固液混合物處理方法和設備的制作方法

專利名稱：固液混合物處理方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種對水和含碳成分的固液混合物進行處理并生產各種材料或燃料、腐殖質、各種梅拉德或類似反應產物(在超過100°C的溫度和超過5巴的壓力下對固體/液體混合物進行處理)的方法和設備。
背景技術：
1913年，弗里德里希·柏吉斯在其博士后論文《在化學工藝中高壓的使用及煤生成過程的復制》中首次提出了不使用催化劑，在實驗室反應器中通過排出空氣，在大約340°C之間，利用木材或纖維素生產煤的方法。在元素分析中測得的碳含量通常高于 70%。柏吉斯在這個工藝中對纖維素發熱反應的計算于2006年7月被波茨坦Max Planck 膠質和界面研究所的Markus Antonietti教授基本確認，Markus Antonietti教授將這一被命名為“熱水碳化”、實驗室規模的方法公布于世。在這個過程中，生物質被放在一個壓力10巴、溫度180度的實驗室高壓鍋內半天， 將其轉化為類碳物質或其預產品和水。使用濕潤的生物質通過生產燃料進行能源回收符合長期期待的方式一致，但是迄今為止因為其效率低下，這種方法一直受限。由于燃燒化石載體造成的二氧化碳排放被認為是氣候變化的主要原因。例如，在DE 19723510中，提出了一種用于處理生物剩余物質的裝置，其包含一個圓柱形反應器，將食品垃圾和類似的物質放入其中進行溫度壓力水解或熱壓力水解。此反應器為環流反應器，設計有可加熱外罩表面。使用一個泵在反應器內部產生水流確保懸浮液充分混合。

發明內容
本發明的目的在于研發各種方法和設備，從固液混合物經濟并高效地(尤其是以工業規模)生產各種燃料、腐殖質、含碳的物質以及梅拉德或類梅拉德反應產品。根據該發明，通過獨立的專利主張目標實現該目的。通過非獨立專利主張完成對該發明的進一步優勢開發。采用對水和含碳成分進行水解、處理(在超過100°C的溫度和超過5巴的壓力下， 在反應器中對固體/液體混合物進行處理，時間至少1小時)以生產各種物質或燃料、腐殖質、梅拉德或類梅拉德反應產品的方式實現這一目標。根據該發明，不能抽吸的喂料通過第一根喂料輸送帶被喂入至少一臺反應器，而可抽吸的已加熱喂料以同步或間隔方式被喂入至少一臺反應器。因此，在該發明的一項優選實施例中規定，固體含量為25-97%的不可抽吸喂料通過第一個根喂料帶被輸送入反應器，與其平行或分開的，固體含量為3%-50%的可抽吸、 已加熱喂料通過第二根喂料帶被喂入。不可抽吸和可抽吸喂料的物料通過比例最好為 1:20-10:1。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，來自第一根喂料帶的不可抽吸喂料在高于工藝水蒸氣壓力的壓力下被輸入反應器。將來自第一根喂料帶的不可抽吸喂料在高于工藝水蒸氣壓力的壓力下輸入反應器的輸送設備最好是一臺注射器、雙螺桿擠出機、一臺偏心螺桿泵、一臺活塞泵、一臺螺桿容積泵，它們分別配有或未配壓縮機螺桿或雙螺桿壓縮機。在該發明的一項優選實施例中進一步規定，來自第一根喂料帶的不可抽吸喂料以低于工藝水蒸氣的壓力被送入反應器，并與來自第二根喂料帶的可抽吸喂料疊加。提供和供應的給料的物料通過比例最好為1 20至10 1、或1 5至1 1。根據該發明，在此方法中最好使用更多的喂料帶。此發明的方法還包括使用其他一些普通設備，如儲存容器、粉碎設備、混合器皿、 定量給料設備、培養器皿、輸送設備、工藝水器皿、管線、熱交換器或反應器。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，輸送第二根輸送帶上固液混合物的泵設計用于含量至少為5%-10%或10%-25%的固體。比方說，輸送第二根輸送帶上固液混合物的泵可以是偏心螺桿泵、螺桿容積泵或活塞泵。通過水解水和含碳成分的固液混合物中的含碳成分、喂入反應器并在高于 100° C的溫度和高于5巴的壓力下處理固液混合物和/或生產各種物質或燃料、腐殖質、 梅拉德或類似反應產物，也實現了這一目標。根據此發明，固液混合物因此流經一臺熱交換器進行加熱，該熱交換器管軸和水平面的角度大約10度。當其通過喂料設備時，固液混合物的粘度因此降低，并降低至工藝結束時喂料粘度的至少四分之三。在該發明的一項優選實施例中規定，固液混合物流經一臺熱交換器進行加熱，并通過至少60%的基本垂直管件。固液混合物固體含量介于3%-35%或35%-60%，且/或最好由一臺泵吸入熱交換器。輸送固液混合物的泵和/或反壓力泵可設計用于固體含量至少為 5%-10%或10%-25%，且/或可以是偏心螺桿泵、螺桿容積泵或活塞泵。通過一臺在高于100° C的溫度和高于5巴的壓力下處理水和含碳成分固液混合物的設備進一步實現了這一目標，該設備包括一臺反應器和一臺喂料設備。根據該發明，喂料設備包括一臺輸送固體含量至少為10%或至少為15質量百分比固液混合物的泵或一臺熱交換器，該熱交換器管軸和水平面的角度大約10度。采用另一種方式，該目標進一步通過一臺在高于100° C的溫度和高于5巴的壓力下處理水和含碳成分固液混合物的設備進一步得到了實現，該設備包括一臺反應器和一臺水解設備。根據該發明，水解設備包括一臺輸送固體含量至少為10%或至少為15質量百分比固液混合物的泵或一臺熱交換器，該熱交換器管軸和水平面的角度大約10度。水解設備可包括一臺反壓力泵。根據該發明，在這些設備的一項優選實施例中規定，泵為一臺偏心螺桿泵或活塞泵。因此該泵最好設計可承受10-130巴的壓力。根據該發明，在設備的一項進一步優選實施例中規定，熱交換器包括至少60%的垂直管件。熱交換器可進一步設計用于流過固體含量為3-50%、主要含生物質包括木材纖維素和/或含淀粉物質的固液混合物。熱交換器最好設計可承受60-300° C的溫度，其中至少有一個模塊或單元可承受200-300° C的溫度和/或10-120巴的壓力，至少有一個模塊或單元可承受60-120巴的壓力。在該發明的一項優選實施例中，熱交換器或至少一個模塊或單元設計可承受最高250° C的溫度。
根據該發明，在設備的一項進一步優選實施例中規定，熱交換器上接觸媒質的管道采用耐熱、耐腐蝕且防水的材料，如包鍍金屬、貴金屬、陶瓷材料或搪瓷。因此熱交換器上接觸媒質的管道最好采用耐腐蝕材質和/或不銹鋼，如奧氏體鋼或提高鉻和鉬含量的第6、 7、8組鋼材，或采用雙煉鋼或銅鎳合金、高鉬含量的鎳合金或鈦。根據該發明，在設備的一項進一步優選實施例中，熱交換器是一個帶調溫系統的管道反應器、一個雙管道熱交換器、一束管道或一個盤式熱交換器或這些設備的組合。熱交換器最好含數個類似的單元且/或有模塊化的結構，熱交換器的類似單元在其中互相相鄰放置。根據該發明，在設備的一項進一步優選實施例中，管道反應器的調溫系統有一個雙壁，熱能量載體媒質流經管道反應器雙壁中間的空間。因此，熱能量載體媒質最好是熱油、水蒸氣或工藝水，熱交換器可以設計用于不同的熱能量載體媒質且/或熱能量載體媒質的目標溫度為60- 350°C0熱交換器最好含不同的模塊、單元或部件。采用另一種方式，該目標進一步通過一臺在高于100° C的溫度和高于5巴的壓力下處理水和含碳成分固液混合物的設備進一步得到了實現，該設備含一臺反應器和一臺喂料設備和/或一臺水解設備，其中喂料設備和/或水解設備包括下列裝置
一臺輸送固體含量至少為10%-15%固液混合物的泵和/或一臺熱交換器，在該熱交換器中，管軸與水平面的角度大于10度。根據該發明，在設備的一項進一步優選實施例中，水解設備有一臺反壓力泵。在該發明的一項進一步優選實施例中，輸送固液混合物泵和/或反壓力泵為一臺偏心螺桿泵、 螺桿容積泵或活塞泵。在該發明的一項進一步優選實施例中，泵和/或反壓力泵設計可承受至少10-30 巴壓力。通過固液混合物的熱交換器可含至少60%的垂直管件且/或設計用于固體物質為 3-50%，該固體物質基本包括生物質，包括木材纖維素和/或含淀粉物質。在該發明的一項進一步優選實施例中，熱交換器設計可承受60-300 ° C溫度或至少有一個模塊或單元設計可承受200-300° C溫度。熱交換器或其至少一個模塊或單元最好設計可承受10-120巴壓力，并在該發明的一項優選實施例中可承受60-120巴，和/或最高250° C的溫度。在該發明的一項優選實施例中，進一步規定熱交換器中接觸媒質的管道采用耐熱和耐腐蝕且防水的材質，如包鍍金屬，并在該發明的一項優選實施例中采用貴金屬、陶瓷材料或搪瓷。熱交換器中接觸媒質的管道最好采用耐腐蝕材質，如不銹鋼，包括奧氏體鋼或增加第6、7、8組鉻和鉬含量的鋼材或雙煉鋼、銅鎳合金、高鉬含量鎳合金，如2. 4610，或鈦。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，熱交換器是一臺帶調溫系統的管道反應器、一個雙管道熱交換器、成束管道或盤式熱交換器或其組合。熱交換器最好包含數個類似的單元或有模塊化的結構，在該結構中，熱交換器中的類似單元最好串聯起來或相互鄰近的布置熱交換器的模塊化單元。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，管道反應器的調溫系統帶有雙壁，熱能量載體媒質可流經管道反應器雙壁中間的空間。因此，熱能量載體媒質最好為熱油、水蒸氣或工藝水，而熱交換器可設計用于不同的熱載體媒質。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，熱交換器設計用于熱載體媒質目標溫度為60-350 0C0熱交換器也可包括不同的模塊、單元或部件。采用在反應時間至少十分之六時間內通過熱交換器將喂料連續喂入第一個反應器、反應混合物分批從一個反應器輸入下一個反應器，并在反應時間至少十分之六的時間內從最后一個反應器中連續的輸出反應產品的方式，進一步實現了這一目標。因此，根據該發明，連續的完成該方法中幾個重要步驟，在一個反應周期內喂入物料或喂料通過熱交換器流入工藝所需要的時間至少為反應周期的十分之六。在該發明的一項優選實施例中規定，一個批次至少為10且最多為25個質量百分比，或至少為各自之前反應器中物料的至少25個質量百分比。一個批次最好在一個封閉反應器中停留至少百分之一反應時間，以避免回混，該反應器被布置在至少第一個反應器后面的流經區域內。因此可通過封閉組件0Π壓力閥門或密封片)調整封閉反應器的密閉。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，在保壓時間期間，向封閉的反應器輸送不超過一個批次容量60%的喂料。最好將有相同長度剩余反應時間的批次從至少兩個反應器中混合到一起輸入下一個反應器。因此，混合到一起批次的剩余反應時間互相不應偏離超過混合在一起批次最長剩余反應時間的50%。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，最后一個反應器還是一個遠端熱交換器。喂料最好流經該遠端熱交換器，以在至少十分之六反應時間期間冷卻反應混合物。根據該發明，至少有一個熱交換器可為帶調溫系統的管道反應器、雙管熱交換器、管束或盤式熱交換器或其組合。在該發明的一項優選實施例中進一步規定，喂料流經熱交換器以在至少十分之六的反應時間期間對喂料進行加熱。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，在從一個反應器輸入下一個反應器期間，反應混合物流經一個熱交換器。反應混合物最好流經熱交換器以便液化，而反應參與物最好在至少十分之六的反應時間期間流經熱交換器以便液化。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，熱交換器包含數個類似的單元和/或具有模塊化的結構，其中的類似單元可以串聯起來。模塊化單元最好相互相鄰布置。管道反應器的調溫系統最好包括一個雙壁，熱能量載體媒質可以流經管道反應器雙壁間的空間。 最好使用熱油、水蒸氣或工藝水作為熱能量載體媒質，并可將不同的熱能量載體媒質混合在一起。流經熱交換器熱能量載體媒質的目標溫度最好介于60-350 °C之間。在該發明的一項進一步優選實施例中，熱交換器包括不同的模塊單元或部件。熱交換器第一個部件或模塊中的溫度為60-100或80-120° C，在第二個部件或模塊中為 100-140° C或120-160° C，在第三個部件中為140-180° C或160-200° C，在第四個部件中為180-220° C、200-240° C或240_；350° C。可以達到最高或峰值溫度(如220460° C) 后再次將固液混合物的溫度降到入口或出口溫度的方式將熱交換器的各個單元、模塊或部件串聯起來。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，熱交換器配備一個保溫通道，通過該通道，溫度被保持在一個均勻的水平，如+/_ 2- 80°C。根據該發明，在流經熱交換器進行混合或打旋后，最好將反應混合物輸入至少一個配備了攪拌或混合系統的反應器中，或輸入一個高度至少為其直徑兩倍的反應器中。在該發明的一項進一步優選實施例中進一步規定，成分包括喂料、水或催化劑。在反應器中一個批次的保壓時間期間，最好將各種成分、反應產品、工藝水或催化劑進行回收，回收這些物質的時間最好至少為保壓時間的百分之一。在反應器中一個批次的保壓時間期間，還可在保壓時間至少百分之一的時間期間提供各種成分、工藝水或催化劑。因此最好對供應的工藝水進行處理，該處理可以至少包括一項固液分離或另一項水再調節措施。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，要在封閉氧氣的條件下執行該方法。 含水和含碳成分固液混合物的處理最好采用水解。該目標通過一臺利用水和含碳成分固液混合物生產各種物質或燃料、腐殖質、梅拉德或類梅拉德反應產物的設備加以實現，在該方法中，在高于100 °C的溫度和大于5巴的壓力下處理固液混合物，并在反應期間，在一臺膜反應器中連續或間隔地從固液混合物中抽出水分。因此膜反應器最好至少有一臺設備用于固液分離，該設備至少包括一臺粗過濾和/或精過濾裝置或其組合，也可在一臺過濾裝置中組合在一起。通過使用膜反應器，可以有選擇的從反應混合物中除去各種反應產物、中間產物、二級和最終產物，可以受控的方式添加或除去離析物，或者可以增加離析物觸媒。可以連續或間隔地在膜反應器中進行固液分離。該目標通過一種對含水和含碳成分的固液混合物進行處理并生產各種物質或燃料、腐殖質、梅拉德或類梅拉德反應產物的方法進一步實現，其中在高于100 0C的溫度和大于5巴的壓力下對固液混合物進行處理。根據該發明，經過再調節的工藝水被部分用于在工廠反應器內進行喂料預培養和預加熱、可抽吸固液混合物生產、反應混合物接收、所輸入喂料涂抹或混合、返回運行工藝、在工廠內部或之外作為熱載體媒質等用于后續工藝和/ 或用作肥料成分。最好采用固液分離的方式和/或通過蒸發水分進行再調節。因此，可至少去除 1-10%或超過10%的水分。在該發明的一項優選實施例中規定，通過直接從運行工藝或從被設計作為用于再調節的未經處理工藝水壓力容器的絕熱水箱中提取工藝水。在該發明的一項優選實施例中進一步規定，從工藝水蒸發中獲得的水蒸氣被用于該工藝的不同階段，如在進入熱交換器前加熱喂料、通過熱交換器工藝加熱熱油和/或用于運行干燥反應產物的設備(如空氣打旋設備)。根據該發明，在利用含水和碳成分固液混合物生產各種物質或燃料、腐殖質、梅拉德或類梅拉德反應產物的方法中也使用了再調節工藝水，在這種方法中，在高于100 0C的溫度和大于5巴的壓力下對固液混合物進行處理用于在工廠反應器內進行喂料預培養和預加熱、可抽吸固液混合物生產、反應混合物接收、所輸入喂料涂抹或混合、返回運行工藝、 作為熱載體媒質或用作肥料成分。因此可在高于相關用途溫度1-50 °C的溫度獲得工藝水。 最好使用溫度在25-50、50-70或70-99 0C的加熱工藝水。該目標也通過一臺用于處理水和含碳成分固液混合物并生產各種物質或燃料、腐殖質、梅拉德或類梅拉德反應產物的設備得到實現，在該設備中，在高于100 °C的溫度和大于5巴的壓力下對固液混合物進行處理，根據該發明，該方法包括一臺用于回收工藝水再調節和將經再調節工藝水返回固液混合物的設備。該設備最好包括一臺用于固液分離的裝置和一臺蒸發器。在該發明的一項優選實施例中，該設備還可包括一個設計用作未經處理工藝水壓力容器的絕熱水箱。該目標通過可抽吸燃料懸浮液或擴散液得到實現，根據上面描述的方法，通過對含水和碳成分的固液混合物在高于100°c的溫度和大于5巴的壓力下進行處理得到該液體。根據該發明，懸浮液或擴散液固體含量至少為40%，其中固體含量中有至少50%的碳含量。該目標還通過一種用于生產陶瓷材料的額外懸浮液或擴散液得到實現，根據上面描述的方法，通過對含水和碳成分的固液混合物在高于100°C的溫度和大于5巴的壓力下進行處理得到該液體。根據該發明，懸浮液或擴散液固體含量至少為50%。根據該發明，額外的物質懸浮液或擴散液最好用于以溶膠方法生產陶瓷材料，該使用包括將酸性懸浮液加入堿性溶膠，并開始膠化工藝。根據該發明，還說明將含水和碳成分的固液混合物用作喂料或額外材料，用于生產絕熱和/或陶瓷材料，在在該方法中，在高于100 ° C的溫度和大于5巴的壓力下對固液混合物進行處理，相比含碳成分的相關原始含量，固液混合物中的硫分和/或灰分被減少至少50%或75%。在該發明的一項優選實施例中規定，混合物為酸性的，并采用堿性溶膠生產陶瓷材料。在該發明所提及使用的一項優選實施例中規定，材料為硅化合物，溶膠含有機或無機硅酸鹽和/或二氧化硅。因此溶膠最好為水玻璃的水溶液。使用還包括生產含碳和硅酸鹽成分的凝膠以及將凝膠加熱以制備SiC氣體。根據該發明，使用還包括在使用SiC氣體時生產陶瓷材料，其中SiC氣體可以滲透進入提供的多孔成形體。該多孔成形體最好含石墨。所制成的材料可以是硅碳化物，如SiC或SiSiC。該目標進一步通過一種對含水和含碳成分(如生物質)的固液混合物進行處理并生產各種物質或燃料、腐殖質、梅拉德或類梅拉德反應產物的方法進一步實現，其中在高于 100 0C的溫度和大于5巴的壓力下對固液混合物進行處理。該發明因此規定，以連續的方式進行處理，以便高效、快速且節約成本的完成該方法。在該發明這一方法的一項優選實施例中規定，處理至少為期一小時(Ih)和/或包括對生物質進行加工和/或對反應物、中間體、二級和/或最終產物進行再調節。溫度最好調整為高于160 °C，最好在160-300 °C之間或185-225 °C之間，和/或進行自動控制。在該發明的一項優選實施例中，壓力被調整至至少7巴、10-34巴、10-17巴、1846 巴或27-34巴。處理時間可以至少為2小時、3-60小時、5_30小時或31-60小時、6_12小時或12-24小時，最好根據生物質類型和/或期望的反應產品選擇處理時間。在該發明這一方法的一項優選實施例中進一步規定，要對生物質進行預處理，最好進行脫水、粉碎、使用輔助物質預培養、混合和/或預熱。因此在處理以前，在酸性PH條件下培養生物質。PH值可以為6以下、5以下、4以下、3以下或2以下。在該發明這一方法的一項優選實施例中進一步規定，在處理以前、期間和/或之后粉碎生物質，最好加以磨碎和/或壓碎。粉碎后生物質的顆粒尺寸低于10cm、低于Icm或低于2mm。在該發明這一方法的一項優選實施例中進一步規定，在處理以前或期間，至少要將一種催化劑添加至生物質中。催化劑可以由幾種成分構成，一起形成一種催化劑混合物。 催化劑最好為一種無機酸，最好是硫酸和/或單、二或三碳酸，最好為酒石酸或檸檬酸。用作催化劑的酸也可同時用于調整培養步驟中的PH值。催化劑可以含一種或幾種金屬和/ 或金屬化合物，其中金屬和金屬化合物包括元素周期表中二級組別la、IIa, Iva, Va, Via、 Vila和VIIIa的至少一種過渡金屬。催化劑最好含有至少一種生物催化劑，最好為酶、微生物、植物細胞、動物細胞和/或細胞抽提物。在該發明這一方法的一項優選實施例中進一步規定，在處理之前或期間將生物質加以混合，最好通過攪拌、混合、懸浮和/或打旋，可使用一種或幾種混合設備，最好為液體噴射混合器、泵或噴嘴，用于混合。在該發明這一方法的一項進一步優選實施例中規定，在處理后要使用干燥器對反應產物進行干燥，最好采用帶傳送帶的對流或接觸干燥器和/或流化床干燥器。根據該發明，在該方法過程中，最好通過至少一臺固液分離設備和/或凈化并回喂入反應混合物抽出集聚的工藝水。因此該固液分離設備可以至少為一臺用于微、超、納米過濾設備和一臺用于反向滲透方法的設備或者上述不同設備的組合，并配有陶瓷過濾器組件，并在優選實施例中，配有旋轉盤和/或離心膜過濾器。在該發明這一方法的一項優選實施例中進一步規定，采用機械、化學和/或生物方式凈化集聚的廢水。在該發明這一方法的一項優選實施例中規定，反應、中間、二級和/或最終產物包括來自類泥煤、褐煤、黑煤燃料、腐殖質的燃料、梅拉德或類梅拉德反應產物、含碳物質如絕熱材料、納米海綿、煤塊、纖維、纜線、活性或吸附碳、木炭替代物質、高壓實碳產物和物質、 以及用于石墨和含石墨或類石墨產物的喂料以及用于合成和纖維合成物質的喂料。該目標也通過一個對含水和碳成分固液混合物進行處理并生產各種物質或燃料、 腐殖質、梅拉德或類梅拉德反應產物的工廠得到實現，在該工廠中，在高于100 °(的溫度和大于5巴的壓力下對固液混合物進行處理，廠房包括下列裝置一臺包括用于輸送固體含量至少為10-15%固液混合物的泵和/或一臺管軸與水平面角度大于10度的熱交換器；和 /或至少兩臺反應器，其中至少一臺配備一個攪拌或混合系統或其高度直徑比至少為2:1。該廠房的熱交換器有上述特點。根據該發明，廠房最好有一臺液化設備，液化可包括一臺帶調溫系統的反應器或一臺熱交換器或兩者的組合。該目標通過一種對含水和碳成分固液混合物進行處理并生產各種物質或燃料、腐殖質、梅拉德或類梅拉德反應產物的方法得到實現，在該方法中，在高于100 0C的溫度和大于5巴的壓力下對固液混合物進行處理，而固液混合物至少流經兩臺并聯的反應器、至少一臺與上游連接的反應器和/或至少一臺與下游連接的反應器。根據該發明，最好在至少一臺與上游連接的反應器中對固液混合物進行加熱、粉碎、混合和/或打旋。在該發明的一項進一步優選實施例中，至少在一臺與上游連接的反應器中采用化學方式處理固液混合物，并最好在至少一臺與上游連接的反應器中調整至某一 PH值和/或最好通過取出液體進行再調節。在一項進一步優選實施例中，至少在一臺連接下游的反應器中液化固液混合物， 最好通過冷卻混合物，和/或在至少一臺連接下游的反應器中對其進行加熱、粉碎、混合和 /或打旋。也可至少在一臺連接下游的反應器中采用化學方式處理固液混合物，并最好調整至某一 PH值。但，也可在一臺連接下游的反應器中對固液混合物進行再調節，最好通過取出液體。該目標也通過一臺用于在高于100 0C的溫度和大于5巴的壓力下處理水和含碳成分固液混合物的設備得到實現，該設備包括一臺反應器和至少一臺遠端反應器，其中遠端反應器被并聯至第一臺反應器，其中至少一臺連接下游的反應器被并聯至第一臺反應器并提供至少一臺連接上游的反應器和/或至少一臺連接下游的反應器。連接上游的反應器最好為一個管道反應器、一個膜反應器和/或一個至少含一個垂直基體的反應器。連接下游的反應器最好也為一個管道反應器、一個膜反應器和/或一個至少含一個垂直基體的反應器。圓柱形基體的高度直徑比最好為1:0.5、1:2、1:5或更低。在發明一項優選實施例中，連接下游的反應器有與第一臺反應器不同的容量，最好有用于固液混合物液化的較大容量。連接下游反應器中的混合物被額外冷卻以便液化。 在該發明的一項進一步優選實施例中規定，連接下游的反應器有比第一臺反應器較小的壁厚。該目標通過一種對含水和碳成分固液混合物進行處理并生產各種物質或燃料、腐殖質、梅拉德或類梅拉德反應產物的方法得到進一步實現，在該方法中，在高于100 °c的溫度和大于5巴的壓力下對固液混合物進行處理。根據該發明，固液混合物被連續的輸送至至少一臺一級反應器，并在至少一臺二級反應器中進行處理并從至少一臺三級反應器中抽出ο在該發明的一項優選實施例中規定，在單個反應器中同時進行對固液混合物的輸入、處理和抽出。最好提供至少一臺并聯反應器，并將其并聯至至少一臺一級、二級和/或三級反應器，其中，輸入、處理和/或抽出同時進行。最好在至少一臺一級和/或三級反應器中對固液混合物進行加熱、粉碎、混合和/ 或打旋。替代或附加的，也可在至少一臺一級和/或三級反應器中采用化學方式處理固液混合物，最好調整至某一 PH值。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，至少在一臺一級和/或三級反應器中再調節固液混合物，最好通過抽出液體。然后最好在至少一臺三級反應器中，最好通過冷卻，對固液混合物進行液化。該目標也通過一臺用于在高于100 0C的溫度和大于5巴的壓力下處理水和含碳成分固液混合物的設備得到實現，該設備至少包括三臺反應器，其中至少有一臺一級反應器用于接收固液混合物，至少一臺二級反應器用于處理固液混合物和至少一臺三級反應器用于去除固液混合物。因此最好提供至少一臺并聯反應器，將其與至少一臺一級、二級和/或三級反應器并聯。在該發明的一項優選實施例中規定，接收固液混合物的一級反應器是如上所述的一臺連接上游的反應器。在該發明的一項進一步優選實施例中進一步規定，用于去除固液混合物的三級反應器是一臺如上所述連接下游的反應器。
具體實施例方式根據該發明，一種優秀的方法規定，含碳固體-液體混合物，和/或在處理前和處理過程中產生的產物，和/或反應物、中間產物、副產物和/或最終產物都會被進行工業化處理和控制。通過對固體-液體-混合物進行有目的準備或前處理，以及對固體-液體-混合物進一步的加工，和對反應物、中間產物、副產物和/或最終產物的加工處理，可以顯著提高燃料，腐殖質，含碳的燃料以及高效梅拉德或類似梅拉德反應物的經濟價值。在使用生物質進行能量時，其釋放到大氣中的二氧化碳的量決定于活體植物原來生長所需要的二氧化碳的量。所以由生物質產生的燃料可以被自然環境中和并接受。另外腐殖質的制備，比如農業耕地面積中產生得到的，可以減少二氧化碳的排放。沒有這些措施和/或強化的生物質非-礦石燃料的使用，環境保護的目的例如京都議定書中確定的目標就難以實現。按照本發明的操作方法和設備，利用生物質生產燃料，在轉化的過程中碳成分的損失量非常小，相較于其他方法有絕對的優勢。利用恰當的轉化方法可以減少或完全避免碳的流失。酒精發酵中碳損失為30%，沼氣轉化損失為50%，木材碳化的碳損失為70%，而在堆肥過程中損失為90%。其中的碳轉化為對環境有危害的二氧化碳或甲烷。而按照本發明的處理方法則不會出現這種情況。本發明中的操作方法有很高的效率。相反對于酒精發酵而言可預計的有效天然植物能量轉化率為3%至5%。按照本發明中的操作方法，只有很少或者根本沒有二氧化碳的釋放。在生物質向沼氣的轉化過程中，有一半的碳會轉化為二氧化碳而被釋放到空氣中。并且利用沼氣設備進行經濟生產，其中合適的原料或反應底物非常有限。在已知的處理方法的基礎上，本發明中的操作方法要保持釋放的熱量可以繼續使用。濕度很高的生物質中能量的利用是一個特別的難點。而在本發明中，水分是進行化學轉化的必要前提。而以前的老方法卻有低效率、低能量利用率的缺點，其經濟適用性非常有限。在高壓和高溫條件下對固體和液體混合物例如生物質進行處理時，進行處理的反應器具備特殊的特點。所以可以在反應器的內壁進行抗腐蝕處理或者涂上有效的涂層。除此以外可以配備攪拌裝置，用于混合固體和液體混合物。此發明涉及從含碳的固體-液體混合物中生產材料和/或燃料、腐殖質和/或梅拉德以及類似于梅拉德反應產物，在生產過程中固體-液體混合物的溫度超過100°C，壓強高于5巴，處理時間至少為30-60分鐘。在本發明提供的進一步設計方案中可以實現半連續化或連續化生產。也就意味著可以對固體-液體混合物，特別是在反應過程中進行連續的操作，即批量進行生產。因此可以充分的利用反應空間，最下化保壓時間，而且操范圍內的溫度和壓力可以一直保持在同一水平。同時可以時間延遲方式將喂料和催化劑輸入反應空間，并根據要求除去并循環利用工藝水和未轉化喂料和其他喂料，且干擾物、反應物、中間產物、副產物和/或最終產物也可以去除。與此平行的，可連續或間隔地完成其他方法步驟，如工藝水、廢水、廢氣、反應物、中間產物、副產物和/或最終產物的再調節和/或凈化。在該應用目標的一個進一步實施例中規定，溫度被調整至高于160 °C、或160-300 °C之間或185-225冗之間，和/或自動控制溫度。在該發明的一項進一步優選實施例中，壓強至少設定在7巴，主要在10至34巴，最優壓強在10至17巴、17至沈巴或沈至34巴。 在該發明的一項進一步優選實施例中，處理時間至少為30-60分鐘、1-3、3-6或6- 小時， 在某些情況下，還為M-60小時。在該發明的一項進一步優選實施例中，處理時間由不同的產物，和/或固體-液體混合物，和/或期望的反應產物確定。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，采用機械、化學和/或生物方式凈化集聚的廢水。在該發明的一項進一步優選實施例中規定，采用機械、化學和/或生物方式清理或處理在處理、加工和/或調節期間集聚的出口空氣。根據說明書的進一步設計方案，固體-液體混合物至少部分由生物質構成。此時利用熱液炭化基本原理，通過加壓和加熱的方法，按照說明書的程序，在含水生物質釋放熱能之前，實現含水生物質有效和非常經濟的解聚和水解。生成的單體會在幾小時內結合為含碳的反應產物。對反應條件進行控制可以得到理想的含碳反應產物。例如腐殖質經過更短的反應時間和進一步的反應過程，得到的燃料的含碳量更高，適用于熱能的進一步獲得。說明書中設計了不同的反應產物、中間產物、副產物和/或最終產物的生產過程，包括泥煤燃燒物，從褐煤至類似石煤燃燒物，腐殖質，梅拉德或類似梅拉德反應產物， 含碳材料比如絕緣物質、納米顆粒、納米微珠、納米纖維、納米線、活性碳、烤碳替代物、高密度含碳產品和材料，特別是石墨原料和含石墨或石墨類產品，比如碳纖維和復合材料及纖維復合材料。根據說明書的優秀設計方案，反應器為具備有多層裝置、管道、循環系統、多連接和/或攪拌裝置的反應器，和/或主要為膜和/或流化床反應器。最好至少含有一個反應器或一個不同反應器的組合，其應具備多層裝置、管道、循環系統、多連接和/或攪拌裝置的反應器功能或膜或流化床反應器。尤其是包含至少一個膜部分的反應器和/或至少一個能產生循環流化層的裝置。在該發明一項進一步優秀實施例中規定，處理生物質的設備包含至少一臺用于收集生物質的反應器和至少一臺用于加工生物質和/或調節各種反應產物和/或副產物的裝置。在該應用目標的一項進一步實施例中規定，反應器為一臺管式反應器、循環反應器和特別有優勢的閉環反應器或攪拌反應器和/或最好是一臺膜或流化床反應器。至少一臺反應器最好包括至少一個膜部件和/或至少一臺用于生成循環流化床層的裝置。同時，反應器設計可承受至少100 °C溫度以及至少高于5巴的壓力。根據該發明，可提供多個用于接收和處理生物質的反應器以提高工廠的產能或流速。可將這些反應器串聯。根據該發明生產的物質和/燃料來自生物質，并且相比生物質，在元素質量含量百分比基礎上，碳含量高出10-300、50-300或者100-300，甚至200-300百分比。或者， 從元素質量(干物質)的百分比含量上來看，申報的材料/燃料含碳量比生物質高出百分比 5-200、10-150 或者 10-120，甚至 50-100。從元素質量(干物質)的百分比含量來看，申報材料和/或燃料的含碳量是原材料的50-90%、55-80%和98%以上。申報物質的其它構成中，材料和/或燃料元素質量(干物質)氫的百分比含量比生物質低1%-300%、5%-200%和20%-100%。申報物質的其它構成中，與原材料相比，材料和/或燃料元素質量(干物質)氮的百分比含量有所降低，降低的數量為15%-100%、5%-200%、1%-300%。申報的材料和/或燃料干物質的原始燃燒值可能至少是原材料(特別是生物質的)65%或大于65%。根據成分和結構，與生物質或化石燃料、生物質燃料相比，可選申報材料和/或燃料的燃燒性和環保性得到充分提高，例如，降低了灰分含量、含氯量、硝酸鹽含量、硫磺和重金屬含量以及減少了灰塵、精細粉塵或氧化氮、氧化硫等氣態有害物質的排放。此外，申報的原料和/或燃料與生物質或可選的固定化石燃料或生物燃料相比，提高反應性的同時， 降低了自然溫度。申報的材料和/或燃料的顆粒尺寸較小，因而它們的表面積較大，特別是大約2納米至50微米的顆粒尺寸，也有一微米和200納米的尺寸。由于顆粒尺寸較小、 表面面積較大，因此申報的材料和/或燃料極易干燥。在申報物質的構成中，根據至少包括下列步驟的工藝從生物質中生產材料和/或燃料生物質的處理溫度超出100°C、處理過程期間的壓力高于5巴，該條件要能夠保持 1小時以上，用于加工生物質和/或處理反應產品、半成品、副產品和/或最終產品。溫度可設置在160°C以上、160-300°c之間和185-225攝制度之間。壓力至少設置為7巴，也可設置在10-34巴之間、10-17巴之間、1846巴之間或27-34巴之間。處理持續時間可能至少為2小時，最少是3-60小時，也可以是5-30小時或31-60小時，特別情況是6-12小時或13-24小時。生物質處理之后，利用干燥器、也可利用對流或接觸式干燥器、電熱和/或帶式干燥器、和/或流化干燥器將反應產品干燥至所需的剩余濕度6_25%、 10-20% 或者 12-15%。上述工藝的反應產品、半成品、副產品和最終產品包括泥炭、褐煤和類似石煤的燃料、腐殖質、Maillard或類似Maillard的反應產品，以及含碳的材料，如絕緣材料、納米海綿、納米球、納米纖維、納米電纜、活性或吸附碳的材料、燒烤碳替代品、高密封性煤炭產品和材料，尤其是石墨的原材料和含有石墨或類似物質的產品、碳纖維、復合材料或復合纖維的原材料。該應用進一步與根據從生物質產生能源的發明生產的物質或燃料使用有關。與化石燃料相比，生物質包括可作為本地能量源長期使用的再生原料、所有液體和固體有機物質和生物、生化過程產品及其轉化產品，這些產品具有工藝所需的豐富含碳量，此外，憑借其成分和可用反應產品、半成品、副產品和最終產品的經濟性，可通過申報的工藝進行加工。例如，原材料包括碳水化合物、糖及淀粉、農業和林業產品，也包括專門種植的能源植物(生長快速的樹種、莎草、全株谷物等等)、黃豆、甘蔗和谷物桿、生物殘留物、廢料和副產品、植物及其它來源的植物殘留物(街旁綠地，農業保養劑)，農業垃圾包括草、甘蔗葉子、谷糠、農業產品的非可出售部分，例如土豆、甜蘿卜、腐爛的青貯部分和其它飼料殘留物、草葉、谷物稈、甜菜葉子、甘蔗葉子、包括生物垃圾在內的含碳殘留物及廢料、家庭及工商業垃圾(廢棄殘余)的高熱值部分、淤泥、包括森林木材在內的各種種類和等級的木料、 建筑木材、托盤、舊家居、鋸屑、包括廚房及菜肴垃圾在內的食品工業殘留物及廢料、蔬菜垃圾、廢油、紙張、漿紙、特別是天然纖維和天然聚合物制成的紡織品、包括糞水、馬糞和家禽糞便在內的動物排泄物。尸體，尤其是動物尸體也可算作生物質。根據申報材料，處理原材料和/或固體及液體混合物是指對固體及液體混合物施加的所有影響(特別是供應起動能量和維持轉化反應，其中包括100 °C以上和5巴以上壓力時的固體及液體混合物處理)，通過這些影響將固體及液體混合物轉化為反應產品。根據申報材料，對生物質和/或固體及液體混合物的處理是指在化學轉化過程前后，按照不同步驟處理原材料、反應產品和/或半成品。處理包括所有步驟、過程和對反應物的影響(包括預處理和/或后處理)。預處理是指在反應室注液過程結束之前和為啟動轉化反應供應能量之前對固體及液體混合物產生的所有影響。預處理范疇內特別包括了原材料預加熱和主要反應混合物成分的粉碎，即成分含量大于三分之二、反應室內外顆粒尺寸小于10 mm。申報材料中提及的固體及液體混合物包括懸浮液、擴散物和其它擴散體系，其中包括含有液體的固體，特別是生物質。特別是在類似固體及液體混合物應用中采用申報的工藝，混合物在反應過程期間利用物理或化學方法提高液態階段溶劑含量和/或改變固體物理性和化學性，借此可改進固體和液體分離或改變固體量較多的比例關系。原材料涉及含有液體或不含液體的固體，這些物質用來產生固體及液體混合物。
申報中提及的處理和/或調整反應產品和/或副產品包括對轉化反應副產品和/ 或最終產品的所有影響，借助這些影響使產品轉化為所需或要求的形式。半連續或連續工藝在本申請文件中是指以技術和/或工業標準來生產反應產品、 中間產品、副產品和最終產品，在生產過程中滿足下列標準中的一個、兩個或多個
1.溫度，特別是在最少一個壓力容器內、反應器或者設備組成部分中，在至少兩個反應周期中持續高于40至90 °C(最好是60至70 °(和/或在絕對壓力為1巴時，高于生產用水的沸點)，這樣才能較長時間直接用手接觸與反應混合物直接接觸的容器壁，超過1 分鐘，而只需用輔助工具、絕緣材料或其它輔助裝備。2.壓力，特別是在最少一個壓力容器、反應器或者設備部分中，在至少兩個反應周期內絕對壓力持續高于1巴。最少兩個容器(其中至少一個反應器)以某種方式連接，實現了壓縮介質的運輸、壓力平衡或保存。3.對原材料、固液混合物、反應產品、副產品、中間和/或最終產品或其它反應物的加工在設備中多于一個容器中進行。4.作為設備固定組成部分，并在其內進行處理的容器總容量，至少為500升。其中至少有一個容器，不僅能用手還能用其它輔助工具移動。5.在一個反應周期中，具有含碳的固液混合物和/或不同類型(尤其是不同的特性和密度)的原材料、生物質或碳化和物。6.在一個反應周期中同時、延后、持續或間斷地向反應混合物中加入或從中抽出固液混合物的各種原材料、反應產品、副產品、中間產品和/或最終產品和/或反應物，包括催化劑和/或發泡劑或保溫劑(如水，尤其是生產用水和/或諸如生產用氣/合成氣體的氣體)。在壓力容器、反應器或其它設備組成部分的溫度超過60至70 °C，或者在絕對壓力為1巴時高于生產用水的沸騰溫度，或者在至少一個設備組成部分的壓力為高于1巴的絕對壓力時，發生步驟6下描述的過程。7.在一個連續的工藝中，特別是同一臺設備中處理反應混合物。8.在反應周期前/中，通過帶入動力能源，特別是最少一個攪拌或混合系統或者一個攪拌和混合組合系統，最好是非機械混合或攪拌系統，這樣在使用各個系統時，不會與軸產生磁連接，并且不會電驅動。9.在反應周期前和/或中，要向原材料或者反應混合物放熱能量和/從其中吸熱能量，尤其是在使用至少一種保溫系統時，或者在使用不同系統和裝置的組合時。在使用一種保溫系統時，最好不要使用帶單系統的商用爐和/或不通過有較少把手、電動操作的可分離外罩器皿進行壁熱傳輸。10.專門通過用于連續方法轉換的設備和裝置描述中所包括的特點和特點組合對連續方法進行了歸納。可從其中包括的特點得到對連續方法的更多標準，在這種方法中， 含碳喂料被連續喂入一個一級反應器，且反應混合物按批次從一個反應器導入下一個反應器，并從最后一級反應器中輸出反應產物。容器指的是上面開口或封閉的物體，內部有一個空腔，目的是使它里面的物體與環境分離。進行轉化反應，也就是處理和/或加工固液混合物的容器(例如壓力容器或反應器)，由一個外部閉合的反應空間或者壓力容器空間形成。反應器是主要是指發生關鍵反應步驟的容器。決定性的反應步驟尤其是指大部分在一個溫度和壓力范圍內進行的步驟，在這個范圍中至少10 - 30%的原材料轉換成所謂的反應產品、中間產品、副產品或者最終產品。反應空間或者壓力容器空間是指反應容器或壓力容器空間內存在的空間范圍，在這個空間內產生可測量的、不同反應條件。不同反應條件由結構、機械、電流和/或相位、化學、電子、電氣或其它作用產生。用于該目的的裝置，一般情況下有電氣驅動的攪拌或混合裝置，這種裝置帶有電磁連軸器的單軸，或通過可分離加熱的電氣壁式傳熱體由反應器外壁向承受壓力的光滑內壁傳熱，或用于實驗室目的的壓熱器。反應周期、周期或者反應一次轉化反應持續的時間，它從將原材料放入反應室中， 并供應用于實現轉化反應所需的能量開始。一個周期從反應過程開始持續到反應混合物中無需后處理或調節地產生所需的反應產品，或者至反應過程結束。攪拌或者混合系統指的是通過機械、聲波、電流、熱能或結構將能量傳遞給反應混合物的裝置，并能夠借此通過攪拌和混合使反應物運動。也包括通過如泵、水流噴射混合器、噴嘴以及機械和熱能混合器或沿著壓差加入反應混合物等使反應混合物運動。一臺設備至少由兩個裝置組成，用于執行申報工藝。最少有兩個容器(其中至少一個反應器)，能夠以某種方式連接，實現壓縮介質的運輸、壓力平衡或保存。設備的另一個固定組成部分是一個裝置或容器，在缺少該組成部分時，該工藝的效率(尤其是從經濟角度來看)就會減少2個、5個甚至是至少10個百分點。共同使用設備的各個裝置時，能夠進行連續工藝。一臺這樣的設備每周能將200 千克原材料加工成干物質。如果裝置或設備互相相連，或通過管道連接或者在空間上通過其它方法連接，那么可以同時使用各設備，在50 km的半徑內交換或共同使用原材料、中間產品、副產品、反應產品以及其它反應物。反應或反應工藝的開始或實現，是以達到反應控制的最少一個目標參數為標志的 (包括溫度和壓力)，在這個溫度或壓力下，熱解碳的轉化反應在至少一個小時后開始。反應過程的結束是通過在排空反應室前持續不滿足反應控制的至少一個參數為標志的。反應產品、中間產品或者副產品或反應參與物，在本申報中是指不論存在時間的短長，在反應條件下(壓力大于5巴，溫度高于100 °C)在反應室中存在著或存在過的所有固體、液體或氣體材料。固體/液體混合物在本申報中是指所有懸浮液、擴散體和其它擴散系統，包括含有液體的固體燃料，尤其是生物質。申報的設備尤其適用于這種固液混合物，它在反應過程中，由于物理或化學方法，導致提高在溶液中提高了液態階段的比例，和/或材料發生物理或化學變化，能夠更好地進行固液分離或者更夠有更高的固體比例。懸浮液和擴散物都是異質固液混合物。懸浮物是指由一種液體和固體組成的異質 (不能混合)物質混合物。懸浮物至少有一種固體，一種液體。擴散系統，是說由小顆粒和連續的擴散介質構成的混合物，主要由膠質擴散物、膠束、小泡、乳膠、凝膠或浮質，例如油漆、 乳膠和泡沫。Maillard類似反應產品在本申報中為化和物，它們是Maillard反應產品的中間產品、副產品、最終產品或具有類似的化學、物理或者生物屬性的產品。屬于這種化合物的有例如糖基化終產物(AGE)，它通過原始葡糖糖胺基產品的重排產生，并成為Maillard 反應的最終產品糖基化終產物(AGE)。通過重排和聚合AGE能夠與其它蛋白質形成橫向網狀結構。由于產生途徑的不同，有各種復雜形狀的AGE，其中Νε_ (羧甲基)細胞溶解素 (CML)、糠氨酸和Pentosidin是迄今研究最多的。類聚四氟乙烯(PTFE)材料是指具有聚四氟乙烯一個或多個特征的材料，有親緣關系或沒親緣關系的類別，例如耐反應性、極小的摩擦系數、極低的折射率、高耐熱性、極低的表面污染抗粘性或光滑表面。燃料是指用于生產能量的材料，例如通過熱、化學、電子和其它方法轉化為能量。 材料是通過繼續加工、處理以及調整繼續加工成其它產品，或作為加工材料進入最終產品的材料。
反應產品的特征，如純凈度、形狀、結構、密度、強度、顆粒大小、表面結構、組成、燃燒特性、燃燒值和能量含量與工藝或反應條件有關，也就是說由申報產品的控制參數，也就是說過程控制決定。在化學轉換過程前后的各個步驟中，需對初始原料以及反應產物、中間產物、副產物和/或最終產物進行處理。此處理步驟的目的在于，通過工業或技術手段實現物質轉換。因此，處理工序不僅僅理解為手動拆分或者通過剪床進行粉碎。在本申請所述工藝中，通過使用配有少數操縱桿的可分離式電動加熱護套進行生物原料的處理和/或反應產物和/或副產物的制備，超過了原有的配有一個磁耦合軸的攪拌混合系統，以及反應器外殼光滑承壓內側的壁式熱傳導水平。其還包括，半連續或連續工藝中第9點和第10點所述的混合攪拌系統標準和/或調溫系統標準。通常，生物原料在儲存前，或者轉化工序前，尤其是在導入反應區前/后已經被粉碎。通常采用機械方法進行粉碎，首選切碎機，但最好使用帶有研磨功能的機械設備，例如碾磨機。根據初始原料以及所需的顆粒大小選擇不同型號的切碎機和/或碾磨機。顆粒的大小會對反應的進程產生一定影響。因為顆粒越細，初始原料的比表面積就越大。反應物的比表面積越大，化學轉化速度就越快。為此，生物原料切碎后的顆粒尺寸應小于10 厘米，也可小于1厘米，還可小于2毫米。粉碎過程中的能源、時間與材料消耗量取決于此過程的控制情況，尤其取決于初始原料的性質、顆粒大小和滯留時間。預處理部分還包括，在ρΗ值小于6或小于5，又或小于4，最好小于3，也可小于2 的酸性環境下或酸性介質中進行浸泡。此步驟所需的時間隨著粉碎物細度的增加與PH值的降低，而減少。因此，需在粉碎步驟后，進行酸環境浸泡。在一個配備有雙壁或另一套調溫系統的絕熱培養器皿中進行培養。根據該發明， 必須通過來自生產工藝或另一工藝或經過部分純化和加熱工藝水的工藝熱量或廢熱量使用調溫系統。培養時間至少為10-60分鐘、1-10或10-60小時。在喂料和其他預處理步驟以外，預培養可極大的縮短反應時間。節省的時間可超過3-10%、10-20%，或在理想條件下， 節約更多時間。在轉化反應期間用化學方式生產水并從喂料中提取出來的時候，水量隨著反應的進展增加。提出水分可在下面的反應器皿中減少需要的反應空間。因此，在反應過程中減小了反應器層級中每個單一反應器的容量。可在結束轉化反應期間或之后獲得工藝水。在工藝中，在180 °(以上溫度和高于5巴的壓力下，完成提取工藝水。這對固液分離的設備和方法提出了特殊要求。在上述提到的方法中，有幾個通過氣旋、動態、靜態、真空、壓力和消毒過濾進行的篩選工藝(粗篩選、精篩選)、過濾工藝和/或離心力沉淀工藝，其中特別有交叉流過濾，包括微、超、納米過濾和反向滲透方法。最好將設備用作水力旋流、離心、分離設備的基礎用于采用了受到力場支持和/或使用了過濾方法的方法或功能原則的工藝。最好的過濾方式特別是也可與熱水碳化反應條件配合使用的方法。最好使用旋轉片過濾器或離心膜過濾器用于固液分離。不同的固液分離方法可結合使用。在一級反應器后的每個反應器都可連接至固液分離設備。在反應器保壓時間至少二十分之一的時間內連續或間斷地進行固液分離。根據需求和所使用設備的性能要求，其可適應各種要求。提取出來的工藝水保存在已排出空氣的一個絕熱耐腐蝕的器皿或壓力容器中。要收集工藝水，可直接從運行工藝的一個水箱中直接提取未經處理的工藝水。一方面，由本專利規范中提及的一臺或數臺用于固液分離的設備進行工藝水收集，和/或另一方面，比如也可通過在蒸發器中蒸發水分進行收集。從蒸發工藝中獲得的水蒸氣可被用于該工藝的另一部分，例如，在進入熱交換器以前加熱喂料，通過熱交換器工藝加熱熱油或用于運行干燥反應產物的設備(如空氣攪拌器)或本文件另一部分中提到的另一臺干燥設備。提取至少1-5、5_20或20_70%的水分用于濃縮工藝水。為此，還將使用本專利規范中提及的其他方式，如反相滲透，但是，由于對溫度敏感的膜，這些方式具有必須將溫度降得更低的劣勢。工藝水被保存在一個絕熱和耐腐蝕的器皿或如果可能、設計用作壓力容器、將空氣排出的工藝水箱中。濃縮的工藝水被部分用于在工廠反應器中進行喂料預培養、預加熱、可抽吸固液混合物生產、吸收反應混合物、涂抹或混合至輸送的喂料、返回運行工藝、作為熱載體媒質用于工廠內外后續的工藝和/或用作化肥成分。在高于相關使用溫度1-50 °C的溫度濃縮工藝水。對于在工廠反應器中進行喂料預培養、預加熱、可抽吸固液混合物生產或涂抹或混合至輸送的喂料，使用溫度為25-50、50-70或70-99 0C的工藝水或濃縮工藝水較為有利。對于這些用途，pH值最好低于6或低于4或低于2。最好將溫度為25-50、50-70或 70-99 °C的工藝水或收集工藝水作為熱載體媒質用于工廠內外的后續工藝。但是，對這些用途以及在工廠反應器中混合至輸入的喂料以便返回運行工藝，溫度超過100 °(或200 0C 也較為有利。一方面，通過蒸發的水量或以另一方式除去水分，獲得需要的pH值，另一方面，也可將沸點高于上述水分的酸用作催化劑，獲得必要的PH值。收集的工藝水含有催化劑成分，其沸點高于工藝水。比如，硫酸的沸點為279°C。磷酸的分解點是213 0C0通過在低于酸沸點的溫度連續蒸發水分可實現降低PH值的酸化，即使很難避免催化劑成分隨工藝水從工藝水中流失，盡管其沸點較高。類似的，對金屬催化劑，如溶化點或分解點高于400 0C 的硫酸鐵(2價)、沸點高于120 °C (升華)的氯化鐵(3價)或沸點為10 °(的氯化鐵(2 價)，也同樣有效。可通過濃縮工藝水除去一種或幾種催化劑成分。工藝水蒸氣被用于工藝中另一部分，如在進入熱交換器前加熱喂料、通過熱交換器工藝加熱熱油或用于運行干燥反應產物的設備(如空氣攪拌器)和/或本文件中另一部分提到的一種干燥設備。根據本應用，要對工藝水蒸氣進行凈化。可在也高于250 °C的溫度，使用本文件中提及的幾種泵(如螺桿容積泵)輸送濃縮的工藝水。例如，可通過一臺熱交換器，在環境壓力下或在環境壓力下輸入設備或攪拌器以前，降低其溫度，使固液混合物溫度為 50-60 或 60-80 0C0浸泡過程中，金屬、無機物或沙礫物質以及其它干擾物會從生物原料中分離出來。 此處采用的工藝與過程，等同于生物材料和生物垃圾處理中，例如沼氣池，所設置的工藝與過程。將生物原料與催化劑或者催化劑混合物徹底混合均勻。催化劑與生物原料一同形成了反應混合物。可選擇在反應器中完成此混合工序。反應混合物的壓縮可在反應器內部和外部分一個或者多個步驟進行。在另一方面，高度壓縮還意味著能夠更有效的利用反應器空間。根據反應器的情況、所需反應產物以及過程控制情況，決定壓縮程度。預處理后，將反應混合物導入反應器中。例如，導入反應成份前，可先在貯壓器內進行預熱。所有反應物均可預熱。所有初始原料特別是生物原料約加熱至60到90°C。通過例如導入熱能，特別是通過注入在一巴絕對壓力下幾乎沸騰的反應過程水、預熱過的生物懸濁液或其它水或者通過注入水蒸汽、反應過程水蒸汽或其它熱能載體的方法進行預熱。也可使用熱交換過程所產生的熱能。根據期望的反應產物，反應時間介于1至60小時、3至40個小時，或5至18個小時。當反應無明顯熱量釋放時，此時即為反應時間終點，或者說反應已結束。僅進行最低限度的預處理和/或省略預處理步驟均可導致反應時間延長至60小時以上。反應時間主要取決于初始原料的成份與性質。表面積越大、顆粒尺寸越小、含有的木質素或纖維素越少且碳水化合物比例越大，在解聚階段釋放熱能的速度就越快，同時形成穩定結構的速度也就越快，相應的減少了反應時間即滯留時間。各種初始原料所需的轉化時間越短，在反應器內已開始的化學反應中加入該初始原料的時間就越晚。脂肪、非植物、非網狀物，例如動物或細菌蛋白質含量相對較高的初始原料，其反應時間也較短。反應過程中的熱能釋放量是衡量轉化過程是否結束的一個指標。根據本申請所述，溫度最高可達到300° C。而溫度介于185° C到205° C時，較為有利，較好到215°C或225°C。根據本申請所述，在氣密狀態下形成的壓力，例如可介于7巴與 90巴之間。壓力在11巴到18巴之間時，較為有利，也可在18巴到沈巴之間，又或在沈巴到34巴之間。本申請所述設備包括一個反應器。該反應器可根據內部所進行的反應、反應物投入量以及固體材料的種類和/或期望的反應產物，進行自由組裝。至少一個本申請所述的反應器可以是，例如梯式反應器、管狀反應器、循環式反應器、環流式反應器、膜式反應器、 渦流層反應器和/或攪拌式反應器，其可具備上述反應器的一種或多種組合特性。反應器的渦流層最好是循環式的。一個機組內，本申請所述反應器或各種反應器的組合，可用于不同的處理時機以及不同的處理步驟中。此外，基于壓力上的要求，反應器亦可設置為貯壓器。貯壓器的結構設置取決于過程控制情況和所用混合攪拌技術。在該發明目標一項進一步實施例中，采用一種帶循環液化床的多膜液化床反應器。這類反應器結合了不同膜和液化床反應器類型的優勢。本申請所述的反應器可具備一個或多個下列特點。反應器可含有至少一個貯壓器與至少一個固液分離裝置，所以也被稱為膜式反應器。反應器可以配有至少一個粗略的過濾裝置和/或一個細致的過濾裝置，或者兩種裝置結合，即組合安裝在一個過濾裝置中。至少有一個貯壓器配有攪拌和/或混合系統，因此被稱為攪拌式反應器。貯壓器或反應器中所有反應區的體積總和為0. 5立方米至1萬立方米，或者為5立方米至2000立方米，又或50立方米至500立方米。一個機組中所有容器容量，包括貯壓器或反應器的反應區、筒倉和貯藏間的總和為0. 5立方米至100萬立方米，或者為1萬立方米至70萬立方米，又或5萬立方米至50萬立方米。根據初始原料和生物原料的情況，生物原料中水分含量可達到總重量的百分之九十五或者更高。出于上述原因，將排水過程與轉化反應串聯起來是十分意義的。高水分含量和低容重的原因，限制了許多生物原料，因此反應區內的初始固體含量約介于百分之5 至百分之三十之間。由此得到的反應產物產量與整個反應區體積相比，僅為單位百分數。 此外，還需要使用相對較大的反應空間。通過串聯多個貯壓器，可解決此問題。通過連接多個貯壓器或反應器，例如階梯式反應器，和/或組合不同類型反應器， 能夠使滯留時間的分配更加合理化，還可通過完善工藝操控，來提升轉化率。與此同時，還能夠滿足各個反應階段與步驟的不同要求。例如，在管式反應器中能夠更有效的進行熱交換，在攪拌罐即攪拌式反應器中能夠更好的進行混合和返混操作。通過將反應器的總容量分攤在多個貯壓器上，來改善單個機組組件，包括貯壓器的運輸能力。同時，通過連接多個反應器或貯壓器的方法，更容易實現連續或半連續反應過程。至少一個貯壓器用于吸收反應器中生成的或含有的壓縮氣體，并將該貯壓器集成至機組中。工藝氣體在被排入環境空氣或被輸入在廠房內外的自行燃燒工藝中的燃燒氣體以前，在自行凈化工藝中被凈化，如在空氣凈化車間中。工藝氣體被輸入符合濕潤氧化、利用壓縮空氣進行的氧化工藝。如果該工藝連接了熱量回收，則可獲得工藝氣體中的可氧化成分被轉化為熱能并通過一個熱交換器工藝加以回收的有利結果。通過持續的析出或者抽取某個反應物，例如反應過程中的水，可以提高該過程中固體物質的含量。隨著反應的進行，固體物質的含量能夠從初始的，例如百分之15提升到百分之20至百分之30，較好提升到百分之31至百分之45，最好提升到百分之46至百分之 70。同時還能夠降低反應過程中，每個反應器內反應物的體積，使原料的轉化速度加快，并對比反應體積得到較高的產出率。此外，可以串聯多個反應器，彼此間例如通過閥門分隔開，針對性的在貯壓器中填充或填滿新鮮原料、反應物或催化劑，以提高傳輸率。按照連續工藝管理，可在運行條件下，將反應混合物從一個貯壓器中轉送至另一個貯壓器中。本申請所述的反應器含有一個垂直的圓柱體基座。直徑-高度比至少為1:0.5、 1:2、1:5或更大。其頂端可設計成蝶形封頭。在上部，較好在上半部，最好在上端三分之二部分，略微呈圓錐狀，越向下則直徑略微增加。錐形面與反應器軸線的角度至多為45度， 較好小于40度，最好小于35度。為了將流體的流動干擾降至最低，可將過渡部分，例如從器壁到封頭部分，設置為弧形。反應混合物入口管狀接頭的位置是可變動的，例如，可位于貯壓器的上半部，較好在上端三分之一處。可通過一個閥門、公共部分、排出管接頭進行輸送，該排出管接頭大致位于錐面的中心。各組成部分和管狀接頭均焊接在反應器上。頂蓋可安裝凸緣。優先使用的液體射流混合器和全射流噴嘴，其直徑與高的比例約為1比2 至1比3，也可以是1比4至1比5，又或為1比5至1比6。膜式反應器是一種化學反應設備，至少其能夠配合一個化學反應，使用膜分離法或固液分離法。此外，還可將這兩個操作過程緊密地連接起來，形成協同作用。并且將此二者安置在一個單獨的容器中或機組中。在化學反應中，反應混合物至少有一種成份會發生轉變。膜式反應器能夠有選擇的將反應產物、中間產物、副產物和最終產物從反應混合物中分離出來，便于離析物的監測與濃縮。通過固液分離法將反應產物、中間產物、副產物和最終產物特別是水，持續的或間斷的從反應混合物中離析出來。此操作能夠顯著的提高轉化率。調溫系統的組合、定位、設計與調節均需視反應情況，尤其是初始原料成份而定。 反應器內外所有的過程水處理系統均因調溫過程的需要而設置。該系統一方面用于外部熱交換過程，即反應器以外的熱交換過程，另一方面用于導入溫度適宜的過程水充當攪拌機、泵和/或噴管中的稀釋劑、導熱介質、吸入介質或動力介質和/或充當液體噴射泵吸入的媒介。同樣的，過程水與新鮮水的混合物也可用于優化反應調溫過程。此外，還能優化過程控制，例如，降低某些無機物和雜質的濃度。導入調溫介質具有很多優點，特別是，在溫度要求嚴格的部位噴灑溫度適宜的水或再生過程水，以調節其溫度。此外，還可通過過程控制來調節溫度。除了初始原料、PH值、樣品預備工作和催化劑的配合外，根據初始原料的轉化特性，延緩導入時間，也是溫度控制的一個重要因素。在生產工序的運行過程中，初始原料確切的說，反應混合物的粘度、密度、大小以及其他特性均發生了改變。這些變化為含碳初始原料的化學反應變化與結構變化，詳細的說，初始原料的解聚反應以及隨后的聚合反應。由于反應運行過程的不同，對混合工序的要求亦不相同。根據反應所處階段、初始原料情況、固體物質的濃度和反應產物的要求，盡力使混合物和/或分布流量均勻一致。工藝水中包含的物質與原材料和過程管理有關，包括催化劑。通過程序條件的分解溶解到以前與生物量有聯系的物質中。大量元素，包括氯，硫，硝酸鹽，鹽類以及金屬，特別是重金屬和礦物質，堿，如鉀或鈉及其鹽類，在化學變化過程中以一定比例處于水相中。 不在液相中的物質比例，也與濃度落差有關，也就是說，與已經在液相中存在的濃度有關。 隨著濃度提高，物質會飽和。因此，無機物質和無機化合物，如，硫酸鹽和氯化物可以作為鹽類失去效用，通過過程管理和反應堆組成部分產生負面影響。有機碳化合物的比例在液相可達到每升50多克。工藝水的CSB值高達五位(毫克氧/升)，由于沒有被回收利用，所以明顯超過了法定限度。化學需氧量CSB從廣泛的意義上說是所需的氧氣量，可以理解成是被化學氧化的物質有機成份的總量。與原材料的水分含量和過程管理有關的，如固液比率， 10%到35%，也可是35%到60%，或甚至是60%到85%比例的工藝水可以再使用。工藝水幾乎可以被完全回收使用，這也叫做工藝水循環關閉或循環限制，其目標是節約新鮮水的消耗和減少排放量。除了積累有機碳化合物，還應豐富無機物質，如硫酸鹽，硝酸鹽，鈣，氯，磷及其化合物的含量。無機的干擾物質濃度可以加速腐蝕。水垢在反應堆里會干擾流量，同樣也會損壞電樞設備，如水泵，閥門和噴嘴。因此應提高對反應堆的規劃。硫酸鹽在此可能會失效。積累和飽和的速度取決于原材料的物質組成和過程管理。化學轉換過程通常需要幾個小時。在這段時間內，復雜的化學過程隨著物質的變化而產生變化，所以應考慮如何優化工藝管理。不同類型的生物量，在轉換過程的前兩到三個階段被間歇運送到設備中。但根據所需的反應產物可在反應產物的最后兩個階段結束時扣除。發泡劑或溫度調節劑如煤氣，水，特別是工藝水和/或工藝_/合成氣體或催化劑，在進行過程中會有所減少或增加。特別是應去除副產品，因為它不僅影響化學反應的工藝，還干擾了物質的流動。可以使用不同的方法將固體物質，特別是固體反應產物從反應混合物中分離。固液分離的方法用于使物質從液相中析出，從而達到固體成分的飽和濃度。分離固體物質，有各種不同的篩選過程(粗篩選，細篩選)，應借助旋流器使過濾過程和/或離心分離過程相結合，以達到最佳效果。為減小過濾或篩選過程中的消耗，在預處理的階段就應該完成一個或多個過濾或篩選過程。至少使用粗過濾或細過濾，或兩者結合也可以。通過過濾過程，特別是微型過濾和 /或超濾方法或兩者結合，三分之一到三分之二的有機碳化合物可以從工藝水中被去除。固液分離首先應在操作條件下進行，通常也可通過使用濾紙在實驗室條件下使用。使用方法的選擇取決于包括化學成分，顆粒大小分布，密度，顆粒形狀，強度和溶解性，還包括使用電流和充電，密度和離心力，以及各種顆粒大小等。用于固液分離的設備包括動態，靜態，真空，壓力和消毒，特別是交流過濾，包括微型過濾，超過濾，納諾過濾和反滲透過程過濾。使用設備時，水流旋流器，離心機，分離設備的基本程序或功能原則和/或過濾程序都得到應用。其中首選的過濾方法包括，在反應條件下使用熱液碳化程序。進行固液分離，尤其是使用旋轉圓盤過濾器或離心機過濾器時， 這些方法尤其適用。最佳的材料是由金屬，特別是陶瓷構成的。孔型材料的形狀最好是圓形。按照應用的過濾方法及使用材料，過濾器的孔徑大小和固體物質的數量不總是成比例的。對于過濾成分來說最適合的是使用陶瓷材料過濾。物質以水相被運送到工藝水水庫， 過濾或未經過濾的工藝水準備器中。因此選擇分離程序與過程管理和所期望的反應產物有關。越先進的程序，反應產物的密度越高，越容易分離。分離最好遵循操作條件。使固體物質的數量減少，一般使用成比例的孔徑即可，但也可以通過使用超過濾的方法來加強過濾效果，如可超過一般效果的三分之二至五分之四。在這個過程中，用于固液分離的一個或多個設備，可消除沙子和其他高密度或高重量的雜質，在生物量的處理過程中，將其分離。特別是凈化工藝水時，可作為輻射劑被使用，使用固體離心分離的原則對水泵，攪拌機和噴嘴也可以起到很好的保護作用。在過程中，與反射器上半部的一個或多個點，可以是從上部三分之一處，最好從上部的四分之一處，準備排出工藝水。該工藝水在設備的水循環中再次得到使用。至少有一個，最好是有幾個工藝水水庫，可用于單獨的反應堆或幾個相互關聯的反應堆，還可為設備的其他系統使用。工藝水水庫有不同的凈化步驟。個別或總的工藝水水庫容量，大約為所有反應堆總量的35%至85%。該工藝水庫與反應堆溫度及壓力承載有關，所以減壓設備和熱交換設備并不是必需的。工藝水凈化在上述裝置中一體化。使用工藝水時，各種清潔或準備過程是必要的。 此外，各種機械，化學和生物過程和設備可單獨或共同使用例如需氧和厭氧的高效生物反應，生物膜反應，厭氧過程等。在與工藝水循環一體的，或連接的上述過程和設備中，有機化合物成分在流通水中大大降低，工藝水的回流量與濃度，與有機質和高堿金屬或礦物質， 如鈣離子等是有關的。要使更多的工藝水回流，可以采用不同的方法和設備。機械設備的污水處理設備是一個過濾器，最好使用微過濾，但以超過濾為最佳， 這些與上述固液分離方法是一致的。應在固液分離裝置中安裝過濾器，或旋轉圓盤過濾器， 最好是離心分離過率器。工藝水和廢水的生物處理過程中應使用能滿足最復雜的清潔要求的裝置。例如，在高效生物反應器在生物膜過程中，尤其在需氧的工藝水處理中，或在環流反應器中都可使用。該環流反應器應通過強力混合噴管來進行固液和液相的混合。或者除了需氧過程，反應器在厭氧處理過程中或逆轉電透析(電滲析逆轉)，特別是為了獲得硝酸鹽，可使用蒸餾，蒸發和/或離子交換程序以及活性碳激活等方法。在低于沸點溫度的絕對壓力下，應使反應產物冷卻，這種情況通常發生在反應空間之外，也可能是發生在剛剛停下的機器裝置中。在此釋放出的熱量能源可以通過熱量交換程序為其他過程提供熱量。在這一過程之前，中間或之后有一個或多個粉碎步驟。這些步驟方法在研磨機或沖壓程序使用較多。反應混合物的氣固態分離通常先在機械設備中，然后在熱分離設備中進行。靜態增稠劑的使用避免了在重力影響下水分含量的減少，在此可以使用液面增稠劑或其他增稠劑。流入量的自動控制可以通過劑量設備進行控制調節。如果容量相對大， 儀器也可以通過調整劑量，使混合物變稠，或將其平均分配給多臺機器。該增稠劑也可以直接用于干燥設備。干燥設備的錐形設計可以使其直接接收送入的混合物。適當地調整生產過程的規模，可避免進行外部安裝。增稠的混合物經過拱形的的網面或經過弧形網。由此產生的離心力可將部分液體通過網槽擠壓出去。增稠的混合物在網道的末端融匯到一起， 輸送到干燥設備。另一個機械分離方法是采用水力旋流器，通過水力旋流器離心力將固體和液體分離。增稠的混合物被輸送到干燥設備中，經過處理的或純化的液體流入到水力旋流器。通過調好的增稠設備和劑量設備可以保障混合物持續優化地流入到干燥設備中。使用離心機進行干燥是很重要的一種方法。因為離心機不僅具有較高的安全性，還能夠去除和清洗固體顆粒。除了機械設備，干燥的主要能量來源是設定好的，使用熱分離程序進行干燥更受歡迎。每次需要干燥的物質注入量應超過一公斤。這種批處理過程是持續不斷進行的。至少要使用一個或多個干燥機或通過不同設備組合對物質進行分離和/或干燥。對反應產品和/或附屬產品進行干燥處理，可使用如對流干燥機，這一方法應使需干燥物質與干燥氣體相接觸。這一方法的不利之處是，氣體會有所流失，因為它通常會被吸塵機一起吸走。但在適當情況下，氣體也會在水分凝結后再次出現。可使用對流干燥機，如流化床干燥機，同樣，還可以使用噴霧干燥機，干燥塔噴嘴或與根據顆粒大小進行調節的電動干燥機。其優勢是可持續使用，也可在一個或多個圓筒狀或隧道狀的干燥機上同時使用。使用接觸干燥器， 本質上只有通過接觸面積方可實現傳熱。這一類的干燥機包括皮帶_，真空皮帶_，滾筒_， 螺桿_，氣缸_，滾軸-或帶狀干燥機，其中使用最多的為真空轉鼓過濾機或烘干機。為了盡可能降低水分含量，可以通過傳輸率交替或補充使用盤式干燥機。還可通過熱氣體介質進行干燥，如溫度為61至95°C的空氣，65至90°C更好，但以70至85°C為最佳。另外，尤其是在熱干燥設備中，氣體除了空氣以外，最好使用極熱的水蒸汽，而最理想的為130至180°C 的水蒸汽。可以使用組合的機械熱量工藝來進行分離和干燥。機械熱量工藝的優勢在于，與比較傳統的程序相比較，它可明顯降低產品的殘留水分，通過與細顆粒或納諾系統相結合， 達到更好的產品輸送能力。它的另一個優點是，反應產物中的不純凈物可以通過凝汽被去除。使用蒸汽可進一步脫水，它還可提高與其一起工作的過濾器離心機的機械性能。同樣， 機械裝置通過冷凝和慣力，還可使最小的反應產物甚至小到納米或粗毛細管大小的物質都幾乎都能得到完全排空。在這個過程中，使用該機械裝置的一個例子就是蒸汽壓力過濾機。 它使用壓縮空氣代替飽和或過熱蒸汽，來為氣體進行差壓脫水。其首選是蒸汽一壓力雙效離心式脫水機。蒸汽壓力機和離心式脫水機的結合改變了反應產品的緊實度，可使其從懸浮液直接進入到程序空間，成為干燥純凈的終端產品。反應產物的剩余水分含量下大約為6 至25%，10至20%，或12至15%。在轉換反應發生后，反應混合物成為懸浮液。根據不同的原料和生產管理程序可產生下列反應產品，中間產品，副產品和/或最終產品泥煤燃料， 褐煤燃料，與石煤類似的燃料，腐殖質，梅拉德或與梅拉德類似的反應產品，含碳材料，如絕緣物質，納諾海綿，納諾珠，納諾光纖，納諾電纜，活性或吸附碳，燒烤煤炭替代物，高密度碳產品和材料，特別是用于石墨的原材料和含石墨的類似產品，以及碳纖維及用于合成或纖維增強的復合材料。純的、最純的和超純的煤類似物質都屬于這一類產品。他們有一定的性能優勢，尤其是從減少礦物質和原材料消耗上來看。純煤是煤的主要燃燒部分，最純煤也可以作為活性煤來理解。超純度的煤，例如礦物質含量小于0. 1個重量百分比。在處理原材料過程中，會很容易獲得或失去有機和無機物質。這些會發生是因為， 物質處于水相，可部分溶解。這反過來又取決于反應條件。可以得到和獲取的物質包括可溶解的有機物質和非溶解無機物質，無機物質，如堿，金屬，鹽和氨基酸，其中包括，鈣，鎂，氯， 鐵，鋁，磷，鉀，鈉，氮及其化合物。反應產物的固體含碳成分，在轉換后可作原料和/或燃料，并具有以下特性原料和/或燃料的組成通過反應管理控制。個別物質的濃度不是絕對的，會因物質不同而不同。 不同的物質參數也有所不同。舉例來說，硫含量減少了，同時氯氣和灰的含量也會減少。在不同的測量中，對草，和甜菜等的碳含量進行了元素分析，發現它超過其成分總量(干重)的50%至63%，超過原材料總量的20%至60%。氧含量減少了一半，氮的含量減少了約四分之一，氫含量減少了約四分之一。原料和/或燃料的碳比例，與其生物量相比，比它高10%到300%，也可是50%至300 %，或100%至30097。，或更高達200%至300%。原料和 /或燃料碳成份與其生物量相比較，比其高％5到200%，或10%到120%，更高的甚至達50% 到100%。原料和/或燃料的碳成份通常介于40%到90%，也可是50%至80%，或55%至80%。 碳成分取決于反應管理和原料，但也與其超過98%的高純度有關。原料和/或燃料的氫含量與生物量相比較比其減少1%到超過300%，也可是5%到200%，或20%到100%。原料和/ 或燃料的氧含量與生物量相比較比其減少1%到超過300%，也可是5%到200%，. 5%到200% 或 15% 到 100%ο原料和/或燃料的氮含量與生物量相比較比其減少1%到超過300%，5%到200%， 或15%到100%。原料和/或燃料的硫含量總計為部分生物量含量，與其原材料相比較，比其減少1%到300%，也可是5%都200%，或200%到600%，400%到超過1800%。原料和/或燃料的灰含量總計為部分生物量含量，與其原材料相比較比其減少1%到100%，也可是10 到10005，或1000%到超過3000%。原料和/或燃料的微粒含量總計為部分生物量含量，與其原材料相比較比其減少1%到200%,也可是201%到1500%,或減小1501%到2000%。在燃燒中會大量減少礦物成分，微塵和灰成分，這種情況可以通過，例如，使用超過300%的高比例工藝水加以改善調節。通過增加工藝水的比例，使上面提到的以及其他物質得到稀釋，從原材料里獲得原始物質，在轉化反應中解決這個問題。也就是說，生成這些物質，因此，可溶性物質的比例隨著注入的工藝水的增加，在其固相中存在的可能性越來越少。即使不使用催化劑成分，仍然可以達到高比例的含量，使其超過原材料含量的5%到 10%。適當的處理生物量和過程管理可以使是碳含量達到55%至77%。適當地進行過程控制，廉價的原材料，包括使用催化劑混合物可以使碳值達到78%，該碳含量甚至可與礦物燃料的碳含量相媲美。完成換位反應后，原料和/或燃料的碳含量會增加，能源成分或熱值降低36%。在反應過程中熱能被釋放，會產生放熱反應。反之，相對于喂料重量，可獲得至少為原始熱值 65%的熱值。作為原材料，含碳水化合物的生物量得到使用，如糧食，玉米等，與原材料相比，這些原料和/或燃料的熱值大約是它的65%到85%，或在其他情況下是它的70%到80%。 原材料中的碳水化合物越少，在換位反應中所釋放的能量越少。這同時還要以反應產物的高熱值為條件。使用含木質纖維素原料的生物質，如收獲物的殘渣，原料和/或燃料的熱值與原材料重量相比較是其的70%至90%，也可是75%到85%。如果使用含碳水化合物，含纖維素或木質素較低的生物質原材料，原料和/或燃料的熱值大約是原材料重量的80%至 95%，或85%至90%。純煤、最純煤或超純煤可以在許多方面得到應用，例如可作為一種用于化學工業再加工的化工基本原料和原材料，或作為碳燃料電池燃料。在反應過程中有許多材料不再為固相。它們處于水相中，并溶于工藝水。從工藝水中可獲得的各種礦物質，如磷，硫和硝酸等，也可應用在其他過程中。這些還可以作為肥料， 原料等應用在其他過程中。從自然周期的意義上說，應隔離礦物成分，特別是從液相方面考慮，因為這些可以作為肥料再次回到生物量自然結構中去。通過這種幾乎是封閉的循環，最初的用于產品過程的生物量已不存在，因為它以其他形式再次回到生物量所包含的養分中了。通過解聚合過程和新聚合過程，可形成新的化學碳化合物和化學結構，特別是形成團狀物，消耗很少的能量它就能被碾碎，因此成為最受歡迎的燃料。其次，它呈一種棕黑色，這可能是由于反應產物的美拉德反應形成的。許多原材料的密度在開始反應之前是小于水的。在反應過程需要不斷增加其密度，并達到一個與原材料和反應管理相符的密度。大部分原材料的密度在200至600公斤/立方米，有時高達800公斤/立方米(干重)，如果反應產物顆粒之間的空氣被壓縮，反應產物的密度可能超過900到1200公斤/立方米，有時甚至達到1250至1350公斤/立方米。反應產物的顆粒大小與原材料相比，它的表面積更大。這表明在含相同水分的情況下，它比有同樣碳含量的，自然產生的碳化合物更容易干燥。同時較大的面積也使其在更低的溫度下就可燃燒。反應產品的不同特點如下。■具有梅拉德或類梅拉德反應產物和液體及固態。■喂料不同，強烈且劇烈的氣味有所不同。氣味構成基本與梅拉德反應產物的組成有關。■相比其他自然產生的物質，導電性能提高。■有可比較碳含量的碳化合物。■類似泥炭或石煤的燃料。■與具有同樣碳含量的傳統化石燃料相比較，它的揮發性更小。■燃燒產生較低的灰份、較低氮含量。
■經過燃燒，灰，氮，硫，硝酸鹽，及重金屬含量大大減少，這意味著，與具有相似碳含量的化石燃料相比，它的燃燒溫度更低。■與具有相似碳含量的化石燃料相比，通過燃燒，可產生有利的，危害更小的煙氣合成物。總結上述反應產物的特性可以發現，與傳統的燃料相比較，它具有大量優點，以及有利于環保和氣候的特性。與通常的從生物量中獲得能源方法相比較，從工業生產這方面來說，是更有效和經濟的。在生物質轉化過程中幾乎沒有碳的流失。在原材料中，一般超出 95%的碳原料都被用于能源獲得方面。在液相中它是以剩余碳化合物形式出現的，在反應堆轉換反應中卻幾乎沒有釋放大量的二氧化碳和其他有害氣體。在液相中可發現大約1%到 4%的原材料的碳。該比例取決于過程管理，原材料的碳含量和反應混合物的固液態比例。通過反應管理，特別是通過原材料和催化劑的選擇和組成，可以形成含碳的納米原料和結構。這些材料也具備部分有用材料的特性和表面特性。其中包括，如納諾海綿可以用作存水器或絕緣材料。所謂美拉德反應發生時，加熱過程，如烘烤，油炸，燒烤，含蛋白質和含碳水化合物豐富的食物的油炸，溫度會超過130 °C。在所謂的美拉德反應中，會產生碳水化合物和氨基酸，除了大量紅棕色至黃棕色的香料外，有時還產生幾乎是黑色的有色聚合物。通過高溫，如在烘烤和焙燒中，也可通過更高的壓力加快反應的發生，從而產生大量黑色聚合物。因此，在許多產品，如面包，咖啡，麥芽，堅果，玉米片里都會出現黑色物質， 這種物質在咖啡中甚至達到30%。梅拉德和與梅拉德類似的反應產物在水熱碳化過程并在高濃度中形成。反應可在固相(主要是固體)中進行，也可在液相(例如，工藝水)中，也可在高濃度的物質CML，及在濃度為0.3 - 2 mmol/mol的賴氨酸中。在液相中，工藝水濃度一般要比反應產物的固相的濃度要高。濃度或濃度比率取決于固液比例，原材料組成，以及過程管理。CML具有抗氧化性和化療預防性功能。因此可以得出結論，在其他中間產品，副產品或反應產品中的熱液炭化過程中，包括梅拉德和與梅拉德類似的反應產物中，都可以找到可比的或類似的性質。對梅拉德和與梅拉德相似的反應產品進行分離和純化，還可通過過濾，超濾和/或色譜分析方法，特別是通過柱層析法。腐殖質，利用水熱碳化在既定程序中產生，與反應產物相比較，在相對更短的時間具有更高的熱值。它通常為原材料的纖維材料(主要是纖維素和木質素)。產生的腐殖質至少占碳含量的30%到4596，熱值至少15至M兆焦耳/千克，且極易燃燒。根據該應用的方法產生的腐殖質可部分具有與自然腐殖質和泥炭或石煤類似的特點。優化工藝管理，特別是通過反應產物的固體和液體之間的濃度差異，使某些物質中的腐殖質得到強化。這是利用腐殖質作為二氧化碳/碳池或化學肥料。相比之下，加工或混合腐殖質生產出的產品，對于某些物質來說效果不是很理想的，通過強化礦物質的過程管理，可以避免在產品回收中強堿和有害物質的侵害。產生的腐殖質是一種單一的腐殖質和燃料，其性能可以通過原材料和催化劑以及過程管理共同決定。腐殖質可以在幾個小時內產生。該生產過程的速度遠遠超過其他已知的生產腐殖質的速度，因為其他的通常需要幾個星期或幾個月。生產的原料和/或燃料，包括泥炭或與泥炭類似的物質有以下有利的特點。■通過使用該程序可以從生物量中得到泥炭以及與石煤類似的燃料。
■熱值取決于過程控制，特別是反應時間。燃燒熱值隨反應時間或反應管理時間增加而增大。■在碳含量相同的情況下，可揮發成分要比傳統燃料或化石燃料少。■在能源產出方面，煤可達到0.7 - 0. 95。碳水化合物含量越低，越節約能源。■ 90 - 95 % 木質素或細菌的生物量。■燃料產生是反應性的，與具有同樣碳含量的化石燃料相比，具有更低的自燃溫度。■礦物燃料，如褐煤或石煤，與燃料相比，可利用熱液炭化產生(燃料)，但熱值相似的燃料，在其組成和性質方面仍存在著很大的差異。不同類型和品種的化石煤炭，按照原產地和礦區，有不同的化學成分和性能，每個煤礦都有其獨特和與眾不同的特點。例如，化石褐煤的熱量為8700千焦耳/千克，水含量約56%，硫含量約為0. 7%和灰含量約4，5%。不但燃料中的水，硫，灰含量較低，而且熱值通常為20，000千焦耳/千克。去除其水含量，從1公斤的化石褐煤中可以產生1千瓦小時的電。反之，從同一數量的燃料中可產生一倍多的電。與化石碳相反，在原料和/或燃料中發現濃縮的美拉德反應產物。指標器已顯示出有N ε -(羧甲基)賴氨酸(CML )。不僅在反應產品的液相還在其固相中可證明這一點。 經測定，濃度為0. 2至1. 5以上mmol/mol濃度的賴氨酸在液相中的比例超過其在固相中的。但是濃度的分配還與原材料的反應條件和過程控制有關。化石煤在分解成團塊后，必須消耗較高能源才能將其粉碎。再使用干燥機和磨煤機將其進一步磨成褐煤塵。相比之下， 原料和/或燃料在反應過程后，成為小顆粒，通常小于1毫米到30毫微米大小，并且由于其大面積更容易干燥。所需的進行調節及燃料干燥的能量消耗，與固態的化石煤要小得多。該燃料，不僅比化石煤，而且還比大多數現有的，來自可再生原料的燃料要便宜很多。至少有一個或幾個下列參數可以說明該燃料，特別是與原材料，替代化石或生物質燃料相比，價格是更為優惠的它具有較低的粉煤灰含量，少氯，少硝酸鹽，少硫，少重金屬，還可減少灰塵，微塵，氣態污染物，包括氧化氮-和硫氧化物的排放。這也適用于該燃料的壓縮形式，如煤球和微粒。燃料的質量和燃燒性能取決于以下因素。■在過程控制之前，在催化劑混合物和工藝水混合之前，原料或原材料的混合。■脂肪和能源含量較高的原材料會產生更高的熱值。例如，對其進行適當的淘洗可達到34 - 36兆焦耳/千克的熱值。■灰分燃燒后，燃料的熱值為30 - 33兆焦耳/公斤，與熱值為17-20兆焦耳/ 千克的原材料相比減少了 75%。■硫含量在燃料燃燒后熱值為30 - 33兆焦耳/公斤，與熱值為17-20兆焦耳/ 千克的原材料相比降低了 50%。■微塵和氣體的排放同原材料相比是比較低的。■燃燒的結果由過程管理，燃油質量和燃燒技術共同決定。■該燃料為單一燃料，其性能通過原材料和催化劑以及過程控制共同決定。■除了已經提到的在燃燒性能方面的差異，跟化石燃料如石煤，褐煤或泥煤相比，也存在著差別特征。
■純的，最純的和超純的煤類似物質都屬于這一類產品。他們有一定的性能優勢，尤其是從減少礦物質和原材料消耗上來看。純煤是煤的主要燃燒部分，最純煤也可以作為活性煤來理解。超純度的煤，例如礦物質含量小于0. 1個重量百分比。根據該發明一套設備的實施例，可將不同工藝步驟結合在一個單元中。例如，可在一個單獨的粉碎機中進行粉碎和混合或在一個氣流粉碎機中進行干燥和粉碎。本專利規范中提及的設備或裝置提供或配備了一個控制、調節、全面的自動化設備，在工藝技術方面是可行的，在經濟上可行，在技術上也可能。這對所有提及的程序、方法或工藝步驟都是有效的。HTC和TDH雙股水解或反應器批次喂料下面通過描述的圖紙更詳細、規范的解釋了該項發明。
圖紙簡短描述

圖1顯示在考慮一臺雙線喂料設備時以規范的方式系統配置一個廠房的示意圖。圖2顯示以規范方式有一個反應器與下游相連的并聯反應器的示意圖。圖3顯示了以規范方式進行熱引導水解工廠的示意圖。圖1顯示以規范方式特別考慮了雙線批次喂料設備、用于本發明方法的廠房的示意圖。該設備包括喂料線I和II，以及液化線III。喂料線I用于喂入相對總容量有高固體含量如3-50%的物料。對此，“干”生物質被保存在料斗(1)中并輸入容器(2)，最好在底部盤式輸出容器(2)中。喂料通過輸送裝置被喂入作為濕式或干式粉碎機或作為另一臺適合的機械粉碎單元的粉碎設備(3)，輸送裝置可以是螺桿傳送機或傳送帶，并從粉碎設備喂入一個混合容器(6)。干生物質與來自水箱(4)的濃縮工藝水和來自混合容器(6)中容器 (5 )的至少一種催化劑通過攪拌機完全混合。通過輸送裝置將混合物喂入培養器皿(8)。培養器皿(8)能使催化劑在物料中停留一段時間。器皿(6)和(8)有雙壁并有熱水連接，以便將物料預加熱至50-60 0C0 “干” 喂料培養后的物料通過輸送裝置(9)和(10)喂入，這些裝置設計用作螺桿傳送機或傳送帶，通過來自第一根喂料線的喂料設備，在高于工藝水蒸氣壓力的壓力下喂入第一臺反應器(19)。喂料設備含一臺力輸送機，可以是一臺注入器、雙螺桿擠壓機、偏心螺桿泵、活塞泵、螺桿容積泵，其分別配有或未配壓縮機螺桿或雙螺桿壓縮機。可額外為喂料設備(21)配備一臺關機設備。喂料設備(21)可確保來自第一線、壓力高于內部反應器壓力的培養后物料被輸入反應器(19)，并防止對喂料設備的后沖力。從儲存容器(12)中通過輸送裝置(13)將相對總容量固體含量為3-50%的可抽吸喂料喂入混合裝置(14)并與來自水箱(4)的工藝水和來自器皿(15)的催化劑在混合容器 (14)中混合，在培養容器(16)中培養并通過適當的輸送裝置(17)喂入反應器(19)，根據設計，輸送裝置可使用活塞、螺桿容積或偏心螺桿泵。物料通過熱交換單元(18)被加熱至至少160-180、200-220或220-250 °C。來自喂料線II、以這種方式被預熱的喂料來自通過之前、以并聯方式或之后被喂入或輸入輸送機喂料的喂料線I。喂料線I與喂料線II或喂入的喂料之間的物質流速比為1 20、1 5、1 1或10 1。在第一個反應器中或通過混合或攪拌設備(20)對輸入或喂入的喂料進行均勻混合。通過與反應器(19)的雙壁(23)相連的熱交換設備(22) /或連接至反應器或與反應混合物相連的其他熱交換器進行與反應一起進行發熱反應的加熱和輸出。這些熱交換器可使用螺桿、管道、束式或螺桿熱交換器。在必要的保壓時間后，使用壓降將反應器(19)中的物質輸入二級反應器(24)。可額外使用用于加速流體的傳送方式。位于一級反應器(19)之后流動方向上的第二個反應器(24 )容量較小。由于通過另一部分所述設備排出了工藝水，反應混合物體積變小。因此在該工藝的后續過程中只需較小的反應器容量或較小的反應空間。排出工藝水同時還可將來自不同并聯反應器或反應混合物減小的反應容量合并在一起，在在一個并聯的獨立反應器中或以反應階段時間延遲(時差最長為反應總時間的50%或與延遲最長50%反應時間)的方式合并。該反應器的容量小于其接收反應混合物的所有反應器總容量的5、10 或 20%。反應器(24)還配備了熱交換器設備(22)、一臺攪拌設備(20)和一臺雙壁(23)，將保壓時間期間的溫度保持在反應所需的水平。釋放出來的反應熱量通過熱交換器設備(22) 排出，并在其中進行冷卻。在反應器(24)保壓時間達到后，通過熱交換器單元(25)在液化容器(26)中對物料進行液化。還可通過攪拌熱備(20)、熱交換器裝置(22)和雙壁(23)對物料進行熱處理。熱交換器(27)可確保將物料冷卻至水蒸發溫度以下的溫度。因此通過一臺向后輸出的液化泵控制液化的流速和壓力，該泵可以是力傳送機、偏心螺桿容積或活塞膜泵。濕喂料被儲存在液化容器(29)中。可通過其雙壁排出集聚的熱量。通過后續的固液分離(30)分理出多余的工藝水，根據設計，該工藝可使用一個玻璃水瓶、離心機、氣旋、 過濾腔擠壓、過濾設備或用于同一用途或本規范另一部分提及的其他用途的分離或干燥設備，工藝水也可再次用于本發明方法中的其他工藝。最終產物被臨時保存在儲存器皿(31) 中以備將來使用。也可通過一個單獨的喂料線，即獨立于二級喂料線的喂料線I或II，喂入一個一級或幾個一級反應器。如果喂入的是“濕”喂料，這不成問題。但是如果喂入反應器的是 “干”和自由流動的喂料，則必須考慮加入足夠的水。因此使用溫度高于60、100、160或200 ° C的工藝水或濃縮工藝水較有優勢，其中，注入低于“干”喂料自由流動點或喂入水平最多 5、10、40或60%的喂料是足夠的。在反應器中工藝水的注入高度取決于還取決于喂料的密度和其他濃度。根據該發明，為提高喂料的通量或燃料或物料的產出，需要盡可能調高固體含量。 最大化固體含量的限制因素一方面是占主要部分濕生物質的可抽吸性，另一方面是與反應器相連干生物質的可輸送性。同時，還要考慮必須對干生物質進行預培養。因此通常使用在本規范中另一部分所述、顆粒尺寸盡可能小的喂料就可以了。在加料方法過程中降低粘度可被視為預處理的一種措施。當通過加料設備時固液混合物的粘度降低，并在工藝末端被降低至超過喂料粘度的四分之三、一半或五分之一。但是，對于粘度測定來說，在幾次測定之間，在轉化工藝期間沒有抽出或蒸發出水分是有效的。圖2是規范的并聯(24)和與下游相連相關反應器(32)和(33)相連反應器的示意圖。廠房的組件與圖1中相同，因此，分配了相同的參考編號。反應器(19、對或32、22) 是指一個反應器配置，其中，并聯注入或排空數個反應器，以便能夠獲得連續的輸入和輸出流。如果在反應時間至少10-30、30-60或60-90%內流經至少一臺反應器與上游或下游相連的裝置，則輸入和輸出流為連續的。這些裝置中，包括用于加熱和冷卻反應混合物的熱交換器。
通過并聯的方式，可相互獨立的注入或排空每個反應器。當注入一臺一級反應器并排空一臺二級反應器時，反應容量將在運行條件下被儲存在一臺三級反應器中，為期 10-100、100-300或300-1600分鐘。如果在注入一臺一級反應器，它將成為一臺三級反應器，即它發揮三級反應器的功能，在此期間，保壓時間可以為反應時間的至少1-9、10-30、 30-60或60-99。如果排空了一臺二級反應器，則其成為一臺一級反應器，即它將發揮一臺一級反應器被再次注入的功能。三級反應器還可含有無限數量的反應器。由于使用生物參與物質和農業產品的能源及衛生條件，生物質的熱預處理變得更為重要。通過與發酵或其他方法上游相連以生產生物能源的水解及尤其是所謂的熱壓力水解，可實現更好的裂變，尤其是含木材纖維素的生物質，如木材、草類和修建的樹枝，，以便以更簡單的方式利用這些物質用于微生物和燃料生產。高度傳染的物質被進一步清潔并成為一種經濟而安全的替代物質用于動物飼料生產。通過使用這種水解方式，將不會發生動物飼料可能生產困難且更昂貴。根據本發明的水解方法，相比用于生產等量的能源，通過發酵處理有機廢物可減少生物質使用10-20%或20-30%或更多。在將其輸入生物質工廠發酵桶以前，建議使用不同的生物質預處理方法。其中，幾年前開發出了一種被稱為熱壓力水解的方法，在這種方法中，喂料流經一個封閉反應器(DE19723519)或水解反應器(DE3928815)，并被加熱至180 °C溫度。建議在管式反應器(DE4403391)中進行微生物水解。通過所謂的熱壓力水解或熱導入水解，生物質處理時間大約為20分鐘。相比熱水碳化，這種方式有明顯較短的時間。在最近幾年，建設了數家工廠用于在180冗溫度進行熱壓力水解。盡管預期有高效率的產出，但實踐中多數都遭遇了失敗。數家先導工廠未能連續實現需要的固體含量，因為在管式反應器的熱交換器中總是出現餅狀物和堵塞。這些延續了數年的問題只能通過減少固體含量加以避免，并導致減少水解或加熱物料的產出，因此在實踐中，并未實現該技術的經濟利用。生物質的沉淀和含木材纖維素生物質及農業產品中淀粉聚合結構的膨脹行為可能在加熱期間被低估。膨脹是固體物質被暴露在流體、水蒸氣和氣體中導致的反向體積增加。聚合結構通過吸水發生膨脹。物理和化學膨脹過程是不同的。通過物理膨脹，水分在木材和空隙的小孔中尋找空間。水和木材間形成的表面張力也被稱為毛細力。除這類物理過程外，還有一種化學膨脹過程，水分被加入親水的結構中，如氨基酸中的OH基團。通過氫鍵，發生水解效應。在植物結構中，水分被保存在細胞壁的多聚糖之間。在膨脹過程期間， 在后續過程中，還臨時形成凝膠膠狀結構，可在后續加熱時被再次溶解。某些蛋白物質，如骨骼和皮膚廢物的膠狀物質，也可在水中膨脹。淀粉以淀粉顆粒形式存在，可被淘選或懸浮在冷水中。這主要發生在47-57 0C溫度間。在55-86 °C更高的溫度時，淀粉顆粒溶化。含有直鏈淀粉和支鏈淀粉的淀粉一點一點離開，土豆淀粉溶解溫度為62. 5° C，小麥淀粉溶解溫度為67. 5° C0因此溶液的粘度急劇增高，并形成凝膠。傳統上，凝膠也被稱為膠體，因為它們經常表現的像膠體。因此淀粉膨脹和形成膠體的整個過程也被稱為膠凝作用。根據淀粉類型，淀粉凝膠有不同的硬化特性。 通過壓力和熱量再次提高了膨脹行為，并在熱引導水解條件下加速進行。從文獻得知，不同生物質中的淀粉部分區別很大。在青貯料玉米中，淀粉可占干物質的1. 2-44. 4%。玉米淀粉凝膠的硬化性能高于小麥淀粉凝膠的硬化性能，而小麥淀粉凝膠又高于土豆淀粉凝膠。由于青貯玉米是一種常用于生產生物質的生物質，必須考慮在水解工藝中的高硬化特點，以避免阻塞熱交換器系統。例如，必須考慮低于5%的低淀粉含量可能提高在某些條件、尤其是在恒定溫度和壓力比下的可抽吸性。但是，由于壓力和溫度隨熱引導水解升高很快，體積增大，因此也必須預計到流阻的增大。有高淀粉含量(如超過干質量10-30%、30-50%或超過50%)的生物質或喂料通過“干”生物質管線(即喂料線I)被直接輸入一級反應器，并在此被涂抹上來自喂料線Π的液體加熱生物質并加以混合。可隨或不隨預處理同步抽吸的淀粉固體含量低于干質量3%、5%或10%的生物質或喂料流經喂料線 II。造成沉淀和堵塞增加的原因很可能是不同因素共同導致的。在熱交換器中形成的工藝氣體和淀粉膨脹是體積增加的原因之一。理想條件下，管道反應器中假設為停流。因此，隨著形成氣體或發生膨脹，預計壓力會升高。還會因為被輸送物質淀粉膨脹造成粘度升高，額外升高壓力。因此，流阻也會升高。在所有為進行熱壓力水解建設的廠房中，由于直管件長度較長，作為管式反應器的熱交換器被垂直安裝，即與重力垂直。為改善生物質的熱引導水解或加熱工藝，尤其是為獲得相對固體含量較高的產出，現在的發明建議采用水解或加熱生物質的方法，其特點為固液混合物流經熱交換器進行加熱，并經過以基本平行的方式不與重力成弧形的管件，以避免結成餅型和/或堵塞。被運輸的可流動物料應自行向下運動并且不受到除重力外其他力量的重大影響， 以避免結餅和堵塞。因此，在該實施例中，熱交換器采用管軸與水平面的角度大于4或7或大于10度的方式進行設計。熱交換器包括至少20、40或60%的垂直管件。垂直管件是負載媒質管道的部件，其管軸與垂直平面的角度最大為70或50或45度。在該實施例中，垂直是指與垂直面的角度小于45度，垂直管件與垂直面的角度最大為10度。熱交換器包括一個管式反應器或管束或盤式熱交換器或這些裝置的組合。熱交換器采用模塊化設計，可以包括不同的模塊、單元或部件。模塊化單元以互相鄰近的方式布置，多個熱交換器單元可串聯起來。熱交換器的調溫系統包括一個雙壁，熱能量載體媒質流經其間隙。熱能量媒質可以是來自本發明方法或另一工藝的熱油、水蒸氣或工藝水。也可以將不同的熱載體媒質組合起來。該媒質的目標溫度為60-350 0C0 一級組件或模塊中的溫度為60-100或80-120 °C，二級組件或模塊中溫度為100-140或120-160 °C，三級組件為140-180或160-200 0C, 四級組件為180-220、200-240或M0-350 0C0熱載體媒質的問題差別最高可達20、40或 60 0C0熱交換器的各單元、模塊或組件可以固液混合物溫度在達到最高或峰值溫度(如 220160°C)后被再次降至較低的入口或出口溫度的方式串聯起來。熱交換器配備一個水解反應器，該反應器將物料溫度保持在+/-2- 8°C水平，并確保根據地區的衛生條例保壓時間至少為20分鐘。圖3顯示了一個配雙喂料線、用于熱引導水解廠房的示意圖。水解設備包括喂料線I和II以及液化線III。線I用于輸送相對總體積固體含量高達3-50%的喂料。因此，“干”生物質被保存在料斗1中，并自此被輸入底部盤式出料容器(2)。喂料通過輸送設備被喂入粉碎設備(3)，輸送設備可以是螺桿輸送機或傳送帶，并自該處被喂入混合容器 (6)。
干生物質通過攪拌機被與來自混合容器中水箱(4)和催化劑配料機(5)的濃縮工藝水徹底混合。混合物通過一臺下級輸送裝置7被喂入培養容器，輸送裝置可以是螺桿輸送機或傳送帶。培養容器可將催化劑保留在物料中一段時間。容器(7)和(8)具有雙壁并有熱水連接，因此可將喂料預加熱至50-60°C。培養好的“干”喂料通過輸送裝置(9)和(10)被喂入反應器喂料設備(21)。喂料設備包括一臺力傳送機，該傳送機可以為一臺注入機、雙螺桿擠出機、偏心螺桿泵、活塞泵、 螺桿容積泵，它們分別配備或不配壓縮螺桿或一臺雙螺桿壓縮機，并配有止停設備。喂料設備可確保將來自喂料線I、壓力高于內部反應器壓力的培養好的物料喂入反應器(19)，并防止后沖入喂料裝置。相對總體積固體含量為3-50%的可抽吸喂料在混合容器(14)中與通過喂料線II 的工藝水(4)和催化劑(15)混合、培養(16)并通過一臺適當的輸送裝置(17)(如活塞、螺桿容積或偏心螺桿泵)喂入反應器。物料通過熱交換器單元18被加熱至至少180-200°C。 一臺單獨的水解反應器(40)代替了圖1或2中的反應器(19、對、32、33)。該廠房的組件與圖1或2中的相同，因此為它們分配了相同的參考編號。在水解反應器(40)中，來自喂料線II中的流體狀、可抽吸生物質被與來自喂料線I的干生物質混合。來自喂料線I的干生物質通過一臺適當的輸送設備(41)被輸入水解反應器(40)。可額外的通過一臺熱交換器 (42)和水解反應器(40)的雙壁(43)對物料進行熱處理。在達到反應器(40)的保壓時間后，通過熱交換器(27)將物料液化入液化容器 (29)。熱交換器(27)確保將物料冷卻至低于水蒸發溫度的溫度。因此通過一臺背向定位的液化泵控制液化的流向和壓力，該泵可使用力輸送機、偏心螺桿、螺桿容積或活塞膜泵。濕喂料被保存在液化容器(29)中。可通過雙壁排出集聚的熱量。通過后續的固液分離(30)分離多余的工藝水，分離裝置可以使用玻璃水瓶、離心機、氣旋、箱式壓濾機、過濾器或用于類似用途或在規范另一部分中所描述的其他裝置，且工藝水還可用于本發明方法中的其他工藝。最終產品被臨時保存在儲存容器(27)中以備將來使用。以連續的方式廣泛的采用水解方法。即，通過反應周期或通過熱交換器單元(18)、 在物料通過必須的時間將喂料輸入該工藝的時間至少為反應周期的十分之六。相同的時間對注入熱交換器(27)的工藝以便以補償方式冷卻或進入液化容器(29)也有效。因此通過輸送裝置(17)和引導設備(19)定義該廠房的通過量。在該廠房的不同地點，以通過工廠內壓力防止物料蒸發的方式控制后向定位液化泵(28)的旋轉速度。也可使用一個用于液化的閥門用作液化泵的替代品。通過溫度和/或壓力控制液化設備或泵(28)。通過降低旋轉速度實現熱交換器較長的保壓時間。因此可降低媒質的溫度。以在后續設備或后續工藝中必須的方式調整溫度。如果反應混合物被輸入有環境壓力的容器，則需要將其溫度調整至低于沸點的溫度，以避免方向錯誤和不受控制的蒸發。根據實施例，對喂入另一干燥工藝可采用高于沸點的溫度，在本專利規范的另一部分對此有所描述。以剩余的殘留壓力足夠輸送進入后續工藝或設備的方式控制液化泵(28)。例如，殘余壓力可以為低于10、5、2或1巴。根據本發明方法，帶雙線喂料用于熱引導水解廠房的設計與和帶一臺雙線喂料設備廠房設計在某些方面類似。因此有些設備和設計形式可以互換。與雙線喂料相連的所有設備都盡可能技術并經濟的配備一臺控制、調節、自動化設備。這對所有提及的工藝、方法或工藝步驟都有效。在該方法過程中粘度的降低可被視為衡量水解過程的一項指標。當其經過水解設備時，固液混合物的粘度被降低，并被降低至喂料粘度的至少四分之三、一般或五分之一。 盡可能高地調整固體含量對提高喂料的通量或水解后物料的產出是必要的。最大化固體含量的限制因素一方面是主要濕生物質的可抽吸性，以及與輸入反應器相連、其他干生物質的泵的可輸送性。根據本發明方法，產出了額外的懸浮或擴散物用于生產陶瓷材料。該發明與至少部分利用含陶瓷和碳物料或其他物質的結構生產含碳物料的目標生產方法相關。各種成分的生產，如全部或部分為陶瓷材料且尤其是硅碳化物的成分或耐磨零件，目前是非常復雜的，因為硅碳化物是一種強度很高的物質，只能用機械方式對其進行打磨或拋光，難度很高。硅碳化物是一種無毒的高溫陶瓷材料，特別是由于其出色的特性，如鉆石般高硬度、光學透明性、半導體特點、高導熱性、化學和熱耐受性，其有很高的價值，因此被用于很多不同的工程領域，如各種耐熔材料、絕緣體以及半導體材料的生產。因此硅碳化物生產有很高經濟價值。通常采用傳統的燒結方式生產硅碳化物，在這種方式中，使用不同的結合劑，在高溫下焙制細密的硅碳化物粉末。除了必需的高溫和很長的燒結時間外，這種工藝的劣勢還在于形成產物具有多孔性，使其只能用于某些應用。從DE3322060可知，有另一種生產硅碳化物的方法，在這種方法中，會產出適合測量和形狀的含碳物料(如石墨)，之后，在長時間的退火處理中，通過擴散工藝，至少在接近表面的位置用硅碳化物替代物質中的碳。然后，在退火期間，物質被壓為顆粒狀的二氧化硅材料，并且在退火期間，氫氣被輸入顆粒狀材料中。通過這種方法，可生產含大量一氧化硅的氣體，然后將其擴散入接近表面處地含碳物料，并以硅碳化物在目標物中形成矩陣的方式與目標物中的碳反應。通過這種方式，可至少在接近表面處實現目標物中碳與硅碳化物進行交換，并對接近表面目標物的各區域進行相應的改善。這種工藝方法的一項劣勢是一氧化硅氣體的生成很復雜，且只能保存并定量注入必要量的一氧化硅，難度很高。因此，本發明的目標是提供改進的陶瓷材料、尤其是硅碳化物目標物的生產方法，可將含碳物質或多孔的陶瓷物質，尤其是硅碳化物以簡單且安全的方式，全部或部分的轉化為硅碳化物。通過生產作為生產絕緣和/或陶瓷材料的起始或額外成分的水和含碳成分固液混合物，可獲得額外的物質懸浮液或擴散液，在該方法中，在高于100°C的溫度和高于5巴的壓力對固液混合物進行處理。可能獲得高純度的懸浮液并廣泛的去除雜質。硫和灰分用于衡量額外物質懸浮液或擴散液的純度、并以類似的方式衡量其他參數，如堿金屬、氯、 磷、鈣、氮、錳、鉻、銅、鉛和鋅含量。通過提高純凈水或工藝水的添加量或通過量，采用多個額外的清洗步驟提高含碳固液混合物中的上述物質含量，可通過高壓和高溫獲得更高的效率。因此可將固液混合物中的硫和/或灰分相對含碳成分的各自原始含量降低至少50%或 75%。可將硫和灰分降低相對含碳成分中的各自原始含量超過80、90或99%。或采用不同的表述，可在與清洗工藝相關的反應工藝過程至工藝結束期間，將硫和灰分連續降低，至喂料硫和灰分的超過十分之二、十分之一或百分之一。由于在酸性媒質中進行培養并且加入了各種酸(如催化劑)，混合物為酸性，因此通過堿性溶膠用于制備陶瓷材料。可通過添加酸性添加物懸浮液或擴散物至堿性溶膠中，采用溶膠-凝膠方法啟動凝膠工藝。在此處理方法和后續方法步驟中形成含有機或無機硅酸鹽和/或二氧化硅的硅化合物和溶膠。溶膠為水玻璃的水性溶液。碳成分和硅酸鹽成分被用于生產凝膠。將凝膠加熱形成SiC氣體，直至SiC氣體滲透進入提供的多空模子中。該模子含經純化、純、高純或超純的碳。這對將碳精細地分離為高碳硅顆粒狀物質很重要，當顆粒狀物質被加熱時，二氧化硅立即與該碳反應，并因此形成含硅-碳化物的氣體，最好主要為純的硅碳化物氣體。可通過額外物質懸浮液或擴散物中的小尺寸碳顆粒實現二氧化硅中碳的分配，通過這種方式，可在遠低于硅碳化物普通升華溫度的溫度形成含硅碳化物的氣體，尤其是介于1700 0C -1900 °(的溫度。之后，形成的硅碳化物氣體可以所描述的方式直接擴散進入目標物中。在一項進一步實施例中，如果含硅碳化物的氣體以氣體方式滲透進入含碳物質目標物并從碳矩陣中替代目標物的碳，則這是有利的。通過這種方式，以上述方式，硅碳化物中碳矩陣的主要成分與矩陣中主要成分結構的全面保留互換，且目標物的特性被改變并改善。如果在溶膠-凝膠工藝中生產富碳硅顆粒狀物質，并進行后續碳-熱降低，則采用這種方法是非常有利的。通過使用溶膠-凝膠工藝用于生產富碳二氧化硅顆粒狀物質，可以非常準確和精細的方式，事實上是在原子基礎上，對要添加顆粒狀物質的碳或其他物質分布進行調整，首次可以改善含硅碳化物氣體的形成或在較大規模可以進行。通過精細分布要添加顆粒狀物質中的碳和其他物質，在退火工藝中形成的含氧化硅氣體可與要添加的碳和其他物質立即反應，并可立即用于接近目標物表面的擴散工藝。在DE 10200605M69中，提出了一種生產目標物的方法，在該方法中，從至少部分帶來自含碳物質的硅碳化物結構空白物生產目標物，根據其期望的最終形態和最終尺寸， 在前面的步驟制造含碳物質的目標物，之后，至少在含富碳二氧化硅顆粒狀物質的區域包圍含碳物質目標物，并在保護氣體環境中，在退火溫度在此密閉容器中至少進行一次退火， 二氧化硅顆粒狀物質釋放出含硅碳化物的氣體，該氣體滲透進入目標物并將含碳物質部分或全部轉化為硅碳化物。如果溶膠-凝膠工藝使用一種可溶、可水解的無機或有機硅酸鹽作為起始產物， 用于生產富碳二氧化硅顆粒狀物質，是較為有利的。它是由大量可用的起始物質構成的，它們可作為硅供應者用于形成顆粒狀物質，并可被順利的用于溶膠-凝膠工藝。下列明確給出的物質只是之前提及物質組別的作用劑，并不能被視為要使用物質的最終清單。可溶于水的堿性硅酸鹽，如水玻璃，可被用作含無機硅酸鹽溶膠-凝膠工藝的起始物質。
參考標號清單 1料斗 2器皿 3粉碎裝置 4水箱 5容器 6混合器皿 7輸送裝置 8培養器皿 9輸送裝置10輸送裝置11-12儲存容器13輸送設備14混合器皿15容器16培養器皿17輸送設備18熱交換單元19反應器20攪拌設備21導入裝置22熱交換設備23雙壁24反應器25熱交換單元26液化27熱交換器28液化泵29液化器皿30固液分離設31儲存32反應器33反應器34-35-36-37-38-39-40水解反應器41導入裝置42熱交換器43雙壁
權利要求
1.一種用來從水和含碳成分的固體/液體混合物水解和/或生產各種材料或燃料、腐殖質、各種梅拉德或類似反應產物的方法，其中在超過100°c的溫度和超過5巴的壓力下對固體/液體混合物進行處理，其特征在于不可抽吸的起始物質通過第一根傳送帶被輸送至反應器中，與其平行或分開的，可抽吸的已加熱起始物質通過第二根傳送帶被輸送至至少第一個反應器中。
2.依據權利要求1所述的方法，其中相對總容量的固體含量為25-97%的不可抽吸起始物質通過第一根傳送帶被輸送至反應器中，而與其平行或分開的，通過第二根傳送帶輸送相對總容量固體含量為3-50%的可抽吸已加熱起始物質。
3.依據權利要求1或2所述的方法，其中不可抽吸與可抽吸起始物質的物料通量比例為 1:20-10:1。
4.依據權利要求1或3所述的方法，其中不可抽吸起始物質以高于流程水蒸氣的壓力、由第一根傳送帶輸送至反應器。
5.依據權利要求1或5所述的方法，其中以高于流程水蒸氣的壓力、從第一根傳送帶向反應器添加不可抽吸起始物質的傳送設備為一臺注射器、一臺雙螺桿擠壓機、一臺偏心螺桿泵以及一臺活塞泵，這些設備分別配有或未配螺旋壓縮機或雙螺桿壓縮機。
6.依據權利要求1至5中任一項所述的方法，其中提供的添加起始物質的物料通量比例為 1:20-10:1 或 1:5 -1:1。
7.—種從水和含碳成分的固體/液體混合物水解和/或生產各種材料或燃料、腐殖質、各種梅拉德或類似反應產物的方法，其中在超過100°C的溫度和超過5巴的壓力下對固體/液體混合物進行處理，其特征在于固體/液體混合物通過一個熱交換器進行加熱，在此過程中，管軸與水平面的角度大于10度。
8.依據權利要求7所述的方法，其中固體/液體混合物通過一個熱交換器進行加熱， 因此通過至少60%的基本垂直的管件進行輸送。
9.依據權利要求7或8所述的方法，其中在通過熱交換器時，固液混合物的粘性降低， 并被降低至在流程結束時起始物質粘性的至少四分之三。
10.依據權利要求7或9所述的方法，其中輸送固液混合物的泵和/或反壓力泵為一臺偏心螺桿、螺桿容積或活塞泵。
11.一種在超過100°c溫度和超過5巴壓力下處理水和含碳成分固液混合物的設備， 包括一反應器，其特征在于一套喂料設備包括一臺輸送固體含量至少為10或15質量百分比的固液混合物的泵或一臺熱交換器，在此設備中，管軸與水平面的角度大于10度。
12.依據權利要求11所述的設備，其中熱交換器含至少60%的垂直管件。
13.依據權利要求11或12所述的設備，其中熱交換器設計壓力為10-120巴，或至少有一個模塊或單元可承受60-120巴壓力。
14.一種對水和含碳成分的固液混合物進行處理并生產各種材料或燃料、腐殖質、梅拉德或類似反應產物的方法，其中在超過100°C的溫度和高于5巴的壓力下對固液混合物進行處理，處理時間至少1小時，其特征在于通過熱交換器，在反應時間至少十分之六的時間內，將起始物質連續喂入第一臺反應器，采用分批方式將反應混合物從第一臺反應器輸送至下一臺反應器，在反應時間至少十分之六的時間內，從最后一臺反應器中連續輸出反應產品。
15.依據權利要求14所述的方法，其中將避免反混的批次在一個封閉反應器內保留至少反應時間百分之一的時間，該反應器放置在通過方向上至少第一臺反應器之后。
16.一種在超過100°C溫度和超過5巴壓力下處理水和含碳成分固液混合物的設備， 包括一反應器，其特征在于該設備包括一套含有下列裝置的喂料設備一臺喂料泵，用于輸送至少含10%-15%固體物料的固液混合物，和/或一臺熱交換器，在該熱交換器中，管軸與水平面的角度大于10度。
17.一種利用水和含碳成分的固液混合物生產各種材料或燃料、腐殖質、梅拉德或類似反應產物的方法，其中在超過100°C的溫度和高于5巴的壓力下對固液混合物進行處理， 其特征在于在反應期間，在一臺膜反應器中，從固液混合物中連續或間斷地抽出水分。
18.一種利用水和含碳成分的固液混合物生產各種材料或燃料、腐殖質、梅拉德或類似反應產物的方法，其中在超過100°C 的溫度和高于5巴的壓力下對固液混合物進行處理，其特征在于濃縮的流程水被部分用于起始物質的預培養、預加熱、固液混合物的抽送生產、輸送至反應混合物中、在工廠反應器中涂抹或混合至提供的起始物質中、返回至運行流程、作為熱載體媒質等用于工廠內或以外的后續流程和/或作為一種肥料成分。
19.一種濃縮流程水的用途，該濃縮流程水來自于一種用水和含碳成分的固液混合物生產各種材料或燃料、腐殖質、梅拉德或類似反應產物的方法，其中在超過100°C的溫度和高于5巴的壓力下對固液混合物進行處理，該濃縮流程水用于起始物質的預培養、預加熱、固液混合物的抽送生產、輸送至反應混合物中、在工廠反應器中涂抹或混合至提供的起始物質中、作為熱載體媒質返回至運行流程和/或作為一種肥料成分。
20.一種對水和含碳成分的固液混合物進行處理并生產各種材料或燃料、腐殖質、梅拉德或類似反應產物的設備，其中在超過100°c的溫度和高于5巴的壓力下對固液混合物進行處理，其特征在于該設備用于回收流程水濃縮和將濃縮的流程水返回至固液混合物。
全文摘要
本發明是有關于一種對水和含碳成分的固液混合物進行處理并生產各種材料或燃料、腐殖質、各種梅拉德或類似反應產物(在超過100oC的溫度和超過5巴的壓力下對固體/液體混合物進行處理)的方法和設備。
文檔編號B01J3/00GK102325587SQ200980155093
公開日2012年1月18日 申請日期2009年11月23日 優先權日2008年11月21日
發明者多明尼克·佩攸斯 申請人:安塔克私人有限公司轉安塔克有限公司