專利名稱：用于處理污水污泥的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明，在其一些實施方式中，涉及污水處理，并且更具體地，但不是排他地，涉及用于處理污水污泥(sewage sludge)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
污水處理通常涉及通過從大量的廢水中分離固體而形成污水污泥。污水污泥通常包含大約90-95%的水，剩下的大多是固體有機(jī)物。污泥可以在填埋場處理，但是由于現(xiàn)代社會所產(chǎn)生的大量污水污泥，導(dǎo)致這需要相當(dāng)大的填埋空間。另外，污泥中重金屬、致病微生物和/或寄生蟲的存在產(chǎn)生健康危害。在許多情況下，通過經(jīng)過微生物消化來處理污泥，以減少污泥中有機(jī)物的含量和致病微生物的數(shù)量。消化可以是厭氧或好氧的。消化是ー個緩慢且高成本的過程，對于厭 氧消化需要多達(dá)30天。另外，好氧消化通常需要曝氣(通風(fēng)，aeration)，這增加了運(yùn)行成本。由于涉及的高能量成本以及排放物中的污染物，所以污泥的焚燒存在問題，并因此不常用于污泥處理和處置。因為在可以焚燒有機(jī)物之前用于干燥污泥需要的大量的能量，所以污泥的焚燒不是成本有效的產(chǎn)生能量的方法。氣化是吸熱過程，其通過使含碳材料(碳質(zhì)材料，carbonaceous material)與氧氣和/或蒸汽(水蒸汽，steam)反應(yīng)而將含碳材料轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫氣。氣化中的主要化學(xué)反應(yīng)是C+H20 ^ H2+C0(+131. 4kJ/mol)美國專利No. 4，793，8555描述了摻混有固體燃料的具有10%的殘留水分的干燥污水污泥的氣化。含氧氣體也被送入氣化器。氣化發(fā)生在流化床中，該流化床形成在氣化過程中形成的洛池上方。在氣化器中產(chǎn)生的氣體可用于產(chǎn)生動カ(發(fā)電，power generation)或作為用于鐵礦石的還原氣體。美國專利No. 5，230，211描述了包含固體含碳燃料、磨碎的干燥污水污泥、和具有約17至40%的固體含量的脫水污水污泥(重量比分別為3至8 0.5至2 0. 5至2)的漿料的氣化。利用干燥或部分干燥的污水污泥的方法具有需要事先從污泥中去除一部分或全部的水的缺點。這樣的程序(例如，通過加熱而蒸發(fā)水)通常涉及高能耗，以及更多的時間和設(shè)備。McAuley 等人[Water Engineering & Management, May 2001, pp. 18-22]描述了抑制基于污水污泥的氣化的系統(tǒng)，其能夠干燥污泥以及減少污泥至其灰分含量。該エ藝不需要不同于氧氣和污泥本身的材料。產(chǎn)生可用作燃?xì)廨啓C(jī)(gas turbine)中的燃料的可燃?xì)怏w，從而提供用于從空氣中提取氧氣的能量。國際專利申請PCT/IL2007/000655(公開為W02007/138592)描述了通過將復(fù)合燃料引入到爐中進(jìn)行燃燒，而從污水污泥產(chǎn)生動力，該復(fù)合燃料包括在液體污水污泥介質(zhì)中的煤懸浮液。另外的背景技術(shù)包括美國專利No. 4，444，126、No. 4，526，588 和 No. 7，763，088。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人現(xiàn)已設(shè)計并成功地實施了ー種新型方法和系統(tǒng)，用于處理污水污泥，同時利用氣化工藝。所設(shè)計的方法和系統(tǒng)可以用于處理污水污泥，同時避免預(yù)干燥(預(yù)烘干，pre-drying)污泥。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的ー個方面，提供了一種處理污水污泥的方法，該方法包括(a)將含碳燃料與污水污泥混合以形成懸浮液；(b)氣化該懸浮液以產(chǎn)生包含CO和H2的氣體；以及(c)燃燒該氣體，·從而處理該污水污泥。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的ー個方面，提供了一種用于處理污水污泥的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)混合器，被配置(構(gòu)造，configure)用于接收污水污泥、用于接收含碳燃料、以及用于混合該燃料與污水污泥以形成懸浮液；(b)氣化器，被配置用于接收來自混合器的懸浮液，并適合用于從該懸浮液產(chǎn)生包含CO和H2的氣體；(c)熱源(heat source),被配置用于加熱氣化器；以及(d)燃燒模塊(combustion module),被配置用于接收氧氣和用于燃燒在氣化器中產(chǎn)生的氣體。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該方法進(jìn)ー步包括從氣體的燃燒產(chǎn)生動カ(發(fā)電或產(chǎn)生功率，generating power；。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該動カ通過燃?xì)廨啓C(jī)(gas turbine)、蒸汽輪機(jī)(steam turbine)和 / 或熱カ發(fā)動機(jī)(heat engine)產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，懸浮液包括分散在污水污泥中的燃料的顆粒，這些顆粒的特征在于直徑為100 μ m或更小。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，顆粒的特征在于直徑為20 μ m或更小。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該方法進(jìn)ー步包括，在混合之前，粉碎固體含碳燃料以產(chǎn)生燃料的顆粒。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，固體含碳燃料選自由煤(炭，coal)、油頁巖(oilshale)和泥炭(泥煤，peat)組成的組。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該方法進(jìn)ー步包括，在混合之前，用污水污泥乳化液體含碳燃料以產(chǎn)生燃料的顆粒。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，懸浮液中的燃料和污水污泥的重量比在0.75 I至3 I的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，懸浮液中的水的濃度為至少25重量百分比)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，氣化包括將懸浮液加熱到至少1000°C的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，本文中描述的加熱包括使懸浮液與包含蒸汽的熱燃燒產(chǎn)物接觸。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該方法進(jìn)ー步包括在燃燒氣體之前將氣體與空氣混
ム
ロ ο根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該方法進(jìn)ー步包括將增塑劑與燃料和污水污泥混
ム
ロ ο
根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，增塑劑選自由腐殖酸(胡敏酸，humic acid)和氫氧化鈉組成的組。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，懸浮液中的增塑劑的濃度在O. 1%至3%的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該系統(tǒng)進(jìn)ー步包括污水污泥供應(yīng)模塊(supplymodule)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該系統(tǒng)進(jìn)ー步包括燃料供應(yīng)模塊。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該系統(tǒng)進(jìn)ー步包括動カ產(chǎn)生模塊(發(fā)電模塊，powergeneration module),被配置用于在燃燒模塊中從氣體的燃燒產(chǎn)生動力。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，動カ產(chǎn)生模塊包括燃?xì)廨啓C(jī)和/或熱カ發(fā)動機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式,該系統(tǒng)進(jìn)ー步包括粉碎機(jī)(研磨機(jī)，grinder),其能夠粉碎固體含碳燃料以產(chǎn)生直徑為100 μ m或更小的燃料的顆粒。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該系統(tǒng)適合用于用污水污泥乳化液體含碳燃料以產(chǎn)生直徑為100 μ m或更小的燃料的顆粒。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，燃料的顆粒的直徑為20 μ m或更小。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，熱源包括加熱爐(furnace)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該系統(tǒng)包括燃料供應(yīng)模塊，被配置用于向加熱爐和混合器提供含碳燃料，該加熱爐適合用于燃燒該燃料。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該加熱爐被配置用于向氣化器提供燃燒產(chǎn)物，該燃燒產(chǎn)物包含蒸汽。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，加熱和氣化器被配置作為包括其中發(fā)生燃燒的第一區(qū)和其中發(fā)生氣化的第二區(qū)的一體模塊(整體模塊，unified module)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該一體模塊進(jìn)一歩包括第三區(qū)，其中發(fā)生氣體的燃燒，因而該一體模塊包括本文中描述的加熱爐、氣化器和燃燒模塊。 根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，熱源和氣化器被配置用于將氣化器中的懸浮液加熱至至少1000°C的溫度。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該系統(tǒng)進(jìn)ー步包括配置用于向燃燒模塊供應(yīng)氧氣的壓縮機(jī)(compressor)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，氧氣和本文中描述的氣體一起供應(yīng)給燃燒模塊。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該系統(tǒng)進(jìn)ー步包括配置用于向加熱爐供應(yīng)氧氣的壓縮機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式,供應(yīng)氧氣包括供應(yīng)壓縮空氣。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該系統(tǒng)適合用于以在0.75 I至3 I范圍內(nèi)的重量比混合燃料和污水污泥。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該系統(tǒng)適合用于形成包含至少25重量百分比的水的懸浮液。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該系統(tǒng)進(jìn)ー步包括用于霧化剛進(jìn)入氣化器的懸浮液的霧化器(atomizer)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該霧化器包括配置用減少霧化器通過懸浮液中的燃料的顆粒堵塞的轉(zhuǎn)動部件(rotating part)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該系統(tǒng)適合用于混合增塑劑與燃料和污水污泥。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，該系統(tǒng)適合用于以懸浮液中的增塑劑的濃度在
O.1%至3%的范圍內(nèi)混合該增塑劑。 除非另有定義，本文中使用的所有技術(shù)和/或科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員普遍理解相同的含義。雖然與本文中描述的那些類似或等價的方法和材料可以用于本發(fā)明實施方式的實施或測試，但以下描述了示例性的方法和/或材料。如果沖突，將參照本專利說明書，包括定義。另外，這些材料、方法和實施例僅是舉例說明性的，而不是必要地限制性的。


參考附圖，本文僅通過實施例描述了本發(fā)明的一些實施方式?，F(xiàn)在詳細(xì)地具體參考附圖，強(qiáng)調(diào)了所示的細(xì)節(jié)是通過實施例說明并且用于本發(fā)明實施方式的舉例說明性討論的目的。在這方面，結(jié)合附圖的描述使得對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，如何實施本發(fā)明的實施方式是顯而易見的。在附圖中圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施方式的一種用于處理污水污泥的系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施方式的懸浮液的示意圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的帶有聯(lián)合循環(huán)產(chǎn)生動カ(聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，combined cycle power generation)的用于處理污水污泥的系統(tǒng)的不意圖；和圖4是根據(jù)本發(fā)明ー些實施方式的用于氣化和燃燒通過氣化產(chǎn)生的氣體的加熱爐的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明，在其一些實施方式中，涉及污水處理，并且更具體地，但不排他地，涉及ー種用于處理污水污泥的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)對處理污水污泥的方法進(jìn)行了研究，其允許安全和便捷地處理污水污泥，并且不需要昂貴的和能源效率低的預(yù)處理步驟如污水污泥的干燥。在使本發(fā)明進(jìn)行實踐的同時，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，氣化污水污泥和燃料的混合物，隨后燃燒獲得的氣體，允許有效且便捷地將污水污泥轉(zhuǎn)換為可以安全排放到大氣中的燃燒產(chǎn)物(例如，C02、H20、N2)，伴隨著少量灰燼。本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)ー步發(fā)現(xiàn)，根據(jù)這種方法的用于處理污水污泥的系統(tǒng)可以進(jìn)料簡單的含碳燃料、空氣、以及具有高水含量的污水污泥，并且作為附加的益處，可以用來產(chǎn)生動力。
在對至少本發(fā)明的實施方式之一進(jìn)行詳細(xì)解釋前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不必需將其應(yīng)用限于在下面的描述中提出的和/或在附圖和/或?qū)嵤├信e例說明的這些部件和/或方法的構(gòu)建和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠是其他實施方式或能夠以各種方式實施或?qū)崿F(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的ー個方面，提供了一種處理污水污泥的方法，其通過將含碳燃料與污水污泥混合以形成懸浮液、氣化該懸浮液以產(chǎn)生包括CO和H2的氣體、以及燃燒該氣體(例如，至CO2和H2O)而實現(xiàn)。如本文使用的，術(shù)語“污水”是指包含有機(jī)物的任何污水，包括但不限于生活污水、地表徑流和エ業(yè)廢水。可能存在于污水中的有機(jī)物包括但不限于糞便、尿液、毛發(fā)、嘔吐物、紙、衛(wèi)生巾、尿布、食品和飲料、殺蟲劑、除草剤、油漆、洗滌劑、油類(例如，汽油和其他燃料、烹調(diào)油、潤滑油)、エ業(yè)化學(xué)品、橡膠、腐殖質(zhì)(humus)、微生物(例如，細(xì)菌、原蟲)、藻類、小動物(例如，蠕蟲、昆蟲、節(jié)肢動物、小魚)、植物材料(例如，樹葉、切割的雜草(grasscuttings))，及各種類型的塑料。在一些實施方式中，有機(jī)物主要是糞便。如本文使用的，短語“污水污泥”是指包括來源于污水的固體的組合物?？蛇x地， 污水污泥包括至少I %的固體，可選地，至少2%的固體，可選地至少3%的固體，以及可選地至少5%的固體。通常，污水污泥是在廢水凈化過程后剰余的物質(zhì)，其中廢水被分成浄化水和污水污泥，其中，污水污泥包含殘留的固體。如本文使用的，關(guān)于污水污泥，術(shù)語“處理”及其任何其他變形，是指使污水污泥有利地轉(zhuǎn)換為不同的形式的過程。換句話說，如本文使用的，污水污泥處理是指去除了其中的有機(jī)物含量的污泥的處理。含碳燃料(本文也簡稱為“燃料”)可以是固體燃料和/或液體燃料。合適的固體燃料包括，但不限于，煤炭、油頁巖、泥炭、焦炭和木炭。合適的液體燃料包括，但不限于，石油及其產(chǎn)品，諸如重油、汽油、煤油和柴油。在一些實施方式中，燃料是煤炭(例如，無煙煤(anthracite)、動カ煤(鍋爐用煤，steam coal)、煙煤(生煤,bituminous coal)、次煙煤(次生煤,subbituminous coal)和褐煤(lignite))。因此，燃料/污水污泥混合物可以包括，例如，懸浮在水中的固體燃料、水包油(液體燃料)、和/或油包水(液體燃料)，連同存在于污水污泥中的固體顆粒(主要包括有機(jī)物)。本文中，使用的術(shù)語“懸浮液”是指任何上述類型的混合物(包括分散體、乳液和膠體)，并且不局限于此。為了促進(jìn)氣化，燃料可選地以分散在污水污泥中的小顆粒形式與污水污泥混合，由此增加燃料和水之間的接觸面積?？蛇x地這些顆粒(例如，固體或液體燃料顆粒)的特征在于直徑為100 μ m或更小,可選地50 μ m或更小,可選地20 μ m或更小，以及可選地10 μ m或更小。在一些實施方式中，超過50%的燃料顆粒的特征在于直徑不超過上文描述的最大直徑。可選地,至少80%的燃料顆粒，可選地至少95%的顆粒，以及可選地至少99%的顆粒的特征在于這樣的最大直徑。在一些實施方式中，該方法進(jìn)ー步包括粉碎(研磨，grind)固體燃料以產(chǎn)生燃料的小顆粒(例如，上面所述的顆粒)。在一些實施方式中，在混合燃料和污水污泥之前和/或伴隨著所述混合進(jìn)行粉碎。
在一些實施方式中，該方法進(jìn)ー步包括混合液體燃料以產(chǎn)生水包燃料和/或燃料包水的小顆粒(例如，具有上述直徑的液滴)，例如，用污水污泥乳化燃料。粉碎或乳化可以利用本領(lǐng)域已知的任何合適技術(shù)和/或設(shè)備。在一些實施方式中，當(dāng)使用固體燃料時，粉碎通過膠體磨實現(xiàn)。也考慮了其他磨削(研磨,mi I ling)技術(shù),例如,球磨研磨、錐形球磨、圓盤式軋碎,統(tǒng)邊(edge milling)、錘磨、研缽磨削(mortar grinding)、半自動研磨(SAG)、高壓磨削、磨盤式磨削和立軸沖擊器(VSI)磨削，以及上述技術(shù)的組合。在一些實施方式中，當(dāng)使用液體燃料時，形成乳濁液。乳 化可以通過適合用于這樣的目的的混合器實現(xiàn)。例如，混合器可以可選地包括攪拌器。也考慮了其他乳化技術(shù)，例如超聲波處理和高壓均化處理，以及上述技術(shù)的組合。懸浮液中的燃料與污水污泥的重量比可選地在O. 75 : I至3 : I (燃料污泥)的范圍內(nèi)。在一些實施方式中燃料的量等于污泥的量或者過量。在一些實施方式中，懸浮液中的燃料與污水污泥的重量比在I : I至2 : I的范圍內(nèi)，并且在一些實施方式中，它為約 I. 5 I。污水污泥優(yōu)選在預(yù)先基本上沒有被干燥的情況下使用，以使該污泥具有大量的水(可選地按重量計至少90% )。懸浮液將因此包括很大比例的水，按重量計為，可選地至少20%，可選地至少25%，可選地至少30%，可選地至少35%，可選地至少40%，可選地至少45%，以及可選至少50%。由于懸浮液將包括大量的水，所以本文描述的方法可以很容易地利用具有相對高的水分含量(例如，至少I 可選地至少5% )的燃料。應(yīng)當(dāng)理解，具有大量水含量的燃料不是特別用于其他應(yīng)用，因為水可能，例如，阻礙燃燒。因此，本文描述的方法可以利用低成本的燃料或者在其他方面認(rèn)為是非有用的燃料。在一些實施方式中，燃料包括高達(dá)15%的水。優(yōu)選進(jìn)行混合以使水(例如，來自污水污泥)接觸到大多數(shù)的，或基本上所有的燃料顆粒，由此增強(qiáng)燃料和水(當(dāng)懸浮液被加熱時)之間的氣化反應(yīng)。根據(jù)可選的實施方式，該方法進(jìn)ー步包括將增塑劑與燃料和污水污泥混合，例如，為了促進(jìn)水和燃料顆粒之間的接觸(例如，潤濕)和/或穩(wěn)定懸浮液(例如，減少沉淀)。增塑劑可選地可以伴隨燃料和污水污泥的混合、或在燃料與污水污泥的混合之后而混入到懸浮液中，或者增塑劑可以在燃料和污水污泥混合之前與燃料和/或污水污泥混合。增塑劑可以是穩(wěn)定燃料/污水污泥懸浮液或者乳液的任何化合物。合適的增塑劑包括，但不限于，腐殖酸和氫氧化鈉?？蛇x地，混合后，懸浮液中的增塑劑的濃度在O. 1%至3% (按重量計)的范圍，可選地為0.5%至2%，以及可選地為約I %。在一些實施方式中，增塑劑的特征在于疏水-親油平衡(HLB)在3至6的范圍內(nèi)。如本文使用的，HLB定義為20x(Mh/M)，其中Mh是增塑劑分子的親水部分的分子質(zhì)量，而M是整個增塑劑分子的分子質(zhì)量。在氣化工藝期間中，懸浮液中來源于污水污泥的有機(jī)物(例如，生物質(zhì))基本上轉(zhuǎn)化為氣體。根據(jù)以下反應(yīng)產(chǎn)生CO和H2 C+H20 — H2+C0以及可選地，如果氧氣存在，也可根據(jù)以下反應(yīng)
C+l/202 — CO另外，加熱懸浮液通常通過熱解而產(chǎn)生氣體，其中不同于碳的原子(例如，Η、0、Ν)以各種氣體的形式釋放，如H2、CH4和其他烷烴、H2O, N2和NOx氣體，將碳留在懸浮液中。剩余在懸浮液中的碳然后可以 根據(jù)以上氣化反應(yīng)而容易地發(fā)生反應(yīng)。應(yīng)當(dāng)理解，通過氣化產(chǎn)生的H2可以有效地將NOx(其是眾所周知的污染物)還原為N2。另外，氣化通過水與含碳材料(如燃料和污水污泥中的有機(jī)物)的化學(xué)反應(yīng)而部分地或完全地使懸浮液脫水。相比于通常能夠通過直接焚燒濕的污水污泥而實現(xiàn)燃燒，這樣的脫水可選地允許更穩(wěn)定的燃燒。當(dāng)碳(12克/mol)與等摩爾量的水(18克/mol)發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生CO和H2時，大約I. 5克的水(例如，蒸汽)將氣化I克的碳。懸浮液的期望水含量可以可選地根據(jù)前面提及的重量比確定。應(yīng)當(dāng)理解，I克的碳可以對應(yīng)于超過I克的燃料，因為加熱燃料會釋放不同于碳的原子，例如，通過熱解，如上文所述的。氣化可選地包括將懸浮液加熱至合適的溫度。如下表I所示，在500°C的溫度下，在蒸汽和碳的平衡中存在大量的CO和H2,并且在至少700°C的溫度下，CO和H2在熱力學(xué)上是有利的?？蛇x地，氣化包括將懸浮液加熱至至少1000°C，可選地至少1100°C，可選地至少1200°C，以及可選地至少1300°C。一般地，溫度越高，氣化過程將越快速，盡管可能需要更多的能量來實現(xiàn)這樣的溫度。因此，在一些實施方式中，選擇溫度以使在有效氣化和能量消耗考慮之間得以平衡。表I :用于氣化的平衡常數(shù)(Ke)和處于平衡的CO、H2和H2O的分壓
權(quán)利要求
1.一種處理污水污泥的方法,所述方法包括 (a)將含碳燃料與所述污水污泥混合以形成懸浮液； (b)氣化所述懸浮液以產(chǎn)生包含CO和H2的氣體；以及 (C)燃燒所述氣體， 從而處理所述污水污泥。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)ー步包括從所述氣體的所述燃燒產(chǎn)生動力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述動カ通過燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)和/或熱カ發(fā)動機(jī)產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的方法，其中，所述懸浮液包括分散在所述污水污 泥中的所述燃料的顆粒，所述顆粒的特征在于直徑為100 μ m或更小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述顆粒的特征在于直徑為20μπι或更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)ー步包括，在所述混合之前，粉碎固體含碳燃料以產(chǎn)生所述燃料的所述顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述固體含碳燃料選自由煤、油頁巖和泥炭組成的組。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)ー步包括，在所述混合之前，用所述污水污泥乳化液體含碳燃料以產(chǎn)生所述燃料的所述顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項所述的方法，其中，所述懸浮液中的所述燃料和所述污水污泥的重量比在O. 75 I至3 I的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項所述的方法，其中，所述懸浮液中的水的濃度為至少25重量百分比。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的方法，其中，所述氣化包括將所述懸浮液加熱到至少1000°C的溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述加熱包括使所述懸浮液與包含蒸汽的熱燃燒產(chǎn)物接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至12中任一項所述的方法，進(jìn)ー步包括在所述氣體的所述燃燒之前，將所述氣體與空氣混合。
14.根據(jù)權(quán)利要求I至13中任一項所述的方法，進(jìn)ー步包括將增塑劑與所述燃料和所述污水污泥混合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述增塑劑選自由腐殖酸和氫氧化鈉組成的組。
16.根據(jù)權(quán)利要求14至15中任一項所述的方法，其中，所述懸浮液中的所述增塑劑的濃度在O. 1%至3%的范圍內(nèi)。
17.—種用于處理污水污泥的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括 (a)混合器，被配置用于接收污水污泥、用于接收含碳燃料、以及用于將所述燃料與所述污水污泥混合以形成懸浮液； (b)氣化器，被配置用于接收來自所述混合器的所述懸浮液，并適合用于從所述懸浮液產(chǎn)生包含CO和H2的氣體； (c)熱源，被配置用于加熱所述氣化器；以及(d)燃燒模塊，被配置用于接收氧氣和用于燃燒在所述氣化器中產(chǎn)生的所述氣體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，進(jìn)一歩包括污水污泥供應(yīng)模塊。
19.根據(jù)權(quán)利要求17至18中任一項所述的系統(tǒng)，進(jìn)一歩包括燃料供應(yīng)模塊。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項所述的系統(tǒng)，進(jìn)一歩包括動カ產(chǎn)生模塊，其被配置用于在所述燃燒模塊中從所述氣體的所述燃燒產(chǎn)生動力。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述動カ產(chǎn)生模塊包括燃?xì)廨啓C(jī)和/或熱カ發(fā)動機(jī)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任一項所述的系統(tǒng)，進(jìn)一歩包括粉碎機(jī)，所述粉碎機(jī)能夠粉碎固體含碳燃料以產(chǎn)生直徑為100 μ m或更小的所述燃料的顆粒。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述顆粒的直徑為20μ m或更小。
24.根據(jù)權(quán)利要求22至23中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述固體含碳燃料選自由煤、油頁巖和泥炭組成的組。
25.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任一項所述的系統(tǒng)，適合用于用所述污水污泥乳化液體含碳燃料以產(chǎn)生直徑為100 μ m或更小的所述燃料的顆粒。
26.根據(jù)權(quán)利要求17至25中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述熱源包括加熱爐。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，進(jìn)一歩包括燃料供應(yīng)模塊，被配置用于向所述加熱爐和所述混合器提供所述含碳燃料，所述加熱爐適合用于燃燒所述燃料。
28.根據(jù)權(quán)利要求26和27中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述加熱爐被配置用于向所述氣化器供應(yīng)燃燒產(chǎn)物，所述燃燒產(chǎn)物包含蒸汽。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述加熱爐和所述氣化器被配置為一體模塊，所述一體模塊包括其中發(fā)生燃燒的第一區(qū)和其中發(fā)生氣化的第二區(qū)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中，所述一體模塊進(jìn)一歩包括第三區(qū)，其中發(fā)生所述氣體的所述燃燒，使得所述一體模塊包括所述加熱爐、所述氣化器和所述燃燒模塊。
31.根據(jù)權(quán)利要求17至30中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述熱源和所述氣化器被配置用于在所述氣化器中將所述懸浮液加熱至至少1000°c的溫度。
32.根據(jù)權(quán)利要求17至31中任一項所述的系統(tǒng)，進(jìn)一歩包括被配置用于向所述燃燒模塊供應(yīng)氧氣的壓縮機(jī)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述氧氣和所述氣體一起供應(yīng)給所述燃燒模塊。
34.根據(jù)權(quán)利要求26至27中任一項所述的系統(tǒng)，進(jìn)一歩包括被配置用于向所述加熱爐供應(yīng)氧氣的壓縮機(jī)。
35.根據(jù)權(quán)利要求32至34中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述供應(yīng)氧氣包括供應(yīng)壓縮空氣。
36.根據(jù)權(quán)利要求17至35中任一項所述的系統(tǒng)，適合用于以在O.75 I至3 I的范圍內(nèi)的重量比混合所述燃料與所述污水污泥。
37.根據(jù)權(quán)利要求17至36中任一項所述的系統(tǒng)，適合用于形成包含至少25重量百分比的水的懸浮液。
38.根據(jù)權(quán)利要求17至37中任一項所述的系統(tǒng)，進(jìn)ー步包括用于霧化剛進(jìn)入氣化器的所述懸浮液的霧化器。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述霧化器包括轉(zhuǎn)動部件，被配置用于減少通過所述懸浮液中的所述燃料的顆粒堵塞所述霧化器。
40.根據(jù)權(quán)利要求17至39中任一項所述的系統(tǒng)，適合用于將增塑劑與所述燃料和所述污水污泥混合。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其中，所述增塑劑選自由腐殖酸和氫氧化鈉組成的組。
42.根據(jù)權(quán)利要求40至41中任一項所述的系統(tǒng)，適合用于以所述懸浮液中的增塑劑濃度在O. 1%至3%的范圍內(nèi)混合所述增塑劑。
全文摘要
本文描述了一種用于處理污水污泥的方法和系統(tǒng)。含碳燃料與污水污泥混合，然后氣化該混合物，并且燃燒獲得的氣體。該方法和系統(tǒng)可以利用濕的污水污泥。
文檔編號C02F11/06GK102725237SQ201080045533
公開日2012年10月10日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月30日
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