[发明专利]连续热水解的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于包含有机物的污泥的连续热水解的方法和装置，这些污泥与其它包含有机物的液体垃圾混合或不混合。这些污泥例如可能来自民用废水的处理(来自预处理的净化污泥、油脂)，或来自工业废水的处理，或来自排泄物、油脂槽。下面将在文件中使用术语“污泥”。这些污泥的干燥度为重量的10－50％之间。

背景技术

来自废水处理的污泥，无论是民用还是工业源的，都能通过生物途径尤其是厌氧消化进行处理。

生物处理的目标是使包含在这些污泥中的有机物降解。降解的目的是使污泥稳定，可产生能量和/或减少污泥的体积。但是有些有机成分比其它成分更难以通过生物途径降解，因此已知通过热水解预处理可以加速生物降解过程。该热处理一般在确定的时间期间在大于100℃的温度下在压力下进行，实际温度可达220℃，时间一般为半小时。由于该热水解处理，难以生物降解的有机物降解为以后可以更容易生物降解的成分。

传统方式是，以后的生物降解可以通过在叫做消化器的厌氧运行封闭反应器内的消化进行。只有在足够的和恒定的温度下操作，这一般需要加热系统，并正确搅拌，这些厌氧消化器才能正确地运行。只有进入消化器的污泥为流体，即低粘度，搅拌才更容易。

人们在现有技术中知道不同类型的热水解方法，有些方法一个接一个即不连续地处理给定量的待水解污泥(批量运行)，而其它方法可以连续处理的方式，或至少以半连续的方式处理要水解的污泥。

在与这些热水解装置和方法有关的现有技术中，尤其可以举出专利文件WO96/09882和WO2006/027062，两者都涉及批量处理方法。

这些批量处理方法的缺点是需要在处理之前管理不同批量的污泥的处理周期。

在连续或半连续的污泥热水解处理技术中，可以举出专利文件EP1198424和专利文件WO2009/121873中描述的技术。

在EP1198424中描述的技术中，污泥被输送到反应器中，在反应器中，污泥在5至60分钟的时间内过渡到130℃到180℃之间的温度。然后通过热交换器使这样处理后的水解污泥冷却，以保证污泥的温度足够低，避免破坏消化器的生物量。这样回收的能量可以预热进入热水解反应器前的污泥。但是，该技术实施一些再蒸发的步骤，在实际应用中，这些步骤的管理对使用者很困难并且是强制性的。另外，这些再蒸发步骤使方法具有半连续的特征，而不是连续的。

在专利文件WO2009/121873中描述的技术中，污泥在形状为管子的热水解反应器中连续处理，水蒸气直接地被注入到管形反应器中。

该方法的优点是真正连续的方法。但是，尽管比市场上的现有热水解污泥处理大有改进，但仍具有一些缺点。

首先，如果进入反应器的待水解污泥的粘度太高，蒸汽注入反应器会很困难。实际上，该方法可以处理干燥度高的污泥。超过一定干燥度，热水解可能不完全，或者不是最佳的，这就限制了处于热水解下游的厌氧消化的性能。

其次，申请人进行的实验表明，在WO2009/121873描述的方法的范围内使用的热水解反应器内观察到的热应力和机械应力可能需要特殊的结构设置。已经观察到，所有注入的蒸汽的没有完全冷凝到超过一定干燥度的污泥中。实际上，注入到反应器中的蒸汽可以识别一些优先通道。另外，专利WO2009/121873中也识别出该问题，尤其是在该文件第5页的第一段指出，当反应器具有水平部分时，蒸汽和污泥可能有分为两层的趋势，即包含蒸汽的上层和包含污泥的下层。

然而，对所有热水解方法，特别是连续运行的方法，方法的关键阶段是蒸汽在污泥中的输送和冷凝。实际上，如果该步骤没有正确进行，热水解方法的性能在化学反应方面和经济方面都会大大降低，则应使用的蒸汽量更大。

因此对脱水污泥的热水解方法遇到将污泥有效注入到污泥中的困难，一旦这些污泥非常粘稠，其必然结果是很难保证它们的混合。污泥的性质是粘稠的，它们的干燥度越大，蒸汽越难以注入污泥，与污泥混合，并把能量释放给污泥，以便使难以生物降解的成分产生热水解。

在批量处理方法中，提倡在处理槽中进行搅拌，以利于蒸汽与待处理污泥的充分混合。通过在处理槽中进行的搅拌混合，污泥与蒸汽的混合变得很充分，并且蒸汽最后通过冷凝在污泥中让出它的能量。但是，在连续运行方法和批量运行方法的范围内，污泥干燥度限制构成的问题是主要问题，并且在实际应用中，至少在上述专利文件中描述和权利要求提出的技术中，至少在工业运输中，污泥的干燥度限制为干物质重量的25％。