CN111492042A - 包括使湿氧化部分再循环的污泥水热碳化 - Google Patents

包括使湿氧化部分再循环的污泥水热碳化 Download PDF

Info

Publication number
CN111492042A
CN111492042A CN201880081657.1A CN201880081657A CN111492042A CN 111492042 A CN111492042 A CN 111492042A CN 201880081657 A CN201880081657 A CN 201880081657A CN 111492042 A CN111492042 A CN 111492042A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sludge
fraction
reactor
wet oxidation
preheated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880081657.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111492042B (zh
Inventor
弗雷德里克·伦德奎斯特
埃里克·奥登
弗雷德里克·厄曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
C Green Technology AB
Original Assignee
C Green Technology AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by C Green Technology AB filed Critical C Green Technology AB
Publication of CN111492042A publication Critical patent/CN111492042A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111492042B publication Critical patent/CN111492042B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/10Treatment of sludge; Devices therefor by pyrolysis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L9/00Treating solid fuels to improve their combustion
    • C10L9/08Treating solid fuels to improve their combustion by heat treatments, e.g. calcining
    • C10L9/086Hydrothermal carbonization
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/06Treatment of sludge; Devices therefor by oxidation
    • C02F11/08Wet air oxidation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00Solid fuels
    • C10L5/40Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/46Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on sewage, house, or town refuse
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/12Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/13Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by heating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/18Treatment of sludge; Devices therefor by thermal conditioning
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/26Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof
    • C02F2103/28Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof from the paper or cellulose industry
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/34Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/08Chemical Oxygen Demand [COD]; Biological Oxygen Demand [BOD]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/06Heat exchange, direct or indirect
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/10Recycling of a stream within the process or apparatus to reuse elsewhere therein
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/24Mixing, stirring of fuel components
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L2290/00Fuel preparation or upgrading, processes or apparatus therefore, comprising specific process steps or apparatus units
    • C10L2290/54Specific separation steps for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)

Abstract

提供了对污泥进行水热碳化的方法,该方法包括以下步骤:对污泥进行预热以获得经预热的污泥;将经预热的污泥与湿氧化部分混合以获得反应混合物;使反应混合物在反应器中经受水热碳化(HTC)以获得经HTC处理的污泥;从经HTC处理的污泥中分离出一部分;以及将所述一部分与氧化剂、比如氧气混合,以获得湿氧化部分,其中,所述一部分在湿氧化前的温度比经预热的污泥的温度高至少15℃。还提供了相应的系统。

Description

包括使湿氧化部分再循环的污泥水热碳化
技术领域
本公开涉及对污泥、尤其是来自废水处理厂的市政或工业污泥进行水热碳化的方法。
背景技术
污泥通常是市政或工业废水处理厂中的废水处理后残留的物质。市政废水处理厂处理来自城市的废水,而工业废水处理厂处理来自例如制浆造纸厂、工业食品生产设施等不同工业过程的水。畜牧业、例如大规模猪饲养也是废水和污泥的重要来源。本公开的实施方式将在所有这些领域中非常有用。
废水处理技术一般而言是相似的,但是根据待处理的废水流的特性、基本设计、当地要求和环境问题而包括特定的解决方案。在瑞典的大型工厂中,废水处理过程通常包括机械预处理,然后进行一级(沉降)和二级(好氧)处理步骤。在一些情况下,还可以采用不同形式的第三级处理来去除经处理水中残留的例如药物残留物、有毒的有机物质等的问题物质。在较小的工厂中,通常可以省略这些阶段中的一个或多个阶段。
几乎所有废水处理厂在使用中都会产生需要处理的污泥。直接从工厂回收经脱水处理(好氧污泥)后的污泥,或者首先进行厌氧处理以生产沼气,其中,一部分污泥被煮解,剩余污泥则作为厌氧污泥被回收。
全世界的废水处理厂每年产生的污泥达数亿公吨,并且量还在迅速增长。据报道,在2010年瑞典以每年干固体吨(tDS/y)为单位的总污泥量为25万,并且估计目前的数字与2010年相同或比2010年更高。因此,污泥处理对社会而言是巨大的挑战,并且当前的解决方案与高成本相关联,并且还与负面环境影响相关联。
从1986年开始,欧盟已经采取若干规范废水污泥处理和处置的指令,该指令涉及不同方面,这些方面比如将污泥用作垃圾填埋场、磷的回收、污泥的焚烧等。各个成员国已经在国家立法中反映了各个指令,并且例如在瑞典自2005年起禁止将污泥处置于垃圾填埋场中。
现今,废水污泥的主要用途是:在农业和林业/造林业中施肥,混合在用于地面建设项目的植物土壤中以及覆盖和修复垃圾填埋场,通过回收化学药品和化肥产品以及最后垃圾填埋场的能量回收的焚烧,然而,前提是污泥已经过特定的预处理、比如堆肥。
通过能量回收以及对烟道气和灰的适当处理以破坏有害化学物质并安全地处理重金属的污泥焚烧仍然是有吸引力的选择。然而,污泥的确切组成取决于进入的废水的组成和废水处理厂的类型。通常难以对具有高浓度的有机和/或生物成分的污泥进行脱水。水含量通常很高,以致在发电厂中焚烧时的净热值非常低或者甚至是负值,并且可能需要添加辅助燃料、通常为化石燃料。
C-Green Technology AB已开发出一种涉及水热碳化(HTC)步骤的污泥处理方法。既可以从燃烧前的生物燃料中提取磷,也可以从燃烧后的灰中提取磷。
发明内容
许多水热碳化(HTC)系统的运行需要例如以电力或气体的形式的外部能量的供应。本发明人已经发现,通过使经HTC处理的污泥的部分经受湿氧化,然后通过氧化使经湿氧化的部分再循环以回收所释放的热,可以消除在对污泥进行HTC处理中持续供应外部能量的需要。对已经经受HTC处理的污泥进行湿氧化的益处在于:HTC处理增加污泥的化学需氧量(COD),并且较高的COD意味着需要用于湿氧化过程的更多的燃料。此外,经HTC处理的污泥具有比进入的污泥或预热的污泥更高的温度,而较高的温度导致更快的湿氧化过程,该湿氧化过程取决于温度。在高于120℃的温度下,较高的温度还会增加氧气在污泥中的溶解度,从而进一步促进湿氧化(当氧气为氧化剂时)。
作为本公开的第一方面,因此提供了一种对污泥进行水热碳化的方法,该方法包括以下步骤:
对污泥进行预热以获得经预热的污泥;
将经预热的污泥与湿氧化部分混合以获得反应混合物;
在反应器中对反应混合物进行水热碳化(HTC),以获得经HTC处理的污泥;
从经HTC处理的污泥中分离出一部分;以及
将所述一部分与氧化剂混合以获得湿氧化部分。
氧化剂优选是氧气。“氧气”是指包含按体积计的至少80%的氧、优选地按体积计的至少95%的氧的气体。因此,步骤b)中的“添加氧气”不涵盖添加空气(这是由于空气中的氧含量按体积计仅为21%)。使用氧气而不使用空气的益处是较少的惰性气体被添加至反应器中。另一个益处是更有效的湿氧化反应。
如技术人员所理解的,该方法是连续的方法。
本公开的污泥优选地是来自废水处理厂的市政或工业污泥。
污泥的干固体含量(也称为“总固体”)通常为1%至35%、比如2%至35%、比如3%至32%。如果污泥是厌氧污泥,则干固体含量通常为13%至32%。如果污泥是好氧污泥,则干固体含量通常为5%至15%。灰含量通常为污泥干重的10%至75%、比如12%至50%、比如30%至50%。污泥的高热值(HHV)通常为3.5MJ/kg至21MJ/kg、比如6MJ/kg至17MJ/kg(干重)。
本公开的湿氧化通常不消耗污泥的整个HHV。通常,湿氧化消耗小于50%的污泥的HHV,优选地湿氧化消耗5%至20%、比如6%至15%的污泥的HHV。可以相应地调整在该方法中添加氧化剂的量。
本公开促进了磷(P)的分离。因此,本公开的污泥优选地包含例如含量为污泥干重的0.5%至9%、比如污泥干重的1%至9%、比如污泥干重的1.5%至9%的磷。
此外,将经处理的污泥用作湿氧化过程的燃料。最终的HTC煤通常也用作燃料。因此,本公开的污泥优选包含例如含量为污泥干重的9%至46%、比如污泥干重的20%至46%的碳(C)。
本公开的湿氧化不需要单独的反应器。反而,例如使用氧气混合器足以使所述一部分与氧化剂混合。因此,在第一方面的一个实施方式中,没有使用与上述用于HTC的反应器分开的反应器,来用于氧化剂与所述一部分之间的反应。然而,为了实现更好的过程控制,允许湿氧化部分在湿氧化部分与预热的污泥混合之前通过反应器可能是有益的。在这种反应器中的停留时间可以例如是10min至60min、比如20min至40min。这种反应器的体积可以例如是用于HTC的反应器体积的10%至50%、比如20%至40%。
当氧化剂是氧气时,通过该方法处理的每公吨干污泥的氧气添加量可以为60kg至260kg、优选地通过该方法处理的每公吨干污泥的氧气添加量为100kg至200kg、更优选地通过该方法处理的每公吨干污泥的氧气添加量为110kg至150kg。
根据一个实施方式,所述一部分是贫颗粒部分,这意味着该部分的总悬浮固体(TSS)含量低于经HTC处理的污泥的TSS含量。例如,贫颗粒部分的TSS含量可以低于50g/l、优选地低于30g/l、更优选地低于20g/l。
所述一部分中相对较低的TSS含量的益处在于改进了氧化剂、比如氧气在所述一部分中的混合。
重金属和磷趋于被污泥的固体颗粒束缚,并且存在湿氧化过程将此类物质释放至液体的风险。所述一部分(经受湿氧化的部分)中的TSS含量相对较低的另一个益处是使这种释放最小化。
该方法可以包括从经HTC处理的污泥获得第二部分。
第二部分可以是富颗粒部分,这意味着第二部分的TSS含量高于与氧化剂混合的所述一部分的TSS含量。
经HTC处理的污泥在设置在反应器下游的分离器中可以分离成贫颗粒部分和富颗粒部分。技术人员已知如何进行这种分离。
替代性地,反应器可以设置有用于贫颗粒部分的第一出口和用于富颗粒部分的第二出口。在这种情况下,第一出口设置在第二出口的上方,使得沉淀和/或流体化可以用于分离。下面参照图1a和图1b对设计成能够进行基于流体化的分离的反应器进行描述。
第二部分可以通过闪蒸被冷却。这种闪蒸提供优选地在预热步骤中使用的至少一种蒸气部分。在一个实施方式中,闪蒸提供了用于在预热步骤中对污泥进行顺序加热的不同温度的至少两种、比如至少三种蒸气部分。
经HTC处理的污泥(即反应器出口处的污泥)的温度通常为180℃至250℃、并且优选地为180℃至230℃。更优选地,经HTC处理的污泥的温度为190℃至225℃。
进行湿氧化步骤是由于预热不足以使污泥达到反应器中进行HTC处理的温度。经HTC处理的污泥的温度通常比与湿氧化部分混合的经预热的污泥的温度高至少20℃(比如高20℃至65℃)、并且优选地比与湿氧化部分混合的预热的污泥的温度高至少30℃(比如高30℃至65℃)。
在反应器中的平均停留时间通常为0.25h至8h、并且优选地为0.5h至2h。
优选地,所述一部分的体积流量是经预热的污泥的体积流量的10%至50%。
为了对湿氧化过程提供足够的燃料,所述一部分的化学需氧量(COD)通常为至少15g/l、优选地至少20g/l、更优选地至少30g/l、并且最优选地至少40g/l或至少50g/l。
通常认为在反应器上游的位置、比如通向反应器的管道中将经预热的污泥与湿氧化部分混合比在反应器中更实用。
在优选的实施方式中,因此在反应器上游的位置将经预热的污泥与湿氧化部分混合。在图1a和图2a中示出这样的实施方式的示例。
在替代性的实施方式中,预热的污泥在反应器中与湿氧化部分混合。在图1b和图2b中示出这样的实施方式的示例。
如上所述,将氧化剂添加至经HTC处理的污泥的部分而不是添加至经预热的污泥的益处是经HTC处理的污泥的部分的温度更高。所述一部分在湿氧化之前(即,在与氧化剂混合之前)的温度比经预热的污泥的温度例如高至少15℃(比如高15℃至65℃)、优选地比经预热的污泥的温度高至少20℃(比如高20℃至65℃)、并且更优选地比经预热的污泥的温度高至少25℃(比如高25℃至65℃)。
可以从以下关于第二方面的讨论中得出第一方面的其他实施方式。
作为本公开的第二方面,提供了一种用于对污泥进行水热碳化的系统,该系统包括:
-入口,该入口用于接收污泥;
-反应器,该反应器用于使污泥经受水热碳化(HTC)从而获得经HTC处理的污泥;
-引导装置,该引导装置用于将污泥从入口引导至反应器,该引导装置包括预热装置;以及
-再循环装置,该再循环装置用于将经HTC处理的污泥的第一部分引导至引导装置的在预热装置与反应器之间的位置或引导至反应器,该再循环装置包括用于将第一部分与氧化剂、比如氧气混合的混合器。
如技术人员所理解的,再循环装置连接至反应器的出口。
混合器的作用导致经HTC处理的污泥的第一部分变为“湿氧化部分”。
在图1a和图2a中示出了用于将部分引导至引导装置的在预热装置与反应器之间的位置的再循环装置的示例。根据这样的示例,在反应器的上游但在预热装置的下游将湿氧化部分与经预热的污泥混合/合并。
从上面的讨论可以得出,引导装置可以包括T型连接装置或设置在预热装置下游的另一个混合设备。在这种情况下,引导装置连接至混合设备的T型连接装置。
在图1b和图2b中示出用于将部分引导至反应器的再循环装置的示例。根据这样的示例,湿氧化部分与经预热的污泥在反应器中混合。
将部分引导至引导装置的在预热装置与反应器之间的位置使得能够进行实用的混合,因此比将部分引导至反应器更优选。
如本领域技术人员所理解的,该系统适于连续过程,并且反应器是连续反应器。
氧化剂优选为氧气,并且混合器优选为氧气混合器。也可以使用其他类型的氧化设备、比如逆流或并流反应器或吸收塔。
该系统还可以包括:
-闪蒸装置,该闪蒸装置用于使经HTC处理的污泥的第二部分经受闪蒸以获得第二冷却部分和至少一种蒸气部分;以及
-蒸气引导装置,该蒸气引导装置用于将所述至少一种蒸气部分引导至预热装置。
闪蒸装置可以包括串联设置的至少两个、比如至少三个闪蒸容器,以提供不同温度的蒸气部分。此外,预热装置可以包括串联设置的至少两个、比如至少三个蒸气混合器。蒸气引导装置优选地将闪蒸容器连接至蒸气混合器,使得污泥可以被逐步预热。
蒸气混合器可以是文丘里混合器(venturi mixer)。
在一个实施方式中,反应器包括用于第一部分的第一出口和用于第二部分的第二出口,其中,第一出口设置在第二出口的上方。这样的反应器可以包括:反应器入口,反应器入口设置在反应器的顶部处,该入口连接至引导装置;第一通道,第一通道从反应器入口向下延伸以用于将材料从反应器的入口引导至反应器的底部部分;第二通道,第二通道从底部部分向上延伸至第一出口,第二通道连接至再循环装置;以及第二出口,第二出口可以连接至闪蒸装置。
如上所述,本公开的湿氧化不需要单独的反应器。因此,在第二方面的一个实施方式中,在将第一部分与氧化剂混合的混合器下游的再循环装置中没有设置反应器。
另外,第一方面的实施方式经过必要修改同样适用于第二方面。
附图说明
图1a、图1b、图2a和图2b图示了根据本公开的用于污泥处理的系统的不同示例性实施方式。
具体实施方式
在图1a中示意性地图示了根据本公开的系统100的第一示例性实施方式。对于系统中的过程,从来源接收(A)污泥,该来源可以是市政废水处理厂、工业过程或农业或畜牧业中的设施。可以直接从工厂或构成系统的一部分的贮存罐中接收污泥。污泥通常具有约30℃的初始温度和约30%的干物质含量。在例如通过来自相同过程/系统的液体流的可选的初始加热(未显示)之后,污泥在预热装置101中被预热。优选地通过例如在串联设置的第一蒸气混合器102、第二蒸气混合器103和第三蒸气混合器104中逐步添加蒸气来进行预热。在每个蒸气混合器102、103、104的下游设置有泵102p、103p、104p。最后一个泵使压力上升至下面所讨论的HTC反应压力。在预热装置101之后,获得具有温度约为175℃的经预热的污泥。在T型连接装置105(或用于混合两种流的更先进设备)中,预热的污泥与湿氧化部分合并以形成反应混合物,该反应混合物优选地通过入口107被供应至竖向反应器106中,入口107设置在反应器106的底部处。在反应器106中,对反应混合物进行水热碳化(HTC)。由于放热反应(例如以下所讨论的HTC反应和湿氧化)和热损失,污泥的温度在反应器106中的不同位置之间可以变化。经HTC处理的污泥优选通过设置在反应器106的顶部部分的出口108处从反应器106排出。经热处理的污泥从反应器106排出时的温度为200℃至215℃。
从经HTC处理的污泥中分离出部分109。该部分的压力通过泵110被略微提高。然后在氧气混合器111中将氧气添加至部分中,从而获得“湿氧化部分”。氧气混合器连接至氧气罐(未示出)。系统中处理的每公吨干污泥的氧气量约为130kg。湿氧化不是瞬时的。而是,在部分在氧气混合器111的下游流动时并且还可能在与预热的污泥合并之后将持续进行湿氧化。
部分的体积流量为预热的污泥的体积流量的10%至50%。
剩余的经HTC处理的污泥形成第二部分,该第二部分不是再循环而是在闪蒸装置112中进行闪蒸,从而产生用于在预热装置101中对污泥进行预热的至少一种蒸气部分。优选地,闪蒸装置112包括若干串联设置的闪蒸容器,以产生不同温度的蒸气部分。例如,闪蒸装置112可以包括:第一闪蒸容器113,第一闪蒸容器113产生相对较高温度的蒸气部分,该蒸气部分被引导至预热装置101的第三蒸气混合器104;第二闪蒸容器114,第二闪蒸容器114产生中等温度的蒸气部分,该蒸气部分被引导至预热装置101的第二蒸气混合器103;以及第三闪蒸容器115,第三闪蒸容器115产生较低温度的蒸气部分,该蒸气部分被引导至预热装置101的第一蒸气混合器102。
对在闪蒸装置112下游获得的冷却的浆料进行脱水(未示出),从而获得至少一种液体流(该液体流可以用于对进入的污泥进行初始加热和/或稀释)和包含HTC煤的浓部分。
系统100可以包括使用外部热量的加热器116、比如电加热器以用于冷启动过程。加热器116优选地在布置在合并点105的下游但在反应器106的上游。
在图1b中示出了第一示例性实施方式的变型。图1b与图1a之间的区别在于:湿氧化部分不在反应器106上游的位置中与预热的污泥合并。在图1b中,湿氧化部分和经预热的污泥反而分别添加至反应器106的上游部分,因此在反应器106中混合以形成反应混合物。
在图2a中示意性地图示了根据本公开的系统200的第二示例性实施方式。对于系统200中的过程,从来源接收(A)污泥,该来源可以是市政废水处理厂、工业过程或农业或畜牧业中的设施。可以直接从工厂或构成系统一部分的贮存罐中接收污泥。污泥通常具有约30℃的初始温度和约30%的干物质含量。在例如通过来自相同过程/系统的液体流的可选的初始加热(未显示)之后,污泥在预热装置201中被预热。优选地通过例如在串联设置的第一蒸气混合器202、第二蒸气混合器203和第三蒸气混合器204中逐步添加蒸气来进行预热。在每个蒸气混合器202、203、204的下游设置有泵202p、203p、204p。最后一个泵使压力升至下面所讨论的HTC反应压力。在预热装置201之后,获得具有温度约为175℃的预热的污泥。在T型连接装置205(或用于混合两种流的更先进设备)中,预热的污泥与湿氧化部分合并以形成反应混合物,该反应混合物被给送至竖向反应器206,反应混合物在该竖向反应器206中经受水热碳化(HTC),并且经HTC处理的污泥被分成贫颗粒部分和富颗粒部分。反应器206包括:反应器入口207,反应器入口207设置在反应器206的顶部处;第一通道206c1,第一通道206c1从反应器入口207向下延伸以用于将反应混合物从反应器206的入口207引导至底部部分;第二通道206c2,第二通道206c2从底部部分向上延伸至再循环出口208以用于排出贫颗粒部分;下部出口209,下部出口209用于排出富颗粒部分。反应器206的设计使得能够流体化,这有助于分离成贫颗粒部分和富颗粒部分(参见专利申请SE 1750284A1)。
优选地,贫颗粒流的一部分再循环至反应器206的底部入口207b。流体通过该底部入口有助于流体化。
在略去向底部入口的再循环的情况下,氧气添加至贫颗粒部分的另一部分或全部贫颗粒部分中。通过氧的添加,获得“湿氧化部分”。该添加是借助于氧气混合器211进行的,该氧气混合器211连接至氧气罐(未示出)。系统中处理的每公吨干污泥的氧气量可以约为130kg。湿氧化不是瞬时的。而是,在部分在氧气混合器211的下游流动时并且还可能在与预热的污泥合并之后将持续进行湿氧化。在氧气混合器211之前,贫颗粒部分的压力通过泵210略微被增大。
湿氧化部分的体积流量为预热的污泥体积流量的10%至50%。
由于放热反应(例如HTC反应和湿氧化)和热损失,温度在反应器206中的不同位置之间略有变化。贫颗粒部分和富颗粒部分在从反应器206中排出时具有在200℃至215℃范围内的温度。
富颗粒部分在闪蒸装置212中经受闪蒸,该闪蒸装置212产生用于在预热装置201中对污泥进行预热的至少一种蒸气部分。优选地,闪蒸装置212包括若干串联设置的闪蒸容器,以产生不同温度的蒸气部分。例如,闪蒸装置212可以包括:第一闪蒸容器213,第一闪蒸容器213产生相对较高温度的蒸气部分,该蒸气部分被引导至预热装置201的第三蒸气混合器204;第二闪蒸容器214,第二闪蒸容器214产生中等温度的蒸气部分,该蒸气部分被引导至预热装置201的第二蒸气混合器203;以及第三闪蒸容器215,第三闪蒸容器215产生相对较低温度的蒸气部分,该蒸气部分被引导至预热装置201的第一蒸气混合器202。
在闪蒸装置212下游获得的冷却的浆料被脱水(未示出),从而获得至少一种液体流(该液体流可以用于对进入的污泥进行初始加热和/或稀释)和包含HTC煤的浓部分。
系统200可以包括使用外部热量的加热器216、比如电加热器以用于冷启动过程。加热器216优选地布置在合并点205的下游但在反应器206的上游。
在图2b中示出了第二示例性实施方式的变型。图2b和图2a之间的区别在于:湿氧化部分不在反应器206上游的位置中与预热的污泥合并。在图1b中,湿氧化部分和预热的污泥替代性地分别添加至反应器206的上游部分,因此在反应器206中混合以形成反应混合物。

Claims (19)

1.一种对污泥进行水热碳化的方法,所述方法包括以下步骤:
对所述污泥进行预热以获得经预热的污泥;
将所述经预热的污泥与湿氧化部分混合以获得反应混合物;
在反应器中对所述反应混合物进行水热碳化(HTC),以获得经水热碳化处理的污泥;
从所述经水热碳化处理的污泥中分离出一部分;以及
将所述一部分与氧化剂混合,所述氧化剂比如为氧气,以获得所述湿氧化部分,
其中,所述一部分在所述湿氧化之前的温度比所述经预热的污泥的温度高至少15℃。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述一部分的总悬浮固体(TSS)含量低于所述经水热碳化处理的污泥的总悬浮固体含量。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述一部分的总悬浮固体含量低于50g/l、优选地低于30g/l、更优选低于20g/l、并且最优选地在0g/l至10g/l的范围中。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,还包括从所述经水热碳化处理的污泥中获得第二部分,并对所述第二部分进行闪蒸以获得至少一种蒸气部分和冷却部分,其中,在所述预热步骤中使用所述至少一种蒸气部分。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,所述第二部分的总悬浮固体(TSS)含量高于与所述氧化剂混合的所述一部分的总悬浮固体含量。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述污泥是来自废水处理厂的市政或工业污泥。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述经水热碳化处理的污泥的温度为180℃至250℃、优选地为180℃至230℃、并且更优选地为190℃至225℃。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述经水热碳化处理的污泥的温度比与所述湿氧化部分混合的所述经预热的污泥的温度高至少20℃、优选地比与所述湿氧化部分混合的所述经预热的污泥的温度高至少30℃。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,在所述反应器中的平均停留时间为0.25h至8h、优选地为0.5h至2h。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述一部分的体积流量为所述经预热的污泥的体积流量的10%至50%。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述一部分的化学需氧量(COD)为至少15g/l、优选地至少20g/l、更优选地至少30g/l、最优选地至少40g/l或至少50g/l。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,经预热的污泥与所述湿氧化部分在所述反应器中混合。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,经预热的污泥与所述湿氧化部分在所述反应器上游的位置中混合。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,所述一部分在所述湿氧化之前的温度比所述经预热的污泥的温度高至少20℃、优选地比所述经预热的污泥的温度高至少25℃。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其中,氧化剂的量使得:湿氧化反应将所述污泥的高热值(HHV)降低5%至49%、优选地5%至20%、更优选地6%至15%。
16.一种用于对污泥进行水热碳化的系统,所述系统包括:
-入口,所述入口用于接收污泥;
-反应器,所述反应器用于使污泥经受水热碳化(HTC)从而获得经水热碳化处理的污泥;
-引导装置,所述引导装置用于将污泥从所述入口引导至所述反应器,所述引导装置包括预热装置;以及
-再循环装置,所述再循环装置用于将所述经水热碳化处理的污泥的第一部分引导至所述第一引导装置上的在所述预热装置与所述反应器之间的位置或引导至所述反应器,所述再循环装置包括用于将所述第一部分与氧化剂混合的混合器,所述氧化剂比如为氧气。
17.根据权利要求16所述的系统,其中,所述氧化剂是氧气,并且所述混合器是氧气混合器。
18.根据权利要求16或17所述的系统,还包括:
-闪蒸装置,所述闪蒸装置用于使经水热碳化处理的污泥的第二部分经受闪蒸以获得第二冷却部分和至少一种蒸气部分;以及
-蒸气引导装置,所述蒸气引导装置用于将所述至少一种蒸气部分引导至所述预热装置。
19.根据权利要求18所述的系统,其中,所述反应器包括用于所述第一部分的第一出口和用于所述第二部分的第二出口,其中,所述第一出口布置在所述第二出口的上方。
CN201880081657.1A 2017-12-21 2018-12-11 包括使湿氧化部分再循环的污泥水热碳化 Active CN111492042B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1751622-0 2017-12-21
SE1751622A SE541813C2 (en) 2017-12-21 2017-12-21 Hydrothermal carbonization of sludge including recycling of a wet-oxidized fraction
PCT/SE2018/051290 WO2019125274A1 (en) 2017-12-21 2018-12-11 Hydrothermal carbonization of sludge including recycling of a wet-oxidized fraction.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111492042A true CN111492042A (zh) 2020-08-04
CN111492042B CN111492042B (zh) 2022-04-15

Family

ID=66994994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880081657.1A Active CN111492042B (zh) 2017-12-21 2018-12-11 包括使湿氧化部分再循环的污泥水热碳化

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11999921B2 (zh)
EP (1) EP3728526B1 (zh)
JP (1) JP7209725B2 (zh)
CN (1) CN111492042B (zh)
BR (1) BR112020012470A2 (zh)
ES (1) ES2926949T3 (zh)
SE (1) SE541813C2 (zh)
WO (1) WO2019125274A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201600075748A1 (it) * 2016-07-19 2018-01-19 3V Green Eagle S P A Procedimento ed apparecchiatura per ossidazione ad umido di reflui
EP4008798A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-08 HBI Srl Process of extraction of metals from a wet mass of waste
CN117683549B (zh) * 2023-12-28 2024-09-03 山东省科学院能源研究所 一种用于高湿有机固废连续水热碳化的反应装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009127727A1 (en) * 2008-04-17 2009-10-22 Csl Carbon Solutions Ltd. Process for converting biomass to coal-like material using hydrothermal carbonisation
CN102369263A (zh) * 2009-04-01 2012-03-07 森高工业有限公司 用于再生性原材料和有机余料的水热碳化的方法
CN105417918A (zh) * 2015-12-08 2016-03-23 深圳大学 微波热解处理市政污泥的技术方法
WO2017003358A1 (en) * 2015-06-29 2017-01-05 C-Green Technology Ab System and method for heat treatment of sludge
CN206736052U (zh) * 2017-04-27 2017-12-12 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 一种污泥湿式氧化的一体化处理反应器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3649534A (en) * 1970-05-15 1972-03-14 Du Pont Wet oxidation of acidified activated sludge
US3803806A (en) * 1972-09-28 1974-04-16 Komline Sanderson Eng Corp Process for the treatment of activated sludge
US4017421A (en) * 1975-12-16 1977-04-12 Othmer Donald F Wet combustion process
US5279637A (en) * 1990-10-23 1994-01-18 Pcl Environmental Inc. Sludge treatment system
JP3963124B2 (ja) 2002-06-06 2007-08-22 日立造船株式会社 有機性廃棄物の処理方法
JP2007136293A (ja) 2005-11-16 2007-06-07 Hitachi Zosen Corp 液状有機性廃棄物の処理方法
RU2010154122A (ru) * 2008-06-23 2012-07-27 Ссл Карбон Солюшнс Лтд. (Gb) Способ получения гидротермального гибридного вещества из биомассы и гидротермальное гибридное вещество, получаемое согласно указанному способу
EP2206688A1 (de) * 2008-12-16 2010-07-14 Suncoal Industries Gmbh Thermo-chemische Aufbereitung des Processwassers einer hydrothermalen Karbonisierung
US20110272350A1 (en) * 2010-05-07 2011-11-10 Skillicorn Paul Methods for Treatment of Waste Activated Sludge
DE102010062833B3 (de) * 2010-12-10 2012-06-06 Helmholtz-Zentrum Für Umweltforschung Gmbh - Ufz Verfahren und Reaktor zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomassen im Tiefschacht-Reaktor und zur gleichzeitigen Nassoxidation der anfallenden Prozesswässer
DE102011055987A1 (de) * 2011-12-02 2013-06-06 Thomas Reichhart Vorrichtung zur hydrothermalen Karbonisierung von Biomasse
SE540136C2 (en) 2015-06-29 2018-04-10 C Green Tech Ab Continuous vertical reactor and system and method for sludget treatment
SE540137C2 (en) 2016-06-23 2018-04-10 C Green Tech Ab Method for oxidation of a liquid phase in a hydrothermal carbonization process

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009127727A1 (en) * 2008-04-17 2009-10-22 Csl Carbon Solutions Ltd. Process for converting biomass to coal-like material using hydrothermal carbonisation
CN102369263A (zh) * 2009-04-01 2012-03-07 森高工业有限公司 用于再生性原材料和有机余料的水热碳化的方法
US20120103040A1 (en) * 2009-04-01 2012-05-03 Suncoal Industries Gmbh Method for the hydrothermal carbonization of renewable raw materials and organic residues
WO2017003358A1 (en) * 2015-06-29 2017-01-05 C-Green Technology Ab System and method for heat treatment of sludge
CN105417918A (zh) * 2015-12-08 2016-03-23 深圳大学 微波热解处理市政污泥的技术方法
CN206736052U (zh) * 2017-04-27 2017-12-12 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 一种污泥湿式氧化的一体化处理反应器

Also Published As

Publication number Publication date
ES2926949T3 (es) 2022-10-31
EP3728526A1 (en) 2020-10-28
CN111492042B (zh) 2022-04-15
JP7209725B2 (ja) 2023-01-20
SE541813C2 (en) 2019-12-17
US20210087093A1 (en) 2021-03-25
BR112020012470A2 (pt) 2020-11-24
SE1751622A1 (en) 2019-06-22
EP3728526B1 (en) 2022-06-15
US11999921B2 (en) 2024-06-04
EP3728526A4 (en) 2021-09-08
WO2019125274A1 (en) 2019-06-27
JP2021507806A (ja) 2021-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109477011B (zh) 用于水热碳化工艺中液相氧化的方法
EP1799796B1 (en) Slurry dewatering and conversion of biosolids to a renewable fuel
CN111492042B (zh) 包括使湿氧化部分再循环的污泥水热碳化
US11724952B2 (en) Method and system for hydrothermal carbonization and wet oxidation of sludge
JP2019520206A5 (zh)
ZA200703757B (en) Slurry dewatering and conversion of biosolids to a renewable fuel
CN111492041A (zh) 污泥的氧化以及随后的水热碳化
WO2017222462A1 (en) Method for oxidation of a liquid phase in a hydrothermal carbonization process

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant