来自水热液化(HTL)系统的水性废水通常具有高化学需氧量(COD)，这使得传统的好氧废水处理过于昂贵。HTL废水可以这样的方式使用热化学湿法氧化进行加工，该方式不仅具有成本效益，而且提供比高能需求的HTL工艺所需更多的热量。提供了用于生物质的集成水热液化和产生的废水处理的方法和装置。的废水处理的方法和装置。的废水处理的方法和装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水热液化和湿法氧化废水处理的具有成本效益的集成
[0001]本专利技术大体上涉及用于木质纤维素生物质的热化学加工的方法和系统，并且具体地涉及水热液化(HTL)。
[0002]水热液化(HTL)工艺提供生物质的高效转化，该生物质包括高价值原料，诸如木材和稻草，以及低或负价值原料，诸如污水污泥和粪肥。HTL系统可以许多不同的方式配置，但通常产生初级产物，诸如生物原油、可燃气体副流和作为带有可溶性有机成分的水相回收的大量转化产物，这些可溶性有机成分包括有机酸、醇、醛、酚、糠醛衍生物和氮杂环组分。
[0003]在一些工艺配置中，水性产物与产物油流的一部分一起被永久再循环，从而水性有机溶质最终转化成油、气体和炭。参见例如Jensen 2017。其中产物油不再循环的其它HTL工艺产生水性废水级分，其通常是被去除的水性产物流的一部分，而其余部分再循环。HTL废水需要进一步加工，因为它富含有机污染物，这些有机污染物在自然界中充当各种代谢过程的抑制剂。综述参见Leng 2018。
[0004]HTL废水的化学需氧量(COD)通常非常高，当水相在该工艺中多次再循环时，实际为100g/L或更高。这使得传统的好氧生物废水处理方法过于昂贵。在最近的技术经济分析中，传统废水处理单元的成本比HTL工艺设备本身贵2
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3倍。参见Van Dyk等人，2019年，第161页。已经报道了HTL废水流的处理和“限价”的各种生物方法。综述参见Gu 2019。生物甲烷的厌氧消化在理论上很有前景，但由于HTL废水溶质的抑制作用，在实践中难以实现。参见例如Si 2018。已经提出了HTL废水的电解转化，但是这消耗能量，而对HTL工艺没有任何价值。参见WO2016169927。还已经提出了专门的热化学加工，目的是限价，具体地包括HTL废水的水热气化。参见Xu 2019，CN1066938。然而，技术经济学研究表明，这种方法也将被证明成本过高。参见例如Zhu 2019。
[0005]我们已经发现，部分地由于其高COD含量，HTL废水可以这样的方式使用热化学湿法氧化进行加工，该方式不仅具有成本效益，而且能够提供比高能需求的HTL工艺所需更多的热量。众所周知，湿法氧化是一种用于富含抗生物有机污染物的问题流的废水处理方法。综述参见Bhargava 2006、He 2007。在湿法氧化中，在添加或不添加催化剂的情况下，在高压和高温下将压缩空气或氧气添加到水性原料中。通过在水的临界点或附近进行湿法氧化工艺，富含有机溶质的流可以被氧化，从而为HTL工艺提供多余的热量。通过在集成的HTL/湿法氧化工艺设计中仔细组织热交换系统，可很容易地“收获”这种过剩。湿法氧化后残留在工艺流中的残余COD通常很容易通过普通厌氧消化来消解。
附图说明
[0006]图1示出带有集成的并流或逆流HTL/湿法氧化反应器的本专利技术的HTL系统的一个实施例。
[0007]图2示出带有外部湿法氧化系统和热传递回路的本专利技术的HTL系统的一个实施例。
[0008]图3示出其中经由转化成电能来进行湿法氧化的能量传递的本专利技术的HTL系统的一个实施例。
具体实施方式
[0009]在一些实施例中，本专利技术提供一种水热液化(HTL)系统，其中加热HTL工艺所需的能量全部或部分地由用于由所述HTL工艺产生的水性废物流中的有机内容物的湿法氧化的相关系统提供。
[0010]如本文所用，术语“用于湿法氧化的相关系统”是指以这样的方式组织的系统，该方式通过直接热接触或通过由热传递介质介导的热接触或在湿法氧化工艺产生抵消电力的情况下通过电力为HTL工艺提供热量。
[0011]在一些实施例中，本专利技术提供一种水热液化(HTL)的方法，其中水性废水以为HTL工艺提供热量的方式进行湿法氧化。
[0012]废水的湿法氧化可通过经由热交换系统与HTL工艺直接热接触进行湿法氧化工艺而有利地与HTL结合。例如，在一些实施例中，生物质原料流的HTL和HTL废水的湿法氧化在管式热交换器的相对侧以并流或逆流方式进行。用于此目的的合适的热交换器是在UK1911294.5中描述的多管系统，该文献全文以引用方式并入在此。
[0013]HTL废水的湿法氧化也可在单独的外部单元中执行。例如，在一些实施例中，外部湿法氧化单元经由诸如高压蒸汽、高压压缩水、热油或熔盐的热传递介质向HTL工艺提供多余的热量。在将多余的热量输送到HTL工艺之后，来自单独的湿法氧化单元的产物流可进一步用于附加热交换器中，以将原料流预热到例如250℃。
[0014]HTL废水的湿法氧化也可在单独的外部单元中执行，其中由该工艺产生的热能用于产生电力。在此类实施例中，可通过电微调加热来提供用于HTL工艺的热量。
[0015]本专利技术的方法特别适用于HTL系统，其中水性产物相的一部分而不是产物油再循环。在此类HTL工艺中，生物质进料流通常具有约10
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25wt％的干物质(DM)含量。假设在350℃下转化，产物油产率为32wt％，H2O和CO2产率为15wt％，且炭产率为3wt％，其中70％的水相产物再循环，废水流将具有大约9.6wt％的DM含量。基于HTL设备每小时接收在干物质基础上的1000kg生物质，并假设在350℃下废水干物质的湿法氧化的固有能量产量至少为15MJ/kg，由废水处理产生的净热量对应于HTL工艺的净热量需求的150％
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350％。
[0016]因此，通过应用本专利技术的方法和系统，HTL工艺需要很少或不需要除了泵送/能量之外的能量输入。HTL工艺所需的热量来自废水溶质的湿法氧化，并且同时废水COD水平显著降低。根据反应时间、温度、催化剂和氧气压力，可将COD降低从部分调整到几乎完全。
[0017]在一些实施例中，湿法氧化工艺可使用原位氧气产生来补充或替代压缩空气。如本领域技术人员将容易理解的，可使用相对便宜的系统(诸如基于膜的浓缩器)来产生氧气，或替代地经由提供附加优势的更昂贵的系统(诸如碱性电解槽或固体氧化物电解池)来产生氧气。电解将提供氧气和有价值的氢气副流，其可用于各种工艺，诸如产物生物原油的加氢处理。在一些实施例中，电解产生的氧气在注入到湿法氧化器中之前理想地被压缩到大约200巴，这可提供产生的氧气的期望预热。
[0018]在一些实施例中，用于HTL工艺的反应器是管式的，或以其它方式设计成提供一定程度的管式流动。HTL反应器可理想地确保至少300秒(5分钟)到300分钟的停留时间。反应器的直径通常经过优化以确保从湿法氧化反应器进行良好的热传递，并且典型尺寸在15mm和100mm之间，且长度在5
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500m或在10m和500m之间或在50m和500m之间。HTL反应器中的流速通常在0.05和2米/秒的范围内。
[0019]用于湿法氧化工艺的反应器通常可具有与HTL反应器相似的尺寸。在其中湿法氧化反应器被布置成与HTL反应器并流或逆流直接热接触的实施例中，两个反应器可具有相似的尺寸。在一些实施例中，湿法氧化反本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种水热液化(HTL)系统，其包括：
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用于生物质的水性浆液的入口单元，
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高压泵，其提供至少100巴的出口压力、与所述入口单元连通，
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热交换器，其适于通过所述HTL产物流被直接或间接加热，
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连续HTL反应器，
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连续湿法氧化反应器，其适于加工由所述HTL反应器产生的水性废水，和
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HTL工艺加热器，其是电的或适于通过直接热接触或经由热交换流体或气体间接从湿法氧化反应器接收热能。2.根据权利要求1所述的水热液化(HTL)系统，其中湿法氧化和HTL反应器是直接热接触、集成、并流或逆流。3.根据权利要求1所述的水热液化(HTL)系统，其中所述湿法氧化反应器为配备有热传递回路的外部湿法氧化系统。4.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：伊布，
申请(专利权)人：塞科利亚诺蒂克公司，
类型：发明
国别省市：
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