专利名称：氧化法部分处理污水污泥的制作方法
技术领域：
本发明涉及对环境无污染的处理污水污泥的部分氧化法。
随着对废物的埋填封闭、海洋倾泄的逐步限制，高技术焚烧炉在许多领域又不普遍，公众发现处置污水污泥日益困难和昂贵。此处所用的术语“污水污泥”被广义地定义为“含水废物”，尤其是指城市生活污水管道排放的至少含有一种下列物质的污水污泥人体废物(排泄物)，家庭废物，如街道冲洗液等城市废物和工业废物及污水。城市排出的污水的总固体量通常约百万分之500(ppm)以上，污水中的固体大部分是动物或蔬菜物质，“有机物质”，即，脂肪，碳水化合物，和蛋白质。除了在水供给中常见的普通无机盐外，还存在沙和粘土等矿物或无机物，如果污水污泥来自未经处理的污水则可能含有许多已知对人类健康有害的病原体，在污水中几乎可以查出各种微生物，例细菌，原生动物门，孢子和胞。
污水污泥的气化在并入本文作参考的共同转让的美国专利3，687，646号中有所描述。在共同转让的美国专利第4，933，086号中描述了不加热而通过剪切来对污水污泥的含水泥浆进行浓缩，在共同转让的美国专利第4，983，296号中描述了用加热法烧结污水污泥的含水泥浆中的有机物质。然而，这些参考文献单独地或将其相结合均未对本发明主题给予教导或暗示，即通过加压产生高度脱水的污水污泥和然后进行热处理，闪蒸，与补充燃料混合，并与含游离氧的气体和温度调节剂一起输入部分氧化气体发生器。得到至少含有一种下列物质的热原废气流合成气，还原气和可燃气体。
本发明涉及不污染环境的处置污水污泥的部分氧化法，该法包括(1)浓缩含约0.5～20%(重量计)固体的污水污泥，产生高度脱水的含有约15～65%(重量计)固体的污泥，和从所述的脱水的污泥中分离出过剩的水(2)在反应区中，约130°F到200°F的温度范围内，无空气下停留约1到20分钟和大气压力下加热在(1)中得到的污泥、随后在约300°F到650°F的温度范围内无空气下停留约5到120分钟和在等于或高于热处理温度下的水蒸气压的压力下加热以产生可泵送的污水污泥含水泥浆;
(3)在闪蒸区内，将从(2)中制得的污水污泥含水泥浆的压力(和相应的温度)降低到一定压力范围，即约大气压到约200°F到400°F温度下，该闪蒸区的饱和水蒸气压下的压力范围，从而从所述污水污泥中蒸发和分离出足够多的水，以产生可泵送的脱水的污水浆料，其固含量范围约30到70%(重量计)，并具有更高热值(HHV)，约5，000到9，500BTU/LB;
(4)将从(3)中得到的脱水污水污泥泥浆与补充燃料相混合以提供可泵送的具有总固含量约50到70%(重量计)和含有约10到40%(重量计)脱水的泥水污泥，并具有更高热值的浆料，约5，000到14，000BTU/LB;和，(5)于约1800°F-3000°F和1-30大气压下，在气体发生器反应区中，用含有游离氧和温度调节剂的气流对从(4)中得到的可泵送泥浆进行部分氧化，生产至少含下述一种气体的热的未经处理的气流，合成气，还原气和可燃气体。
处理污水污泥的部分氧化法的另一实施方案包含(1)用惯常的连续带式压滤机挤压所述的含约0.5到20%(重量计)固体的污水污泥，使之浓缩，随后选择性地在常规的连续高强度压力机上进行挤压以产生高度脱水的含有约15到65%(重量计)固体的污水污泥，从所述的脱水污水污泥中分离出过量的水;
(2)在温度范围约130°F到260°F，大气压和无空气存在下，在反应区中加热(1)中得到的污水污泥1到20分钟左右，然后在温度范围约300°F到650°F无空气存在下，约加热5到120分钟，和等于或高于热处理温度下的水蒸气压的压力条件下生产可泵送的污水污泥含水泥浆;和在所述的热处理区中，所述的脱水污水污泥与可燃气体热气流间接接触;在该方法下游产生其中所述的可燃气体;
(3)在闪蒸区内，将从(2)中制得的污水污泥含水泥浆的压力和相应温度降低，降低后的压力范围为约大气压到该闪蒸区温度为约200°F到400°F时饱和水蒸气压，从而从所述的污水污泥中蒸发和分离出足够的水以产生可泵送的脱水污水污泥浆料，其固含量范围约30到70(重量)%，并具有更高热值(HHV)，约5000到9500BTU/LB;
(4)通过多通道环形燃烧器的一个通道将从(3)得到的脱水的污水污泥的可泵送浆料输入到部分氧化气体发生器的反应区中，同时用燃烧器的其它通道输入含有游离氧的气体流和从由液态烃类燃料、固态含碳燃料、固态含碳燃料的水浆料和它们的混合物组成的一组燃料中选出的单独补充的燃料流;
(5)在(4)中所述的部分氧化反应区中，于约1800°F到3000°F和约1-30大气压下，使所述的物料反应以产生至少含有一种下列气体的热的未处理的废气流;合成气，还原气和可燃气;
(6)冷却、净化和纯化得自(5)的可燃气流;和(7)在燃气轮机中燃烧得自(6)的所述的可燃气从而产生机械能并排出废气，并使以间接方式与所述的脱水污泥进行热交换的废气流通入如(2)所提供的(3)中的热处理区。
参考附图
即可更好地理解本发明，附图仅是本方法优选实施方案的示意性说明。
用本发明的方法处理置生活污水污泥不污染环境。在该法中，通过挤压产生高度脱水的污泥，然后进行加热处理、闪蒸、与补充燃料混合，在部分氧化气体反应器中与含游离氧的气体和温度调节进行反应，产生至少含有一种下列气体的未经处理的热废气流合成气，还原气和可燃气。
补充的含碳的燃料与脱水污水污泥(重量计)份数比分别为约5-7比0.5-2例如约6∶1。在自由流动的非催化气体反应器中脱水污水污泥和补充的含碳燃料与含游离氧的气体进行部分氧化反应。用本发明的方法可以安全地处置有毒污水污泥而不污染环境，此外，除付产物气流和热水外，至少还可以产生一种有用而无毒的合成气、还原气和可燃气。从气体流中分离出无污染的灰和炉渣，灰和炉渣可用作路基的填料并可用来制造水泥块。此外本发明的方法可以向部分氧化气化器中输送更大量的污水污泥，这样，处理单位质量的污水污泥需要的能量更少。此法具有下列优点(a)可以处理有毒污水或工业污泥而不污染环境，并可产生干净的可燃气和/或合成气。
(b)从部分氧化气化器中产生的付产物可燃气可用作汽轮发电机的燃料，付产物合成气可用于有机化学品如甲醇的催化合成中。
(c)本方法利用了从可燃气得到的废热。通常由于这种废热温度太低不能很经济地转化成能量循环，而只能排泄到大气中。
(d)在污泥和固体含碳燃料的混合物料的部分氧化中产生的炉渣不含污染物、并用是安全的。此外该炉渣也是不可沥滤的。
(e)本方法具有较高的热效率，在废热锅炉中产生的内生成蒸气和/或在闪蒸区中产生的水可用来加热脱水污水污泥，蒸气还可用作膨胀汽轮机的工作介质。污水污泥中典型的可燃物元素分析结果如表Ⅰ所示，污泥中惰性的有代表性的不可燃物料的元素分析结果如表Ⅱ所示。干污水污泥有更高热值(BTU/Lb)，约3000到7000。
表Ⅰ污水污泥的典型元素分析元素 %(重量计)碳 29-50氢 4-6氮 4-5氧 12-30硫 1-3灰 20-46表Ⅱ污水污泥中惰性典型不可燃物料的分析元素 MG/KG干固体总钠 1.515水溶性钠(mg/l) 83总钾 800水溶性钾(mg/l) 53砷 4.58铍 0.38镉 3.27铬 244铜 289铁 150铅 147锌 468镍 63汞 0.68
气化污水污泥是否经济很大程度取决于从产生污泥的居民区受的污泥倾倒费以及送去气化器的可泵送的浆料中的污水污泥的浓度。含有约20到50(重量)%固体的脱水污水和固体碳质燃料如煤的混合物含有的污水污泥足够以经济地予以燃烧通常太粘不能泵送。本发明克服了这一问题及其它问题。
用常规的处理步骤和设备即可从原污水中得到污水污泥，例如，城市污水管道中排出的污水通过栅筛除去大块的石头，木料，金属，和其它可能阻塞管道或损坏泵体的废物。然后在沉砂池中将粗重的不燃无机物如砂砾、炉渣和沙子沉降下来，随后将污水分离成含水悬浮污水污泥和液体。可用任何适于分离固体和液体的方法浓缩污水，例如，重力沉降澄清，过滤，离心，水力旋流器或其结合。例如，优选的预处理步骤是将经沉砂池筛选溢流引入到(如在Perry′s Chemical Engineers′Handlook，McGrow-Hill，第四版，1963，第19～50页中所示的)连续澄清池等初级沉降槽中，在沉降槽中的滞留时间约1到24小时就是以产生初级污泥的可泵送的含水泥浆，其固含量约0.5到20(重量)%，初级沉降槽也可用作贮槽以使污水组合物的不连续性得到克服，也可使用单独的贮料槽。例如，如把第二级污水污泥的可泵送的含水泥浆输入到贮料槽中并与初级污水污泥混合。第二级污水污泥的固含量范围约1到10(重量)%且得自前面提到的初级沉降槽中的溢流液体，以常规方式处理溢流液体以产生第二级污水污泥，并降低BOD和有机固体含量以及对从第二级污水污泥中分离出的废水进行纯化和脱矿。根据分离出的水的最终用途，初级沉降槽中的溢流液体的处理包括任何的或优选的下列步骤的结合调节PH;降低有机固体和BOD到大约20ppm或更低，优选曝气生化处理;澄清，可选择性地进行凝聚;过滤或离心;脱矿质化;活性碳处理;和灭菌例如用氯化作用控制细菌。如废水的酸性或碱性过高，可予以中和并将PH调节到约6到9。优选用厌氧微生物和需氧微生物的生物处理方法以经济地减少由于排放低浓度有机物污染的废水所引起的耗氧细菌的污染。适宜的常规生物处理法包括活性污泥设备，曝气稳定池和滴滤池。其它描述见共同转让的美国专利3，687，646;4，933，086;和4，983，296，这些文件并入本说明书作参考。
纯化过的水可用在本法后续工艺中。例如，纯化过的水可以在骤冷槽中以直接接触的或在废热锅炉中以间接热交换的方式作为部分氧化气化器中得到的产物气的冷却剂。在除去溶解的固体后可产生付产物蒸气，热水或蒸气可用来与本发明方法中的其它气流进行间接热交换。例如，用来预热并据此以将进一步描述的方式凝聚污水污泥悬浮水液。过量的水可从体系中排出或从外部用于工业。
含初级污水污泥的从初级沉降槽排出的下层流泥浆或含初级污水污泥的从贮存槽排出的下层流污泥是一混合物，按重量计约为二级污水污泥的0-50%(总污水污泥为基状)，将此下流层污泥进一步脱水以产生浓缩的悬浮水液。在本方法的一个步骤中，对具有固体含量范围约0.5到20重量%的污水污泥优选用连续带式压滤机压滤以使之浓缩，产生高度脱水的污水污泥，其因含量范围约15到65重量%，如约30到40重量%，比如说35重量%。令人出乎意料的是，该污水污泥经此机械处理后，其形态发生了变化，例如，结合水释出了且形成的泥浆也是最佳的。用类似的机械脱水设备可以获得含有更高浓度固体的可泵送泥浆。用常规的连续带式压滤机压滤，这时污水污泥被在托辊间或托辊上通过的两运动的皮带之间压滤。施于污水污泥上的表面压力约20到200psi(磅每平方英寸，持续时间约1/2到60分钟，如约1到30分钟，如约3分钟，因此从污水污泥中迅速地挤压出液体水来。例如，美国公司(Andritz Co.，Arlington，Texas)在室温条件下，施的表面压力约20psi连续压滤机(CPF)将产生具有固体含量约20到50重量%的压滤饼。从CPF选择性地卸下后，该公司(Andritz Co.)对压饼进一步予以脱水。高强度连续皮式压滤机压滤，施以200psi左右的表面压力及相似操作时间，如约1/2到60分钟即可得到具有固体含量约25到55重量%的压滤饼，选择性地，在进行所述的高强度挤压时还可将此污泥加热到约100℃到140℃以进一步脱水。如需进一步脱水，可用常规的无机过滤添加剂(5-30重量%)，例如，具有粒径小于约2mm，如约1mm的CaCo3或煤，存在或不存在蒸汽下处理得自连续压滤机的压滤饼，在一个实施案例中，助滤剂选自煤屑，石油焦炭屑和它们的混合物，在另一实施案例中，助滤剂选自铁化合物、钙化合物，硅化合物和它们的混合物。可据此将从高强度压滤机中得到的压滤饼的固含量进而增加到约35到65重量%。在一个实施案例中，将连续带式压滤机和离心相结合来将污泥浓缩。
本方法的下一步骤是，对高度脱水的污水污泥进行热处理，在约130°F到200°F的温度范围，无空气存在下，于大气压下，约1到20分钟，随后在约350°F到650°F的温度范围，无空气存在下持续约5到120分钟及等于或高于此热处理温度下水的蒸气压的压力下，对高脱水的污水污泥进行预热以产生可泵送污水污泥含水泥浆。因此，可在高压釜中以直接或间接热交换的方式加热脱水污水污泥，例如，所通过的本方法下游产生的蒸汽或部分冷却的合成气污水污泥进行直接或间接的热交换，如前所述的在约300°F到650°F的温度范围热处理脱水污水污泥会导致污泥的脱羧和脱氢作用，进而产生粒径范围约5到20微米的污泥。从而产生出可泵送的具有更高固体含量污水污泥的含水泥浆。从反应器如高压釜中排出的含有CO2，H2O、H2S和CPS等的废气被送入常规的气味控制单元或消毒区，从而安全地处理有毒性气体，而又不污染环境。
在一个实施案例中，可从反应器的底部除去温度范围约300°F到500°F的清洁的热水，并将其用来与送入反应器中的污水污泥进行间接热交换。
将从反应器中得到的可泵送的含水泥浆输入到闪蒸区中，闪蒸区的压力降低到约大气压力到该区在200°F到400°F下水的饱合蒸气压力的压力范围，从而闪蒸区内的污水污泥中蒸发和分离出足够的水，产生可泵送的具有固含量范围约30到70重量%的脱水污水污泥，浆料。这种脱水污水污泥的更高热值(HHV)的范围约5，000到9，500BTU/Lb，如约5，500到7，000BTU/Lb、比如说约6，500BTU/Lb。此处表示的全部的更高热值是以干基物料的计算的。可选择性地，闪蒸区中分离出的至少一部分水在约200°F到500°F的温度下，在高压釜中的同污水污泥进行直接或间接的热交换，进而提高了本方法的热效率。可选择地，在闪蒸步骤之后可进行离心步骤以除去水。在另一个实施案例中，用将从反应器中得到的热的可泵送含水泥浆冷却到约室温到200°F，和以常规的离心方法从污泥中分离出足够的水的步骤来替代闪蒸步骤。从而获得可泵送的固体含量约30到70重量%的脱水污水污泥浆料，这种脱水污水污泥的更高热值(HHV)范围约5，000到9，500BTU/Lb，如约5，500到7，000BTU/Lb。
将具有HHV范围约6，000到18，000BTU/Lb的补充燃料与得自闪蒸区的脱水污水污泥相混合以产生可泵送的脱水污水污泥和补充燃料的浆料，这种可泵送的浆料含有约10-40重量%的污水污泥并具有总固体含量约50到70重量%，如约50到65重量%以及HHV范围约5，000到14，000BTU/Lb，如约7，000到12，000BTU/Lb，例如9，000BTU/Lb。补充的含碳燃料与所述脱水污水污泥重量份数的比各自范围约5-7比0.5-2，如约6份重的补充燃料比1份重的所述脱水污水污泥。可选择地，从闪蒸器中得到的冷凝水可用来制备固体含碳燃料的水泥浆，这些水泥浆接着与所述补充燃料相混合。
当将固含量超过约20重量%的普通污泥的悬浮水液与煤混合时，产生非常粘的浆料。因此，当将普通水泥浆料与煤颗粒或水煤浆混合时形成固含量范围约50到60重量%的含水污水污泥煤浆料，形成的浆料太粘根本无法泵送。然而，本发明克服了这种不足，使用本发明，可产生总固含量约50到70重量%的、能送入部分氧化气化器的可泵送含水污水污泥浆料及补充燃料。在输送的总燃料中污水污泥提供的固体量的范围约10到30重量%，如约20到30重量%。在送入气化器中的总燃料中其余固体是补充燃料提供的。这一点具有经济上的优越性，因为在随后的污泥的气化作用中所产生的效益是由送入部分氧化反应区中的污水污泥补充燃料中污水污泥的百分率所决定的。在此使用“和/或”的正常含义，例如，它可能表示补充燃料是一种选自物料A，物料B和它们的混合物的物料。
与高度脱水污泥一起通过部分氧化气化的补充燃料可以是具有更高热值(HHV)至少约14，000BTU/Lb(干基)的固体含碳燃料或(更高热值)HHV至少约10，000BTU/Lb的液体烃类燃料。在一个实施案例中，补充燃料是气体烃类燃料，例如可燃气体，该气体的HHV至少每标准立方英尺约75BTU。优选，固体含碳燃料是煤和/或石油焦炭的含水泥浆，煤和/或石油焦炭被粗压碎到100重量%能通过筛(ASTM E11 Standard Sieve Designation1.40mm)的粒径、可用＃14替换。术语煤包括无烟煤，烟煤、亚烟煤、从煤制得的焦炭、褐煤、从煤液化作用中得到的剩余物，和它们的混合物。石油焦炭由常规的延迟的或流体焦化法制得，与在此制得的高度脱水污泥混合后，形成的脱水污水污泥和固体含碳燃料的可泵送含水泥浆含固量约50到70重量%且具更高热值，(HHV)至少约5，000BTU/Lb(干基)，粘度范围约500到3，000厘泊。
用高压污泥进料泵输送从闪蒸器中得到的高度脱水的污泥并在管线内或在混合容器中与从煤浆进料泵中得到的含水煤和/或石油焦炭浆流相混合，得到更高热值(HHV)(至少5，000BTU/lb)的可泵送燃料流，该燃料流接着被输送到气化器的部分氧化反应区中。另一个实施方案为，从闪蒸器得到的高度脱水的污泥流用高压污泥输送泵输并在气化器中燃烧器顶端与补充燃料和含有游离氧的气体相混合。例如，在燃烧器中的分离的通道上通入含有游离氧的气体和水煤和/或石油焦炭的分离的气流。结果，混合流在气化器的反应区中进行部分氧化反应。这种方法可使污泥中的相当多的物质，气化而仍需处理可泵送的泥浆，所以，更多的污泥输入气化器，而处理单位质量的泥浆所需的能量则更少。更进一步地，气化器燃烧器使燃料流充分地雾化避免了任何火焰稳定性的问题。
将如污水污泥和煤和/或石油焦炭的含水泥浆及含游离氧的气流的燃料流输入自由流动无障碍的下流垂直耐火材料衬里的钢壁压力容器，在此容器中进行部分氧化反应，并入本文作参考的共同转让的美国专利第3，544，291中示出并描述了一种典型的气体发生器。
如合并在本文中作参考的附图和共同转让的美国专利第3，847，564号中所示的环形二或三流环形燃烧器可用来将原料流输入到部分氧化气体发生器中。例如，按照美国专利第3，847，564号介绍，可通过所述燃烧器的中央导管18和外层环状通诞14同时将含有游离氧的气体导入，含游离氧的气体选自基本纯的氧例如高于95(摩尔)%O2富氧空气如，高于21(摩尔)%O2，和空气，在约100°F到1000°F的温度范围供给含游离氧的气体;在约室温至650°F的温度下，通过中间环状通道16通入污水污泥和如煤和/或石油焦炭的固体含碳燃料的含水泥浆。
通过非催化合成气体发生器的顶端入口向下插入燃烧器组合件，燃烧器沿着气体发生器的中央纵轴延伸，此发生器具有将燃料，含游离氧的气体和如H2O，CO2，N2等的温度调节剂的多相混合物直接排入反应区的排料端。在燃烧器顶部附近原料流相互碰撞，于是被雾化和充分混合。
仔细调整送入气体发生器的原料流中燃料、水和氧的相对比例，即可使燃料中的大部分碳，例如，高达约90%或更高(重量计)的碳转化成二氧化碳;并保持自发反应区的温度在约1800°F至3500°F，气化器中较好的温度范围是约2200°F到2800°F，以产生融化的炉碴。此外，在原料流中H2O对碳的重量比在0.2到3.0左右、如约1.0到2.0。在原料流中游离氧对碳的原子比为0.8到1.4左右，如约1.0到1.2。较有利地是，当污水污泥中化合氧的量高时，游离氧的用量则将降低。
在反应区中的滞留时间范围约1到10秒，较好的是约2到8秒，如向气体发生器中输入的是基本上纯的氧时，从气体发生器中排出的废气组成如下(摩尔%，干基)H210到60，CO20到60。CO25到40，CH40.01到5，H2S+COS O到5，N2O到5，及ArO到1.5。废气流中含有未转化的碳、灰，或熔化的炉碴，依组成和用途不同，而将废气流称作合成气，还原气，或可燃气。煤的灰含量较高，例如约10到30重量%，令人惊奇的是，煤灰密封了污泥中的不可燃物料，这是一种有益的记录，密封的物料实质上作为惰性熔化的炉碴从气体发生器的反应区中流出。在本文的各种实施案例中，可提供的所说固体含碳燃料是以由水、液态烃，液态含烃燃料和其混合物组成的一组化合物中选出的液体作为介质的可泵送的煤和/或石油焦炭泥浆的形式提供的。
合成气体发生器反应区的废热气流在骤冷槽中被水直接骤冷，或通过间接热交换的形式例如与产生蒸汽的废热锅炉中的给水间接热交换而迅速冷却到反应温度以下，到250°F到700°F左右。可用常规方法净化和纯化气化器的废气流。例如，参见共同转让的美国专利第4，052，176号，该专利中从常规气体纯化区的废气流中除去H2S，COS和CO2的方法可作为本发明的参考。
在一个实施案例中、与其它原料一起向部分氧化反应区中输入添加剂，以促进对存在于污水污泥和固体含碳燃料中的不可燃物料的惰性熔化的炉碴的密封和去除。添加剂选自含铁物质，含钙物质、含硅物质和它们的混合物，对每份重的不可燃物料而言，在气化器中约加0.1到10份重添加剂。含铁添加剂可选自例如铁，氧化铁，碳酸铁，硝酸铁和它们的混合物;含钙添加剂选自例如氧化钙，氢氧化钙，碳酸钙、硝酸钙、氟化钙、磷酸钙、硼酸钙及它们的混合物;含硅添加剂选自例如二氧化硅，石英，硅酸盐，火山灰及它们的混合物。
本方法产生的净化的合成气可用于有机化工产品的催化合成中。例如，按合并在本文作参考的共同转让的美国专利第4，081，253号中所述的方法合成甲醇和乙酸。
本方法产生的可燃气体可在燃气轮机的燃烧室中燃烧，燃气轮机的燃烧室中产生的烟道气可用作驱动发电机的膨胀气轮机的工作介质。气轮机废气的热能可在热回收蒸气发生器中加以回收，例如，以间接热交换方式使锅炉给水和气轮机废气进行热交换，可以产生低热的，中等热的和过热的蒸气流以用于本方法中。
也被称作烟道气的气轮机废气基本上含有CO2，N2和H2O以及约1-10体积%的U2。在一个实施案例中，烟道气用来热处理脱水的污水污泥，在高压釜中输入温度范围约150°F到300°G的烟道气与高度脱水的污水污泥间接地接触。在高压釜中以约350°F到650°F的温度，无空气存在下及停留时间约1到45分钟条件下进行热处理，反应器中的压力为等于或高于在热处理温度下的水蒸汽压，产生因含量范围约20-50重量%的可泵送的污水污泥含水泥浆。
在一个实施案例中，一部分在部分氧化气体发生器中产生的可燃气用作部分氧化气体发生器中的补充燃料。例如，从环形燃烧器的一个通道直接通入闪蒸器中得到的脱水污水污泥，燃烧器装在气体发生器的顶部入口处，从燃烧器的另一通道通入可燃气体;和，从燃烧器的另一或二个通道通入含游离氧的气体。例如，在具有中央导管和两个同心环形通道的燃烧器中，从中央导管通入含游离氧的气流，从中间环形通道通入可泵送的脱水污水污泥含水泥浆，从外环形通道通入可燃气流。
在另一实施方案涉及在锅炉或焚烧炉中完全燃烧污水污泥制备燃料的方法，该法包括
(1)用带压法浓缩含约0.5～20重量固体的污水污泥以产生含约15～65重量%固体的高度脱水的污水污泥，从所述的脱水污泥中分离出过量的水;
(2)在温度范围约130°F～200°F、无空气存在、停留时间约1～20分钟以及大气压力下，在反应区中加热从(1)得到的污水污泥，接着在温度范围约300°F～650°F、无空气存在，停留时间约5～120分钟及等于或高于在此热处理温度下的水的蒸气压的压力下加热，以产生可泵送的污含水泥浆;
(3)在闪蒸区内，将从(2)制得的污泥含水泥浆的压力和相应温度降至约大气压到在所述闪蒸区温度下水的饱和水蒸汽压的压力范围，所述的闪蒸区的温度范围约200°F～400°F，从而从所述的污泥中蒸发和分离足够的水以产生可泵送的固含量范围约30～70重量%和更高热值(HHV)范围约5，000～9，500BTU/Lb的脱水污泥含水浆料;和(4)将从(3)中得到的脱水污泥浆料与补充燃料混合形成总固含量范围约50-70重量%和含有约10-40重量%脱水污泥及更高热值范围约5，000-14，000BTU/Lb的可泵送燃料浆料。
参照说明本发明优选实施案例的附图可以更完整地理解本发明，但是本发明并不局限于所述的特定方法或原料。
在管线1中的固含量范围约0.5-20重量%、如约15重量%，和温度范围约室温到212°F，如约70°F的城市生活污泥任意地与得自管线2中的过滤助剂例如粉碎的固体含碳燃料相混合，通过管线3将混合物输入到带式压滤机4，从管线5放出的水被送到常规的水净化系统，通过管线6从带式滤机4送出高度脱水的固含量范围约20-50重量%的污泥并可通过管线7，活门8以及管线9和10将其送入反应器15，在废热锅炉16的本方法下游产生的蒸汽通过管线17送出以直接或间接热交换方式在反应器15中提供加热污水污泥所需的热量。在另一实施案例中，管线6中的脱水污泥通过管线19，活门20和管线21送至高强度挤压机22，在此再进行一次挤压，通过管线23除去水并将水送至常规的纯化设备中，通过管线25从高强度压滤机22放出的高度脱水污泥从管线10送入反应器15，高度脱水的污泥在反应器15中，以温度范围约130°F-650°F，在无空气存在下，以等于或高于在此反应器温度下的水蒸气压的压力下，加热约6-140分钟，即产生可泵送的污泥含水泥浆。也可用另一种方法向反应器15提供热量，即通过管线36送出的、在本发明方法下流膨胀气轮机35中产生的可燃气进行间接热交换来提供，从反应器15中产生的尾气通过管线26送入常规的气体纯化单元(未示出)。
从反应器15中放出的热处理过的污泥经管线18输入闪蒸区38，在闪蒸区38中将污泥的含水泥浆的压力降至约大气压到在区38温度下的饱和水蒸气压的压力范围。通过管线39蒸发和除去足够的水，这些水可用于在混合器41中制备固体补充燃料的含水泥浆，通过管线40放出可泵送的固含量范围约30-50重量%的脱水污泥浆料。
从管线42送出的补充含碳燃料在混合器41中与从管线40中送出的脱水污泥含水泥浆相混合产生HHV增加了的可泵送燃料。例如，从管线42送出的液体烃类燃料或固体含碳燃料含水泥浆在混合器41中与从管线40中送出的高度脱水的污泥相混合，形成的可泵送混合物的HHV约5，000到14，000BTU/Lb，该混合物通过管线50和燃烧器52的外环状通道51输入到常规的自由流动耐火材料衬里的非催化部分氧化合成气体发生器49中，管线53中的温度范围约室温到1，000°F的含游离氧的气体如空气通入中央导管54，燃烧器52垂直安装于气化器49上部的中央口55处。
含有H2，CO，CO2，H2O，N2和CH4的热的未处理的废气通过管线56从气化器49底部放出并在废热锅炉(WHB)16中冷却至约600°F～2600°F，此废气也可用另一种方法冷却，即用水骤冷热的废气流(未示出)。在管线37中的锅炉给水在16中转化成蒸汽并通过管线17放出，在16顶部的在管线60中的部分冷却的原气流在常规的气体净化和纯化区61中用水和溶剂净化，根据操作条件和原料，通过管线62，活门63和管线64从61区中除去合成气，也可通过管线65，66，阀门67和管线64从61区中除去可燃气，以用在本方法其它地方此可燃气的热容量约180-350BTU/SCF，这种可燃气可经管线70，阀门71和管线72送入燃烧器73中。含从管线74送出的空气的可燃气在燃烧器73中完全燃烧，烟道气由管线75送入驱动发电机76的膨胀气轮机35中。在一个实施案例中，也将管线40中的热处理过的脱水污泥直接送入燃烧器的第一环形通道，该燃烧器具有一个中央导管和两个同心环形通道。所述的燃烧器可安装在气化器49的顶部以替代燃烧器52。含游离氧的气体送入中央导管通入此燃烧器的第二环形通道管线68中的可燃气。此时，如不使用混合器41，则在气化器中进行污泥与可燃气体的混合。
本发明的方法已通过实施例进行了一般性的描述，有关的特定组合物的原料只用于澄清和说明本发明。很明显，对本领域专业人员在前文所述内容的启发下可对本文公开的方法和原料所作种种修改，但这些修改均在权利要求书所确定的本发明的范围之内。
权利要求
1.一种用于从污水污泥制备燃料的方法，该方法包括(1)在带式滤机加压区中浓缩含约0.5-20重量%固体的污水污泥以产生含约15-65重量%固体的高度脱水污水污泥，并从所述脱水污水污泥中分离出过量的水；(2)在约130°F-200°F的热处理温度范围内，无空气存在，停留时间约1-20分钟及大气压力下，在反应区中加热从(1)中得到的污水污泥，随后在热处理温度范围约300°F-650°F，无空气存在下，停留时间约5-120分钟及在等于或高于此热处理温度下的水的蒸气压的压力下继续加热以使该污水污泥脱羧和脱氢作用并产生可泵送的污水污泥含水泥浆；(3)在闪蒸区中，将从(2)得到的污水污泥的含水泥浆的压力和相应温度降到约大气压到温度范围约200°F-400°F的所述的闪蒸区温度下的饱和水蒸气压的压力范围，以从所述污水污泥中蒸发和分离足够的水，获得固体含量约30-70重量%以及具有较高热值(HHV)约5，000-9，500BTU/Lb的可泵送的脱水污水污泥含水泥浆；(4)将从(3)得到的脱水污泥的浆料与补充燃料相混合从而获得总固含量约50-70重量%并含有约10-40重量%的脱水污水污泥和具有较高热值约5，000-14，000BTU/Lb的可泵送浆料。
2.一种根据权利要求1的方法，该方法包括(5)在温度约1800°F-3000°F以及压力约1-30大气压力下，在气体发生器的反应区中，用含游离氧气体和温度调节剂的料流将从(4)中得到的可泵送浆料部分氧化以产生含有从下述一组气体中选出的至少一种气体的热的未处理的废气流合成气体，还原气和可燃气。
3.一种根据权利要求1的方法，其中所说的从(4)得到的可泵送的燃料浆料可在锅炉或焚烧炉中完全燃烧。
4.一种根据1-3项权利要求的任一项的方法，其中在下述条件下对(1)中的所说污水污泥进行浓缩，对该泥浆表面施加20-200psi(磅/平方英寸)左右压力，持续时约1/2-60分钟。
5.一种根据1-3项权利要求的任一项的方法，其中(1)中的污水污泥是用连续皮带压滤和离心相结合来进行浓缩的。
6.一种根据1-3项权利要求的任一项的方法，其中在步骤(4)前，先将从(3)得到的可泵送的脱水污泥浆料输入离心区除水。
7.一种根据权利要求1的方法，其中在(1)中于连续带式压滤区中相继对所说污泥加压来使之浓缩，第一次加压的表面压力约20-200psi，加压时间约1/2-60分钟，第二次加压的表面压力约200psi，加压时间与所述的第一次加压的时间相近。
8.一种根据权利要求7的方法，其中在所述的第二次加压期间将所说污泥加热到100℃-140°左右来进一步脱水。
9.一种根据权利要求1的方法，其中对(1)中所述的污泥加压，同时加入粒径小于2mm的助滤剂进行进一步脱水。
10.一种根据权利要求9的方法，其中所述的助滤剂选自煤屑和CaCO3。
11.一种根据1，2，3，7，8，9和10项权利要求的任一项的方法，其中在(2)中的污泥通过与蒸气或合成气间接进行热交换来加热到所需的温度。
全文摘要
一种处理毒性污泥的方法。在皮带压滤机中挤压固含量约0.5-20％的污泥，随后以高强度压力浓缩。处理后污泥的形态发生了变化，其固含量更高。将脱水的污泥加热，闪蒸和/或离心，并与补充燃料如液体烃类燃料和/或固体含碳燃料混合以产生总固含量约50-70％并含有约10-40％脱水污泥及具有较高热值的可泵送燃料浆料。在惯常的汽化器中通过部分氧化产生合成气和/或可燃气。热的副产物蒸汽和废气流中的热能可用来加热脱水的污泥。
文档编号C10L5/46GK1091151SQ9310189
公开日1994年8月24日 申请日期1993年2月20日 优先权日1993年2月20日
发明者M·R·卡恩, R·J·麦基翁 申请人:德士古发展公司