一種用於處理含有易揮發組分的液態流體的方法
2023-07-12 03:10:21
專利名稱：一種用於處理含有易揮發組分的液態流體的方法
技術領域：
本發明涉及用於處理至少一種液態流體的方法，以及實施該方法的裝置。越來越嚴格的防汙指標要求在將生活垃圾和工業垃圾排放以前，根據很精確的物理一化學標準對它們進行分類。
目前最常用的一種存放無用物質的方法在於將這些物質堆放在一個空腔中。這些通常被認為是垃圾的物質來源不同。它們可以來自家庭，工業，農業，它門包括大量的礦物質和有機物質。
這些垃圾可能對環境有毒，而且具有不同的穩定性。因為，它們中的有一些因其化學性能而被認為對環境有毒，所以它們如果擴散到環境中就有可能嚴重地危害生態物質。
而且必須最大限度地防止這些組分滲透到土壤中，因此應當將它們回收，以便日後進行處理。
當這些垃圾堆積，即它們受到壓縮時，它們就處於厭氧環境。這種沒有氧氣的環境在第一階段會促使有機酸形成，在第二階段會促使生物氣形成。同時，形成水溶液(浸濾液)。
這些由混合物構成的生物氣的能量較小，但它們仍對工業有開採價值，上述混合物包括二氧化碳，甲烷，水蒸汽，硫化氫，胺，磷化氫。另外，這種生物氣的缺陷在於其腐蝕性和噁心的氣味。在工業上開發該生物氣的潛在能量以前，由於這些缺陷的存在，所以必須進行預處理，但是這預處理很難實施，原因在於這種生物氣的運輸費用太高，排放地點與處理現場太遠，而且離潛在的用戶也太遠。
另外，通常在堆積垃圾的空腔底部進行排放來回收浸濾液。為了保護環境，採取了各種加強措施，這些措施規定要將這些洞穴變成能夠防止向土壤滲入的洞穴。這種不滲入的措施在於將洞穴的內表面上塗敷粘土和/或塑料保護層，而這種對洞穴的保護措施使得回收的浸濾液比以前有所增加。
除了有水以外，這種浸濾液另外主要包括以下對環境有毒的組分以重金屬為基和/或溶於水的鹽為基的組分。因此要求對其預先進行化學處理，以便在將其排放到大自然中以前使其含有的環境汙染物成為隋性物質。
此外，浸濾液是公知的腐蝕液，例如對混凝土產生腐蝕。
至今所用的若干方法中，主要缺陷在於性能差，處理液態垃圾和氣態垃圾的費用高。
因為，由於垃圾處理的效率不高，所以使用傳統的生物方法會使環境汙染物排放到大自然中。
化學氧化方法要求使用補充反應劑(氧化水，臭氧)，它們的含量應當不變，使其適合於浸濾液中的各化學組分的不同特性。
最後，對浸濾液直接進行焚燒需要一個過濾煙氣的輔助設備，以便在焚燒期間收集顆粒狀乾燥鹽。
另外還要求在既不汙染環境，又不會對大自然產生危害的情況下能夠正確、便捷、經濟地對液態垃圾和氣態垃圾同時進行處理，這兩種垃圾不論從毒性和腐蝕生來看均是環境汙染物，它們的含水量很大，但不存在上面所講的缺陷。
本發明的目的在於提供一種用於處理至少一種未經處理的液態流體的方法，這種流體的含水量很大，而且包括一種易揮發組分和一種重組分，為的是將這兩種組分分離開。
本發明的方法在於a)點燃至少一種氣態流體，以便產生一種燃氣，b)回收燃氣的熱量，以便加熱液態流體，c)使再加熱的液態流體在加壓條件下循環，d)利用蒸發萃取液態流體中的易揮發組分，e)通過然燒使易揮發組分氧化，和f)萃取濃縮狀態的重組分所述方法可以對至少一種液態流體和至少一種氣態流體同時進行處理。
本發明目的的優點在於因使用了氣態流體中的大量能量而可以防止將液態殘渣散發到環境中。因為利用這種能量可以將散發物質蒸發到大氣中。
另外，本發明目的的優點在於可以通過使用另一種氣態垃圾來處理液態垃圾，而不需要添加輔助反應劑，同時可以使起初所有液態垃圾的組分蒸發。
此外，本發明的方法通過將液態垃圾中的有機組分燃燒，而不需要添加碳氫燃料就可以對所有或部分易揮發組分進行氧化，並且經冷凝可以進行回收。
本發明的方法特別適用於液態流體組分變化的情況，這種情況包括不同的萃取(排放)地點之間的變化以及同一地點或不同地點在不同提取階段之間的變化。與生物方法相反的是，為了獲得最佳性能，本發明的方法對液態流體的生物降解性的變化非常不靈敏。
另外，要求實施本發明方法的設備緊湊，這樣便於處理單位的卡車進行輸送，由此降低了成本。
本發明的目的還在於實施上述方法的處理裝置。
該裝置的特徵在於它主要包括-一個用於至少一種氣態流體的輸入管；-一個燃燒室；-一個包括至少一個氣/液熱交換器的熱回收回路；-一個可調風機，來自燃燒室的燃氣在通過熱交換器以後得到冷卻，該風機將該冷卻後的燃氣排到大氣中；-一個液態流體的輸入管道；-一個用於對液態流體的易揮發組分進行蒸發的蒸發器-一個用於萃取重組分的的萃取裝置。
液態流體最好與其易揮發組分中排出的部分流體一起循環。
最好氣態流體在高於約900℃的溫度下，燃燒重組分的溫度最好高於約500℃的溫度。
當再循環時，液態流體最好能在加壓下循環，然後在溫度高於液態流體的易揮發組分的蒸發溫度下將其加熱。
最好回收冷卻到低於約700℃溫度下的燃燒氣體的熱量。最好在約200℃的溫度下將燃燒氣體排放到大氣中。
重組分主要包括重有機物質和溶於水的鹽。在根據本發明進行處理以前，重組分的體積約為液態流體初始體積的1-20％。
本發明方法中所用的流體最好是生物氣體。這種生物氣體可以包括至少一種氣態的可燃化合物(例如甲烷)，除了該可燃化合物外，還可以包括至少一種氣態化合物，這種化合物選自水，空氣，二氧化碳氣體，硫化合物，胺化合物及它們的混合物。
本發明方法中所用的流體最好是含有水的浸濾液，另外還可以包括至少一種化合物，這種化合物選自鈉鹽，鉀鹽，鈣鹽，鎂鹽，氯鹽，硫酸鹽，含氮化合物，氨鹽，磷鹽，Fe++離子，Mn++離子，Zn++離子，鉻，鉛，銅，鎘，鎳，根據化學需氧量進行計量的有機汙染物，根據生物需氧量進行計量的有機汙染物，所有的有機碳，以及它們的混合物。
未經處理的液態流體的入口流量是燃燒氣體的出口流量的函數。
現在結合附圖描述本發明。
圖1是可以實施本發明方法的裝置的主要元件的示意圖；圖2是可以實施本發明方法的第二實施例的裝置的主要元件的示意圖。
該裝置在圖1中用標號1表示。該裝置包括一個生物氣的進口管2。該管道2與燃燒室4的下部3連接。熱氣體的排放管道5與燃燒室4的上部6連接。空氣引入裝置7與管道5連接。一個調節閥7可以改變輸入空氣的流量。燃燒室4可以是一個壁爐，一個焚化爐或其它類似的燃燒設備。燃燒室4基本為長形，它的一端有一個用於燃燒司燃氣體的裝置。可燃氣體從其另一端排出。
燃燒室4可以垂直設置，水平設置，也可以設置成與縱軸成一角度「a」，這樣它就可以提供滿足本發明方法的效率。
將管道5連接到標號8表示的熱交換迴路中。該迴路包括一個氣/液熱交換器9，一個液/液熱交換器10和一個循環泵11。
熱交換器9通過一個風機12連接到外面。
除此之外，本發明裝置主要還有一個標號13表示的迴路。
該迴路13由熱交換器10，一個蒸發器14和一個萃取浸濾液中的重組分的萃取裝置15構成。具有蒸發室(未示出)的蒸發器14由耐腐蝕材料製成，例如鋼或合金鋼。根據需處理的浸濾液化學特性選擇利料的性能。
熱交換器10的出口16通過順序相連的多根管道與蒸發器14相連。蒸發器14的上部19通過一根管道在距燃燒火焰足夠距離處與燃燒室4相連，以便使浸濾液中的易揮發組分和生物氣體得到適當且同時的燃燒。
蒸發器14的出口20通過一個管道泵21的入口21a相連。還有易揮發化合物的重組分被回收以後進行再循環，泵21的出口21b通過一根管道與熱交換器10的入口22相連。
輸入管道23通過泵24向處理裝置供應需處理的浸濾液，以便保證需處理的浸濾液的總量不變。泵24的出口24a通過一根管道與泵21的入口21a相連。
加壓下的未經處理的浸濾液溫度為約10℃至30℃。
萃取裝置15通過一根管道與泵21的出口21b相連。
當裝置進行運行時，管道2向燃燒室4的下部3供應生物氣。燃燒後的溫度為約900℃以上的熱氣體經燃燒室4的上部6排放到熱交換器9中。放出的熱量通過熱交換迴路8傳遞給需處理的浸濾液。
來自燃燒室4的熱氣體在進入熱交換器9以前先由大氣中的空氣冷卻到700℃至200℃左右。熱交換器9出口處的氣體溫度為200℃左右。由於具有水蒸汽，所以在這種溫度下不會形成混雜氣體。
泵11使液態流體的迴路進行循環，其作用在於在低於175℃的溫度下「防止」熱量因浸濾液的質量變化而產生的波動，這樣也就避免了待處理浸濾液在熱交換壁處蒸發，從而防止其內壁結垢。
用熱交換器10加熱過的待處理的浸濾液經加壓在迴路13中循環。
然後該加熱過的浸濾液在蒸發器14中蒸發。
傳出的熱量可以使浸濾液的易揮發組分蒸發。在蒸發期間，產生的帶有一些壓力的易揮發組分經蒸發器14的上部19排出，以便進入沒有火焰的燃燒室4，從而不影響生物氣的燃燒質量。
由水蒸汽攜帶的易揮發組分在約高於500℃的溫度下氧化。在氧化期間，汙染物的分子在氧化溫度下被破壞。在燃燒這種易揮發組分時得到的能量與燃燒生物氣時得到的能量混合，以便象上述那樣進行回收。
浸濾液的沒有蒸發的重組分是主要成分為有機物質、懸浮固體和鹽的混合物。該組分在蒸發器14的下部20濃縮，通過裝置15將其陸續從設備中萃取出來，以便在以後進行特殊處理。根據蒸發器14內的浸濾懸液的溫度決定是否萃取。因為，溫度是重組分濃度的函數。蒸發器14中的一連串有規律的溫度分布提供的表達式可以通過有規律的電阻測量和浸濾液的粘度得到完善。
濃縮的重組分可以含有100g/l的溶解鹽(主要是氯化鈣和氯化鈉)以及重有機物質。
泵21可以使仍然含有易揮發化合物的重組分進行循環，並使該重組分與未處理的浸濾液混合，所述系統處於加壓狀態下。
正如圖2可以看到的那樣，熱交換迴路8隻有一個氣/液熱交換器9。
在該附圖的情況下，不同流體(液體，氣體)的入口溫度和出口溫度與圖1所示的相同。
浸濾液在通過熱交換器9時重新得到加熱，熱交換器入口處的燃燒氣體的溫度為700℃至200℃左右。
權利要求
1.一種用於處理至少一種未經處理的液態流體的方法，這種流體的含水量很大，而且包括一種易揮發組分和一種重組分，為的是將這兩種組分分離開，本發明的方法在於-點燃至少一種氣態流體，以便產生一種燃氣，-回收燃氣的熱量以便加熱液態流體，-使再加熱的液態流體在加壓條件下循環，-利用蒸發萃取液態流體中的易揮發組分，-使未處理液態流體與其易揮發組分中排出的部分流體一起循環，-通過燃燒使易揮發組分氧化，和-萃取濃縮狀態的重組分，所述方法可以對至少一種液態流體和至少一種氣態流體同時進行處理。
2．根據權利要求1所述的方法，其特徵在於氣態流體在約900℃以上的溫度下燃燒。
3．根據權利要求1所述的方法，其特徵在於液態流體的易揮發組分在約500℃以上的溫度下燃燒。
4．根據權利要求1所述的方法，其特徵在於液態流體先在加壓條件下循環，然後在比液態流體的易揮發組分的蒸發溫度高的溫度下加熱。
5．根據權利要求1所述的方法，其特徵在於對在低於約700℃的溫度下冷卻的燃燒氣體進行熱量回收，所述燃氣在約200℃的溫度下排放到大氣中。
6．根據權利要求1所述的方法，其特徵在於含有溶解水的鹽和重有機物質的重組分的體積約為處理前的液態流體初始體積的約1-20％。
7．根據權利要求1或2所述的方法，其待徵在於氣態流體是生物氣體，這種生物氣體包括至少一種氣態的可燃化合物，該可燃化合物與或不與至少一種氣態化合物結合，這種化合物選自水，空氣，二氧化碳氣體，硫化合物，胺化合物及它們的混合物。
8．根據權利要求1所述的方法，其特徵在於液態流體是含有水的浸濾液，另外還包括至少一種化合物，這種化合物選自鈉鹽，鉀鹽，鈣鹽，鎂鹽，氯鹽，硫酸鹽，Fe++離子，Mn++離子，Zn++離子，鉻，鉛，銅，鎘，鎳，根據化學需氧量進行計量的有機汙染物，根據生物需氧量進行計量的有機汙染物，所有的有機碳，以及它們的混合物。
9．根據權利要求1,2,4或8所述的方法，其特徵在於未經處理的液態流體的入口流量是燃燒體的出口流量的函數。
10．一種實施上述任一權利要求所述方法的裝置，其特徵在於它主要包括-一個用於至少一種氣態流體的輸入管(2)；-一個燃燒室(4)；-一個包括至少一個氣/液熱交換器(9)的熱回收回路(3)；-一個可調風機(12)，來自燃燒室(14)的燃氣在通過熱交換器(9)以後得到冷卻，該風機將該冷卻後的燃氣排到大氣中；-一個液態流體的輸入管道(23)；-一個用於對液態流體的易揮發組分進行蒸發的蒸發器(14)；-至少一個液/液熱交換器(10)-一個用於萃取重組分的的萃取裝置(15)。
11．根據權利要求10所述的裝置，其特徵在於它還包括至少一個引入大氣的設備(7)，該設備帶有至少一個通過用大氣進行稀釋對來自燃燒室(4)的熱燃氣進行冷卻的調節閥(7a)。
12．根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於蒸發器(14)包括a)一個由上部(19)和一個下部(20)構成的蒸發室，易揮發組分從該蒸發室上部排放到燃燒室(4)中進行焚燒，仍含有易揮發組分化合物的重組分從該下部得到回收，然後進行再循環，b)一個用於輸入溫度為約10至30℃的未處理的加壓液態流體的泵(24)，以便將待處理的液態流體總量保持在恆定值，c)一個循環泵(21)，它可以使仍含有易揮發組分化合物的重組分進行循環，並使其與未處理的液態流體進行混合。
全文摘要
本發明涉及一種用於處理至少一種未經處理的液態流體(23)的方法,這種流體的含水量很大,而且包括一種易揮發組分和一種重組分,為的是將這兩種組分分離開。本發明的方法在於:點燃至少一種氣態流體(2),回收燃燒產生的熱量以便隨後加熱液態流體。使加熱的液態流體處於加壓下,然後使其降壓,以便分離重組分和易揮發的組分。將易揮發組分與氣態流體一起燃燒。萃取重組分,使其經受後續處理。本發明還涉及一種實施上述處理方法的裝置。
文檔編號C02F9/08GK1298371SQ9980560
公開日2001年6月6日 申請日期1999年4月30日 優先權日1998年4月30日
發明者J·F·諾格雷特, B·萊菲布夫雷, J·G·諾特爾特爾斯, J·P·萊格利瑟 申請人:薩普工業公司