CN101056968B - 淤浆脱水和将生物固体转化成可再生燃料的方法 - Google Patents

Abstract

在处理含生物固体的市政污泥和雨水市政满足排放标准时，即便脱水后生物固体仍常含有约80％束缚在生物固体死亡细胞中的水分，使生物固体具有负的热值。只有使用昂贵的外购燃料才能对其进行焚烧。将生物固体加热至其细胞结构受损并且此时较好释放二氧化碳以降低生物固体的氧含量。形成的炭是非亲水性的，它可有效地脱水和/或干燥并且是一种可行的再生燃料。还可在部分或平行的设施中加入常规的生物物质(工地(yard)和作物废物等)以补充这些再生燃料。同样，不可再生的亲水燃料也可与生物固体一起处理以进一步增加能量供应。

Description

淤浆脱水和将生物固体转化成可再生燃料的方法

技术领域

本发明涉及一种将生物固体转化成燃料的方法。

背景技术

来自污物和废水处理厂的淤泥及其所含的生物固体产生了严重的处置难题。水环境联合会(WEF)于1991年正式认可术语“生物固体”，目前该术语在世界范围内广泛使用。水环境联合会将术语“生物固体”定义为在废水处理过程中来自污物的泥状残余物。在废水处理过程中，细菌和其它细小生物将污物分解成更简单和更稳定状态的有机物。该有机物与细菌细胞团结合后沉淀析出，形成生物固体。根据USEPA的规定，符合处理和污染物目录标准的生物固体“可以被安全地再生并用作肥料以持续地改进并维持肥沃的土壤并促进植物生长”。

淤泥是生物固体(主要包括作为污物和废水处理副产品的死亡的有机细胞，因此其可排入开放的水系中)和不同量游离水的混合物。用机械脱水方法可至少部分脱除游离水分。除了游离水以外，所述生物固体还含有细胞束缚水，它含量最高可占生物固体体积的80％并且不可能用机械脱水方法脱除。这种淤泥中含有大量的水分使之具有高的负热值，结果将其焚化的成本高得惊人，因为需要大量的高成本燃料来驱除所述细胞束缚水。鉴于所述原因，目前通常将这种淤浆填埋或者用作可分洒在土地上的肥料，因为污物污泥通常含有例如氮和磷。但是，所述淤泥通常含有有害物质、发出不合需求的气味并由于重金属等会对土壤或填埋场造成严重的污染

在处理市政污物和雨水使之满足排放标准的方法中将固态组分浓缩成一种副产品(通常称为污物淤泥)。污物淤泥是死亡的有机细胞和其它固体的团聚物或物质(称为生物固体)，它混合有不同量的水，因此具有不同的粘度。不考虑生物固体物质机械脱水的程度，(机械脱水后)残留的生物固体物质通常含有约80％的水，因为所述水分大部分被限定在所述死亡细胞的内部，使该生物固体物质具有负的热值，造成生物固体实际不能用于贡献热值的用途。因此，生物固体仍然通过填埋或者洒在农田上作为氮肥和磷肥进行处置。但是，生物固体仍会含有活的病毒、病原体和有毒的重金属，与环境利益明显相悖，同时其高的含水量极大地提高了将其运输至使用场所的成本。

本发明对污物处理厂排出的原始生物固体进行加热以使所述细胞破裂，从而释放大量的细胞束缚水，加热的温度足以破坏细胞结构并释放出二氧化碳以降低所述生物固体的氧含量。加热的结果形成非亲水性炭，它能有效地脱水和/或干燥。这种炭是可行的再生燃料。

在本发明的另一个方法中，可以通过在同一个或者平行进行的设施中对生物物质(例如未处理的工地(yard)和作物废物等)进行转化来提高再生燃料的实用性。同样，本发明可对不可再生的亲水性燃料进行如此加工以进一步提高从生物固体提取的能量。

公众对可再生能源(常称为绿色能源)的支持度日渐升温。根据2003年5月的能源杂志，多家著名公司(包括通用汽车、IBM、陶氏化学和美国强生)宣布从“绿色”来源购买一部分其所需能源的计划。部分公司甚至宣布要用绿色能源替代其生产设施中使用的全部电力。石化能源供应巨头(例如Chevron、英国石油(BP)和壳牌石油)已经宣布其支持环境事业的计划。事实上，BP是太阳能板的重要供应商。世界能源署(WRI)有一个绿色能源市场开发集团，目标是到2010年开发1,000兆瓦(MW)新的有价格竞争力的绿色能源。

另外，超过十几个州的立法机构要求能源供应商分阶段提高再生能源的占比。纽约要求州政府机关到2013年必需使其总能源的25％购自可再生能源。目前纽约19.3％的能源是由可再生能源生产的(纽约公众服务委员会)。加州已通过立法，要求到2017年该州有20％的公用电力由可再生能源提供。事实上，加州的一个公用事业单位(太平洋煤气和电力(PG&E))登广告宣布目前其电力中有超过30％来自可再生能源。至少36家美国能源零售商提供替代的绿色能源。欧洲也认真对待可再生能源，计划到2020年有20％的电力来自可再生物。

常规的可再生能源一般来自太阳、风力、水电、地热、生物物质和沼气。目前存在的问题是怎样来满足对可再生能源的需求。对太阳和风力的利用正在增长，但是其基数非常小。水电和地热新增的适用地点有限并面临生态问题。沼气是有限的并且也受到污染环境的批评。目前未找到其它可再生能源来满足巨大的供需矛盾。

生物物质长期用作可再生能源。例如，将作为燃料的林木和农业副产品在炉子和燃烧器中与大量的空气一起低效率地机械燃烧已有数个世纪了。国家再生能源实验室(NREL)将生物物质定义为“可再生地获得的有机物。生物物质包括林木和其加工残余物、农作物和其废物、木材和木材废物、动物废物、家畜运作残余物、水生植物、速生林和植物以及市政工业废物”。根据Sandia国家实验室燃烧研究机构(CRF)的报告，燃烧占世界能耗的85％。如果生物物质能够对再生能源提供有意义的贡献，则它可以直接或间接地作为燃料。

目前，未将含细胞束缚水的污物淤浆及其所含大量的生物物质视为能源。由于其高的束缚水含量，生物固体具有负的燃料值，因此除非用外购的昂贵燃料进行加热，否则生物固体不能焚化。为了避免将生物固体分洒在土地上以消除或至少降低对环境可能的污染，对生物固体的这种焚化可能是必需的，但是其成本非常高昂，即焚化的额外热量必需来自所述燃料。

在美国每年产生的生物固体的量估计在7.1至略低于7.6百万吨(干)。自八十年代以来向海洋倾倒生物固体受到禁止，其主要的处置方法是将生物固体分洒在农田上作为肥料。其它处置方法是倾倒在填埋场随后焚化。

1998年报道欧洲产生7.2百万吨(干)生物固体，其中25％填埋处置。2005年生物固体的产生量有望增至至少9.4百万吨，其中土地分洒为54％、填埋降至19％、焚化增至24％，尽管焚化的成本估计为填埋的5倍。

2001年报道日本产生的生物固体为1.7百万吨(干)，其中40％被堆肥，其余的被焚化或用于制造水泥。

在污物处理厂剧烈机械脱水并消化后，生物固体的固体浓度也仅为约14-30％，通常不超过约20％，这意味着用现有的方法处理和脱水后，每吨生物固体伴生有约4吨水，大多数的水被束缚在死亡的细胞内。运输这些不活泼水的成本限制了其从源头(通常是废水处理工厂(WWTP))移动的距离。这些因素使生物固体具有负面的价值。结果，废水处理工厂必须付费让别人来处置这些生物固体，这种费用常称为“小费”。

因为处置生物固体的选择变得更具有挑战性并且处置设施远离其源头，因此处置成本和运输成本成为日趋增加的经济负担。为了减轻这种负担，工业上将目标集中在降低其体积和重量上。废水工业已经作出巨大的努力来从处理厂产生的生物固体除去水。典型的废水处理厂会使用离心机、压带机、旋转压缩机或其它方法物理地将水分从生物固体中压出。可以加入聚合物或其它化学品帮助脱水。然而，废水处理厂使用的这种机械脱水法不足以低成本地或者不能适当地减少束缚在生物固体中水分的量。

美国环境保护署按照“40CFR Part 503”规则将生物固体分成A级和B级。该规则主要涉及将生物固体施用于农田，它是有异议的并受到环保人士日趋增加的反对。例如，环保人士由于生物固体致病微生物(病原体和病毒)和重金属(例如铅、汞、镉、锌和镍)的含量以及其污染地下水质而谴责将其用作肥料。另外，环保人士提出了与生物固体相关的关于“生活质量”议题(例如生虫和气味)。因此，许多国家禁止将B类生物固体施于土地上，并且更多的国家和地区有望跟进。在70％生物固体属于B类的情况下，几个邻国禁止土地施用造成的小费几乎翻翻，由每干吨约125美元变成约210-235美元。

另外，生物固体高的细胞束缚水含量造成其难以在许多工业中进行焚化。例如，水泥工业是世界上第三大能源用户，每吨水泥需要相当于约470磅的煤。为了节约化石燃料，美国15家水泥厂使用燃料质量级的有害废物，约35家其它工厂使用废轮胎来补充化石燃料。日趋广泛使用的一种生物固体处置方法是将其在水泥窑中焚化。由于其净燃料值为负(因为必须燃烧附加的燃料(如煤)来驱除束缚在生物固体中的水分)，因此这种方法仅仅是可行的，因为水泥窑的运行者可例如从小费中得到收入。另外，在水泥生产中，生物固体所含的某些元素(例如氯、磷、钠和钾)是不合需求的，它们会不利地影响水泥的质量。

过去，要求处置生物物质一般总是伴随着试图从其获得热能以降低处置成本和填埋的环境负担。试图从这种材料提取能量的方法局限于燃烧低级燃料和固体废物。例如，由市政固体废物(MSW)形成燃料的现有方法一般着眼于加入碱以帮助除去所含的大部分以PVC形式存在于市政固体废物中的氯。另外，加工低级碳质燃料(例如亚烟煤和褐煤)的各种方法是本领域普通技术人员众所周知的。但是，在这两种方法中，均使用低级燃料作为原料。

业已提出了多种高温分解生物固体的方法，但是它们均例如着眼于解决这样的事实，即即使经常规的处理厂脱水后生物固体的含水量仍然是固体材料的约4倍。在估算资金和运行成本前应理解在蒸发全部水分前不可能达到高温分解的温度，蒸发全部水分至少需要每磅固体4000英国热量单位(Btu)，这些热量至多等于其燃料值。

如上所述，生物固体的处置日趋昂贵和有争议。本领域需要提供一种能干净和经济地处置生物固体的方法。本发明提供一种处置生物固体的方法，同时制造一种经济上更可行的可再生燃料。

鉴于单独的生物固体不能满足对可再生燃料日趋增长的需求，本发明将生物固体转化成有用燃料的方法可以结合从其它来源(例如生物物质)提取能量。因此，本发明提供一种方法和系统，用于将单独的生物固体或者与生物物质一起以环境友好的方式转化成可行的可再生燃料。

发明内容

如申请人理解的那样，生物固体主要包括带细胞束缚水分的死亡细胞。当施加足够的压力使所述水分保持液态时，将含生物固体的淤浆或淤泥加热至一个相对较低的第一温度，可导致该生物固体细胞的破裂，从而释放束缚在细胞內的水分，从而将所述生物固体由实践中不能脱水的物质转变成可容易地从中机械脱水的新燃料。对该生物固体进一步加热可附加地释放二氧化碳，从而降低该生物固体內氧含量，并将该生物固体转化成炭。经脱水后，该炭具有正的热值，可直接用作燃料，从而释放以前束缚在该生物固体内的热能。

例如，与废水处理厂(WWTP)相结合，本发明通过将所述生物固体转化成相对干燥的可燃烧物质而提供用作生产可行的可再生燃料的方法。在许多情况下，本发明方法可废水处理厂已有的下游结构集成在一起。因为经处理的生物固体基本不含束缚的水分，因此来自细胞的游离水分可被送回废水处理厂。残余的细胞物质的亲水性变得很小，使之具有正的热值，并使之能以非常低廉的价格运输至所需的目的地。如果该废水处理厂装备有厌氧菌致分解段，则生成的气体可支持利用该操作使用的燃料进行流体脱氧。病原体被摧毁，并且当对脱水的生物固体进行充分加热使之碳化时，形成的炭产物中大多数不溶于水的杂质(包括钠、钾、硫、氮、氯和有机化合物)的含量下降，它们会随过量的水一起被分离除去。生物固体炭是能源领域的新兵，对于许多耗能工业它是一种低成本、可再生的燃料。

尽管焚化和填埋处置是可接受的，但是最有生成价值的是使用生物固体炭，此时其能量储备得到利用。例如，在一个实例中，本发明方法是设备与水泥窑结合使用以提高水泥窑的热效率和随水泥制造，同时处置否则会产生不合需求的废物的生物固体。另外，生物固体中的惰性材料可成为产物的一部分。因此，用这种方法不仅生物固体中的热值受到利用，而且惰性物质不会不利地产生副产品。

由于生物固体是以粘性淤浆形式产生的，因此除混合均匀外不需要进行制备步骤。在压力下将生物固体加热至细胞壁破裂的温度以后，进一步加热所述生物固体使细胞明显发生分子重排，以二氧化碳形式释放其大部分的氧，这种加热步骤使有机物碳化并产生容易焚烧的所谓的炭。用于分子重排所需的温度是不确定的，但是通常为177-315℃(350-600°F)。该严酷的水解条件使阴离子解脱使之溶解在水相。以前受束缚的阳离子(例如钠和钾)也同样容易溶解于水并随后除去和/或受处置。

与焚化(原始的)生物固体相比，在水泥窑或专门的焚烧炉中生物固体炭正的能含量明显降低了必须外购的补充燃料的用量。另外，大量的可溶性阳离子(燃烧炉中低温炉渣的来源并且在水泥中是不合需求的)随游离水一起被分离。

水泥窑和焚烧设施要求所述炭较好具有最高的脱水程度，从而使产生的并使用的湿固态“炭”仅含约40-50％的水，约为原料生物固体含水量的十五分之一。或者，出于运输和运行考虑，这些设施要求炭较好是经干燥的并经压实会造粒的。本发明能够提供这两种形态的炭。

另外，本发明生物固体炭(带有或不带有例如来自其它物质如生物物质的炭)提供适合其它各种消费燃料的工业(包括鼓风炉、铸造厂、动力锅炉、电力工业、造纸工业和其它使用化石燃料工业)使用的燃料。例如，本发明设想一种绿色的电站，它将生物固体炭加入一个粉碎燃料或流化床燃烧器来产生蒸汽，或者加入一个气化器，将干净的燃料气体加入一个集成的燃气气轮机组合循环。

此外，本发明制得的炭可以，如合成氨技术中实践的那样，通过部分氧化形成燃料气体(大部分为一氧化碳和氢气)随后通过水煤气变换并分离二氧化碳而作为氢燃料电池的原料。可以根据石油精炼工业已知的步骤采用“催化裂解”、“延迟焦化”和“氢化裂解”将本发明制得的炭“精炼”成液体燃料。

尽管本发明从经济上和生态上涉及生物固体的处置，但是它可以结合处理其它物质(主要是需要处置的生物物质)，包括但不限于造纸淤泥、食品废物、农业废物、猪厩肥、养鸡垃圾、牛厩肥、稻壳、甘蔗渣、绿叶废物、市政固态垃圾、医用垃圾、废纸、木材和木材垃圾、棕榈油残余物、来自垃圾的燃料、牛皮纸工厂的黑色母液和短期轮作的能源作物以及亲水性不可再生的燃料，例如低级煤。

具体地说，本发明涉及一种将生物固体转化成经济上可行的燃料的方法，它包括向该生物固体施加足够的压力使之保持液态，将该受压的生物固体加热至足以使细胞破裂的温度，随后释放出二氧化碳，释放形成的炭糊浆的压力，从炭糊浆中分离出二氧化碳，从炭糊浆中分离除去至少一部分水相以提供至少部分脱水的炭产物以便后续使用。另外，本发明涉及使该脱水的炭产物与包括氧气的气体反应，从而将其燃料值转化成热能，并使用所述热能或焚化所述燃料。

总而言之，本发明提供一种经济上可接受生物固体处置方法并向各种能量消费者(例如水泥窑和电厂)提供能量。另外，本发明提供：

·一种提高可再生燃料的利用率和环境可接受性的方法；

·一种将填埋废料的量减至最小的方法；

·一种降低将填埋废料的湿气(水含量)的方法；

·一种提高可再生燃料灰烬软化点的方法以减少污垢和炉渣的方法；

·一种将不一致的固体燃料(例如农业和林业废物和/或造纸淤泥)转化成一致燃料的方法；

·一种将大体积燃料转化成密实的并且容易储存和运输的燃料的方法；

·一种将容易腐败的燃料转化成可储存而不易分解的消毒燃料的方法；

·一种经济的方法用于助燃不相容燃料；

·一种将液体脱氧和至少一个废水处理厂、水泥窑和热电站热有效地结合在一起的方法；

·一种干燥生物固体随后将其引入水泥窑或其它类似设施的方法；

·一种降低加入水泥窑和其它燃烧器的水量的方法；

·一种利用液体脱氧帮助处理复合给料的方法；

·一种利用生物固体和其它生物物质灰烬的方法；

·一种除去(并回收)生物固体或其它生物物质中元素(例如磷、氯或二氧化碳)的方法；和

·一种从生物固体或生物物质中除去水的方法，以进一步精炼所述物质、或者降低处置成本或者作肥料利用。

因此，本发明提供一种以经济和环境友好的方式处置下水道和废水处理厂淤泥的方法。所述方法是环境友好的，因为最终产物是无臭的灰烬并且不含有害物质(例如病毒和病原体)，所述灰烬体积小并容易处置。本发明方法是经济上可行的，因为其直接的原因在于处理厂的运行者愿意支付小费来处置这些难以处置的污泥淤浆，另一个原因在于所述污泥将被转化成具有正热值的燃料，该燃料可用于产生额外的收入或以产生的热能或者所需的产品等作为支付手段(例如用提取的热能归还信贷)。

由本发明的描述和附图可更清楚地了解本发明的其它实例。

附图说明

下列结合附图的详细描述可清楚地了解本发明的其它特点和优点：

图1是本发明方法的流程图，说明将生物固体转化成作为可再生能源的高能密实淤浆或干固态燃料；

图2是使用本发明方法的废水处理厂流程图；

图3是使用本发明方法的水泥窑流程图；

图4是使用附加燃料(如低级煤)和本发明方法的热电站的流程图；

图5是将本发明方法与热干燥器结合并用于水泥窑的流程图。

具体实施方式

图1说明将生物固体转化成可行的可再生燃料。生物固体可以淤泥的形式通过管道107由相邻的废水或污泥处理厂(WWTP)输送至原料罐106。或者，生物固体可以由卡车108运输并由淤泥泵109经管道110输送至原料罐106。

或者，原料罐106可通过多个途径接受生物固体并起混合容器的作用，从而使稀的生物固体与稠的更粘的生物固体混合，形成更容易泵送的物料。出于该目的还可采用混合并成淤浆设施104。

另外，所述原料罐106或所述混合并成淤浆设施104还可以用作加入聚合物以降低生物固体淤浆的含水量的设施，或者用作加入水(如果淤浆的粘度成为问题时)的设施。

可加热原料罐106以提高生物固体的粘度。此外，可例如在原料罐106和泵送装置111之间增加一个剪切或研磨步骤。这种剪切或研磨可获得减压阀门116所需的低粘度和粒径均匀性。加热过程中，剪切和研磨还可增高泵送装置111的性能，并使该系统适用更高固含量的物料。

在一个实例中，增加一个筛选装置以除去大粒径物料来提高研磨、泵送装置111和/或减压阀门116的性能。例如，可在原料罐106和泵送装置111之间放置一个筛选装置。在另一个实例中，可将原料罐106或类似的装置用于加入螯合剂或其它合适的化学试剂以除去生物固体中的磷或其它元素。

将原料罐106中的所述生物固体淤浆加压至这样的压力，即在随后的加热操作过程中淤浆中的水分将保持液态。例如，在一个实例中，所述淤浆的压力约为400-1200psi。在另一个实例中，所述淤浆的压力约为250-1600psi。考虑到淤浆会很粘稠并会带有溶解的气体，因此必须注意，如同螺旋输送器那样，在泵送装置上装上一个净吸压头(NPSH)(水力的或者机械辅助的)。

为了减少泵送装置111的工作量，另一个实例(图中未表示)在泵送装置111和减压阀116之间增加一个增压泵。减少泵送装置111工作量的另一种方法(图中未表示)是向泵送装置111加入游离水或经活化的淤浆。

将生物固体泵送通过热交换器112和113，随后通向反应器114。在穿过热交换器112时，该淤浆与热的液态传热流体(HTF)(例如Therminol 59)进行热交换而被加热在另一个实例(图中未表示)中，通过直接或间接地与蒸汽进行热交换而加热该淤浆。离开热交换器112时淤浆的出口温度约为150-315℃(300-600°F)，较好为200-260℃(400-500°F)。在穿过热较好器113时，淤浆被进一步加热至所需的温度，此时生物固体细胞的壁发生破裂并释放束缚在该细胞壁内的水分。通过与热液态传热流体进行热交换较好进一步调整温度以便使生物固体细胞的其它组分被碳化，使之转化成炭。在另一个实例中，适用可蒸发的热交换流体(例如Therminol

VP-1)的冷凝蒸气来将生物固体加热至所需的温度。在另一个实例中，该温度约为200-260℃(400-500°F)。在另一个实例中，所述温度约为150-260℃(300-500°F)。在再一个实例中，所述温度约为260-350℃(500-650°F)。

尽管热交换器的设计对本发明不是关键的，但是每个热交换器可包括两个或多个外壳。所述外壳可以是平行的或者串联的。在一个实例中，热交换器112和113串联排列从而使生物固体淤浆依次通过热交换器112和热交换器113。

反应器114可包括一个或多个平行或串联的反应器，它为生物固体提供在升温下的滞留时间以便先使生物固体的细胞破裂，随后完成氧化反应以便将细胞组分转变成炭。尽管本文讨论的是连续反应，但是本发明还涉及间歇的或者半间歇的反应。如本领域的普通技术人员已知的那样，对间歇反应器的加热方法与加热连续反应的方法相似。例如，间歇反应器可通过直接注入蒸汽、加热盘管或其组合进行加热。

代替反应器114的一种合适的设备(图中未表示)是反应-汽提塔。这种塔带有侧面对侧面的折流板(或其它蒸汽-液体接触介质)，折流板的排列使得来自热交换器112部分加热的淤浆下降流与蒸汽的上升流接触，从“再沸器(等同于热交换器113)”汽提二氧化碳，并在反应-汽提塔的底部接受炭淤浆。该反应-汽提塔顶部至底部的温度梯度大致为热交换器112的淤浆出口温度至稍低于所述简单反应器的出口温度。在一个实例中，所述温度梯度约为200-260℃(400-500°F)。在另一个实例中，所述温度梯度约为150-315℃(300-600°F)。离开所述反应-汽提塔顶的二氧化碳含有明显量的水蒸汽，需要在另一个冷凝器中进行冷凝以蒸馏水分使之从二氧化碳中分离，二氧化碳则通过管道118离开。尽管仍需要减压阀116和分离器117，但是很少有二氧化碳需要在该分离器中进行分离。

离开所述反应器(或多个反应器)的淤浆被成为炭淤浆，它主要由被破坏的生物固体的细胞(被束缚的水已从该细胞离开)组成并且该被破坏的细胞已经发生流体脱氧(即以放出二氧化碳为标志的分子重排)，导致固体碳含量明显上升而固体氧含量明显下降。例如，炭试样的固体碳含量升高约2-15％，交换升高约4-12％。在一个实例中，固体氧含量下降约35-50％。在另一个实例中，淤浆的固体氧含量下降约30-70％。

炭淤浆由反应器114流向热交换器115，在热交换器115它将热交换给液态传热流体(HTF)而部分冷却，所述液态传热流体通过管道142来自热交换器112。在一个实例中，所述炭淤浆被冷却至约150-200℃(300-400°F)。在另一个实例中，离开热交换器115的炭淤浆的温度约为100-260℃(200-500°F)。所述液态传热流体(HTF)的流动循环还包括液态热交换流体接受器139、液态热交换流体泵140和连接管道141、142和143。

热交换器112和115的作用可以用单独的一个热交换器来完成，冷的淤浆料流由该热交换器的一侧流入而热的炭淤浆由另一侧流入，它需要使淤浆同时流经管道和外壳。在该热交换器管道侧的沉积物会相对容易清洗。但是在外壳侧的污垢则难以洗去，并且产物对产物热交换器的热交换系数非常低。因此，本发明将这种热交换分用两个热交换器，以干净的传热流体作为“中介”，热的和冷的淤浆均位于管道一侧，仅仅只有干净的热交换流体在外壳一侧。两个热交换器的作用基本相同(仅仅只有辐射损失不同)，循环热交换流体的温度范围使之本身达到热平衡。

在一个实例(图中未表示)中，将离开反应器114但仍处于压力下的经反应的生物固体循环回经加压的但未进入反应器114的生物固体淤浆中，以便在生物固体细胞破裂和脱氧前对其加热并降低该生物固体淤浆的粘度。

经蒸发的热交换流体经管道145从接受器144流向热交换器113的热端，在该热端通过传递热量部分加热所述生物固体淤浆而得到冷凝，随后经管道146流回接受器144。液态传热流体通过自然对流(或者如果压降有要求的话，通过一个装炉泵(图中未表示))由接受器144流经火焰加热器147的盘管，它受到燃料源148提供的热量而部分蒸发并流回接受器144。在一个实例中，所述燃料源是天然气、丙烷、燃料油、炭淤浆、炭或其任意的组合。在另一个实例中(图中未表示)，使用一个燃烧装置(例如流化床)来利用炭、炭淤浆或炭和外部燃料源或废物源的组合。在另一个实例中(图中未表示)，使用气化器来利用炭、炭淤浆或炭和外部燃料源或废物源的组合。在再一个实例中，使用锅炉来产生蒸汽来产生热量。所述锅炉可使用炭、炭淤浆或炭和外部燃料源或废物源的组合。

热交换流体泵149从接受器144的底部进行抽吸并将液态可蒸发的热交换流体循环至设施135，作为热源来干燥炭。在达到该目的后，它通过管道150回到接受器144。所述泵149还提供其它辅助加热服务(图中未表示)，例如循环至反应器114的夹套以防止热损失。

在热交换器115部分冷却后，变成流体形态的炭淤浆流经一个冷却器119，在该冷却器内与来自管道120的废水处理厂冷却水进行热交换，使其温度减至接近环境温度。所述经冷却的炭糊浆由冷却器119流向一个自动减压阀116，该减压阀用于所述水性糊浆保持足够的压力以免汽化。减压阀116将炭淤浆的压力减至一个高于大气压的标称压力。这可通过释放气体和溶解的二氧化碳(该二氧化碳在分离鼓117中从炭淤浆中分离)而实现。所含的二氧化碳是通过管道118从分离鼓117排出的、。

减压阀116遭受严酷的条件并且堵塞的可能性大。但是可实施某些步骤来将这些困难的条件减至最小。例如，如前面所述，可在减压阀116之前的任何加工段进行研磨和筛选。另外，在减压阀116之前如图所示对流经热交换器115后的经反应的淤浆进行进一步冷却可减少析出的气体的量，并减缓通过减压阀116的颗粒的加速度。本领域的普通技术人员可理解多种冷却技术适合于本发明。冷却技术可包括用废水处理厂冷却水冷却的错流壳和管热交换器或双管热交换器。

由于在储存罐121或分离鼓117会产生泡沫，因此在两个或多个段通过减压来控制泡沫是有利的。在另一个实例中，使用喷嘴由分离鼓117的下部向该分离鼓117喷射一个侧流可控制泡沫。

部分溶解的二氧化碳在罐121中得到分离并通过管道137排出。如果二氧化碳是有用的或者有市场，则可对该二氧化碳气体和在分离鼓117析出并通过管道排出的二氧化碳一起进行纯化。否则，该气体会被收集并通过火焰加热器147的火焰进行排放以破坏产生气味的气体的轨迹和/或回收能量。每吨经加工的湿生物固体约释放25-27磅二氧化碳。可使用必要的污染控制装置来处理二氧化碳中的硫化合物。所有的排放气体均导向火焰加热器147以破坏产生气味气体的轨迹。

液态炭淤浆由罐121的底部流向脱水设施122，设施122使用一个或多个市售的液-固机械分离装置从炭固体中分离游离水分。合适的分离设备可包括，但不限于，增稠器、水力旋流器、离心器、压力和真空旋转过滤器、水平过滤器、皮带旋转压机等。

罐121中的液态炭淤浆含有一定的热量，可较好地用于通过加入螯合剂或其它化学试剂来除去原始生物固体中所含的磷或其它元素的步骤。前面讨论过的螯合剂也适合用于本发明方法的该反应段。

炭固体通过运输装置123离开脱水设施122。部分或全部炭固体被导向喷射器124，在喷射器124中炭固体与来自管道125的足量的水混合，形成可泵送的高能量密度的燃料淤浆。该燃料淤浆积聚在罐126中以便通过燃料淤浆泵151和管道152根据需要经管道或槽罐车卸载。或者，可用运输装置127和128将潮湿的炭运输至潮湿炭料斗136，如需将其卸载至料斗底部的卡车156。

或者，可将部分或全部离开脱水设施122的炭通过运输装置127导向一个干燥和/或造粒设施135，该设施使用市售的设备将所述固体干燥并密实或造粒。干燥所需的热量是由热液态热交换流体的气流提供的，所述热液态热交换流体的气流来自热交换流体泵149泵送的可蒸发的热交换流体接受器144，在提供所需的热量以后，所述热液态热交换流体的气流经管道150回到所述接受器。经干燥的炭燃料积聚在干炭筒仓153内以备卸载至料斗底部卡车155并运输至市场。在一个实例中(图中未表示)，在积聚在干炭筒仓153之前，先冷却干燥的炭燃料。在另一个实例中，将经干燥的产物储存在氮气覆盖层下以便在该产物未直接由该设施卸载时防止发生爆炸和着火。由干燥器135蒸发的水分流经冷凝器138，冷凝物经管道输送至一个游离水容器。

在一个实例中(图中未表示)，干燥设施135所需的热量可由流化床、锅炉或来自气化器的燃烧气体中的至少一种方法产生。干燥所需热量的燃料源可以是炭、炭淤浆、或炭和外部燃料源或废料源的组合中的至少一种。在一个实例中(图中未表示)，使用来自相邻废水处理厂浸煮器的气体作为燃料用于本发明方法的加热器和干燥器中的至少一个。

尽管图中未表示并且也不是完全可再生的，但是可将在干燥设施135中经干燥但未造粒的炭导向一个混合设施，在该设施中将其混入燃油。该技术类似于八十年代开发并试验的煤-油混合(COM)方法。尽管不符合现有的燃油规范，但是这种加合将低成本地增加热值并在某些情况下降低含硫量。这种新燃料对于灰烬不是问题的用户(例如水泥窑和鼓风炉)是有兴趣的。尽管可使用各种等级的蒸馏或残留燃油，但是最佳的是质量不合格的废油、炼油厂燃料、用过的润滑油等。所述油-炭淤浆也可用作设备(in-plant)燃料。

在设施122内由潮湿的炭中分离的游离水经管道129流入游离水罐130，游离水泵131将其由游离水罐130经管道132泵送至一个粉碎和成浆设施104或储存罐106，和/或经管道134将其泵送回废水处理厂(WWTP)。根据废水处理厂处理的速度规模，可以在预处理设施133中用已知的工业方法经济地进行部分预处理，可将所述预处理设施的污泥传送至干燥设施135。如前面所述的那样，可在氮气覆盖下或者用其它方法储存经干燥的产品以防分叉爆炸。

尽管结合对大量生物固体(该生物固体常积聚在市政污泥和废水处理厂)的处理对图1的方法流程进行了描述，但是本领域的普通技术人员可以理解除了生物固体以外还可采用本发明通用方法对其它物质(例如生物物质)进行脱水，以提高燃料的产生量。例如，流体状生物物质废料(如造纸和纸再生污泥)可通过槽罐车108、管道107或者泵109和管道110进行装料，如果该废料含有明显量的氯化合物，则加入至少与该氯等化学当量的碱(图中未表示)。可使用已知的技术(例如美国专利5,685,153所述的技术，该文献以引用的方式插入本文作为本发明的一部分)将固态状生物物质废料(例如来自农业和林业的废料)通过传送机101装料至所述粉碎和成浆设施104。低级碳燃料(例如Powder River Basin亚烟煤)也可通过传输装置102输送至设施104，或者与上述其它物料一起输送至输送104。可根据需要经管道132向该设施加入循环水会经管道103向该管道加入新鲜水以达到规定的淤浆粘度。如前面描述生物固体时所述的那样，经管道105将形成淤浆的亲水性物料输送至储存罐106。

业已注意到用图1例举的系统制得的生物质炭具有高活性。碳分子的这种性能对气化设施是有用的，或者适用于将其作为原料制造氧化的有机化合物的化工厂，所述氧化的有机化合物包括低分子量化合物如乙酸、醇、醛和酮，和高分子量清洁剂、表面活性剂、增塑剂、润滑油添加剂等。炭气化将来可能的用途有将该气体中的CO转化为CO₂和H₂，随后分离二氧化碳形成氢气用于燃料电池。这种分离较好使用与Oak Ridge National Laboratory和Eltron Research合作为Energy(DOE)FutureGen项目的美国分部开发的新型金属-陶瓷膜。

图2是根据本发明运行的废水处理厂(WWTP)和与其相邻的本发明有效的生物固体处理设施结合在一起的流程图，所述生物固体处理设施采用流体脱氧将生物固体经济地转化成可燃材料，结果从废水处理厂生物固体中除去大部分的水分，尤其是束缚在生物固体细胞內的水分，所述水分会使运输成本和从生物固体中蒸发水分的成本急剧上升，从而造成生物固体的利用不可行。废水处理厂厌氧菌致分解产生的可燃气体可用于提供所述脱氧所需的热量，从而节省购买燃料的成本。另外，来自废水处理厂的经处理的水可作为流体脱氧单元用于形成淤浆的水。此外，所述废水处理厂还可处理来自所述脱氧单元的污水。

具体地说，废水处理厂201经一根或多根管道203接受排放的雨水并经一根或多根管道204接受污泥。采用已知的技术，废水处理厂通常使用经管道205通入的空气并通过传输系统206加入各种惯用的添加剂(例如凝聚剂和石灰)。对污泥和废水进行这种常规的处理产生沼气，该沼气经管道207离开该废水处理厂作为本发明的燃料源。该处理产生的粘性污泥淤浆(即生物固体的淤泥或淤浆)经管道208离开污水处理厂。固体的浓度通常约为3-40％，平均约为20％。由于生物固体含有约80％的束缚水，因此将其运输至可接受的处置场、将其带水焚烧或者试图对其物理脱水均是昂贵的。

采用图1所示方法的脱氧单元202尽可能靠近该生物固体源安装。通过使构成生物固体的细胞结构破裂并从其分子中释放二氧化碳，可容易地使该淤浆机械脱水至含有约35-65％固体。将现在可分离的水(游离水)(约90％原料生物固体中的水)经管道211循环至废水处理厂，在该废水处理厂它可经膜预处理、除氨工艺、厌氧菌至分解工艺或反渗透工艺处理。经干燥，所述炭仅剩下其原料生物固体重量的约15-17％，从而节约了大量的将其运输至使用场所或处置场所的运输费用。

未干燥的低含水量炭经合适的装置210出料，并可通过合适的传输设备或运输设备212输送至就近的填埋场。同样它可通过装置213输送至就近的焚烧炉，与焚烧相应的原料生物固体相比，焚烧未干燥的低含水量炭仅需很少的燃料。另外，经干燥的或者未经干燥的炭均可经装置214输送至就近的水泥窑，与处理相同量的原料生物固体相比，使用所述炭明显减少需购买的燃料的量。所述炭还可经装置215输送至化工厂，凭借其高的活性该炭可容易地转化成燃料或合成气体、转化成氧化的化合物、转化成碳纤维、用于制造肥料和/或用于填埋。所述低含水量的炭可以可泵送淤浆的形式或者以干颗粒的形式经装置216输送至热电站，其高活性使之容易地用低过量空气有效地燃烧，并具有高的碳烧尽率。

与物料流的意义相同，如虚线217所示的能量流是一种以小费形式由污水处理厂支付给生物固体处理单元的金钱流。所述小费是污水处理厂支付给所述处理单元所有者用于处理生物固体的费用。

由于在初始阶段上述新燃料的供给是低的，所以最好在当地使用。因此，接受这种新燃料的一个第一燃料使用者可能是水泥窑运行者，因为他可以更大程度地容忍其高的含灰量。其它合适的使用领域是鼓风炉和铸造厂，因为它们习惯燃煤或炭并且习惯将灰烬与其它杂质一起形成炉渣。随着生物固体炭的供应增加，将有兴趣推广给一般煤用户(包括热电站)使用，这种用途将在其余的附图中更详细地描述。

例如，图3是将生物固体转化成可燃的较好是碳化材料用于水泥窑燃烧的有效生物固体处理设施的流程图。在这方面本发明突出极大地降低的含水量(否则该水分会随原料生物固体一起进入水泥窑)，从而显著增加消耗的生物固体的量，相应地增加处理者受到的小费收入和加至水泥窑中的热值。

具体地说，使用图1所示方法的流体脱氧单元301尽可能靠近一个或多个废水处理厂(生物固体的来源，用输送装置303表示)安置。通过使生物固体细胞壁破裂并同时释放二氧化碳(以管道304表示)，可容易地使形成的炭机械脱水至含约35-65％固体。将目前可分离的水(约90％原料生物固体中的水)通过管道305循环回废水处理厂或者将其作为循环水用于加工淤浆。

浓淤浆状、湿固体状或干固体状的炭可经输送装置306输送至水泥窑302。Portland水泥的基本组分(石灰石、粘土和页岩)通过管道307、308和309装入，经研磨和混合后通过管道310加入水泥窑。在一个预处理段，这些组分与热的烟道气体逆流接触，这可提高温度以除去结晶水并锻烧石灰石。在靠近预处理段的底部，经管道311加入废可燃物(如用过的轮胎和破碎的沥青)。为获得所需的温度，如有必要可向预处理段的下部注入燃料(例如煤、油或煤气)以及助燃空气并点燃。随后将经预处理的混合物出料至水平旋转窑的一端。

在经预处理的组分行进至该旋转窑另一端的过程中，通过在出料端点燃初级燃料和经助燃空气风扇(图中未表示)和管道313输送的相应的助燃空气，将其进一步加热至使其发生反应所需的温度并形成水泥熔渣，所述初级燃料(可含有生物固体炭)是通过管道312输送的。

烟道气体(从中已经回收了大部分可感知的热量)经排空风扇和粉尘回收装置(图中未表示)通过管道314离开水泥窑。水泥熔渣在与助燃空气进行热交换后经管道315离开水泥窑。冷却的水泥熔渣经研磨并与石膏混合后形成portland水泥。

生物固体中的大部分灰烬组分是Portland水泥可接受的，除了可溶性阳离子(钠和钾)和硫酸根和氯离子以外，这些离子主要进入液体脱氧单元的排出物并通过管道305循环回废水处理厂。磷是例外，它通常以不可溶的形式被铁束缚。很可能由于磷含量的缘故造成给定的水泥窑限制生物固体炭的用量。由于脱氧单元301制得的炭的磷含量可能会太高从而限制水泥溶渣中可接受的生物固体炭的用量，因此可通过管道316加入螯合剂溶液(或其它稳定剂)以萃取部分这种元素。随后含磷的萃取物经管道317排出并以这样的方式对其进行处置，即防止其循环回废水处理厂。

以干重量计，生物固体中无机组分可高达约50％。生物固体中这种固有的灰烬可减少分别由管道307、308和309输入的石灰石、粘土和页岩的量。如果脱氧单元301靠近水泥窑302放置，则可在水泥窑302中利用部分废水水流305进行冷却或用于其它目的，或者用于减少氮氧化物，脱氧单元301可利用来自烟道气流314的废热或其它废热流(包括辐射热)作为其系统的处理用热，包括加热进料物料、处理用热或者干燥反应产物。由管道304析出的二氧化碳可导入水泥窑302用于回收热量或减少气味。

与物料流的意义相同，如虚线318所示的能量流是一种以小费形式由污水处理厂支付给处理单元301和302的集合的金钱流。一部分费用如虚线319所示支付给脱氧单元301的所有者，其余的如虚线320所示支付给水泥窑302的所有者。

图4是有效的生物固体处理设施401简化的流程图，所述生物固体处理设施靠近热电站402并与其相结合，使用脱氧法将生物固体转化成可燃材料。单元401可参见图1，加料来自废水处理厂的生物固体。但是，由于可用于经济型热电站的生物固体供应不足以满足其燃料需求，因此它还采用一组液体脱氧处理步骤，加料一系列可再生的生物物质和/或亲水性低级化石燃料。对于部分或全部这些潜在的燃料，采用脱氧步骤使之具有低亲水性并且更均匀和热有效地在热电站402中燃烧。热电站402采用一系列常规和非常规的燃烧系统，利用汽轮机或燃气轮机循环，最终产生电力用于当地市场和/或国家电网。

生物固体经管道403加入脱氧单元401。或者，经输送装置404加入单独的生物物质废料(如造纸厂污泥或来自农业或林业的废料)或将该生物物质废料与所述生物固体一起加入，并且任选地经输送装置405加入亲水性低级化石燃料。经管道406加入形成可泵送加料的淤浆所需的水。按照图1所示进行处理后，将过量的水经管道407循环回废水处理厂或用已知的方法处理后经管道407排放。均匀的经脱水的高能量密度炭淤浆或者经干燥和造粒的炭经输送装置408输送至电站402。

用已知的方法中的一种燃烧经输送装置408输送的炭或炭淤浆，形成用于产生蒸汽的热能，该蒸汽膨胀，通过汽轮机推动发电机。或者所述炭或炭淤浆可部分氧化(用空气或市售的氧气)成燃料煤气，煤气随后在燃气轮机的燃烧器中燃烧推动发电机，燃烧产生的热废气产生蒸汽用于集成的汽轮机驱动的发电机。可根据已知的方法完成炭的部分燃烧，分离出灰烬作为流体炉渣，或者可根据美国专利5,485,728(该文献全文以引用的方式插入本文作为本发明的一部分)完成炭的部分燃烧，该文献报道在水性淤浆中分离灰烬颗粒。

由于可获得炭的燃料能量可能不足以产生满足市场要求的电量，因此可通过输送装置410供应补充化石燃料。用于生物物质和/或化石燃料炭燃烧的空气经管道411提供。在用适用的已知污染控制设备处理后电站402燃烧产生的烟道气体经烟囱412排放。

一种控制常压锅炉氮氧化物排放的已知方法是在主火焰区上方过度燃烧一种活性燃料。由于生物固体炭的挥发物含量和高活性，所以它是一种适合此目的的合适的燃料。因此来自输送装置408的一部分炭可通过输送装置416输送由于减少氮氧化物。其联合产生的产物(即电力)经电缆417输送。

为了简化起见，将生物固体处理单元401显示为这样一个单元，即其容量和原料供应能向电站402提供足够的炭燃料。在实际安装中，一个处理单元401可靠近电站402放置，并且一个或多个这样的处理单元401可安装在靠近原料源的其它位置。这使得操作者在挑选对具体物料最佳的脱氧化温度上具有弹性。在这种情况下，可通过公路或铁路将干炭运输至电站402，或者在经济上可行的话可通过管道输送水性淤浆形式的炭。以小费的形式由废水处理厂支付给脱氧单元的金钱流用虚线418表示。

图5是包括热干燥器单元501和水泥窑502的集成装置的简化的流程图。热干燥器单元501尽可能靠近一个或多个水泥窑502放置，其购造在原理上与图3所示的并结合图3所述的相同，不过不对生物固体脱氧。生物固体经输送装置503提供。通过向原料生物固体细胞施加热量，束缚在细胞中的水被蒸发并经管道505离开用于涤气(scrubbing)并冷凝。或者经管道517引回水泥窑在该窑中作为补给水或者用于减少氮氧化物。

形成的干生物固体经管道506导入该水泥窑，在该水泥窑中其热值和灰烬的价值得到利用。用管道507、508和509经管道510将主要组分(例如图3所示的组分)加入该窑。如图3那样，经管道511向预处理段加入可燃废物(例如用过的轮胎和粉碎的沥青)。如图3那样，分别经管道513和512加入助燃空气和主燃料。水泥熔渣经管道515由水泥窑出料。

尽管热干燥在蒸发水分的潜热方面存在固有的能量负担，但是通过与水泥窑组合并利用经管道518输送来自该窑的热量可完全或部分消除这种负担。更具体地说，烟道气体(通常经管道514输送至合适的处置点)可经管道516输送至该热干燥器，从而使热干燥器501在蒸发从生物固体析出的水分时减少对初级燃料的需求。

由上面简要描述可见，由于可供应的生物固体炭比所需的通用燃料少几个数量级，因此可在一个液态脱氧单元中共同处理其它物质(例如生物物质)，或者在平行的设备中处理所述其它物质，并且在用作燃料前将形成的炭掺混在一起(例如可参见美国专利5,485,728)。有多个场所(例如加利福尼亚的Hawaii(生物固体、菠萝和甘蔗废物)和Sacramento(生物固体、稻壳和稻草))提供淤浆共脱氧或平行脱氧。尽管需要加碱来中和氯，但是造纸和纸循环污泥是补充亲水生物物质的其它可靠来源。这些方法提供将各种来源统一为均匀的液态或固态炭淤浆燃料。

实施例

下列实施例仅说明用于实施本发明的方法和系统，并非用于限制本发明的范围。

实施例1

在一个连续的试验工场对来自两个废水处理厂(一个位于Atlanta Georgia，另一个位于Riverside California)的生物固体进行前面所述的处理，产生下列产物并进行产物分析，下面的结果不计水分和灰烬：

     Atlanta生物固体    Riverside生物固体

碳        57.73             62.53

氢        7.48              9.26

氮        7.90              7.52

硫        3.02              1.17

氧        23.86             19.52

合计      100.00            100.00

        Atlanta炭产物      Riverside炭产物

碳          70.19               69.98

氢          8.85                7.68

氮          8.63                8.45

硫          1.42                8.86

氧          10.9                15.04

合计        100.00              100.00

如希望的那样，析出二氧化碳导致碳含量上升并相应地减少氧含量。两种组分的废气组成如下：

             Atlanta废气    Riverside废气

二氧化碳        89.7％         92.8％

挥发性有机物    10.0％         6.0％

硫化合物        0.3％          1.2％

合计            100.0％        100.0％

理论实施例1

美国西南部的一个水泥窑的产量为3,200吨/天。为了达到形成水泥“熔渣”所需的温度，它烧低级煤并通过加入橡胶轮胎废料补充部分燃料。在预热无机物和助燃空气以后，在烟道气中有感觉的热量可以每天20吨(干)的量有利地干燥并焚烧来自地区废水处理厂的生物固体。尽管每吨干生物固体组分伴随有约4吨水(使生物固体具有负的热值)，然而来自小费的收入弥补了必须燃烧的额外的煤的成本。但是所述生物固体的用量受到蒸发水分所需热量的限制，并受到烟道气体增加体积的限制(它提高了压降和风扇马力)。

使用本发明，该水泥窑可使用在一个或多个附近废水处理厂用本发明方法脱水和脱氧的生物固体。因此，以前与原料生物固体一起加入的水中有80-94％不再进入该水泥窑，使之可多用数倍的脱氧材料而无需额外的热量或受风扇马力限制。该水泥窑处置的生物固体可增加约700％，相应地增加了小费。

除了实施例以外或者除非另有说明，否则在说明书的下列部分中所有数值范围、量、数据和百分数(例如用于表达材料的量、反应时间和温度、比值等等的数值范围、量、数据和百分数)前均带有一个“约”，即便所述术语“约”未明显地出现在所述数值、量或范围前。因此，除非具有相反的说明，否则在下列说明书和所附权利要求中的数值参数均是近似值，随本发明所要获得的性能而异。

尽管限定本发明宽范围的数值范围和参数是近似的，但是具体实施例给出的数据是尽可能精确的。但是所有数据本身均会带有一定的来自其测试标准偏差的误差。另外，当本文给出不定范围的数值范围时，可使用包括引用的数据在内的这些数据的组合。

本文描述的和要求保护的本发明不限于具体实例的范围，因为这些实例仅用于说明本发明的各个方面。各种等同实例也在本发明的范围内。事实上，本领域的普通技术人员由前面的描述可容易地得知除了本文给出的各种实例以外的本发明各种改进。这种改进也落在所附权利要求的范围内。本文所引用的所有专利和专利申请均以引用的方式全文插入本文作为本发明的一部分。

Claims (39)

1.一种将生物固体转化成燃料的方法，它包括下列步骤：

提供生物固体，它包括细胞和细胞束缚水；

向所述生物固体施加足够的压力以保持液态；

将所述加压的生物固体加热至足以使细胞破裂的第一温度，从而释放细胞释放水，形成破裂的生物固体细胞淤浆；

将所述破裂的生物固体细胞淤浆加热至足以从生物固体析出二氧化碳的第二温度，形成包括炭化的破裂的生物固体细胞的炭淤浆；

使所述炭淤浆降压；

从该炭淤浆中除去至少部分游离的细胞束缚水，形成至少部分脱水的破裂的生物固体产品；

热干燥所述至少部分脱水的破裂的生物固体产品。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括从所述炭淤浆分离二氧化碳。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于除去至少部分游离的细胞束缚水形成了至少部分脱水的炭产物，所述方法还包括使该炭产物与包括氧气的气体反应，将其热值转变成热能，还包括利用该热能和焚烧该燃料步骤中的至少一个步骤。

4.如权利要求2述的方法，其特征在于在下游提供一个增压泵以降低对所述泵排出压力的要求。

5.如权利要求2述的方法，其特征在于将来自除去步骤的游离水循环至提供生物固体的步骤，以降低对所述泵排出压力的要求。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述除去步骤包括从炭淤浆除去水溶性组分。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述从该淤浆中除去至少部分游离的细胞束缚水的步骤还包括以蒸汽的形式从所述淤浆和所述部分脱水产物中的至少一种除去游离水的步骤，形成干产品。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述干产品是干的炭产品，所述方法还包括将所述干的炭产品于燃油混合，形成煤-油混合物。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述淤浆是炭化的破裂生物固体细胞的炭淤浆，所述方法包括将所述炭淤浆与燃油混合，形成煤-油混合物。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述淤浆是炭淤浆，并且所述至少部分脱水的破裂的生物固体产品是炭产品。

11.如权利要求10所述的方法，它还包括将炭产品运输至化工厂，并将该炭产品转化成合成气、油、氧化的化合物、碳纤维、肥料添加剂和其组合中的至少一种产品。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述除去步骤还包括将至少一部分水相循环至所述提供步骤。

13.如权利要求10所述的方法，它还包括对从炭淤浆中除去的水进行预处理。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于预处理所述水相得到甲烷气体。

15.如权利要求13所述的方法，它包括将至少一部分经预处理的水循环至所述提供步骤。

16.如权利要求13所述的方法，它还包括向从碳化淤浆中除去的水中加入螯合剂。

17.如权利要求1所述的方法，在所述施加步骤前它还包括向所述生物固体中加入至少一种水、热量、蒸汽及其组合。

18.如权利要求1所述的方法，在所述施加步骤前它还包括研磨和剪切所述生物固体的步骤。

19.如权利要求1所述的方法，在所述施加步骤前它还包括筛选所述生物固体的步骤。

20.如权利要求1所述的方法，它还包括在降压前冷却淤浆和降压后冷却淤浆中的至少一个步骤。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于所述冷却步骤在降压步骤前进行。

22.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述分离二氧化碳的步骤还包括下列步骤中的至少一个：

将二氧化碳排放至大地和大面积水系中的至少一种；

将二氧化碳纯化并用于碳酸饮料、压力灭火器、喷雾罐推进剂、制冷剂和惰性屏蔽气体中的至少一个用途；

将二氧化碳作为可混合的溢流剂用于第三纪采油；

它们的组合。

23.如权利要求1所述的方法，它还包括使所述淤浆与所述加压的生物固体进行热交换。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于所述热交换步骤在所述施加步骤前进行。

25.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述炭产物与包括氧气的气体反应形成的灰烬产物被至少一种水泥窑、建材、堆肥或肥料产品中的至少一种所利用。

26.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述加热包括用蒸汽作为加热介质。

27.如权利要求1所述的方法，其特征在于二氧化碳气体中所含的硫在分离步骤析出，所述方法包括用污染控制设备除去硫。

28.如权利要求1所述的方法，它包括下列步骤：

在水泥窑中燃烧所述干产品，形成含有至少一部分灰烬的燃烧的生物固体；和

使用一部分灰烬来减少加入水泥的石灰石、粘土和页岩的量。

29.如权利要求10所述的方法，它还包括由该炭产品提供热能的步骤。

30.如权利要求10所述的方法，它还包括收取由于接受该生物固体而应收的金钱或应收帐款并以产生附加值的方式处置该炭产品。

31.如权利要求1所述的方法，它还包括：

从下水道污水或废水处理厂以污泥的形式接受生物固体物质，并从该工厂收取由于接受污泥而应收取的费用；

除去足够量的游离细胞水，将该生物固体转化成具有正热值的物质；

利用该物质的热值来产生其它价值。

32.一种将生物固体转化成可再生燃料的方法，它包括下列步骤：

提供生物固体，该生物固体包括细胞和细胞束缚水；

将该生物固体制成可泵送的淤浆，它是通过至少一个下列步骤实现的：研磨；加入至少一种新鲜水、循环水、蒸汽；或其组合；

向所述生物固体淤浆施加足以使其保持液态的压力，形成加压的生物固体；

将该加压的生物固体加热至第一温度，所述第一温度足以使细胞破裂，释放细胞束缚水并从该生物固体析出二氧化碳，形成水性炭淤浆、二氧化碳和游离水；

使该生物固体炭淤浆降压；

从该生物固体炭淤浆中分离二氧化碳；和

从该生物固体炭淤浆中除去至少一部分游离水，形成低氧含量的脱水生物物质的炭产物；

热干燥所述脱水生物固体的炭产物。

33.如权利要求32所述的方法，其特征在于所述生物物质包括至少一种造纸污泥、纸再生操作形成的污泥、农业和林业废物、泥煤、食品废物、猪厩肥、养鸡垃圾、牛厩肥、气其它动物厩肥、稻壳、甘蔗渣、绿叶废物、市政固态垃圾、棕榈油残余物、来自垃圾的燃料、牛皮纸工厂的黑色母液和短期轮作的能源作物。

34.如权利要求32所述的方法，其特征在于所述第一温度为200-345℃。

35.如权利要求32所述的方法，其特征在于所述提供步骤还包括提供一种用于溶解生物物质中至少一种形成污染或炉渣的元素的化学试剂。

36.如权利要求32所述的方法，它还包括将所述水性炭淤浆冷却至低于第一温度的第二温度。

37.如权利要求32所述的方法，它还包括使用相邻废水处理厂的沼气作为加热步骤的燃料。

38.如权利要求32所述的方法，它还包括使用脱水生物物质的炭产物作为水泥窑燃料的步骤。

39.一种将至少一种生物固体、生物物质和低级化石燃料转化成再生燃料的间歇方法，它包括：

提供至少一种生物固体、生物物质、低级化石燃料或其组合；

将所述提供步骤的物料形成可泵送的淤浆，它包括至少一个下列步骤：研磨；添加至少一种新鲜水、循环水；和其组合；

对所述可泵送的淤浆加压，使之保持其液体状态；

将该加压的淤浆加热至足以使细胞破裂的温度，形成包括低氧含量、二氧化碳和游离水的炭淤浆；

将仍处于压力下的淤浆循环回上述未实施所述加热步骤的经加压的淤浆中；

使该炭淤浆降压；

从该炭淤浆分离二氧化碳；和

除去该炭淤浆中的至少一部分水，形成至少部分脱水的炭产物。