改进的甲烷化方法和设备技术

本发明专利技术涉及从有机液体污泥(21)开始的甲烷化方法和设备，以已知的方式包括在消化器(47，100)中的污泥水解/产酸步骤、用于从水解的污泥产生乙酸盐的产乙酸步骤以及从乙酸盐产生甲烷的产甲烷步骤。它包括产生水解的污泥乳液(23)的初始步骤，该水解的污泥乳液通过如下方式获得：用注入到所述污泥中的气体(27)撞击污泥，然后将所述水解的污泥连续供给相对于消化器在线的加压反应器(25，101)，然后经由在所述水解的污泥中产生压降的构件(29)从该反应器中排出，所述初始步骤在供给消化器之前和/或经由消化器重复至少一次。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进的甲烷化方法和设备
本专利技术涉及使用有机液体污泥进行的改进的甲烷化(méthanisation)方法。有机污泥被理解为是指包含至少10％的有机物质的污泥。本专利技术还涉及实施这样的方法的甲烷化设备以及在严格意义上的分解/消化过程之前获得的中间产品，这使得能够获得生物气。本专利技术可特别重要地但非排他性地应用于可再生能源的领域中，并且更特别地用于获得适于被转化为热、电和/或车辆燃料的生物气。
技术介绍
已知甲烷化现象在沼泽(植物和动物物质分解的场所)中自然地发生。但也可以从液体废物、特别是从包含细菌物质及其分泌物的有机污水污泥获得它。污泥的甲烷化是一个复杂的生物过程。传统上，有机污泥必须储存在被称为消化器的密封槽中，在该槽中有机污泥在给定时间内经受厌氧细菌的作用。在无氧的情况下，所涉及的生物反应步骤如下：(i)水解和产酸的步骤，在此过程中复杂的有机链(蛋白质、脂质、多糖等)被转化为更简单的化合物。由于存在难以水解的化合物如纤维素、淀粉或脂肪，这种分解通常是一个限制性的步骤。在该反应结束时，该产酸作用将产生有机酸(脂肪酸、氨基酸等)以及氢气和二氧化碳。(ii)产乙酸步骤，其中先前获得的产物被转化为作为甲烷的直接前体的产物，主要由乙酸盐、乙酸、二氧化碳和氢气形成。为此并且本身已知地，特别使用两种类型的细菌，即专性产氢产乙酸菌(OHPA)和非互养产乙酸菌(面向乙酸盐的生产)。这个步骤需要连续去除所产生的氢气。(iii)产甲烷最终步骤，在此过程中乙酸被转化为甲烷和二氧化碳。已知地，产甲烷是由古细菌型厌氧微生物进行的，并且经历两种类型的反应：·CO2+4H2→CH4+2H2O·CH3COOH→CH4+CO2已知当在微量元素的存在下电位、氧化还原、温度和压力条件令人满意地得到满足时，产甲烷古细菌就会发育。所获得的甲烷在消化器的顶部被回收。残余物质(消化物)本身被回收和储存。如上所述，限制甲烷化的主要因素在于在污泥的水解过程中，归因于恰当且快速地水解污泥中初始存在的脂肪、淀粉和其他纤维素的困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种方法、系统和中间产品，它们比以前已知的那些更能满足实际要求，特别是使得能够改进已知甲烷化方法的第一水解步骤，并且这同时使得能够在该方法结束时提高所产生的甲烷的生产收率，并获得更为有用的消化物(digestat)，因为它是更为矿物的。由于本专利技术，从而可以减小消化器的尺寸和/或提高在过载时的现有消化器中的停留时间，或者使得能够在它们未过载时引入额外的有机原料，这相应地提高了收率。它因而使得能够在环境友好的绿色经济的背景下实现净化站污泥的额外增值利用。厌氧消化因此成为污泥处理的可选附加步骤，这使得能够使其稳定并减小其体积，同时还促进其脱水。已知污泥的干物质(MS)由有机物质、矿物物质和溶解盐形成。此干物质包含一部分挥发性物质(MV)，其平均占处理前的有机污泥的70％-80％，而对于消化的污泥而言，该比例约为50％。为了评价这种消化的性能，通常利用消化器入口和出口之间挥发性物质的浓度对比。消化器的此收率取决于多个参数，其中包括污泥的物理性质、实际停留时间、消化器中混合的有效性、温度维持、pH值和污泥的生物降解性。据观察，污泥中最可生物降解的部分首先被消化破坏。本专利技术因此基于这样的想法，即通过在消化前增加此生物可降解部分，从而使得整个方法得以改进，所有其他参数均相同。在厌氧消化之前被用作预处理的污泥解体过程是已知的。这些技术的目的是溶解颗粒状有机物质并减小细菌絮凝物的尺寸。然而，这些机械或化学技术都具有缺点。它们尤其给出了不足的性能，这归因于导致出现不可生物降解的抗性有机物质的氧化反应，这导致了与所需效果相反的效果。例如，通过超声波作用于污泥的制备技术是已知的。然而，这些技术会在分子水平上产生空化现象，因此会产生非常高的压力/温度，这是导致通过产生自由基的氧化的原因。还存在热水解技术。尽管这些技术更为有力并且能够显著改善消化器的性能，但它们在设备和运行成本方面是昂贵的，和/或需要加热到高温(160℃-180℃)。总之，所有这些技术都是昂贵的，并且所具有的缺点是产生对消化过程有抗性的有机物质，从而部分抵消了厌氧细菌的消化作用，这些物质以不可生物降解的排放物的形式见于净化站的出口处。最后，污泥制备过程的有效性与这些污泥的初始MS载荷有关。因此，在具有局部或化学作用的机械裂解(lyse)技术(如上所述并且使用超声波或化学氧化的那些)的情况下，推荐的最大载荷为6-8g/升MS，这不可避免地导致设计大尺寸的消化前的制备设备。对于热水解技术，优化处理的初始浓度约为20g/升，所有较低的浓度都会相反地产生额外的成本，这在此又带来了空间、均化和价格的问题。本专利技术旨在通过以下方式来克服这些缺点：通过在上游引入补充处理，从而以简单、紧凑和不贵的方式尤其提高已知消化器的收率，这出人意料地并且同时使得能够增稠待消化的污泥，降低其粘度并提高有机物质在水体中的分散，所有均与细菌的部分裂解(lyse)相结合。这样的结果是通过添加小型辅助设备以经济的方式获得的，该辅助设备使得能够获得更紧凑的整体甲烷化系统或为已经变得过载的消化器保持更长的停留时间。为此，本专利技术特别提出一种从有机液体污泥开始的甲烷化方法，该方法以已知的方式包括在消化器中的污泥水解/产酸步骤、用于从水解的污泥产生乙酸盐的产乙酸步骤以及从乙酸盐产生甲烷的产甲烷步骤，其特征在于该方法包括产生水解的污泥乳液的初始步骤，该水解的污泥乳液通过如下方式获得：用注入到所述污泥中的气体撞击(choc)污泥，然后将所述水解的污泥连续供给相对于消化器在线(enligne)的加压反应器，然后经由在所述水解的污泥中产生压降的构件从该反应器中排出，所述初始步骤在供给消化器之前和/或在经过消化器之后且在再供给消化器之前重复至少一次。这个重复的补充初始步骤特别能够从由待处理的有机污泥所构成的粘性不可压缩流体开始产生包含细菌和细菌絮凝物(flocs)的可压缩流体，这归因于相对不太剧烈的压力/反压循环，针对其观察到，当这些循环的次数N超过至少等于2的某个阈值时，它们会出人意料地充分破坏(裂解)污泥中存在的一部分细菌。有利地，这种处理是在不添加任何絮凝剂的情况下进行的，这对于相反在寻求促进组合物在甲烷化器中更好的初始水解(这必须允许絮凝)的本领域技术人员来说看来是不利的。然而在实践中却获得了优异的结果。但在另一种实施方案中(其中污泥的絮凝实际上在初始步骤之后在重复至少一次之前进行)，本领域技术人员可相反地预期到所获得的絮凝物被破坏。然而，虽然观察到本专利技术确实破坏了这种絮凝，但这实际上并最终相对温和地分散了有机物质，同时因此允许更多地将这种有机物质提供给通过例如古细菌类型的细菌的以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从有机液体污泥(21)开始的甲烷化方法，该方法以已知的方式包括在消化器(47，100)中的污泥水解/产酸步骤、用于从水解的污泥产生乙酸盐的产乙酸步骤以及从乙酸盐产生甲烷的产甲烷步骤，其特征在于该方法包括产生水解的污泥乳液(23)的初始步骤，该水解的污泥乳液通过如下方式获得：用注入到所述污泥中的气体(27)撞击污泥，然后将所述水解的污泥连续供给相对于消化器在线的加压反应器(25，101)，然后经由在所述水解的污泥中产生压降的构件(29)从该反应器中排出，所述初始步骤在供给消化器之前和/或在经过消化器之后且在再供给消化器之前重复至少一次。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181226 FR 18741581.一种从有机液体污泥(21)开始的甲烷化方法，该方法以已知的方式包括在消化器(47，100)中的污泥水解/产酸步骤、用于从水解的污泥产生乙酸盐的产乙酸步骤以及从乙酸盐产生甲烷的产甲烷步骤，其特征在于该方法包括产生水解的污泥乳液(23)的初始步骤，该水解的污泥乳液通过如下方式获得：用注入到所述污泥中的气体(27)撞击污泥，然后将所述水解的污泥连续供给相对于消化器在线的加压反应器(25，101)，然后经由在所述水解的污泥中产生压降的构件(29)从该反应器中排出，所述初始步骤在供给消化器之前和/或在经过消化器之后且在再供给消化器之前重复至少一次。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所使用的气体是空气。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，针对污泥然后针对相继获得的水解的乳液进行该初始步骤至少N次，其中N≥4。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在供给消化器(47，100)之前，针对污泥的这个初始步骤或这些初始步骤之后是MS/液体分离步骤(7，9)，例如在压带上或简单地通过沥水来进行。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，反应器出口处的乳液在下一个步骤之前进行脱气(4)。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在下一个步骤之前，絮凝剂(30)在反应器出口处被注入(5)到乳液中。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该絮凝剂是在通大气之前在反应器出口处注入的聚合物。


8.根据权利要求6和7所述的方法，其特征在于，絮凝的污泥乳液通过在用作浓缩器(36)的容器中浮选/沉降絮凝的乳液来进行浓缩，浓缩的污泥被连续地排放到消化器(47,100)。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，污泥(21)经由小直径d的元件(24)供给加压反应器(25)，在该元件中污泥以高速v(v>10m/s)并且在低压p下经过，将气体或空气(27)以高流量(qNm3≥10Qm3，Q是污泥的流量)注入到该元件中，以产生可压缩的气态乳液(28)，然后将其供给下游的反应器(25)，该反应器具有比该元件更大的直径D(D>20d)，乳液在该反应器中在更高的压力P(P>p)下并且以更低的速度V(V<v)经过，之后在下游构件中经受压降。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，小直径元件(24)是文丘里管。


11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，空气以20°-90°的角度在污泥的流动方向上注入。


12.根据前述权利要求中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·卡波，P·让德罗，
申请(专利权)人：奥里格公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR