CN110066666A - 用于处理有机废弃物的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理有机废弃物的方法和系统。有机废弃物从至少一个有机废弃物源供给到至少一个湿废弃物罐并且进一步供给到湿废弃物混合罐。随后，第一批次混合湿废弃物从湿废弃物混合罐供给到第一热反应器，在第一热反应器中，在热水解工艺中在给定工艺条件下在混合湿废弃物的连续混合下，第一批次混合湿废弃物经受加热和加压，之后第二批次混合湿废弃物从湿废弃物混合罐供给到第二热反应器，在第二热反应器中，在热水解工艺中在给定工艺条件下在混合湿废弃物的连续混合下，第二批次混合湿废弃物经受加热和加压。

Description

用于处理有机废弃物的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于借助于水热碳化来处理有机废弃物的方法，在该方法中，有机废弃物从至少一个有机废弃物源被供给到至少一个湿废弃物罐，有机废弃物从至少一个湿废弃物罐被供给到湿废弃物混合罐，第一批次混合湿废弃物从湿废弃物混合罐被供给到第一热反应器，在第一热反应器中，在热水解工艺中在给定工艺条件下在混合湿废弃物的连续混合下，第一批次混合湿废弃物经受加热和加压，之后第二批次混合湿废弃物从湿废弃物混合罐被供给到第二热反应器，在第二热反应器中，在热水解工艺中在给定工艺条件下在混合湿废弃物的连续混合下，第二批次混合湿废弃物经受加热和加压，之后，水解工艺生物炭污泥以交替的方式从第一热反应器或第二热反应器被排出到用于冷却生物炭污泥的生物炭冷却器，在该方法中，热水解工艺的加热和加压是通过针对相应的水解工艺以交替的方式将蒸汽从第一热反应器供应到第二热反应器或从第二热反应器供应到第一热反应器来进行的。本发明还涉及一种用于借助于水热碳化来处理有机废弃物的系统。
背景技术
用于处理有机废弃物的水热碳化工艺是公知的。通常，进给材料，即有机废弃物的预热，通过借助于用于冷却处理过的被排放的废弃物污泥的热交换器回收热量来进行。由于被排出的废弃物污泥的高温度，有机材料容易积聚在热交换器表面上，这在适当的过程中降低了该工艺的总体能量效率。
热碳化系统的实施例例如从US2017/0327387A1、US2015/0122746A1和US6,966,989B2中知道。已知的系统是复杂的并且包括多阶段工艺。已经尝试通过例如循环工艺和从一个工艺阶段到另一个工艺阶段再利用蒸汽来提高效率。然而，已知的系统仍然保持效率低下，并且导致损失相当大量的热能。
发明内容
本发明的目的是避免上述缺点并且提供一种以节能方式经由水热碳化来有效处理有机废弃物的方法。
在一般水平上，本发明属于水热碳化工艺，该水热碳化工艺是具有给定工艺时间(持续时间)的热化学方法，在给定工艺时间中通过在密闭反应器中将温度升高到约200℃至250℃，由此也将压力升高到约20巴至25巴，将有机材料分解成碳离子。有机材料分解并且所得到的碳再凝聚成芳香族碳化合物。该方法的最终产物是生物炭，该生物炭的化学组成类似于化石煤。主要的给定工艺条件是温度、压力和工艺时间(持续时间)。工艺条件也可被称为工艺参数。
本发明的基本思想是提供一种顺序水热碳化工艺，在该水热碳化工艺中至少两个平行的热反应器以交替或循环的方式分批次供料，并且其中通过将蒸汽和水从前面的工艺转移到当前工艺，将用于当前批次处理工艺的热能从前面的批次处理工艺转移。这是通过在来自第一热反应器的蒸汽已经被供应到第二热反应器或从第二热反应器供应到第一热反应器之后，针对相应的水解工艺，将热的且加压的水以交替的方式从第一热反应器供应到第二热反应器或从第二热反应器供应到第一热反应器，从而实现给定工艺条件。
这种布置使得能够实现紧凑的系统，该系统优化了系统自身内的能量的使用。因此，这是一种有利的系统以被安装在空间的使用是有限的并且外部能量的供应是不可用的船舶上。
为了开始水解工艺，来自蒸汽源的辅助蒸汽有利地被供应到第一热反应器，以便在第一热反应器中开始第一热水解工艺。
有利地，生物炭污泥在生物炭冷却器中通过热交换回路冷却。这在能量经济方面是有利的。
热交换回路有利地设置有冷却水回路，该冷却水回路具有循环泵和布置在生物炭冷却器内的热交换器。针对相应的水解工艺，由在冷却水回路中循环并穿过热交换器的水的蒸发而产生的蒸汽以交替的方式被引导到第一热反应器或第二热反应器。这提高了该工艺的能量效率。
为了实现给定工艺条件，针对相应的水解工艺，额外的混合湿废弃物以交替的方式被引导进入第二热反应器或第一热反应器中。如果需要，这是有利的辅助措施。
根据用于实现给定工艺条件的另一可选辅助措施，针对相应的水解工艺，辅助蒸汽以交替方式从蒸汽源被供应到第二热反应器或第一热反应器。
给定工艺条件包括处在200℃至250℃的给定温度水平下的温度。此外，给定工艺条件包括处在20巴至25巴的给定压力水平下的压力。考虑到水解工艺的持续时间，给定工艺条件包括3小时至5小时的给定工艺时间。这些给定工艺条件构成了所需的工艺条件。
有机废弃物选自生物污泥和食品废弃物。
附图说明
下面将参照所附示意图仅通过实施例的方式描述本发明，其中
图1图示说明了根据本发明的系统的实施方式。
具体实施方式
在图1中图示说明了本发明的一个实施方式。借助于水热碳化来处理有机废弃物的系统包括至少一个有机废弃物源，在该实施方式中为两个有机废弃物源。在该实施方式中，有机废弃物表示为第一湿废弃物WW1和第二湿废弃物WW2。第一湿废弃物WW1被供给到由附图标记1表示的第一湿废弃物罐。第二湿废弃物WW2以类似的方式被供给到由附图标记2表示的第二湿废弃物罐。然后，第一湿废弃物WW1借助于泵12穿过进给管道11从第一湿废弃物罐1被供给到湿废弃物混合罐3。第二湿废弃物WW2以类似的方式借助于泵22穿过进给管道21从第二湿废弃物罐2被供给到湿废弃物混合罐3。湿废弃物混合罐3设置有混合装置31，该混合装置31用于混合第一湿废弃物和第二湿废弃物，并且该混合装置31用于提供混合湿废弃物以用于进一步处理。湿废弃物可以是例如以所谓的生物污泥和食品废弃物的形式。
本发明的方法涉及一种借助于水热碳化来处理有机废弃物的方法，该方法以顺序和交替或循环的工艺进行，其中第一初始工艺在第一热反应器中进行，并且随后第二工艺在第二热反应器中进行。接下来是在第一热反应器中的工艺，并且然后是再次在第二热反应器中的工艺。因此，工艺顺序以交替的方式从反应器到反应器继续。
在第一初始阶段，初始批次的混合湿废弃物从湿废弃物罐3经过进给管道32和35借助于高压泵33被供给到第一热反应器5，该高压泵33有利地为高压活塞泵。混合湿废弃物流借助于三通阀34被定向为从来自湿废弃物罐3的进给管道32到通向第一热反应器5的进给管道35。第一热反应器5设置有混合装置51，用于提供所接收的混合湿废弃物的连续混合。
为了在第一热反应器5中开始第一热水解工艺，来自蒸汽源4的辅助蒸汽借助于连接到第一热反应器5的蒸汽管道41被供应到第一热反应器5。辅助蒸汽流由三通阀42定向。将第一热反应器5中的工艺温度升高到约200℃至250℃的给定温度水平，由此以相应的方式将压力水平升高到约20巴至25巴的给定水平。同时，第一热反应器5中的混合湿废弃物借助于混合装置51进行连续混合，并在反应器中保持约3小时至5小时的给定工艺时间，优选保持约4小时的给定时间。上面讨论的给定温度水平、给定压力水平和给定工艺时间将在下面被称为给定工艺条件，换句话说，被称为期望的处理条件。
当第一热反应器5中的工艺完成时，混合湿废弃物的混合导致生物炭污泥BCS作为沉淀物沉积在第一热反应器5的底部。
在第一热反应器5中的工艺完成之后，第二批次混合湿废弃物借助于高压泵33从湿废弃物罐3经过进给管道32和36被供给到第二热反应器6。混合湿废弃物流借助于三通阀34被定向为从来自湿废弃物罐3的进给管道32到通向第二热反应器6的进给管道36。第二热反应器6设置有混合装置61，用于提供所接收的混合湿废弃物的连续混合。
为了在第二热反应器6中开始热水解工艺，升高第二热反应器6中的温度和压力。这是通过从第一热反应器5穿过蒸汽管道43供应蒸汽S来实现的，蒸汽管道43提供第一热反应器5的上部和第二热反应器6的下部之间的连接。因此，蒸汽从第一热反应器5的上部被供应到第二热反应器6的下部，以混合湿废弃物并将热量分配到大多数的湿废弃物，其中在水解工艺期间蒸汽S已经积聚在第一热反应器5中。蒸汽管道43设置有用于控制蒸汽流的双向阀44。打开双向阀44，并且来自第一热反应器5的蒸汽S开始流向第二热反应器6，以便使反应器之间的压力相等。
在第一热反应器5中在连续混合和上述给定工艺条件下混合湿废弃物已经被处理，并且生物炭污泥BCS作为沉淀物沉积在第一热反应器5的底部上之后，生物炭污泥BCS经过排放管道37被引导到用于冷却目的的生物炭冷却器7。在生物炭污泥BCS在生物炭冷却器7中冷却到足够程度之后，生物炭污泥BCS可从生物炭冷却器7排出到随后的干燥工艺(未描述)。
生物炭冷却器7设置有热交换回路8，该热交换回路8包括具有循环泵82和布置在生物炭冷却器7内的热交换器83的冷却水回路81。在冷却工艺期间，由循环泵82在冷却水回路81中循环并穿过热交换器83的水蒸发，由此产生的蒸汽可从冷却水回路81中被排出并经过蒸汽管道84和加压止回阀85被引导到压力容器86。然后，如果需要，蒸汽可从压力容器86借助于蒸汽管道89经由三通阀87被引导到第二热反应器6。因此，从压力容器86到通向第二热反应器6的蒸汽管道89的蒸汽流借助于三通阀87被定向。
最后，来自第一热反应器5的热的高压水W借助于设置有泵53的水管道52被供应到第二热反应器6至给定水平，以在第二热反应器6中提供给定工艺条件。泵53有利地是用于提供给定工艺条件的高压泵。水管道52提供第一热反应器5和第二热反应器6的水W水平之间的连接。
如果需要，借助于高压泵33将另外的混合湿废弃物从湿废弃物罐3引导到第二热反应器6，以便第二热反应器6中的压力水平被升高到大约20巴至25巴的给定压力水平。如果需要，为了达到给定压力水平，通过借助于蒸汽管道41从蒸汽源4供应辅助蒸汽，可以实现压力的进一步升高。辅助蒸汽流由三通阀42定向。
第二热反应器6中的工艺条件优选地与第一热反应器5中的相同。水热碳化工艺是放热的，由此由于化学反应热能被释放，这确保了高温和高压的维持。除了所述的蒸汽和水的供应之外，在将混合湿废弃物供给到反应器之后，反应器提供封闭的系统。
当第二热反应器6中的工艺以如上文所述的如第一热反应器5中的相应的方式完成时，颠倒工艺顺序以便以如上所述的关于第二热反应器6的相同的方式在第一热反应器5中进行随后的水热工艺。
第一热反应器和第二热反应器中的工艺以交替方式进行。
在第二热反应器6中在连续混合和上述给定工艺条件下混合湿废弃物已经被处理，并且生物炭污泥BCS作为沉淀物沉积在第二热反应器6的底部上之后，生物炭污泥BCS经过排放管道37被引导到用于冷却目的的生物炭冷却器7。在生物炭污泥BCS在生物炭冷却器7中冷却到足够程度之后，生物炭污泥BCS可从生物炭冷却器7排出到随后的干燥工艺(未描述)。
混合湿废弃物因此从如上所述的湿废弃物混合罐3被引导到第一热反应器5。
为了在第一热反应器5中开始新的热水解工艺，升高第一热反应器5中的温度和压力。这是通过从第二热反应器6穿过蒸汽管道45供应蒸汽S来实现的，蒸汽管道45提供第二热反应器6的上部与第一热反应器5的下部之间的连接。因此，蒸汽从第二热反应器6的上部被供应到第一热反应器5的下部，以混合湿废弃物并将热量分配到大多数的湿废弃物，其中在水解工艺期间蒸汽S已经积聚在第二热反应器6的上部中。蒸汽管道45设置有用于控制蒸汽流的双向阀46。打开双向阀46，并且来自第二热反应器6的蒸汽S开始流向第一热反应器5，以便使得反应器之间的压力相等。
为了在第一热反应器5中提供给定工艺条件，来自第二热反应器6的热的高压水W借助于设置有泵63的水管道62供应到第一热反应器5至给定水平。泵63有利地是用于提供给定工艺条件的高压泵。水管道62提供第二热反应器6和第一热反应器5的水W水平之间的连接。
换句话说，蒸汽和热高压水的供应可以以类似的方式在第一热反应器5和第二热反应器6之间以交替的方式进行。
因此，不需要从蒸汽源4供应辅助蒸汽来开始第一热反应器5中的热水解工艺，因为蒸汽可以从第二热反应器6供应。
如果需要，上述关于第二热反应器6的其它工艺步骤因此也可以关于第一热反应器5应用。
当第一热反应器5中的工艺已经完成时，在第二热反应器6中开始新的工艺，并且以交替方式从反应器到反应器依次进行。
这种布置使得能够实现紧凑的系统，该系统优化了系统自身内的能量的使用。因此，这是一种特别有利的系统以被安装在空间的使用是有限的并且外部能量的供应是不可用的船舶上。
说明书和所附示意图仅用来阐明本发明的基本思想，由此本发明可在所附权利要求的范围内，例如关于海事结构的类型、侧壁、侧壁的材料和结构、致动装置、盖结构等，而在细节上变化。

Claims (15)

1.一种用于借助于水热碳化来处理有机废弃物的方法，在该方法中，有机废弃物从至少一个有机废弃物源被供给到至少一个湿废弃物罐(1，2)，有机废弃物从所述至少一个湿废弃物罐被供给到湿废弃物混合罐(3)，第一批次混合湿废弃物从所述湿废弃物混合罐(3)被供给到第一热反应器(5)，在所述第一热反应器中，在热水解工艺中在给定工艺条件下在混合湿废弃物的连续混合下，所述第一批次混合湿废弃物经受加热和加压，之后第二批次混合湿废弃物从所述湿废弃物混合罐(3)被供给到第二热反应器(6)，在所述第二热反应器中，在热水解工艺中在给定工艺条件下在混合湿废弃物的连续混合下，所述第二批次混合湿废弃物经受加热和加压，之后，水解工艺生物炭污泥(BCS)以交替的方式从所述第一热反应器(5)或所述第二热反应器(6)被排出到用于冷却所述生物炭污泥(BCS)的生物炭冷却器(7)，在该方法中，热水解工艺的加热和加压是通过针对相应的水解工艺以交替的方式将蒸汽从所述第一热反应器(5)供应到所述第二热反应器(6)或从所述第二热反应器(6)供应到所述第一热反应器(5)来进行的，其特征在于，在已经将蒸汽(S)从所述第一热反应器(5)供应到所述第二热反应器(6)或从所述第二热反应器(6)供应到所述第一热反应器(5)之后，针对相应的水解工艺以交替的方式将热的且加压的水(W)从所述第一热反应器(5)供应到所述第二热反应器(6)或从所述第二热反应器(6)供应到所述第一热反应器(5)以实现所述给定工艺条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将辅助蒸汽从蒸汽源(4)供应到所述第一热反应器(5)以用于在所述第一热反应器(5)中开始第一热水解工艺。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述生物炭冷却器(7)中通过热交换回路(8)来冷却所述生物炭污泥(BCS)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述热交换回路(8)设置有冷却水回路(81)，所述冷却水回路(81)具有循环泵(82)和布置在所述生物炭冷却器(7)内的热交换器(83)，并且，针对相应的水解工艺以交替的方式将由在所述冷却水回路(81)中循环并穿过所述热交换器(83)的水的蒸发而产生的蒸汽引导到所述第一热反应器(5)或所述第二热反应器(6)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了实现所述给定工艺条件，针对相应的水解工艺以交替的方式将额外的混合湿废弃物供给进入所述第二热反应器(6)或所述第一热反应器(5)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了实现所述给定工艺条件，针对相应的水解工艺以交替的方式将辅助蒸汽从所述蒸汽源(4)供应到所述第二热反应器(6)或所述第一热反应器(5)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述给定工艺条件包括处在200℃至250℃的给定温度水平下的温度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述给定工艺条件包括处在20巴至25巴的给定压力水平下的压力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述给定工艺条件包括3小时至5小时的给定工艺时间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述有机废弃物选自生物污泥和食品废弃物。
11.一种用于在给定工艺条件下借助于水热碳化来处理有机废弃物的系统，该系统包括至少一个源有机废弃物、至少一个湿废弃物罐(1，2)、湿废弃物混合罐(3)、至少第一热反应器(5)和第二热反应器(6)、生物炭冷却器(7)和至少一个蒸汽管道(43，45)，该蒸汽管道(43，45)设置有用于在所述第一热反应器(5)和所述第二热反应器(6)之间提供连接的阀(44，46)，以便针对热水解工艺以交替的方式将蒸汽从所述第一热反应器(5)供应到所述第二热反应器(6)或从所述第二热反应器(6)供应到所述第一热反应器(5)来提供热和压力，其特征在于，所述系统还包括至少一个水管道(52，62)，所述至少一个水管道设置有用于在所述第一热反应器(5)和所述第二热反应器(6)之间提供连接的泵(53，63)，以便为了实现给定工艺条件而以交替的方式将热的且加压的水从所述第一热反应器(5)供应到所述第二热反应器(6)或从所述第二热反应器(6)供应到所述第一热反应器(5)。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统包括经由蒸汽管道(41)连接到所述第一热反应器(5)和所述第二热反应器(6)的辅助蒸汽源(4)。
13.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述至少一个湿废弃物罐包括第一湿废弃物罐(1)和第二湿废弃物罐(2)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的系统，其特征在于，所述生物炭冷却器(7)设置有热交换回路(8)，所述热交换回路(8)包括冷却水回路(81)、泵(82)和布置在所述生物炭冷却器(7)内的热交换器(83)，并且，设置有至少一个阀的蒸汽管道(84，88，89)连接到所述冷却水回路(81)以及所述第一热反应器(5)和所述第二热反应器(6)。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的系统，其特征在于，所述有机废弃物包括生物污泥和食品废弃物。
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