用于預處理供轉換成能量的生物質的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于預處理供轉換成能量的生物質的方法和裝置
[0001] 本發明設及一種用于熱預處理有機材料，特別是用于生物能量轉換的生物質的方 法。此外，本發明包括一種用于生物質的熱預處理的裝置，所述裝置包括一種用于把生物質 從預加熱容器輸送到高壓反應器而不使用累，并且進一步輸送到減壓容器并然后輸送到能 量轉換部的系統。
[0002] 在內部過程中，熱能量僅用于輸送生物質。該新系統在持續相當短的循環時間期 間打開并實質上較好地利用了關于現有技術的反應器容積。該方法和裝置省去了累和水平 儀的使用并且從而大大降低了成本W及減少了維護。該裝置包括一種新系統，該新系統用 于把新的生物質供給到改進能量回收的預加熱容器。本發明的主要目標是減少用管道輸送 的量W及受到磨損的閥，并且也省去對用于在處理容器之間轉移生物質或輸出到下游能量 轉換部的累的需要。
[0003] 熱水解和蒸汽噴發是一種分解生物質的已知方法，使得該生物質更好地適合于用 于能量轉換的生物過程，如例如對生物質的分解。使用高溫對生物質的處理最經常通過在 高壓，通常為4-20己（表壓）下供給蒸汽而發生。運可W是需要能量的，特別是當生物質 具有低干物質含量，諸如廢水污泥時。為了減少對能量的需求，在該過程中盡可能多的回收 熱是重要的。通過首先對生物質脫水，在較高干物質含量條件下處理生物質也可W是有效 的。具有高干物質含量的生物質很難在處理設備中輸送。大尺寸和強大的解決方案是必需 的。本發明僅使用熱壓力能量W用于輸送生物質并因此在該系統中降低了堵塞或磨損的風 險。
[0004] 有數個描述熱水解的不連續過程和連續過程的專利方法。生物質的不連續處理產 生可接受的殺菌和消毒，W能夠記錄在高溫下所需的停留時間。運不同于不可W記錄所有 生物質已經在適當的溫度下保持足夠長的連續過程。生物質的加熱應該隨著新蒸汽的添加 而發生。水解溫度，生物質在該溫度下處理的溫度，通常可W與反應器中蒸汽的飽和壓力相 關。在熱處理后，快速和完全的生物質減壓對該過程的使用價值是重要的。隨著快速的減 壓，當水變成蒸汽時，蒸汽噴發將在生物質中發生。因此，生物質被撕開并且實現了生物質 的所需特性，如較小的顆粒尺寸、細胞膜的撕開和較低的粘度。
[0005] 特別是，有兩種已知的用于不連續熱水解的方法。
[0006] W096/09882(S〇化eim)描述了高效節能的過程，其中在物質累送到數個并聯反應 器中的一個之前，生物質在來自于在預加熱容器中的下游過程的再循環蒸汽的幫助下在預 加熱容器中預加熱。該生物質是為加熱而供給的新蒸汽并且在反應器中在指定的溫度和壓 力下保持所需的時間。此后，反應器被壓力緩解，并且蒸汽被引回到預加熱容器W用于能量 回收。當反應器中的壓力已經下降所需的水平（通常2-4己（絕壓值））時，關閉從反應器 返回到預加熱容器的蒸汽。此后，生物質在低壓（通常1.2己（絕壓值））下消散到減壓容 器中。關于此系統的優點是，在熱水解結束后，此系統可W在相對低的壓力下在減壓容器中 回收反應器中的大部分能量。在壓力消散到減壓容器之前在反應器中的減壓被描述為在管 系統中對減少反應器和減壓容器之間的腐蝕問題是必需的。
[0007] 與So化eim相比，US6, 966, 989 (Hoj巧aard)不使用預加熱容器，但具有也作為 預加熱容器操作的并聯的反應器。運被實現，因為在高壓下的反應器通過讓蒸汽進入在低 壓下的等待反應器而緩解。當運些反應器中的壓力已經均衡時，蒸汽轉移被關閉并且在反 應器中水解的生物質被消散到低壓減小容器中。未描述來自減壓容器的能量回收。通過用 來自第二反應器的蒸汽填充反應器，壓力不減小并且因此能量回收不是最佳的。
[0008] 對運兩個系統，累的使用是共同的。運限制了容量并導致反應器體積的利用率較 差。本發明更好地利用反應器體積，因為填充在大尺寸的短管中的真空和重力的幫助下發 生。運產生比使用累通常快十倍的填充。在本系統中反應器處于活動狀態的總時間的一部 分將由此比用于不連續水解的其它已知方法的時間更多。
[0009] 通過此快速填充，控制該過程W在反應器中獲得所需的水平是困難的。傳統的水 平測量儀器在此情況下經受相當大的過程噪聲。大的控制閥也太慢而不能夠控制此類快速 填充過程。在本發明中，包括了一種方法W確保正確水平，該方法包括簡單的幾何限制和高 頻壓力信號的分析。
[0010] 在減壓容器中的壓力在某種程度上較低時，So化eim的能量效率在某種程度上高 于H0j巧aard的系統的能量效率。但是So化eim的減壓容器中的壓力從未低于預加熱容器 中所需的液體高度，運確保了通常為1. 2-1. 3己的返回蒸汽的冷凝和能量回收。在來自預 加熱容器中的蒸汽相的減壓容器的專用蒸汽返回管線和確保返回蒸汽的最佳冷凝的用于 冷的新生物質的入口布置的幫助下，本發明改善了運種情況。減壓容器中的壓力W運種方 式通常能夠變得低至0. 3-0. 5己，運導致能量回收增加和總蒸汽消耗量較低。
[0011] 根據WO03/043939已知的是一種用于通過使用熱水解處理生物質的方法和裝 置。該生物質在預加熱步驟中預加熱，隨后通過使用新蒸汽和來自減壓容器的閃蒸蒸汽，該 加熱發生。
[0012] 關于本發明，上面提及的目標和優點通過用于預處理有機材料，特別是生物質W 能量轉換的方法而獲得，所述方法包括使用預加熱容器的第一預加熱步驟、使用水解反應 器的水解步驟和使用減壓容器的減壓步驟， 陽01引-將具有5% -40%，優選地10% -25 %的干物質含量的有機材料供給至預加熱容 器，
[0014] -用來自減壓容器的閃蒸蒸汽在預加熱容器中加熱有機材料，所述方法的特征在 于，其包括W下另外的步驟：
[0015] -通過在水解反應器中供給冷水來在水解反應器中提供真空，打開預加熱容器和 反應器之間的供給閥，在真空和重力的幫助下將所加熱的有機材料從預加熱容器轉移到反 應器并且將此基本填滿，
[0016] -在測量壓力并分析反應器中的壓力振蕩W檢測所述水平的敏感高頻壓力傳感器 的幫助下測量反應器中的壓力，
[0017] -通過將蒸汽供給到反應器頂部，將剩余的有機材料從反應器再循環到預加熱容 器，直到壓力傳感器記錄已經達到反應器中所需的水平，
[001引-關閉反應器和預加熱容器之間的供給閥，
[0019] -將新的有機材料供給至預加熱容器，
[0020] -通過供給蒸汽在反應器中加熱有機材料并在足夠的持續時間內保持期望的溫 度，
[0021] 開反應器和減壓容器之間的吹閥化lowvalve)并將所處理的有機材料從反應器 轉移到減壓容器，并且獲得作為反應器和減壓容器之間的壓力差結果的蒸汽噴發，
[0022] -經由蒸汽返回管線將在先前步驟中在蒸汽噴發中釋放的閃蒸蒸汽轉移至預加熱 容器中的液位W下并通過在預加熱容器中的有機材料中的蒸汽冷凝回收熱，
[0023]-關閉蒸汽返回管線并打開從減壓容器到預加熱容器中的液位上方的蒸汽返回管 線，W進一步減小減壓容器和預加熱容器之間的超過預加熱容器中的液柱表示的壓力的壓 力差。
[0024] 本發明也包括用于有機材料的熱水解和蒸汽噴發的裝置，包括與反應器連接的預 加熱容器和與反應器連接的減壓容器，其特征在于，預加熱容器或在與反應器相同的或與 此平行的垂直軸向上，垂直地放置在反應器上方。
[0025] 在從屬權利要求中給出了所述方法和裝置的另外的有利特征。
[00%] 參照附圖，借助于具體化的示例，在下面將更詳細地描述本發明，在附圖中：
[0027] 圖1示意性地示出了根據本發明的裝置的實施方案，該裝置用于將有機材料預處 理至能量轉換部；
[0028] 圖2示出了通過剩余的有機材料從反應器到預加熱容器的返回的壓力信號的示 例；化及
[0029] 圖3示意性地示出了該順序的示例。
[0030] 圖1示意性地示出根據本發明的裝置的實施方案，該裝置用于預處理有機材料。
[0031] =個容器串聯連接：預加熱容器4、反應器5和減壓容器6。預加熱容器4和減壓 容器6的體積通常是反應器5的體積的兩倍大。預加熱容器4和反應器5可W直接地放 置在彼此上方，W將管路減少到最少并使用重力用于將生物質從一個容器轉移到另一個容 器。可選地，預加熱容器4可W基本上與反應器5的垂直軸線平行地放置。運些容器可W 用閥隔開。將蒸汽供給至反應器5和減壓容器6是可能的。從減壓容器6到預加熱容器4 有兩個蒸汽返回管線來回收通過熱水解在反應器5中提供的熱能量。從預加熱容器到輸出 管線13有氣體輸出管W用于有機材料。分解有機材料的入口結構15處在預加熱容器4中， 并為預加熱容器4提供大的表面區域。
[0032] 有機材料1，例如具有5% -40%，優選地10% -25%的典型干物質含量的生物質 可能地經由增大生物質和預加熱容器4中的蒸汽之間的接觸表面的裝置15累送到預加熱 容器4中，并且由通常為80°C-10(rC的來自減壓容器6的閃蒸蒸汽（flashsteam)進行預 加熱。在充分的加熱后，生物質隨后被引導至反應器5。運在預加熱容器4和反應器5之 間的填充閥7打開之前，通過在反應器中產生真空來實現。該真空在生物質從反應器5到 減壓容器6先前排空之后，通過冷凝保留在反應器5中的蒸汽而產生。通過在反應器5的 頂部注入冷水2A，發生蒸汽的冷凝。（通常，50升將能夠冷凝所有蒸汽并產生完全真空）。 預加熱容器4可W或者在反應器5的垂直軸線上或者與其平行地直接地放置在反應器5上 方。當填充閥7打開反應器5中的真空時，來自預加熱容器4中的液柱的壓力將引起生物 質從預加熱容器4到反應器5的非常快速的轉移。通常的填充時間是10-180秒，優選地是 20-40秒。運比其它已知的解決方案更快。傳統地，控制閥和水平測量儀器用于控制反應器 體積。就該設備來說，運對于此類快速填充是不可能的。在本發明中W不同的方式確保正 確的水平。
[0033] 反應器5被完全填充。運在原理上是不被期望的，因為必須有用于在反應器5中 在隨后加熱生物質期間冷凝的新蒸汽的一定空間，通常為反應器體積的10% -30%。運在 本發明中得到了解決，因為從預加熱容器4到反應器5的填充管16在反應器內部的限定高 度處結