專(zhuān)利名稱(chēng)：用于從固體物質(zhì)中回收利用易揮發(fā)的成分的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在利用過(guò)熱蒸汽進(jìn)行干燥時(shí)從過(guò)熱蒸汽中回收利用易揮發(fā)的成分的方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的干燥過(guò)程中，例如利用暖空氣或熱空氣對(duì)流干燥潮濕的生物質(zhì)時(shí)，由于排出空氣損失了有價(jià)值的易揮發(fā)的成分，例如像芳香物質(zhì)。
在儲(chǔ)存固體或液體有機(jī)殘留物時(shí)，例如像污水或糞肥時(shí)，由于揮發(fā)而損失了氨。出于多種原因這是不期望發(fā)生的。第一，氨是有價(jià)值的原材料，其合成制造是極耗費(fèi)能量的。第二，氨是空氣有害物質(zhì)且在濃度較高時(shí)對(duì)健康有害。
對(duì)在發(fā)酵生物質(zhì)用于獲取沼氣時(shí)遺留的作為液體或固體的殘留物的發(fā)酵殘留物來(lái)說(shuō)存在類(lèi)似的問(wèn)題。在發(fā)酵時(shí)胺并未分解。來(lái)自基質(zhì)的大部分氮留在發(fā)酵殘留物中。通過(guò)分解過(guò)程，一部分有機(jī)溶解的氮轉(zhuǎn)化為胺，從而在厭氧分解期間胺的份額甚至增大。在水溶液中，基于PH-值和溫度，胺氮作為銨離子或氨存在。因此，在儲(chǔ)存和施用發(fā)酵殘留物時(shí)，存在氨氣體排放增大的危險(xiǎn)。在利用傳統(tǒng)的干燥方法干燥發(fā)酵殘留物時(shí)同樣出現(xiàn)氨排放。由W02009/018997A1已知了一種用于分離易揮發(fā)物質(zhì)，尤其是芳香物質(zhì)的方法。其中多余的蒸汽被導(dǎo)入單級(jí)的冷凝器中，并在那里液化。得到的液體隨后繼續(xù)導(dǎo)入萃取裝置中，以便把揮發(fā)性物質(zhì)與冷凝的水分離。輕且易揮發(fā)的物質(zhì)由于離心力和重力逐漸變?yōu)闅庀?，并聚集在裝置的上部部分中。借助于惰性氣體，例如蒸汽(飽和蒸汽)把輕且易揮發(fā)的物質(zhì)帶走，并導(dǎo)出至冷凝器中。在那里又被冷卻且濃縮。另一方面，水由此向下流動(dòng)并在下方分離。在大氣壓下以循環(huán)作用方式通過(guò)利用過(guò)熱水蒸氣進(jìn)行干燥來(lái)實(shí)現(xiàn)從固體物質(zhì)把熱水排出。在干燥期間，固體物質(zhì)的潮濕成分轉(zhuǎn)化為氣相。從固體物質(zhì)吸收的濕氣變?yōu)槎嘤嗟恼羝?，由于在閉合的循環(huán)中氣體的體積增大，該蒸汽應(yīng)該從干燥室中排出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于從固體物質(zhì)中回收利用易揮發(fā)的成分的改進(jìn)的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是，多余的蒸汽不是首先全部被液化，接著易揮發(fā)的成分通過(guò)再次過(guò)渡至氣相而費(fèi)力地分開(kāi)，而是直接從氣相分離易揮發(fā)的成分。因此，節(jié)省了再次蒸發(fā)的、能量密集的方法步驟。此外還提出，通過(guò)精餾進(jìn)行易揮發(fā)的成分的分離。通過(guò)這種熱工藝以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)了，即通過(guò)合適地選擇壓力和/或溫度參數(shù)，在方法步驟中通過(guò)多階段的冷凝使多個(gè)易揮發(fā)的成分同時(shí)且彼此分開(kāi)地由氣相分離且作為有用材料回收利用。在根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)計(jì)方案中提出，通過(guò)由氣相的洗去進(jìn)行易揮發(fā)物質(zhì)的分離。氣體洗滌器是結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單的工藝技術(shù)的儀器且進(jìn)而可利用小的設(shè)備花費(fèi)且價(jià)廉地安裝。根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)設(shè)計(jì)方案提出，對(duì)氣相進(jìn)行冷凝并在添加合適的離子的情況下通過(guò)結(jié)晶進(jìn)行易揮發(fā)物質(zhì)的分離。首先，合適的離子在此是那些與易揮發(fā)的成分在化學(xué)反應(yīng)中形成不易溶解的鹽的離子。例如氨，其與濃縮的硫酸反應(yīng)生成硫酸銨。如此得到的 鹽可以用作用于缺氮的土壤的肥料。然而也可以設(shè)想一種離子添加物，其如此移動(dòng)相平衡，即溶解在液相中的成分由于結(jié)晶而作為固體物質(zhì)析出。接著該固體物質(zhì)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械的(分離)工藝分離。當(dāng)在利用過(guò)熱的水蒸氣干燥之前通過(guò)機(jī)械的方法分離液相時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的方法更好地起作用。自由的表面水可以通過(guò)極簡(jiǎn)單的機(jī)械方法例如像沉淀、過(guò)濾或傾析從固體物質(zhì)分離。在此，能量花費(fèi)明顯比通過(guò)蒸發(fā)進(jìn)行熱分離更小。在利用過(guò)熱的水蒸氣進(jìn)行熱干燥之前從固體物質(zhì)可以取走的濕氣越多，則對(duì)此需要的能量越少。機(jī)械的預(yù)排水減少了利用過(guò)熱蒸汽干燥的成本。有利地提出，將根據(jù)本發(fā)明的方法用于回收利用來(lái)自有機(jī)固體物質(zhì)中的氨。干燥的固體物質(zhì)可以有利地作為不同營(yíng)養(yǎng)元素的來(lái)源，例如像磷、鉀、鈣以及基于有機(jī)物質(zhì)的份額用作土壤改良劑。通過(guò)排出水份以及隨之而來(lái)的體積減小明顯減小了待存儲(chǔ)和待運(yùn)輸?shù)挠袡C(jī)殘留物的量。由此節(jié)省了存儲(chǔ)和運(yùn)輸成本。此外，當(dāng)利用超過(guò)100°c的處理溫度進(jìn)行干燥時(shí)可以殺死殘留物中的病原體。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法有利地分離了來(lái)自有機(jī)固體物質(zhì)的氨。由此顯著減小了氨排放以及進(jìn)而減小了在存儲(chǔ)或施加至土壤上時(shí)污水、糞肥、發(fā)酵殘余物和淤泥的臭氣污染。當(dāng)有機(jī)來(lái)源的固體物質(zhì)經(jīng)受生物的，優(yōu)選厭氧預(yù)處理時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的方法更好地起作用。在厭氧的降解過(guò)程中，例如像腐爛或發(fā)酵中，來(lái)自基質(zhì)的氮的絕大部分留在發(fā)酵殘余物中。通過(guò)降解過(guò)程有機(jī)溶解的氮的一部分移動(dòng)至胺。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法把氨從固體物質(zhì)分離，從而氨表現(xiàn)為富磷的肥料。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法有針對(duì)性地回收利用氨實(shí)現(xiàn)了分離地回收富氮的、礦物質(zhì)肥料。因此可以在肥料中設(shè)定合適的氮/磷比例，該比例有利地適應(yīng)植物的需求并適應(yīng)土壤性質(zhì)，并進(jìn)而避免過(guò)分施肥。


可從下面的附圖、附圖的描述以及權(quán)利要求得到其它的優(yōu)點(diǎn)和有利的設(shè)計(jì)方案。對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，所有在附圖中、其描述中和權(quán)利要求中公開(kāi)的特征無(wú)論單個(gè)的還是彼此的任意組合都是重要的。附圖示意性地示出圖I示出根據(jù)本發(fā)明的利用過(guò)熱蒸汽的干燥和包含在蒸汽中的易揮發(fā)物質(zhì)的分離的組合；圖2示出用于分離液相的、預(yù)接在干燥之前的過(guò)程；圖3示出預(yù)接在干燥之前的生物降解過(guò)程；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的用于分離包含在蒸汽中的易揮發(fā)的物質(zhì)的第一變型；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的用于分離包含在蒸汽中的易揮發(fā)的物質(zhì)的第二變型；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的用于分離包含在蒸汽中的易揮發(fā)的物質(zhì)的第三變型。
具體實(shí)施例方式圖I示出干燥和隨后易揮發(fā)的成分的分離的組合。為借助于過(guò)熱的水蒸氣12進(jìn)行干燥供給固體物質(zhì)10。干燥物品經(jīng)歷由水蒸氣組成的氣氛，該水蒸氣具有高于沸點(diǎn)溫度的溫度(過(guò)熱的水蒸氣)，加熱并把其濕氣以水蒸氣的形式發(fā)送至由過(guò)熱的水蒸氣組成的氣氛中，水蒸氣借助于鼓風(fēng)機(jī)19在封閉的循環(huán)23中循環(huán)。過(guò)熱的水蒸氣，在大氣壓下溫度超過(guò)120°C，降低濕度并通過(guò)排出蒸發(fā)熱量而冷卻。該熱量通過(guò)加熱裝置21又供給水蒸氣，由此保持標(biāo)準(zhǔn)溫度并實(shí)現(xiàn)另外的水吸收。固體物質(zhì)的易揮發(fā)的成分和濕氣一起轉(zhuǎn)化為氣相。保留干燥的固體物質(zhì)16。從固體物質(zhì)10吸收的濕氣變?yōu)槎嘤嗟恼羝?4，該蒸汽必須從封閉的循環(huán)中排出，以便避免過(guò)熱的水蒸氣12的體積增大。在另一個(gè)方法步驟18中，易揮發(fā)的成分從多余的水蒸氣14中分離。包含方法步 驟18的可能的過(guò)程借助于圖4-6進(jìn)一步說(shuō)明。圖2中示出用于由液體和固體物質(zhì)組成的混合物20的預(yù)處理。在利用過(guò)熱蒸汽12干燥之前，借助于用于固體_/液體分離22的合適的機(jī)械的方法從隨后應(yīng)該被干燥的固體物質(zhì)10去除自由的液體。合適的機(jī)械的方法例如為過(guò)濾、沉淀、傾析等。被分離的液相24輸入附圖中未示出的傳統(tǒng)的繼續(xù)處理中。圖3中示出的過(guò)程26包含生物預(yù)處理，其用于處理有機(jī)來(lái)源28的殘留物。優(yōu)選使用厭氧過(guò)程26，例如像用于獲得沼氣的生物量發(fā)酵或者淤泥的腐爛。通過(guò)厭氧過(guò)程26把有機(jī)結(jié)合的氮轉(zhuǎn)化為胺，胺未通過(guò)發(fā)酵降解并因此積聚在發(fā)酵殘余物30中。由生物預(yù)處理得到的發(fā)酵殘余物30形成由液體和固體物質(zhì)形成的混合物20，在發(fā)酵殘余物30的固體物質(zhì)10被供給利用過(guò)熱蒸汽12干燥之前，該混合物20經(jīng)歷圖2中描述的固體_/液體分離22。圖4示出分級(jí)冷凝、所謂的精餾作為根據(jù)本發(fā)明的方法步驟18的可能的變型用于從氣相14分離易揮發(fā)的成分32。在這種熱分離方法中，利用這樣的事實(shí)，即在蒸發(fā)液體混合物時(shí)，在氣體中并在液相中通過(guò)溫度和壓力確定單個(gè)物質(zhì)的濃度，且在氣體和液體足夠長(zhǎng)時(shí)間的接觸時(shí)設(shè)定相平衡?？梢栽谡麴s塔中進(jìn)行精餾，或者通過(guò)多個(gè)冷凝器的串聯(lián)進(jìn)行精餾。圖4示出精餾塔34，其包括圓柱形容器36，該容器36具有用于提高熱交換和物質(zhì)交換的(內(nèi)部)配件。配件可以是填料、松散的填充裝料或者像附圖中示出的那樣是土壤38。氣相14被導(dǎo)入精餾塔34的一個(gè)位置處，在該位置處存在與氣相14對(duì)應(yīng)的相平衡。位于土壤38上的液體從氣相14冷凝出混合物，該混合物具有對(duì)應(yīng)于存在的相平衡的、易揮發(fā)成分的濃度。同時(shí)，變得自由的冷凝熱量蒸發(fā)出具有較高濃度的易揮發(fā)成分32的混合物，該混合物又流經(jīng)位于其上的土壤38的開(kāi)口進(jìn)入其上的液體中。易揮發(fā)的成分32聚集在頭部40并可以在那里被引出，同時(shí)較重的沉淀的組分被輸送返回。較重的沉淀的組分44聚集在池槽42中，并可以在那里被去除。在合適的過(guò)程進(jìn)行中，尤其是設(shè)定精餾塔34中壓力和溫度關(guān)系時(shí)，可以在每個(gè)土壤38上去除輸入的氣相14的一種組分，該組分的沉淀溫度對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的土壤38上的溫度。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的方法步驟18的用于從氣相14分離易揮發(fā)的成分的另一個(gè)可能的變型。不出用于洗氣的工藝技術(shù)上的儀器46。儀器包括圓柱狀容器48。添加氣相14并通過(guò)附圖中未詳細(xì)示出的附件均勻地分配在容器48中。在對(duì)流中添加洗液50，例如硫酸，并通過(guò)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施，例如像噴嘴54精細(xì)地分配?？蛇x地，氣相14也可以直接導(dǎo)入洗液50中。通過(guò)借助于洗液50在形成相平衡的情況下氣相14的重復(fù)的混合和分離過(guò)程，氣相14的易揮發(fā)成分與洗液50反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)品，例如銨鹽聚集在容器48的池槽56中并可以在那里被去除。在容器48的頭部58中經(jīng)清潔的氣流60離開(kāi)儀器46。在圖6示出的根據(jù)本發(fā)明的方法步驟18的第三備選變型中，借助于合適的裝置62，冷凝氣相14以及接著溶解在液相64中的易揮發(fā)成分通過(guò)合適的離子的添加物66結(jié)晶。在一實(shí)施例中，易揮發(fā)成分氨在添加物66磷和鎂鹽的作用下反應(yīng)成為鎂-胺-磷酸鹽。通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的鹽可以作為固體物質(zhì)68通過(guò)傳統(tǒng)的機(jī)械方法從液相64分開(kāi)。在根據(jù)本發(fā)明的方法的和所有之前描述的預(yù)處理變型和后處理變型的結(jié)束，干燥的固體物質(zhì)16、易揮發(fā)的成分以氣態(tài)、液態(tài)或者作為反應(yīng)產(chǎn)品，以固體形式，以及蒸餾水彼此分離地存在，該蒸餾水來(lái)自干燥蒸汽和固體物質(zhì)的濕氣。 基本上，根據(jù)本發(fā)明的方法適合用于回收利用所有易揮發(fā)成分，該易揮發(fā)成分通過(guò)過(guò)熱蒸汽過(guò)渡至氣相14并能夠借助于合適的熱的、化學(xué)的或者機(jī)械的方法分離。
權(quán)利要求
1.用于從固體物質(zhì)(10)中回收利用易揮發(fā)的成分的方法，其特征在于如下方法步驟-借助于過(guò)熱的水蒸氣干燥(12)所述固體物質(zhì)(10)，-從閉合的循環(huán)(23)中抽出多余的蒸汽(14)，-從多余的蒸汽(14)中回收利用(18)易揮發(fā)的成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，通過(guò)精餾(圖4)進(jìn)行易揮發(fā)的成分的回收利用(18)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，通過(guò)洗氣(46)進(jìn)行易揮發(fā)的成分的回收利用(18)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，冷凝氣相，且由此在添加(66)合適離子的情況下通過(guò)結(jié)晶進(jìn)行易揮發(fā)的成分的回收利用(18)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在干燥(12)所述固體物質(zhì)(10)之前通過(guò)機(jī)械的方法(22)分離液相(24)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法用于從有機(jī)來(lái)源的固體物質(zhì)(10)分離氨。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，有機(jī)來(lái)源的固體物質(zhì)(10)經(jīng)歷生物的、優(yōu)選厭氧的預(yù)處理(26 )。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從固體物質(zhì)(10)中回收利用易揮發(fā)的成分的方法，其特征在于如下方法步驟-借助于過(guò)熱的水蒸氣干燥(12)固體物質(zhì)(10)，-從閉合的循環(huán)(23)中抽出多余的蒸汽(14)，-從多余的蒸汽(14)中回收利用(18)易揮發(fā)的成分。
文檔編號(hào)F26B25/00GK102947661SQ201180028578
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者亞歷杭德拉·坎波斯, 齊格弗里德·埃格納, 亞歷山大·勒納, 蘇漢·老皮姆松, 瑪麗婭·索勒達(dá)·斯托爾 申請(qǐng)人:德商弗朗霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)學(xué)會(huì), 斯圖加特大學(xué)