申请日1993.02.20
公开(公告)日1994.08.24
IPC分类号C10L5/46; C02F11/06
摘要
一种处理毒性污泥的方法。在皮带压滤机中挤压固含量约0.5-20%的污泥，随后以高强度压力浓缩。处理后污泥的形态发生了变化，其固含量更高。将脱水的污泥加热，闪蒸和/或离心，并与补充燃料如液体烃类燃料和/或固体含碳燃料混合以产生总固含量约50-70%并含有约10-40%脱水污泥及具有较高热值的可泵送燃料浆料。在惯常的汽化器中通过部分氧化产生合成气和/或可燃气。热的副产物蒸汽和废气流中的热能可用来加热脱水的污泥。
権利要求書
1、一种用于从污水污泥制备燃料的方法，该方法包括：
(1)在带式滤机加压区中浓缩含约0.5-20重量%固体的污水污泥以产生含约15-65重量%固体的高度脱水污水污泥，并从所述脱水污水污泥中分离出过量的水;
(2)在约130°F-200°F的热处理温度范围内，无空气存在，停留时间约1-20分钟及大气压力下，在反应区中加热从(1)中得到的污水污泥，随后在热处理温度范围约300°F-650°F，无空气存在下，停留时间约5-120分钟及在等于或高于此热处理温度下的水的蒸气压的压力下继续加热以使该污水污泥脱羧和脱氢作用并产生可泵送的污水污泥含水泥浆;
(3)在闪蒸区中，将从(2)得到的污水污泥的含水泥浆的压力和相应温度降到约大气压到温度范围约200°F-400°F的所述的闪蒸区温度下的饱和水蒸气压的压力范围，以从所述污水污泥中蒸发和分离足够的水，获得固体含量约30-70重量%以及具有较高热值(HHV)约5，000-9，500BTU/Lb的可泵送的脱水污水污泥含水泥浆;
(4)将从(3)得到的脱水污泥的浆料与补充燃料相混合从而获得总固含量约50-70重量%并含有约10-40重量%的脱水污水污泥和具有较高热值约5，000-14，000BTU/Lb的可泵送浆料。
2、一种根据权利要求1的方法，该方法包括：
(5)在温度约1800°F-3000°F以及压力约1-30大气压力下，在气体发生器的反应区中，用含游离氧气体和温度调节剂的料流将从(4)中得到的可泵送浆料部分氧化以产生含有从下述一组气体中选出的至少一种气体的热的未处理的废气流：合成气体，还原气和可燃气。
3、一种根据权利要求1的方法，其中所说的从(4)得到的可泵送的燃料浆料可在锅炉或焚烧炉中完全燃烧。
4、一种根据1-3项权利要求的任一项的方法，其中在下述条件下对(1)中的所说污水污泥进行浓缩，对该泥浆表面施加20-200psi(磅/平方英寸)左右压力，持续时约1/2-60分钟。
5、一种根据1-3项权利要求的任一项的方法，其中(1)中的污水污泥是用连续皮带压滤和离心相结合来进行浓缩的。
6、一种根据1-3项权利要求的任一项的方法，其中在步骤(4)前，先将从(3)得到的可泵送的脱水污泥浆料输入离心区除水。
7、一种根据权利要求1的方法，其中在(1)中于连续带式压滤区中相继对所说污泥加压来使之浓缩，第一次加压的表面压力约20-200psi，加压时间约1/2-60分钟，第二次加压的表面压力约200psi，加压时间与所述的第一次加压的时间相近。
8、一种根据权利要求7的方法，其中在所述的第二次加压期间将所说污泥加热到100℃-140°左右来进一步脱水。
9、一种根据权利要求1的方法，其中对(1)中所述的污泥加压，同时加入粒径小于2mm的助滤剂进行进一步脱水。
10、一种根据权利要求9的方法，其中所述的助滤剂选自煤屑和CaCO3。
11、一种根据1，2，3，7，8，9和10项权利要求的任一项的方法，其中在(2)中的污泥通过与蒸气或合成气间接进行热交换来加热到所需的温度。
说明书
本发明涉及对环境无污染的处理污水污泥的部分氧化法。
随着对废物的埋填封闭、海洋倾泄的逐步限制，高技术焚烧炉在许多领域又不普遍，公众发现处置污水污泥日益困难和昂贵。此处所用的术语“污水污泥”被广义地定义为“含水废物”，尤其是指城市生活污水管道排放的至少含有一种下列物质的污水污泥：人体废物(排泄物)，家庭废物，如街道冲洗液等城市废物和工业废物及污水。城市排出的污水的总固体量通常约百万分之500(ppm)以上，污水中的固体大部分是动物或蔬菜物质，“有机物质”，即，脂肪，碳水化合物，和蛋白质。除了在水供给中常见的普通无机盐外，还存在沙和粘土等矿物或无机物，如果污水污泥来自未经处理的污水则可能含有许多已知对人类健康有害的病原体，在污水中几乎可以查出各种微生物，例细菌，原生动物门，孢子和胞。
污水污泥的气化在并入本文作参考的共同转让的美国专利3，687，646号中有所描述。在共同转让的美国专利第4，933，086号中描述了不加热而通过剪切来对污水污泥的含水泥浆进行浓缩，在共同转让的美国专利第4，983，296号中描述了用加热法烧结污水污泥的含水泥浆中的有机物质。然而，这些参考文献单独地或将其相结合
均未对本发明主题给予教导或暗示，即通过加压产生高度脱水的污水污泥和然后进行热处理，闪蒸，与补充燃料混合，并与含游离氧的气体和温度调节剂一起输入部分氧化气体发生器。得到至少含有一种下列物质的热原废气流：合成气，还原气和可燃气体。
本发明涉及不污染环境的处置污水污泥的部分氧化法，该法包括：
(1)浓缩含约0.5～20%(重量计)固体的污水污泥，产生高度脱水的含有约15～65%(重量计)固体的污泥，和从所述的脱水的污泥中分离出过剩的水：
(2)在反应区中，约130°F到200°F的温度范围内，无空气下停留约1到20分钟和大气压力下加热在(1)中得到的污泥、随后在约300°F到650°F的温度范围内无空气下停留约5到120分钟和在等于或高于热处理温度下的水蒸气压的压力下加热以产生可泵送的污水污泥含水泥浆;
(3)在闪蒸区内，将从(2)中制得的污水污泥含水泥浆的压力(和相应的温度)降低到一定压力范围，即约大气压到约200°F到400°F温度下，该闪蒸区的饱和水蒸气压下的压力范围，从而从所述污水污泥中蒸发和分离出足够多的水，以产生可泵送的脱水的污水浆料，其固含量范围约30到70%(重量计)，并具有更高热值(HHV)，约5，000到9，500BTU/LB;
(4)将从(3)中得到的脱水污水污泥泥浆与补充燃料相混合以提
供可泵送的具有总固含量约50到70%(重量计)和含有约10到40%(重量计)脱水的泥水污泥，并具有更高热值的浆料，约5，000到14，000BTU/LB;和，
(5)于约1800°F-3000°F和1-30大气压下，在气体发生器反应区中，用含有游离氧和温度调节剂的气流对从(4)中得到的可泵送泥浆进行部分氧化，生产至少含下述一种气体的热的未经处理的气流，合成气，还原气和可燃气体。
处理污水污泥的部分氧化法的另一实施方案包含：
(1)用惯常的连续带式压滤机挤压所述的含约0.5到20%(重量计)固体的污水污泥，使之浓缩，随后选择性地在常规的连续高强度压力机上进行挤压以产生高度脱水的含有约15到65%(重量计)固体的污水污泥，从所述的脱水污水污泥中分离出过量的水;
(2)在温度范围约130°F到260°F，大气压和无空气存在下，在反应区中加热(1)中得到的污水污泥1到20分钟左右，然后在温度范围约300°F到650°F无空气存在下，约加热5到120分钟，和等于或高于热处理温度下的水蒸气压的压力条件下生产可泵送的污水污泥含水泥浆;和在所述的热处理区中，所述的脱水污水污泥与可燃气体热气流间接接触;在该方法下游产生其中所述的可燃气体;
(3)在闪蒸区内，将从(2)中制得的污水污泥含水泥浆的压力和相应温度降低，降低后的压力范围为约大气压到该闪蒸区温度为约200°F到400°F时饱和水蒸气压，从而从所述的污水污泥中蒸发和
分离出足够的水以产生可泵送的脱水污水污泥浆料，其固含量范围约30到70(重量)%，并具有更高热值(HHV)，约5000到9500BTU/LB;
(4)通过多通道环形燃烧器的一个通道将从(3)得到的脱水的污水污泥的可泵送浆料输入到部分氧化气体发生器的反应区中，同时用燃烧器的其它通道输入含有游离氧的气体流和从由液态烃类燃料、固态含碳燃料、固态含碳燃料的水浆料和它们的混合物组成的一组燃料中选出的单独补充的燃料流;
(5)在(4)中所述的部分氧化反应区中，于约1800°F到3000°F和约1-30大气压下，使所述的物料反应以产生至少含有一种下列气体的热的未处理的废气流;合成气，还原气和可燃气;
(6)冷却、净化和纯化得自(5)的可燃气流;和
(7)在燃气轮机中燃烧得自(6)的所述的可燃气从而产生机械能并排出废气，并使以间接方式与所述的脱水污泥进行热交换的废气流通入如(2)所提供的(3)中的热处理区。
参考附图即可更好地理解本发明，附图仅是本方法优选实施方案的示意性说明。
用本发明的方法处理置生活污水污泥不污染环境。在该法中，通过挤压产生高度脱水的污泥，然后进行加热处理、闪蒸、与补充燃料混合，在部分氧化气体反应器中与含游离氧的气体和温度调节进行反应，产生至少含有一种下列气体的未经处理的热废气流：合成
气，还原气和可燃气。
补充的含碳的燃料与脱水污水污泥(重量计)份数比分别为约5-7比0.5-2例如约6∶1。在自由流动的非催化气体反应器中脱水污水污泥和补充的含碳燃料与含游离氧的气体进行部分氧化反应。用本发明的方法可以安全地处置有毒污水污泥而不污染环境，此外，除付产物气流和热水外，至少还可以产生一种有用而无毒的合成气、还原气和可燃气。从气体流中分离出无污染的灰和炉渣，灰和炉渣可用作路基的填料并可用来制造水泥块。此外本发明的方法可以向部分氧化气化器中输送更大量的污水污泥，这样，处理单位质量的污水污泥需要的能量更少。此法具有下列优点：
(a)可以处理有毒污水或工业污泥而不污染环境，并可产生干净的可燃气和/或合成气。
(b)从部分氧化气化器中产生的付产物可燃气可用作汽轮发电机的燃料，付产物合成气可用于有机化学品如甲醇的催化合成中。
(c)本方法利用了从可燃气得到的废热。通常由于这种废热温度太低不能很经济地转化成能量循环，而只能排泄到大气中。
(d)在污泥和固体含碳燃料的混合物料的部分氧化中产生的炉渣不含污染物、并用是安全的。此外该炉渣也是不可沥滤的。
(e)本方法具有较高的热效率，在废热锅炉中产生的内生成蒸气和/或在闪蒸区中产生的水可用来加热脱水污水污泥，蒸气还可用作膨胀汽轮机的工作介质。污水污泥中典型的可燃物元素分析结果