專利名稱：廢料的有效處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及來自含油污水和含有機(jī)物質(zhì)和水的其它工業(yè)廢料的穩(wěn)定乳液和/或新燃料的生產(chǎn)和處置。
背景技術(shù)：
按常規(guī)，含有機(jī)物質(zhì)和水的流體廢物要經(jīng)受多道處理，以便將污染物質(zhì)的含量減少到不超過極限容許濃度水平。極限容許濃度值由不同的管理機(jī)構(gòu)根據(jù)每種污染物的類型來確定。這種極限容許濃度還取決于凈化廢料的預(yù)期應(yīng)用(例如，工藝回收利用，回歸到有適于魚繁殖的天然水深水庫等)。
原生有機(jī)污染物質(zhì)通?？煞殖扇悺５谝活惏☉腋∮谒械?、顆粒在細(xì)粒到粗粒范圍內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)。第二類包括各種類型的親水和疏水膠體系統(tǒng)(例如，可以根據(jù)環(huán)境條件改變聚集作用的高分子量物質(zhì)和洗滌劑)。第三類污染物包括分子溶液。含有顆粒的分子溶液例如煉糖廠的廢料和其它植物產(chǎn)品。
凈化第一類的常規(guī)技術(shù)包括在分離容器內(nèi)進(jìn)行機(jī)械分離，在慢濾器內(nèi)進(jìn)行過濾，在微孔過濾器中進(jìn)行微粉分離和通過離心法進(jìn)行分離。其它的方法包括采用高度分散的和粒狀的物質(zhì)粘附污染物。在本方法中，使污染溶液通過輔助物質(zhì)形成的二元流體層或其它流體過濾器進(jìn)行過濾，從而形成凝結(jié)的懸浮液。此后，使該凝結(jié)的懸浮液和用作工藝增強(qiáng)的絮凝劑一起，通過雙層的和采用粒狀分層的粗顆粒過濾器進(jìn)行過濾。該方法還包括接觸凝結(jié)過濾，此處使污染物與酸式硫酸鋁，F(xiàn)eCl，聚丙烯酰胺和/或活性硅酸或其它預(yù)定的這類配合劑相接觸以減低污染物的水平。在又一種處理第一類污染物的方法中，鋁，鐵之氫氧化物和/或粘土礦物用于粘附和分離污染物。該方法包括利用鋁和鐵的氫氧化物和粘土礦物處理污染物以形成凝結(jié)劑和利用硫酸化粘土，F(xiàn)eCl或硫酸亞鐵處理凝結(jié)劑。再還有一種常規(guī)的聚集技術(shù)，它利用凝結(jié)劑和絮凝劑處理污染物以形成聚集體。此后，使該聚集體經(jīng)各種分離和過濾步驟處理，以減低污染物的水平。
凈化第二類污染物的常規(guī)技術(shù)包括氧化，借此使污染物質(zhì)氯化或臭氧化。另一種常規(guī)技術(shù)包括利用鋁或鐵的氫氧化物以及高度分散的粘土礦物進(jìn)行吸收。再一種凈化第二類污染物的方法包括應(yīng)用陽離子型絮凈劑進(jìn)行聚集。
最后，凈化第三類污染物的常規(guī)技術(shù)包括解吸充氣(包括噴射器，曝氣器和脫氣裝置)，氧化(包括氯化，臭氧化和利用高錳酸鉀進(jìn)行的處理)，電解，通過利用活性炭進(jìn)行處理的吸附，有機(jī)萃取和通過利用需氧微生物進(jìn)行處理的生化分解。利用生化和生物微生物進(jìn)行的處理需要相當(dāng)大的能量消耗以便保持最佳溫度(大約36～39℃)從而維持微生物的活力和提供充氣。
由于典型的廢料包含所有三類污染物，故凈化設(shè)備包括了針對實(shí)現(xiàn)上述各種處理的工藝方法。
雖然只有幾種上面確認(rèn)技術(shù)能夠使廢料處理達(dá)到容許水平，但是其它因素諸如處理所需時(shí)間和所需基本投資，使得這些方法比起那些易于滿足容許污染水平的方法來更流行。創(chuàng)造出合適的滿足最大容許污染水平的處理設(shè)備，要求考慮技術(shù)復(fù)雜性和高的設(shè)備費(fèi)用。此外，這類設(shè)備的操作費(fèi)用也是相當(dāng)高的。例如，這些費(fèi)用包括與人員、能量和處理所需材料(絮凝劑，凝結(jié)劑，活性炭，試劑等)有關(guān)的操作費(fèi)用。最后，在凈化設(shè)備動(dòng)作過程中本身又會(huì)產(chǎn)生出片狀粉末形式的新的廢料，凝結(jié)沉淀劑等，而這些又將引起生態(tài)問題，需要補(bǔ)充處理。
優(yōu)質(zhì)水乳液形式的粘性燃料的燃燒效率已被發(fā)現(xiàn)，但不實(shí)用，因?yàn)槿狈τ糜谥苽渌蟮木品稚⑷橐旱目煽考夹g(shù)。
還有，煉油的最新趨向已導(dǎo)致在燃料平衡部分中重餾分的增加。含有鏈烷烴的這類高粘性絡(luò)合物質(zhì)、礦物摻和劑，常常還有硫，它們的燃燒產(chǎn)生了相當(dāng)大的困難。此外，上述餾分的相對高的含水量，在廢料處理過程中會(huì)產(chǎn)生額外的問題，因?yàn)橹赜涂赡芎写笥?0～50重量％的水，形成了一種粗制的和不穩(wěn)定的乳液。上述粗制乳液的燃燒最好也不過是不穩(wěn)定的燃燒，因?yàn)樗３０橛胁环€(wěn)定的火焰和煙垢的生成增加?？梢哉J(rèn)為重燃油和重油具有不同的粘度?？梢哉J(rèn)為重燃油的粘度從40℃時(shí)的5E變化到80℃時(shí)的16E。
另外，干燥和氣化方法耗能巨大且昂貴。包括運(yùn)用干燥和氣化的殘?jiān)幚砗瓦\(yùn)輸?shù)募夹g(shù)，涉及相對高的能量消耗。所以，干燥在經(jīng)濟(jì)上和能量上二方面都是效率差的。
發(fā)明概述要求專利保護(hù)的本發(fā)明克服了上面所列舉的缺點(diǎn)。具體地說，本技術(shù)運(yùn)作無需引入額外的熱量和能源。另外，設(shè)備費(fèi)用可以最低，因?yàn)楝F(xiàn)有生產(chǎn)線，如有需要，在稍作改進(jìn)的情況下就可使用。
在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及以運(yùn)用廢料中的污染物質(zhì)的潛能和熱容量的方式處理廢料。在另一種實(shí)施方案中，在從外部能源輸入最少能量的條件下，利用污染物質(zhì)的潛能和產(chǎn)生的熱容量來處理污染物質(zhì)。
附圖簡述本發(fā)明的多項(xiàng)特點(diǎn)通過同時(shí)參閱以下陳述和附圖將會(huì)對其有很好的理解，附圖中相同數(shù)字表示相同部件，且其中

圖1用圖例將按照PET原理制備的油包水乳化組合物(a)與常規(guī)的油包水乳化組合物(b)相比較。
圖2示意地說明本發(fā)明的一種實(shí)施方案。
圖3示意地說明按照本發(fā)明的一種實(shí)施方案的另一種實(shí)施過程。
圖4示意地說明一種適用于熱電廠的本發(fā)明的實(shí)施方案。
本發(fā)明的實(shí)施方案詳述預(yù)先指出，有機(jī)廢料源可能包括含有漿液和/或污泥、含油污水的化合物和來自油罐的化學(xué)物質(zhì)以及被廢油污染的水、被有機(jī)廢料污染的水、石油廢料，和含水重餾分殘?jiān)?。雖然這份清單不是完全的，但需指出這類污染物的貯藏和處理其費(fèi)用可能相當(dāng)高，耗能可能相當(dāng)大。水的有機(jī)含量可作為石油化學(xué)副產(chǎn)品的典型，其范圍為1重量％～99重量％。
因此，本發(fā)明的原理預(yù)期比起常規(guī)方法例如利用微生物的處理方法來具有一些優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用微生物的處理方法費(fèi)用相當(dāng)高和耗能相當(dāng)大。按照本發(fā)明的一種實(shí)施方案，可在從外部輸入最少能量的條件下，利用底層有機(jī)廢料的潛能和熱容量來處理此廢料。
在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明能夠從含油污水的各種工業(yè)廢料生產(chǎn)出一種優(yōu)質(zhì)的易燃的穩(wěn)定乳液產(chǎn)品，一種新燃料。本發(fā)明的這些實(shí)施方案能應(yīng)用于環(huán)境和節(jié)能場合，而這些應(yīng)用同等地可應(yīng)用到處理含有水和原生有機(jī)污染物質(zhì)的廢料中去。例如，本發(fā)明的原理能應(yīng)用于港口、工業(yè)設(shè)備和發(fā)現(xiàn)存在被有機(jī)物質(zhì)污染的廢料的其它場所。最后，在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明利用有機(jī)污染物質(zhì)和各種工業(yè)廢料生產(chǎn)出一種易燃的穩(wěn)定乳液，它提供了以下典型優(yōu)點(diǎn)煙道氣污染物例如CO降低一半，NOx降低20～30％和全額減少煙道氣的含灰量。本發(fā)明原理還有另一優(yōu)點(diǎn)包括利用包含在廢料中的污染物質(zhì)之潛能和產(chǎn)生的熱容量作為一種能源。
含有水和原生有機(jī)污染物質(zhì)的廢料通常是在連續(xù)液相內(nèi)的分散系統(tǒng)，而在離散相內(nèi)含有許多單個(gè)顆粒。如果連續(xù)相是水或水溶液和離散相由有機(jī)物質(zhì)組成，那么這種乳液被視為直接乳液，用O/W(水包油)代表。反之，如果連續(xù)相由液態(tài)有機(jī)物組成和水(或水溶液)經(jīng)此被分散，那么這樣一種乳液被視為親油乳液可用W/O(油包水)代表。
典型地，液體廢物形成一種在上述廢料容積內(nèi)有分離趨向的不穩(wěn)定系統(tǒng)。此外，許多這類系統(tǒng)分離成為同時(shí)具有直接的和親油的二種乳液的組合物。離散相的顆粒可以有不同的尺寸和形狀，表現(xiàn)為球狀，透鏡狀，層狀，木塞狀等等。這樣一類廢料組合物決不會(huì)易于燃燒，因?yàn)檫@種組合物不可能保持維持穩(wěn)定燃燒反應(yīng)所必需的條件。也就是說，這種污染廢料組合物不是一種易燃的材料，而如果燃燒，它形成不完全燃燒，會(huì)產(chǎn)生許多不希望的副產(chǎn)物并會(huì)不必要地消耗大量的燃燒能量。
當(dāng)出現(xiàn)要求含水液態(tài)燃料必需能穩(wěn)定燃燒時(shí)，除了要求在沒有水的條件下燃燒液態(tài)燃料之外，還必需滿足二個(gè)附加條件。第一條，燃料中水的總量應(yīng)不超過40～50重量％的限制值，對于有效利用所產(chǎn)生的熱和/或功率而言，優(yōu)選12～20重量％，而對于全部環(huán)境廢料處理則優(yōu)選20～40重量％。這乳液可以是一種親油乳液，可要注意O/W乳液難于燃燒，因?yàn)槭顾紵赡芤拇罅康哪芰?。?或別的水溶液)可在大部分液態(tài)燃料內(nèi)呈精制離散相形態(tài)出現(xiàn)。倘若含水量超過限制值，當(dāng)考慮到水在蒸發(fā)過程中的吸熱和產(chǎn)生不完全燃燒時(shí)，則上述條件是顯而易見的。
在親油乳液的情況下，第二條件要求水滴呈球狀出現(xiàn)在燃料液滴內(nèi)。關(guān)于這一點(diǎn)，應(yīng)該注意，親油乳液的燃燒是在燃燒室內(nèi)，在水的邊界層上和運(yùn)動(dòng)燃料液滴的周圍進(jìn)行的。當(dāng)燃料加熱時(shí)，水將逐漸蒸發(fā)。當(dāng)廢料含有水時(shí)，水滴應(yīng)呈球狀出現(xiàn)在燃料的運(yùn)動(dòng)液滴內(nèi)。亦即，進(jìn)入燃燒室的含水液態(tài)燃料，在其霧化之前，應(yīng)是親油型精細(xì)分散的乳液。當(dāng)本條件不能滿足時(shí)(例如情況(1)，此處的乳液是直接O/W，水球狀體超過了1微米或情況(2)，此處的水球狀體沒有均勻地分散在整個(gè)混合物的容積內(nèi))，則含水液態(tài)燃料便失去了其穩(wěn)定燃燒的能力。這種情況甚至當(dāng)燃料內(nèi)的含水量比限制值小得多時(shí)也會(huì)出現(xiàn)。其中原因之一是在燃料液滴的表面上存在有水膜，從而妨礙燃料蒸發(fā)。
按照本發(fā)明的某一實(shí)施方案，在燃燒的最初階段和在達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，包含在燃料液滴內(nèi)的水球狀體開始汽化并產(chǎn)生蒸汽。最初，蒸汽使燃料液滴發(fā)生膨脹并使其轉(zhuǎn)變成薄膜，接著，該蒸汽使燃料液滴破裂成細(xì)的組分，最終導(dǎo)致乳化燃料自霧化。同時(shí)燃料和氧化劑(例如來自環(huán)境空氣中的氧)之間的接觸面積顯著地增加，從而強(qiáng)化燃燒并改善了燃燒氣體的含量。
按照本發(fā)明的一種實(shí)施方案，含水有機(jī)廢料在燃燒之前分散于燃料內(nèi)。由于含有機(jī)廢料的組合物可彼此不同，故可采用各種比例的廢料、水和燃料。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，可以引進(jìn)經(jīng)特定計(jì)算出的含水有機(jī)廢料以獲得親油乳液。在一種實(shí)施方案中，這可通過預(yù)先地使廢水分散在連續(xù)相中。連續(xù)相可以是油、廢料或廢油、燃燒、燃燒副產(chǎn)品和/或廢燃燒以及易于易燃的其它組合物。連續(xù)相可以含有多至20％的水。如果大于20％，則這組合物有變成O/W而不是W/O乳液的趨勢。如上所述，加入表面活性劑能促進(jìn)乳化。對于具有高粘度和不能霧化的燃料可能要顯著地加強(qiáng)分散作用。因此，例如，在某一實(shí)施方案中，此處利用含水有機(jī)廢料使常規(guī)重油產(chǎn)品(例如船用油，海軍專用燃油，酸性污泥和瀝青或5號(hào)或6號(hào)燃油)乳化，在乳液含有10～20重量％水的場合，能對燃料的效率起作用。值得注意的是含水量大于20重量％的其它乳液很可能仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。但是，申請人指出，在10～20重量％范圍內(nèi)燃料的效率可能最佳，因?yàn)橛袡C(jī)物質(zhì)的存在充分補(bǔ)償了由于水蒸發(fā)損失的熱量，從而增加了燃燒的劇烈程度。
可以向廢料/燃料混合物添加一種或多種穩(wěn)定劑，這取決于液態(tài)燃料的粘度?？梢蕴囟ǖ剡x擇這類穩(wěn)定劑或其混合物以補(bǔ)充底層廢料/燃料組合物。此外，穩(wěn)定劑或其混合物可以在引入廢料之前與燃料混合或添加到燃料中；可以同時(shí)與燃料和廢料相混合；或可以在已將廢污泥引入到燃料之后再引入。如上所述，穩(wěn)定劑或表面活性劑可能包括多于一種附加劑的混合物，只要這類混合物在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中能提供相穩(wěn)定性。此外，在某些情況下，重燃料化學(xué)組合物能起到穩(wěn)定劑作用，并可能達(dá)到如此程度即不再需要引入額外的穩(wěn)定劑了。例如，重油含有焦油狀或?yàn)r青類物質(zhì)，這類物質(zhì)能提供穩(wěn)定性和使乳液的存放期長達(dá)數(shù)年。因此，在專利高粘度燃料(例如重油)的本發(fā)明的實(shí)施方案中，可能不必添加表面活性劑或穩(wěn)定劑。重油的部分實(shí)施例包括5號(hào)和6號(hào)燃油，海軍專用燃油，船用C級油和酸性污泥和瀝青。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，在引入含水廢料之前，按小于1重量％的比率將表面活性劑添加到燃料中。表面活性劑的數(shù)量可以改變，其值取決于要求的穩(wěn)定性，最終乳液的存放期。對于某些組合物，添加1重量％的表面活性劑能為乳液提供長達(dá)2年的穩(wěn)定性。
如上所述，本發(fā)明的這些實(shí)施方案還能利用廢料中所含污染物質(zhì)的潛能和/或產(chǎn)生的熱容量。作為實(shí)施例，在對含水液態(tài)廢料引入到液態(tài)燃料的實(shí)測過程中，測得廢料中大約10重量％的有機(jī)物質(zhì)能提供用來蒸發(fā)其中所含水需要的額外能量。由燃燒有機(jī)污染物的平衡部分所產(chǎn)生的能量可以用于大規(guī)模生產(chǎn)熱能。最后，對取自含有機(jī)廢料和水的燃料的煙道煙塵試樣的分析，與不含水的試樣作對比的結(jié)果顯示，當(dāng)液態(tài)燃料中含有水時(shí)，煙道氣更純?？梢哉J(rèn)為水的存在有助于提供理完全的燃燒。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，有機(jī)污染廢料的處理按以下方式進(jìn)行。在該實(shí)施方案中，液態(tài)廢料可以是含有直接和親油二種乳液的一種不穩(wěn)定的和粗制的乳液，這種乳液能很容易分離成二相和/或具有直接層在親油層上面和反之亦然的層狀混合物。液態(tài)廢料組合物可包含任何數(shù)目的有機(jī)產(chǎn)品。例如，液態(tài)廢料可以包含由石油化學(xué)加工結(jié)果產(chǎn)生的有機(jī)材料。另外，液態(tài)廢料的含水量可以多達(dá)限制量。這限制量可以根據(jù)燃料的粘度而改變，下面將對此作更詳細(xì)的論述。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，含有水和原生有機(jī)污染物質(zhì)的液態(tài)廢料按實(shí)測量將其加進(jìn)到含有表面活性劑并分散其中的液態(tài)燃料容積中。能為本領(lǐng)域內(nèi)每個(gè)普通技術(shù)人員所能理解的是液態(tài)廢料對燃燒的比率可以根據(jù)液態(tài)廢料的組成，含水量和所用燃料種類而改變。在液態(tài)廢料含有大約70重量％的水和30重量％的有機(jī)物質(zhì)，和燃料是6號(hào)殘留燃燒的典型實(shí)施方案中，液態(tài)廢料對燃料之比可以采用大約1∶1的比率。在利用1噸廢料對1噸燃料的場合，最終結(jié)果是除了消除廢料外，還能產(chǎn)生多達(dá)20％的額外能量。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，表面活性劑可以在引入液態(tài)廢料之前加到燃料中，而其它操作步驟可交換地使用。此后，可將液態(tài)廢料引入到燃料/乳化劑組合物中并按照本發(fā)明的原理使其分散。雖然常規(guī)的混合和乳化能得以實(shí)現(xiàn)，但發(fā)明者們已發(fā)現(xiàn)納米乳化可能是最有效的，因?yàn)橄喾蛛x不易發(fā)生。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，最后所得到的混合物可以是一種精制分散乳液，可以將其儲(chǔ)存或在燃料爐內(nèi)燃燒。重要的是要注意，按照本發(fā)明的此實(shí)施方案，燃料中的水的比率應(yīng)不超過50重量％。
能用于本發(fā)明的這些實(shí)施方案的表面活性劑(或表面活化劑)可以包括含有蛋白質(zhì)和其它原生有機(jī)物的若干種表面活性劑中的任一種。表面活性劑和表面活性劑的組合物，其量可按照廢料的組成，經(jīng)濟(jì)和生態(tài)因素來選定。此外，二種或更多種表面活性劑混合物可用來補(bǔ)充正要處理的特定廢料乳液。常用的表面活性劑的非全部實(shí)施例包括OP-10，磺烷油，精制向日葵等。
如上所述，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)液態(tài)廢料、燃料和穩(wěn)定劑的混合物在納米分散時(shí)最穩(wěn)定。在一種實(shí)施方案中，可以通過使用納米分散器來實(shí)現(xiàn)精制分散親油乳液，這分散器適合于傳送脈沖形式的持續(xù)時(shí)間達(dá)1納秒或大于1納秒的能量脈沖串。亦即這納米分散器可以適合于提供持續(xù)時(shí)間不大于1納秒或大于1納秒的能量脈沖串。這分散器頂蓋或均質(zhì)器具有的最佳尺寸可以與位于相交界面邊界處的單個(gè)分子或分子簇的尺寸相當(dāng)。上述壓力脈沖串可以象脈沖那樣引入基于所謂PET原理運(yùn)作的脈動(dòng)裝置亦即納米分散器中。脈沖可以引起對圍繞直徑1～2微米顆粒的邊界層的擾動(dòng)，從而使這些顆粒獲得極高值的壓力和相對速度。于是，通過機(jī)電方法和二個(gè)偶極分子的靜態(tài)力使原先大尺寸的分子和分子簇發(fā)生變化，和具有一定厚度的膠態(tài)膜將變成穩(wěn)定分散系統(tǒng)。在液態(tài)燃料液滴內(nèi)的水微球狀體表面的隔離將在液滴內(nèi)造成空穴。脈沖也將破壞重油內(nèi)的鏈烷烴絡(luò)合物并同時(shí)破壞了分子間的鍵合和其它分子力。于是，最終得到的均質(zhì)混合物在燃料液滴內(nèi)可以含有精制分散水，并促使納米級均質(zhì)乳液的形成。
圖1闡明了按照PET原理制備的油包水乳化組合物(a)與常規(guī)的油包水乳化組合物(b)的對比。正如在圖1上所闡明的，按照PET原理制備的乳化組合物與常規(guī)乳化組合物相比是一種優(yōu)質(zhì)乳液。
圖2示意地說明本發(fā)明的一種實(shí)施方案。參閱圖2，含有機(jī)物質(zhì)和水的液態(tài)廢料首先在混合器2內(nèi)進(jìn)行處理。雖然沒有表明在圖2上，但使含有水和有機(jī)物質(zhì)的液流1在混合步驟進(jìn)行之前經(jīng)受機(jī)械或化學(xué)過濾處理這也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。此外，雖然圖2示意圖描繪的是旋轉(zhuǎn)式混合器，應(yīng)用任何其它類型的混合裝置或均質(zhì)器也完全在本發(fā)明的范圍內(nèi)。同時(shí)，通過泵6向加熱器7供應(yīng)液態(tài)燃料5。要指出的是，雖然在圖2上表明有預(yù)熱步驟，但這步驟可以去消或推遲到后面的處理步驟之后進(jìn)行。然后，在液態(tài)組合物與液態(tài)燃料混合之前，通過液量計(jì)3測量廢料組合物，按預(yù)定量供給液態(tài)組合物。然后對這液態(tài)燃料和液態(tài)廢料的混合物進(jìn)行加工，以生產(chǎn)出納米乳化組合物8，可以將這組合物供給蒸汽鍋爐以便焚化。
圖3示意地說明了本發(fā)明的一種實(shí)施方案的另外的實(shí)施過程。參閱圖3實(shí)施方案，廢污泥經(jīng)泵7引入到中間儲(chǔ)罐6中，圖中經(jīng)計(jì)量過的表面活性劑經(jīng)泵5和過濾器3到達(dá)PET分散器4。表面活性劑可以通過供應(yīng)管道9直接引至PET分散器4。儲(chǔ)存在油罐1中的重燃油也可經(jīng)泵2輸送，經(jīng)過濾器3過濾和引向PET分散器4。要指出的是，圖3工藝流程圖允許表面活性劑，廢污泥和燃油可以各自單獨(dú)供給。亦即，如果工藝要求不需要表面活性劑，可以去除而不會(huì)影響廢污泥或燃油。然后，在乳化組合物被焚化之前將其輸送到儲(chǔ)存罐8中儲(chǔ)存。圖3的實(shí)施方案特別合適應(yīng)用于以下場合，即污泥的含水量可能多少總得需用一些燃料。在這種情況下，可以控制燃料供應(yīng)泵2，以便按需要增加或減少重油或燃料的數(shù)量。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方案中，含有水和有機(jī)污染物的廢料，可以直接將其引入到?jīng)]有添加表面活性劑的重油液態(tài)燃料中。因?yàn)橹赜涂赡芎写罅康难趸瘎?，故添加表面活性劑可能是不必要的。按照本?shí)施方案，引入測定量的液態(tài)廢料，與重油液態(tài)燃料一起形成精制分散親油乳液。此后，這乳液可以置于蒸汽鍋爐內(nèi)燃燒或儲(chǔ)存以便今后應(yīng)用。在一種實(shí)施方案中，親油乳液可含有水微球狀體(和不希望有的鏈烷烴或其它石油化學(xué)化合物)它們均勻地分散在液態(tài)燃料的液滴內(nèi)(這液態(tài)燃料可以構(gòu)成連續(xù)相)。
圖4示意地說明了本發(fā)明適合于熱電廠的一種實(shí)施方案。參閱圖4，在典型的熱電廠中產(chǎn)生的含有機(jī)物質(zhì)和水的污泥被注入計(jì)量泵1，一個(gè)分流閥是在這泵安裝位置的上方。雖然圖4示意表明是一個(gè)計(jì)量泵然而本發(fā)明不限于此泵，可以利用能提供測定量污泥的其它裝置。將污泥輸送到過濾器3。在圖4的實(shí)施方案中，為了加熱和冷卻，給過濾器3裝有護(hù)套。圖4上虛線代表蒸汽管路。由蒸汽發(fā)生器2產(chǎn)生蒸汽以便供應(yīng)熱電廠內(nèi)各種設(shè)備。按照PET原理動(dòng)作的納米分散器9接收來自過濾器3的過濾污泥并生產(chǎn)出被輸送到儲(chǔ)罐8的乳液。正如曾提到過的，在圖4的實(shí)施方案中，污泥是易于易燃的，所以沒有將其添加到燃料中。這是因?yàn)闊犭姀S的典型廢污泥是重油(高達(dá)50％的燃油或廢燃油)，故無需額外燃料就能易于使其燃燒。此外，因?yàn)槲勰嗍侵厝剂希蕸]有添加表面活性劑(盡管如有需要可以添加)。可以用作易燃燃料的來自儲(chǔ)罐8的乳化污泥可以將其裝車運(yùn)輸或儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐7中供今后消耗。蒸汽發(fā)生裝置包括膨脹箱5，正排量泵4和過濾器3。因?yàn)檎羝l(fā)生裝置是一項(xiàng)輔助設(shè)備，故將對它不作詳細(xì)論述。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，污染液態(tài)廢料(含有，其中包括，水和原生有機(jī)污染物質(zhì))可將其收容在能使重質(zhì)燃料重力分離的容器內(nèi)。其它熟知的常規(guī)方法也能用來造成相分離。在一種實(shí)施方案中，盡管不同的組合物可能有不同的結(jié)果，上層含有的有機(jī)物質(zhì)與該層平衡部分的重量相比可以高達(dá)80重量％。這上層液態(tài)廢料可能是粗制和不穩(wěn)定系統(tǒng)，故它含有直接和親油二種乳液并有相分離傾向。因?yàn)楦哂袡C(jī)層仍是易于相分離的，故可將其除去并與一種或更多種表面活性劑相混和，以生成穩(wěn)定的連續(xù)相。這層可通過PET裝置對其進(jìn)行處理，然后儲(chǔ)存供今后作為潛在燃料使用或直接在焚化爐內(nèi)燃燒。這層也能和額外燃料一起加以處理并按照本發(fā)明的其它實(shí)施方案使其燃燒。含有機(jī)物質(zhì)不如頂層那么多的底層，其有機(jī)物質(zhì)含量與底層平衡部分重量相比可能多達(dá)50重量％。這底層可按測定量引入并分散在上層中。在本實(shí)施方案中，上層可能形成連續(xù)相而底層可能形成分散相。此外，按照本發(fā)明的上述實(shí)施方案，底層在利用燃料/表面活性劑混合物使其乳化之后，可通過例如燃燒的方法來處理底層。在一種這樣的實(shí)施方案中，含有大約50重量％有機(jī)物質(zhì)的底層以測定量將其引入到液態(tài)燃料例如重油中，按照如上文中所公開的稱為PET原理使其乳化，并使其變成精制分散親油乳液的均質(zhì)組合物。于是，該組合物可以在熱量發(fā)生裝置內(nèi)燃燒。換言之，可以將底層引入燃料和表面活性劑的混合物中，使其乳化，然后將其焚化或儲(chǔ)存供今后消耗。
要注意，因?yàn)榈讓涌赡馨兄亟饘俸推渌愃频幕衔?，為了去除并回收這些重金屬，使底層經(jīng)受分離處理是有利的。換言之，使污泥經(jīng)受各種機(jī)械的和化學(xué)的過濾步驟，以去除某些物理的和/或化學(xué)的雜質(zhì)。
在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明能每天生產(chǎn)出產(chǎn)量高達(dá)100噸的易燃的、穩(wěn)定的和含水，有機(jī)物質(zhì)及油的高度分散的乳液燃料。因此，本發(fā)明促進(jìn)節(jié)省能量費(fèi)用和省去了對存在于港口的廢料儲(chǔ)存設(shè)備的需要和對其它工業(yè)廢料儲(chǔ)存設(shè)備的需要。
按照本發(fā)明的這些實(shí)施方案能達(dá)到節(jié)省目的的實(shí)施例如下。使經(jīng)過1重量％或更少的穩(wěn)定劑處理過的1噸重油與含有30重量％有機(jī)物質(zhì)和70重量％水的1噸石油化學(xué)廢料相混合。然后使這混合物經(jīng)受納米乳化以生產(chǎn)出大約2噸的納米乳化燃油。為了產(chǎn)生足夠的熱量用以蒸發(fā)700kg的水，需要燃料大約100kg的廢油。這能產(chǎn)生大約200kg的有效燃料。因此，能形成有用的有效燃料為1000+200kg＝1200kg。去除原有的廢油(包括在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和環(huán)境廢料處理方面所節(jié)省的費(fèi)用)，最終結(jié)果能提供額外產(chǎn)生的20％的燃料增益。另外，因?yàn)檫@新的燃料的含水量相當(dāng)大，故燃燒產(chǎn)物在環(huán)境上是安全和可靠的?，F(xiàn)用操作特點(diǎn)表明如下去除了含油污水，火焰高度顯著降低，減少了爐渣在鍋爐的物流通過段上的生成量，減少了過量空氣系數(shù)，降低了排出氣體的溫度，CO含量減少到其最初值的45％，NOx含量減少大約20％，產(chǎn)生1千卡所消耗的燃料量大約減少2.7kg。
本發(fā)明的這些實(shí)施方案通過以下非限制的和典型的實(shí)施方案作進(jìn)一步闡明實(shí)施例1污泥和漿料，包括在運(yùn)輸過程中形成的廢污泥，可以從船和駁船獲取。這廢料典型地含有大約30％的，具有大約10200千卡/kg熱容量的有機(jī)物質(zhì)。遵照所述方法，能制備出具有大約10000卡/kg熱容量的基于6號(hào)殘余重油(馬素特M100)的乳液。最終的乳液中的含水量可保持為10重量％。利用計(jì)量泵按1比6的比例和大約60℃溫度將污泥水引入到重油中從而形成粗制乳液。隨后利用盤形脈動(dòng)裝置對粗制乳液進(jìn)行處理。按照如上所述的脈沖能量變換(PET)原理運(yùn)作的分散器能在重油中產(chǎn)生水和不希望的鏈烷烴化合物的優(yōu)質(zhì)分散體，從而生產(chǎn)出基本上具有納米分散特征的乳化燃料。隨后這乳化燃料可在熱量發(fā)生裝置例如蒸汽鍋爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。根據(jù)比較實(shí)驗(yàn)，通過采用含10％的水的乳液與無水乳液的對比，可以獲得2％的鍋爐能量增量。按照本發(fā)明的某一實(shí)施方案，1kg污泥的效率增加量按以下方式疊加。首先，2％的鍋爐效率增量轉(zhuǎn)換成大約1200千卡/kg。其次，污泥水增加的熱容量(如果鍋爐效率為92％)最終形成大約2815.2千卡/kg。因此，在處理1kg污泥水時(shí)的總的能量效應(yīng)便是4015.2千卡/kg。
實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)1中所述的污泥含有30％的有機(jī)物質(zhì)，其熱容量為10200千卡/kg并是具有分成多層傾向的不穩(wěn)定系統(tǒng)，此污泥可將其儲(chǔ)存在分離式儲(chǔ)罐中。在澄清之后，含有3％水的上層可將其取出?？蓪⒋蠹s1％的表面活性劑添加到上層中。其次，可以添加重油或污泥直至在此系統(tǒng)中的含水量達(dá)到50％并形成粗制乳液。這粗制乳液可采用如上所述的脈動(dòng)裝置對其進(jìn)行處理直至精制的分散和穩(wěn)定的乳液形成。然后這乳液可在合適的熱量發(fā)生裝置內(nèi)使其燃燒。
在實(shí)施例2中，液態(tài)廢料的表面層可由液態(tài)燃料組成，并可進(jìn)一步被能起額外燃料作用的有機(jī)物質(zhì)富化。采用這項(xiàng)技術(shù)能明顯地減少能的需要量和凈化設(shè)備的費(fèi)用，因?yàn)橹苽涞娜榛剂峡赡芏噙_(dá)所用重油總量的16％。此外，這樣的處理能顯著地減少有機(jī)物含量，從而確保在液態(tài)廢料進(jìn)入生物凈化階段時(shí)有機(jī)污染物不超過30g/m3。
在消除1kg污泥的同時(shí)產(chǎn)生的能量相關(guān)效應(yīng)可如下地疊加。實(shí)施例2的乳化燃料的熱容量大約為10200×50％＝5100千卡/kg。用于蒸發(fā)水以便將蒸汽加熱到使氣體從鍋爐放出的溫度(大約180℃)需要能量。我們用GH2O來代表每1kg乳液燃料的余熱和用Q來代表水的含量(最初為0.5kg)。在起始溫度20℃時(shí)的水的熱焓大約為20千卡/kg和在170℃時(shí)的過熱蒸汽的熱焓是677.9千卡/kg。
于是GH2O＝0.5kg(677.9-20)千卡/kg＝329.95。
假設(shè)鍋爐的效率是92％，則熱效應(yīng)是(5100-328.95)×0.92＝4389.4千卡/kg。
假設(shè)1kg污泥中大約60％能產(chǎn)生能量，而剩余部分通常不會(huì)對熱效應(yīng)或生物凈化有影響4389.4×0.6＝2693.6千卡/kg。
然后對比第一和第二個(gè)實(shí)施例，很明顯在實(shí)施例1中單位熱效應(yīng)是較高的。這可根據(jù)以下事實(shí)加以解釋，在實(shí)施例1中污泥和重油按1對6的比例相混合，這對應(yīng)于乳液中約含10％的水。由于這些值，水的含量足以能改進(jìn)重油的噴射。亦即污泥與重油按相對小的量相混合導(dǎo)致改善了整個(gè)乳液燃料物質(zhì)的燃燒。
發(fā)明人的試驗(yàn)研究表明，當(dāng)無水重油與水相混合形成精制分散乳液時(shí)，最佳含水量的范圍為8～12％，此處低值表征低粘度重油而高值表征高粘度重油?？墒牵@些結(jié)果不是用來限制本發(fā)明的范圍的，而水的含量可以改變以達(dá)到最佳燃燒，這點(diǎn)將很容易被每個(gè)普通技術(shù)人員所認(rèn)可。另外的試驗(yàn)研究表明當(dāng)重油被水乳化時(shí)其粘度是低的。
因此，運(yùn)用能量原理，可以認(rèn)為第一個(gè)實(shí)施例中的作業(yè)條件是優(yōu)越的。另外，在實(shí)施例1的實(shí)施方案中不需要使用表面活性劑和不需要凈化處理。仍然，概括在實(shí)施例2中的方法具有的優(yōu)點(diǎn)在于它不需要可能是昂貴的專用液態(tài)燃料。本文中提供的這些實(shí)施方案對處理含水有機(jī)廢料的任何混合物會(huì)是有效的并能和各種液態(tài)燃料一起使用。概括在本發(fā)明中的這些方法適合于每小時(shí)處理4～5噸的水/乳液燃料。
權(quán)利要求
1.一種用于處理含有機(jī)物質(zhì)的廢料的方法，它包括將水加入廢料中，制備一種含有至少一種表面活性劑和燃料的組合物，將所述有機(jī)物質(zhì)按測定量引入燃料中，以形成最終組合物，乳化這最終組合物并燃料這最終組合物。
2.權(quán)利要求1的方法，其中存在的有機(jī)物質(zhì)含量為20～30重量％。
3.權(quán)利要求1的方法，其中存在的有機(jī)物質(zhì)含量為30～50重量％。
4.權(quán)利要求1的方法，其中存在的有機(jī)物質(zhì)含量為50～80重量％。
5.一種用于處理含有機(jī)物質(zhì)和水的污泥的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括提供的含有機(jī)物質(zhì)和水的污泥；提供的至少一種表面活性劑；提供的至少一種型號(hào)的液態(tài)燃料；適合于提供含有污泥、所述至少一種表面活性劑和液態(tài)燃料的乳液的納米分散器，該乳液具有親油連續(xù)相和分散相，分散相含有的顆粒直徑基本上為1納米；和其中乳液的總含水量為5～60重量％。
6.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中乳液的總含水量為10～20重量％。
7.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中乳液的總含水量為20～30重量％。
8.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中乳液的總含水量為30～40重量％。
9.一種用于處理含水污染重油的方法，該方法包括提供一種含水量基本上不多于25重量％的可燃重油，使該污染重油經(jīng)受分散處理以產(chǎn)生出一種具有連續(xù)相和分散相的乳液，這分散相所含顆粒的直徑基本上為1納米。
10.權(quán)利要求9的方法，其中乳液還含有表面活性劑。
11.權(quán)利要求9的方法，還包括在污染重油經(jīng)受分散處理以前提供液態(tài)燃料。
12.權(quán)利要求9的方法，其中重油的含水量基本上不多于20重量％。
13.權(quán)利要求9的方法，其中重油的含水量基本上不多于10重量％。
全文摘要
本發(fā)明涉及處理含有機(jī)物質(zhì)和水的廢料，其處理方式是利用廢料中污染物質(zhì)的潛能和熱容量。在從外部能源輸入量少能量的條件下，利用有機(jī)物質(zhì)的潛能和產(chǎn)生的熱容量對其進(jìn)行處理。
文檔編號(hào)C02F1/02GK1518523SQ02812377
公開日2004年8月4日 申請日期2002年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月19日
發(fā)明者W·貝格爾, A·A·多林斯基, V·O·克雷姆內(nèi)夫, Y·沙菲耶瓦, W 貝格爾, 克雷姆內(nèi)夫, 埔, 多林斯基 申請人:脈沖有限責(zé)任公司