[發(fā)明專利]一種回收富水生物質(zhì)中能量的熱回收方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210571083.0
• 申請(qǐng)日: 2012-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN103846055A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳健;林卉;王梅燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建新大陸環(huán)保科技有限公司
• 主分類號(hào): B01J3/00
• 分類號(hào): B01J3/00;C10L5/44;C22B11/00;F22B3/00
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技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及高COD含量的含水固體、液體處置領(lǐng)域，尤其涉及一種回收富水生物質(zhì)中能量的熱回收方法以及利用該方法的回收富水生物質(zhì)中能量的熱回收系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在工農(nóng)業(yè)高速發(fā)展的今天，污染減排、能源短缺和碳排放問題已經(jīng)成為世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)，目前大部分發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開始節(jié)能減排和尋找低碳能源，以保證社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，因此如何節(jié)能減排和開發(fā)新的低碳能源已成為科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用研究的新熱點(diǎn)和重要任務(wù)。城鎮(zhèn)化發(fā)展是工業(yè)文明的顯著特征，人類集居，產(chǎn)業(yè)集聚，全球經(jīng)濟(jì)一體化，工業(yè)文明造就了現(xiàn)代都市，同時(shí)也造成大量的廢水和有機(jī)固體廢棄物(如市政污泥和餐廚垃圾)污染。絕大部分的有機(jī)固體液體廢棄物實(shí)際上是富水生物質(zhì)，所述富水生物質(zhì)常見的有：高COD含量的污水處理產(chǎn)生的濃縮液、污泥、畜禽等動(dòng)物飼養(yǎng)產(chǎn)生的排泄物(動(dòng)物糞便等)、餐廚垃圾(菜葉、果皮、殘羹剩飯、油脂等)、園林垃圾(園林修剪產(chǎn)生的枝葉等)、農(nóng)田垃圾(作物)等富水生物質(zhì)。目前對(duì)富水生物質(zhì)的處理常見的有填埋、焚燒、超臨界氧化，但其都無法低成本且有效地解決其在污染物控制和能量回收的問題。尤其是富水生物質(zhì)脫水干化過程中消耗的大量能量沒有得到回收，而脫水干化后的富水生物質(zhì)中蘊(yùn)含的大量低碳能量無法全部抵消或剛好抵消脫水干化過程所消耗的這部分能量。這樣造成原本可以成為優(yōu)質(zhì)低碳能源的生物質(zhì)燃料，由于富含水而成為非常棘手的，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，處理成本巨大的污染物。因此，如何將脫水過程消耗的能量進(jìn)行回收和二次利用及如何將富水生物質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化成可利用的優(yōu)質(zhì)低碳生物質(zhì)能源，仍然是世界上近百年來一直在亟待解決的難題。

目前傳統(tǒng)的富水生物質(zhì)處理方法，以污泥焚燒方法為例，一般是將含水率為70％-90％的污泥進(jìn)行直接焚燒，然后將得到的灰分進(jìn)行填埋或固化壓鑄成型作為新型建筑材料使用，其只能達(dá)到污泥減量化的效果，并沒有產(chǎn)生可利用的能量。由于焚燒污泥時(shí)，污泥中的水分蒸發(fā)帶走熱量，一般需要外部加入助燃劑。因此，直接焚燒不僅無法回收污泥中含有的熱值，還嚴(yán)重耗費(fèi)能量，因此其不節(jié)能，不經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

另一種目前剛剛興起的利用超臨界或亞臨界氧化法處理污泥的新方法，是將裝在一個(gè)超高溫高壓反應(yīng)器內(nèi)的污泥加熱加壓至超臨界(溫度≥374℃、壓力≥22MPa)或亞臨界(溫度200℃～374℃、壓力10MPa～22MPa)的高溫高壓條件，在此溫度和壓力下對(duì)污泥進(jìn)行直接氧化處理；在此溫度和壓力下污泥中的大部分物質(zhì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，將污泥中的各種物質(zhì)徹底氧化或分解。該方法具有污泥處理徹底的優(yōu)點(diǎn)，并且其產(chǎn)生的熱量經(jīng)回收后可作為能源利用。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造非常困難，因而其設(shè)備投資成本極其昂貴，且其需要在高溫高壓富氧狀態(tài)下運(yùn)行，耗費(fèi)能量大，附帶安全隱患較高。另外，由于污泥的成分復(fù)雜，通常具有腐蝕性，在高溫高壓情況下更容易對(duì)超高溫高壓反應(yīng)器造成損害，因此帶來昂貴的設(shè)備維護(hù)和更換成本。超高溫高壓反應(yīng)器的制造成本高昂且運(yùn)行難度大，雖然其可以產(chǎn)生大量的熱能，但與其耗費(fèi)的能量、制造、運(yùn)行成本相比，其性價(jià)比低，因此其并不實(shí)用。

由此可見，能夠在富水生物質(zhì)污染物減量化、穩(wěn)定化的同時(shí)回收富水生物質(zhì)中的化學(xué)能，切實(shí)貫徹“節(jié)約能源、減少排放、成本約束、環(huán)境友好、綜合利用”原則的方法還有待開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的之一是提供一種新型的回收富水生物質(zhì)中能量的熱回收方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的一的技術(shù)方案是：一種回收富水生物質(zhì)中能量的熱回收方法，其包括以下步驟：

步驟1)：將含水率＜99.9％的富水生物質(zhì)放入一個(gè)高壓密閉容器中，對(duì)高壓密閉容器進(jìn)行加熱；

步驟2)：一級(jí)升溫過程，控制高壓密閉容器內(nèi)的溫度在100℃≤T＜250℃，控制壓力在0.1MPa≤P＜3.97MPa范圍內(nèi)，使富水生物質(zhì)液化，且絕大部分生物質(zhì)組分不發(fā)生化學(xué)分解，處于混合水溶液狀態(tài)，保持高壓密閉容器內(nèi)溫度和壓力不變并靜置一段時(shí)間，使富水生物質(zhì)內(nèi)的各種生物質(zhì)和其所含的各種固體無機(jī)雜質(zhì)分離，由于比重不同，較重的固體無機(jī)雜質(zhì)沉淀到高壓密閉容器內(nèi)水溶液的底部，而較輕的生物質(zhì)浮到高壓密閉容器內(nèi)水溶液的上部；

步驟3)：二級(jí)升溫過程，通過步驟2)，使富水生物質(zhì)和固體無機(jī)雜質(zhì)分離后，控制高壓密閉容器內(nèi)的溫度在100℃≤T＜350℃，控制壓力在0.1MPa≤P＜16.52MPa范圍內(nèi)，使大部分生物質(zhì)組分不發(fā)生化學(xué)分解，同時(shí)高壓密閉容器內(nèi)的水發(fā)生沸騰，產(chǎn)生帶雜質(zhì)的高溫高壓水蒸汽，導(dǎo)出高溫高壓水蒸汽，將能量回收利用，并使富水生物質(zhì)脫水；