CN106795024B - 通过水热碳化和过滤干燥方法和干燥设备 - Google Patents

通过水热碳化和过滤干燥方法和干燥设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及待脱水物料、例如来自污水处理流程的污泥的热处理领域。本发明尤其涉及这种物料的干燥方法和设备，这种物料可在反应器1上进行水热碳化操作，继之最好在热压滤机6上进行过滤和干燥操作。为了在热压滤机6中使该物料干燥，要使来自热交换器2的载热流体在热压滤机中流通。热交换器2用于使从反应器1出来的待脱水物料中具有的至少一部分热量传递给载热流体。

Description

通过水热碳化和过滤干燥方法和干燥设备
技术领域
本发明涉及待脱水物料、例如来自污水处理流程的污泥的热处理领域。
本发明尤其涉及这种物料的水热碳化和过滤干燥方法。
本发明也涉及使用这种方法的干燥设备。
背景技术
水热碳化操作和过滤操作相结合的干燥方法，在现有技术中是公知的。
WO2015/008219A1提出一种设备，其具有串联安装的反应器和过滤介质。废水污泥类的待脱水物料可输入到反应器中，在压力下保持在接近200℃的温度，以便进行所述水热碳化操作。在该设备中，从反应器出来的碳化物料相继进行冷却、减压、然后过滤。
这种设备和方法的缺陷是，其不能使待脱水物料干燥到使该物料达到最佳热增值的干燥度，通常为90％的干燥度。
本发明旨在提出干燥方法和设备，其使能量消耗最优化，同时能够根据最终需要，使待脱水物料干燥到50至95％的干燥度。
发明内容
为此，待脱水物料的干燥方法包括使待脱水物料在工业处理线上的移动，所述工业处理线具有反应器和热交换器，
工业处理线还具有机械压缩系统，所述干燥方法包括：
-热调节工序，其为水热碳化类型，在此过程中，待脱水物料在最好为0.6至3.5兆帕的碳化压力P0下，在最好为140至300℃的碳化温度T0下，保持在反应器中，
-热调节工序，在此过程中，将反应器中的待脱水物料保持在碳化压力P0下和在碳化温度T0下，碳化压力P0优选在0.6至3.5兆帕之间，碳化温度T0优选在140至300℃之间，
-热传递工序，在此过程中，通过热交换器，将经受过热调节工序的待脱水物料中具有的至少一部分热量传递给载热流体，
-机械脱水工序，在此过程中：
ο将经受过热调节工序和热传递工序的待脱水物料输入到机械压缩系统中，
ο通过施加优选大于0.5兆帕的脱水压力P1，压缩机械压缩系统(6)中具有的待脱水物料，以及
ο排放待脱水物料的液体部分，该液体部分在待脱水物料的压缩作用下与待脱水物料分离，
以及
-加热工序，在此过程中，将经受过热传递工序的载热流体中具有的至少一部分热量传递给待脱水物料，该加热工序与机械脱水工序同时进行，或者在机械脱水工序之后进行。
优选地，机械压缩系统是热压滤机，其具有至少两个板：
-在机械脱水工序时，待脱水物料的压缩挨靠至少一个所述板进行，以及
-在加热工序时，使经受热传递工序的载热流体在至少一个所述板中形成的通道中流通，该至少一个所述板与挨靠其压缩待脱水物料的至少一个所述板最好一致。
这种干燥方法可回收热交换器排放的能量，将这种回收的热用于使待脱水物料在热压滤机中进行干燥。在例如WO2015/008219A1提出的现有技术的公知方法中，所述排放的能量有损失。因此，本发明可再使用这种排放的能量，使能量消耗最佳化。
此外，热压滤机的使用特别有利于使碳化物料，即经受水热碳化类型的热调节工序的物料进行干燥。
实际上，热压滤机干燥一般具有以下难度：
-将热量从加热板传递到热压滤机中的待脱水物料，以及
-在这种干燥时，排放热压滤机中产生的水汽。
当脱水物料是以20％的干燥度进入热压滤机的废水污泥时，为达到90％的干燥度，加热持续时间需要非常长，通常是十二个小时。因此，热压滤机的尺寸确定由其干燥作用调节，而不是由其过滤作用调节。这表现为较少由热压滤机进行干燥。
但是，当待气化水量少时，这种现象减少到最低限度。在这一方面，最好在水热碳化准备工序时，使用热压滤机干燥碳化物料，输入到热压滤机中的碳化物料可具有在50至65％之间的干燥度。
对于干燥具有约20％干燥度的污泥来说，压力过滤机的热消耗约为1000kWh/tEE，其中约15％来自加热工序本身。在本方法中，据计算，干燥具有约65％干燥度的污泥的能耗约为363kWH/tMS。计算反应器输出端的175-350kWh/tMS的可用能量(碳化物料的温度)时，可包括实施加热工序的能量需求。
优选地，待脱水物料是来自污水处理的废水污泥。
有利地，可以如下方式来实施热传递工序：
-使载热流体和待脱水物料在热交换器中流通，以及
-使载热流体在流通回路中流通，流经热交换器，通过控制流通泵使载热流体在流通回路中流通；
并且，控制流通泵和/或热交换器，以降低待脱水物料的温度，直至过滤温度T1，过滤温度T1优选低于90℃，优选为50至70℃之间。
一方面，这种过滤温度T1与一些热压滤机技术一致，特别是与膜片式热压滤机的膜片材料兼容。
另一方面，这种过滤温度T1使热压滤机的过滤性和该设备的能量消耗最佳化。
根据一个有利的特征，可在球形件中贮存至少一部分经受过热传递工序的载热流体，加热工序时使用过的载热流体至少部分地在该球形件中提取。
这种球形件可贮存使用热压滤机实施加热工序所需的至少一部分热量。
鉴于水热碳化操作的可以是连续的或者不连续的特性以及热压滤机工作的不连续特性，这种贮存特别有利。
根据另一个有利的特征，可在载热流体用于加热工序之前，用附加热源加热载热流体。
这种附加热源可满足热压滤机实施加热工序的需要，视球形件的大小而定。
有利地，在机械脱水工序时，使接纳待脱水物料的机械压缩系统的内部空间减压；并且，可向水汽处理系统引导如此排出的气体或蒸汽。
因此，这种方法可特别在待脱水物料是废水污泥时，控制使用热压滤机散发的气味。
根据另一个有利的特征，最好使加热持续时间D0参数化，加热持续时间D0相应于实施加热工序的持续时间，以使机械压缩系统中具有的待脱水物料的干燥度在该加热工序结束时达到或者超过最终干燥度Sf，最终干燥度Sf优选在50至95％之间。
这种特征可根据最终需要使待脱水物料干燥，从而使所述方法的能量消耗最佳化。
本发明也涉及干燥设备，其具有：
-反应器，用于贮存待脱水物料和使待脱水物料保持在碳化压力P0以及碳化温度T0下，碳化压力P0优选在0.6至3.5兆帕之间，碳化温度T0优选在140至300℃之间，
以及
-热交换器，用于使从反应器出来的待脱水物料中具有的至少一部分热量传递给载热流体，
其特征在于，干燥设备还具有：
-机械压缩系统，机械压缩系统具有：
ο内部空间，用于接纳待脱水物料，
ο压缩件，适于压缩机械压缩系统中具有的待脱水物料，
ο过滤物排放出口，用于在压缩待脱水物料时排放待脱水物料的液体部分，
-加热器，用于使来自热交换器的载热流体中具有的至少一部分热量，传递给在机械压缩系统内或者在机械压缩系统下游的待脱水物料。
优选地，机械压缩系统是热压滤机，热压滤机具有至少两个板，压缩件用于挨靠至少一个所述板压缩热压滤机中具有的待脱水物料；并且，至少一个所述板具有适于接纳加热液体的通道，所述干燥设备布置成该加热液体至少部分地由来自热交换器的载热流体构成，加热器具有所述通道。
根据一个有利的特征，所述设备还可具有附加热源，附加热源适于在载热流体到达加热器之前加热载热流体。
根据本发明的另一个有利的特征，所述设备还可具有球形件，球形件用于在机械压缩系统的上游，至少部分地贮存从热交换器出来的载热流体。
上述优越性也适用于这种干燥设备。
附图说明
根据参照示出本发明干燥设备的图1对非限制性实施方式的详细说明，本发明的其它优越性和特征将显而易见。
具体实施方式
由于后面所述的实施方式是非限制性的，因此，尤其可考虑这样的本发明的实施方式：实施方式仅包括对独立于其它描述特征的一些描述特征的选择(即使这种选择孤立于具有其它描述特征的语句中)，如果这种特征选择足以赋予技术优越性或足以区别本发明与现有技术。这种选择具有至少一个特征，优选功能性特征而没有结构细节；或者仅具有一部分结构细节，如果仅该部分赋予技术优越性或足以区别本发明与现有技术。
图1示出本发明的一种优选实施方式。
根据该实施方式，所述设备具有一条工业处理线，待脱水物料例如废水污泥在工业处理线中移动。
所谓待脱水物料，优选地，是指膏状或者液体物料，优选地，是污泥。
所谓物料的脱水，是指不管用什么方法，从该物料去除(部分或全部)水分。
下文中，用语“污泥”可代之以“待脱水物料”。
该工业处理线具有不同的污泥引导构件或者导管9a-9i，以及其间由这些导管9a-9i连接的不同装置。
污泥以例如4至25％的干燥度由导管9a到达一个泵11，其使污泥处于压力下。泵11的出口由导管9b连接于一个加热器12。
加热器12适于在一个反应器1的上游或反应器内通过直接或间接导热加热污泥，反应器1中实施热调节工序(通常是水热碳化操作)。该加热器12可通过热流体，例如油、蒸汽或者加热的水，或者通过直接注入不同类型的蒸汽，进行热传递。
在图1所示的实施例中，该加热器12通过与热流体例如油的热传递加热污泥，所述热流体由一个泵121在一个回路122中进行流通。该加热器12最好是管式交换器，污泥和对流热流体在其中流通。
加热器12由导管9c连接于反应器1。
优选地，用任何适当的注入器14在污泥中注入添加剂。添加剂可以是任何适于分解有机物的催化剂，例如硫酸这样的酸。添加剂的注入可在反应器1的上游或者在其内进行。
反应器1用于贮存污泥，使之保持在通常为0.6至3.5兆帕的碳化压力P0，以及通常为140至300℃的碳化温度T0。
在一种优选实施方式中，反应器1的唯一作用是确保使污泥进行化学反应通常是水解的停留时间。因此，反应器1可以是一个隔开或不隔开的、配置或不配置管件的室，或者例如是一个其长度足以确保所需停留时间的管子。其可进行混合或不混合，分批或连续工作。
反应器1最好围绕以一个形成双层壁的外壳13，热流体，通常是油，在其中流通，用于使反应器1中的污泥加热或者保持温度。热流体例如通过一个安装在与双层壁连接的一个回路132上的泵131，在双层壁中流通。
或者，也可注入蒸汽，使反应器1保持温度或压力。
用于使污泥增压、加热污泥、使之保持温度和分解的这些方法可覆盖任何标准配置。
特别是，热调节工序可在并联工作的不同池中进行。
碳化污泥，即经受水热碳化操作的污泥，例如在反应器1中保持在碳化压力P0和碳化温度T0，经导管9d输送到一个热交换器2。通常，碳化污泥在反应器1出口的温度高于100℃，例如为100至120℃。
在反应器1的出口，以及在热交换器2的上游，一个辅助交换器(未示出)可用于回收污泥中的热，满足水热碳化过程的需要。
热交换器2用于向最好是水的载热流体传递来自反应器1的污泥中的至少一部分热量，以实施热传递工序。
载热流体通过流通泵31在一个经过热交换器2的流通回路32中流通。
流通回路32也经过球形件3，以使来自热交换器2的、通过与来自反应器1的污泥的热量传递被加热的至少一部分载热流体，贮存在球形件3中。优选地，流通回路32布置成从球形件3出来的、流向热交换器2的载热流体在球形件3的下部部分提取，来自热交换器2的载热流体在上部部分注入到球形件3中(上部部分和下部部分在本说明书中限定成，从上部部分向下部部分的方向平行于地心引力)。因此，到达热交换器2中的被加热的载热流体部分，由上而下逐渐加热球形件3中的载热流体。
球形件3的尺寸确定成贮存的热满足安装在热交换器2下游的一个热压滤机6的加热需要(见后面)。
球形件3最好用于通过提高其平均温度而不是增大其空间来贮存热。特别是，球形件3的上部部分的温度可在60至120℃之间波动，平均温度可在50至100℃之间波动，从而可大量贮存热。
优选地，控制流通泵31和/或热交换器2，降低从热交换器2出来的污泥的温度，直至过滤温度T1，优选地，低于90℃，最好为50至70℃。为此，例如可以：
-控制流通泵31的速度，和/或
-通过进行下列工序，控制热交换器2：
·提取从热交换器2出来的一部分载热流体，以及
·在热交换器2的上游(优选地，在流通泵31的上游)，由三通阀33进行再输入，该提取部分通过附加回路331向阀33输送。
优选地，载热流体在热交换器2中与污泥对流流通(与图1所示相反)。
优选地，为安全起见，一个气冷式冷凝器34安装在流通回路32上，以确保热交换器2在热压滤机6不使用时进行冷却。
从热交换器2出来的污泥由导管9e到达一个减压设备15中。或者，减压设备15可布置在热交换器2的上游。
在图1所示的实施方式中，从减压设备15排出的污泥由导管9f到达贮存池5中。减压设备15，例如阀，可使污泥不经汽化而输送到贮存池5中。
根据一种有利的实施方式，回路52连接球形件3与贮存池5。该回路52布置成由泵51使一部分载热流体在球形件3与贮存池5之间以封闭回路流通，保持贮存池5中污泥的温度。有利地，该部分载热流体在球形件3的上部部分提取，在下部部分再输入。
泵61通过导管9g抽取贮存池5中的污泥，再压送到热压滤机6中。
热压滤机6适于实施机械脱水工序和污泥加热工序。
热压滤机6具有至少两个彼此叠置的板和用于接纳污泥的内部空间。内部空间例如实施成一个或多个过滤室，其在一个或多个板上形成，例如呈凹口形。板的实施例在WO2004/024290A1中述及。
为了实施机械脱水工序，热压滤机6具有压缩件，压缩件适于在至少一个所述板上压缩热压滤机6中的污泥。优选地，该压缩件是膜片，其安装于板(因此，膜片例如用聚丙烯制成)，或者固定在板上(膜片例如用橡胶制成)。优选地，热压滤机6具有多对板，每对的一个板具有一个膜片，每对的另一个板具有一个过滤室。优选地，此类压缩通过膜片加压或充气进行，例如以最好高于0.5兆帕、通常是1.5兆帕的脱水压力P1，充入压缩空气或者水。
这种压缩件是有利的，因为其可对热压滤机6的内部空间中的污泥施加均匀压力。
机械脱水工序通常包括：
-例如由泵61以0.6或0.7兆帕的压力，向热压滤机6供给污泥；活塞使板一个保持紧压在另一个上；
-污泥(该工序时称为滤块)在热压滤机6的内部空间中以该供给压力进行初步加工；
-泵送停止，膜片例如充气15至45分钟；在该压缩工序时，一方面，称为过滤物的污泥的液体部分由一个过滤物排放出口9i2进行排放，液体部分在压缩作用下与污泥分离，另一方面，污泥在至少一个板上，优选地，在具有一个过滤室的至少一个板上进行压缩。
在机械脱水工序时，例如开动通风机63，使接纳污泥的热压滤机6的内部空间减压，由导管631，将如此排放的气体或蒸汽引向水汽处理系统632。
热压滤机6的一个或多个板，尤其是具有一个过滤室的板，具有适于接纳加热液体的通道。
优选地，所述设备布置成该加热液体至少部分地由来自热交换器2的载热流体构成，优选地，由来自球形件3的载热流体构成。为此，用泵35使载热流体在连接球形件3与这些通道的封闭回路36中流通。因此，如图1所示，输入到通道中的载热流体最好在球形件3的上部部分提取，从热压滤机6出来的载热流体最好再在球形件3的下部部分输入。
这些布置可实施加热工序，在此过程中，使载热流体在通道中流通。
水热碳化操作的实施可以不连续，尤其是当该实施分批地进行时，以及在热传递工序时，被加热的载热流体的使用可能不足以实施加热工序，所述设备最好具有附加热源4，附加热源适于在载热流体到达热压滤机6之前加热载热流体。因此，必要时，在载热流体在通道中流通之前，由这种附加热源4加热载热流体。
该附加热源4最好是锅炉，其最好安装在一个安装在球形件3上的回路42上，以便：
-起动泵41，最好在下部部分提取球形件3中的一部分载热流体，
-用附加热源4加热在回路42中流通的部分载热流体，以及
-最好在上部部分将如此加热的该部分载热流体再输入到球形件3中。
有利地，使加热持续时间D0参数化，加热持续时间D0相应于实施加热工序的持续时间，以使热压滤机中待脱水物料的干燥度在该加热工序结束时达到或者超过最终干燥度Sf，干燥度优选在50至95％之间。
当机械脱水工序和加热工序结束时，热压滤机6中的脱水污泥，即经受这些工序的污泥，由拆除出口9i1从热压滤机6向回收系统62出来。
关于热压滤机6以及机械脱水工序和加热工序的实施，施压、过滤、加热、减压、回收脱水污泥、处理气体或蒸汽的装置可覆盖任何标准配置。因此，该设备中使用的热压滤机6可以是任何公知类型的，例如WO98/25684述及的类型。
上述不同装置的控制由任何适当的控制机构7确保，例如计算机中央处理器或者电子控制台，电子控制台配有每种装置例如泵、阀、反应器(例如温度、压力)、通风机(例如流量)等等的独立控制装置(这种控制在图1上用虚线示出)。
在未示出的一种实施方式中，热压滤机6代之以机械压缩系统，例如简单压力过滤机(未示出)，或者活塞式压力机，其输出端朝向加热器，例如低温干燥器(未示出，最好位于压力过滤机的下游)。该低温干燥器可以是带式干燥器，例如STC公司投入商业生产的带式干燥器。这种带式干燥器可使用通常低于90℃的低温热源使污泥干燥。根据这种实施方式的设备可使经受热调节工序的污泥中的回收热(最好由热交换器2回收)进行传递，加热这种低温干燥器中的污泥。
显然，本发明不局限于所述的实施例，许多结构方案可提供给这些实施例，而这不超出本发明的范围。另外，本发明的不同特征、形状、变型和实施方式如果互不相容或具有排他性，则可根据各种组合，使之彼此联系起来。

Claims (14)

1.待脱水物料的干燥方法，其包括待脱水物料在工业处理线(9a-9i，11，12，1，2，15，5，61，6)上的移动，所述工业处理线具有反应器(1)和热交换器(2)，
其特征在于，该工业处理线还具有机械压缩系统(6)，
其特征还在于，该干燥方法包括：
-热调节工序，在热调节工序的过程中，将反应器(1)中的待脱水物料保持在碳化压力P0下和碳化温度T0下，
-热传递工序，在热传递工序的过程中，通过热交换器(2)，将经受过热调节工序的待脱水物料中具有的至少一部分热量传递给载热流体，
-机械脱水工序，在机械脱水工序的过程中：
将经受过热调节工序和热传递工序的待脱水物料输入到机械压缩系统(6)中，
通过施加脱水压力P1，压缩机械压缩系统(6)中具有的待脱水物料，以及
排放待脱水物料的液体部分，该液体部分在待脱水物料的压缩作用下与待脱水物料分离，
以及
-加热工序，在加热工序的过程中，将经受过热传递工序的载热流体中具有的至少一部分热量传递给待脱水物料，该加热工序与机械脱水工序同时进行，或者在机械脱水工序之后进行。
2.根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，碳化压力P0在0.6至3.5兆帕之间；和/或碳化温度在140至300℃之间；和/或脱水压力P1大于0.5兆帕。
3.根据权利要求1或2所述的干燥方法，其特征在于，待脱水物料是来自污水处理的废水污泥。
4.根据权利要求1或2所述的干燥方法，其特征在于，机械压缩系统(6)是热压滤机，热压滤机具有至少两个板，其特征还在于：
-在机械脱水工序时，待脱水物料的压缩挨靠至少一个所述板进行，以及
-在加热工序时，使经受过热传递工序的载热流体在至少一个所述板中形成的通道中流通。
5.根据权利要求1或2所述的干燥方法，其特征在于，以如下方式来实施热传递工序：
-使载热流体和待脱水物料在热交换器(2)中流通，以及
-使载热流体在流通回路(32)中流通，流经热交换器(2)，通过控制流通泵(31)使载热流体在流通回路(32)中流通；
并且，控制流通泵(31)和/或热交换器(2)，以降低待脱水物料的温度直至过滤温度T1。
6.根据权利要求5所述的干燥方法，其特征在于，过滤温度T1低于90℃。
7.根据权利要求1或2所述的干燥方法，其特征在于，在球形件(3)中贮存至少一部分经受过热传递工序的载热流体；并且，加热工序时使用的载热流体至少部分地从该球形件(3)中提取。
8.根据权利要求1或2所述的干燥方法，其特征在于，在载热流体用于加热工序之前，用附加热源(4)加热载热流体。
9.根据权利要求1或2所述的干燥方法，其特征在于，在机械脱水工序时，使接纳待脱水物料的机械压缩系统(6)的内部空间减压；并且，向水汽处理系统(632)引导如此排出的气体或蒸汽。
10.根据权利要求1或2所述的干燥方法，其特征在于，使加热持续时间D0参数化，加热持续时间D0相应于实施加热工序的持续时间，以使机械压缩系统(6)中具有的待脱水物料的干燥度在该加热工序结束时达到或者超过最终干燥度Sf。
11.干燥设备，其具有：
-反应器(1)，用于贮存待脱水物料和使待脱水物料保持在碳化压力P0以及碳化温度T0下，以及
-热交换器(2)，用于使从反应器(1)出来的待脱水物料中具有的至少一部分热量传递给载热流体，
其特征在于，干燥设备还具有：
-机械压缩系统(6)，机械压缩系统具有：
内部空间，用于接纳待脱水物料，
压缩件，适于压缩机械压缩系统(6)中具有的待脱水物料，
过滤物排放出口(9i2)，用于在压缩待脱水物料时排放待脱水物料的液体部分，
-加热器，用于使来自热交换器(2)的载热流体中具有的至少一部分热量，传递给在机械压缩系统(6)内或者在机械压缩系统(6)下游的待脱水物料。
12.根据权利要求11所述的干燥设备，其特征在于，机械压缩系统(6)是热压滤机，热压滤机具有至少两个板，压缩件用于挨靠至少一个所述板压缩热压滤机(6)中具有的待脱水物料；
并且，至少一个所述板具有适于接纳加热液体的通道，所述干燥设备布置成该加热液体至少部分地由来自热交换器(2)的载热流体构成，加热器具有所述通道。
13.根据权利要求11或12所述的干燥设备，其特征在于，所述干燥设备还具有附加热源(4)，附加热源适于在载热流体到达加热器之前加热载热流体。
14.根据权利要求11所述的干燥设备，其特征在于，所述干燥设备还具有球形件(3)，球形件用于在机械压缩系统(6)的上游，至少部分地贮存从热交换器(2)出来的载热流体。
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