由污水污泥生產(chǎn)生物柴油的方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種由污水污泥生產(chǎn)生物柴油的方法和設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及 通過(guò)污水處理所產(chǎn)生的初級(jí)和次級(jí)污水污泥的油組分和脂肪酸的酯交換來(lái)生產(chǎn)生物柴油 的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 在韓國(guó)，污水處理期間產(chǎn)生的污泥總計(jì)達(dá)約9000噸/天，并逐年增加。然而，當(dāng) 水含量為85%或更高時(shí)，已經(jīng)禁止污水污泥的直接填埋，并且從2012年起也禁止海洋處置 (主要的處理方法）。因此，迫切需要一種穩(wěn)定地處理并處置污水污泥的技術(shù)方法。同時(shí)， 隨著能源安全和氣候變化的國(guó)際意識(shí)增強(qiáng)，已經(jīng)高度重視廢物資源（諸如污水）的能源轉(zhuǎn) 化技術(shù)。
[0003] 厭氧消化是當(dāng)前使用的污水污泥的內(nèi)陸處理技術(shù)，它引起了極大興趣。然而，已知 厭氧消化技術(shù)具有以下缺點(diǎn)：由于廢物活化污泥（次級(jí)污泥）中的長(zhǎng)鏈脂肪酸，消化速率 很差；轉(zhuǎn)化成燃料的污泥干燥中消耗的能量很高；并且產(chǎn)生難聞的氣味。同時(shí)，特別是在美 國(guó)，已經(jīng)做出了積極嘗試，將初級(jí)和次級(jí)污水污泥的油組分和活性污泥的（作為微生物的 磷脂膜所使用的）脂肪酸轉(zhuǎn)化成生物柴油。當(dāng)產(chǎn)自諸如污水污泥的有機(jī)廢物時(shí)，生物柴油 相比于沼氣在易于貯存和處理的方面上具有優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步地，隨著巨大的連鎖反應(yīng)的后續(xù) 繁衍，由污水污泥生產(chǎn)生物柴油在可再生能源生產(chǎn)和資源回收的方面上非常有價(jià)值。生物 柴油目前被視為傳統(tǒng)石化柴油的重要替代。韓國(guó)貿(mào)易、工業(yè)和能源部制定了到2030年國(guó)內(nèi) 分配率達(dá)到7%的目標(biāo)。然而，對(duì)于常規(guī)生物柴油的生產(chǎn)方法，在生產(chǎn)成本中在于非常高比 例的材料成本。具體地講，因?yàn)轫n國(guó)的耕地資源有限，所以在韓國(guó)生產(chǎn)植物類原料是非常困 難的。由于這些原因，韓國(guó)消耗的大多數(shù)生物柴油是進(jìn)口的。于是，使用污水污泥作為新的 生物柴油的原料在能源生產(chǎn)替代能源進(jìn)口和難以處理的廢物資源的回收管理的方面上是 非常重要且有價(jià)值的。
[0004] 對(duì)由污水污泥生產(chǎn)生物柴油的酯化技術(shù)的研宄仍停留在起步階段，并且大多數(shù)研 宄僅限于使用干燥的污水污泥作為材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在通過(guò)使用具有高沸點(diǎn)的疏水性助溶劑的酯交換來(lái)由污水污泥生產(chǎn)具 有高含量的脂肪酸甲酯的生物柴油。
[0006] 另外，本發(fā)明旨在通過(guò)適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂贫鴱奈勰嗟乃蟹蛛x出油和脂肪酸并且通 過(guò)使油和脂肪酸與甲醇反應(yīng)來(lái)提高由污水污泥生產(chǎn)生物柴油的酯化反應(yīng)的效率。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)生物柴油的方法，包括：
[0008] (a)在反應(yīng)罐30中將含水的污水污泥、混合溶液以及作為助溶劑的二甲苯或甲苯 加熱以誘發(fā)酯交換反應(yīng)，該混合溶液包括體積比為1:0. 01至1:0. 05的甲醇或乙醇和酸催 化劑；
[0009] (b)使步驟（a)中產(chǎn)生的混合蒸汽冷卻并冷凝以分離水性甲醇或乙醇溶液和助溶 劑的各層，隨后使助溶劑循環(huán)至反應(yīng)罐；
[0010] (C)將甲醇或乙醇進(jìn)一步添加至反應(yīng)罐以執(zhí)行酯交換反應(yīng)至完成，伴隨產(chǎn)生生物 柴油；和
[0011] (d)從水性甲醇或乙醇溶液、助溶劑和殘余固體中分離并回收生物柴油。
[0012] 另外，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)生物柴油的設(shè)備，包括：
[0013] 助溶劑容器10;
[0014] 溶劑容器20;
[0015] 反應(yīng)罐30,在反應(yīng)罐的上部位置設(shè)置有溶劑供給單元90和污泥供給單元80,溶劑 供給單元用于分別從助溶劑容器和溶劑容器中引入助溶劑和溶劑，在下部位置設(shè)置有用于 從反應(yīng)罐排出殘余污泥的污泥排出單元120,在中間位置設(shè)置有生物柴油排出單元110,并 且在頂部位置設(shè)置有水蒸汽排出單元100 ;
[0016] 冷凝器40,冷凝器連接至水蒸汽排出單元；
[0017] 液相分離器50,液相分離器用于從冷凝器中放出的冷凝的水性甲醇或乙醇的溶液 進(jìn)行分離；
[0018] 溶劑回收單元41，溶劑回收單元用于回收從冷凝器中排出的冷凝的溶劑；
[0019] 溶劑回收罐60,溶劑回收罐用于貯存由溶劑回收單元41回收的溶劑；和
[0020] 溶劑循環(huán)泵70。
[0021] 有益效果
[0022] 以使用高沸點(diǎn)的二甲苯或甲苯作為助溶劑為特征，由污水污泥生產(chǎn)生物柴油的方 法使得酯交換在沒(méi)有水抑制的情況下進(jìn)行，從而帶來(lái)以下優(yōu)點(diǎn)：降低待使用的甲醇量，并且 提高由脂質(zhì)或脂肪酸轉(zhuǎn)化脂肪酸甲酯的轉(zhuǎn)化率，以高產(chǎn)率地生產(chǎn)具有高含量的脂肪酸甲酯 的生物柴油。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式生產(chǎn)生物柴油的設(shè)備的示意圖。
[0024] (10 :助溶劑容器，20 :溶劑容器，30 :反應(yīng)罐，40 :冷凝器，41 :溶劑回收單元，50 : 液相分離器，51 :輸送機(jī)，52 :碳酸鉀供給泵，53 :甲醇或乙醇回收單元，54 :水排出單元，60 : 溶劑回收罐，70 :溶劑循環(huán)泵，80 :污泥供給單元，90 :溶劑供給單元，100 :水蒸汽排出單元， 110 :生物柴油排出單元，120 :污泥排出單元）。
[0025] 圖2是使助溶劑與甲醇或乙醇分離的冷凝器的示意圖。
[0026] 圖3是使甲醇或乙醇與水分離的液相分離器的示意圖。
[0027] 圖4是示出實(shí)施例1的脂肪酸甲酯的質(zhì)譜。
[0028] 圖5是示出比較例1的脂肪酸甲酯的質(zhì)譜。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面，將給出本發(fā)明的詳細(xì)描述。
[0030] 本發(fā)明提出了一種由污水污泥生產(chǎn)生物柴油的方法。該方法包括：
[0031] (a)在反應(yīng)罐中將含水的污水污泥、混合溶液以及作為助溶劑的二甲苯或甲苯加 熱以誘發(fā)酯交換反應(yīng)，該混合溶液包括體積比為1:0.0 l至1:0. 05的甲醇或乙醇和酸催化 劑；
[0032] (b)使步驟（a)中產(chǎn)生的混合蒸汽冷卻并冷凝以分離水性甲醇或乙醇溶液和助溶 劑的各層，隨后使助溶劑循環(huán)至反應(yīng)罐；
[0033] (c)將甲醇或乙醇進(jìn)一步添加至反應(yīng)罐以執(zhí)行酯交換反應(yīng)至完成，伴隨產(chǎn)生生物 柴油；和
[0034] (d)從水性甲醇或乙醇溶液、助溶劑和殘余固體中分離并回收生物柴油。
[0035] 污水污泥可以是初級(jí)或次級(jí)污水污泥，或可以是在干燥過(guò)程已經(jīng)被執(zhí)行之前的污 水污泥。污水污泥的水含量可以優(yōu)選為約0至85重量％，或者更優(yōu)選為約80至85重量％。
[0036] 甲醇或乙醇可被用作酯交換的溶劑。將酸催化劑添加至溶劑以提高初始反應(yīng)速 率。優(yōu)選地，甲醇或乙醇與酸催化劑的體積比的范圍為1:0. 01至1:0. 05。在該范圍內(nèi)，可 以以高產(chǎn)率進(jìn)行生產(chǎn)生物柴油。
[0037] 此外，酸催化劑可以選自由以下物質(zhì)組成的組，但不限于：硫酸、鹽酸、磺酸以及它 們的組合，且最優(yōu)選硫酸。
[0038] 二甲苯或甲苯可被用作助溶劑。因?yàn)檫@兩種助溶劑的沸點(diǎn)分別為138. 5°C和 lire，所以可以在酯交換反應(yīng)中分離出水。也就是說(shuō)，在加熱時(shí)，污