[發明專利]用于熱水解生物質的方法和設備

在審

• 申請號: 201480034811.1
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN105339314A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 亞歷克斯·霍爾
• 申請（專利權）人: 蘇斯泰克咨詢及承包有限公司
• 主分類號: C02F11/18
• 分類號: C02F11/18;C12M1/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 李慧慧;鄭霞

本發明涉及用于熱消化可泵送的生物質的方法，包括供應新鮮生物質、預熱所供應的新鮮生物質、水解所預熱的生物質、冷卻所水解的生物質和排出所冷卻的生物質的步驟。這一方法在不同的變體中早已是眾所周知的。

在本申請中“可泵送的生物質”被理解為特別是指污水污泥，一種膏狀物質，然而具有相似稠度和黏度的其它生物可降解的材料是可想到的。

申請人已經以出售了一種設備，在該設備中生物質，特別是來自廢水凈化的污泥，可在連續的工藝中水解。該設備由反應器、蒸汽供應和許多熱交換器構成。新鮮生物質，其可以例如來自機械的預富集，通過熱交換器供應和泵送。在該熱交換器中，供應的生物質被預熱到大約100攝氏度的溫度，這是預熱的生物質進入反應器的溫度。在反應器中，通過供應蒸汽，溫度增加到超過100攝氏度，同時通過泵和限制條件產生高壓，使得反應器中的生物質不沸騰。難以破壞的生物質中的細胞結構在高的溫度和壓力下“破裂”，并且可降解的成份更容易地釋放。在工藝中，該“破裂”在大約2-8巴的壓力和大約120-170攝氏度的溫度下發生。當水解的生物質在該高溫下離開該反應器時，其被引導穿過熱交換器，以便在冷卻的生物質被引導到發酵設備之前冷卻。在冷卻期間從水解的生物質中提取的熱可在此用于預熱新鮮生物質。

已知的方法有很多缺點。例如在工藝中難以找到并維持正確的熱平衡。特別是發現通過利用僅有限數量的熱交換器使用從水解的生物質中提取的熱來充分地預熱新鮮生物質，在實踐中不是簡單的事情。在此生物質以在反應器內相對低的起始溫度進入反應器，因此為了設置用于水解的正確的工藝條件必須供應相對大量的蒸汽。這對于該方法的效率是不利的，并且因為在水解的生物質和供應的新鮮生物質之間的熱傳遞不是最佳的，水解的生物質在新鮮生物質預熱期間也未被充分地冷卻。這需要額外的冷卻以使水解的生物質達到其可以在發酵設備中被進一步處理的溫度。并且最終，供應的新鮮生物質的黏度相當高，使得其可以只有很困難地被泵送穿過熱交換器，其中在熱交換器中產生高的壓力。所需的高的泵流量也降低了效率。

根據WO03/043939A2，用于處理以微粒的形式供應的生物可降解的有機廢物的方法和設備是已知的。這涉及標記工藝，其中生物可降解的家庭廢物，特別是蔬菜、水果和園藝廢物，首先被抓獲成具有大約6mm到50mm的微粒尺寸的部分。隨后，廢物通過來自水解反應器的常見液體來預熱。該預熱可以通過混合或者通過非接觸式的熱交換來完成。在混合的情況下，廢物和液體的混合物然后被分開，之后，固體廢物被引導到預汽蒸箱，在那里固體廢物通過蒸汽預熱。從那里，廢物被引導到反應器，以在多達130-170℃的溫度和300kPa到2,5mPa(3-25巴)的壓力下水解。隨后，來自水解反應器的物質被引導到閃蒸罐，在那里蒸汽被再回收以用于在蒸汽箱中重新使用。水解的物質然后在分離器中被分離成將被腐解的部分和用于預熱廢物供應的液體部分。最終混合和分離后的液體在厭氧反應器中進一步處理以形成沼氣、經處理的流出物和固體材料。如上表明的，這里涉及不連續的工藝或標記工藝。

本發明目前把改進以上描述的類型的方法，使得所陳述的缺點不存在，或者至少使所述陳述的缺點在較小的程度上發生作為其目的。這通過本發明來實現，本發明在于供應的生物質在至少兩個步驟中預熱，其中在一個步驟中，至少部分該供應的生物質和至少部分該水解的生物質混合，并且其中在另一個步驟中，使至少部分該供應的生物質與預加溫或預熱介質熱交換地接觸。

混合供應的生物質和(一部分)水解的生物質導致很直接的熱傳遞，這在熱交換器中是不能實現的。除了將在以下討論的可能的預冷卻，水解的生物質在與供應的生物質混合之前沒有被處理。通過將混合和經由加熱介質的熱傳遞結合，供應的新鮮生物質最終被預熱到足以盡可能多地限制在反應容器中必需的蒸汽供應的程度。另一個優點是供應的新鮮生物質的黏度在混合之后減小，使得其可以容易地通過熱交換器泵送。在熱交換器中的壓力據此減小并且必需的泵送能力也減小。

當預加溫或預熱介質包括水解的生物質或已經與至少部分該水解的生物質熱交換地接觸時，來自水解的生物質的熱也可以在熱交換步驟中傳遞到供應的生物質。以這種方式，還提高了轉換的效率。

為了盡可能快和完全地預熱供應的新鮮生物質，至少25％，更優選75％，且最優選地大體上100％的水解的生物質可以與供應的新鮮生物質混合。

供應的生物質可以具有比水解的生物質的黏度高一個或更多個數量級的黏度，并且其例如總計為幾千或幾萬mPa.s，而水解的生物質的黏度總計為幾百mPa.s。然而，在兩種情況下，存在不具有離散微粒的、高度均勻的物質。