CN112996885A - 处理有机废弃物的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于处理有机废弃物的方法包括两个步骤。第一步骤包括从有机废弃物中分离水而产生液体、浆液和固体物质，且第二步骤包括将浆液和固体物质气化。一种用于处理有机废弃物并产生能量的系统包括：螺旋加压固体分离器，其适配成接收有机废弃物并从有机废弃物中排出液体以产生水、浆液和固体物质；和多级气化器，用于将浆液和固体物质气化。
Description
技术领域
本发明涉及用于处理有机废弃物的方法和系统。
背景技术
在不破坏有限地球上的物质循环系统的情况下构建人类可持续发展社会的基本问题之一是创造不使用如化石燃料或铀等可耗尽资源或不破坏资源环境的可再生清洁能源。即，存在对可再生能源的需求，该可再生能源在被转换成诸如电能和热能之类的有效能源以供人类使用时只会排放少量有害物质，并且通过使用永久性可利用的能源如阳光、风力、水力、天然蒸汽和生物质而产生。这些能源由于其诱人的特性而实际使用正在增加。然而，在任何情况下，关于最终成本的考虑都存在各种固有的问题。
在将生物质用作能源的情况下，能量转换是使用通过直接燃烧源自生物资源的有机废弃物，或碳化、液化或气化燃料获得的热量而进行。因此，这种情况具有为建立循环型社会做出重大贡献的特征，这导致废弃物再利用或废弃物减少，但不仅存在与基础设施有关的问题，即需要收集、运送和管理这些资源的成本，因为这些资源分散于广泛的范围内，而且还存在技术性问题，即，例如，燃烧效率或转化成燃料的效率并不好。因此，已经开发了包括有机废弃物碳化系统(NPL 1)和炭合成气生产系统(PTL 1)的各种系统。
橄榄油厂废料(OMW)是来自橄榄油生产的液体(浆状)废品。通常而言，是在生产初榨橄榄油之后进行第二次提取加工的结果。
在世纪之交，地中海盆地生产了约4000万立方米的OMW。OMW的特性自然因国家和提取工艺而异。从总体上看，OMW从低至3％的总固体含量(TS)到高达11％的TS不等。这些固体中有85％-95％被归类为挥发性固体(VS)。
除了橄榄坚果和果肉的碎片外，许多固体都是残留油的形式。OMW包含木质素和单宁形式的长链脂肪酸，OMW会因其变成深色。最重要的是，OMW富含酚类和类黄酮。在许多情况下，这些化合物会在橄榄油提取的第二阶段中发生聚合。
这些酚类化合物对微生物和植物均具有剧毒。OMW的高顽固性有机负荷和毒性使其需要进行处理，但尚未找到有效的处理方法，这对地中海地区的所有国家都构成了问题。几乎没有关于OMW处置的法规。
许多OMW都被倾倒至垃圾填埋场或排入海中。其他人则将OMW存储于浅泻湖中，随着时间的流逝水分会蒸发，然后所得的干物质会散布到橄榄树林(olive grove)中。有些人则使用厌氧消化技术，其中OMW用大量的水淹没，但消化的保留时间却很长，为4-6个月，需要非常庞大且昂贵的系统。就水量而言，焚化困难，且一旦燃烧，烟道气便是有毒的，并且在释放到大气中之前需要彻底清洗。
因此，OMW的生产和处置对于世界上橄榄产区而言都是一个重大问题，如果处理不当，则会造成环境和健康问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于处理有机废弃物的方法和系统，其既产生可用的水，又产生可用于燃料的材料，而很少或几乎没有残留的废弃物需要沉积或处理。
本发明的目的借助于专利权利要求的特征来提供。
在一个实施方式中，一种用于处理有机废弃物的方法包括两个步骤，其中第一步骤包括从有机废弃物中分离水而产生水、浆液和固体物质，而第二步骤包括该浆液的气化。
相应的是，在一个实施方式中，一种用于处理有机废弃物并产生能量的系统包括：螺旋加压固体分离器，其适配成接收有机废弃物并从所述有机废弃物中排出液体而产生水、浆液和固体物质；和多级气化器，用于气化所述浆液和固体物质。
该有机废弃物例如是从橄榄油生产中产生的，但是如上所述，该方法和系统可以用于所有类型的有机废弃物和/或任何类型的含碳污泥、泥浆或其他类型的废弃物。该方法和系统可以，例如，用于处理来自下水道污水(sewage)的湿有机废弃物、来自水产养殖/养鱼业的废弃物、来自石油或天然气精炼厂或其他石油设施的废弃物等。
在一个实施方式中，从有机废弃物中分离水的步骤包括对所述有机废弃物加压而使液体从所述有机废弃物中排出。该有机废弃物的加压可以，例如，通过使该有机废弃物通过如上所述的螺旋加压固体分离器而完成。
此外，从该有机废弃物中分离水的步骤可以还包括从由该有机废弃物中排出的液体中除去固体物质和油。在一个实施方式中，这通过借助于静电凝结设备(electrostaticcoagulation device)处理(该设备包括超声换能器)该液体，以从该液体中分离固体物质和油，并收集所分离的固体物质和油而完成。该静电凝结设备可以是具有分离设备的静电絮凝设备(electrostatic flocculation device)。
在一个实施方式中，该气化包括两个阶段，第一阶段包括浆液和固体物质的热解和物质向第二阶段的输送，而第二阶段包括将蒸汽添加到该输出物质中。
在其他实施方式中，该气化可以包括两个以上阶段，这是一个多阶段的方法，包括替代或添加到上述两个阶段的进一步的气化阶段。在下面的描述中，该气化被描述为两阶段工艺方法。
该气化步骤还可以包括干燥该浆液和固体物质而获得水分含量为10％-15％的物质。经干燥的物质可以用于所述气化工艺过程的第一阶段。为此目的，该系统可以包括干燥机。
在一些实施方式中，该系统还可以在气化步骤之前包括干燥步骤，例如，借助于真空干燥器或其他合适类型的干燥器进行真空干燥。
在此工艺过程中产生的合成气是可存储的多用途燃料，并能够转化为不同液体燃料。该工艺方法的第二个气化阶段通过将油和焦油与其余固体一起碳化而解决油和焦油问题。蒸汽的添加提高了氢气的产生。剩余物质是生物炭，这是一种出色的土壤增强剂(soilenhancer)和肥料。重金属与碳结合并变为惰性，而氮、磷、钾等营养素则具有较疏散的结合力，并仍可被植物利用。生物炭可以有效保持土壤水分并补充碳。另外，生物炭也能够进行加工处理而提取炭黑(用于复合材料和车辆轮胎)。
以这种方式，由该方法和系统产生的所有产品可以用于不同的目的，结果是必须沉积或以其他方式处理的废弃物为零或非常少。
附图说明
现在将通过示例并参考附图描述本发明。
图1示意性地显示了该方法用于处理有机废弃物的概况。
图2图示说明了，例如，通过使用螺旋加压分离机处理有机废弃物的方法的第一步骤的第一阶段。
图3图示说明了用于处理有机废弃物的方法的第一步骤的另一阶段。
图4图示说明了处理有机废弃物的方法中用作第二步骤的气化工艺过程的实例。
具体实施方式
在图1中示意性地图示说明了用于处理有机废弃物的方法和通过该方法实现的特征。该方法包括两个步骤，其中第一步骤在图示的上部10中显示，并且包括从有机废弃物中分离水而产生液体、浆液和固体物质。第二步骤显示于该图示的下部，并包括浆液和固体物质的气化。下面将参考图2-图4描述该两个步骤的进一步细节。在下面的描述中，橄榄油厂废料用作有机废料的实例，但如本文前面所述，该方法和系统能够用于处理其他类型的有机废料。
图2图示说明了通过使用螺旋加压分离器20处理有机废弃物的方法的第一步骤的一个阶段(分离)的实例。螺旋加压分离器20从有机废弃物中分离水而产生水、浆液和固体物质。有机废弃物，如橄榄油厂废料(Olive Mill Waste)，通过入口21引入筛网和螺旋加压室22，在此处液体被压出并通过液体出口21排出。剩余的筛分固体物料以具有一部分，例如，25％-35％干物质的湿糊形式从固体物料出口23中排出。将固体物料收集起来，然后供入气化器的干燥机。
来自图2中液体出口21的液体富含胶体状油、脂肪和有机化合物。在该实例中，该液体引入图3所示的静电凝结设备30。在此阶段，该液体首先引入包括超声换能器的凝结室3。对该液体使用超声换能器会导致胶体结构破裂，并激发该液体中的任何悬浮固体。释放到液体中的游离离子基团(ionic free radical)会导致固体物质和油类凝结。微起泡，即，例如，由电解过程所致将微气泡施加于液体上，则导致这些凝结的固体漂浮于液体表面上。然后将漂浮的凝结物在撇渣器室32中撇除。撇除的物料通过该工艺过程可以获得20％-30％的干物质含量。撇除的物料通过出口33收集，以进料至后续气化步骤。来自撇渣室的剩余液体通过出口34排出，作为水进行再循环。
该凝结工艺过程可以通过电解工艺过程完成，其中向该液体物料进行DC充电在该液体中产生游离的氢氧基(OH-)。这些带电颗粒会破坏液体中营养物盐的价键，而使它们能够与固体颗粒一起漂浮。
该电解工艺过程从电极发射出离子，该离子通过其电荷吸引悬浮的物质。电解产生的微气泡加速了絮凝物的漂浮；或者可替代地，可以加入微压载材料(micro ballastmaterial)以通过薄层(lamella)排布加速絮凝物沉降。
图2和图3所示的工艺阶段均具有产生的干物质，该干物质用于该方法的第二步骤中，使用气化器40进行气化。该步骤如图4所示。
来自分离器20和凝结设备30的固体物质被送至缓冲存储器41，以允许气化器的不间断运行。缓冲器41可以包括传感器，该传感器测量缓冲器中存在的物料量。传感器信号可以由控制系统使用以控制将前阶段向缓冲器的进料，以及将该干物质从缓冲器进料到后续处理阶段。
根据所干燥的物料的性质，将干物料从缓冲器41传送到在105-160℃的温度下运行的干燥器42中。干燥器42对物料进行干燥并研磨，直到其水分含量为10％-15％。在一个实例中，将该物料研磨成粉末。水分的含量能够使长链脂肪酸和其他大分子烃更好地裂解。
在一些实施方式中，还可以存在另外的干燥步骤，例如，通过在气化之前设置真空干燥器进行真空干燥。真空干燥器可以设置于缓冲存储器41之前或之后。真空干燥对物料施加真空而将压力降低到水的蒸气压之下。借助于真空泵，降低待干燥物质周围压力。这降低了该产品内水的沸点，从而提高蒸发速率。
一旦干燥，就使用气化器43将物料传递到气化工艺过程的第一阶段。气化器43包括第一室45和第二室46。第一室45可以设置有螺旋输送螺杆布置或用于将干燥物料进料到热解区(该热解区包括热解反应器)以通过室45中的热解将干燥物料气化的其他传送布置/设备。室45具有约-3mBar的负压(under pressure)，在此实例中热解在600℃下进行。在第一室45中的热解会产生气体，该气体随后通过真空发生器47与作为在第一室45中的热解工艺过程的副产物产生的炭一起被传送到第二室46中。
在第二室46中，借助于热量和蒸汽发生器48将蒸汽添加到气体和炭的混合物中，以在高温(例如，88℃)下提供气化。蒸汽的添加改善了第一工艺阶段的气体和焦炭中可能存在的汽化焦油和油的裂解。
正如在第一室45中一样，进入第二阶段的气体和焦炭可以通过螺旋功能而输送到气化区中。
气化系统的进料使得与原料物料一起进入系统的空气量非常小。第一阶段和第二阶段的室都通过热量和蒸汽发生器48间接加热，从而确保没有空气(特别是氮气)引入该系统中。
第二室46中的气化工艺过程会产生气体和生物炭。生物炭被带到仓储部，并代表了残留废弃物，从最初的废弃物来看，该废弃物的体积大大减少。气体被骤冷并净化而分离出焦油和油，这些焦油和油可以返回第二室进行进一步处理或运走进行处置。
由于采用两阶段工艺过程，因此在该工艺过程结束时，生物炭中几乎没有氢气。当气体被骤冷和净化44时，没有大量的焦油或油冷凝。
正如上所述，该工艺过程是封闭的并且是厌氧的(即，无需氧气)，这意味着该方法几乎没有废气/空气污染。在干燥器42中使用的粉碎技术在不同废弃物流股下都能够实现稳定的热解，并且适用于具有高入门费(gate fee)的异质和困难废弃物流股。
表1显示了从上述最终气化阶段排出的气体的典型气体生产值。
| ％ | BtU/Ft3 | |
| 氢气 | 37.1 | 325 |
| CO | 8.5 | 321.0000 |
| 甲烷 | 25.5 | 1012.3 |
| 乙烷 | 1773.8 | |
| 丙烷 | 2522 | |
| 异丁烷 | 3259.5 | |
| 正丁烷 | 3269.9 | |
| 异戊烷 | 4010.2 | |
| 正戊烷 | 4018 | |
| C6+ | 5194.5 | |
| 氧 | 0 | |
| 氮 | 0 | |
| CO<sub>2</sub> | 15.4 | 0 |
| 乙烯 | 13.5 | 1613.8 |
| 总计 | 100 |
表1。
Claims (15)
1.用于处理有机废弃物的方法，包括两个步骤，其中第一步骤包括：
-从有机废弃物中分离水以产生液体、浆液和固体物质，并且第二步骤包括：
-将所述浆液和所述固体物质气化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中从有机废弃物中分离液体的步骤包括对所述有机废弃物加压以从所述有机废弃物中排出液体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中从有机废弃物中分离液体的步骤包括通过螺旋加压固体分离器处理所述有机废弃物以从所述有机废弃物中排出液体。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中从有机废弃物中分离液体的步骤还包括从由所述有机废弃物排出的液体中去除固体物质和油。
5.根据权利要求4所述的方法，其中去除固体物质和油的步骤包括借助于包括超声换能器的静电凝结设备处理所述液体以从所述液体中分离所述固体物质和油，并收集分离的固体物质和油。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中气化步骤包括干燥所述浆液和固体物质以获得水分含量为10％-15％的干物质。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述气化包括两个阶段，第一阶段包括将干燥的浆液和固体物质热解并将物质输出到第二阶段，且第二阶段包括将蒸汽添加到输出物质中。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述有机废弃物是来自橄榄油生产的残余物。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，还包括将第一步骤提供的浆液和固体物质真空干燥，并将真空干燥的浆液和固体物质提供至第二步骤。
10.用于处理有机废弃物并产生能量的系统，包括
-螺旋加压固体分离器，适配成接收有机废弃物并从所述有机废弃物中排出液体以产生水、浆液和固体物质，和
-多级气化器，用于气化所述浆液和固体物质。
11.根据权利要求10所述的系统，还包括带有分离设备的静电凝结设备，所述分离设备适配成从由所述有机废弃物排出的液体中去除固体物质和油。
12.根据权利要求11所述的系统，包括包含超声换能器的静电凝结设备以从所述液体中分离固体物质和油，并收集分离的固体物质和油。
13.根据权利要求10-12之一所述的系统，包括干燥器，所述干燥器适配成干燥所述浆液和固体物质以获得水分含量为10％-15％的物质。
14.根据权利要求10-13之一所述的系统，其中所述有机废弃物是来自橄榄油生产的残余物。
15.根据权利要求10-14之一所述的系统，还包括用于干燥所述浆液和固体物质并将干燥的浆液和固体物质提供给所述多级气化器的干燥器。
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