用于处理有机材料的可移动热处理方法
【专利说明】用于处理有机材料的可移动热处理方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年7月31号提交的美国临时专利申请序列第61/860,461号的优先权，通过引用将其全部公开内容明确地并入本文。
技术领域
[0003]本公开内容涉及有机材料的处理。更具体地，本公开内容涉及用于处理有机材料的热处理系统及方法。
【背景技术】
[0004]有机材料例如来自污水处理厂及废水处理厂(wastewater treatment plant，WWTP)的污泥是重要的处置问题。该污泥一般包含通常称为生物固体的固体与不同量的自由水的混合物。
[0005]生物固体内的大量细胞结合水使得含有生物固体的污水污泥难以处置。特别地，焚化污水污泥的成本极高，原因是细胞结合水使得生物固体具有净负的较低热值。类似地，如果污水污泥被热脱水，由于将水从污水污泥蒸发所需的能量，该过程可能具有净负的能量平衡。另外，运输污水污泥的成本庞大，原因是细胞结合水影响污泥的重量。通常WWTP必须支付“小费”以让另一方处置其生物固体。目前含有生物固体的污泥被陆埋、陆堆、或干燥以及用作肥料。然而，这些处置方法可能具有不利的环境影响，例如产生不期望的气味以及生物固体中所含的活致病生物体、有毒重金属和/或其它化学品化合物或药品化合物污染土壤或地下水。仅在美国每年就产生大约710万干(短)吨至760万干(短)吨的生物固体，欧洲和亚洲每年也产生类似量的生物固体。因而，合适的处置方法是重要的。
[0006]除了对合适的处置生物固体的方法的迫切需求，还存在对增加利用可再生或“绿色”能源的增长的公众呼声。公知的可再生能量形式包括太阳能、风能和地热能，但这些能源缺乏充足的供应。生物质材料例如锯末、农作物和农业废料以及工业废料很早就用作可再生燃料。另一方面，之前由于其中所含的大量细胞结合水，生物固体没有被视为可再生能源。如上文所讨论的，生物固体中的大量细胞结合水显著影响焚烧生物固体的成本和运输生物固体的成本两者。
[0007]因此，需要用于处理以及处置有机材料的新系统和方法。
【发明内容】
[0008]本公开内容提供了用于处理有机材料的热处理系统和方法。在主要操作模式中，系统处理未消化的材料以分解有机材料以增强消化或后处理被消化的材料以生成可再生的燃料产品。
[0009]另外，为了满足各种规模的废水处理厂，除其它问题之外，可以通过将用于处理和处置有机材料的新系统和方法安装在滑轨上以使其可以在各设施之间进行运输来实现一些大的经济效益。
[0010]根据本公开内容的一个示例性实施方案，提供了一种用于处理含有有机材料和水的物料的可移动热处理系统。该系统包含:可移动支承结构;浆化装置，其从物料产生固体含量为约16%固体或更少的浆料;栗，其用于将浆料加压至高于水在后续高温下之饱和压力的压力;热输入装置，其连接至可移动支承结构，将被加压的浆料加热至足够用于细胞裂解和炭形成的高温；以及反应装置，其连接至可移动支承结构，提供在所述高温下对被加热的楽料进行热处理的保持时间。
[0011]根据本公开内容的一个示例性实施方案，提供了一种用于处理含有有机材料和水的物料的可移动热处理系统。该系统包含:可移动支承结构;浆化装置，其从所述物料产生浆料;第一栗，其将所述浆料加压至高于水在第一高温下之饱和压力的第一压力;第一热输入装置，其在所述第一栗的下游连接至所述可移动支承结构，将被加压的浆料加热至所述第一高温;第二栗，其在所述第一热输入装置的下游连接至可移动结构，将所述被加热的浆料进一步加压至高于水在第二高温下之饱和压力的第二压力；第二热输入装置，其在所述第二栗的下游连接至所述可移动支承结构，将所述被加压的浆料进一步加热至足够用于细胞裂解和炭形成的所述第二高温；以及反应装置，其连接至可移动支承结构，提供在所述第二高温下对所述被加热的浆料进行热处理的保持时间。
[0012]根据本公开内容的另一示例性实施方案，提供了一种用于处理有机材料的热处理系统。该系统包含:消化有机材料的消化器，该消化器具有输入端和输出端；以及加热有机材料的热输入装置，该热输入装置与消化器的输入端选择性连通以在消化之前分解未消化的材料或者与消化器的输出端选择性连通以加热来自消化器的被消化的材料。
[0013]根据本公开内容的又一示例性实施方案，提供了一种用于处理有机材料的方法。该方法包括如下步骤:利用可选的浆化使消化前或来自消化器的有机材料中固体的期望浓度为低至0.5%、1%、2%、5%或高至12%、20%、25%、60%的浓度范围或者可以在任一对前述值之间限定的任意范围内；利用栗将处于期望浓度的经消化材料栗送连续穿过换热器以对材料进行预热，该栗适于栗送具有以下粘度特征的未消化或经消化的材料，所述粘度特征为低至0.5%、1 %、2%、5%或高至12%、20%、25%、60%的范围内或者可以在任一对前述值之间限定的任意范围内的固体浓度在低至50华氏度、100华氏度、200华氏度或高至500华氏度、600华氏度或750华氏度的温度范围或者可以在任一对前述值之间限定的任意范围内具有的典型粘度特征;经由向换热器与反应器之间的管道中注入蒸气来进一步加热材料，在低至50华氏度、100华氏度、200华氏度或高至500华氏度、600华氏度或750华氏度的温度范围或者可以在任一对前述值之间限定的任意范围内将材料保持在连续流动管反应器中，反应器中的保持时间为低至30秒、5分钟或15分钟或高至20分钟、60分钟或2880分钟或者可以在任一对前述值之间限定的任意范围内；使被加热的材料流过具有未加热材料的换热器以进行热交换。通过流经压力控制阀降低换热器之后经加热材料的温度和压力；可选地在符合U.S.EPA A级规定所要求的病原体热灭活标准所需的温度和时间条件下在降低的温度和压力条件下流经第二容器；以及可选地利用水用作冷却介质的第二换热器进一步降低加热的经消化材料的温度。
[0014]根据本公开内容的又一示例性实施方案，提供了一种集成式可移动系统，其用于以固体浓度在按重量计低至0.5%、1%、2%、5%或高至12%、20%、25%、60%的范围内或者可以在任一对前述值之间限定的任意范围内的浆料的形式以每天低至0.5干吨、I干吨、5干吨、10干吨或高至50干吨、100干吨、500干吨、1000干吨或者可以在任一对前述值之间限定的任意范围内的经消化污泥的速率处理有机材料，该系统包含如下中至少之一:高压进料栗;套管(pine-1n-pine)式或螺旋式换热器;连续流动反应器;压力控制阀；用于在高于或等于所述高温的温度下容纳泥浆持续符合病原体灭活规定所需的另外时间的辅助容纳罐槽(holding tank);互连管道;用于测量温度和压力的分析装置；以及安全运输和安装可移动系统所需的结构元件。
[0015]根据本公开内容的又一示例性实施方案，提供了一种系统，其用于以固体浓度在按重量计低至0.5%、1%、2%、5%或高至12%、20%、25%、60%的范围内或者可以在任一对前述值之间限定的任意范围内的单独浆料类型或混合浆料类型的浆料的形式以每天低至0.5干吨、I干吨、5干吨、10干吨或高至50干吨、100干吨、500干吨、1000干吨或者可以在任一对前述值之间限定的任意范围内的组合浆料的速率处理来自废水处理厂的组合的一次和二次处理污泥以及需氧或厌氧消化的污泥，该系统包含如下中至少之一:污泥浆化过程，该污泥浆化过程用于将固体浓度增加至按重量计低至0.5%、1%、2%、5%或高至12%、20%,25%,60%或者可以在任一对前述值之间限定的任意范围内；高压进料栗;换热器;流动反应器;压力控制阀；互连管道;用于测量温度和压力的分析装置;污泥脱水过程，其用于去除离开反应器的低至5%至99.9%或前述范围之间的任意浓度的浆料固体并且将所述固体保持为含有按重量计高达5 %,15%,25%至65、75 %、90 %或可以在任一对前述值之间限定的任意范围内的固体的半固体污泥饼的形式，并且产生过滤的水流，例如但不限于来自离心脱水装置的滤清液(centrate);以及需氧或厌氧生物处理，其用于经由生物氧化或生物转化成适于经由燃烧产生能量的甲烷来去除过滤的水流内的残留的溶解有机化合物。
[0016]根据本公开内容的又一示例性实施方案，提供了一种系统，其用于以固体浓度在按重量计低至0.5%、1%、2%、5%或高至12%、20%、25%、60%的范围内或者可以在任一对前述值之间限定的任意范围内的单独浆料类型或混合浆料类型的浆料的形式以每天低至0.5干吨、I干吨、5干吨、10干吨或高至50干吨、100干吨、500干吨、