CN109715569A - 通过阴燃和催化剂处理***物 - Google Patents
通过阴燃和催化剂处理***物 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109715569A CN109715569A CN201780049831.XA CN201780049831A CN109715569A CN 109715569 A CN109715569 A CN 109715569A CN 201780049831 A CN201780049831 A CN 201780049831A CN 109715569 A CN109715569 A CN 109715569A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reactor
- tower reactor
- tower
- glowing
- fuel mixture
- 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.)
- Pending
Links
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 title claims abstract description 151
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims description 144
- 238000011282 treatment Methods 0.000 title description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 112
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 215
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 193
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 132
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 131
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 40
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 38
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 28
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 24
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 23
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 22
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 17
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 15
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 10
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 9
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 9
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 9
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 claims description 6
- 238000009928 pasteurization Methods 0.000 claims description 6
- 102000002322 Egg Proteins Human genes 0.000 claims description 5
- 108010000912 Egg Proteins Proteins 0.000 claims description 5
- 238000010923 batch production Methods 0.000 claims description 5
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 210000003278 egg shell Anatomy 0.000 claims description 5
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 4
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910018879 Pt—Pd Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 claims description 3
- -1 dsc data Substances 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002574 poison Substances 0.000 claims description 3
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 230000003694 hair properties Effects 0.000 claims description 2
- 230000029142 excretion Effects 0.000 claims 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims 1
- IMNMWKFKHDPTSB-UHFFFAOYSA-N silicic acid zirconium Chemical compound [Zr].[Si](O)(O)(O)O IMNMWKFKHDPTSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 103
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 38
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 36
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 36
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 14
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 13
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 10
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 10
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 9
- 238000011160 research Methods 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 230000036541 health Effects 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 7
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 7
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 7
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002585 base Substances 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 235000015429 Mirabilis expansa Nutrition 0.000 description 3
- 244000294411 Mirabilis expansa Species 0.000 description 3
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 3
- 238000011066 ex-situ storage Methods 0.000 description 3
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 235000013536 miso Nutrition 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 235000013601 eggs Nutrition 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 2
- 230000002070 germicidal effect Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 2
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 2
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000272194 Ciconiiformes Species 0.000 description 1
- 206010012735 Diarrhoea Diseases 0.000 description 1
- 241000790917 Dioxys <bee> Species 0.000 description 1
- 241000372132 Hydrometridae Species 0.000 description 1
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 1
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 description 1
- 238000001938 differential scanning calorimetry curve Methods 0.000 description 1
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 244000000015 environmental pathogen Species 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000012737 fresh medium Substances 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 230000001146 hypoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VDGJOQCBCPGFFD-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-) silicon(4+) titanium(4+) Chemical compound [Si+4].[O-2].[O-2].[Ti+4] VDGJOQCBCPGFFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 229920001084 poly(chloroprene) Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000002296 pyrolytic carbon Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000031070 response to heat Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000012513 sanitation solution Substances 0.000 description 1
- 239000010420 shell particle Substances 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/42—Platinum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/50—Carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B5/00—Water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/10—Treatment of sludge; Devices therefor by pyrolysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/005—Black water originating from toilets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/002—Construction details of the apparatus
- C02F2201/007—Modular design
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/40—Valorisation of by-products of wastewater, sewage or sludge processing
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
描述了用于处理***物的方法和装置。塔式反应器用于使***物阴燃以产生挥发性组分流和经阴燃的介质。可以对挥发性组分流进行催化以减少有害物质的排放和/或产生热能。还描述了使用转盘以从塔式反应器中除去经阴燃的介质。
Description
相关申请
本申请要求于2016年7月15日提交的美国临时申请序列号62/362,846的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及***物的处理，并且特别地涉及使用阴燃和催化处理***物的方法和装置。
背景技术
全球26亿人(主要是生活在贫困中的人)没有获得足够的基本卫生服务，使他们面临腹泻病的风险。由于获得水、环境卫生和卫生服务不足导致的腹泻病导致每年250万例可预防的死亡(Boschi-Pinto等人，2008)。即使有现场环境卫生设施例如通风坑式公共厕所或连接污水***，但排空和运输效率低下、非法倾倒、污水管道泄漏或中央处理效率低下也会使居民面临健康风险。世界银行水与环境卫生计划最近的一项研究跟踪了全球12个城市(其家庭环境卫生覆盖率为98％)的环境卫生运输链，并且发现平均只有34％的收集废物被安全处理(Peal等人，2014)。其中病原体在源头被破坏的家庭规模的环境卫生***将完全避免传统的***物污泥管理过程，并消除环境病原体污染和人类暴露于下游健康风险的风险。此外，家庭规模的***还可以增强隐私、人身安全和归属自豪感。
在技术家庭规模解决方案的开发中存在许多挑战。首先，越大规模下的能源和成本效率越好。其次，在如此小规模下的处理速度非常慢。对于10人家庭，连续工艺的稳态***物破坏率仅为约30g/h的干燥***物质量。批量处理是可能的，但将更麻烦，并且批次之间可能需要更多能量密集型启动/关闭。第三，输入可变性的影响在小规模上是显著的。由于家庭成员的每日安排或访客的存在(例如婚礼)，输入率的分数变化显著变化。最后，对于家庭规模的工艺，与技术交互的人是家庭成员，因此必须对技术进行适当设计，使其对于未经过训练而操作或维持不熟悉技术的用户而言是直观的。
正在开发用于处理污水的离网技术解决方案。一种这样的工艺包括将自由水(尿液、洗涤水、冲洗水)与固体废物分离的脱水步骤；干燥，然后通过阴燃焚烧固体废物；并使用阴燃产生的热量对液体废物进行巴氏消毒(Cheng，2015)。
阴燃是氧气限制过程，其中氧气和固体燃料之间的反应发生在固体燃料-或环境卫生应用中的***物的表面。因为***物是柔软的固体材料，与硬质颗粒材料例如沙子混合可用于形成颗粒材料/***物混合物的多孔床，其促进氧气/***物接触(Cheng 2015；Yerman等人，2015；Yerman等人，2016)。虽然必须将***物与介质混合是该工艺中的额外步骤，但阴燃具有的优点是通过改变空气流速可以容易地控制处理速率(Cheng，2015)。
仍然需要用于处理***物的改进方法和装置。
发明内容
在一个宽泛的方面，提供了用于处理***物的方法和装置。在一个实施方式中，使包含***物和热介质的燃料混合物在反应器中阴燃，并且将所得的挥发性组分进行催化。阴燃后催化提供了许多优点。例如，在一个实施方式中，阴燃后催化转化***物副产物以产生额外的热量并降低不希望的气体排放物如一氧化碳或烃的水平。从阴燃后催化产生的热量可用于减少能量消耗、提高处理效率或用于其它目的。例如，催化后氧化排放物可用于在阴燃之前原位干燥引入的***物、对液体废物进行巴氏消毒或加热水以供个人使用。在一些实施方式中，本文所述的方法和装置可直接不使用单独的干燥设备或预干燥步骤而用于处理脱水***物(如果健康含有约75％的水分含量)。
在另一个宽泛的方面，提供了一种用于在塔式反应器中连续或半连续处理***物的方法和装置。在一个实施方式中，使用转盘连续或间歇地从塔式反应器的底部除去经阴燃的燃料混合物。转盘的旋转使得阴燃后的粒状颗粒从转盘和塔式反应器底端之间的间隙排出。然后可以将经阴燃的燃料混合物分离成残余的灰分和再循环的热介质，再循环的热介质可以在被送回反应器之前或之后与引入的***物混合。用于连续或半连续处理***物的方法和装置与分批处理***物相比具有许多优点。例如，在一个实施方式中，使用连续或半连续阴燃工艺消除了对分批点火的需要并降低了外部能量需求。在一个实施方式中，如本文所述的半连续工艺的特征在于循环的阴燃时段，然后是将燃料混合物或***物和热介质引入塔中，使得该工艺不会导致反应器组件及其内容物的显著冷却，并且不需要大量的能量输入来重新点燃阴燃过程。在一个实施方式中，使用转盘除去经阴燃的燃料混合物有助于在使用期间在塔式反应器内保持一致的阴燃前沿。
因此，在一个方面，提供了一种如本文所述的用于处理***物的方法。在一个实施方式中，该方法包括：
将***物与热介质结合以产生燃料混合物；
在具有顶端和底端的塔式反应器中使燃料混合物阴燃，以产生经阴燃的燃料混合物和挥发性组分流；以及
在催化转化反应器中对挥发性组分流进行至少一个催化步骤以产生出口流。
在一个实施方式中，该方法还包括可选地使用转盘从塔式反应器中除去经阴燃的燃料混合物。在其它实施方式中，该方法包括使用本领域已知的其它技术从塔式反应器中除去材料，例如但不限于旋转叶轮阀、带和/或振动机构。
在一个实施方式中，该方法包括可选地通过端口和/或塔式反应器底端和转盘的间隙将空气流引入塔式反应器的底端。
在一个实施方式中，该方法包括使用加热器同时引发反应器内燃料混合物的阴燃并预热催化转化反应器内的催化剂。在一个实施方式中，加热器是带式加热器，其围绕塔式反应器并且邻近或靠近催化转化反应器。在一个实施方式中，催化转化反应器是环形反应器，其围绕塔式反应器的一部分并且邻近或靠近带式加热器。在另一个实施方式中，催化转化反应器是外部催化转化反应器，其通过导管或管道连接到塔式反应器。
在一个实施方式中，由挥发性组分流的催化产生的热量被传递到塔式反应器中阴燃区上方的燃料混合物，以在使燃料混合物阴燃之前降低燃料混合物的水分含量。
在一个实施方式中，本文所述的方法包括将辅助空气流引入催化转化反应器中以增加催化剂床内的可用氧气量。
在一个实施方式中，本文所述的方法包括在催化转化反应器中将挥发性组分流进行至少一个催化步骤。在一个实施方式中，至少一个催化步骤包括可选地通过使挥发性组分流与包含一种或多种贵金属、金属氧化物或其混合物的催化剂接触进行催化氧化。
在一个实施方式中，本文所述的用于处理***物的方法是连续或半连续工艺，其中连续或间歇地从反应器和***物以及热介质中除去经阴燃的燃料混合物，或将燃料混合物连续或间歇地加入反应器中。在另一个实施方式中，本文所述的用于处理***物的方法是分批工艺，其中将燃料混合物或***物和热介质(如果原位混合)引入塔式反应器中并且使至少50％、75％、80％、90％、95％或大于95％的燃料混合物阴燃，然后在从塔式反应器中除去经阴燃的燃料混合物和/或添加另外的燃料混合物或***物和热介质。在一个实施方式中，分批工艺需要加热以重新点燃燃料混合物以产生阴燃前沿。
在另一方面，提供了一种如本文所述的用于处理***物的装置。在一个实施方式中，该设备包括：
塔式反应器，其用于使包含***物和热介质的燃料混合物阴燃，所述塔式反应器包括顶部和具有底端的底部；
催化转化反应器，其包括用于接收来自塔式反应器顶部的挥发性组分流的入口、催化剂和用于出口流的出口；和
导管，其连接塔式反应器的顶部和催化转化反应器的入口。
在一个实施方式中，该装置还包括转盘，其位于塔式反应器的底端，在转盘和塔式反应器底端之间形成间隙。在一个实施方式中，旋转转盘以将经阴燃的燃料混合物通过间隙从塔式反应器排出。在一些实施方式中，该装置可以配置成改变转盘和塔式反应器底端之间的间隙大小。
在一个实施方式中，该装置还包括收集单元，其用于收集已从塔式反应器排出的经阴燃的燃料混合物。在一个实施方式中，收集单元是锥形收集单元，其位于转盘下方。在一个实施方式中，该装置包括分离器，其用于从已从塔式反应器中排出和/或收集的热介质中分离残留灰分。在一个实施方式中，分离器是筛或多孔板，其将较大的热介质颗粒与较小的残留灰分颗粒物理分离。在一个实施方式中，分离器可包括刷子，该刷子在筛子或多孔板的表面上行进。可选地，分离器可以是收集单元的一部分或在收集单元外部。
在一个实施方式中，该装置还包括鼓风机，其用于可选地通过塔式反应器底端和转盘之间的间隙将空气流引入塔式反应器的底部。
在一个实施方式中，该装置还包括一个或多个加热器。在一个实施方式中，加热器同时加热催化转化反应器和/或塔式反应器的一部分。在一个实施方式中，该装置包括用于加热塔式反应器内的燃料混合物的第一加热器和用于加热催化转化反应器的第二加热器。
在一个实施方式中，加热器是带式加热器，其围绕塔式反应器的一部分。在一个实施方式中，催化转化反应器是环形反应器，其围绕塔式反应器的一部分，可选地与带式加热器邻近。在一个实施方式中，加热器是筒式加热器，其位于塔式反应器的底部。
在一个实施方式中，催化转化反应器包含多种催化剂。在一个实施方式中，催化转化反应器还包括催化后换热器，其可选地为围绕塔式反应器顶部的夹套，使得将来自催化转化反应器的热量转移到塔式反应器的顶部。在一个实施方式中，传递到塔式反应器顶部的热量贡献了在阴燃之前干燥燃料混合物所需的一些热量。
在一个实施方式中，该装置包括鼓风机，其用于将辅助空气流在催化剂上游引入催化转化反应器中，以提高催化转化反应器的催化剂床中的氧气含量。在一个实施方式中，鼓风机将辅助空气流直接引入催化转化反应器中。可替选地或另外地，鼓风机可将辅助空气流引入连接塔式反应器顶部和催化转化反应器入口的导管中。
还提供了一种用于处理***物的方法，该方法包括：
将***物与热介质结合以产生燃料混合物；
在具有顶端和底端的塔式反应器中使燃料混合物阴燃以产生经阴燃的燃料混合物和挥发性组分流，其中转盘位于塔式反应器的底端，在塔式反应器底端和所述转盘之间形成间隙；以及
旋转转盘使得经阴燃的燃料混合物通过间隙从塔式反应器排出。
在一个实施方式中，该方法包括将从塔式反应器排出的经阴燃的燃料混合物分离成残留灰分和再循环热介质。在一个实施方式中，分离经阴燃的燃料混合物包括使用如本文所述的分离器和/或收集单元，例如锥形收集单元和多孔板或筛。可选地，该方法还包括将挥发性组分流进行如本文所述的催化步骤。
还提供了一种用于处理***物的装置，该装置包括：
塔式反应器，其用于使***物阴燃，所述塔式反应器包括用于接收***物的顶部和具有底端的底部；和
转盘，其位于塔式反应器的底端，在转盘和塔式反应器底端之间形成间隙，使得转盘的旋转将经阴燃的燃料混合物通过所述间隙从塔式反应器排出。
可选地，该装置还包括导管和如本文所述的用于催化挥发性组分流的催化转化反应器，在一个实施方式中，可以调节间隙的尺寸和转盘的旋转速度。在一个实施方式中，间隙的尺寸为约1mm至约6mm，可选地为约2mm至约4mm。在一个实施方式中，该装置还包括收集单元，其用于收集从塔式反应器排出的经阴燃的燃料混合物，和/或分离器，其用于将经阴燃的燃料混合物分离成残留灰分和再循环热介质，如本文所述。
在一个实施方式中，本文所述的用于处理***物的装置包括一个或多个热传感器、气体传感器和/或水分传感器。在一个实施方式中，该装置包括一个或多个控制器和/或微处理器。在一个实施方式中，控制器和/或微处理器配置成基于热传感器、气体传感器和/或水分传感器产生的数据控制装置的操作参数，例如但不限于进入塔式反应器或催化转化反应器的空气流、从塔中除去经阴燃的燃料混合物的速度或加热器的激活。
附图说明
包括在此的附图用于说明本说明书教导的方法和组合物的各种示例，并且不旨在以任何方式限制所教导的范围。
现在将结合附图描述本公开，其中：
图1示出了本文所述的用于处理***物的一个实施方式的工艺流程图。
图2A示出了阴燃/催化反应器的一个实施方式的3D视图。图2B是图2A中所示的阴燃/催化反应器的截面图。图2C示出了用于反应器的一个实施方式的催化转化反应器的一部分。
图3示出了具有带式混合器的阴燃/催化反应器的一个实施方式的视图。
图4示出了示例性阴燃/催化反应器的物理尺寸。所有尺寸(以mm计)和反应器内的热电偶(TC1至TC6)均等间隔。
图5示出了典型的温度扫描，示出了初始点火、几个循环和床降。
图6示出了人类***物和硅酸锆介质的混合物，阴燃前(6A)和阴燃后(6B)。
图7示出了与来自人类***物(7B)的灰分相比，来自替代***物(7A)的阴燃的残留灰分。
图8示出了没有催化剂(8A；催化剂前排放物冷凝物)和通过催化剂后(8B；催化剂后排放物冷凝物)的排放物的冷凝物样品。
图9示出了在氮气(9A)和空气(9B)中人类***物的DSC(热流)和TGA(重量)扫描。比较显示，在空气中发生氧化反应但不在氮气中发生氧化反应。
图10示出了在典型的阴燃运行期间由阴燃反应器内的热电偶记录的温度扫描。扫描显示，塔式反应器内的热电偶记录反复循环的温度，因为反应器操作在每个循环中通过阴燃和床降循环。
图11示出了在床降期间保持轴向温度分布并向下移动。
图12示出了反应器中心线处的典型轴向温度分布。在床降之间的典型循环中，阴燃前沿通常在z＝4cm至z＝7cm之间移动。
图13示出了阴燃塔中(基部上方7cm)的典型中心线温度分布，并且催化剂环的中心显示，阴燃塔与催化剂温度之间在3个连续循环中的同步性。
图14示出了催化剂环在3个连续循环中的典型温度分布。
图15示出了在典型阴燃循环的开始和结束时，在阴燃塔内部以及催化剂和换热器护套中在距转盘不同高度处的典型温度测量值。
图16示出了入口燃料水与干燥***物之比(WDF)对阴燃峰值温度(16a)和***物破坏率(16b)的影响。每个数据点代表至少5个循环，其中标准偏差如图所示。
图17示出了空气流速对阴燃峰值温度和催化剂温度(17A)以及***物破坏率(FDR)(18B)的影响。每个数据点代表至少5个循环，其中标准偏差如图所示。
图18示出了燃料与介质混合的比率影响***物破坏率。对于用于可持续阴燃的混合物中的燃料稀释程度存在限制，这通过空心圆圈示出。
图19示出了在各种水分含量下与两种不同介质混合的替代***物阴燃的峰值阴燃温度(19A)和***物破坏率(19B)的比较。
图20示出了在催化之前(20A)(2次运行)和催化之后(20B)的阴燃烟气的气相色谱图。CO浓度从催化前降至催化后几乎检测不到。
图21示出了为含有45％碳或50％碳的***物提供化学计算量的氧气所需的FDR和空气流速之间的关系。与使用替代***物的实验数据的比较显示，通过阴燃速率测量的***物破坏率高于空气流速可以完全转化，因此表明辅助氧气是阴燃后催化转化所需的。
图22示出了气相色谱图，其显示当反应空气流缺氧时三个连续阴燃循环的CO和HC的部分氧化。
图23示出了在催化剂后流中含有和不含用于催化剂的辅助空气的CO/CO2比率。
图24示出了如本文所述的用于处理***物的装置的一个实施方式。
图25示出了如本文所述的用于处理***物的装置的另一个实施方式，其包括带式混合器。
图26示出了如实施例3中所述的另一个示例性阴燃/催化反应器的物理尺寸。所有尺寸均以mm计。环形换热器(HEX)的径向厚度为3mm。
图27示出了在阴燃运行期间反应器中的六个不同热电偶(TC3A、Cat前、CAT1、CAT2CAT后和HXN后)的温度变化，其中***物具有80％至82％的水分含量。
图28A示出了用如实施例4中所述的阴燃塔式反应器测试外部催化剂筒的实验装置。图28B示出了在阴燃循环期间塔式反应器内的两个位置处(T6和T7)和外部催化剂筒(催化剂)的一个位置处的温度变化。
图29示出了用于从塔式反应器中除去经阴燃的燃料混合物的转盘的一个实施方式。图29还示出了用于收集已从塔式反应器中除去的经阴燃的燃料混合物的锥形收集单元的一个实施方式。
图30示出了用于收集经阴燃的燃料混合物的锥形收集单元的一个实施方式，该收集单元包括用于将热介质与残留灰分分离的分离器。
图31示出了分离器的俯视图，该分离器包括连接到旋转轴的刷子和圆形筛。
具体实施方式
随后将描述各种方法和组合物以提供每项要求保护的发明的实施方式的示例。后面描述的实施方式没有限制任何要求保护的发明，并且任何要求保护的发明可以涵盖与随后描述的那些不同的方法和组合物。要求保护的发明不限于具有随后描述的任何一种方法和组合物的所有特征的方法和组合物，或不限于对于下述多种或所有方法和组合物共有的特征。随后描述的方法或组合物可能不是任何要求保护的发明的实施方式。在随后描述的方法或组合物中公开的未在本文件中要求保护的任何发明可以是另一保护性手段的主题，例如，后续专利申请，并且申请人、发明人或所有者不打算将任何此类发明放弃、不要求保护或通过在本文件中的公开而献给公众。
在一个方面，提供了用于处理***物的方法和装置(1)。在图24和图25所示的一个实施方式中，该装置包括用于使***物(4)阴燃的塔式反应器(20)；催化转化反应器(40)；和用于从塔式反应器中除去经阴燃的燃料混合物的提取器，可选地为包括转盘(60)的提取器。塔式反应器(20)包括用于接收***物的顶部(22)和具有底端(25)的底部(24)。催化转化反应器(40)包括用于从塔式反应器(20)的顶部(22)接收挥发性组分流(12)的入口(42)；催化剂(44)和用于出口流(14)的出口(46)。可选地，该装置包括催化后换热器(48)。在一个实施方式中，催化后换热器(48)是环形换热器，并且出口流(14)朝向出口(46)穿过换热器。装置(1)还包括导管(30)，该导管(30)连接塔式反应器(20)的顶部(22)和催化转化反应器(40)的入口(42)。导管可以是允许挥发性组分流(12)流到催化转化反应器(40)的任何连接部。
在一些实施方式中，包含残留灰分和热介质的经阴燃的燃料混合物(10)从塔式反应器(20)可选地从底端(25)被除去。可以使用本领域已知的不同提取器从塔式反应器(20)的底端(25)除去经阴燃的燃料混合物。在一个实施方式中，经阴燃的燃料混合物包含热介质、来自塔式反应器中的***物阴燃的残留灰分、以及可选地未燃烧的炭或已通过塔式反应器的其它材料。在一个实施方式中，经阴燃的燃料混合物是至少80％、85％、90％、95％、98％或99％的热介质和残留灰分。在一个实施方式中，转盘(60)位于塔式反应器的底端(25)，在转盘(60)和塔式反应器底端之间形成间隙(62)。旋转转盘(60)将经阴燃的燃料混合物(10)通过间隙(62)从塔式反应器(20)中排出。在一个实施方式中，增大间隙(62)的尺寸和/或增加转盘的旋转速度将增加经阴燃的燃料混合物(10)通过间隙(62)的排出速率。在一个实施方式中，可以调节或控制转盘(60)和塔式反应器(20)底端(25)之间的间隙(62)尺寸。
在一个实施方式中，间隙为约0.5mm至20mm。在一个实施方式中，间隙为约0.5mm至10mm，可选地为约1mm至8mm，或约2mm至6mm。
在一个实施方式中，操作时间隙的尺寸与塔式反应器(20)中使用的热介质(6)的尺寸有关。在一个实施方式中，间隙为热介质(6)的平均直径的至少约2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、4.5倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍或大于10倍。例如，在一个实施方式中，热介质(6)的直径约为1mm，且间隙的尺寸为约2mm至5mm，可选地为约2mm至4mm。在另一个实施方式中，热介质的直径为约2mm，且间隙的尺寸为约4mm至10mm，可选地为约4mm至8mm。在一个实施方式中，间隙为热介质(6)的平均直径的约2倍至8倍、约2倍至6倍或约2倍至5倍。
在一个实施方式中，转盘(60)的直径为塔式反应器(20)的直径的至少100％、110％、120％、130％、140％、150％、175％、200％或大于200％。在一个实施方式中，转盘(60)的直径为塔式反应器(20)的直径的100％至200％、100％至200％或100％至150％。
在图29所示的一个实施方式中，固定刮刀或犁(69)定位成在转盘60旋转时从转盘60的周边刮掉材料。在一个实施方式中，使用固定的刮刀或犁(69)使得经阴燃的燃料混合物在从转盘排出时被局域化而不是围绕转盘的周边排出。
虽然图29和图30示出了使用转盘(60)，但是提取器可以是允许从塔式反应器(20)的底端(25)除去经阴燃的燃料混合物(10)的任何机构。在一个实施方式中，提取器允许从塔式反应器的底端连续或半连续地除去经阴燃的燃料混合物。在一些实施方式中，提取器可包括旋转叶轮阀、带式机构和/或振动机构。
在一个实施方式中，从塔式反应器(20)中除去的经阴燃的燃料混合物(10)可以被再循环并用于在同一装置或另一装置中对***物进行另外的处理。
例如，在一个实施方式中，分离器(65)包括筛或滤网，其尺寸设计成保留热介质并允许残留灰分通过筛或滤网。在一个实施方式中，将经阴燃的燃料混合物在筛或滤网的顶部搅拌或混合，以增强热介质与残留灰分的分离。可替选地或另外地，真空和/或鼓风机可用于产生脉冲式空气流或连续空气流，以增强热介质与残留灰分的分离。
如图30所示，在一个实施方式中，分离器(65)是位于收集单元(63)内的转盘(60)下方的筛或滤网。或者，如图24和25所示，分离器65可定位成在接收收集单元下游的通过孔(64)之后的经阴燃的燃料混合物。在图30和图31所示的一个实施方式中，刷子(75)可用于在筛或滤网顶部搅拌、移动和/或混合经阴燃的燃料混合物。可选地，刷子可以连接到转盘(60)的底侧或旋转轴(61)，以在筛或滤网的表面上驱动刷子。在一个实施方式中，刷子包括柔性材料，可选地包括多个刷毛或区段。在一个实施方式中，刷子由单件式柔性材料制成。
在一个实施方式中，将再循环的热介质(67)与***物(4)合并以产生燃料混合物(8)。***物可与塔式反应器内的再循环热介质(67)和/或新的热介质(6)原位混合以产生燃料混合物(8)。在一个实施方式中，使用适于将***物(4)和热介质(6)或再循环热介质(67)混合的混合器(70)例如带式混合器以产生燃料混合物(8)。优选地，混合器是产生均匀混合的燃料混合物的任何类型的混合器，例如但不限于搅拌器或桨式搅拌器。
在另一个实施方式中，将***物(4)与再循环的热介质(67)和/或新的热介质(6)在塔式反应器(20)外部混合，然后将所得的燃料混合物(8)引入塔式反应器(20)的顶端(23)。
在一个实施方式中，该装置包括在塔式反应器的顶部(22)处的一个或多个端口，用于将***物(4)、热介质(6)和/或燃料混合物(8)引入塔式反应器(20)中。可以使用不同的方法和/或装置将燃料混合物或***物和热介质(如果原位混合)引入塔式反应器中。例如，可以使用活塞泵和/或蠕动泵将燃料混合物和/或***物和热介质引入塔式反应器中。可替选地或另外地，可使用挤出机或螺旋钻将燃料混合物和/或***物和热介质引入塔式反应器中。在一个实施方式中，将燃料混合物和/或***物和热介质手动加载到塔式反应器中。在一个实施方式中，将燃料混合物和/或***物和热介质从储罐引入塔式反应器中。
在一些实施方式中，使燃料混合物阴燃需要将空气引入塔式反应器中。因此，在一个实施方式中，例如通过使用鼓风机(80)将空气流(82)引入塔式反应器的底部(24)。鼓风机可以是能够产生正气压的任何装置，例如但不限于泵、压缩机或风扇。在一个实施方式中，鼓风机(80)通过塔式反应器底端和转盘之间的间隙(62)引入空气流(82)。可选地或另外地，鼓风机(80)通过塔式反应器(20)的底部(24)上的一个或多个端口或通过围绕塔式反应器(20)的底部(24)的全部或一部分的歧管引入空气流(82)。
如实施例中所证明的，增大或减小通过塔式反应器(20)的空气流(82)速率增大或减小了塔式反应器(20)中燃料混合物(8)的阴燃速率。在一个实施方式中，增大空气流增大了阴燃区朝向塔式反应器顶端的扩展。因此，在一些实施方式中，鼓风机(80)是可控的，以增大或减小引入塔式反应器底部的空气流(82)速率。可选地，控制器或微处理器(200)可用于控制进入塔式反应器的空气流速率。例如，在一个实施方式中，鼓风机由控制器和/或微处理器(200)控制，控制器和/或微处理器(200)配置成例如响应于用户输入的命令或响应于在装置操作期间产生的数据例如热数据、气体数据或水分数据来控制鼓风机(80)。例如，在一个实施方式中，响应于由一个或多个气体传感器检测到的氧气水平、CO和/或CO2水平来调节由鼓风机产生的空气流。在一个实施方式中，控制器和/或微处理器(200)包括位于装置上的一个或多个开关。
在一些实施方式中，加热器(90)用于加热催化转化反应器(40)和/或塔式反应器(20)的一部分。在一个实施方式中，加热器是电加热器，可选地是带式加热器。在一个实施方式中，加热器(90)用于引发塔式反应器内的燃料混合物的阴燃。在一个实施方式中，通过将燃料混合物加热至阴燃温度并将空气流引入塔式反应器中来引发燃料混合物的阴燃。
技术人员将理解，在塔式反应器内引发阴燃所需的温度将取决于燃料混合物的物理特性。在一个实施方式中，引发阴燃所需的温度为至少约350℃。在一个实施方式中，加热器(90)围绕塔式反应器的一部分，使得在操作时加热器将塔式反应器中的燃料混合物(8)的轴向部分可选地加热到至少约350℃的温度。在一些实施方式中，具有较高水分含量的燃料混合物可能需要较高的温度来引发阴燃。在一个实施方式中，引发阴燃所需的温度在约250℃至400℃之间。在一个实施方式中，通过同时或依次加热塔式反应器中的一部分燃料混合物和将空气流引入塔的底部中，在塔式反应器中引发阴燃。优选地，一旦在塔式反应器内引发阴燃，则关闭加热器以节省能量。
在一个实施方式中，加热器(90)用于加热催化转化反应器(40)的全部或部分以提高催化剂(44)的效率和/或将催化剂的温度升高至其起燃或操作温度。技术人员将理解，起燃温度将取决于催化转化反应器中用于与挥发性组分流反应的催化剂的特定选择。
可选地，使用相同的加热器或不同的加热器来引发燃料混合物的阴燃并加热催化转化反应器。在一个实施方式中，加热器(90)将催化剂(44)加热到至少约250℃、至少约280℃、至少约300℃或至少约350℃的温度。在一个实施方式中，加热器(90)用于同时引发燃料混合物的阴燃并加热催化转化反应器(40)。
在一个实施方式中，加热器(90)定位成邻近或靠近催化转化反应器(40)和塔式反应器(20)，使得加热器同时加热催化转化反应器和塔式反应器的一部分。例如，在一个实施方式中，催化转化反应器(40)是围绕塔式反应器(20)的一部分的环形反应器，而加热器(90)是定位成靠近或邻近环形反应器并围绕塔式反应器的一部分的带式加热器。或者，在一个实施方式中，加热器位于催化转化反应器和塔式反应器之间。在一个实施方式中，加热器(90)位于催化转化反应器(40)内或塔式反应器(20)内。
可选地，控制器或微处理器(200)可用于控制装置中的例如用于加热催化转化反应器(40)和/或塔式反应器(20)的一个或多个加热器。例如，在一个实施方式中，加热器由控制器和/或微处理器控制，所述控制器和/或微处理器配置成响应于用户输入的命令或响应于在装置操作期间产生的数据例如热数据、气体数据或水分数据来加热塔式反应器。
在本公开的一个方面，在塔式反应器内使燃料混合物(8)阴燃形成阴燃区(16)。在一个实施方式中，阴燃区(16)朝向塔式反应器(20)的顶端(23)扩展，消耗燃料混合物(8)并留下经阴燃的燃料混合物(10)。在一个实施方式中，阴燃区(16)是塔式反应器(20)的轴向部分，其在燃料混合物的表面上经历燃料和氧气之间的氧气限制式放热反应。
在一个实施方式中，燃料混合物(8)的热解在阴燃区(16)上方发生以产生炭和挥发性气体，并且在阴燃区内发生炭的燃烧以产生经阴燃的燃料混合物(10)。
在一些实施方式中，阴燃区(16)中的峰值温度为约550℃至约700℃。在一些实施方式中，阴燃区(8)中的温度低于1000℃、低于900℃。在一个实施方式中，使燃料混合物(8)阴燃不会在塔式反应器(20)内产生火焰。
在另一方面，从催化转化反应器产生的和/或从使燃料混合物阴燃产生的热量用于提高本文所述工艺的效率和/或降低操作用于处理***物的工艺所需的能量。
在一个实施方式中，本文所述的方法和装置允许在催化转化反应器和塔式反应器之间沿任一方向传热。例如，在一个实施方式中，阴燃区(16)处于比催化剂床(45)更高的温度，并且热量从阴燃区传递到催化剂床。在另一个实施方式中，催化剂床(45)处于比阴燃区(16)更高的温度，并且热量从催化剂床传递到阴燃区。
在一个实施方式中，催化转化反应器(40)还包括催化后换热器(48)，使得在操作时来自催化转化反应器(40)的热量被传递到塔式反应器的顶部(22)。(20)。可选地，催化后换热器(48)是围绕塔式反应器(20)的顶部的夹套。
在一个实施方式中，传递到塔式反应器(20)的顶部(22)的热量降低了燃料混合物的水分含量。如实施例1所证明和图16所示，降低燃料混合物的水分含量或水与干燥燃料(WDF)之比会提高了阴燃峰值温度和***物破坏率两者。
在另一方面，本文所述的装置和方法包括将辅助空气流(84)引入催化转化反应器(40)以向催化剂(44)提供另外的氧气。如实施例2中所述，在某些条件下，催化转化反应器中的氧气含量可以是受速率限制的，使得挥发性组分流中的组分到诸如水和CO2的化合物的转化是不完全或低效的。
因此，在一个实施方式中，本文所述的方法和装置包括将辅助空气流(84)在催化剂(44)上游引入催化转化反应器(40)中。在一个实施方式中，辅助空气流(84)在阴燃区(16)下游与挥发性组分流(12)合并，优选地被合并到将塔式反应器的顶部(22)和入口(42)连接的导管(30)中或直接被合并到催化转化反应器(40)中，可选地被直接合并到催化剂床(45)中。在一个实施方式中，辅助空气流通过将塔式反应器的顶部与催化转化反应器连接的导管(30)上的一个或多个端口引入。
在一些实施方式中，鼓风机(80')用于将辅助空气流(84)引入催化转化反应器(40)中，可选地相同的鼓风机(80)或不同的鼓风机用于将空气流引入到塔式反应器的底部(24)中。在一个实施方式中，鼓风机(80')是可控的，以增大或减小引入催化转化反应器(40)中的辅助空气流(84)的速率。可选地，控制器或微处理器(200)可用于控制进入催化转化反应器的辅助空气流(84)的速率。例如，在一些实施方式中，如果挥发性组分流(12)的转化不完全或出口流(14)中的一氧化碳和/或高级烃的水平高于预定水平，则增大进入催化转化反应器(40)的辅助空气流(84)的速率。在一个实施方式中，辅助空气流(84)的水平相对于进入塔式反应器底部的空气流(82)设定。例如，在一个实施方式中，辅助空气流(84)的水平在进入塔式反应器底部的空气流(82)的约100％至10％之间，可选地在约75％至25％之间。
在一个实施方式中，所述方法和装置包括催化转化反应器(40)，其用于改变挥发性组分流(12)的化学组成，以减少有害物质的排放。在一个实施方式中，将挥发性组分流(12)进行至少一个催化步骤。在一些实施方式中，至少一个催化步骤也产生热能。在一个实施方式中，催化步骤是催化氧化。在一个实施方式中，催化步骤包括使挥发性组分流(12)与至少一种催化剂(44)接触。
在一个实施方式中，催化转化反应器(40)包括入口(42)，用于从塔式反应器(20)的顶端(23)接收挥发性组分流(12)。在一个实施方式中，催化转化反应器(40)包括一个或多个催化剂床(45)，每个催化剂床包含一种或多种催化剂(44)。在一个实施方式中，催化转化反应器包括用于出口流(14)的出口(46)。
在一个实施方式中，催化剂(44)氧化挥发性组分流(14)中的一氧化碳以产生二氧化碳。催化剂还可以将挥发性组分流(12)中的一氧化碳、甲烷和/或烃转化为出口流(16)中的二氧化碳和水。在一个实施方式中，催化剂(44)降低出口物流(14)中的一氧化碳和/或烃的水平。
本领域已知的不同类型的催化剂可用于本文所述的***物处理装置和方法中。在一个实施方式中，催化剂包含一种或多种贵金属、金属氧化物、碱金属氧化物(例如Cu、Mn、Co、Ni、Mo或Fe的氧化物)或其混合物。例如，催化剂可包括铂(Pt)、钯(Pd)、Pt-Pd、氧化铜(CuO)、氧化锰、氧化铈(CeO2)或其混合物，例如CuO-Pt。在一个实施方式中，催化剂是铂催化剂或基于铬掺杂氧化钴的催化剂，可选地与氧化铝(Al2O3)载体结合。
可选地，催化剂可以与载体结合或缀合。在一个实施方式中，载体增加了催化剂可与挥发性组分流反应的表面积。在一个实施方式中，载体稳定了催化剂。在一个实施方式中，载体是多孔陶瓷载体或丸粒。在一个实施方式中，催化剂在载体的外表面上，可选地为蛋壳型催化剂或整体式催化剂载体。在一个实施方式中，载体包含碳、氧化铝和/或二氧化硅。例如，在一个实施方式中，载体是整体式催化剂载体，其包含挤出的基材和由薄壁隔开的多个平行通道，所述薄壁涂覆有催化活性物质。在一个实施方式中，通道可以是圆形或多边形，可选地为六边形。在一个实施方式中，整体式催化剂载体是由具有低热膨胀系数的材料制成的陶瓷整料，例如堇青石(2MgO2Al2O3*5SiO2)。
催化转化反应器(40)可包括多种不同的催化剂(44)。不同的催化剂可以在相同的催化剂床中或在不同的催化剂床中。例如，在一个实施方式中，将挥发性组分流(12)进行两个或更多个催化步骤。在一个实施方式中，不同的催化步骤处于相同的温度或不同的温度。在一些实施方式中，不同的催化步骤发生在催化转化反应器(40)内的相同的催化床(45)或不同的催化剂床中。可选地，催化转化反应器包括由一个或多个换热器隔开的两个或更多个催化剂床，使得在第二催化步骤之前传递从第一催化步骤产生的热量。在一个实施方式中，催化转化反应器(40)定位成邻近或靠近塔式反应器(20)，以促进反应器之间的传热。可替选地或另外地，该装置可包括外部催化转化反应器(40)，如图28A所示。
在一个实施方式中，本文所述的方法和装置包括将***物(4)与热介质(6)合并，以产生燃料混合物(8)，其可在塔式反应器(20)内被阴燃。热介质优选是颗粒状不可燃固体颗粒，其允许空气通过燃料混合物中的间隙空间并接触颗粒表面上的燃料。在一个实施方式中，热介质(6)包含粒状颗粒，可选地包含直径小于10mm、小于5mm、可选地为约0.5mm至3mm的颗粒。在一个实施方式中，颗粒的直径为约0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm或3.0mm。
如实施例中所述，发明人已经研究了使用不同的粒状材料作为用于使***物阴燃的热介质，如本文所述。在一个实施方式中，热介质(6)是沙子。在另一个实施方式中，热介质(6)是氧化锆或硅酸锆。具有本发明人所确定的特性的其它材料也可用于使***物阴燃。例如，在一个实施方式中，热介质(6)的比热容大于约400j/Kg*K。在一个实施方式中，热介质(6)的比热容为500-1000j/Kg*K。在一个实施方式中，热介质(6)的单颗粒热导率小于5W/m2K，可选地小于2W/m2K。在优选的实施方式中，热介质(6)的比热容为约500-1000j/Kg*K，且单颗粒热导率小于约2W/m2K。
***物的水分含量可对阴燃产生显著影响。在一些实施方式中，本文所述的方法和装置可用于在没有任何先前干燥步骤、可选地没有需要消耗能量的任何先前的干燥步骤的情况下处理***物。本文描述的方法和装置的一个优点是使用由该工艺产生的热能来原位降低塔式反应器中***物的水分含量。这允许以相对高的水与干燥燃料质量之比(WDF)处理***物。在一些实施方式中，***物具有小于4.0、小于3.5或小于3.2的WDF。在一些实施方式中，***物的WDF为约2.0至4.0、可选地为约2.5至3.5、约2.7至3.2、或约3。
本文所述的方法和装置可用于以分批工艺或以连续或半连续工艺处理***物。在一个实施方式中，使燃料混合物阴燃以间歇工艺进行，并且阴燃区(16)朝向塔式反应器的顶端(23)扩展，使得塔式反应器中的所有或大部分燃料混合物阴燃，然后从塔式反应器中除去经阴燃的燃料混合物，将新的燃料混合物引入塔中并加热燃料混合物以引发阴燃。
在另一个实施方式中，使燃料混合物阴燃以连续或半连续工艺进行。例如，在一个实施方式中，从塔式反应器(20)的底端(25)连续或间歇地除去经阴燃的燃料混合物(10)，并将***物(4)、热介质(6)和/或燃料混合物连续或间歇地加入塔式反应器的顶端(23)。
如实施例1中所述，可以通过除去经阴燃的燃料混合物(10)的多个循环和向塔式反应器(20)中添加新的燃料混合物(8)来维持塔式反应器(20)中的阴燃区(16)。在一个实施方式中，本文所述的方法包括控制将空气流(82)引入塔式反应器中的速率；将***物(4)、热介质(6)和/或燃料混合物(8)引入塔式反应器(20)中的速率；和/或从塔式反应器底端除去经阴燃的燃料混合物(10)的速率，以升高或降低阴燃区(16)在塔式反应器中的位置，或保持阴燃区在塔式反应器中的位置。在一个实施方式中，将阴燃区(16)在塔式反应器(20)中的水平升高、降低或保持，使得阴燃区(16)与催化剂床(45)邻近或靠近。
在一个实施方式中，本文描述的方法和装置可以作为半连续工艺操作。例如，在一个实施方式中，该方法包括：
减少或停止进入塔式反应器的空气流(82)；
从塔式反应器的底端除去经阴燃的燃料混合物，使得在塔式反应器中降低阴燃前沿；
将新的***物、热介质和/或燃料混合物引入塔式反应器中；以及
增大进入塔式反应器中的空气流，使得阴燃前沿朝向塔式反应器的顶端扩展。
在一个实施方式中，塔式反应器(20)具有圆形横截面。在其它实施方式中，塔式反应器(20)可具有椭圆形或多边形横截面。不受理论的限制，认为使用圆形横截面有助于从塔式反应器的底端(25)除去经阴燃的燃料混合物(10)，而不会引起阴燃区(16)的轴向分散。
技术人员将理解，可以改变装置的尺寸，同时保持本文所述的用于处理***物的一种或多种优点。在一个实施方式中，塔式反应器(20)的直径为约50mm至300mm、可选地为约100mm至250mm或约50mm至80mm。在一个实施方式中，塔式反应器的直径为约2英寸至12英寸、可选地为约4英寸至10英寸约2英寸至4英寸。在一个实施方式中，塔式反应器(20)的顶部(22)和/或底部(24)具有相同的直径。
在一个实施方式中，塔式反应器(20)在顶端(23)和底端(25)之间的长度为约200mm至2000mm或约250mm至500mm。在一个实施方式中，塔式反应器(20)在顶端(23)和底端(25)之间的长度为约7英寸至80英寸或约9英寸至20英寸。
在一个实施方式中，塔式反应器是立式塔式反应器。如本文所用，“立式塔式反应器”是指纵向轴线在竖直方向的至少15％内、可选地在竖直方向的至少10％内或至少5％内的塔式反应器。如本文所用，“竖直”是指与塔式反应器所在的重力方向对准的方向。
在一个实施方式中，本文所述的方法和装置使用通过处理***物产生的热能来减少处理期间的能量消耗、提高处理效率和/或用于其它目的。在优选的实施方式中，塔式反应器(20)、催化转化反应器(40)和导管(30)的全部或部分因此是绝热的，以防止热量损失到环境中。
一旦启动，如本文所述的使燃料混合物阴燃可产生大量的热能。此外，如实施例4中所证明的，在催化转化反应器中处理通过使包含***物的燃料混合物阴燃而产生的挥发性组分产生另外的热能。因此，在一个实施方式中，出口流(14)中包含的热能可用于加热燃料混合物(10)和/或用于其它目的。
例如，在一个实施方式中，通过使***物阴燃和/或将挥发性组分流进行催化产生的热能可以传递到服务液体(110)。在一个实施方式中，换热器(100)用于将热量传递给服务液体(110)。在一个实施方式中，换热器(100)包括与塔式反应器(20)和/或催化转化反应器(40)的全部或部分接触或围绕其的一个或多个盘管或板。在一个实施方式中，换热器(100)是平行流、交叉流或逆流换热器。在一个实施方式中，换热器(100)、塔式反应器(20)、导管(30)和/或催化转化反应器(40)是绝热的，以防止热量损失到环境中。
在一个实施方式中，服务液体(110)在服务液体处理罐(115)中，并且换热器(100)与服务液体处理罐(115)中的服务液体(110)接触。
如本文所用，“服务液体”是指未引入竖直塔式反应器(20)或出口流(14)部分并且要被传递热能的任何液体。
在一个实施方式中，服务液体是液体废物，例如尿液、洗涤水和/或冲洗水。在另一个实施方式中，服务液体是水，可选地供个人使用的水。例如，在一个实施方式中，服务液体是用于烹饪或沐浴的水。
在一个实施方式中，加热服务液体以减少或消除服务液体中的病原生物，例如细菌。在一个实施方式中，加热服务液体以对服务液体进行巴氏消毒。如本文所用，“巴氏消毒”或“巴氏杀菌”是指减少或消除服务液体内的致病细菌，使得其对于人类消费或使用或环境排放是安全的。
技术人员将理解，提高服务液体的温度和/或增加其温育时间通常会增加减少或消除服务液体内的病原生物的可能性。例如，在一个实施方式中，通过将服务液体加热至约50℃至90℃的温度达约30秒至1周来对服务液体进行巴氏消毒。在一个实施方式中，将服务液体加热到至少约70℃的温度达约2分钟，这已经被证明将蠕虫卵的浓度降低6log(Belcher等人，2015)。在一个实施方式中，通过将服务液体加热到至少约55℃达至少约10分钟、至少约30分钟、至少约1小时、至少约12小时或至少约1天来对服务液体进行巴氏消毒。在一个实施方式中，通过将服务液体加热到至少约65℃达至少约5分钟、至少约10分钟、至少约30分钟、至少约1小时或至少约12小时来对服务液体进行巴氏消毒。还描述了适于降低污泥中病原体水平的各种温度和时间条件(Carrington，2001)。
在一个实施方式中，来自出口流(14)的热量用于加热服务液体(110)。例如，在一个实施方式中，出口流(16)与一个或多个与服务液体(110)接触的冷凝换热器流体连通。在一个实施方式中，一个或多个冷凝换热器与在服务液体处理槽(115)中的服务液体接触。
在一个实施方式中，提供了一种***，其包括如本文所述的用于处理***物的装置以及控制器和/或微处理器。
在一个实施方式中，该装置包括一个或多个热传感器、气体传感器和/或水分传感器。在一个实施方式中，控制器和/或微处理器配置成控制从塔中除去经阴燃的燃料混合物、控制进入塔式反应器或催化转化反应器的空气流、控制进入催化转化反应器的辅助空气流和/或控制向塔式反应器的顶部添加燃料混合物。在一个实施方式中，控制器和/或微处理器配置成控制一个或多个加热器以加热塔式反应器和/或催化转化反应器。
在一个实施方式中，控制器和/或微处理器配置成例如响应于引入塔式反应器中的***物的水分含量和/或体积的变化或响应于热传感器产生的热数据来控制催化转化反应器的阴燃和/或操作的速率。在一个实施方式中，一个或多个热传感器在装置的操作期间产生热数据，并且控制器和/或微处理器配置成基于热数据控制除去经阴燃的燃料混合物、控制进入塔式反应器的空气流、控制进入催化转化反应器的空气流和/或控制向塔式反应器的顶部添加燃料混合物。
例如，在一个实施方式中，当阴燃前沿在塔式反应器向上扩展时，塔式反应器内的热传感器可以检测到朝向塔式反应器顶部的温度升高，并且控制器和/或微处理器控制提取器以增加经阴燃的燃料混合物从塔式反应器中的除去，从而降低塔式反应器内的阴燃前沿。在另一个实施方式中，塔式反应器内的热传感器可以检测到阴燃前沿内或附近的温度降低到预定阈值，并且控制器和/或微处理器控制鼓风机以增加进入塔式反应器的空气流或控制加热器以加热塔式反应器。
在一个实施方式中，水分传感器定位成产生关于进入塔式反应器和/或塔式反应器顶部内的***物水分含量的水分数据。在一个实施方式中，控制器和/或微处理器配置成基于进入塔式反应器的***物的水分含量来控制用于加热塔式反应器的加热器和/或用于增加或减少引入塔式反应器中的空气的鼓风机。
在另一个实施方式中，催化转化反应器内的热传感器产生热数据，并且可以检测高于或低于预定阈值的温度变化，以用于催化转化反应器的优选操作。在一个实施方式中，控制器和/或微处理器控制加热器和/或鼓风机，以基于热数据增加或减少进入催化转化反应器的辅助空气流和/或增加或降低催化转化反应器的温度。
在一个实施方式中，气体传感器检测挥发性组分流(12)或出口流(14)中挥发性组分水平的变化，并且控制器和/或微处理器(200)配置成控制加热器(90)以增加或降低催化转化反应器的温度和/或控制鼓风机80'以增加或减少进入催化转化反应器的辅助空气流。
以下非限制性实施例是对本公开的说明：
实施例
实施例1：在塔式反应器中使用阴燃和催化氧化处理***物
材料和方法
燃料：替代物和人类***物
在该研究中使用人类***物和替代物作为阴燃燃料，如表1中总结的。从成年志愿者收集人类***物样品并使用FisherbrandTM Commode Specimen Collection Systems运输，并立即置于冰箱中直至使用。通过汇集和混合来自总共13个不同志愿者供体的多个样品来产生两个母料批次：从10个样品汇集得到1.2kg批次，和从13个样品汇集得到2.8kg批次。通过干燥前后的质量差测定水/干燥燃料(WDF)质量比，并且发现对于两批次分别为3.2和3.0。本研究中使用的较低WDF(2.7)的样品通过部分干燥两批次中的每一批次的一部分来制备。干燥替代物制剂是由污染研究小组，夸祖鲁-纳塔尔大学(Pollution researchgroup,the University of KwaZulu-Natal.Selection of synthetic sludge simulantfor the Bill and Melinda Gates Foundation’s Reinvent the Toilet fair:India2014.Technical guide,South Africa)提供的组合物。通过向干燥制剂中加入适量的水来配制所需WDF的替代物燃料。
替代物组合物中每种组分的燃烧焓在文献中找到，或在我们的实验室中通过弹式量热法测定。医疗和环境卫生/生物固体工程文献报道***物燃烧焓在17：6至25：1kJ/g干质量范围内，平均为21：5kJ/g(Spellman 1997；Girovich 1996；Lovelady和Stork 1970；Lentner和Wink 1981)。
表1：燃料类型和干基组合物
*味噌酱含有约43％的水。ΔH燃烧＝16.8kJ/g干燥固体或11.7J/g湿味噌。考虑到原样味噌中的水含量，调节加入到干燥替代物中的用于获得所需WDF的水。
介质
有必要将***物与不可燃固体颗粒混合用于阴燃。颗粒状颗粒形成多孔基质，允许空气流过间隙空间并与燃料表面接触。此外，混合过程将燃料分解成小尺寸并增加其比表面积。较小的燃料元件导致：a)更快地原位干燥燃料；b)燃料颗粒与热介质之间更紧密的接触，使得能够进行热解以形成挥发物和炭；c)增加所形成的炭与氧气的表面接触以促进燃烧。
颗粒介质的热性能、化学性能和机械性能在连续或半连续阴燃工艺的可操作性和有效性中起重要作用。在本文所述工艺的一些实施方式中，介质经受反应条件、由于混合以及输入到塔中或从塔输出的机械应力以及大温度变化的循环。因此，当暴露于工艺条件时，化学惰性、耐机械磨损性、对由于热冲击造成的损坏的抗性和这些性能的稳定性是理想的特性。此外，介质在阴燃期间吸收放热的燃烧焓-充当热电池，同时还充当远离阴燃前沿的峰值温度区域的传热介质。介质的热扩散率影响阴燃前沿的宽度：高的热扩散率导致阴燃区产生的燃烧热量散发到邻近区域；过快的传热可能导致阴燃过程的消失。其它考虑因素包括流动性、成本和适当尺寸的可用性。
沙子由于其低成本和丰富性而被用作颗粒状介质，但其易受机械磨损的影响使其不适合在连续工艺中长期重复使用(Cheng 2015；Yerman等人，2015；Yerman等人，2016)。确定了两种化学惰性颗粒材料，其硬度高于沙子，并且鉴定出与以下相当的热性能：氧化锆和硅酸锆。表2示出了从制造商(分别为ZirbeadsTM和FOX Industries)获得的这些材料与在先前研究中使用的局域性可用的沙子(Hutcheson Sand和Mixes，Huntsville Ontario)的性质的比较。直径为1mm的氧化锆和硅酸锆球用于该实施例中描述的实验。
观察到，在阴燃过程中介质颗粒覆有薄的灰分层。该灰分层降低了氧化锆和硅酸锆的比热导率，并使床表观热导率降至接近于Hutcheson沙子测量的值。
表2：颗粒介质属性
*基于200-600℃和阴燃条件下的内部测量的填充床的有效热导率。
基于连续混合操作12分钟后的内部测量。
基于连续混合12分钟和150℃至550℃之间的热循环后的内部测量。
催化剂
在该研究中使用由在2mm直径Al2O3载体上的0.5％铂构成的蛋壳型催化剂。这些蛋壳颗粒具有惰性的非催化核和多孔外壳，其中活性材料沉积为薄层，以使反应物对催化位点的传质阻力最小化。铂催化剂可将存在于从阴燃塔散发出的烟道气中的CO、CH4和高级烃转化为CO2和H2O。使用在空气混合物中的2％CO表征作为温度函数的催化活性(Praxair)。发现出口流中由CO浓度表示的催化活性在180℃和450℃之间增加。此外，使用SEM表征载体上的Pt粒度，在水蒸气存在下在800℃及以上观察到Pt附聚，并且在650℃未观察到Pt附聚。预计催化活性将随阴燃烟气而不是CO(作为进料)不同，因此该信息仅用作估计操作温度的近似指导。估计最低初始温度为280℃，催化操作的最佳温度范围为500℃至650℃。
阴燃/催化转化反应器
适合于阴燃和***物的阴燃后催化转化的塔式反应器的一个实施方式在图2中示出。阴燃发生在75mm内径300mm的中心竖直塔中。在手动操作模式中，预混合量的热介质和燃料在反应器顶部或通过顶部附近的侧端口进料。该反应器还配备有用于连续操作的燃料和颗粒介质的入口，并且配备成容纳带式混合器以促进原位混合。
在典型的操作中，塔预填充有燃料和热介质的混合物。围绕塔底部包裹的电子带式加热器用于加热塔底部附近的混合物，直到在TC1达到350℃的温度。然后引入空气流并发生自发点火以开始阴燃过程。随着阴燃进展，阴燃前沿在塔中向上扩展。在阴燃前沿上方，在贫氧环境中发生燃料热解，产生固体炭以及从阴燃塔流出的挥发性气体，固体炭当阴燃前沿向上移动时燃烧。热解炭的燃烧发生在阴燃区中，其中阴燃前沿的峰值温度通常在550℃至700℃的范围内。在阴燃区下方，该塔由颗粒状热介质和来自经阴燃***物的灰分残留物组成。
在分批工艺中，阴燃前沿从点火点向上移动，直到处理整个塔中的燃料。在连续阴燃过程中，从反应器底部连续地除去经阴燃的燃料混合物，同时将新的燃料和介质混合物连续地输入塔的顶部，从而将阴燃前沿保持在大致恒定的位置。在半连续阴燃过程中，从反应器底部间歇地除去经阴燃的燃料混合物，同时将新的燃料混合物或***物和热介质间歇地引入塔的顶部。
为了使用过的热介质从塔的底部除去，将诸如转盘的提取器定位在反应器塔底部下方的指定距离处并形成反应器的基部。例如，反应器塔底部和转盘表面之间的间隙可以是热介质尺寸的约1.5倍至5倍。当转盘旋转时，介质和残留灰分通过转盘和塔底部之间的间隙从反应器排出。已经证明这种转盘机构有利于具有均匀前沿的颗粒流动(Takahashi和Yanai，1973)。
使用转盘以从反应器中除去经阴燃的燃料混合物的一个优点是，当介质排出时，阴燃前沿不会被破坏。对于给定粒度的介质，每次旋转排出的质量取决于转盘的间隙尺寸和转数，因此排出速率取决于转盘转速。塔中固体的高度和固体密度(固体柱的重量)是固体排放操作和稳定性的其它重要因素。在阴燃前沿上方，来自热解的硬化炭可能需要额外的力来下降。
在理想且完全连续的操作中，经阴燃的介质将被连续排出并与***物一起再循环到塔顶，并且在阴燃过程继续不受干扰的同时原位混合-以将阴燃前沿保持在恒定位置。对于该实施例中记录的实验，连续操作以逐步循环方式近似。在阴燃循环结束时-以及新循环的开始时，将已经非原位预混合的所需WDF和MDF的介质/燃料混合物进料到塔顶，并将等量的经阴燃介质通过转盘从阴燃后的区域排出。“床降”由同时进料和介质排出产生，并且阴燃前沿位置从其在前一循环结束时的位置下降。随着新循环中阴燃的进行，阴燃前沿向上移动直到循环结束，并且对每个循环重复该过程。
具体地，在本实施例中：
(A)当在TC4达到500℃的温度时(相对于转盘位置，z＝9.8cm)，停止空气流。
(B)操作转盘以从反应器中除去130cm3处理过的材料，对应于7.5cm直径塔的2.9cm的循环高度。
(C)然后使用氯丁橡胶棒(与壁间隙0.3cm)推动阴燃前沿上方的填充床以使其下降。棒的物理下降和阴燃前沿上界温度的急剧下降证实了填充床已经下降。
(D)在填充床降后，在填充床上方添加新批次的非原位混合的燃料和介质，并再次启动空气流。
鼓风机将通过端口和塔底部的转盘间隙泵送空气，并向上通过塔，以向阴燃区中的燃料表面提供氧气。阴燃区上方的烟道气将各个阴燃阶段产生的各种气态物质带向塔顶。然后通过管道将气体引导至催化剂模块以进一步转化。
在进入催化剂床之前，还可以将辅助空气添加到烟道气中，以防止在CO和挥发性有机物的催化氧化期间缺氧。
如图2中所示的催化剂模块设计的一些特征包括：a)在与阴燃区的位置大致匹配的竖直位置处围绕阴燃塔包裹的环形形状，以及b)其与带式加热器接近。这些特征专门设计用于使催化过程和阴燃过程同步。一旦催化转化开始，放热型热释放将保持高温和催化活性。但是，为了引发催化反应，催化剂温度必须高于其约280-320℃的点燃温度。因此，催化剂床优选被预热，正如阴燃过程需要预热和点燃一样。催化剂床与带式加热器的接近允许两个预热过程同时发生。此外，由于催化剂的最佳温度范围是约500℃至650℃，在与阴燃区温度相同的近似范围内，催化剂床和阴燃区的竖直接近有助于保持催化剂温度在最佳范围内。
最后，在催化剂床中释放的放热反应焓导致高烟道气温度，并且引导烟道气通过包裹在阴燃塔上部周围的环形换热器夹套以用于在混合物转移到阴燃区之前将其原位干燥。通过来自催化后气体的热回收实现的这种原位干燥能力是在不需要预干燥步骤的情况下用于使具有全部水分含量的所接收的燃料阴燃的关键。
结果和讨论
***物的热化学特性
人类***物由水、有机物质和无机物质组成。与其它类型的生物质类似，当在大气条件下从室温开始加热***物样品时，水开始蒸发直至样品干燥。当将样品在100℃或稍高的温度下保持足够的时间时，通常完成蒸发。所需时间取决于样品尺寸、孔隙率、水结合性质、样品表面积和周围大气中的湿度。随着样品温度进一步升高，通常在200℃和400℃之间，一些有机物质挥发并离开样品。挥发性物质包括气体如CO、CO2、CH4、H2O以及C2/C3和较重的烃，包括芳烃和酚类。轻质气体通常是较重化合物的热分解产物。应注意，在该温度范围内，热解产物在空气中的氧化速率可忽略不计。因此，即使在氧气存在下，热解也可以被认为是几乎纯粹的热过程。热解产物具有高热量含量，其可以在随后的工艺步骤中被回收，例如热燃烧或催化燃烧，如在使用后者的本运作中所证实的。
在热解结束时留下的非挥发性有机级分通常称为炭。如果继续加热并且样品温度升至450℃或更高，则炭将在氧气存在下燃烧，留下无机灰分。炭燃烧的气态产物主要是CO和CO2。如果存在氮和硫，则可形成少量的NOx和SO2。
炭的阴燃是表面反应。在氧化的初始阶段期间在炭表面上形成灰分产生对氧气扩散的阻滞。因此，氧化不完全并且产生大量的CO。在文献中已经报道了各种类型燃料的CO＝CO2比率为0.1-0.5，对于替代燃料约为0.4。该比率是燃料表面积和温度的函数，其中多个研究报道CO＝CO2比率遵循与温度的Arrhenius依赖关系。除了CO之外，还有大量其它有机物存在于阴燃排放物中。
图6-图8示出了通过本文所述工艺的阶段的人类***物的遭遇。图6示出了使用典型的非原位食物混合器混合的人类***物和硅酸锆的照片，以及阴燃后相同混合物的照片-显示由于阴燃消除了***物。人类***物与氧化锆的混合物或替代***物与任一介质的混合物在外观上相似。
图7示出了来自已经与阴燃介质分离的替代***物或人类***物的阴燃后残留灰分。两者之间存在显著的可视差异，人类***物灰分比替代***物灰分在外观上更精细并且更轻。来自人类***物的灰分包括一系列矿物质和无机化合物，它们以不同的方式分布在整个***物中。来自替代***物的灰分直接归因于替代制剂中添加的磷酸钙。组成和形态(密度、孔隙率、平均粒度和粒度分布)两者的差异均是预期的。
图8示出了通过冷凝来自催化剂模块上游或下游的典型阴燃实验的排放物而收集的液体。该液体包括进料燃料中的蒸发水含量、通过反应产生的水以及尚未完全转化并且在室温下可冷凝的燃料。颜色强度差异是对在催化剂模块中广泛发生但仍不完全的转化的定性指示。
TGA和DSC数据
图9中示出了人类***物的热重(TGA)和差示扫描量热法(DSC)扫描。TGA扫描显示，在氮气和空气气氛中加热人类***物导致在50-120℃范围的显著质量损失，这可归因于水蒸发。这是一个吸热步骤，如DSC曲线中的热流下降所示。
在250-400℃的较高温度范围内的质量损失表明在氮气中的非常宽的、几乎不明显的放热效应，并且在空气中的更大量的和明显的放热。差异是在氮气中测试的样品的大量水分含量和低热量含量的结果。在空气中处理样品的结果中(图9b)，在450-600℃存在另外的氧化信号，这与从狗***物获得的数据非常一致。可以看出，尽管在热解和氧化中观察到类似的质量损失，但后者更加放热。
半连续阴燃和阴燃后催化氧化的特征
半连续阴燃
发明人先前报道了分批竖直塔中替代***物的分批阴燃(Cheng 2015；Yerman等人，2015；Yerman等人，2016)。虽然分批阴燃操作相对简单，但在家庭离网环境卫生解决方案的背景下，需要全部或部分地排出塔的残余内容物(介质和灰分)、重新填充新鲜介质/燃料混合物并重新点燃新批次。此外，***的反应器和其它热连接附件在运行之间将冷却至环境温度，并且需要额外的能量来为每次新运行重新加热和点燃，从而增加能量输入要求。连续过程仅需要初始点火。
图10中示出了来自位于反应器中的热电偶的一组典型的温度记录，用于从反应器底部半连续地除去已使用介质以及将混合有介质的原料燃料进料到塔顶。每个曲线给出了在处于规定竖直位置的反应器的中心线处的温度相对于时间的关系曲线。
反应器中的床高度相当于7个循环。其中在图10中示出了28个循环，并且运行了更多循环，证明了在初始点火之后没有额外能量输入的情况下，阴燃可以远远超过初始燃料加载进行。
实现床降，使得阴燃前沿像柱塞一样以平稳的竖直运动向下移动，因此保持不受干扰(最小轴向分散)。向下流动的固体(热介质加上残留灰分)通过转盘排出，并且反应器补充有等量的与新鲜燃料混合的介质。由于阴燃前沿和大量填充床在短暂的介质排出和床降操作期间仍然是热的，所以一旦空气重新开启就重新引发阴燃，并且在后续循环中新供给的混合物随着它向下移动而被原位干燥、热解和阴燃。只要持续阴燃，这种循环操作就可以继续。
图11示出了在典型的床降之前和之后的反应器中的轴向温度分布。选择使用转盘作为介质排出机构以确保当发生床下将时阴燃前沿保持均匀。用于反映排出/床降步骤的向下运动的排出之前和床降温度分布的变化表明，“之前”温度分布在“之后”温度分布中大部分保持，特别是在较低床层高度处。较高床层高度的偏差反映了新进料已添加到塔顶。
阴燃塔温度
图12示出了在典型的阴燃实验期间三个热电偶的温度读数。显示出当来自外部加热器的附加点火能量的影响减小时，在启动阶段很长时间之后的四个典型循环。在此图中，抑制了来自其它热电偶的读数，以便于查看。
在每个循环期间，阴燃前沿从正好TC2下方(基部上方约4.6cm)移动到TC3(基部上方约7.2cm)。相应地，TC2处的温度高-在该示例中在循环开始时约为500℃，并且随着阴燃前沿向上移动并经过TC2位置而逐渐减小。在循环结束时，当更靠近阴燃前沿的较热介质/燃料随着床降方案的执行而降低时，TC2温度迅速增加。该增加发生在与执行床降所需的时间相对应的短但有限的时间内。
类似地，TC3处的温度在循环期间随着阴燃前沿向上移动并且接近该位置而增加，并且当执行床降以启动下一循环时降低。TC6(在基部上方约15cm)靠近填充床的顶部，并且在整个四个循环中显示出几乎恒定的100℃。阴燃前沿从未接近该高度，因此该位置的温度保持相对冷却。阴燃的特征在于，由于阴燃床中存在的温度分布，在阴燃前沿上方的区域具有足够高的温度以预热燃料混合物并蒸发混合物中的水。在TC6处几乎恒定的100℃表明湿燃料/介质混合物中的液态水和水蒸气处于平衡状态，或者在该位置处或附近正发生干燥或水蒸发。
反应器设计：在半连续阴燃的情况下的后催化氧化和原位干燥
蛋壳型铂催化剂需要280℃或更高的温度，其最佳操作温度在500℃至650℃的范围内。本研究中使用的反应器设计用于促进阴燃过程和催化氧化过程之间的协同作用。催化剂模块与电子带式加热器接近有助于催化剂和阴燃反应物质的同时预热。图10显示，在启动阶段，当使用外部带式加热器将阴燃反应物质预热到其点燃温度时，催化剂也被加热到高于其起燃温度。一旦启动空气流并点燃阴燃，并且在阴燃区上方产生挥发的气体，催化剂模块中的催化剂就已经处于足够高的温度以催化阴燃排放流中CO和烃的氧化。
反应器还设计为其中催化剂模块在与阴燃区大致相同的竖直位置围绕阴燃塔包裹。图13示出了在三个典型循环中在催化剂床和阴燃床中在大致相同的竖直位置的温度扫描。在循环较早阶段，阴燃区中TC2处的温度随着时间的推移而随着阴燃前沿接近而增加，但在循环的其余阶段在阴燃区内基本上保持几乎恒定的温度，直到停止空气并且执行介质排出/床降。当在循环开始时打开空气并且重新引发阴燃后烟气的流动时，催化剂床中的温度急剧增加，将反应基质送到催化剂模块。催化剂温度在整个循环中稍有变化，这可能是由于循环期间不均匀的燃料组成所造成的。在每个周期趋向结束时经常出现上升趋势；一个可信的解释是，随着阴燃前沿向上移动，前沿上方的较少燃料将被预干燥，因此流向催化剂的空气流更加富含燃料且水汽更加贫化。当空气流停止并且阴燃排放物流停止时，催化剂温度也会如预期的那样下降。在循环中的不同时间，催化剂温度可以高于或低于阴燃床温度，因此传热可以沿任一方向。
为了利用热催化剂后排放物，将换热器夹套在催化剂模块上方以围绕阴燃塔包裹的设计结合到反应器中。在催化剂床之前和之后，以及在排放物即将被引向出口排气之前的换热器之后放置热电偶。图14示出了这些热电偶位置处的温度扫描，可以观察到如下诸项：
1、当催化剂中发生放热反应时，催化剂和催化剂前温度在每个循环的催化反应阶段期间不同，并且由于传热在每个循环的非反应阶段归一。
2、在反应阶段，催化剂前温度大约为400℃。该设计在反应器底部在阴燃排空气流入催化剂模块之前提供了对阴燃排气的显著预热。
3、催化剂床催化剂中的放热反应进一步将温度升高至高达650℃。温度升高表示由于反应产生热量。
4、后催化排气的温度随着其从催化剂床向上流动而降低，将热量传递到阴燃塔以预热和干燥塔的较高部分中的未阴燃的燃料/介质混合物。传递的能量足以使换热器部分顶部的气体温度显著低于催化剂床温度-在图14中给出的实例中为约180℃至230℃。在催化剂周围包裹的有效绝缘材料和换热器夹套确保传热方向主要向内朝向反应器而不是朝向环境。
图15中示出了阴燃塔中相对于催化剂模块和换热器模块中的轴向温度分布的示例，进一步证明了从催化剂后排放物朝向阴燃塔传热的驱动力，以为原位干燥引入的燃料提供热量。
操作变量对反应器性能的影响
对组合的阴燃/催化氧化工艺的操作重要的实验变量包括：WDF、空气流速率、介质选择和MDF。虽然一旦***建造后，塔直径的选择就无法改变，但它也会影响环境卫生***的性能-特别是在***物的可加工速度方面。下面描述这些参数中的每一个对阴燃/催化性能和工艺可持续性的限制的影响。
WDF
WDF、或水与干燥燃料的质量比是阴燃中的关键参数。干燥的燃料物质在反应时提供热量，而入口燃料中的水物质需要加热干燥。在保持空气流速率和MDF恒定并且在替代品或人类***物中改变WDF的同时，将相同WDF的多个循环中的反应器峰值温度平均并且在图16a中针对MDF作图。峰值反应器温度随着入口燃料中WDF的增加而降低，因为需要更多的热量或反应来蒸发入口燃料中的水含量。图16b示出了***物破坏率(FDR)与进料燃料的WDF之间的关系。FDR是根据阴燃速度-阴燃前沿的扩展速度、反应器尺寸和反应器中的干燃料含量而计算的。可以看出，FDR随着WDF的增加而减少-这是与从高WDF燃料蒸发水相关的能量成本的另一个指示。
图16包括关于替代燃料的WDF多达2.25，并且人类***物的WDF在2.7和3.2之间的数据。本研究中使用的替代燃料组合物不能以高于2.25的WDF配制。值得注意的是，在之前关于分批阴燃的运作中，在类似条件下可持续阴燃的最高WDF约为2(Cheng 2015，Yerman2016)。健康的人类***物的WDF大约为3，水分含量与布里斯托分类法相关。通过来自催化转化器的增强的热量产生以及用于增强燃料的原位干燥的换热器设计，在没有单独的干燥设备或通常较慢的并且可能是能量密集型的单独干燥步骤的情况下，本文所述的工艺能够接受完全水分含量的健康人类***物。
空气流速率
空气流速率是用于控制***物破坏率的主要操作参数，其对于响应家庭环境卫生***中的可变输入是必要的。图17a显示了峰值阴燃温度和催化剂温度根据空气流速度的函数。在该空气流速率范围内，增加空气流速率增加了氧气输送到炭的速率，因此增加了阴燃区中的反应速率，从而导致峰值阴燃温度升高。催化剂温度显示出更加依赖空气流速率。随着空气流速率的增加，阴燃塔中的FDR增加，并且阴燃后气体排放物流入催化剂模块的速率增加-使催化剂模块具有更高的基质进料速率。
图17b示出了空气流速率对FDR的影响。所显示的FDR和空气流速率之间的线性关系与先前已记录的其它恒定条件下的自持续阴燃一致[Cheng 2015，Yerman 2016]。图17b中的最低点显示为空心圆，是一种不会引起自持续阴燃的情况。在实验期间，不可持续的阴燃表现为温度下降趋势，直到峰值阴燃温度降至可持续水平以下。理论上，还存在空气流速率的上限，高于该上限时，由于冷却，阴燃/催化将变得不可持续。然而，该上限超出了预期的操作范围。在可持续阴燃范围内，可以作为控制措施的一部分而改变空气流速率，以响应于用户输入的变化来改变FDR。
MDF
MDF、或介质与干燥燃料质量比率的值决定了塔中燃料的浓度，以及反应热量含量与可供反应热传播和分布的热质量的比率。如图18所示，如所预期的，随着MDF增加或燃料浓度降低，FDR降低。超过一定的MDF值时，混合物中的燃料变得太稀，并且阴燃变得不可持续，如图18中的空心圆所示。虽然在本研究中检测的MDF范围内未见，但原则上由于孔隙率降低和燃料与氧气之间的表面积不足，MDF的值太低也会导致不可持续的阴燃。
在作为离网环境卫生***的一部分的阴燃/催化工艺的应用中，MDF不是用于在操作期间控制FDR的方便变量。然而，可观察到可持续阴燃的宽范围MDF允许对***物和介质输入的精确度的一些容差。
介质
氧化锆(表面涂覆有3％MgO)和硅酸锆是本实施例中研究的对于沙子的两种候选介质替代物。当受到模拟混合和热冲击应力时，两者均未显示出可检测的磨损。虽然本文中报道的大部分实验都是在氧化锆上进行的，但图19示出了在各种WDF下使与两种介质混合的替代***物阴燃获得的峰值阴燃温度和FDR的比较-针对两种介质使用不同的MDF以提供填充床中的相同燃料浓度。图19a显示了使用硅酸锆的峰值阴燃温度较高，但在较高的WDF下使用氧化锆向峰值温度靠拢，这与我们的应用更加相关。如图19b中针对两种介质绘制的***物破坏率相当，其中针对硅酸锆的值略低。这些结果表明，可以使用不同的介质来实现相当的阴燃性能。初步证据表明，涂覆有MgO的氧化锆颗粒的氧化锆核心在经受阴燃温度时可以经历相变，而硅酸锆在该范围内保持相稳定。用硅酸锆进行的评价表明，用氧化锆观察到的趋势也适用于硅酸锆。
催化转化
作为实验参数的函数，对催化剂模块前后的气体样品进行了更彻底且更***的探测。然而，初步结果显示催化模块可减少整个过程中的不期望排放。图20示出了从四个阴燃烟气样品中获得的气相色谱图。两个样品在催化剂床之前通过旁通阀取出(图20a)，另外两个在催化剂之后取出(图20b)。色谱图示出了对于CO、CO2和CH4获得的峰。如催化剂后色谱图中没有CO峰所证明的，催化剂在使烟气阴燃中完全氧化了CO。少量CH4保留在催化剂后气体中。在该研究中进行的实验中实现了超过90％的转化水平。
GC证据与热电偶测量一致。烟道气在催化剂上的氧化是放热的并且引起催化剂床上的显著温度升高。图14示出了三个连续循环的放热效应，在此期间催化剂床温度升高200℃至300℃。对于高速率的***物破坏，在催化剂上游可能需要额外的(辅助)空气以使催化剂完全氧化，这可导致催化剂床上甚至更高的转化率和更大的温升。
总结和结论
发明人已经证明：
1.用于排出介质的转盘机构在阴燃床中保持均匀的温度分布，并且可以用于以连续方式操作阴燃。
2.阴燃后催化模块允许挥发的***物燃料的进一步转化，具有增强的热量产生并显著减少不期望的气体组分。
3.催化剂后排放物可用于为反应器中阴燃前沿上方的燃料提供增强的加热和干燥。
4.硅酸锆和氧化锆可用作沙子的替代物，作为用于阴燃的成孔介质，并且当填充床中的燃料浓度保持恒定时，这些介质的热性能是相当的。
5.(a)FDR和(b)阴燃峰值温度对空气流速率和催化转化下的WDF的依赖性与过去没有催化转化的阴燃研究定性地相同。
对家庭规模环境卫生的意义是：
1.可通过改变空气流速率来控制FDR，从而允许响应于家庭输入速率的控制措施。
2.全部水分含量的人类***物可以直接被进料到我们的反应器并可持续地阴燃的这一事实提供了显著的工艺优势。不需要单独的干燥设备，也不需要额外的耗时和能量密集型干燥步骤。
3.在9LPM空气流下和完全水分含量的WDF人类***物的情况下，在该研究中使用的75cm直径塔中实现的FDR为约100g/h(干燥***物质量)。对于10人家庭，平均输入速率约为30g/h。通过较低的空气流速率和使用较小直径的塔可以实现***物破坏率的进一步降低。在壁效应可忽略不计的理想限度中，阴燃速度与表面空气速度成线性比例，并且FDR与空气流速率成比例。因此，如果空气速度保持恒定，则FDR与塔横截面积成比例。使用2.5英寸和2英寸直径反应器的附加数据(未显示)表明3英寸塔中的定量阴燃结果可转移到2.5英寸塔，但是在2英寸塔中壁效应变得显著。使用2.5英寸直径的色谱塔，在相同空气速度下，全部含水量的人类***物FDR将降至70g/h。通过进一步优化空气流速率和MDF，可实现30g/h及以下的FDR，使该技术适用于家庭规模***。
实施例2：使用辅助空气进行催化
阴燃***物破坏率
在阴燃反应器中的***物破坏率与空气流速率之间存在观察到的实验关系。控制空气流速率，还通过阴燃反应器中的阴燃来控制***物破坏率。
阴燃反应器中的***物破坏率是指在阴燃反应器中***物已经热解或燃烧的速率。由热解产生的挥发的化合物不必已完全转化。
氧气和***物燃料的化学计量比
为了完成燃料与氧气的反应，需要化学计量的氧气。例如对于甲烷与氧气反应：
CH4+2O2→CO2+2H2O
每摩尔CH4需要2摩尔氧气。如果燃料包括除烃之外的化合物，例如含氮化合物，则可以写出每种化合物与氧气之间类似的化学计量平衡反应。
***物是许多化合物的复杂混合物。发明人估计了***物的原子组成和对于处理给定质量的***物需要进料到反应器中所需化学计量的氧气的范围。
对于连续过程，这转化为给定***物破坏率所需的每分钟氧气的升数(LPM)或空气流速率(LPM)。给定***物破坏率的化学计量氧气需求可能大于实现阴燃***物破坏率所需的实验观察到的空气流速率。根据阴燃塔式反应器内的阴燃速度和***物含量计算阴燃***物破坏率(FDR)。没有考虑到阴燃的气体产物CO2的不完全转化，因此达到给定FDR所需的空气流速率低于达到完全转化所需的化学计量。
图21示出了对于一系列可能的***物组成(表示为“理论上的”)，实验观察到的空气流速率与阴燃***物破坏率(在特定条件下)的比较。
图21中所示的实验线相对于理论线之间的间隙是确保催化剂区域中有足够的氧气以完全转化剩余的未转化燃料所需的辅助氧气的量。该分析表明，在低***物破坏率下，阴燃空气流中有足够的氧气来满足化学计量要求，但是在较高的FDR下，阴燃空气流量低于化学计量要求，并且催化剂区域中将需要辅助氧气。
因此，本文所述的方法和装置可选地包括将辅助空气(氧气)输入催化剂区域。
图22示出了催化后的气相色谱图，表明氧气峰非常低，或氧气被耗尽。相应地，CO峰是显著的。
图23示出了对于没有辅助空气与有辅助空气的情况，催化剂后出口流中的CO/CO2相对于WDF(水与干燥***物)的比率。结果显示在辅助空气存在下增加了到CO2的转化或低的CO/CO2，证明辅助氧气增强了催化剂模块中的CO转化率。
实施例3：阴燃/催化转化反应器的测试
设计如图26中所示的另外的阴燃/催化转化反应器并进行测试。除了塔式反应器、环形换热器夹套和催化转化反应器的长度增加而塔式反应器的宽度保持3英寸之外，反应器的设计类似于实施例1中使用的反应器。在装置中包括在多个不同位置处的热传感器(热电偶)，由图26中所示的圆圈指示，以在装置的操作期间产生位置特定的热数据。
通过加热含有水分含量在90％和82％之间的人类***物和热介质(硅酸锆)的混合物的塔式反应器的一部分来引发阴燃。图27示出了近14个小时的阴燃运行期间在6个不同位置处的温度。
通常，在塔式反应器内在阴燃区(TC3A)中的热电偶处观察到最高温度。在催化反应器的底部(CAT1)；催化反应器的顶部(CAT2)和进入催化反应器之前(CAT前)观察到较低的温度(以降序排列)。在换热夹套的顶部(HXN后)观察到最低温度，表明向塔式反应器内的燃料显著传热。
在各个不同位置处的温度变化在运行的长度上保持相对一致。该反应器能够在近14小时的时间段内有效地处理具有相对高水分含量(～80％)的***物，而没有任何可能表明性能损失的显著热偏差。由位于规定阴燃区内的TC3A记录的温度显示出循环行为，表明循环反应器操作。在每个循环开始时，引入空气，并且阴燃前沿向上扩展且TC3A处的温度增加。在循环结束时，停止空气流，排出经阴燃介质，引入新的***物并与再循环介质原位混合。由于材料运输导致的床降而导致TC3A处的温度下降。***物材料广泛变化，预计性能会有大变化。当循环重复时，温度扫描以基本上类似的方式重复-经受一些预期的可变性，表明不存在可能指示热性能损失的显著热偏差。图27还示出了由催化剂模块中在催化剂前后位置的热电偶记录的温度，和换热器后的温度。这些扫描中的每一个也显示出循环行为，但是以与TC3A相比不太明显的方式。不同阶段表示输入***物的水分含量的变化，以及温度如何对这些变化作出反应。在每种情况下，可以看到峰值温度的变化，但是导致很大程度上可重复的循环。可重复循环表明，只要将新的***物或燃料进料到反应器中，阴燃就可以这种循环方式进行而不需要额外的热量输入。因此，不需要重新点燃的能量需求。
实施例4：阴燃后气体的催化处理
进行另外的实验以评价对由在塔式反应器中阴燃***物产生的挥发性气体的催化处理。使用外部催化转化器筒作为阴燃/催化组合的可能且最简单的实施方式。
在循环分批操作中，反应器用于在空气流为4-6LPM下以水与干***物之比为1使作为人类***物替代品的替代***物和狗***物进行阴燃。阴燃后气体向上流动，在顶部离开反应器并从下方进入催化剂筒，在那里它们被催化处理，然后被排放到大气。在开始阴燃循环之前，使用加热器将催化剂筒加热至400℃，使得催化剂具有活性以用于转化阴燃后气体。图28B示出了对位于反应器(TC6)内和外部催化剂筒(TC7)内的热传感器的典型温度扫描。随着阴燃循环的进行，催化剂温度的升高表明从催化处理阴燃后烟气产生热量。
实施例5：使用转盘和收集单元除去阴燃介质
发明人已经确定使用位于塔式反应器底部的转盘对于除去经阴燃介质是有效的。特别是，转盘的使用允许反应器的连续或半连续操作，并有助于除去经阴燃的燃料混合物，同时在塔式反应器内保持均匀的阴燃前沿。然后可以收集从塔式反应器中除去的经阴燃的燃料混合物并将其分离成循环的热介质和残留灰分。
图29示出了转盘和收集单元的一个实施方式，其被设计和测试以用于除去和收集经阴燃的燃料混合物。在测试的实施方式中，塔式反应器的直径为74mm，转盘的直径为105mm，在塔式反应器的底端和转盘之间存在5毫米的间隙，以允许排出经阴燃的燃料混合物。转盘连接到延伸通过收集单元的旋转轴。如图29所示，收集单元具有圆锥形状，使得经阴燃的燃料混合物在重力作用下朝向底部的孔落下。
转盘和收集单元的操作证明，来自转盘的排放物溢出转盘的整个周缘，并且通过收集单元底部的孔被有效地收集。收集单元也用固定刮板进行测试，该固定刮板定位成从转盘边缘除去经阴燃的燃料混合物，这使得从转盘的排放被局域化。
如图30所示的包括分离器的另外的装置被设计和测试以用于除去和收集经阴燃的燃料混合物。分离筛位于收集单元内的转盘下方。分离筛包含穿孔，其允许残留灰分通过筛并落入收集单元的底部，同时将热介质保持在筛表面上。刷子配置成与转盘一起旋转，以增强通过筛的残留灰分的分离，并且还将热介质朝向单独的出口递送。观察到使用筛和旋转刷子有效地将热介质与残留灰分离。
已经参考目前被认为是示例的内容描述了本公开，应当理解，本公开不限于所公开的示例。相反，本公开旨在涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。
所有出版物、专利和专利申请通过引用整体并入本文，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体和单独地指出通过引用整体并入。
参考文献
1.C.Boschi-Pinto,L.Velebit和K.Shibuyac.Estimated child mortality dueto diarrhoea in developing countries.Bulletin of the World HealthOrganization,86:710–717,2008.在520http://www.who.int/bulletin/volumes/86/9/07-050054/en/在线可用.
2.Yu-Ling Cheng.A household sanitation process based on integrateddiversion/dewatering,drying/smoldering of solid waste,and pasteurization ofliquid waste,2015年1月.在Hanoi,Vietnam的FSM3会议上的发表。
3.M.J.Girovich.Biosolids treatment and management:processes forbeneficial use.Taylor&Francis,1996.
4.C.Lentner和A.Wink.Units of Measurement,Body Fluids,Composition ofthe Body,Nutrition.Geigy Scientific Tables.CIBA-GEIGY Ltd,Basle,Switzerland,1981.ISBN 0-914168-50-9.
5.H.G.Lovelady和E.J.Stork.An improved method for preparation of fecesfor bomb calorimetry.Clin Cheml,16:253–254,1970.
6.Andy Peal,Barbara Evans,Isabel Blacket,Peter Hawkins和ChrisHeymans.Fecal sludge management:a comparative analysis of 12 cities.WaterSanitation and Hygiene for Development,4(4):532 563–575,2014.
7.Pollution research group,the University of KwaZulu-Natal.Selectionof synthetic sludge simulant for the Bill and Melinda Gates Foundation’sReinvent the Toilet fair:India 2014.Technical guide,South Africa.
8.F.R.Spellman.Incinerating biosolids.Taylor&Francis,1997.
9.Hiroshi Takahashi和Hiroshi Yanai.Flow profile and void fraction ofgranular solids in a moving bed.Powder Technology,7:205–214,1973.
10.L.Yerman,Rory M.Hadden,J.Carrascal,I.Fabris,D.Cormier,J.L.Torero,J.I.Gerhard,M.Krajcovic,P.Pironi和Yu-Ling Cheng.Smouldering combustion as atreatment technology for faeces:Exploring the parameter space.Fuel,147:108–116,2015.
11.L.Yerman,H.Wall,J.L.Torero,J.I.Gerhard和Y.-L.Cheng.Smoulderingcombustion as a treatment technology for faeces:Sensitivity to keyparameters.Combustion Science and Technology,188(6),2016年1月.
12.Belcher D,Foutch GL,Smay J,Archer C,Buckley CA,Viscous heatingeffect on deactivation of helminth eggs in ventilated improved pit sludge,Water Science and Technology,2015；72(7):1119-26.Doi:10.2166/wst.2015.300.
13.Evaluation of sludge treatments for pathogen reduction-Finalreport；E G Carrington；Report No.:CO 5026/1；European Communities,2001.
Claims (51)
1.一种用于处理***物的方法，所述方法包括：
将***物与热介质结合以产生燃料混合物；
在具有顶端和底端的塔式反应器中使所述燃料混合物阴燃，以产生经阴燃的燃料混合物和挥发性组分流；以及
在催化转化反应器中对所述挥发性组分流进行至少一个催化步骤以产生出口流。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括从所述塔式反应器中除去所述经阴燃的燃料混合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述塔式反应器的底端定位有转盘，在所述塔式反应器的所述底端和所述转盘之间形成间隙，并且使所述转盘旋转以使所述经阴燃的燃料混合物通过所述间隙排出。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其还包括将所述经阴燃的燃料混合物分离成灰分流和再循环的热介质，并将所述再循环的热介质与***物混合以产生所述燃料混合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其还包括可选地通过端口和/或所述塔式反应器的所述底端和所述转盘之间的所述间隙将空气流引入所述塔式反应器的所述底端。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中通过将所述塔式反应器中的一部分所述燃料混合物加热到至少约350℃的温度并将空气流引入所述塔式反应器的所述底端来引发阴燃。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其包括在所述催化转化反应器中加热催化剂，可选地，其中，将所述催化剂加热到至少约280℃的温度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中使用加热器同时加热所述塔式反应器中的所述燃料混合物和所述催化转化反应器中的所述催化剂，可选地，其中所述加热器是带式加热器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述催化转化反应器还包括催化后换热器，并且来自催化氧化的热量被转移到所述塔式反应器中的阴燃区上方的所述燃料混合物中，可选地，其中转移到所述燃料混合物中的所述热量降低了所述塔式反应器的所述顶端的所述燃料混合物的水分含量。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其还包括将辅助空气流引入所述催化转化反应器中。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述至少一个催化步骤包括所述挥发性组分流的催化氧化，可选地，其中所述挥发性组分流的催化氧化将一氧化碳、甲烷和/或高级烃转化为二氧化碳和水。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述至少一个催化步骤包括使所述挥发性组分流与包含一种或多种贵金属、金属氧化物或其混合物的催化剂接触，可选地，其中所述催化剂包含铂(Pt)、钯(Pd)、Pt-Pd、碱金属氧化物例如氧化铜(CuO)或氧化锰(MnO)、氧化铈(CeO2)或其混合物例如CuO-Pt。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述催化剂位于载体上，可选地位于多孔陶瓷载体上，例如整体式催化剂或蛋壳型催化剂。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其包括在所述塔式反应器内混合所述***物和热介质以产生所述燃料混合物。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述热介质是沙子、氧化锆或硅酸锆。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中在没有任何先前的干燥步骤，可选地在没有任何先前的需要消耗能量的干燥步骤的情况下将所述***物引入所述塔式反应器中。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中使所述燃料混合物阴燃以间歇过程进行。
18.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中使所述燃料混合物阴燃以连续或半连续过程发生。
19.根据权利要求18所述的方法，其中从所述塔式反应器的所述底端连续或间歇地除去经阴燃的燃料混合物，并将***物、热介质和/或燃料混合物连续或间歇地加入所述塔式反应器的所述顶端。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其还包括保持所述塔式反应器中阴燃区的高度，使得所述阴燃区与所述催化转化反应器中的所述催化剂邻近或靠近。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其还包括将空气流引入所述塔式反应器中和/或将辅助空气流引入所述催化转化反应器中。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其还包括针对所述***物、燃料混合物、挥发性组分流和/或出口流产生热数据、气体数据和/或水分数据，并基于所述热数据、气体数据和/或水分数据控制所述加热器和/或鼓风机。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，其还包括使用从使所述燃料混合物阴燃和/或所述至少一个催化步骤产生的热量来加热服务液体，可选地，其中加热所述服务液体对所述服务液体进行巴氏消毒。
24.一种用于处理***物的装置，所述装置包括：
塔式反应器，所述塔式反应器用于使包含***物和热介质的燃料混合物阴燃，所述塔式反应器包括具有顶端的顶部和具有底端的底部；
催化转化反应器，所述催化转化反应器包括用于接收来自所述塔式反应器所述顶部的挥发性组分流的入口、催化剂和用于出口流的出口；和
导管，所述导管连接所述塔式反应器的所述顶部和所述催化转化反应器的所述入口。
25.根据权利要求24所述的装置，其还包括转盘，所述转盘定位在所述塔式反应器的所述底端，在所述转盘和所述塔式反应器的所述底端之间形成间隙，其中旋转所述转盘以使来自所述塔式反应器的经阴燃的燃料混合物通过所述间隙排出。
26.根据权利要求24或25所述的装置，其还包括分离器，所述分离器用于将所述经阴燃的燃料混合物分离成灰分流和再循环的热介质。
27.根据权利要求54至59中任一项所述的装置，其还包括混合器，所述混合器用于混合所述***物和所述热介质以在所述塔式反应器内产生所述燃料混合物，可选地，其中所述混合器是带式混合器。
28.根据权利要求24至27中任一项所述的装置，其还包括鼓风机，所述鼓风机用于将空气流引入所述塔式反应器的所述底部。
29.根据权利要求28所述的装置，其中所述鼓风机通过所述塔式反应器的所述底端与所述转盘之间的所述间隙引入空气流，或者其中所述鼓风机通过所述塔式反应器的所述底部中的一个或多个端口引入空气流。
30.根据权利要求28或29所述的装置，其中所述鼓风机是可控的，以增大或减小引入所述塔式反应器的所述底部的空气流速率。
31.根据权利要求24至30中任一项所述的装置，其还包括加热器，所述加热器配置成加热所述催化转化反应器和/或所述塔式反应器的一部分，可选地，其中所述加热器是带式加热器。
32.根据权利要求31所述的装置，其中所述加热器与所述催化转化反应器和所述塔式反应器邻近，使得所述加热器同时加热所述催化转化反应器和所述塔式反应器的所述部分。
33.根据权利要求24至32中任一项所述的装置，其中所述催化转化反应器是环绕所述塔式反应器的一部分的环形反应器。
34.根据权利要求24至33中任一项所述的装置，其中所述催化转化反应器还包括催化后换热器，使得在操作中来自所述催化转化反应器的热量被转移至所述塔式反应器的所述顶部。
35.根据权利要求34所述的装置，其中所述催化后换热器是围绕所述塔式反应器的所述顶部的夹套。
36.根据权利要求24至35中任一项所述的装置，其中所述装置包括鼓风机，所述鼓风机用于将辅助空气流引入所述催化转化反应器。
37.根据权利要求36所述的装置，其中所述鼓风机是可控的，以增大或减小引入所述催化转化反应器中的辅助空气流的速率。
38.根据权利要求24至37中任一项所述的装置，其中所述催化剂将所述挥发性组分流中的一氧化碳、甲烷和/或高级烃转化为所述出口流中的二氧化碳和水。
39.根据权利要求24至38中任一项所述的装置，其中所述催化剂包含一种或多种贵金属、金属氧化物、碱金属氧化物或其混合物，可选地，其中所述催化剂包含铂(Pt)、钯(Pd)、Pt-Pd、氧化铜(CuO)、氧化锰、氧化铈(CeO2)或其混合物例如CuO-Pt。
40.根据权利要求24至39中任一项所述的装置，其中所述催化剂位于载体上，可选地为蛋壳型催化剂，或位于多孔陶瓷载体上，例如整体式催化剂。
41.根据权利要求24至40中任一项所述的装置，其中所述塔式反应器是直径在约50mm和约300mm之间、长度在约200mm和约2000mm之间的立式塔式反应器。
42.根据权利要求24至41中任一项所述的装置，其中所述塔式反应器、催化转化反应器和导管中的一个或多个是绝热的，以防止热量损失到环境中。
43.根据权利要求24至42中任一项所述的装置，其还包括换热器，所述换热器用于将热量从所述出口流、塔式反应器和/或所述催化转化反应器传递到服务液体。
44.根据权利要求43所述的装置，其中所述出口流与和所述服务液体接触的一个或多个冷凝换热器流体连通，可选地，其中所述一个或多个冷凝换热器与服务液体处理罐中的所述服务液体接触。
45.根据权利要求43或44所述的装置，其中加热服务用水对所述服务用水进行巴氏消毒。
46.根据权利要求24至45中任一项所述的装置，其包括一个或多个热传感器、气体传感器和/或水分传感器，用于针对所述***物、燃料混合物、挥发性组分流和/或出口流产生热数据、气体数据和/或水分数据。
47.根据权利要求24至46中任一项所述的装置，其包括控制器和/或微处理器，用于控制用于加热所述燃料混合物和/或催化转化反应器的加热器和/或用于控制用于将空气流引入所述塔式反应器和/或催化转化反应器的鼓风机。
48.根据权利要求47所述的装置，其中所述控制器和/或微处理器配置成基于所述***物、燃料混合物、挥发性组分流和/或出口流的热数据、气体数据和/或水分数据来控制所述加热器和/或鼓风机。
49.根据权利要求24至48中任一项所述的装置用于处理***物的用途。
50.一种用于处理***物的方法，所述方法包括：
将***物与热介质结合以产生燃料混合物；
在具有顶端和底端的塔式反应器中使所述燃料混合物阴燃以产生经阴燃的燃料混合物和挥发性组分流，其中所述塔式反应器的所述底端定位有转盘，在所述塔式反应器的所述底端和所述转盘之间形成间隙；以及
旋转所述转盘使得所述经阴燃的燃料混合物通过所述间隙从所述塔式反应器排出。
51.一种用于处理***物的装置，所述装置包括：
塔式反应器，所述塔式反应器用于使***物阴燃，所述塔式反应器包括用于接收***物的顶部和具有底端的底部；和
转盘，所述转盘定位在所述塔式反应器的所述底端，在所述转盘和所述塔式反应器的所述底端之间形成间隙，使得所述转盘的旋转将经阴燃的燃料混合物通过所述间隙从所述塔式反应器排出。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201662362846P | 2016-07-15 | 2016-07-15 | |
| US62/362,846 | 2016-07-15 | ||
| PCT/CA2017/050861 WO2018010033A1 (en) | 2016-07-15 | 2017-07-17 | Treatment of fecal matter by smoldering and catalysis |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109715569A true CN109715569A (zh) | 2019-05-03 |
Family
ID=60951650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201780049831.XA Pending CN109715569A (zh) | 2016-07-15 | 2017-07-17 | 通过阴燃和催化剂处理***物 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11186502B2 (zh) |
| EP (1) | EP3484823A4 (zh) |
| KR (1) | KR102488506B1 (zh) |
| CN (1) | CN109715569A (zh) |
| CA (1) | CA3030925A1 (zh) |
| WO (1) | WO2018010033A1 (zh) |
| ZA (1) | ZA201900955B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111468528A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-07-31 | 中科鼎实环境工程有限公司 | 针对土壤修复的高效阴燃*** |
| CN112797422A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-14 | 华中科技大学 | 一种低热值污泥阴燃处理方法 |
| CN112856441A (zh) * | 2020-04-16 | 2021-05-28 | 华中科技大学 | 一种有机废弃液自维持阴燃连续反应装置及反应方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3484823A4 (en) | 2016-07-15 | 2020-04-01 | Yu-Ling Cheng | PROCESSING OF FECAL MATERIAL BY SLOW COMBUSTION AND CATALYSIS |
| CN108895468A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-11-27 | 中国矿业大学 | 一种基于阴燃的粪便处理方法 |
| CN109019555A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-12-18 | 湖南工业大学 | 一种柱塞挤压法制备的生物炭及其制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3631073A (en) * | 1969-04-04 | 1971-12-28 | Engelhard Min & Chem | Process for oxidation of carbon monoxide |
| FR2469655A1 (fr) * | 1979-11-10 | 1981-05-22 | Wichmann Heinrich | Procede et appareil de combustion de melanges d'excrements et litieres provenant d'installations d'elevage intensif d'animaux |
| EP1060774A1 (en) * | 1999-06-14 | 2000-12-20 | Air Products And Chemicals, Inc. | Purification of gases |
| CN101605589A (zh) * | 2006-12-14 | 2009-12-16 | 霍斯特·格罗霍夫斯基 | 用于净化金属制备中由矿石和/或其他含金属材料的烧结工艺所产生的废气的方法和装置 |
| CN201665444U (zh) * | 2009-12-31 | 2010-12-08 | 邓惠文 | 转盘式定量出料装置 |
| CN102510770A (zh) * | 2009-09-25 | 2012-06-20 | 大阪瓦斯株式会社 | 低浓度甲烷的除去方法及低浓度甲烷的除去装置 |
| CN103557517A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-02-05 | 黄荣胜 | 生物质二次裂解的方法和装置 |
| US20140075834A1 (en) * | 2011-04-15 | 2014-03-20 | Biogenic Reagents LLC | Process for producing high-carbon biogenic reagents |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1366176A (en) * | 1918-04-18 | 1921-01-18 | Terrey | Treatment or purification of mixtures of hydrogen and carbon monoxid for the separation therffrom of the latter |
| US4285916A (en) | 1978-08-29 | 1981-08-25 | Baisden C Robert | Exhaust gas pollution control system |
| US5059404A (en) * | 1989-02-14 | 1991-10-22 | Manufacturing And Technology Conversion International, Inc. | Indirectly heated thermochemical reactor apparatus and processes |
| JPH06327942A (ja) * | 1993-05-26 | 1994-11-29 | Riken Corp | 排ガス浄化方法 |
| JP3004201B2 (ja) * | 1995-12-27 | 2000-01-31 | 日本碍子株式会社 | ロータリーキルン |
| JP2994625B1 (ja) * | 1998-08-06 | 1999-12-27 | 株式会社御池鐵工所 | 炭化装置 |
| EP1290272A1 (en) * | 2000-05-16 | 2003-03-12 | Massachusetts Institute of Technology | Thermal conversion of biomass to valuable fuels, chemical feedstocks and chemicals |
| GB0525193D0 (en) | 2005-12-10 | 2006-01-18 | Univ Edinburgh | Method and apparatus for cleaning contaminated land |
| US20100124583A1 (en) * | 2008-04-30 | 2010-05-20 | Xyleco, Inc. | Processing biomass |
| GB2455061A (en) * | 2007-10-30 | 2009-06-03 | Sharp Kk | Liquid Crystal Device with three sets of electrodes for controlling tilt and azimuth angles |
| ES2372333T3 (es) * | 2007-11-01 | 2012-01-18 | Paulee Cleantec Ltd. | Aparato y procedimiento para recoger y desechar excrementos de animales de compañía. |
| JP5222183B2 (ja) * | 2009-03-03 | 2013-06-26 | 正夫 金井 | 連続式乾燥装置 |
| CN102341485B (zh) * | 2009-03-05 | 2015-06-10 | G4因赛特公司 | 用于生物质的热化学转化的方法和*** |
| US20110111456A1 (en) * | 2009-04-03 | 2011-05-12 | Xyleco, Inc. | Processing biomass |
| DE102009030013A1 (de) | 2009-04-27 | 2010-11-04 | Schottdorf, Bernd, Dr. | Vorrichtung, deren Verwendung, Verfahren und System zur kontinuierlichen Umwandlung von Biomasse |
| PL2701826T3 (pl) | 2011-04-29 | 2019-09-30 | Geosyntec Consultants, Inc. | Sposób objętościowej redukcji cieczy organicznych |
| US10155908B2 (en) * | 2012-03-07 | 2018-12-18 | Research Triangle Institute | Catalyst compositions and use thereof in catalytic biomass pyrolysis |
| JP6182166B2 (ja) * | 2012-03-07 | 2017-08-16 | リサーチ・トライアングル・インスティチュート | 接触バイオマス熱分解方法 |
| CN204022775U (zh) | 2014-04-01 | 2014-12-17 | 山东理工大学 | 一种标准化的阴燃燃料 |
| CN103884043A (zh) | 2014-04-01 | 2014-06-25 | 山东理工大学 | 一种阴燃供暖装置 |
| CN103900145A (zh) | 2014-04-01 | 2014-07-02 | 山东理工大学 | 一种阴燃供暖的工艺 |
| EP3484823A4 (en) | 2016-07-15 | 2020-04-01 | Yu-Ling Cheng | PROCESSING OF FECAL MATERIAL BY SLOW COMBUSTION AND CATALYSIS |
| CN108895468A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-11-27 | 中国矿业大学 | 一种基于阴燃的粪便处理方法 |
-
2017
- 2017-07-17 EP EP17826735.7A patent/EP3484823A4/en not_active Withdrawn
- 2017-07-17 KR KR1020197004170A patent/KR102488506B1/ko active IP Right Grant
- 2017-07-17 CA CA3030925A patent/CA3030925A1/en active Pending
- 2017-07-17 WO PCT/CA2017/050861 patent/WO2018010033A1/en unknown
- 2017-07-17 CN CN201780049831.XA patent/CN109715569A/zh active Pending
- 2017-07-17 US US16/318,050 patent/US11186502B2/en active Active
-
2019
- 2019-02-14 ZA ZA2019/00955A patent/ZA201900955B/en unknown
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3631073A (en) * | 1969-04-04 | 1971-12-28 | Engelhard Min & Chem | Process for oxidation of carbon monoxide |
| FR2469655A1 (fr) * | 1979-11-10 | 1981-05-22 | Wichmann Heinrich | Procede et appareil de combustion de melanges d'excrements et litieres provenant d'installations d'elevage intensif d'animaux |
| EP1060774A1 (en) * | 1999-06-14 | 2000-12-20 | Air Products And Chemicals, Inc. | Purification of gases |
| CN101605589A (zh) * | 2006-12-14 | 2009-12-16 | 霍斯特·格罗霍夫斯基 | 用于净化金属制备中由矿石和/或其他含金属材料的烧结工艺所产生的废气的方法和装置 |
| CN102510770A (zh) * | 2009-09-25 | 2012-06-20 | 大阪瓦斯株式会社 | 低浓度甲烷的除去方法及低浓度甲烷的除去装置 |
| CN201665444U (zh) * | 2009-12-31 | 2010-12-08 | 邓惠文 | 转盘式定量出料装置 |
| US20140075834A1 (en) * | 2011-04-15 | 2014-03-20 | Biogenic Reagents LLC | Process for producing high-carbon biogenic reagents |
| CN103557517A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-02-05 | 黄荣胜 | 生物质二次裂解的方法和装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| L. YERMÁN 等: "《Smoldering Combustion as a Treatment Technology for Feces- Sensitivity to Key Parameters》", 《COMBUSTION SCIENCE AND TECHNOLOGY》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111468528A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-07-31 | 中科鼎实环境工程有限公司 | 针对土壤修复的高效阴燃*** |
| CN112856441A (zh) * | 2020-04-16 | 2021-05-28 | 华中科技大学 | 一种有机废弃液自维持阴燃连续反应装置及反应方法 |
| WO2021208454A1 (zh) * | 2020-04-16 | 2021-10-21 | 华中科技大学 | 一种有机废弃液自维持阴燃连续反应装置及反应方法 |
| CN112856441B (zh) * | 2020-04-16 | 2021-11-19 | 华中科技大学 | 一种有机废弃液自维持阴燃连续反应装置及反应方法 |
| CN112797422A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-14 | 华中科技大学 | 一种低热值污泥阴燃处理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20210139356A1 (en) | 2021-05-13 |
| KR20190039947A (ko) | 2019-04-16 |
| EP3484823A4 (en) | 2020-04-01 |
| US11186502B2 (en) | 2021-11-30 |
| CA3030925A1 (en) | 2018-01-18 |
| ZA201900955B (en) | 2019-12-18 |
| WO2018010033A1 (en) | 2018-01-18 |
| KR102488506B1 (ko) | 2023-01-17 |
| EP3484823A1 (en) | 2019-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109715569A (zh) | 通过阴燃和催化剂处理***物 | |
| Fabris et al. | Continuous, self-sustaining smouldering destruction of simulated faeces | |
| CN108716293B (zh) | 一种基于农村人畜粪便和生物质混合阴燃的智能厕所 | |
| CA2085583A1 (en) | Method and a system for drying sludge | |
| CN202671496U (zh) | 竖式低温干馏炉 | |
| US5791267A (en) | Waste pyrolysis process and installation having a preheating unit | |
| WO2001011289A1 (fr) | Dispositif de traitement multifonctions | |
| JPH05504505A (ja) | 汚物スラッジ脱水装置 | |
| Saberi et al. | Treatment of fecal matter by smoldering and catalytic oxidation | |
| RU2632293C1 (ru) | Устройство для переработки резиновых отходов | |
| CN102643006A (zh) | 一种污水污泥在流化床反应器内干燥的方法 | |
| EP3209939B1 (en) | Combined catalytic converter and cyclonic separator for biofuel-fired furnace | |
| RU2441053C2 (ru) | Пиролизная печь | |
| CN103074111B (zh) | 外筒空气气化协同内筒水蒸气气化制合成气的设备及工艺 | |
| EP3289050B1 (en) | Pyrolysis furnace | |
| CN110395876A (zh) | 污泥干化设备及干化方法 | |
| CN208090699U (zh) | 一种用于催化燃烧吸附装置 | |
| JP2007144339A (ja) | 連続加熱処理装置 | |
| US3357381A (en) | Toilet waste combustor | |
| CN209178327U (zh) | 生物质发电*** | |
| CN101659881A (zh) | 一种小颗粒油页岩干馏装置 | |
| CN102643007A (zh) | 一种污水污泥用干燥装置 | |
| CN202543022U (zh) | 一种污水污泥用干燥装置 | |
| CN203112763U (zh) | 外筒空气气化协同内筒水蒸气气化制备合成气的设备 | |
| CN217843866U (zh) | 超导垃圾无害化快速连续裂解处理装置 |
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 | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210512 Address after: The Canadian province of Ontario, Toronto Applicant after: THE GOVERNING COUNCIL OF THE University OF TORONTO Address before: The Canadian province of Ontario, Toronto Applicant before: Zheng Yuling |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |