量的C2-C4烴類氣體及微量的含S或N的氣體雜質的混合氣體。
輕油2為萃取殘渣中有機質經水熱液化轉化而生成的正己烷可溶的有機物。
實施例2～6：與實施例1進行類似操作，除了反應條件，溶劑1、溶劑2和催化劑也有所不同，其他步驟一樣。
實施例1～6的反應條件及結果見表2。
表2實施例1～6的反應條件及結果
※上述產物產率均以無水無灰基污泥質量為基準
由實施例可見，本發(fā)明回收了污泥中絕大部分有機質，得到高附加值的液體燃料，實現了污泥無害化、減量化、能源化和資源化利用。