【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、期望使用微生物以利用发酵将含有一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)和/或氢气(h2)的气体，如工业废气或合成气转化为各种产物，如燃料和化学品。可以消耗co、co2和h2的生物体的低乙醇耐受性需要使用连续发酵技术，由此从生物反应器(发酵罐)中去除含有乙醇、乙酸盐和细胞的发酵液，并且添加新的生长培养基。然后从去除的发酵液中回收乙醇和细胞。然后，乙醇耗竭的所去除的发酵液需要在释放之前经受废水处理，这显著增加了资金和工艺成本(例如，商业规模的生物反应器可能含有超过一百万升水性发酵液，并且创建用于处理所有乙醇耗竭的所去除的发酵液的废水处理系统将需要大量资金成本)。
2、因此，仍然需要减少连续发酵相关的昂贵废水处理和大量用水的需求的方法。用于减少这种在废水处理方面负担的一种方法是使乙醇耗竭的所去除的发酵液再循环回到生物反应器(被称为塔底物再循环，因为其涉及由蒸馏产生塔底物)。在将塔底物引入到发酵中之前，必须去除细胞和其它生物固体。通过离心或其它技术去除生物固体会产生适于返回到反应器的澄清的发酵液级分，以及含有至多80-95％的水，如至多40-50％的水的生物固体悬浮液。在处理生物固体之前必须减少这种生物固体悬浮液的水含量(被称为脱水的过程)。固体脱水会产生水分含量显著降低的含有生物固体的滤饼。
3、先前尝试对所去除的生物固体进行脱水未能产生水分含量和粘性不可接受地高的输出滤饼。这是令人不满意的，因为在输出滤饼中回收了较少固体。此外，粘性降低了从过滤单元回收经脱水的生物固体的效率，这导致所述过程效率降低
4、应当理解，本
技术介绍
描述由专利技术人创建以帮助读者，并且不应被视为对现有技术的引用，也不应被视为是对本领域已经了解任何所指出的问题本身的指示。虽然在一些方面和实施方式中，所描述的原理可以缓解其它系统中固有的问题，但应当理解，受保护的创新范围由所附权利要求书限定，并且不由本公开的任何实施方式解决本文指出的任何具体问题的能力限定。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种使固体副产物脱水的方法，以及分别制备含氧产物、动物饲料和肥料的方法。在此方面，本公开的脱水方法可以用于各种固体/液体分离应用中，并且本专利技术不限于任何特定应用。在本公开方法的一个应用说明中，含氧产物，如乙醇可以在发酵过程中制备，如果期望的话，所述发酵过程可以是连续过程。源自任何合适来源的基质气体，如合成气体(合成气)在使用微生物的连续过程中，例如，在生物反应器中发酵。所述合成气含有一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)和/或氢气(h2)的一些组合。为了促进发酵，生物反应器通常还含有水、维生素和本领域已知的营养物。发酵过程产生含氧化合物以及作为一种副产物的生物固体。
2、发酵后，含氧产物可以回收，例如通过蒸馏。通常，生物固体(含有活细胞和死细胞)通过离心等去除。来自所述过程的上清液通过将其返回到生物反应器而再循环。离心机在液体的帮助下将生物固体去除，使得形成通常含有例如至多约80-95％的水，如至多40-50％的水(例如，约40％至约95％、约50％至约95％、约40％至约80％、约50％至约80％)的悬浮液。期望根据本公开的实施方式对悬浮液进行脱水。回收水允许生物固体的重量减少和稳定性提高。此外，降低的水含量提高干燥步骤的效率，如果这些步骤进行的话。稳定性由于降低的水含量可以使由微生物引起的降解减少而得到改善。所回收的水是相对少量的，并且可以被送至例如进行废水处理。虽然通常不具有成本效益，但是在一些实施方式中，如果期望的话(例如，如果对水需求高的话)，所回收的水可以再循环并再次在生物反应器中使用以用于发酵过程。所述过程由于脱水而更高效，因为其可以降低固体去除频率，并且因此允许减少中断。这是一个相当大的优点，尤其是在非常大规模的实施方式中，其中在生物反应器中通常有至少数万升或甚至数十万升或更多的材料。
3、本公开提供了固体副产物(例如，液体形式的生物质(蒸馏物))的化学处理的顺序。所述处理可以发生在例如预处理或调节釜或混合釜中，但是其可以根据期望发生在任何其它位置中，如内联混合器中。这种处理令人惊讶地且出乎意料地促进脱水和水从固体副产物中分离。在此方面，用碱性材料处理固体副产物颗粒以增加生物质浆液的ph。例如，ph值可以升高到约7至约8.5。已经发现这种ph增加出乎意料地有益于在含有生物固体的浆液中稳定浆液以增强其机械特性(例如，对过滤的比阻较低)，从而允许在添加本文所述的凝结剂和絮凝剂后成功过滤。在此方面，已经发现固体的物理状态会影响水去除的效率。例如，生物固体的物理特性可以产生粘性，而阻止通过例如螺旋压机或压滤机或本文所述的其它技术高效去除水。
4、将凝结剂添加到碱性处理的固体副产物，以减少固体副产物颗粒上的电荷。已经发现这种电荷减少会降低颗粒粘性，并且因此促进脱水过程，因为其产生的对过滤介质的比阻较低。在添加凝结剂之后，将团聚聚合物添加到固体副产物。聚合物起到絮凝剂的作用，以帮助使颗粒团聚成相对较大的平均大小。如所期望的，可以使用任何合适的较大平均粒径都以与要选择的过滤器孔大小相容。在一些实施方式中，团聚允许平均粒径为，例如，至少约1mm。团聚有利于过滤，以由此允许高固体回收率。使用本领域已知的或如本文所述的技术(例如，使用螺旋压机、带式压机、压滤机、离心机和/或环式装置、喷雾装置或其它干燥器装置进行)的脱水步骤允许将团聚的颗粒与含有水和胶体固体或残余固体的澄清的料流滤液分离。所述滤液可以被送至生物水处理。团聚的颗粒可以回收，并且在各个实施方式中，可以用作动物饲料(如家禽饲料、水生动物饲料)、肥料等。
5、有利地，本公开的实施方式允许去除水并且因此干燥所述副产物(例如，生物固体)。这增强了各个实施方式中的某些效率。例如，如果固体副产物含有较少的水，则其将会更轻并且更容易运输，从而通常降低运送或场外储存费用。另外，如果固体副产物在土地用途的应用中用于例如动物饲料或肥料，则其制备中的任何干燥步骤都由于副产物被脱水而简化。在一些实施方式中，所述固体副产物滤饼中水的减少还可以理想地降低由于微生物过程而导致的材料降解的易感性。另外，由于与水相关联的固体更少，因此在废物去除处理步骤中可以更容易地处理所去除的水。
6、在一些实施方式中，根据本公开的脱水方法能够有利地产生含有有效固体含量(例如，至少约10重量％的固体、至少约15％的固体、至少约20％的固体等)的滤饼和固体含量减少(如，约1000ppm或更少、约500ppm或更少或约300ppm或更少等)的澄清滤液。滤饼中的高固体含量是有益的，因为这产生的固体回收率更高，从而用于下一干燥步骤(例如，用于制备用作动物饲料、肥料等的固体)的能量更少。澄清料流滤液中的低固体含量是有益的，因为这产生了可易于生物消化的水用于生物处理。另外，所述顺序的化学处理相对价格本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种使固体副产物脱水的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体副产物通过使基质气体发酵以产生含氧化合物产生。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述基质气体是合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：CO、CO2和H2。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述含氧化合物是乙醇、丁醇、丁酸盐、乙酸盐、丙醇、丙酸盐或其任何组合。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述含氧化合物是乙醇。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述基质气体由煤、生物质、植物、天然气、城市或工业废物或其任何组合产生。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述基质气体通过煤的气化产生，并且所述固体副产物包括生物质。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述滤饼能有效作为肥料或动物饲料用于填埋场应用或土地应用。
9.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其进一步包括去除含氧化合物，其中所述固体副产物是在所述去除含氧化合物之前或之后从固体分离单元得到的。<...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种使固体副产物脱水的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体副产物通过使基质气体发酵以产生含氧化合物产生。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述基质气体是合成气，所述合成气包含以下组分中的至少两种：co、co2和h2。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述含氧化合物是乙醇、丁醇、丁酸盐、乙酸盐、丙醇、丙酸盐或其任何组合。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述含氧化合物是乙醇。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述基质气体由煤、生物质、植物、天然气、城市或工业废物或其任何组合产生。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述基质气体通过煤的气化产生，并且所述固体副产物包括生物质。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述滤饼能有效作为肥料或动物饲料用于填埋场应用或土地应用。
9.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其进一步包括去除含氧化合物，其中所述固体副产物是在所述去除含氧化合物之前或之后从固体分离单元得到的。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述碱性材料是石灰、氢氧化钠、苏打灰或其任何组合的水溶液。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中基于重量/重量，所述碱性材料以每磅固体副产物约0.4g至约0.8g的石灰、或约0.3g至约0.6g的氢氧化钠或约0.5g至约1.0g的苏打灰的剂量率，例如，每磅固体副产物约0.3g至约1g的碱性材料的剂量率添加。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述碱性材料是石灰水溶液，所述溶液含有约20g至约40g的2重量％的石灰，如约0.4g至约0.8g的100重量％的石灰。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述碱性材料是氢氧化钠水溶液，所述溶液含有约1g至约2g的40重量％的氢氧化钠，如约0.3g至约0.6g的100重量％的氢氧化钠。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述碱性材料是苏打灰水溶液，所述溶液含有约35g至约70g的2重量％的苏打灰，如约0.5g至约1g的100重量％的苏打灰。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，所述凝结剂的特征在于，化学上具有带阳离子(正)或阴离子(负)电荷的金属离子。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述凝结剂是带阳离子电荷的离子的多胺、带阳离子铝电荷的离子的氯化羟铝、带评级为gras的二甲胺表氯醇共聚物阳离子电荷的离子、硫酸铝(alum)、聚合氯化铝(pac)、氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁或其任何组合。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述凝结剂添加在水溶液中，所述溶液含有约1重量％至约10重量％的凝结剂。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中基于重量/重量，所述凝结剂溶液以每磅固体副产物约0.5g至约2g的剂量率添加。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，所述聚合物是高度带电荷的(例如，含有约20-40％阴离子或阳离子浓度的带电荷的颗粒)。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述聚合物是含有馏出物、石油和/或经加氢的轻质物的水溶性阴离子聚合物；含有少于50％的具有2-丙烯酰胺的聚合物的基于聚丙烯酰胺的阳离子乳液；含有馏出物、石油、经加氢的轻质物的呈乳液形式的阳离子水溶性聚合物；含有20-50％(w/w)n,n,n-三甲基-2-氯化乙铵的基于聚丙烯酰胺的阳离子乳液；具有2-丙烯酰胺和20-50％(w/w)馏出物、石油、经加氢的轻质物的聚合物；含有20-30％(w/w)馏出物、石油、经加氢的轻质物的呈乳液形式的阳离子水溶性聚合物；少于5％(w/w)的聚(氧基-1,2-乙二基)；呈乳液形式的a-十三烷基-w-羟基支化的或阳离子水溶性聚合物；含有己二酸的水分散性超高分子量阳离子聚合物；水溶性超高分子量阳离子聚合物；水分散性高分子量阳离子聚合物；水溶性极高分子量阴离子聚合物；或其任何组合。
21.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述聚合物添加在水溶液中，所述溶液含有约10g至约80g的0.5重量％的聚合物，如约0.05g至约0.4g的100重量％的聚合物。
22.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中基于重量/重量，所述聚合物溶液以每磅固体副产物约10g至约80g的0.5重量％聚合物的剂量率，例如，每磅固体副产物约0.05g至约0.4g的100重量％聚合物的剂量率添加。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，其中去除所述团聚的固体副产物包括通过评级为约1微米至约30微米，如约1微米至约10微米(例如，约5微米)的过滤材料进行过滤。
24.根据权利要求23所述的方法，其中过滤器是编织的。
25.根据权利要求23或24所述的方法，其中所述过滤通过压滤机在压力(如约0psi至约200psi的压力)下发生。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述过滤步骤在每1.7平方英尺过滤面积内对每33磅含有5重量％固体的固体副产物持续进行约1小时至约3小时，例如，在每1.7平方英尺过滤面积内对每33磅含有5重量％固体的固体副产物持续进行约1小时至约2小时的时间段。
27.根据权利要求25或26所述的方法，其中所述压力从约0psi逐步增加到约100psi。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述压力从约0psi增加至约20psi，至约40psi，至约60psi，至约80psi，至约100psi，其中所述压力在1.7平方英尺过滤面积内对每33磅固体副产物总计持续施加约1小时至约3小时。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的方法，其中所述压力在脱水或压制单元，如压滤机、或膜压机、或带式压机或螺旋压机中施加。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的方法，其中所述滤饼含有约25重量％至约50重量％的固体，如约25重量％至约40重量％的固体。
31.根据权利要求1至30中任一项所述的方法，其中所述碱性材料包括用过的氢氧化钠，如来自用于原位清洁的消毒步骤中用过的氢氧化钠。
32.一种制备如乙醇、丁醇、丁酸盐、乙酸盐、丙醇、丙酸盐或其任何组合的含氧化合物的连续方法，所述方法包括：
33.根据权利要求32所述的方法，所述细菌包括梭菌属、穆尔氏菌属、火球菌属、真杆菌属、脱硫杆菌属、一氧化碳嗜热菌属、产醋菌属、醋酸杆菌属、厌氧醋菌属、丁酸杆菌属、消化链球菌属或其任何组合。
34.根据权利要求32或33所述的方法，其中澄清的料流含有约500ppm或更少的总悬浮的固体，例如，约50ppm至约1000ppm总悬浮的固体。
35.根据权利要求32至34中任一项所述的方法，其中所述澄清的料流被送至废水处理。
36.根据权利要求32至35中任一项所述的方法，其中所述固体副产物通过离心、膜分离、螺旋压机、板式和框式压滤机、膜压滤机或其任何组合来分离。
37.根据权利要求32至36中任一项所述的方法，其中所述含氧产物通过分馏、蒸发、渗透蒸发、气提、相分离和萃取发酵，包括例如液-液萃取或其任何组合去除。
38.根据权利要求32至37中任一项所述的方法，其中所述滤饼能有效用作湿肥料。
39.根据权利要求32至38中任一项所述的方法，其中所述滤饼是经干燥的，并且经干燥的滤饼能有效用作干肥料、动物饲料或其任何组合。
40.根据权利要求32至39中任一项所述的方法，其中所述碱性材料包括用过的氢氧化钠，如来自用于原位清洁消毒步骤中用过的氢氧化钠。
41.根据权利要求32至40中任一项所述的方法，其中所述基质气体由煤、生物质、植物、天然气、城市或工业废物或其任何组合产生。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述基质气体通过煤的气化产生，并且所述固体副产物包括生物质。
43.根据权利要求32至42中任一项所述的方法，其进一步包括去除含氧化合物，其中所述固体副产物在所述去除含氧化合物之前或之后从固体分离单元得到。
44.根据权利要求32至43中任一项所述的方法，其中所述碱性材料是石灰、氢氧化钠、苏打灰或其任何组合的水溶液。
45.根据权利要求32至44中任一项所述的方法，其中基于重量/重量，所述碱性材料以每磅固体副产物约0.4g至约0.8g的石灰、或约0.3g至约0.6g的氢氧化钠或约0.5g至约1.0g的苏打灰的剂量率，例如，每磅固体副产物约0.3g至约1g的碱性材料的剂量率添加。
46.根据权利要求32至45中任一项所述的方法，其中所述碱性材料是石灰水溶液，所述溶液含有约20g至约40g的2重量％的石灰，如约0.4g至约0.8g的100重量％的石灰。
47.根据权利要求32至45中任一项所述的方法，其中所述碱性材料是氢氧化钠水溶液，所述溶液含有约1g至约2g的40重量％的氢氧化钠，如约0.3g至约0.6g的100重量％的氢氧化钠。
48.根据权利要求32至45中任一项所述的方法，其中所述碱性材料是苏打灰水溶液，所述溶液含有约35g至约70g的2重量％的苏打灰，如约0.5g至约1g的100重量％的苏打灰。
49.根据权利要求32至48中任一项所述的方法，所述凝结剂的特征在于，化学上带阳离子(正)或阴离子(负)电荷的金属离子。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述凝结剂是带阳离子电荷的离子的多胺、带阳离子铝电荷的离子的氯化羟铝、带评级为gras的二甲胺表氯醇共聚物阳离子电荷的离子、硫酸铝(alum)、聚合氯化铝(pac)、氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁或其任何组合。
51.根据权利要求32至50中任一项所述的方法，其中所述凝结剂添加在水溶液中，所述溶液含有约1重量％至约10重量％的凝结剂。
52.根据权利要求32至51中任一项所述的方法，其中基于重量/重量，所述凝结剂溶液以每磅固体副产物约0.5g至约2g的剂量率添加。
53.根据权利要求32至52中任一项所述的方法，所述聚合物是高度带电荷的(例如，含有约20-40％阴离子或阳离子浓度的带电荷的颗粒)(例如，量为约10g至约80g的0.5重量％聚合物，如约0.05g至约0.4g的100重量％聚合物)。
54.根据权利要求53所述的方法，其中所述聚合物是含有馏出物、石油和/或经加氢的轻质物的水溶性阴离子聚合物；含有少于50％的具有2-丙烯酰胺的聚合物的基于聚丙烯酰胺的阳离子乳液；含有馏出物、石油、经加氢的轻质物的呈乳液形式的阳离子水溶性聚合物；含有20-50％(w/w)n,n,n-三甲基-2-氯化乙铵的基于聚丙烯酰胺的阳离子乳液；具有2-丙烯酰胺和20-50％(w/w)馏出物、石油、经加氢的轻质物的聚合物；含有20-30％(w/w)馏出物、石油、经加氢的轻质物的呈乳液形式的阳离子水溶性聚合物；少于5％(w/w)的聚(氧基-1,2-乙二基)；呈乳液形式的a-十三烷基-w-羟基支化的或阳离子水溶性聚合物；含有己二酸的水分散性超高分子量阳离子聚合物；水溶性超高分子量阳离子聚合物；水分散性高分子量阳离子聚合物；水溶性极高分子量阴离子聚合物；或其任何组合。
55.根据权利要求32至52中任一项所述的方法，其中所述聚合物添加在水溶液中，所述溶液含有约10g至约80g的0.5重量％的聚合物，如约0.05g至约0.4g的100重量％的聚合物。
56.根据权利要求32至53中任一项所述的方法，其中基于重量/重量，所述聚合物溶液以每磅固体副产物约10g至约80g的0.5重量％聚合物的剂量率，例如，每磅固体副产物约0.05g至约0.4g的100重量％聚合物的剂量率添加。
57.根据权利要求32至56中任一项所述的方法，其中去除所述团聚的固体副产物包括通过评级为约1微米至约30微米，如约1微米至约10微米(例如，约5微米)的过滤材料进行过滤。
58.根据权利要求57所述的方法，其中过滤器是编织的。
59.根据权利要求57或58所述的方法，其中所述过滤通过压滤机在压力(如约0psi至约200psi的压力)下进行。
60.根据权利要求59所述的方法，其中所述过滤步骤在每1.7平方英尺过滤面积内对每33磅含有5重量％固体的固体副产物持续进行约1小时至约3小时，例如，在每1.7平方英尺过滤面积内对每33磅含有5重量％固体的固体副产物持续进行约1小时至约2小时的时间段。
...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。