技术领域

来自污物和废水处理厂的淤泥及其所含的生物固体产生了严重的处置难 题。水环境联合会(WEF)于1991年正式认可术语“生物固体”，目前该术语在世 界范围内广泛使用。水环境联合会将术语“生物固体”定义为在废水处理过程中 来自污物的泥状残余物。在废水处理过程中，细菌和其它细小生物将污物分解成 更简单和更稳定状态的有机物。该有机物与细菌细胞团一起沉淀析出，形成生物 固体。根据USEPA的规定，符合处理和污染物目录标准的生物固体“可以被安全 地循环利用并用作肥料以持续地改进并维持肥沃的土壤并促进植物生长”。

淤泥是生物固体(主要包括作为污物和废水处理副产品的死亡的有机细胞， 因此其可排入开放的水系中)和不同量游离水的混合物。用机械脱水方法可至少 部分脱除游离水分。除了游离水以外，所述生物固体还含有细胞束缚水(或细胞 结合水)，它含量最高可占生物固体体积的80％并且不可能用机械脱水方法脱除。 这种淤泥中含有大量的水分使之具有高的负热值，结果将其焚化的成本高得惊 人，因为需要大量的高成本燃料来驱除所述细胞束缚水。鉴于所述原因，目前通 常将这种淤浆填埋或者用作可分洒在土地上的肥料，因为污物污泥(下水道污泥) 通常含有例如氮和磷。但是，所述淤泥通常含有有害物质、发出不合需求的气味 并由于重金属等会对土壤或填埋场造成严重的污染。

在处理市政污物和雨水使之满足排放标准的方法中将固态组分浓缩成一种 副产品(通常称为污物淤泥)。污物淤泥是死亡的有机细胞和其它固体的团聚物 或物质(称为生物固体)，它混合有不同量的水，因此具有不同的粘度。不论生 物固体物质机械脱水的程度如何，(机械脱水后)残留的生物固体物质通常含有 约80％的水，因为所述水分大部分被限定在所述死亡细胞的内部，使该生物固体 物质具有负的热值，造成生物固体实际不能用于贡献热值的用途。因此，生物固 体仍然通过填埋或者洒在农田上作为氮肥和磷肥进行处置。但是，生物固体仍会 含有活的病毒、病原体和有毒的重金属，与环境利益明显相悖，同时其高的含水 量极大地提高了将其运输至使用场所的成本。

本发明对污物处理厂排出的原始生物固体进行加热以使所述细胞破裂，从 而释放大量的细胞束缚水，加热的温度足以破坏细胞结构并释放出二氧化碳以降 低所述生物固体的氧含量。加热的结果形成非亲水性焦炭，它能有效地脱水和/ 或干燥。这种焦炭是可行的再生燃料。

在本发明的另一个方法中，可以通过在同一个或者平行进行的设施中对生 物物质(例如未处理的工地(yard)和作物废物等)进行转化来提高再生燃料的实 用性。同样，本发明可对不可再生的亲水性燃料进行如此加工以进一步提高从生 物固体提取的能量。

发明的背景

公众对可再生能源(常称为绿色能源)的支持度日渐升温。根据2003年5 月的 能源杂志，多家著名公司(包括通用汽车、IBM、陶氏化学和美国强生)宣 布从“绿色”来源购买一部分其所需能源的计划。部分公司甚至宣布要用绿色能 源替代其生产设施中使用的全部电力。石化能源供应巨头(例如Chevron、英国 石油(BP)和壳牌石油)已经宣布其支持环境事业的计划。事实上，BP是太阳能板 的重要供应商。世界能源署(WRI)有一个绿色能源市场开发集团，目标是到2010 年开发1,000兆瓦(MW)新的有价格竞争力的绿色能源。

另外，超过十几个州的立法机构要求能源供应商分阶段提高再生能源的占 比。纽约要求州政府机关到2013年必需使其总能源的25％购自可再生能源。目 前纽约19.3％的能源是由可再生能源生产的(纽约公众服务委员会)。加州已通 过立法，要求到2017年该州有20％的公用电力由可再生能源提供。事实上，加 州的一个公用事业单位(太平洋煤气和电力(PG&E))登广告宣布目前其电力中 有超过30％来自可再生能源。至少36家美国能源零售商提供替代的绿色能源。 欧洲也认真对待可再生能源，计划到2020年有20％的电力来自可再生物。

常规的可再生能源一般来自太阳、风力、水电、地热、生物物质和掩埋气。 目前存在的问题是怎样来满足对可再生能源的需求。对太阳和风力的利用正在增 长，但是其基数非常小。水电和地热新增的适用地点有限并面临生态问题。掩埋 气是有限的并且也受到污染大气的批评。目前未找到其它可再生能源来满足巨大 的供需矛盾。

生物物质长期用作可再生能源。例如，将作为燃料的林木和农业副产品在 炉子和燃烧器中与大量的空气一起低效率地机械燃烧已有数个世纪了。国家再生 能源实验室(NREL)将生物物质定义为“可再生地获得的有机物。生物物质包括林 木和其加工残余物、农作物和其废物、木材和木材废物、动物废物、家畜运作残 余物、水生植物、速生林和植物以及市政工业废物”。根据Sandia国家实验室 燃烧研究机构(CRF)的报告，燃烧占世界能耗的85％。如果生物物质能够对再生 能源提供有意义的贡献，则它可以直接或间接地作为燃料。

目前，未将含细胞束缚水的污物淤浆及其所含大量的生物物质视为能源。 由于其高的束缚水含量，生物固体具有负的燃料值，因此除非用外购的昂贵燃料 进行加热，否则生物固体不能焚化。为了避免将生物固体分洒在土地上以消除或 至少降低对环境可能的污染，对生物固体的这种焚化可能是必需的，但是其成本 非常高昂，即焚化的额外热量必需来自燃料。

在美国每年产生的生物固体的量估计在7.1至略低于7.6百万吨(干)。自 八十年代以来向海洋倾倒生物固体受到禁止，其主要的处置方法是将生物固体分 洒在农田上作为肥料。其它处置方法是倾倒在填埋场随后焚化。

1998年报道欧洲产生7.2百万吨(干)生物固体，其中25％填埋处置。2005 年生物固体的产生量有望增至至少9.4百万吨，其中土地分洒为54％、填埋降至 19％、焚化增至24％，尽管焚化的成本估计为填埋的5倍。

2001年报道日本产生的生物固体为1.7百万吨(干)，其中40％被堆肥，其 余的被焚化或用于制造水泥。

在污物处理厂剧烈机械脱水并消化后，生物固体的固体浓度也仅为约 14-30％，通常不超过约20％，这意味着用现有的方法处理和脱水后，每吨生物 固体伴生有约4吨水，大多数的水被束缚在死亡的细胞内。运输这些不活泼水的 成本限制了其从源头(通常是废水处理工厂(WWTP))移动的距离。这些因素使生 物固体具有负面的价值。结果，废水处理工厂必须付费让别人来处置这些生物固 体，这种费用常称为“小费”。

因为处置生物固体的选择变得更具有挑战性并且处置设施远离其源头，因 此处置成本和运输成本成为日趋增加的经济负担。为了减轻这种负担，工业上将 目标集中在降低其体积和重量上。废水工业已经作出巨大的努力来从处理厂产生 的生物固体除去水。典型的废水处理厂会使用离心机、压带机、旋转压缩机或其 它方法物理地将水分从生物固体中压出。可以加入聚合物或其它化学品帮助脱 水。然而，废水处理厂使用的这种机械脱水法效率低、成本高且不能大量减少束 缚在生物固体中的细胞中水分的量。

美国环境保护署按照“40 CFR Part 503”规则将生物固体分成A级和B级。 该规则主要涉及将生物固体施用于农田，它是有异议的并受到环保人士日趋增加 的反对。例如，环保人士由于生物固体致病微生物(病原体和病毒)和重金属(例 如铅、汞、镉、锌和镍)的含量以及其污染地下水质而谴责将其用作肥料。另外， 环保人士提出了与生物固体相关的关于“生活质量”议题(例如生虫和气味)。 因此，许多县禁止将B类生物固体施于土地上，并且更多的州县有望跟进。在70 ％生物固体属于B类的情况下，几个邻县禁止土地施用造成的小费几乎翻翻，由 每干吨约125美元变成约210-235美元。

另外，生物固体高的细胞束缚水含量造成其难以在许多工业中进行焚化。 例如，水泥工业是世界上第三大能源用户，每吨水泥需要相当于约470磅的煤。 为了节约化石燃料，美国15家水泥厂使用燃料质量级的有害废物，约35家其它 工厂使用废轮胎来补充化石燃料。日趋广泛使用的一种生物固体处置方法是将其 在水泥窑中焚化。由于其净燃料值为负(因为必须燃烧附加的燃料(如煤)来驱 除束缚在生物固体中的水分)，因此这种方法仅仅是可行的，因为水泥窑的运行 者可例如从小费中得到收入。另外，在水泥生产中，生物固体所含的某些元素(例 如氯、磷、钠和钾)是不合需求的，它们会不利地影响水泥的质量。

过去，要求处置生物物质一般总是伴随着试图从其获得热能以降低处置成 本和填埋的环境负担。试图从这种材料提取能量的方法局限于燃烧低级燃料和固 体废物。例如，由市政固体废物(MSW)形成燃料的现有方法一般着眼于加入碱 以帮助除去所含的大部分以PVC形式存在于市政固体废物中的氯。另外，加工低 级碳质燃料(例如亚烟煤和褐煤)的各种方法是本领域普通技术人员众所周知的。 但是，在这两种方法中，均使用低级燃料作为原料。

业已提出了多种高温分解生物固体的方法，但是它们均不得不面对这样的 事实，即，即使经常规的处理厂脱水后生物固体的含水量仍然是固体材料的约4 倍。在估算资金和运行成本前应理解在蒸发全部水分前不可能达到高温分解的温 度，蒸发全部水分至少需要每磅固体4000英国热量单位(Btu)，这些热量至多 等于其燃料值。

如上所述，生物固体的处置日趋昂贵和有争议。本领域需要提供一种能干 净和经济地处置生物固体的方法。本发明提供一种处置生物固体的方法，同时制 造一种经济上更可行的可再生燃料。

鉴于单独的生物固体不能满足对可再生燃料日趋增长的需求，本发明将生 物固体转化成有用燃料的方法可以结合从其它来源(例如生物物质)提取能量。 因此，本发明提供一种方法和系统，用于将单独的生物固体或者与生物物质一起 以环境友好的方式转化成可行的可再生燃料。

发明的概述

如申请人理解的那样，生物固体主要包括带细胞束缚水分的死亡细胞。当 施加足够的压力使所述水分保持液态时，将含生物固体的淤浆或淤泥加热至一个 相对较低的第一温度，可导致该生物固体细胞的破裂，从而释放束缚在细胞內的 水分，从而将所述生物固体由实践中不能脱水的物质转变成可容易地从中机械脱 水的新燃料。对该生物固体进一步加热可附加地释放二氧化碳，从而降低该生物 固体內氧含量，并将该生物固体转化成焦炭。经脱水后，该焦炭具有正的热值， 可直接用作燃料，从而释放以前束缚在该生物固体内的热能。

例如，与废水处理厂(WWTP)相结合，本发明通过将所述生物固体转化成 相对干燥的可燃烧物质而提供用作生产可行的可再生燃料的方法。在许多情况 下，本发明方法可与废水处理厂已有的基础设施集成在一起。因为经处理的生物 固体基本不含束缚的水分，因此来自细胞的游离水分可被送回废水处理厂。残余 的细胞物质的亲水性变得很小，使之具有正的热值，并使之能以非常低廉的价格 运输至所需的目的地。如果该废水处理厂装备有厌氧菌致分解段，则生成的气体 可支持流体脱氧，该操作中使用燃料。病原体被破坏，并且当对脱水的生物固体 进行充分加热使之碳化时，形成的焦炭产物中大多数溶于水的杂质(包括钠、钾、 硫、氮、氯和有机化合物)的含量下降，它们会随过量的水一起被分离除去。生 物固体焦炭是能源领域的新兵，对于许多耗能工业它是一种低成本、可再生的燃 料。

尽管焚化和填埋处置是可接受的，但是最有生成价值的是使用生物固体焦 炭，此时其能量储备得到利用。例如，在一个实例中，本发明方法和设备是与水 泥窑结合使用以提高水泥窑的热效率和进行水泥制造，同时处置否则会产生不合 需求的废物的生物固体。另外，生物固体中的惰性材料可成为产物的一部分。因 此，用这种方法不仅生物固体中的热值受到利用，而且惰性物质不会不利地产生 副产品。

由于生物固体是以粘性淤浆形式产生的，因此除混合均匀外几乎无需进行 制备步骤。在压力下将生物固体加热至细胞壁破裂的温度以后，进一步加热所述 生物固体使细胞明显发生分子重排，以二氧化碳形式释放其大部分的氧，这种加 热步骤使有机物碳化并产生容易焚烧的所谓的焦炭。用于分子重排所需的温度是 不确定的，但是通常为177-315℃(350-600)。该严酷的水解条件使阴离子解 脱使之溶解在水相。以前受束缚的阳离子(例如钠和钾)也同样容易溶解于水并 随后除去和/或受处置。

与焚化(原始的)生物固体相比，在水泥窑或专门的焚烧炉中生物固体焦 炭正的能量含量明显降低了必须外购的补充燃料的用量。另外，大量的可溶性阳 离子(燃烧炉中低温炉渣的来源并且在水泥中是不合需求的)随游离水一起被分 离。

水泥窑和焚烧设施要求所述焦炭较好具有最高的脱水程度，从而使产生的 并使用的湿固态“焦炭”仅含约40-50％的水，约为原料生物固体含水量的十五 分之一。或者，出于运输和运行考虑，这些设施要求焦炭较好是经干燥的并经压 实或造粒的。本发明能够提供这两种形态的焦炭。

另外，本发明生物固体焦炭(带有或不带有例如来自其它物质如生物物质 的焦炭)提供适合其它各种消费燃料的工业(包括鼓风炉、铸造厂、电站锅炉、 电力工业、造纸工业和其它使用化石燃料的工业)使用的燃料。例如，本发明设 想一种绿色的电站，它将生物固体焦炭加入一个粉碎燃料或流化床燃烧器来产生 蒸汽，或者加入一个气化器，将干净的燃料气体加入一个集成的燃气气轮机组合 循环。

此外，本发明制得的焦炭可以，如合成氨技术中实践的那样，通过部分氧 化形成燃料气体(大部分为一氧化碳和氢气)随后通过水煤气变换并分离二氧化 碳而作为氢燃料电池的原料。可以根据石油精炼工业已知的步骤采用“催化裂 解”、“延迟焦化”和“氢化裂解”将本发明制得的焦炭“精炼”成液体燃料。

尽管本发明涉及经济的和生态上安全的生物固体的处置方法，但是它可以 结合经适当处理的其它物质(主要是需要处置的生物物质)，包括但不限于造纸 淤泥、食品废物、农业废物、猪厩肥、养鸡垃圾、牛厩肥、稻壳、甘蔗渣、绿叶 废物、市政固态垃圾、医用垃圾、废纸、木材和木材垃圾、棕榈油残余物、来自 垃圾的燃料、牛皮纸工厂的黑色母液和短期轮作的能源作物以及亲水性不可再生 的燃料，例如低级煤。

具体地说，本发明涉及一种将生物固体转化成经济上可行的燃料的方法， 它包括向该生物固体施加足够的压力使之保持液态，将该受压的生物固体加热至 足以使细胞破裂的温度，随后释放出二氧化碳，使形成的焦炭糊浆减压，从焦炭 糊浆中分离出二氧化碳，从焦炭糊浆中分离除去至少一部分水相以提供至少部分 脱水的焦炭产物以便后续使用。另外，本发明涉及使该脱水的焦炭产物与包含氧 气的气体反应，从而将其燃料值转化成热能，并使用所述热能或焚化所述燃料。

总而言之，本发明提供了一种环境可接受的生物固体处置方法并向各种能 量消费者(例如水泥窑和电厂)提供能量。另外，本发明提供：

·一种提高可再生燃料的利用率和环境可接受性的方法；

·一种将填埋废料的量减至最小的方法；

·一种降低将被填埋的废料的湿气(水含量)的方法；

·一种提高可再生燃料灰烬软化点的方法以减少污垢和炉渣的方法；

·一种将不一致的固体燃料(例如农业和林业废物和/或造纸淤泥)转化成 一致燃料的方法；

·一种将大体积燃料转化成密实的并且容易储存和运输的燃料的方法；

·一种将容易腐败的燃料转化成可储存而不易分解的消毒燃料的方法；

·一种经济的用于助燃不相容燃料的方法；

·一种将液体脱氧和至少一个废水处理厂、水泥窑和热电站热有效地结合 在一起的方法；

·一种干燥生物固体随后将其引入水泥窑或其它类似设施的方法；

·一种降低加入水泥窑和其它燃烧器的水量的方法；

·一种利用液体脱氧帮助处理多种给料的方法；

·一种利用生物固体和其它生物物质灰烬的方法；

·一种除去(并回收)生物固体或其它生物物质中元素(例如磷、氯或二 氧化碳)的方法；和

·一种从生物固体或生物物质中除去水的方法，以进一步精炼所述物质、 或者降低处置成本或者作肥料利用。

因此，本发明提供一种以经济和环境友好的方式处置下水道和废水处理厂 淤泥的方法。所述方法是环境友好的，因为最终产物是无臭的灰烬并且不含有害 物质(例如病毒和病原体)，所述灰烬体积小并容易处置。本发明方法是经济上 可行的，因为其直接的原因在于处理厂的运行者愿意支付小费来处置这些难以处 置的污泥淤浆，另一个原因在于所述污泥将被转化成具有正热值的燃料，该燃料 可用于产生额外的收入或以产生的热能或者所需的产品等作为支付手段来产生 其它价值(例如用提取的热能归还信贷)。

由本发明的描述和附图可更清楚地了解本发明的其它实例。

附图简述

下列结合附图的详细描述可清楚地了解本发明的其它特点和优点：

图1是本发明方法的流程图，说明将生物固体转化成作为可再生能源的高 能量密度淤浆或干固态燃料；

图2是使用本发明方法的废水处理厂流程图；

图3是使用本发明方法的水泥窑流程图；

图4是使用附加燃料(如低级煤)和本发明方法的热电站的流程图；

图5是将本发明方法与热干燥器结合并用于水泥窑的流程图。

发明的详细描述

图1说明将生物固体转化成可行的可再生燃料。生物固体可以淤泥的形式 通过管道107由相邻的废水或污泥处理厂(WWTP)输送至原料罐106。或者，生 物固体可以由卡车108运输并由淤泥泵109经管道110输送至原料罐106。

或者，原料罐106可通过多个途径接受生物固体并起混合容器的作用，从 而使稀的生物固体与稠的更粘的生物固体混合，形成更容易泵送的物料。出于该 目的还可采用混合并成淤浆设施104。

另外，所述原料罐106或所述混合并成淤浆设施104还可以用作加入聚合 物以降低生物固体淤浆的含水量的设施，或者用作加入水(如果淤浆的粘度成为 问题时)的设施。

可加热原料罐106以提高生物固体的粘度。此外，可例如在原料罐106和 泵送装置111之间增加一个剪切或研磨步骤。这种剪切或研磨可获得减压阀门116 最优操作所需的低粘度和粒径均匀性。加热、剪切和研磨还可增高泵送装置111 的性能，并使更高固含量的物料进入系统。

在一个实例中，增加一个筛选装置以除去大粒径物料来提高研磨、泵送装 置111和/或减压阀门116的性能。例如，可在原料罐106和泵送装置111之间 放置一个筛选装置。在另一个实例中，可将原料罐106或类似的装置用于加入螯 合剂或其它合适的化学试剂以除去生物固体中的磷或其它元素。

将原料罐106中的所述生物固体淤浆加压至这样的压力，即在随后的加热 操作过程中淤浆中的水分将保持液态。例如，在一个实例中，所述淤浆的压力约 为400-1200psi。在另一个实例中，所述淤浆的压力约为250-1600psi。考虑到 淤浆会很粘稠并会带有溶解的气体，因此必须注意，在泵送装置上装上一个净吸 压头(NPSH)(水力的或者机械辅助的，如用螺旋输送器)。

为了减少泵送装置111的工作量，另一个实例(图中未表示)是在泵送装 置111和减压阀116之间增加增压泵。减少泵送装置111工作量的另一种方法(图 中未表示)是向泵送装置111加入游离水或经反应的淤浆。

将生物固体泵送通过热交换器112和113，随后通向反应器114。在穿过热 交换器112时，该淤浆与热的液态传热流体(HTF)(例如Therminol 59)进行热 交换而被加热。在另一个实例(图中未表示)中，通过直接或间接地与蒸汽进行 热交换而加热该淤浆。离开热交换器112时淤浆的出口温度约为150-315℃ (300-600)，较好为200-260℃(400-500)。在穿过热较好器113时，淤浆 被进一步加热至所需的温度，此时生物固体细胞的壁发生破裂并释放束缚在该细 胞壁内的水分。通过与热液态传热流体进行热交换较好进一步调整温度以便使生 物固体细胞的其它组分被碳化，使之转化成焦炭。在另一个实例中，使用可蒸发 的热交换流体(例如Therminol VP-1)的冷凝蒸气来将生物固体加热至所需的温 度。在另一个实例中，该温度约为200-260℃(400-500)。在另一个实例中， 所述温度约为150-260℃(300-500)。在再一个实例中，所述温度约为260-350 ℃(500-650)。

尽管热交换器的设计对本发明不是关键的，但是每个热交换器可包括两个 或多个外壳。所述外壳可以是平行的或者串联的。在一个实例中，热交换器112 和113串联排列从而使生物固体淤浆依次通过热交换器112和热交换器113。

反应器114可包括一个或多个平行或串联的反应器，它为生物固体提供在 升温下的滞留时间以便先使生物固体的细胞破裂，随后完成脱氧反应以便将细胞 组分转变成焦炭。尽管本文讨论的是连续反应，但是本发明还涉及间歇的或者半 间歇的反应。如本领域的普通技术人员已知的那样，对间歇反应器的加热方法与 加热连续反应器的方法相似。例如，间歇反应器可通过直接注入蒸汽、加热盘管 或其组合进行加热。

代替反应器114的一种合适的设备(图中未表示)是反应-汽提塔 (reactor-stripper tower)。这种塔带有侧面对侧面的折流板(或其它蒸汽-液 体接触介质)，折流板的排列使得来自热交换器112的部分加热的淤浆下降流与 蒸汽的上升流接触，从“再沸器(等同于热交换器113)”汽提二氧化碳，并在 反应-汽提塔的底部接受焦炭淤浆。该反应-汽提塔顶部至底部的温度梯度大致为 交换器112的淤浆出口温度至稍低于所述简单反应器的出口温度。在一个实例中， 所述温度梯度约为200-260℃(400-500)。在另一个实例中，所述温度梯度约为 150-315℃(300-600)。离开所述反应-汽提塔顶的二氧化碳含有明显量的水蒸 汽，需要在另一个冷凝器中进行冷凝成蒸馏水分使之从二氧化碳中分离，二氧化 碳则通过管道118离开。尽管仍需要减压阀116和分离器117，但是很少有二氧 化碳需要在该分离器中进行分离。

离开所述反应器(或多个反应器)的淤浆被称为焦炭淤浆，它主要由被破 坏的生物固体的细胞组成，其中被束缚的水已从该细胞离开，且该被破坏的细胞 已经发生流体脱氧(即以放出二氧化碳为标志的分子重排)，导致固体碳含量明 显上升而固体氧含量明显下降。例如，焦炭试样的固体碳含量升高约2-15％，较 好升高约4-12％。在一个实例中，固体氧含量下降约35-50％。在另一个实例中， 淤浆的固体氧含量下降约30-70％。

焦炭淤浆由反应器114流向热交换器115，在热交换器115它将热交换给 液态传热流体(HTF)而部分冷却，所述液态传热流体通过管道142来自热交换 器112。在一个实例中，所述焦炭淤浆被冷却至约150-200℃(300-400)。在 另一个实例中，离开热交换器115的焦炭淤浆的温度约为100-260℃(200-500)。 所述液态传热流体(HTF)的流动循环还包括液态热交换流体接受器139、液态热交 换流体泵140和连接管道141、142和143。

热交换器112和115的作用可以用单独的一个热交换器来完成，冷的淤浆 料流由该热交换器的一侧流入而热的焦炭淤浆由另一侧流入，它需要使淤浆同时 流经管道和外壳。在该热交换器管道侧的沉积物会相对容易清洗。但是在外壳侧 的污垢则难以洗去，并且产物对产物热交换器的热交换系数非常低。因此，本发 明将这种热交换分用两个热交换器，以干净的传热流体作为“中介”，热的和冷 的淤浆均位于管道一侧，仅仅只有干净的热交换流体在外壳一侧。两个热交换器 的作用基本相同(仅仅只有辐射损失不同)，循环热交换流体的温度范围使之本 身达到热平衡。

在一个实例(图中未表示)中，将离开反应器114但仍处于压力下的经反 应的生物固体焦炭循环回经加压的但未进入反应器114的生物固体淤浆中，以便 在生物固体细胞破裂和脱氧前对其加热并降低该生物固体淤浆的粘度。

经蒸发的热交换流体经管道145从接受器144流向热交换器113的热端， 在该热端通过传递热量部分加热所述生物固体淤浆而得到冷凝，随后经管道146 流回接受器144。液态传热流体通过自然对流(或者如果压降有要求的话，通过 一个炉内装料泵(图中未表示))由接受器144流经火焰加热器147的盘管，它 受到燃料源148提供的热量而部分蒸发并流回接受器144。在一个实例中，所述 燃料源是天然气、丙烷、燃料油、焦炭淤浆、焦炭或其任意的组合。在另一个实 例中(图中未表示)，使用一个燃烧装置(例如流化床)来利用焦炭、焦炭淤浆 或焦炭和外部燃料源或废物源的组合。在另一个实例中(图中未表示)，使用气 化器来利用焦炭、焦炭淤浆或焦炭和外部燃料源或废物源的组合。在再一个实例 中，使用锅炉来产生蒸汽来产生热量。所述锅炉可使用焦炭、焦炭淤浆或焦炭和 外部燃料源或废物源的组合。

热交换流体泵149从接受器144的底部进行抽吸并将液态可蒸发的热交换 流体循环至设施135，作为热源来干燥焦炭。在达到该目的后，它通过管道150 回到接受器144。所述泵149还提供其它辅助加热服务(图中未表示)，例如循 环至反应器114的夹套以防止热损失。

在热交换器115部分冷却后，变成流体形态的焦炭淤浆流经一个冷却器 119，在该冷却器内与来自管道120的废水处理厂冷却水进行热交换，使其温度 减至接近环境温度。所述经冷却的焦炭糊浆由冷却器119流向一个自动减压阀 116，该减压阀用于所述水性糊浆保持在足够的压力下以免汽化。减压阀116将 焦炭淤浆的压力减至一个高于大气压的标称压力。这可通过释放气体和溶解的二 氧化碳(该二氧化碳在分离鼓117中从焦炭淤浆中分离)而实现。析出的二氧化 碳是通过管道118从分离鼓117排出的。

减压阀116遭受严酷的条件并且堵塞的可能性大。但是可实施某些步骤来 将这些困难的条件减至最小。例如，如前面所述，可在减压阀116之前的任何加 工段进行研磨或筛选。另外，在减压阀116之前如图所示对流经热交换器115后 的经反应的淤浆进行进一步冷却可减少析出的气体的量，并减缓通过减压阀116 的颗粒的加速度。本领域的普通技术人员可理解多种冷却技术适合于本发明。冷 却技术可包括用废水处理厂冷却水冷却的错流壳和管热交换器或双管热交换器。

由于在储存罐121或分离鼓117会产生泡沫，因此在两个或多个段通过减 压来控制泡沫是有利的。在另一个实例中，使用喷嘴由分离鼓117的下部向该分 离鼓117喷射一个侧流可控制泡沫。

部分溶解的二氧化碳在罐121中得到分离并通过管道137排出。如果二氧 化碳是有用的或者有市场，则可对该二氧化碳气体和在分离鼓117析出并通过管 道118排出的二氧化碳一起进行纯化。否则，该气体会被收集并通过火焰加热器 147的火焰进行排放以破坏产生气味的痕量气体和/或回收能量。每吨经加工的湿 生物固体约释放25-27磅二氧化碳。可使用必要的污染控制装置来处理二氧化碳 中的硫化合物。所有的排放气体均导向火焰加热器147以破坏产生气味的痕量气 体。

液态焦炭淤浆由罐121的底部流向脱水设施122，设施122使用一个或多 个市售的液—固机械分离装置从焦炭固体中分离游离水分。合适的分离设备可包 括，但不限于，增稠器、水力旋流器、离心器、压力和真空旋转过滤器、卧式过 滤器、带式压滤机和旋转式压滤机等。

罐121中的液态焦炭淤浆含有一定的热量，可较好地用于通过加入螯合剂 或其它化学试剂来除去原始生物固体中所含的磷或其它元素的步骤。前面讨论过 的螯合剂也适合用于本发明方法的该反应段。

焦炭固体通过运输装置123离开脱水设施122。部分或全部焦炭固体被导 向喷射器124，在喷射器124中焦炭固体与来自管道125的足量的水混合，形成 可泵送的高能量密度的燃料淤浆。该燃料淤浆积聚在罐126中以便通过燃料淤浆 泵151和管道152根据需要经管道或槽罐车卸载。或者，可用运输装置127和128 将潮湿的焦炭运输至潮湿焦炭料斗136，根据需要将其卸载至料斗底部的卡车 156。

或者，可将部分或全部离开脱水设施122的焦炭通过运输装置127导向一 个干燥和/或造粒设施135，该设施使用市售的设备将所述固体干燥并密实或造 粒。干燥所需的热量是由热液态热交换流体的气流提供的，所述热液态热交换流 体的气流来自可蒸发的热交换流体接受器144，其由热交换流体泵149泵送，在 提供所需的热量以后，所述热液态热交换流体的气流经管道150回到所述接受器。 经干燥的焦炭燃料积聚在干焦炭筒仓153内以备卸载至料斗底部卡车155并运输 至市场。在一个实例中(图中未表示)，在积聚在干焦炭筒仓153之前，先冷却 干燥的焦炭燃料。在另一个实例中，将经干燥的产物储存在氮气覆盖层下以便在 该产物未直接由该设施卸载时防止发生粉尘爆炸和着火。由干燥器135蒸发的水 分流经冷凝器138，冷凝物经管道输送至一个游离水容器。

在一个实例中(图中未表示)，干燥设施135所需的热量可由流化床、锅 炉或来自气化器的燃烧气体中的至少一种方法产生。干燥所需热量的燃料源可以 是焦炭、焦炭淤浆、或焦炭和外部燃料源或废料源的组合中的至少一种。在一个 实例中(图中未表示)，使用来自相邻废水处理厂浸煮器的气体作为燃料用于本 发明方法的加热器和干燥器中的至少一个。

尽管图中未表示并且也不是完全可再生的，但是可将在干燥设施135中经 干燥但未造粒的焦炭导向一个混合设施，在该设施中将其混入燃油。该技术类似 于八十年代开发并试验的煤-油混合(COM)方法。尽管不符合现有的燃油规范，但 是这种加合将低成本地增加热值并在某些情况下降低含硫量。这种新燃料对于灰 烬不是问题的用户(例如水泥窑和鼓风炉)是有兴趣的。尽管可使用各种等级的 蒸馏或残留燃油，但是最佳的是质量不合格的废油、炼油厂燃料、用过的润滑油 等。所述油-焦炭淤浆也可用作工厂内用的(in-plant)燃料。

在设施122内由潮湿的焦炭中分离的游离水经管道129流入游离水罐130， 游离水泵131将其由游离水罐130经管道132泵送至一个粉碎和成浆设施104和 /或储存罐106，和/或经管道134将其泵送回废水处理厂(WWTP)。根据废水处 理厂处理的速度规模，可以在预处理设施133中用已知的工业方法经济地进行部 分预处理，可将所述预处理设施的污泥传送至干燥设施135。如前面所述的那样， 可在氮气覆盖层下或者用其它方法储存经干燥的产品以防粉尘爆炸。

尽管结合对大量生物固体(该生物固体常积聚在市政污泥和废水处理厂) 的处理对图1的方法流程进行了描述，但是本领域的普通技术人员可以理解还可 采用本发明通用方法对除生物固体外的其它物质(例如生物物质)进行脱水，以 提高燃料的产生量。例如，流体状生物物质废料(如造纸和纸再生污泥)可通过 槽罐车108、管道107或者泵109和管道110进行装料，如果该废料含有明显量 的氯化合物，则加入至少与该氯等化学当量的碱(图中未表示)。可使用已知的 技术(例如美国专利5,685,153所述的技术，该文献以引用的方式插入本文作为 本发明的一部分)将固态状生物物质废料(例如来自农业和林业的废料)通过传 送机101装料至所述粉碎和成浆设施104。低级碳燃料(例如Powder River Basin 亚烟煤)也可通过传输装置102输送至设施104，或者与上述其它物料一起输送 至输送104。可根据需要经管道132向该设施加入循环水或经管道103向该管道 加入新鲜水以达到规定的淤浆粘度。如前面描述生物固体时所述的那样，经管道 105将形成淤浆的亲水性物料输送至储存罐106。

业已注意到用图1例举的系统制得的生物固体焦炭具有高活性。含碳分子 的这种性能对气化设施是有用的，或者适用于将其作为原料制造氧化的有机化合 物的化工厂，所述氧化的有机化合物包括低分子量化合物如乙酸、醇、醛和酮， 和高分子量清洁剂、表面活性剂、增塑剂、润滑油添加剂等。焦炭气化将来可能 的用途有将该气体中的CO转化为CO2和H2，随后分离二氧化碳形成氢气用于燃料 电池。这种分离较好使用与Oak Ridge National Laboratory和Eltron Research 合作为Energy(DOE)FutureGen项目的美国分部开发的新型金属-陶瓷膜。

图2是根据本发明运行的废水处理厂(WWTP)和与其相邻的本发明有效的 生物固体处理设施结合在一起的流程图，所述生物固体处理设施采用流体脱氧将 生物固体经济地转化成可燃材料，结果从废水处理厂生物固体中除去大部分的水 分，尤其是束缚在生物固体细胞內的水分，所述水分会使运输成本和从生物固体 中蒸发水分的成本急剧上升，从而造成生物固体的利用不可行。废水处理厂厌氧 菌致分解产生的可燃气体可用于提供所述脱氧所需的热量，从而节省购买燃料的 成本。另外，来自废水处理厂的经处理的水可作为流体脱氧单元用于形成淤浆的 水。此外，所述废水处理厂还可处理来自所述脱氧单元的污水。

具体地说，废水处理厂201经一根或多根管道203接受排放的雨水并经一 根或多根管道204接受污泥。采用已知的技术，废水处理厂通常使用经管道205 通入的空气并通过传输系统206加入各种惯用的添加剂(例如凝聚剂和石灰)。 对污泥和废水进行这种常规的处理产生沼气，该沼气经管道207离开该废水处理 厂作为本发明的燃料源。该处理产生的粘性污泥淤浆(即生物固体的淤泥或淤浆) 经管道208离开污水处理厂。固体的浓度通常约为3-40％，平均约为20％。由 于生物固体含有约80％的束缚水，因此将其运输至可接受的处置场、将其带水焚 烧或者试图对其物理脱水均是昂贵的。

采用图1所示方法的脱氧单元202尽可能靠近该生物固体源安装。通过使 构成生物固体的细胞结构破裂并从其分子中释放二氧化碳，可容易地使该淤浆机 械脱水至含有约35-65％固体。将现在可分离的水(游离水)(约90％原料生物 固体中的水)经管道211循环至废水处理厂，在该废水处理厂对其进行膜预处理、 除氨工艺、厌氧菌菌致分解工艺或反渗透工艺处理。经干燥，所述焦炭仅剩下其 原料生物固体重量的约15-17％，从而节约了大量的将其运输至使用场所或处置 场所的运输费用。

未干燥的低含水量焦炭经合适的装置210出料，并可通过合适的传输设备 或运输设备212输送至就近的填埋场。同样它可通过装置213输送至就近的焚烧 炉，与焚烧相应的原料生物固体相比，焚烧未干燥的低含水量焦炭仅需很少的燃 料。另外，经干燥的或者未经干燥的焦炭均可经装置214输送至就近的水泥窑， 与处理相同量的原料生物固体相比，使用所述焦炭明显减少需购买的燃料的量。 所述焦炭还可经装置215输送至化工厂，凭借其高的活性该焦炭可容易地转化成 燃料或合成气体、转化成氧化的化合物、转化成碳纤维、用于制造肥料和/或用 于填埋。所述低含水量的焦炭可以可泵送淤浆的形式或者以干颗粒的形式经装置 216输送至热电站，其高活性使之容易地用低过量空气有效地燃烧，并具有高的 碳烧尽率。

以小费形式由污水处理厂支付给生物固体处理单元的金钱流(如虚线217 所示)具有与物料流和能量流相同的意义。所述小费是污水处理厂支付给所述处 理单元所有者用于处理生物固体的费用。

由于在初始阶段上述新燃料的供给是少的，所以最好在当地使用。因此， 接受这种新燃料的一个第一燃料使用者可能是水泥窑运行者，因为他可以更大程 度地容忍其高的含灰量。其它合适的使用领域是鼓风炉和铸造厂，因为它们习惯 燃煤或焦炭并且习惯将灰烬与其它杂质一起形成炉渣。随着生物固体焦炭的供应 增加，将有兴趣推广给一般煤用户(包括热电站)使用，这种用途将在其余的附 图中更详细地描述。

例如，图3是将生物固体转化成可燃的较好是碳化材料用于水泥窑的有效 生物固体处理设施的流程图。在这方面本发明突出体现在极大地降低了含水量 (否则该水分会随原料生物固体一起进入水泥窑)，从而显著增加消耗的生物固 体的量，相应地增加处理者受到的小费收入和加至水泥窑中的热值。

具体地说，使用图1所示方法的流体脱氧单元301尽可能靠近一个或多个 废水处理厂(生物固体的来源，用输送装置303表示)安置。通过使生物固体细 胞壁破裂并释放可能同时形成的二氧化碳(以管道304表示)，可容易地使形成 的焦炭机械脱水至含约35-65％固体。将目前可分离的水(约90％原料生物固体 中的水)通过管道305循环回废水处理厂或者将其作为循环水用于加工淤浆。

浓淤浆状、湿固体状或干固体状的焦炭可经输送装置306输送至水泥窑 302。Portland水泥(波特兰水泥)的基本组分(石灰石、粘土和页岩)通过管道 307、308和309装入，经研磨和混合后通过管道310加入水泥窑。在一个预热段， 这些组分与热的烟道气体逆流接触，这可提高温度以除去结晶水并锻烧石灰石。 在靠近预热段的底部，经管道311加入废可燃物(如用过的轮胎和破碎的沥青)。 为获得所需的温度，如有必要可向预热段的下部注入燃料(例如煤、油或煤气) 以及助燃空气并点燃。随后将经预热的混合物出料至水平旋转窑的一端。

在经预热处理的组分行进至该旋转窑另一端的过程中，通过在出料端点燃 初级燃料和经助燃空气风扇(图中未表示)和管道313输送的相应的助燃空气， 将其进一步加热至使其发生反应并形成水泥熔渣所需的温度，所述初级燃料(可 含有生物固体焦炭)是通过管道312输送的。

烟道气体(从中已经回收了大部分显热)经排空风扇和粉尘回收装置(图 中未表示)通过管道314离开水泥窑。水泥熔渣在与助燃空气进行热交换后经管 道315离开水泥窑。冷却的水泥熔渣经研磨并与石膏混合后形成portland水泥。

生物固体中的大部分灰烬组分是Portland水泥可接受的，除了可溶性阳离 子(钠和钾)和硫酸根和氯离子以外，这些离子主要进入液体脱氧单元的排出物 并通过管道305循环回废水处理厂。磷是例外，它通常以不可溶的形式被铁束缚。 很可能由于磷含量的缘故造成给定的水泥窑限制生物固体焦炭的用量。若是由于 脱氧单元301制得的焦炭的磷含量太高从而限制水泥溶渣中可接受的生物固体焦 炭的用量，则可通过管道316加入螯合剂溶液(或其它溶解剂)以萃取部分这种 元素。随后含磷的萃取物经管道317排出并以这样的方式对其进行处置，即防止 其循环回废水处理厂。

以干重量计，生物固体中无机组分可高达约50％。生物固体中这种固有的 灰烬可减少分别由管道307、308和309输入的石灰石、粘土和页岩的量。如果 脱氧单元301靠近水泥窑302放置，则可在水泥窑302中利用部分废水水流305 进行冷却或用于其它目的，或者用于减少氮氧化物，脱氧单元301可利用来自烟 道气流314的废热或其它废热流(包括辐射热)作为其系统的处理用热，包括加 热进料物料、处理用热或者干燥反应产物。由管道304析出的二氧化碳可导入水 泥窑302用于回收热量或减少气味。

与物料流和能量流的意义相同的是如虚线318所示的一种以小费形式由污 水处理厂支付给处理单元301和302的集合的金钱流。一部分费用如虚线319所 示支付给脱氧单元301的所有者，其余的如虚线320所示支付给水泥窑302的所 有者。

图4是有效的生物固体处理设施401简化的流程图，所述生物固体处理设 施靠近热电站402并与其相结合，使用脱氧法将生物固体转化成可燃材料。单元 401可参见图1，加料来自废水处理厂的生物固体。但是，由于可用于经济型热 电站的生物固体供应不足以满足其燃料需求，因此它还采用一组液体脱氧处理步 骤，加料一系列可再生的生物物质和/或亲水性低级化石燃料。对于部分或全部 这些潜在的燃料，采用液体脱氧步骤使之具有低亲水性并且更均匀和热有效地在 热电站402中燃烧。热电站402采用一系列常规和非常规的燃烧系统，利用汽轮 机或燃气轮机循环，最终产生电力用于当地市场和/或国家电网。

生物固体经管道403加入脱氧单元401。或者，经输送装置404加入单独 的生物物质废料(如造纸厂污泥或来自农业或林业的废料)或将该生物物质废料 与所述生物固体一起加入，并且任选地经输送装置405加入亲水性低级化石燃料。 经管道406加入形成可泵送加料的淤浆所需的水。按照图1所示进行处理后，将 过量的水经管道407循环回废水处理厂或用已知的方法处理后经管道407排放。 均匀的经脱水的高能量密度焦炭淤浆或者经干燥和造粒的焦炭经输送装置408输 送至电站402。

用已知的方法中的一种燃烧经输送装置408输送的焦炭或焦炭淤浆，形成 用于产生蒸汽的热能，该蒸汽膨胀，通过汽轮机推动发电机。或者所述焦炭或焦 炭淤浆可部分氧化(用空气或市售的氧气)成燃料煤气，该煤气随后在燃气轮机 的燃烧器中燃烧推动发电机，燃烧产生的热废气产生蒸汽用于集成的汽轮机驱动 的发电机。可根据已知的方法完成焦炭的部分燃烧，分离出灰烬作为流体炉渣， 或者可根据美国专利5,485,728(该文献全文以引用的方式插入本文作为本发明 的一部分)完成焦炭的部分燃烧，该文献报道在水性淤浆中分离灰烬颗粒。

由于可获得焦炭的燃料能量可能不足以产生满足市场要求的电量，因此可 通过输送装置410供应补充化石燃料。用于生物物质和/或化石燃料焦炭燃烧或 部分燃烧的空气经管道411提供。在用适用的已知污染控制设备处理后电站402 燃烧产生的烟道气体经烟囱412排放。

经处理的锅炉补给水经管线413提供，为维持锅炉水在规定技术要求内所 需的锅炉排水则经管线414排出至单元401，该排水含有供给脱氧操作的充分流 态的淤浆进料所需的一些水。灰烬(焦炭和辅助燃料燃烧得到的不可燃烧的残余 物)或灰烬淤浆通过管道415排出并进行处置。

一种控制常压锅炉氮氧化物排放的已知方法是在主火焰区上方过度燃烧一 种活性燃料。由于生物固体焦炭的挥发物含量和高活性，所以它是一种适合此目 的的合适的燃料。因此来自输送装置408的一部分焦炭可通过输送装置416输送 用于减少氮氧化物。其联合产生的产物(即电力)经电缆417输送。

为了简化起见，将生物固体处理单元401显示为这样一个单元，即其容量 和原料供应能向电站402提供足够的焦炭燃料。在实际安装中，一个处理单元401 可靠近电站402放置，并且一个或多个这样的处理单元401可安装在靠近原料源 的其它位置。这使得操作者在挑选对具体物料最佳的脱氧化温度上具有弹性。在 这种情况下，可通过公路或铁路将干焦炭运输至电站402，或者在经济上可行的 话可通过管道输送水性淤浆形式的焦炭。以小费的形式由废水处理厂支付给脱氧 单元的金钱流用虚线418表示。

图5是包括热干燥器单元501和水泥窑502的集成装置的简化的流程图。 热干燥器单元501尽可能靠近一个或多个水泥窑502放置，其购造在原理上与图 3所示的并结合图3所述的相同，不过不对生物固体脱氧。生物固体经输送装置 503提供。通过向原料生物固体细胞施加热量，束缚在细胞中的水被蒸发并经管 道505离开用于涤气(scrubbing)并冷凝。或者经管道517引回水泥窑在该窑 中作为补给水或者用于减少氮氧化物。

形成的干生物固体经管道506导入该水泥窑，在该水泥窑中其热值和灰烬 的价值得到利用。用管道507、508和509经管道510将主要组分(例如图3所 示的组分)加入该窑。如图3那样，经管道511向预热处理段加入可燃废物(例 如用过的轮胎和粉碎的沥青)。如图3那样，分别经管道513和512加入助燃空 气和主燃料。水泥熔渣经管道515由水泥窑出料。

尽管热干燥在蒸发水分的潜热方面存在固有的能量负担，但是通过与水泥 窑组合并利用经管道518输送来自该窑的热量可完全或部分消除这种负担。更具 体地说，烟道气体(通常经管道514输送至合适的处置点)可经管道516输送至 该热干燥器，从而使热干燥器501在蒸发从生物固体析出的水分时减少对主燃料 的需求。

由上面简要描述可见，由于可供应的生物固体焦炭比所需的通用燃料少几 个数量级，因此可在一个液态脱氧单元中共同处理其它物质(例如生物物质)， 或者在平行的设备中处理所述其它物质，并且在用作燃料前将形成的焦炭掺混在 一起(例如可参见美国专利5,485,728)。有多个场所(例如加利福尼亚的 Hawaii(生物固体、菠萝和甘蔗废物)和Sacramento(生物固体、稻壳和稻草))提 供淤浆共脱氧或平行脱氧。尽管需要加碱来中和氯，但是造纸和纸循环污泥是补 充亲水生物物质的其它有前途的来源。这些方法提供将各种来源统一为均匀的液 态或固态焦炭淤浆燃料。

实施例

下列实施例仅说明用于实施本发明的方法和系统，并非用于限制本发明的 范围。

实施例1

在一个连续的试验工场对来自两个废水处理厂(一个位于Atlanta Georgia，另一个位于Riverside California)的生物固体进行前面所述的处理， 产生下列产物并进行产物分析，下面的结果不计水分和灰烬：

                      Atlanta生物固体       Riverside生物固体

       碳             57.73                 62.53

       氢             7.48                  9.26

       氮             7.90                  7.52

       硫             3.02                  1.17

       氧             23.86                 19.52

       合计           100.00                100.00

                      Atlanta焦炭产物       Riverside焦炭产物

       碳             70.19                 69.98

       氢             8.85                  7.68

       氮             8.63                  8.45

           硫           1.42           8.86

           氧           10.91          5.04

           合计         100.00         100.00

如希望的那样，析出二氧化碳导致碳含量上升并相应地减少氧含量。 两种组分的废气组成如下：

                  Atlanta废气            Riverside废气

二氧化碳          89.7％                 92.8％

挥发性有机物      10.0％                 6.0％

硫化合物          0.3％                  1.2％

合计              100.0％                100.0％

理论实施例1

美国西南部的一个水泥窑的产量为3,200吨/天。为了达到形成水泥“熔渣” 所需的温度，它烧低级煤并通过加入橡胶轮胎废料补充部分燃料。在预热无机物 和助燃空气以后，在烟道气中的显热可以每天20吨(干)的量有利地干燥并焚 烧来自地区废水处理厂的生物固体。尽管每吨干生物固体组分伴随有约4吨水(使 生物固体具有负的热值)，然而来自小费的收入弥补了必须燃烧的额外的煤的成 本。但是所述生物固体的用量受到蒸发水分所需热容量的限制，并受到烟道气体 增加体积的限制(它提高了压降和风扇马力)。

使用本发明，该水泥窑可使用在一个或多个附近废水处理厂用本发明方法 脱水和脱氧的生物固体。因此，以前与原料生物固体一起加入的水中有80-94％ 不再进入该水泥窑，使之可多用7倍的脱氧材料而不会超出热容量或受风扇马力 限制。该水泥窑处置的生物固体可增加约700％，相应地增加了小费。

除了实施例以外或者除非另有说明，否则在说明书的下列部分中所有数值 范围、量、数据和百分数(例如用于表达材料的量、反应时间和温度、比值等等 的数值范围、量、数据和百分数)均解读为前面带有一个“约”，即便所述术语 “约”未明显地出现在所述数值、量或范围前。因此，除非具有相反的说明，否 则在下列说明书和所附权利要求中的数值参数均是近似值，随本发明所要获得的 性能而异。

尽管限定本发明宽范围的数值范围和参数是近似的，但是具体实施例给出 的数据是尽可能精确的。但是所有数据本身均会带有一定的来自其测试标准偏差 的误差。另外，当本文给出不定范围的数值范围时，可使用包括引用的数据在内 的这些数据的组合。

本文描述的和要求保护的本发明不限于具体实例的范围，因为这些实例仅 用于说明本发明的各个方面。各种等同实例也在本发明的范围内。事实上，本领 域的普通技术人员由前面的描述可容易地得知除了本文给出的各种实例以外的 本发明各种改进。这种改进也落在所附权利要求的范围内。本文所引用的所有专 利和专利申请均以引用的方式全文插入本文作为本发明的一部分。