沼气超声处理制造技术

提供了一种超声处理系统。超声处理系统包括具有近端和远端的管道，以及设置在管道内靠近管道的近端的振动头。流体从近端进入管道并朝向远端流动。还描述了相关的装置、系统、技术和物品。和物品。和物品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】沼气超声处理
[0001]相关申请
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119要求于2019年9月20日提交的美国临时专利申请号62/903,590的优先权，其全部内容通过引用明确地并入本文。


[0003]本主题涉及超声处理，例如，具有改善的耐腐蚀性和改善的空化效应的用于沼气生产的超声处理系统。。

技术介绍

[0004]沼气是通过厌氧或需氧细菌分解有机物质的副产物，并且主要包括甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)和硫化氢(HS)。沼气被认为是可再生燃料，其可用作化石燃料的替代物。沼气由有机废物源(例如城市废物、污水污泥、粪肥、来自糖厂的副产物流等)来产生，其在发酵罐或消化器中的废物流处理期间产生。为了增强生物质的崩解并增加发酵罐中的微生物活性，使用超声处理(例如，超声波处理或超声波作用)。由超声处理的生物质的分解通过使用由超声空化引起的压力波动的超声波来破碎生物质。超声空化的使用还降低了生物质悬浮液的粘度，并且是比用于沼气设备的搅拌或泵送过程更节能的方法。

技术实现思路

[0005]本公开的一方面提供了一种用于超声处理的系统。该系统可以包括具有近端和远端的管道，以及设置在管道内靠近管道的近端的振动头。流体可以从近端进入管道并朝向远端流动。
[0006]可以以任何可行的组合包括以下特征中的一个或多个。例如，管道可以包括在振动头下游的收缩部。该系统可以包括超声波发生器，以超声地振荡振动头。超声波发生器可以使振动头以约20kHz至约70kHz(包括端值)之间的频率和约10μm至约150μm(包括端值)之间的振幅振荡。流体可以从近端进入管道，绕过振动头，并加速通过收缩部。管道可以包括在其下游邻近收缩部设置的扩张部。流体可以包括城市废物、污水污泥、粪肥、原油或来自糖厂的废洗液中的至少一种。
[0007]在另一方面，超声处理的方法可以包括通过管道从近端朝向远端供应流体，以及用振动头振荡流体。振动头可以被设置在管道内靠近管道的近端。
[0008]可以以任何可行的组合包括以下特征中的一个或多个。例如，该方法可以包括通过在管道中提供收缩部来使流体的压力降低。由于振动头的振荡可能产生多个空化气泡，并且随着流体压力的降低，多个空化气泡的数量可能增加。流体可以在管道的收缩部被壅塞。压力可以降低到低于管道的收缩部处的流体的饱和压力。该方法可以包括通过提供在收缩部的下游邻近收缩部设置的扩张部来使流体的压力增加。振动头可以通过超声波发生器超声振荡。超声波发生器可以使振动头以约20kHz至约70kHz(包括端值)之间的频率和约10μm至约150μm(包括端值)之间的振幅振荡。流体可以包括城市废物、污水污泥、粪肥、原油
或来自糖厂的废洗液中的至少一种。
[0009]在附图和下面的描述中阐述了本文描述的主题的一个或多个变型的细节。本文描述的主题的其他特征和优点将从说明书和附图以及权利要求书中显而易见。
附图说明
[0010]每个附图的简要描述被提供以更充分地理解在本公开的详细描述中使用的附图。
[0011]图1是根据相关技术的超声处理系统的示意图；
[0012]图2是根据本公开的示例性实施例的超声处理系统的示意图；
[0013]图3示意性地示出了根据本公开的示例性实施例的超声处理系统中的管道的收缩部内的空化的形成；
[0014]图4示意性地描述了在根据本公开的示例性实施例的超声处理系统中的管道的收缩部内发生的受控流动空化；
[0015]图5示意性地示出了通过根据本公开的示例性实施例的超声处理系统中的收缩
‑
扩张管道的边界层形成和发展；
[0016]图6A
‑
6E示出了用于将根据本公开的超声处理系统与生物反应器集成的各种配置；
[0017]图7示出了超声处理系统的示例性实施方式的轮廓压力；
[0018]图8示出了超声处理系统的示例性实施方式的以米每秒(m/s)为单位的多分段(multislice)速度大小；
[0019]图9示出了超声处理系统的示例性实施方式的以米每秒(m/s)为单位的体积速度大小；
[0020]图10示出了超声处理系统的示例性实施方式的箭头体积速度场；
[0021]图11示出了超声处理系统的示例性实施方式的以米每秒(m/s)为单位的轮廓速度大小；
[0022]图12示出了超声处理系统的示例性实施方式的透视图；以及
[0023]图13示出了超声处理系统的另一示例性实施方式的一部分的侧视图。
[0024]应当理解，上述附图不一定按比例绘制，其呈现了说明本公开的基本原理的各种特征的略微简化的表示。本公开的具体设计特征，包括例如具体的尺寸、取向、位置和形状，将部分地由特定的预期应用和使用环境确定。
具体实施方式
[0025]本主题提供了一种超声处理系统，例如用于沼气生产的超声处理系统，该超声处理系统可以增强空化的产生并且可以提供改善的耐腐蚀性。由于增强的空化，根据本公开的超声处理系统的一些实施方式可以处理流体、污泥或生物材料含量高的任何材料，或化学需氧量(COD)或生物需氧量(BOD)含量高的任何物质。此外，超声处理系统的一些实施方式可以处理具有较高粘度的流体或污泥，例如可能难以用常规超声技术处理的脂肪、油和油脂。增强的空化可以增加沼气产生速率，并且还可以改善废洗液的质量。此外，根据本公开的超声处理系统的一些实施方式可以提供改善的耐腐蚀性，诸如“点蚀”，所述点蚀是导致在金属表面中产生小空隙的局部腐蚀的形式。当前主题可以实现液体的脱气。
[0026]根据本公开的超声处理系统可以应用于发酵罐或消化器中以更有效地生产沼气。沼气是通过厌氧或需氧细菌分解有机物质的副产物，并且其主要包含甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)和硫化氢(HS)。沼气厂从有机废物源(例如城市废物、污水污泥、粪肥、来自糖厂的副产物流等)产生沼气。例如，可以对糖厂的副产物进行发酵来产生沼气。在微生物消化之前或期间有机材料的超声处理可以改善沼气产生，并且可以减少待处理的残留污泥的量。由于生物质污泥中的聚集体和细胞结构可能由于超声处理而被破坏，因此污泥可以更有效地脱水。此外，聚集体和细胞壁的破坏可以允许细菌更容易地接近细胞内材料进行分解。
[0027]超声处理技术可以以高强度超声处理液体，并且在液体介质内传播的声波可以导致交替的高压(压缩)和低压(稀疏)循环。在低压循环期间，超声波可以在液体内产生小的真空气泡。当气泡生长并达到临界体积时，它们可能在高压循环期间塌陷或破裂。这种现象被称为空化。在内爆期间，可以达到约5000K的局部温度和约2000atm的局部压力。在一些实施方式中，在该过程期间可以发生水裂解(例如，产生氧气和氢气)。水分解可以改变流体的pH。
[0028]然而，在相关技术的超声处理系统中，由于局部高压和/或高温以及空化的腐蚀性质，超声处理系统的振动头(例如，活塞)和内表面可能被腐蚀。如图1所示，在相关技术的超声处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，包括：管道，所述管道包括近端和远端；以及振动头，所述振动头设置在所述管道内靠近所述管道的所述近端，其中，所述系统被配置为允许流体从所述近端进入所述管道并朝向所述远端流动。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述管道包括在所述振动头的下游处的收缩部。3.根据权利要求1所述的系统，进一步包括超声波发生器，所述超声波发生器使所述振动头超声地振荡。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述超声波发生器使所述振动头以在约20kHz和约70kHz之间的频率以及在约10μm和约150μm之间的振幅振荡。5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述系统被配置为允许所述流体从所述近端进入所述管道，绕过所述振动头，并加速通过所述收缩部。6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述管道还包括扩张部，所述扩张在所述收缩部的下游处邻近所述收缩部设置。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体包括选自由城市废物、污水污泥、粪肥、原油和来自糖厂的废洗液组成的组中的至少一种。8.一种方法，包括：通过管道从近端朝向远端供应流体；以及用振动头使所述流体振荡，其中，所述振动头设置在所述管道...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔迈勒，
申请(专利权)人：突破技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：