[发明专利]将含碳材料的厌氧处理与水热气化相结合以使增值产品回收最大化

说明书

本发明涉及一种处理含碳材料的方法，所述方法包括：a)提供含碳材料CM，b)使含碳材料CM在HTG反应器(11)中经受水热气化，从而产生：‑无机固体残余物(12)，‑包含CH₄、CO、CO₂和H₂的第一气态部分G1，和‑含有易生物降解碳如VFA的滤液F1，c)使滤液F1的至少一部分在厌氧罐(13)中经受厌氧处理步骤，产生消化物(14)。本发明还涉及一种用于处理含碳材料的装置。

技术领域

本发明涉及含碳材料(诸如污泥)的处理，更具体地涉及来自废水或有机废物处理厂的污泥的处理。

技术背景

污泥处理方法通常涉及通过通常通过厌氧消化产生含甲烷的气体(合成气或沼气)来使污泥中所含的碳增值。

然而，厌氧消化不会降解污泥中所含的所有有机物。剩余的含碳消化物可以要么通常通过在农业用地上作为肥料(也含有氮和磷)撒播而回收利用，要么在脱水后处置以最大限度地降低与处置相关的成本。

然而，即使将消化物的一部分再循环，污泥处置或销毁仍然成本高昂。

事实上，在陆地上的撒播只能在一年的有限时间期间进行，使得回收利用需要6到9个月时间的存储容量，具有批次管理系统以确保可追溯性。从成本效益的角度来看，这个问题证明了减少待储存污泥吨位的工艺是合理的。

关于剩余脱水污泥的处置，由于成本增加，在垃圾填埋场处置的竞争力越来越小。此外，法规，特别是欧洲的法规，倾向于尽可能限制垃圾填埋处置。

销毁方法使用热过程(专用焚烧或协同焚烧、热解/气化、湿法氧化)以尽可能全面和成本效益的这种方式销毁剩余的有机物，使得仍要回收的所有物质都是可以根据当地法规进行回收利用的最终矿物残余物。

涉及氧化反应的销毁过程称为燃烧或焚烧，并且通常需要高浓度的O₂。另一方面，热解(或热分解)过程在没有空气(和氧气)的情况下使含碳物质热降解。气化是其中材料暴露于一些氧气，但不足以发生燃烧的一种过程。这些过程不会氧化有机物，而是将其“裂解”，从而产生还原气体(称为合成气)：CO、CH₄、C_nH_m…

然而，这种销毁需要以相对高的脱水水平将污泥/废物脱水。由于消化物含有高水平的有机材料(诸如VFA)，所以该步骤变得难上加难，这阻碍置于发酵反应器下游的任何直接脱水技术分离含有VFA的液体部分和固体部分，或使置于发酵反应器下游的任何直接脱水技术难以分离含有VFA的液体部分和固体部分。脱水步骤的成本本身增加了销毁步骤的成本，其通常需要补充能量(燃料)。

文献WO2011/128741公开了一种从城市固体废物生产生物油的方法，包括以下步骤：a)使所述城市固体废物经受液化，从而获得包含由生物油组成的油相、固相和第一水相的混合物；b)将在液化步骤a)中获得的第一水相用至少一种吸附材料进行处理，从而获得第二水相；c)将在处理步骤b)中获得的第二水相与至少一种吸附材料一起进行发酵，从而获得生物质；d)使发酵步骤c)中获得的生物质经受所述液化步骤a)。由此获得的生物油(或生物原油)可以有利地用于生物燃料的生产或原样使用(生物可燃物)或与化石可燃物(可燃油、煤等)混合。值得注意的是，如下所述，HTG不产生生物油。在任何情况下，WO2015/189775的方法在5至170巴的压力下操作：因此它不是在超临界或近临界条件下操作的方法。

文献WO2015/189775公开了一种用于主要转化纤维素材料的方法，该方法包括热化学处理的第一步骤和厌氧处理的第二步骤。需要指出的是，文献WO2015/189775的方法旨在主要转化纤维素材料，即具有大于50的碳/氮比和高干固体含量的材料，而本发明的方法旨在转化含碳材料诸如污泥。WO2015/189775的方法并不直接适用于处理具有低碳/氮比、或低干固体含量或高无机物含量的含碳材料。