微波辅助热解和气化制造技术

描述了用于将含盐水性污泥转化为气体和固体残渣的方法和系统。在微波辐射的辅助下热解和气化污泥。解和气化污泥。解和气化污泥。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微波辅助热解和气化


[0001]本专利技术涉及用于转化含盐水性污泥的方法和系统。

技术介绍

[0002]水产养殖业正在持续增长，具有巨大的经济效益。目前，可以在不同类型的网箱养殖场中饲养鱼直到收获，例如将敞开的网箱直接放置在水中或将网箱直接放置在海水中时进行“离岸养殖”。另一种替代方法是包括一系列培养池并且在其中对水进行连续再循环和监控的代表性再循环水产养殖系统(RAS)。因此，鱼养殖场可以位于陆地或海上的不同区域，有时是孤立的并且离网(off-grid)连接。
[0003]鱼养殖业还面临着不同的挑战，诸如逃逸的鱼/遗传相互作用、污染和排放、疾病和寄生虫、沿海区域的利用、饲料/饲料资源。因此，近来，已经开发出了不同的封闭式网箱养殖场概念，具有许多积极益处，诸如防止鱼的逃逸，避免鱼虱问题，更少的药物和抗生素，而且鱼污泥将不再到达海底。封闭鱼养殖场网箱代表一种良好的环境措施，但也会带来必须解决的新挑战，例如巨大量的污泥将从封闭式鱼养殖场的底部收集、泵送并陆地运输。这种污泥具有生成能量的巨大潜力，并且它也是氮(N)、磷(P)、重金属(Cd、Pb、Hg、Ni、Zn、Cu、Cr)、盐(NaCl)、迄今为止尚未开发/回收的其他矿物质的有价值的来源。封闭式网箱鱼养殖场的另一挑战是，不得不向鱼提供巨大量的氧气，以便维持鱼的健康和福利。如果氧气是从不同的商业生产商购买的，这会带来显著的成本。
[0004]例如，如果鱼养殖业将设法收集和再利用来自100万吨鲑鱼/年中的所有污泥以生产生物气(biogas)，则可以生产7000-19000万m3的甲烷，相当于0.7-2TWh的能量。相比之下，根据挪威统计局，2009年卑尔根市(Bergen)区域具有人口252051名居民，使用了总计2.0334TWh的能量。根据渔业理事会，2018年3月挪威的总鱼产量为728531吨，其中的103788吨位于霍达兰(Hordaland)区域。根据Milostatus，780吨鱼将生成与11780名居民一样多的污泥形式的废物。因此，挪威的总鱼产量可以生成与1300-1400万名居民(大约是挪威人口的3倍)一样多的污泥形式的废物；但是，如果收集和再利用这些污泥则可以生成最高达670万Nm3的甲烷或65GWh/年。水产养殖业的目标是将其产量增加至原来的5倍，直到2050年使得潜在甲烷产量达到5.8亿Nm3或5.7TWh/年。
[0005]迄今为止已经提出的用于污泥处理的不同解决方案的目标是过滤、脱水和/或干燥污泥直到95-98％总固体。之后，或将干燥的团粒递送至废物回收厂(例如丹麦、瑞典)以生产生物气，或至不同的生产线以用作“绿色燃料”，例如水泥。一个水泥厂具有的燃烧能力最大为12000吨干污泥(Fiskeslam som brensel-Tom Berntsen,HeidelbergCement http://tekset.no/wp-content/uploads/2017/02/14-Berntsen.pdf)。无论如何，这些解决方案带来了显著的运输成本和环境后果。此外，通过焚烧和/或燃烧干燥的污泥团粒，浪费了仍然存在的所有有价值的组分。
[0006]用于大规模生产生物气和肥料的另一废物回收技术是厌氧消化。厌氧消化池回收装置的数量仍在增加，但是它们主要使用来自污水、木材、植物等中的混合废物。当涉及到
鱼污泥时，厌氧消化技术只能用于由陆地鱼养殖场生成的污泥，所谓的淡水鱼污泥。这里的挑战是，在厌氧消化池装置中生物气生产是相当缓慢的(需要最多达20-30天来生产生物气)，这些装置相当昂贵并且在所需单元例如消化池、储液池、收集器的周围需要大面积陆地。因此，需要用于处理这种大体积的生成的废物的新技术。
[0007]当涉及由使用淡水与海水的混合物的基于海水的鱼养殖场或RAS生成的污泥时，污泥中存在盐。这种盐会破坏厌氧消化池单元内的培养基/细菌。因此，对于这种特定类型的污泥，只有在污泥经过脱盐(通过使用大量的淡水)、脱水和/或干燥(通过使用大量能量)后才能使用厌氧消化技术。根据消化池制造商，盐水平需要降低至1％(ENSPAR Biogas,www.enspar.de)和25％(Schmack Biogas,www.schmack-biogas.com)。
[0008]现有技术的公开
[0009]US6398921描述了用于从废水污泥中气化固体有机物质的方法，该方法涉及使用离心、微波热交换和螺旋压力分离的组合将污泥脱水至按重量计至少35％的固体含量。然后，使变性的固体通过穿过加热的倾斜螺旋钻而至少部分地热解。然后，通过暴露于高强度微波场使热解固体、焦油和气体气化。如果污泥包含盐，则不能使用该方法。
[0010]本专利技术的目的
[0011]本专利技术的目的是提供可以处理含盐污泥的方法和系统。本专利技术的方法和系统以紧凑且快速的过程实现，其中，产物的组成可以通过控制微波强度通过反应温度和反应动力学来控制。本方法和系统还可以用于处理具有低盐量或没有盐量的污泥。

技术实现思路

[0012]本专利技术的第一方面涉及用于将含盐水性污泥持续大规模转化为气体和固体残渣的方法，其中，所述方法包括：
[0013]-将所述含盐水性污泥脱水为20-60％的水含量(重量/重量)；并且之后；
[0014]-将脱水污泥通过微波辐射加热至500℃至1000℃的温度，其中，所述微波辐射生成热和蒸汽，
[0015]-部分或完全热解所述脱水污泥以产生热解产物，其中，所述热解产物尤其是CO(g)、CH4(g)和H2(g)、CHO(油)和C(s)
[0016]-气化所述热解产物，其中，尤其将C(s)、H2(g)和CHO(油)气化为CO(g)和H2(g)，其中，所述热解和气化在一个反应器中同时进行。
[0017]在优选的实施方式中，将所述脱水污泥缺氧暴露于500℃至700℃范围内的温度。
[0018]在优选的实施方式中，将所述脱水污泥缺氧暴露于500℃至600℃范围内的温度。
[0019]在优选的实施方式中，将所述脱水污泥缺氧暴露于600℃至700℃范围内的温度。
[0020]在优选的实施方式中，反应中的所述缺氧暴露是通过添加惰性气体至所述反应器获得的。
[0021]在优选的实施方式中，在没有所述反应器的外部冷却下维持500℃至700℃的反应温度。
[0022]在优选的实施方式中，在没有所述反应器的外部冷却下维持500℃至600℃的反应温度。
[0023]在优选的实施方式中，在没有所述反应器的外部冷却下维持600℃至700℃的反应
温度。
[0024]在优选的实施方式中，所述热解产物尤其是将C(s)、H2(g)和CHO(油)完全气化成的CO(g)和H2(g)。
[0025]在优选的实施方式中，所述微波辐射通过加热所述含盐水性污泥中的水生成用于所述气化反应的所述蒸汽。
[0026]在优选的实施方式中，使用微波辐射吸收体(催化剂)以吸收微波辐射。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将含盐水性污泥持续大规模转化为气体和固体残渣的方法，其中，所述方法包括；-将所述含盐水性污泥脱水为20-60％的水含量(重量/重量)；并且之后；-将脱水污泥通过微波辐射加热至500℃至1000℃的温度，其中，所述微波辐射生成热和蒸汽，-部分或完全热解所述脱水污泥以产生热解产物，其中，所述热解产物尤其是CO(g)、CH4(g)和H2(g)、CHO(油)和C(s)-气化所述热解产物，其中，尤其将C(s)、H2(g)和CHO(油)气化为CO(g)和H2(g)，其中，所述热解和气化在一个反应器中同时进行。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述脱水污泥缺氧暴露于500℃至700℃范围内的温度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述脱水污泥缺氧暴露于500℃至600℃范围内的温度。4.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述脱水污泥缺氧暴露于600℃至700℃范围内的温度。5.根据权利要求1a所述的方法，其中，反应中的所述缺氧暴露是通过添加惰性气体至所述反应器获得的。6.根据权利要求2所述的方法，其中，在没有所述反应器的外部冷却下维持500℃至700℃的反应温度。7.根据权利要求3所述的方法，其中，在没有所述反应器的外部冷却下维持500℃至600℃的反应温度。8.根据权利要求4所述的方法，其中，在没有所述反应器的外部冷却下维持600℃至700℃的反应温度。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热解产物尤其是将C(s)、H2(g)和CHO(油)完全气化为CO(g)和H2(g)。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微波辐射通过加热所述含盐水性污泥中的水生成用于所述气化反应的蒸汽。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，微波辐射吸收体(催化剂)用于吸收微波辐射。12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述污泥的热解期间产生所述微波辐射吸收体。13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述污泥的热解期间产生的所述微波辐射吸收体是碳。14.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述含盐水性污泥脱水至30-40％的水含量(重量/重量)。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法步骤在一步反应器(100)中进行。16.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述含盐脱水污泥进料至反应器(100)，并且其中，将具有0.5
–
5kW/升、更优选0.8-2kW/升以及最优选约1kW/l的场密度的微波辐射施加
至所述污泥，并且其中，将所述脱水污泥缺氧暴露于500℃至600℃范围内的温度，以便部分或完全热解和气化所述污泥为气体和炭。17.根据权利要求16所述的方法，其中，分离和收集所述气体和炭。18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述含盐水性污泥添加至所述反应器(100)，并且从所述反应器(100)中持续收集所述气体和炭。19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述气化在不存在氧气的情况下进行。20.根据前述权利要求中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿里德，
申请(专利权)人：普罗托泰克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：