CN102947661A - 用于从固体物质中回收利用易挥发的成分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从固体物质（10）中回收利用易挥发的成分的方法，其特征在于如下方法步骤：-借助于过热的水蒸气干燥（12）固体物质（10），-从闭合的循环（23）中抽出多余的蒸汽（14），-从多余的蒸汽（14）中回收利用（18）易挥发的成分。

Description

用于从固体物质中回收利用易挥发的成分的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在利用过热蒸汽进行干燥时从过热蒸汽中回收利用易挥发的成分的方法。

背景技术

在传统的干燥过程中，例如利用暖空气或热空气对流干燥潮湿的生物质时，由于排出空气损失了有价值的易挥发的成分，例如像芳香物质。

在储存固体或液体有机残留物时，例如像污水或粪肥时，由于挥发而损失了氨。出于多种原因这是不期望发生的。第一，氨是有价值的原材料，其合成制造是极耗费能量的。第二，氨是空气有害物质且在浓度较高时对健康有害。

对在发酵生物质用于获取沼气时遗留的作为液体或固体的残留物的发酵残留物来说存在类似的问题。在发酵时胺并未分解。来自基质的大部分氮留在发酵残留物中。通过分解过程，一部分有机溶解的氮转化为胺，从而在厌氧分解期间胺的份额甚至增大。在水溶液中，基于pH-值和温度，胺氮作为铵离子或氨存在。因此，在储存和施用发酵残留物时，存在氨气体排放增大的危险。在利用传统的干燥方法干燥发酵残留物时同样出现氨排放。

由WO2009/018997A1已知了一种用于分离易挥发物质，尤其是芳香物质的方法。其中多余的蒸汽被导入单级的冷凝器中，并在那里液化。得到的液体随后继续导入萃取装置中，以便把挥发性物质与冷凝的水分离。轻且易挥发的物质由于离心力和重力逐渐变为气相，并聚集在装置的上部部分中。借助于惰性气体，例如蒸汽（饱和蒸汽）把轻且易挥发的物质带走，并导出至冷凝器中。在那里又被冷却且浓缩。另一方面，水由此向下流动并在下方分离。

在大气压下以循环作用方式通过利用过热水蒸气进行干燥来实现从固体物质把热水排出。在干燥期间，固体物质的潮湿成分转化为气相。从固体物质吸收的湿气变为多余的蒸汽，由于在闭合的循环中气体的体积增大，该蒸汽应该从干燥室中排出。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于从固体物质中回收利用易挥发的成分的改进的方法。

根据本发明的方法的优点是，多余的蒸汽不是首先全部被液化，接着易挥发的成分通过再次过渡至气相而费力地分开，而是直接从气相分离易挥发的成分。因此，节省了再次蒸发的、能量密集的方法步骤。

此外还提出，通过精馏进行易挥发的成分的分离。通过这种热工艺以简单的方式实现了，即通过合适地选择压力和/或温度参数，在方法步骤中通过多阶段的冷凝使多个易挥发的成分同时且彼此分开地由气相分离且作为有用材料回收利用。

在根据本发明的方法的设计方案中提出，通过由气相的洗去进行易挥发物质的分离。气体洗涤器是结构上简单的工艺技术的仪器且进而可利用小的设备花费且价廉地安装。

根据本发明的方法的另一个设计方案提出，对气相进行冷凝并在添加合适的离子的情况下通过结晶进行易挥发物质的分离。首先，合适的离子在此是那些与易挥发的成分在化学反应中形成不易溶解的盐的离子。例如氨，其与浓缩的硫酸反应生成硫酸铵。如此得到的盐可以用作用于缺氮的土壤的肥料。

然而也可以设想一种离子添加物，其如此移动相平衡，即溶解在液相中的成分由于结晶而作为固体物质析出。接着该固体物质可以通过简单的机械的（分离）工艺分离。

当在利用过热的水蒸气干燥之前通过机械的方法分离液相时，根据本发明的方法更好地起作用。自由的表面水可以通过极简单的机械方法例如像沉淀、过滤或倾析从固体物质分离。在此，能量花费明显比通过蒸发进行热分离更小。在利用过热的水蒸气进行热干燥之前从固体物质可以取走的湿气越多，则对此需要的能量越少。机械的预排水减少了利用过热蒸汽干燥的成本。

有利地提出，将根据本发明的方法用于回收利用来自有机固体物质中的氨。干燥的固体物质可以有利地作为不同营养元素的来源，例如像磷、钾、钙以及基于有机物质的份额用作土壤改良剂。通过排出水份以及随之而来的体积减小明显减小了待存储和待运输的有机残留物的量。由此节省了存储和运输成本。此外，当利用超过100℃的处理温度进行干燥时可以杀死残留物中的病原体。

通过根据本发明的方法有利地分离了来自有机固体物质的氨。由此显著减小了氨排放以及进而减小了在存储或施加至土壤上时污水、粪肥、发酵残余物和淤泥的臭气污染。

当有机来源的固体物质经受生物的，优选厌氧预处理时，根据本发明的方法更好地起作用。在厌氧的降解过程中，例如像腐烂或发酵中，来自基质的氮的绝大部分留在发酵残余物中。通过降解过程有机溶解的氮的一部分移动至胺。通过根据本发明的方法把氨从固体物质分离，从而氨表现为富磷的肥料。

通过根据本发明的方法有针对性地回收利用氨实现了分离地回收富氮的、矿物质肥料。因此可以在肥料中设定合适的氮/磷比例，该比例有利地适应植物的需求并适应土壤性质，并进而避免过分施肥。

附图说明

可从下面的附图、附图的描述以及权利要求得到其它的优点和有利的设计方案。对本发明来说，所有在附图中、其描述中和权利要求中公开的特征无论单个的还是彼此的任意组合都是重要的。

附图示意性地示出：

图1示出根据本发明的利用过热蒸汽的干燥和包含在蒸汽中的易挥发物质的分离的组合；

图2示出用于分离液相的、预接在干燥之前的过程；

图3示出预接在干燥之前的生物降解过程；

图4示出根据本发明的用于分离包含在蒸汽中的易挥发的物质的第一变型；

图5示出根据本发明的用于分离包含在蒸汽中的易挥发的物质的第二变型；

图6示出根据本发明的用于分离包含在蒸汽中的易挥发的物质的第三变型。

具体实施方式

图1示出干燥和随后易挥发的成分的分离的组合。为借助于过热的水蒸气12进行干燥供给固体物质10。干燥物品经历由水蒸气组成的气氛，该水蒸气具有高于沸点温度的温度（过热的水蒸气），加热并把其湿气以水蒸气的形式发送至由过热的水蒸气组成的气氛中，水蒸气借助于鼓风机19在封闭的循环23中循环。

过热的水蒸气，在大气压下温度超过120℃，降低湿度并通过排出蒸发热量而冷却。该热量通过加热装置21又供给水蒸气，由此保持标准温度并实现另外的水吸收。固体物质的易挥发的成分和湿气一起转化为气相。保留干燥的固体物质16。

从固体物质10吸收的湿气变为多余的蒸汽14，该蒸汽必须从封闭的循环中排出，以便避免过热的水蒸气12的体积增大。

在另一个方法步骤18中，易挥发的成分从多余的水蒸气14中分离。包含方法步骤18的可能的过程借助于图4-6进一步说明。

图2中示出用于由液体和固体物质组成的混合物20的预处理。在利用过热蒸汽12干燥之前，借助于用于固体-/液体分离22的合适的机械的方法从随后应该被干燥的固体物质10去除自由的液体。合适的机械的方法例如为过滤、沉淀、倾析等。被分离的液相24输入附图中未示出的传统的继续处理中。

图3中示出的过程26包含生物预处理，其用于处理有机来源28的残留物。优选使用厌氧过程26，例如像用于获得沼气的生物量发酵或者淤泥的腐烂。通过厌氧过程26把有机结合的氮转化为胺，胺未通过发酵降解并因此积聚在发酵残余物30中。由生物预处理得到的发酵残余物30形成由液体和固体物质形成的混合物20，在发酵残余物30的固体物质10被供给利用过热蒸汽12干燥之前，该混合物20经历图2中描述的固体-/液体分离22。

图4示出分级冷凝、所谓的精馏作为根据本发明的方法步骤18的可能的变型用于从气相14分离易挥发的成分32。在这种热分离方法中，利用这样的事实，即在蒸发液体混合物时，在气体中并在液相中通过温度和压力确定单个物质的浓度，且在气体和液体足够长时间的接触时设定相平衡。可以在蒸馏塔中进行精馏，或者通过多个冷凝器的串联进行精馏。

图4示出精馏塔34，其包括圆柱形容器36，该容器36具有用于提高热交换和物质交换的（内部）配件。配件可以是填料、松散的填充装料或者像附图中示出的那样是土壤38。气相14被导入精馏塔34的一个位置处，在该位置处存在与气相14对应的相平衡。位于土壤38上的液体从气相14冷凝出混合物，该混合物具有对应于存在的相平衡的、易挥发成分的浓度。同时，变得自由的冷凝热量蒸发出具有较高浓度的易挥发成分32的混合物，该混合物又流经位于其上的土壤38的开口进入其上的液体中。易挥发的成分32聚集在头部40并可以在那里被引出，同时较重的沉淀的组分被输送返回。较重的沉淀的组分44聚集在池槽42中，并可以在那里被去除。

在合适的过程进行中，尤其是设定精馏塔34中压力和温度关系时，可以在每个土壤38上去除输入的气相14的一种组分，该组分的沉淀温度对应于相应的土壤38上的温度。

图5示出根据本发明的方法步骤18的用于从气相14分离易挥发的成分的另一个可能的变型。示出用于洗气的工艺技术上的仪器46。仪器包括圆柱状容器48。添加气相14并通过附图中未详细示出的附件均匀地分配在容器48中。在对流中添加洗液50，例如硫酸，并通过相应的结构措施，例如像喷嘴54精细地分配。可选地，气相14也可以直接导入洗液50中。通过借助于洗液50在形成相平衡的情况下气相14的重复的混合和分离过程，气相14的易挥发成分与洗液50反应。反应产品，例如铵盐聚集在容器48的池槽56中并可以在那里被去除。在容器48的头部58中经清洁的气流60离开仪器46。

在图6示出的根据本发明的方法步骤18的第三备选变型中，借助于合适的装置62，冷凝气相14以及接着溶解在液相64中的易挥发成分通过合适的离子的添加物66结晶。在一实施例中，易挥发成分氨在添加物66磷和镁盐的作用下反应成为镁-胺-磷酸盐。通过化学反应产生的盐可以作为固体物质68通过传统的机械方法从液相64分开。

在根据本发明的方法的和所有之前描述的预处理变型和后处理变型的结束，干燥的固体物质16、易挥发的成分以气态、液态或者作为反应产品，以固体形式，以及蒸馏水彼此分离地存在，该蒸馏水来自干燥蒸汽和固体物质的湿气。

基本上，根据本发明的方法适合用于回收利用所有易挥发成分，该易挥发成分通过过热蒸汽过渡至气相14并能够借助于合适的热的、化学的或者机械的方法分离。

Claims (7)

1.用于从固体物质（10）中回收利用易挥发的成分的方法，其特征在于如下方法步骤：-借助于过热的水蒸气干燥（12）所述固体物质（10），-从闭合的循环（23）中抽出多余的蒸汽（14），-从多余的蒸汽（14）中回收利用（18）易挥发的成分。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过精馏（图4）进行易挥发的成分的回收利用（18）。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过洗气（46）进行易挥发的成分的回收利用（18）。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，冷凝气相，且由此在添加（66）合适离子的情况下通过结晶进行易挥发的成分的回收利用（18）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在干燥（12）所述固体物质（10）之前通过机械的方法（22）分离液相（24）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法用于从有机来源的固体物质（10）分离氨。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，有机来源的固体物质（10）经历生物的、优选厌氧的预处理（26）。

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