用于處理有機(jī)材料的可移動熱處理方法
【專利說明】用于處理有機(jī)材料的可移動熱處理方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年7月31號提交的美國臨時專利申請序列第61/860,461號的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部公開內(nèi)容明確地并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開內(nèi)容涉及有機(jī)材料的處理。更具體地，本公開內(nèi)容涉及用于處理有機(jī)材料的熱處理系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0004]有機(jī)材料例如來自污水處理廠及廢水處理廠(wastewater treatment plant，WWTP)的污泥是重要的處置問題。該污泥一般包含通常稱為生物固體的固體與不同量的自由水的混合物。
[0005]生物固體內(nèi)的大量細(xì)胞結(jié)合水使得含有生物固體的污水污泥難以處置。特別地，焚化污水污泥的成本極高，原因是細(xì)胞結(jié)合水使得生物固體具有凈負(fù)的較低熱值。類似地，如果污水污泥被熱脫水，由于將水從污水污泥蒸發(fā)所需的能量，該過程可能具有凈負(fù)的能量平衡。另外，運(yùn)輸污水污泥的成本龐大，原因是細(xì)胞結(jié)合水影響污泥的重量。通常WWTP必須支付“小費(fèi)”以讓另一方處置其生物固體。目前含有生物固體的污泥被陸埋、陸堆、或干燥以及用作肥料。然而，這些處置方法可能具有不利的環(huán)境影響，例如產(chǎn)生不期望的氣味以及生物固體中所含的活致病生物體、有毒重金屬和/或其它化學(xué)品化合物或藥品化合物污染土壤或地下水。僅在美國每年就產(chǎn)生大約710萬干(短)噸至760萬干(短)噸的生物固體，歐洲和亞洲每年也產(chǎn)生類似量的生物固體。因而，合適的處置方法是重要的。
[0006]除了對合適的處置生物固體的方法的迫切需求，還存在對增加利用可再生或“綠色”能源的增長的公眾呼聲。公知的可再生能量形式包括太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮埽@些能源缺乏充足的供應(yīng)。生物質(zhì)材料例如鋸末、農(nóng)作物和農(nóng)業(yè)廢料以及工業(yè)廢料很早就用作可再生燃料。另一方面，之前由于其中所含的大量細(xì)胞結(jié)合水，生物固體沒有被視為可再生能源。如上文所討論的，生物固體中的大量細(xì)胞結(jié)合水顯著影響焚燒生物固體的成本和運(yùn)輸生物固體的成本兩者。
[0007]因此，需要用于處理以及處置有機(jī)材料的新系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本公開內(nèi)容提供了用于處理有機(jī)材料的熱處理系統(tǒng)和方法。在主要操作模式中，系統(tǒng)處理未消化的材料以分解有機(jī)材料以增強(qiáng)消化或后處理被消化的材料以生成可再生的燃料產(chǎn)品。
[0009]另外，為了滿足各種規(guī)模的廢水處理廠，除其它問題之外，可以通過將用于處理和處置有機(jī)材料的新系統(tǒng)和方法安裝在滑軌上以使其可以在各設(shè)施之間進(jìn)行運(yùn)輸來實(shí)現(xiàn)一些大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0010]根據(jù)本公開內(nèi)容的一個示例性實(shí)施方案，提供了一種用于處理含有有機(jī)材料和水的物料的可移動熱處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含:可移動支承結(jié)構(gòu);漿化裝置，其從物料產(chǎn)生固體含量為約16%固體或更少的漿料;栗，其用于將漿料加壓至高于水在后續(xù)高溫下之飽和壓力的壓力;熱輸入裝置，其連接至可移動支承結(jié)構(gòu)，將被加壓的漿料加熱至足夠用于細(xì)胞裂解和炭形成的高溫；以及反應(yīng)裝置，其連接至可移動支承結(jié)構(gòu)，提供在所述高溫下對被加熱的楽料進(jìn)行熱處理的保持時間。
[0011]根據(jù)本公開內(nèi)容的一個示例性實(shí)施方案，提供了一種用于處理含有有機(jī)材料和水的物料的可移動熱處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含:可移動支承結(jié)構(gòu);漿化裝置，其從所述物料產(chǎn)生漿料;第一栗，其將所述漿料加壓至高于水在第一高溫下之飽和壓力的第一壓力;第一熱輸入裝置，其在所述第一栗的下游連接至所述可移動支承結(jié)構(gòu)，將被加壓的漿料加熱至所述第一高溫;第二栗，其在所述第一熱輸入裝置的下游連接至可移動結(jié)構(gòu)，將所述被加熱的漿料進(jìn)一步加壓至高于水在第二高溫下之飽和壓力的第二壓力；第二熱輸入裝置，其在所述第二栗的下游連接至所述可移動支承結(jié)構(gòu)，將所述被加壓的漿料進(jìn)一步加熱至足夠用于細(xì)胞裂解和炭形成的所述第二高溫；以及反應(yīng)裝置，其連接至可移動支承結(jié)構(gòu)，提供在所述第二高溫下對所述被加熱的漿料進(jìn)行熱處理的保持時間。
[0012]根據(jù)本公開內(nèi)容的另一示例性實(shí)施方案，提供了一種用于處理有機(jī)材料的熱處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含:消化有機(jī)材料的消化器，該消化器具有輸入端和輸出端；以及加熱有機(jī)材料的熱輸入裝置，該熱輸入裝置與消化器的輸入端選擇性連通以在消化之前分解未消化的材料或者與消化器的輸出端選擇性連通以加熱來自消化器的被消化的材料。
[0013]根據(jù)本公開內(nèi)容的又一示例性實(shí)施方案，提供了一種用于處理有機(jī)材料的方法。該方法包括如下步驟:利用可選的漿化使消化前或來自消化器的有機(jī)材料中固體的期望濃度為低至0.5%、1%、2%、5%或高至12%、20%、25%、60%的濃度范圍或者可以在任一對前述值之間限定的任意范圍內(nèi)；利用栗將處于期望濃度的經(jīng)消化材料栗送連續(xù)穿過換熱器以對材料進(jìn)行預(yù)熱，該栗適于栗送具有以下粘度特征的未消化或經(jīng)消化的材料，所述粘度特征為低至0.5%、1 %、2%、5%或高至12%、20%、25%、60%的范圍內(nèi)或者可以在任一對前述值之間限定的任意范圍內(nèi)的固體濃度在低至50華氏度、100華氏度、200華氏度或高至500華氏度、600華氏度或750華氏度的溫度范圍或者可以在任一對前述值之間限定的任意范圍內(nèi)具有的典型粘度特征;經(jīng)由向換熱器與反應(yīng)器之間的管道中注入蒸氣來進(jìn)一步加熱材料，在低至50華氏度、100華氏度、200華氏度或高至500華氏度、600華氏度或750華氏度的溫度范圍或者可以在任一對前述值之間限定的任意范圍內(nèi)將材料保持在連續(xù)流動管反應(yīng)器中，反應(yīng)器中的保持時間為低至30秒、5分鐘或15分鐘或高至20分鐘、60分鐘或2880分鐘或者可以在任一對前述值之間限定的任意范圍內(nèi)；使被加熱的材料流過具有未加熱材料的換熱器以進(jìn)行熱交換。通過流經(jīng)壓力控制閥降低換熱器之后經(jīng)加熱材料的溫度和壓力；可選地在符合U.S.EPA A級規(guī)定所要求的病原體熱滅活標(biāo)準(zhǔn)所需的溫度和時間條件下在降低的溫度和壓力條件下流經(jīng)第二容器；以及可選地利用水用作冷卻介質(zhì)的第二換熱器進(jìn)一步降低加熱的經(jīng)消化材料的溫度。
[0014]根據(jù)本公開內(nèi)容的又一示例性實(shí)施方案，提供了一種集成式可移動系統(tǒng)，其用于以固體濃度在按重量計(jì)低至0.5%、1%、2%、5%或高至12%、20%、25%、60%的范圍內(nèi)或者可以在任一對前述值之間限定的任意范圍內(nèi)的漿料的形式以每天低至0.5干噸、I干噸、5干噸、10干噸或高至50干噸、100干噸、500干噸、1000干噸或者可以在任一對前述值之間限定的任意范圍內(nèi)的經(jīng)消化污泥的速率處理有機(jī)材料，該系統(tǒng)包含如下中至少之一:高壓進(jìn)料栗;套管(pine-1n-pine)式或螺旋式換熱器;連續(xù)流動反應(yīng)器;壓力控制閥；用于在高于或等于所述高溫的溫度下容納泥漿持續(xù)符合病原體滅活規(guī)定所需的另外時間的輔助容納罐槽(holding tank);互連管道;用于測量溫度和壓力的分析裝置；以及安全運(yùn)輸和安裝可移動系統(tǒng)所需的結(jié)構(gòu)元件。
[0015]根據(jù)本公開內(nèi)容的又一示例性實(shí)施方案，提供了一種系統(tǒng)，其用于以固體濃度在按重量計(jì)低至0.5%、1%、2%、5%或高至12%、20%、25%、60%的范圍內(nèi)或者可以在任一對前述值之間限定的任意范圍內(nèi)的單獨(dú)漿料類型或混合漿料類型的漿料的形式以每天低至0.5干噸、I干噸、5干噸、10干噸或高至50干噸、100干噸、500干噸、1000干噸或者可以在任一對前述值之間限定的任意范圍內(nèi)的組合漿料的速率處理來自廢水處理廠的組合的一次和二次處理污泥以及需氧或厭氧消化的污泥，該系統(tǒng)包含如下中至少之一:污泥漿化過程，該污泥漿化過程用于將固體濃度增加至按重量計(jì)低至0.5%、1%、2%、5%或高至12%、20%,25%,60%或者可以在任一對前述值之間限定的任意范圍內(nèi)；高壓進(jìn)料栗;換熱器;流動反應(yīng)器;壓力控制閥；互連管道;用于測量溫度和壓力的分析裝置;污泥脫水過程，其用于去除離開反應(yīng)器的低至5%至99.9%或前述范圍之間的任意濃度的漿料固體并且將所述固體保持為含有按重量計(jì)高達(dá)5 %,15%,25%至65、75 %、90 %或可以在任一對前述值之間限定的任意范圍內(nèi)的固體的半固體污泥餅的形式，并且產(chǎn)生過濾的水流，例如但不限于來自離心脫水裝置的濾清液(centrate);以及需氧或厭氧生物處理，其用于經(jīng)由生物氧化或生物轉(zhuǎn)化成適于經(jīng)由燃燒產(chǎn)生能量的甲烷來去除過濾的水流內(nèi)的殘留的溶解有機(jī)化合物。
[0016]根據(jù)本公開內(nèi)容的又一示例性實(shí)施方案，提供了一種系統(tǒng)，其用于以固體濃度在按重量計(jì)低至0.5%、1%、2%、5%或高至12%、20%、25%、60%的范圍內(nèi)或者可以在任一對前述值之間限定的任意范圍內(nèi)的單獨(dú)漿料類型或混合漿料類型的漿料的形式以每天低至0.5干噸、I干噸、5干噸、10干噸或高至50干噸、100干噸、500干噸、