從含磷起始材料中分離重金屬的方法及裝置的制造方法
【專利說明】從含磯起始材料中分離重金屬的方法及裝置
[0001] 本發明設及一種從含憐起始材料中分離重金屬的方法及裝置。
[0002] 憐酸鹽對于植物的光合作用是一個非常重要的營養素，因此全球生產的憐酸鹽中 超過90%被加工為含憐肥料。但憐的可用性是有限的。為了增強憐酸材料有限的可用性， 已經努力使用下水道污泥灰分作為回收憐的來源，其通常含有相當量的憐且通常在垃圾填 埋場中被處理掉。已經提出燃燒含憐下水道污泥W得到憐濃度為8至20重量％的含憐灰 分。所產生的下水道污泥灰分的主要化學成分是51〇2、〔曰0、412〇3、。62〇3和？2〇5。但是，運些 灰分還含有重金屬，如鉛、儒、神、銘、銅、儀、鋒或隸。因為運些元素的含量超過由官方規定 的限制，并且因為它的憐酸鹽化合物的裝置可用性差，所W下水道污泥灰分不能被用作肥 料，并且必須預先進行處理。
[0003] 申請PCT/EP2012/061986描述了一種從含憐下水道污泥灰分中分離重金屬的方 法，其中在第一反應器中將起始材料加熱到7〇(Tc至iiocrc的溫度，排出燃燒氣體，并將經 加熱的起始材料轉移至添加了堿金屬和堿±金屬的氯化物的第二反應器。
[0004] 現有技術（參見B6hm,H.，WernerW.，"lintwicklungundRrprobung einesVerfahrenszurchemisch-thermischenVerarbeitungP-haltiger KiaschlammaschezuDilnge巧hos地aten"，德國聯邦科研和技術部，ResearechRepOTt Τ81-127,1981年7月）中還已知在旋轉害中將蘇打、含憐下水道污泥灰分和沙的混合物 加熱到ll〇〇°C至1250°C的溫度。該方法有許多技術缺陷：首先，存在于起始材料中的重金 屬將不會從所得的肥料中除去；其次，該方法是非常能量密集的，因為盡管沒有在方法中使 用，但需要加熱旋轉害內的空氣W保持所需的反應溫度。
[0005] 本發明的目的是W能量有效的方式提供從含憐材料中對重金屬的可靠分離，運也 是比現有技術的方法更易于操作和更低成本密集的。
[0006] 該問題在根據權利要求1的方法中由本發明解決，該方法包括W下步驟：
[0007](i)在第一反應器中將起始材料加熱到600至1，200°C，優選700至1，100°C的溫 度，并排出燃燒氣體；
[0008] (ii)使用步驟（i)的燃燒氣體預熱堿源；和
[0009] (iii)將步驟ω的經加熱的起始材料和步驟（ii)的經預熱的堿源轉移至第二反 應器，添加單質碳源，加熱到700至1，100°C的溫度，并排出工藝氣體和產品料流。
[0010] 本發明的方法使用堿源W將包含在起始材料中的憐轉化為可溶的憐酸鹽化合物。 優選地，堿源選自由碳酸鋼、氨氧化鋼、碳酸鐘和氨氧化鐘構成的組。最優選地，堿源是碳酸 鋼（蘇打灰）。優選地，堿源W起始材料的2至80重量％，優選10-50重量％的量添加。
[0011] 根據本發明，單質碳用來減少起始材料的重金屬成分W進行隨后的去除。優選地， 單質碳源選自由粉狀褐煤、干下水道污泥或干生物質構成的組。最優選地，單質碳源是預干 燥的下水道污泥。優選地，單質碳源W起始材料的1至40重量％，優選3-15重量％的量添 加。
[0012] 為了達到步驟（i)的第一反應器內的溫度，優選將空氣和燃料的混合物供給至所 述第一反應器。一般來說，能夠產生第一反應器內所需溫度的任何燃料都可使用。根據本 發明的優選燃料是天然氣、下水道污泥和含憐生物質如農家肥料或動物副產品。
[0013] 優選起始材料在步驟（i)的第一反應器中加熱之前預熱到300至800°C，優選400 至600°C，更優選520-580°C的溫度。為了使燃燒氣體冷卻至適于預熱堿源的溫度，所述預 熱優選在多階段中進行。如果將蘇打灰用作堿源，它的烙點為85rC，則它不應該直接與離 開第一反應器熱燃燒氣體接觸。
[0014] 根據本發明，堿源在引入到第二反應器之前在第二預熱階段中預熱到200至 500°C，優選300至400 °C的溫度。
[0015] 相比于現有技術，本發明的方法在幾個方面是有利的。
[0016] 因為在步驟（i)的第一反應器中產生了主要量的煙道氣，所W能顯著地減小步驟 (iii)中第二反應器的尺寸。此外，沒有必要加熱步驟（iii)中第二反應器中的氣態化合 物，其沒有用在反應中，從而相比于現有技術方法大幅降低能量需求。
[0017] 在本發明方法的步驟（ii)中，堿源的預熱進一步減少了加熱步驟（iii)中第二反 應器所需的能量。
[0018] 在步驟（iii)中第二反應器中的堿源和單質碳源的混合物增強了堿源的分解，并 因此形成了可溶性憐酸鹽化合物。
[0019] 優選使步驟（iii)中工藝氣體冷卻到低于重金屬化合物的冷凝溫度W允許其沉 淀和除去。
[0020] 剩余的富憐固體離開反應器，并被輸送到精制工段W生產純憐或復合肥料。
[0021] 從步驟（iii)中第二反應器排出的富憐固體可W與一個高等級純憐載體和/或營 養載體相混合，W得到高價值的憐肥。固體可經均化和粒化，W促進進一步的處理。
[0022] 根據本發明，將來自步驟（i)的燃燒氣體進料到旋風分離器，并隨后進料到第一 預熱階段的文丘里工段。
[0023] 隨后，將燃燒氣體從旋風分離器排出，進入第二預熱工段的文丘里工段，并與步驟 (ii)的堿源相混合。
[0024] 本發明還設及根據權利要求11的從含憐起始材料中分離重金屬的裝置，其適合 于實施上述方法。該裝置包括用于加熱起始材料的第一反應器，其有至少一條管線用于排 出燃燒氣體，用于預熱起始材料的第一預熱階段，用于加熱堿源的第二預熱階段，和用于加 熱經加熱的起始材料和經預熱的堿源W及單質碳源的第二反應器，其具有用于排出工藝氣 體的至少一條管線，和用于排出產品料流的至少一條管線。
[0025] 優選地，步驟（i)的第一反應器是流化床反應器，用擴大的固體表面操作，該表面 確保理想的熱傳遞。步驟（iii)中第二反應器優選是旋轉害。
[0026] 根據本發明的優選實施方案，第一和/或第二預熱階段均包括文丘里工段和旋風 分離器。文丘里工段有助于使添加的材料與熱氣體相混合，而在旋風分離器中將固體與氣 體分離，然后分別轉移到第一和第二反應器。
[0027] 基于優選的實施方案和附圖，將對本發明作更詳細的描述。
[0028] 在附圖中：
[0029] 圖1是實施本發明方法的裝置簡化框圖。
[0030]在示于圖1的裝置中，含憐原料或起始材料例如下水道污泥或生物質灰分或憐酸 巖從未圖示的儲存筒倉氣動輸送到包括文丘里工段2a和旋風分離器化的第一預熱階段 2中。由此，起始材料與第一反應器1排出的熱燃燒氣體強烈地混合，并被加熱到400至 600°C，優選約575°C的溫度。在旋風分離器化中，固體物質從氣體中分離出來，并經由管線 3傳送到第一反應器1，其優選是流化床反應器。在第一反應器1中，經預熱的起始材料通 過燃料管線4供給的燃料（如天然氣、生物質或下水道污泥）與通過空氣管線5供給的空 氣的燃燒進行加熱。可W經由壓縮機6在升高的壓力下引入空氣。在第一反應器1中，起 始材料被加熱到700至1，l〇〇°C，優選900至1，000°C，特別是約950°C的溫度。
[0031] 通過管線7將經運樣加熱的起始材料從第一反應器1排出，并進料至第二反應 器20,其優選是旋轉害反應器。第一反應器1中的料量水平可W通過密封罐8(如在文獻 W02008/104250A中所描述的）、浸潰腿密封（diplegseal)等進行控制。燃燒氣體通過管 線9從第一反應器1排出，進入用于將氣體與固體材料分離的旋風分離器10。固體材料在 旋風分離器10底部排出，通過管線7轉移到第二反應器20。熱燃燒氣體進入第一預熱階段 2的文丘里工段2a用于預熱起始材料。
[0032] 來自第一預熱階段2的旋風分離器化的氣體在頂部排出，并進入第二預熱階段 11的文丘里工段11a，在運里添加蘇打灰作為優選的堿源，并與加熱氣體相混合。該混合物 然后被轉移到用于將固體與氣體分離的旋風分離器Ub中。在第二預熱階段11中，堿源被 預熱到300至400°C，優選約360°C，然后通過管線16轉移到第二反應器20。氣體在旋風 分離器Ub的頂部排出，通過管線12傳送到分離器13,在運里在添加過合適的基于巧或鋼 的吸附劑（如氨氧化巧、碳酸巧或碳酸氨鋼）之后，固體與氣體分離。最后，在經過過濾器 14(優選是靜電除塵器和其他合適的清潔裝置，用于回收可W通過管線15引入到第二反應 器20中另外的固體）之后，將清潔氣體從裝置中移除。
[0033] 通過管線7從第一反應器1供給的起始材料和通過管線15、16供給的堿源被引入 到第二反應器20,并在其中加熱到700至1，100°C，優選900至1，000°C，特別是