CN109477011B - 用于水热碳化工艺中液相氧化的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种处理污泥的方法，诸如来自废水处理厂的市政或工业污泥，包括以下步骤：‑用至少一个蒸汽部分预加热进料污泥，优选通过直接的蒸汽注入，以获得预加热的污泥；‑用高温蒸汽部分进一步加热预加热的污泥，优选通过直接的蒸汽注入，以获得加热的污泥；‑将加热的污泥的水热碳化(HTC)，以获得HTC处理的污泥；‑从HTC处理的污泥中分离出贫颗粒部分；‑湿氧化贫颗粒部分，以获得加热的贫颗粒部分；‑使加热的贫颗粒部分经受第一闪蒸，以获得用于进一步加热步骤中的高温蒸汽部分；‑从HTC处理的污泥中分离富颗粒部分；‑使富颗粒部分经受闪蒸，以获得用于预加热步骤中的至少一个蒸汽部分和冷却的富颗粒部分。

Description

用于水热碳化工艺中液相氧化的方法
技术领域
本公开总体上涉及污泥的处理，并且特别涉及包括在水热碳化步骤下游加工贫颗粒部分的方法。
背景技术
污泥通常是市政或工业废水处理厂废水处理后所剩余的。城市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不同工业过程的水排出物，例如纸浆和造纸厂、工业食品生产设施等。动物养殖也是废水和污泥的重要来源，例如大规模的猪养殖。本公开的实施方式将在所有这些领域中是有用的。
废水处理技术基本相同，但包括的特定解决方案取决于待处理废物流的特性、基本设计、当地要求和环境问题。在瑞典的大型工厂中，废水处理工艺通常包括机械预处理，然后是初级(沉降)和二级(好氧)处理步骤。在一些情况下，还应用不同形式的三级处理以去除处理过的水中残留的有问题的物质，例如药物残留物、有毒有机物质等。在较小的工厂中，通常可以省略这些阶段中的一个或多个。
所有使用中的废水处理厂都会产生需要处理的污泥。污泥在脱水(好氧污泥)后直接从工厂回收，或者首先进行厌氧处理用于生产沼气，在厌氧处理中部分污泥被消化，其余部分作为厌氧污泥回收。
世界各地的污水处理厂每年生产约1.5亿吨的污泥，而且该数量正在迅速增加。在瑞典，据报道，2010年以每年干固体吨数计的总污泥量(tDS/y)为25万，目前的数字估计相同或更高。因此，污泥处理对社会来说是一个巨大的挑战，并且目前的解决方案与高成本相关，而且往往也是负面的环境影响。
从1986年开始，欧盟已经通过了几项指令，规范废水污泥的处理和处置，涉及不同方面，诸如将污泥用作填埋、磷的回收、污泥的焚烧等。各种指令反映在各成员国的国家立法中，并且例如在瑞典，自2005年以来一直禁止以填埋来处置污泥。
现在，废水污泥的主要用途是农业和林业/造林的施肥，混合到植物土壤用于地面建设项目以及填埋的覆盖和修复，伴随能源回收的焚烧，化学品的回收和肥料的生产以及最终的填埋，但条件是污泥经过特定的预处理，如堆肥。
带有能量回收以及烟气和灰分适当处理以回收有害化学物质和重金属的污泥焚烧仍然是一种有吸引力的替代方案。然而，污泥的确切组成取决于进料废水的组成和废水处理厂的类型。具有高浓度有机和/或生物组分的污泥通常难以脱水。水含量通常很高，以至于如果在发电厂中焚烧则净热值非常低或甚至是负的，并且可能需要添加辅助燃料，通常是化石燃料。
C-Green Technology AB已经开发了一种用于处理污泥的方法，涉及水热碳化(HTC)步骤。该工艺导致有机毒素和药物的完全卫生和破坏/失活，并产生安全且实用的生物燃料。磷可以在燃烧前从生物燃料中提取，或者在燃烧后从灰分中提取。
水热碳化(HTC)是一种热化学工艺，用于生产在组成上与煤相似的炭化物。它涉及在封闭***中在相对低温环境(180℃-350℃)和高自生压力(最高达16.5MPa)下使用湿的有机原料，诸如污泥。
EP2206688涉及在可再生原料和有机废料的水热碳化以及将HTC产物分离成富含固体的物流和工艺水之后剩余的工艺水的处理。该申请公开了一种方法，包括在单独的反应器中使这种处理水经受热化学工艺，诸如在催化剂存在下的氧化。通过氧化的热化学工艺的压力水平位于水热碳化的压力水平和大气压之间。EP2206688示出了如何从HTC反应器中取出单个HTC产物。
WO2009/127727涉及使用生物质制备煤样材料的水热碳化工艺。该工艺包括步骤(i)：加热包括水和生物质的反应混合物，以获得包括活化生物质的反应混合物；以及步骤(ii)：将聚合引发剂加入到步骤(i)中得到的反应混合物中，使活化的生物质聚合，并且得到包括煤样物质的反应混合物。然后将其分离成固相和液相。然后，只要其具有合适的氧化电位以实现如下文所述的氧化，并且只要氧化剂或其反应产物不干扰如下所述的(氧化的)液相的进一步使用，则可以使用任何氧化剂对残留的液相进行氧化。有用的氧化剂的实例是，但不限于，氧气、过氧化氢、过碳酸盐/酯和过碳酸类。优选地，氧化剂是含氧气体，优选是空气。在含氧气体如空气的情况下，液相的氧化可以通过以下实现：使气体鼓泡通过液相，在该气体气氛中搅拌液相或通过在存在该气体的情况下静置液相。
尽管HTC工艺已经公开并且也在使用中，但是需要进一步改进该工艺。
发明内容
本发明人已经发现，可以通过添加来自HTC反应的贫颗粒部分的氧化步骤并使用来自氧化的热量使进料污泥达到HTC的反应温度(这意味着不需要外部能量供应(除了启动过程))来显著改善用于处理具有有机物内容物的污泥的水热碳化(HTC)***和设备的操作。除了HTC煤之外，这种工艺还产生具有显著改善的生物降解性的液体流。
因此，第一方面涉及处理污泥，诸如市政或工业污泥(优选来自废水处理厂)，的方法，包括以下步骤：
-用至少一个蒸汽部分预加热进料污泥，优选通过直接的蒸汽注入，以获得预加热的污泥；
-用高温蒸汽部分进一步加热预加热的污泥，优选通过直接的蒸汽注入，以获得加热的污泥；
-将加热的污泥进行水热碳化(HTC)，以获得HTC处理的污泥；
-从HTC处理的污泥中分离贫颗粒部分；
-湿氧化贫颗粒部分，以获得加热的贫颗粒部分；
-使加热的贫颗粒部分经受第一闪蒸以获得在进一步加热步骤中使用的高温蒸汽部分，该进一步加热步骤通常用于使进入反应器的浆料到达最高至反应温度；
-从HTC处理的污泥中分离富颗粒部分；
-使富颗粒部分经受闪蒸以获得用于预热步骤的至少一个蒸汽部分和冷却的富颗粒部分。
第一方面的方法的重要特征是湿氧化能够产生特别高的温度(高于HTC反应的温度)的蒸汽部分，并且该高温蒸汽部分是加热引导至反应器的污泥的最后的蒸汽部分。因此，高温蒸汽部分可以使污泥达到最高达HTC反应的温度。
如本领域技术人员所理解的，贫颗粒部分具有比富颗粒部分低的总悬浮固体(TSS)含量。
湿氧化通常包括注入氧化剂，其通常选自氧气、过氧化氢、过碳酸盐/酯和过碳酸类。氧化剂优选为含氧气体，诸如空气，优选压缩的空气或氧气。
在优选的实施方式中，该方法包括使加热的贫颗粒部分经受另外的闪蒸以获得用于预加热步骤的至少一个蒸汽部分。应该理解，这种另外的闪蒸是在第一次闪蒸之后进行的。
在一种实施方式中，来自另外的闪蒸的蒸汽部分与来自具有大约相同压力的富颗粒部分的闪蒸的蒸汽部分合并。
对于成功的且节能的HTC，加热的污泥通常具有180-250℃的温度。优选地，加热的污泥的温度为195-230℃，更优选205-225℃。
进一步加热的步骤(即，使用高温蒸汽部分的步骤)通常将污泥的温度提高至少10℃。它优选将污泥的温度提高至少15℃，诸如提高15-60℃。更优选地，它将温度提高至少20℃，诸如提高20-50℃，最优选提高25-50℃。
因此，高温蒸汽部分的温度通常比预加热的污泥的温度高25-75℃。优选地，高30-70℃，诸如高40-60℃。
为了获得上述温度升高，高温蒸汽部分的温度通常为190-270℃，且优选205-270℃。最优选的高温蒸汽部分的温度范围是215-245℃。
从上面的讨论中可以理解，高温蒸汽部分的温度高于加热的污泥的温度。温度差(ΔT)通常在9-40℃的范围内。如果ΔT太低，则高温蒸汽部分与加热的污泥之间的压力差太小，这意味着必须非常精确地控制蒸汽供应并且存在压差驱动力太低而不能成功注入蒸汽的风险。要获得高于40℃的ΔT是不希望的，因为它需要提取更大体积的贫颗粒流以产生足够的蒸汽，或者在非常高的温度下用湿氧化处理贫颗粒流，这导致成本高昂的设备的高压设计。ΔT优选为10-35℃，诸如10-30℃。在特别优选的实施方式中，ΔT为10-25℃。根据发明人的计算，最佳ΔT为10-21℃。
在湿氧化步骤之前，贫颗粒部分的温度通常与加热的污泥的温度大致相同(例如±5℃或±3℃)。
HTC步骤中的平均停留时间通常为0.25-8小时，且优选0.5-2小时。因此，在正常情况下的湿氧化之前，贫颗粒部分的内容物平均经历HTC0.25-8小时的时间，并且在在优选实施方式中为0.5-2小时的时间。
在一种实施方式中，该方法还包括使冷却的富粒子部分脱水以获得固体部分。此外，可以从所述脱水获得贫颗粒的液体流。这种贫颗粒的液体流可以再循环并共混到进料污泥流中。与经过湿氧化的液体流相比，再循环该液体流是更优选的，因为湿氧化流通常在废水处理厂更容易分解。
为了向湿氧化提供足够的“燃料”以使贫颗粒部分的温度升高到足够的程度，贫颗粒部分的COD(根据US EPA批准的方法5220)优选为至少20g/l。更优选地，在湿氧化之前，贫颗粒部分的COD为至少40g/l，诸如至少50g/l。贫颗粒部分的COD随进料污泥的组成和HTC反应的条件(诸如温度和/或停留时间)的变化而变化。
为了避免用于湿氧化的设备结垢并避免将过多的固体材料返回废水处理厂，贫颗粒部分的TSS通常低于50g/l，优选低于30g/l，更优选低于20g/l，最优选在0-10g/l的区间中。
从贫颗粒部分的闪蒸中获得贫颗粒的液体流。如上所述，该贫颗粒液体流被湿氧化，因此通常不以第一方面中的方法再循环。相反，优选将其返回废水处理厂以控制HTC处理工艺的水平衡。
因此，优选将获得自贫颗粒部分的闪蒸的贫颗粒流的至少部分(例如至少90体积％)不加入到进料污泥中。在一种实施方式中，将该贫颗粒液体流的至少部分(例如至少90体积％)返回到废水处理厂(优选从其获得污泥的废水处理厂)，在废水处理厂其可以经受另外的生物处理。
作为第二方面，提供了用于处理污泥的***，诸如市政或工业污泥(优选来自废水处理厂)，包括：
-用于接收污泥的入口；
-第一反应器，用于使所述污泥经受水热碳化(HTC)步骤；
-用于将污泥从入口引导到第一反应器的装置，该装置包括预加热装置和进一步加热装置，该进一步加热装置布置在预加热装置的下游；
-用于从HTC处理的污泥中分离出贫颗粒部分和富颗粒部分的装置；
-第二反应器，用于使贫颗粒部分经受湿氧化；
-第一气液分离器装置，用于冷却富颗粒部分并提供至少一个蒸汽部分；
-第二气液分离器装置，用于冷却来自所述第二反应器的氧化部分并提供高温蒸汽部分，该第二气液分离器装置设置在所述第二反应器的下游，
-第一蒸汽引导装置，能够将所述至少一个蒸汽部分从所述第一气液分离器装置引导至预加热装置；以及
-第二蒸汽引导装置，能够将所述高温蒸汽部分从所述第二气液分离器装置引导到加热装置。
在实施方式中，第一反应器包括第一出口和第二出口，该第二出口布置在第一出口下方。因此，因为流化和/或沉降的原理可用于分离，提供了用于从HTC处理的污泥中分离贫颗粒部分和富颗粒部分的装置(参见SE1550903A1中的反应器)。在该实施方式中，第二反应器连接到第一反应器的第一出口，并且第一气液分离器装置连接到第一反应器的第二出口。
第一方面的方法可以在第二方面的***中执行。
在优选的实施方式中，该***还包括第三气液分离器装置，用于进一步冷却来自所述第二反应器的氧化部分并提供至少一个蒸汽部分，该第三气液分离器装置设置在所述第二气液分离器的下游。在这样的实施方式中，所述第一蒸汽引导装置还能够将所述至少一个蒸汽部分从第三气液分离器装置引导到预加热装置。由此，提高了热效率。
为了启动该工艺，***可以包括电加热装置。这种电加热装置优选地布置在用于将污泥从入口引导到第一反应器的装置上。用于将污泥从入口引导到第一反应器的装置上的优选位置是在进一步加热装置的下游。
在一种实施方式中，***包括用于将加压的空气或氧气注入所述第二反应器的压缩机。技术人员理解，这种压缩机可以连接到将加压的空气或氧气引导到第二反应器的管道。
优选通过直接的蒸汽注入加热污泥。因此，预加热装置可包括至少一个蒸汽混合器，例如至少一个文丘里混合器。在一种实施方式中，预加热装置包括至少两个蒸汽混合器，用于注入不同压力的蒸汽。还优选的是，进一步加热装置包括蒸汽混合器，诸如文丘里混合器。通常，在每个蒸汽混合器的下游设置泵，如图2所示。
第一气液分离器装置通常包括至少一个闪蒸罐。优选地，它包括至少两个串联的闪蒸罐，以提供至少两种不同压力的蒸汽部分。这种布置提供了有效的热回收。
第二气液分离器装置通常包括闪蒸罐。第三气液分离器装置通常包括至少一个闪蒸罐。在一种实施方式中，第三气液分离器装置包括至少两个闪蒸罐。
第一蒸汽引导装置可以布置成在预热装置之前将来自所述第一气液分离器装置的蒸汽部分与来自第三气液分离器装置的蒸汽部分合并。因此，预加热装置中需要的设备更少。
在一种实施方式中，该***还包括沉降装置，用于从来自第一气液分离器装置的冷却的HTC处理的污泥中获得沉积物部分。该***可进一步包括沉积物分离单元，诸如压滤机，其布置在沉降装置的下游，用于将沉积物部分分离成固体部分和液体部分。
附图说明
图1示意性地示出了工艺，其中，将进料污泥引导至HTC反应器，从该反应器中将至少一个贫颗粒部分引导至氧化步骤，并且将至少一个富颗粒部分引导至气液分离和随后的脱水。
图2示意性地示出了工艺，其中，将进料污泥加热并引导至HTC反应器，从该反应器中将至少一个贫颗粒部分引导至湿氧化步骤，然后进行多次闪蒸，并且将至少一个富颗粒部分引导至多次闪蒸。
具体实施方式
在传统的HTC工艺中，在合理的设备尺寸且在不添加以下形式的外部热量，例如，蒸汽、电力或其他能源载体的情况下，进料污泥流和输出的HTC产品之间的热交换不足够有效以允许达到必要的反应温度。通常，当市政污泥用作原料时，需要输入400至1000kWh/t干固体以保持HTC反应进行。
此外，HTC工艺导致废水难以处理，因为它仍然含有大部分的进料的有机内容物，通常为15-30％，具有高COD水平并且在许多情况下具有差的生物降解性。如果这样的废水返回废水处理厂的好氧或厌氧清洗步骤，则存在破坏微生物平衡，杀死运行良好的清洁工艺所必需的细菌的风险，并最终导致难处理的(非可生物降解)COD通过废水处理厂并进入水接收者的风险。
本发明人已经认识到，如果来自HTC工艺的特定部分经受了湿氧化，如果以智能方式回收热量，则可以在不添加外部热量或过度使用设备的情况下进行HTC工艺。
因此，作为本公开的第一方面，提供了处理污泥的方法，诸如市政或工业污泥(优选来自废水处理厂)，包括以下步骤：
-用至少一个蒸汽部分对进料污泥进行预加热，优选通过直接的蒸汽注入，以获得预加热的污泥；
-用高温蒸汽部分进一步加热预加热的污泥，优选通过直接的蒸汽注入，以获得加热的污泥；
-水热碳化(HTC)加热的污泥，以获得HTC处理的污泥；
-从HTC处理的污泥中分离贫颗粒部分；
-将贫颗粒部分湿氧化，以得到加热的贫颗粒部分；
-使加热的贫颗粒部分经受第一闪蒸，以获得在进一步加热步骤中使用的高温蒸汽部分；
-从HTC处理的污泥中分离富颗粒部分；
-使富颗粒部分经受闪蒸以获得用于预加热步骤的至少一个蒸汽部分和冷却的富颗粒部分。
例如，基于流化和/或沉降的原理，可以在HTC反应器中将HTC处理的污泥分离成贫颗粒部分和富颗粒(产物)部分。将结合第二方面进一步讨论这一点。
HTC处理的污泥的一部分(其优选对应于需要从工艺中排出以避免液体水平升高的平衡流)通过部分氧化处理。
湿氧化步骤优选在反应器中由氧气(以压缩空气或O2的形式)驱动。用于湿氧化步骤的反应器可以是常规的反应器，如由例如ZimPro或其他类似公司提供的反应器。
除其他以外，可以通过调节氧化剂的进料来控制湿氧化步骤，使得温度保持显著高于HTC步骤的温度。这具有以下优点：氧化工艺可用于产生具有足够高温度的蒸汽，以使预加热的污泥达到HTC步骤的反应温度。
在湿氧化之后，但在随后的第一次闪蒸之前，可以分离惰性气体(在氧化反应器中或单独地)。当空气用作氧化剂时，这尤其重要。在第一次闪蒸之后，可以进行另外的闪蒸以产生至少一个蒸汽部分。优选地，来自这种另外的闪蒸的至少一个蒸汽部分具有的压力与来自富颗粒部分的闪蒸的至少一个蒸汽部分基本相同。具有基本相同压力的蒸汽部分可在用于预加热之前组合，这减少了预加热所需的设备。
已经经过第一次闪蒸和任选的另外的闪蒸的贫颗粒部分可以经受生物处理步骤或排放到污水***中。优选地，它进行厌氧处理，利用提高的生物可降解性来生产生物气。在最后一次闪蒸步骤之后残留在贫颗粒流中的热量可用于将厌氧反应保持在合适的反应温度。
作为本公开的第二方面，提供了用于处理污泥的***，诸如市政或工业污泥(优选来自废水处理厂)，包括：
-用于接收污泥的入口；
-第一反应器，用于使所述污泥经受水热碳化(HTC)步骤；
-用于将污泥从入口引导到第一反应器的装置，该装置包括预加热装置和进一步加热装置，进一步加热装置布置在预加热装置的下游；
-用于从HTC处理的污泥中分离贫颗粒部分和富颗粒部分的装置；
-第二反应器，用于使贫颗粒部分经受湿氧化；
-第一气液分离器装置，用于冷却富颗粒部分并提供至少一个蒸汽部分；
-第二气液分离器装置，用于冷却来自所述第二反应器的氧化部分并提供高温蒸汽部分，该第二气液分离器装置设置在所述第二反应器的下游；
-第一蒸汽引导装置，能够将所述至少一个蒸汽部分从所述第一气液分离器装置引导至预加热装置；以及
-第二蒸汽引导装置，能够将所述高温蒸汽部分从所述第二气液分离器装置引导到加热装置。
在优选竖直的第一反应器中，流化和/或沉降的原理可用于促进贫颗粒部分和富颗粒部分的分离。因此，第一反应器可包括至少一个从中取出贫颗粒部分的上部出口和至少一个从中取出富颗粒部分的下部出口。这意味着由上部出口和下部出口提供了用于从HTC处理的污泥中分离两个部分的装置。结果，第二反应器连接到上部出口，并且第一气液分离器装置连接到下部出口。这里，还将上部出口称为“第一出口”，将下部出口称为“第二出口”。
在一种实施方式中，在第一气液分离器装置的下游提供沉降装置，例如沉降罐，用于将来自第一气液分离器装置中的冷却的污泥分离成清澈部分和沉积物部分。
该***还可以包括沉积物分离单元，诸如压滤机，布置在沉降装置的下游，用于将沉积物部分分离成固体部分和液体部分。然后可以将该液体部分再循环，例如如图1所示，并将其给料至进料浆料中。
根据可与上述结构自由组合的另一实施方式，所述***布置在适于通过卡车运输的容器/集装箱中，优选货运容器/集装箱，最优选40英尺的货运容器/集装箱。
在图1中示意性地示出了方法和***，其中在(A)处从来源接收污泥，来源可以是例如但不限于市政废水处理厂、工业过程、或农业或动物养殖中的设施。污泥具有的初始温度为约30℃，但是通过蒸汽和来自该工艺的贫颗粒液流逐步加热(5'，4'，3')。将污泥送入HTC反应器(1)，在该反应器中HTC反应在约200℃的温度下进行。从HTC反应器中取出保持在温度约200℃的富颗粒的浆料，并在液气分离器(4)中进行液气分离或闪蒸，产生至少一个蒸汽部分和冷却的富颗粒浆料，冷却的富颗粒浆料进一步引导至脱水(5)，产生保持在温度约60-90℃的贫颗粒液体流和厚滞留物HTC煤(C)。将60-90℃的液体流与进料污泥在位置5'混合，有助于将污泥加热至约50℃的温度。来自液气分离器(4)的至少一个蒸汽部分用于将位置4'处的进料浆料从约50℃加热至约160℃。
将保持在约200℃温度的贫颗粒部分引导至向其中加入氧化剂的氧化反应器(2)，这里通过用压缩机(D)将压缩空气泵入氧化反应器来举例。氧化反应是放热的，产生热量。氧化的输出物具有的温度为约270℃，并被引导至气液分离装置(3)，一方面产生保持在温度为约210℃的蒸汽部分，以及可返回污水处理厂(B)的贫颗粒液体流。然后使用保持在约210℃温度的蒸汽部分将进料浆料从约160℃加热至约200℃，这足以进行HTC工艺。因此重要的是氧化步骤在高于HTC温度的温度下进行。
本文公开的工艺和***的重要优点是能量效率提高。氧化步骤产生可用于加热HTC步骤中的污泥的大量的热量，显著地减少了(通常消除)在起始阶段之后对外部加热的需要。
然而，为了启动HTC工艺，可能需要外部热量输入。一旦达到目标温度，整个热量需求就可以通过从湿氧化的贫颗粒液相和富颗粒的产物相回收热量而内部供应，其中从湿氧化的贫颗粒液相回收热量提供了最终加热所需的高温蒸汽。
在图2中示意性地示出了更精细的方法和***，在其中在(A)处从来源接收污泥，来源可以是市政废水处理厂、工业过程、或农业或动物养殖中的设施。污泥具有的初始温度为约30℃，但是被来自工艺的贫颗粒液体流和蒸汽部分逐步加热(5'，4'，3')。将污泥给料至HTC反应器(1)中，在反应器中HTC反应在约210℃的温度下进行。从HTC反应器的下部出口取出保持温度为约210℃的富颗粒的浆料，并在具有两个闪蒸容器的第一液气分离器(4)中进行液气分离或闪蒸，并且因此产生两个不同压力的蒸汽部分以及冷却的富颗粒浆料，冷却的富颗粒浆料进一步引导至脱水(5)，产生保持温度为约60-90℃的贫颗粒液体流和厚滞留物HTC煤(C)。将60-90℃的液体料流与进料污泥在位置5'混合，有助于将污泥加热至约50℃的温度。
从HTC反应器中的上部出口分离保持温度为约210℃的贫颗粒部分并且将其引导至向添加了氧化剂的氧化反应器(2)，这里通过用压缩机(D)将压缩空气泵入氧化反应器来举例。氧化反应是放热的，产生热量。氧化输出物具有的温度为约270℃，并引导至第二气液分离装置(3a)，产生保持温度为约220℃的蒸汽部分和贫颗粒的液体流，贫颗粒的液体流被引导至具有两个闪蒸容器的第三气液分离装置(3b)，并且因此产生不同压力的两个蒸汽部分和一个可以返回废水处理厂(B)的液体流。保持温度为约220℃的蒸汽部分用于将预加热的浆料从约165℃进一步加热(3')至HTC工艺的优选温度，约210℃。进一步加热(3')中通过在文丘里混合器中直接注入蒸汽来进行。在文丘里混合器的下游设置泵。
来自第一液气分离器(4)的两个蒸汽部分以及来自第三液气分离器(3b)的两个蒸汽部分用于加热在包括串联布置的两个文丘里混合器的预加热装置(4')中的进料浆料。在每个文丘里混合器的下游设置有泵。来自第一和第三液气分离器(4、3b)的低压蒸汽部分合并并加入到预加热装置(4’)的第一(上游)文丘里混合器中。将来自第一和第三液气分离器(4、3b)的高压蒸汽部分合并并加入预加热装置(4')的第二(下游)文丘里混合器中。
本公开还提供以下逐项列举的实施方式。
1.用于处理污泥的方法，包括产生HTC煤和至少一个贫颗粒液体流的进料污泥/浆料的水热碳化(HTC)步骤，其特征在于
-从所述HTC步骤中取出所述浆料的第一部分，并在升高的温度和压力下进行氧化步骤，
-在所述氧化步骤之后，所述第一部分经受闪蒸蒸汽回收，产生蒸汽和第一贫颗粒液体流，
-从所述HTC步骤中取出所述浆料的第二部分并进行闪蒸蒸汽回收和随后的脱水，产生蒸汽、第二贫颗粒液体流和HTC煤，并且
所述蒸汽用于加热进料浆料。
2.根据项目1的方法，其中，所述第一部分具有的总悬浮固体(TSS)含量低于所述进料污泥流的平均TSS。
3.根据项目2的方法，其中，TSS低于50g/l，优选低于30g/l，更优选低于20g/l，并且最优选在约0至约10g/l的区间中。
4.根据项目1至3中任一项的方法，其中，在对应于HTC步骤中的温度的温度下取出所述第一部分。
5.根据项目1至4中任一项的方法，其中，所述氧化步骤在180-300℃的区间中，优选230-300℃的区间中的温度下，通过将氧化剂注入所述第一部分中来进行。
6.根据项目5的方法，其中，所述氧化剂选自氧气、过氧化氢、过碳酸盐/酯和过碳酸类，并且优选含氧气体，诸如空气，优选压缩空气。
7.根据项目5的方法，其中所述氧化步骤在显著高于HTC步骤的温度的温度下进行。
8.根据项目1至6中任一项的方法，其中，所述第一贫颗粒液体流经过生物处理步骤或排入污水***中。
9.根据项目1至7中任一项的方法，其中，所述第二贫颗粒液体流再循环并共混到进料污泥流中。
10.根据项目1至8中任一项的方法，其中，所述HTC步骤在180-250℃的温度区间下进行，并且平均停留时间在约0.25至约8小时的区间中，优选0.5-2小时。
11.用于污泥处理的***，包括
-入口，用于接收污泥；
-用于加热所述污泥的装置；
-第一反应器，用于使所述污泥经受水热碳化(HTC)步骤；
-用于分出/转移HTC处理的污泥的部分的装置，其中，所述部分中的总悬浮固体(TSS)含量低于进料污泥流中的总悬浮固体(TSS)含量，
-第二反应器，用于使所述HTC处理的污泥的部分在高温下氧化，
-第一气液分离器装置，用于冷却来自所述第一反应器的污泥并提供至少一个第一蒸汽部分，所述装置设置在所述第一反应器的下游，
-第二气液分离器装置，用于冷却来自所述第二反应器的氧化的污泥并提供至少一个第二蒸汽部分，所述装置设置在所述第二反应器的下游，
-蒸汽引导装置，能够引导来自所述第一气液分离器装置的所述至少一个第一蒸汽部分和来自所述第二气液分离器装置的所述至少一个第二蒸汽部分以预加热从污泥入口引导至所述第一反应器的污泥，以及
-分离装置，用于将冷却的污泥从气液分离器装置分离成第一部分和第二部分，其中，第一部分中的悬浮固体含量高于第二部分中的悬浮固体含量。
12.根据项目11的***，其中，所述加热装置包括电加热装置。
13.根据项目11至12中任一项的***，还包括用于将加压的空气注入所述第二反应器的压缩机。
14.根据项目11至13中任一项的***，其中，所述第一和第二闪蒸装置包括至少一个闪蒸罐，每个闪蒸罐包括连接到所述蒸汽引导装置的蒸汽出口。
15.根据项目11至14中任一项的***，还包括布置在沉降装置的下游的沉积物分离单元，诸如压滤机，用于将沉积物部分分离成固体部分和液体部分。
实施例
实施例1.城市污泥的处理
在实验室实验中，获得了市政厌氧处理的污泥样品，并分析其组成，至少注意到进料污泥的DS。还可以确定可能存在的有毒化合物。然后将该污泥装入批次反应器中，并在200℃的温度下水热处理1小时。将所得浆液冷却并过滤，以产生贫颗粒液体流。将该贫颗粒液体流在批次反应器中再加热至200℃，并通过将氧气引入批次反应器中进行部分氧化。
记录了温度升高，并测定了放热反应热(MJ/kg干物质)。冷却并分析了所得液体。液体流的BOD和COD的比率通常用作生物降解性的粗略量度。在该实验中，在氧化处理之前和之后测量了COD和BOD值，并且BOD和COD之间的比率显示出了增加，这表明对生物降解性的正面影响。在进料污泥中或在HTC步骤之后的滤液中已经确定了可能的有毒化合物的存在和/或浓度的情况下，还分析贫颗粒液体流中的相同化合物是有意义的。例如合适的方法是气相色谱法或质谱法。不需要的物质的数目的减少和/或这些物质的浓度的减少作为氧化功效的指示。
无需进一步阐述，相信本领域技术人员使用包括实施例的本说明书，可以最大限度地利用本发明。而且，尽管本文已经关于构成了发明人目前已知的最佳模式的本发明的优选实施方式描述了本发明，但是应该理解，可以进行对于本领域普通技术人员来说显而易见的各种改变和修改，而不脱离所附权利要求中阐述的本发明的范围。

Claims (33)

1.一种处理污泥的方法，包括以下步骤：
-用至少一个蒸汽部分预加热进料污泥，以获得预加热的污泥；
-用高温蒸汽部分进一步加热所述预加热的污泥，以获得加热的污泥；
-将所述加热的污泥进行水热碳化(HTC)，以获得HTC处理的污泥；
-从所述HTC处理的污泥中分离贫颗粒部分；
-将所述贫颗粒部分湿氧化，以获得加热的贫颗粒部分；
-使所述加热的贫颗粒部分经受第一闪蒸，以获得在进一步加热步骤中使用的高温蒸汽部分；
-从所述HTC处理的污泥中分离富颗粒部分；
-使所述富颗粒部分经受闪蒸以获得用于所述预加热步骤的至少一个蒸汽部分和冷却的富颗粒部分，
其中，所述高温蒸汽部分的温度比所述加热的污泥的温度高9-40℃，并且在所述湿氧化步骤之前，所述贫颗粒部分的温度与所述加热的污泥的温度大约相同，所述大约相同是指所述贫颗粒部分的温度为所述加热的污泥的温度±5℃。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述加热的贫颗粒部分经受另外的闪蒸，以获得在所述预加热步骤中使用的至少一个蒸汽部分。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述进一步加热的步骤使所述污泥的温度升高至少10℃。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述进一步加热的步骤使所述污泥的温度升高至少15℃。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述进一步加热的步骤使所述污泥的温度升高至少20℃。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述进一步加热的步骤使所述污泥的温度升高25-50℃。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述加热的污泥具有的温度为180-250℃。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述加热的污泥具有的温度为195-230℃。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述加热的污泥具有的温度为205-225℃。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述高温蒸汽部分的温度为190-270℃。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述高温蒸汽部分的温度为205-250℃。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述高温蒸汽部分的温度为215-245℃。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述高温蒸汽部分的温度比所述加热的污泥的温度高10-35℃。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述高温蒸汽部分的温度比所述加热的污泥的温度高10-30℃。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述高温蒸汽部分的温度比所述加热的污泥的温度高10-21℃。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述高温蒸汽部分的温度比所述预加热的污泥的温度高25-75℃。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述高温蒸汽部分的温度比所述预加热的污泥的温度高30-70℃。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述高温蒸汽部分的温度比所述预加热的污泥的温度高40-60℃。
19.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述HTC步骤中的平均停留时间为0.25-8h。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述HTC步骤中的平均停留时间为0.5-2h。
21.根据权利要求1或2所述的方法，还包括使所述冷却的富颗粒部分脱水以获得固体部分。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，贫颗粒液体流从所述脱水获得，再循环并共混到所述进料污泥流中。
23.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述贫颗粒部分的TSS低于50g/l。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述贫颗粒部分的TSS低于30g/l。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述贫颗粒部分的TSS低于20g/l。
26.根据权利要求23所述的方法，其中，所述贫颗粒部分的TSS在0-10g/l区间中。
27.根据权利要求1或2所述的方法，其中，从所述贫颗粒部分的所述闪蒸中获得贫颗粒液体流。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，将所述贫颗粒液体流返回到废水处理厂。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述贫颗粒液体流的至少部分不添加到所述进料污泥中。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，至少90％的所述贫颗粒液体流不添加到所述进料污泥中。
31.根据权利要求1所述的方法，其中，所述污泥为来自废水处理厂的市政或工业污泥。
32.根据权利要求1所述的方法，其中，通过直接的蒸汽注入用至少一个蒸汽部分预加热进料污泥，以获得预加热的污泥。
33.根据权利要求1所述的方法，其中，通过直接的蒸汽注入用高温蒸汽部分进一步加热所述预加热的污泥，以获得加热的污泥。
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