从生物物质制成的工业材料/或燃料的制作方法

专利名称：从生物物质制成的工业材料/或燃料的制作方法
从生物物质制成的工业材料/或燃料
技术领域：
本说明涉及一个用于固体/液体混合物(特别是生物质)的装置，其中至 少含有一个固体/液体混合物的反应器， 一个从生物质中生产能量的设备，至 少一个用于处理生物质的装置，以及可从生物质中制造出来的材料和/或燃 料。
背景技术：
2006年7月，Potsdamer Max Planck胶质和界面研究所的Markus Antonietti演示了实验室规模的所谓的热液碳酸化作用。在这个过程中，生物 质被放在一个压力IO帕温度180度的实验室高压锅内半天，在一个类碳的物 质或其起始物质和水中进行转化。
使用潮湿的生物质通过制造尽可能单一的燃料产生能量从很久以前就开 始了，但是迄今为止因为能量的使用效率低下和经济性不佳从而限制了其应 用范围。由燃烧矿石产生能量过程中产生的二氧化碳排放是气候变暖的根本 原因。
在DE19723510C1中有一个用于处理生物剩余物质的装置的例子，其包 含一个圆柱形反应器，将食品垃圾和类似的东西放入其中进行温度压力加水 分解。此反应器为循环反应器，设计有加热侧面。使用一个泵在反应器内部 产生水流确保悬浮液充分混合。

发明内容
本说明的目的在于开发一种工艺，通过固体液体混合的燃料，腐殖质，含碳的燃料以及高效梅拉德或类似梅拉德的反应物按工业规模经济生产燃 料。
此任务中的内容不涉及专利权。进一步方案与专利权有关。
根据此说明的内容可以确定，含碳固体-液体-混合物，和/或在处理前和 处理过程中产生的产物，和/或反应物、中间产物、副产物和/或最终产物都 会被进行工业化处理和控制。通过对固体-液体-混合物进行有目的准备或前 处理，以及对固体-液体-混合物进一步的加工，和对反应物、中间产物、副 产物和/或最终产物的加工处理，可以显着提高燃料，腐殖质，含碳的燃料以 及高效梅拉德或类似梅拉德反应物的经济价值。
在使用生物质进行能量时，其释放到大气中的二氧化碳的量决定于活体 植物原来生长所需要的二氧化碳的量。所以由生物质产生的燃料可以被自然 环境中和并接受。另外腐殖质的制备，比如农业耕地面积中产生得到的，可 以减少二氧化碳的排放。没有这些措施和/或强化的生物质非-矿石燃料的使 用。环境保护的目的例如京都议定书中确定的目标就难以实现。
按照本说明书的操作方法，利用生物质生产燃料，在转化的过程中碳成 分的损失量非常小，相较于其他方法有绝对的优势。利用恰当的转化方法可
以减少或完全避免碳的流失。酒精发酵中碳损失为30%，沼气转化损失为 50%，木材碳化的碳损失为70%，而在堆肥过程中损失为90%。其中的碳转 化为对环境有危害的二氧化碳或甲烷。而按照本说明书的处理方法可以将碳 损失降低到很小的程度。
本说明书中的操作方法有很高的效率。相反对于酒精发酵而言可预计的 有效天然植物能量转化率为3%至5%。按照本说明书中的操作方法，只有很 少或者根本没有二氧化碳的释放。在生物质向沼气的转化过程中，有一半的 碳会转化为二氧化碳而被释放到空气中。并且利用沼气设备进行经济生产， 其中合适的原料或反应底物非常有限。在己知的处理方法的基础上，本说明书中的操作方法要保持释放的热量 可以继续使用。湿度很高的生物质中能量的利用是一个特别的难点。而在本 说明书中，水分是进行化学转化的必要前提。而以前的老方法却有低效率、 低能量利用率的缺点，其经济适用性非常有限。
为了能够在高压和高温条件下对固体和液体混合物例如生物质进行处 理，使用的反应器应具备特殊的功能。所以可以在反应器的内壁进行抗腐蚀 处理或者涂上有效的涂层。除此以外可以配备搅拌装置，用于混合固体和液 体混合物。
此说明书的内容涉及从含碳的固体-液体混合物中生产材料和/或燃料、 腐殖质和/或梅拉德以及类似于梅拉德反应产物，在生产过程中固体-液体混
合物的温度超过100摄氏度，压强高于5帕，处理时间超过l个小时。
在本说明书提供的进一步设计方案中可以实现半连续化或连续化生产。 也就意味着可以对固体-液体混合物，特别是在反应过程中进行连续的操作， 即批量进行生产。因此可以充分的利用反应空间，减少物料停留时间，而且 操范围内的温度和压力可以一直保持在同一水平。同时可以在连续的生产过 程中转移和提取产物或其他加入的媒介，并且可以根据需要进行回收利用， 干扰物、反应物、中间产物、副产物和/或最终产物也可以及时排除。另外还 可以平行进行例如工艺水、废水、废气、反应物、中间产物、副产物和/或最 终产物的连续处理和/或净化，或者间断处理。
根据说明书的进一步设计方案，温度控制在160摄氏度，主要在160至 300摄氏度之间，最优温度在185至225摄氏度之间，或者由自动温控系统 调节。
根据说明书的进一步设计方案，压强至少设定在7帕，主要在10至34 帕，最优压强在10至17帕、17至26帕或26至34帕。
根据说明书的进一步设计方案，处理时间至少为2小时，主要在3至60小时，最优处理时间为5至30小时或30至60小时，特别是在6至12小时 或12至24小时。
根据说明书的进一步设计方案，处理时间由不同的产物，和/或固体-液 体混合物，和/或期望的反应产物确定。
根据说明书的进一步设计方案，至少要前处理一种产物和/或固体-液体 混合物，主要包括脱水、粉碎、加入助剂进行预水解、混合和/或预加热过程。
部分前处理可在酸性环境或者介质中进行培养，例如在pH值小于6的 条件下，根据情况pH值可小于5、 4、 3、 2。所需时间和粉碎程度pH值高 低相关，粉碎程度越大、pH值越小，所需培养时间越短。培养可以在粉碎后， 酸性条件下进行。
根据说明书的进一步设计方案，固体-液体混合物的产物在反应之前、过 程中和/或在处理后会被粉碎，最好是切碎和/或碾碎。粉碎后的固体-液体混 合物固体颗粒大小应在10cm以下，在lcm以下更好，最好是在2mm以下。
可在固体-液体混合物或至少一种原料中，在处理之前和/或处理过程中， 加入至少一种含水或不含水的催化剂和/或催化剂的水溶液。此催化剂可以由 单一组份或者多种不同的组份组成，形成催化剂混合物。催化剂中含有的成 分可以是一种酸。比较好的选择是碳酸和质子酸。更好的选择是三羧酸和二 羧酸，最好的选择是酒酸或柠檬酸。柠檬酸和酒酸都是晶体并且无毒。均来 源于天然水果(柠檬酸来源于干柑果例如柠檬，酒酸来源于葡萄)。在说明 书的更多设计方案中也使用了酸，如无机酸，主要是硫酸。作为催化剂成分 之一的酸，可以同时用于培养过程中需是使用的酸性培养基的制备。
催化剂或者催化剂混合物可以包含或特别加入一种或多种金属和/或金 属化合物。他们主要是化学元素周期表中副族Ia， IIa, IVa, Va, Via, Vila及 Villa中的过渡金属，例如铁、镍、钴、铜、锌、铑、钯、铂、银、钒、铬、 钩、钼和/或钛，其中铁元素是最好的选择。更好的选择是金属氧化物，比如
8五氧化二钒(V205)、氧化铜(CuO)、氧化锌(ZnO)和/或氧化铬(Cr203)。 化学元素周期表中的主族元素或其氧化物比如氧化铝(A1203)也可以在催 化剂中使用。
另外或者可以在对固体-液体混合物处理前使用生物催化剂进行处理，以 提高固体-液体混合物转化为燃料、含碳材料、腐殖质和/或梅拉德以及梅拉 德类似反应物。在此可以加入例如酶、微生物(特别是细菌和/或真菌)，植 物细胞、动物细胞和/或自由、固定化细胞提取液。生物催化剂因为其极端的 使用条件可在处理特别是加工固体-液体混合物，尤其是在预处理和/或反应 物、和/或副产物的处理时使用。
根据说明书的进一步设计方案，至少有一种原料和/或固体-液体混合物 在处理前和/或处理中会被混合，主要采用搅拌、混合、悬浮和/或巻起等方 式。在此可以配备一种或多种混合设备，尤其是不同混合设备的组合配制， 其中至少应该包含一个液体射流混合器、液体泵或喷头。说明书中推荐的混 合装置为没有可移动部件的搅拌装置。
根据说明书的进一步设计方案，反应产物会被干燥器或者不同的干燥器 组合进行干燥处理。使用的干燥器主要为对流干燥机或接触式干燥机，最好 是电干燥机和/或带(式)干燥机，和/或流化床干燥机。
根据说明书的进一步设计方案，在操作过程中的过程积累的水最好用至 少一个设备进行固液分离处理并移取、和/或净化后重新导回反应混合物中。 使用的固液分离设备至少可以是如下设备例如用于微滤、超滤、纳滤和反 向渗透过程的设备或上述不同设备的组合，最好是陶瓷滤芯，若是旋转圆盘 过滤器和/或离心膜过滤器更好。
根据说明书的进一步设计方案，积累的废水会被物理、化学和/或生物学 方法净化。
根据说明书的进一步设计方案，在处理、加工和/或整理过程中积累的废气会被物理、化学和/或生物学方法净化。
本说明书中还包含一个流程，特别是不同的反应产物、中间产物、副产 物和/或最终产物的连续或半连续工业生产过程。这些反应产物、中间产物、 副产物和/或最终产物包括例如泥煤燃烧物，从褐煤至类似石煤燃烧物，腐 殖质，梅拉德或类似梅拉德反应产物，含碳材料比如绝缘物质、纳米颗粒、 纳米微珠、纳米纤维、纳米线、活性碳、烤碳替代物、高密度含碳产品和材 料，特别是石墨原料和含石墨或石墨类产品，比如碳纤维和复合材料及纤维 复合材料。
根据说明书的进一步设计方案，固体-液体混合物至少部分由生物质构 成。此时利用热液炭化基本原理，通过加压和加热的方法，按照说明书的程 序，在含水生物质释放热能之前，实现含水生物质有效和非常经济的解聚和 水解。生成的单体会在几小时内结合为含碳的反应产物。对反应条件进行控 制可以得到理想的含碳反应产物。例如腐殖质经过更短的反应时间和进一步 的反应过程，得到的燃料的含碳量更高，适用于热能的进一步获得。
说明书中设计了不同的反应产物、中间产物、副产物和/或最终产物的生 产过程，包括泥煤燃烧物，从褐煤至类似石煤燃烧物，腐殖质，梅拉德或 类似梅拉德反应产物，含碳材料比如绝缘物质、纳米颗粒、纳米微珠、纳米 纤维、纳米线、活性碳、烤碳替代物、高密度含碳产品和材料，特别是石墨 原料和含石墨或石墨类产品，比如碳纤维和复合材料及纤维复合材料。
根据说明书的内容，此流程可以作为用生物质制造能量的前一阶段，燃 烧物在此阶段被制造出来然后被进一步加工处理为燃料，例如将尘状或腐殖 质状的燃烧物加工为小球或者煤饼。这样处理有利于能量的获得，特别是有 利于燃烧。根据说明书可以采用合适的流程实现不同能量形式包括热能和/ 或电能的转化，尤其是和根据说明书流程制备的燃烧物的有效结合。根 说 明书可以进一步实现多种能量载体的多种能量形式的转化，包括很多其他固体、液态和气态燃料，矿石燃料，水能，太阳能和/或风能和各种不同形式的 含能量载体和系统以及按照说明书方法生产制得的燃料物质。
本说明书涉及进一步的能量制备程序，通过使用蒸汽或燃气涡轮机，利
用按照说明书制造的燃料，结合风能特别是由压力空气或DWPS风力系统获
得的可储存能量形式获得能量。
本说明书包括进一步处理由生物质制备的燃烧物获得能量的应用。 本说明书也设计了合适的处理装置，可以有效的处理工业规模的固体液
体混合物。
根据说明书的进一步设计方案，反应器为抗压式圆柱形容器。
根据说明书的进一步设计方案，反应器底部为锥形，和反应器轴线的最 大夹角为45度，最好小于40度，甚至35度。
根据说明书的进一步设计方案，有利之处在于反应器的内部，特别是底 物和夹套层由抗热和抗腐蚀并且防水材料构成，例如涂层金属，特别是贵金 属或陶瓷材料。另外反应器的内部，特别是容器底部和侧壁包括阀门，以及 其他和反应混合物存在接触可能的部件都使用涂层材料全部或部分的进行 了表面处理，通过这样的处理，可以避免或减少反应混合物结块或沉淀。使 用的涂层材料主要是耐腐蚀、耐磨和/或防水材料，尤其是金属或陶瓷材料和 合金，合金包括铬、镍、钼、钛、铝、铌等，以及硅、铁、钴、钨、硼、 碳，尤其是钛铝化合物等材料。借助电镀，尤其是火焰喷涂方法例如高速氧 气燃料(HVOF)程序将涂层材料包覆于容器表面。
根据说明书的进一步设计方案，反应器内部至少需要配备一层含有孔的 膜。膜之间的间距应小于10mm，最好小于6mm，甚至4mm。如果膜部分由 板材构成，可以称其为膜板。在反应器中可以设置多个膜部分。
根据说明书的进一步设计方案，膜部分孔直径应小于400nm，最好是小 于100jim，甚至35pm。根据说明书的进一步设计方案，膜部分的孔为漏斗形。
根据说明书的进一步设计方案，在带孔的膜部分和反应器壁之间还至少存在一个空腔。因此，膜部分可以和反应器壁以此形式连接，其形成的空腔之间相互分隔。这样的设计形式特别有利于在空腔范围内至少配备一个入口和在其他空腔范围内至少配备一个出口。膜部分和反应器壁之间可以通过例如点焊或线焊连接，没有焊接好的部分会在液压作用下分离，所以在进口和
出口处设置一个管道，用于通过例如US-A-4700445中描述的冷却液。在这样的条件下，反应器壁同时具备了热交换功能。
根据说明书的进一步设计方案，反应器壁为双层，在内层和外层之间有至少设计了一个空腔。因此内外两层反应器壁之间可以通过隔开的空腔相互连接。空腔范围内至少配备有一个入口和在其他空腔范围内至少配备有一个出口。反应器内外壁之间可以通过例如点焊或线焊连接，没有焊接好的部分会在液压作用下分离，所以在进口和出口处设置一个管道，用于通过例如US-A-4700445中描述的冷却液。在这样的条件下，双层反应器壁同时具备了热交换功能。
根据说明书的进一步设计方案，反应器为具备有多层装置、管道、循环系统、多连接和/或搅拌装置的反应器，和/或主要为膜和/或流化床反应器。最好至少含有一个反应器或一个不同反应器的组合，其应具备多层装置、管道、循环系统、多连接和/或搅拌装置的反应器功能或膜或流化床反应器。尤其是包含至少一个膜部分的反应器和/或至少一个能产生循环流化层的装置。
根据说明书的进一步设计方案，反应器至少包含温度控制系统。温度控制系统应至少包含螺旋加热装置、至少一个加热和冷却管、至少一个和反应器壁焊接的半蛇管、至少一个热交换管或热交换板和/或至少一个膜部分以及有孔底座和/或侧壁部分。此温度控制系统可以包含于双层反应器壁中。在说明书的优化设计方案中，全部反应器中的部件和媒介包括带孔的膜部分、液体射流混合器、泵和喷头部分都是温控系统的一部分。
本说明书要求基本使用非机械部件，即不使用或尽量少使用机械和/或可 移动部件。
根据说明书的进一步设计方案，此设备为用于混合、搅拌和巻起反应物 的混合装置。在反应器中也可以装备混合、搅拌、扬起和/或清洁装置。通过 机械搅拌和使用带或不带移动部件的混合系统向反应物中输入动力。
根据说明书的进一步设计方案，在混合系统中无可移动部件，比如至少 装配一个液体射流混合器，至少一个液体泵和/或至少一个喷头。
在说明书的进一步设计方案中计划装配混合装置，特别是在进样区，其 目的是利用湍流漩涡和剪切力粉碎和切碎固体物质。
根据说明书的进一步设计方案，此装置为切碎装置，尤其针对反应器中 固体反应物。此装置至少应该包括碾磨器和/或至少一个切割机。
根据说明书的进一步设计方案，此装置为干燥装置，其至少应包括对流 干燥机或接触式干燥机，最好是电干燥机或带(式)干燥机。
根据说明书的进一步设计方案，在整个工艺过程中包含工艺水处理过 程。所以此设备主要为一工艺水处理设备，其至少包含滤网、过滤器、水力 旋流器、离心机或机械力支持的分离设备。此工艺水处理设备可基本分离并 除去反应混合物中的固体物质。其包含至少一个工艺水储罐和/或至少一个固 -液分离设备。在登记材料的优化设计方案中，用于工艺水处理的设备中至少 应包括一个滤网、过滤器、离心机、水力旋流单元、机械力支持的分离设备 或者相同的组合。工艺水处理设备可以由不同的或者相同的分离装置组合而 成。
此工艺水处理设备也可以至少是过滤设备，特别是旋转圆盘过滤器，其 中的圆盘最好是陶瓷盘。
根据说明书的进一步设计方案，此设备为生物污水 理设备，其至少含有生物反应器，最好是生物膜反应器。生物反应器因此至少为回路式反应器。 根据说明书的进一步设计方案，回路式反应器至少含有用于混合气相和 液相的喷嘴装置。
根据说明书的进一步设计方案，回路式反应器含有用于水流由上至下流 动的管道。
根据说明书的进一步设计方案，此设备为一空气净化设备，至少含有净 化过程中气体和/或废气的装置，特别是空气过滤器。
说明书中提到的利用生物质制造燃料、含碳材料、腐殖质和/或梅拉德或 类似梅拉德反应产物的设备的使用也可以提供。
本说明说还创造了一个生产设备，至少是设计了一个方案，其能有效的 利用生物质按工业规模制造能量。
在进一步的设计方案中包含了一个焚烧装置的设计，其可以利用由生物 质制造的固体燃料，按照说明书方法制备的生物质燃料会直接在焚烧装置中 燃烧以获得燃气和蒸汽。此焚烧装置可以和涡轮机和发电机结合使用，以便 将燃烧的气体和水蒸气直接转化为电能。按照说明书设计的方案，结合燃气
蒸汽涡轮进程获得电能的最大效率可达43%，甚至达到46%和49-55%。在 燃烧装置上加装烟气净化装置，以净化燃烧过程中产生的废气。
此装置含有至少一个反应器，其设计使用温度至少在IOO摄氏度以上， 设计压力大于5帕。同时在此设备中，生物质按照操作程序转化为燃料，至 少包含以下步骤生物质在温度超过IOO摄氏度、压力超过5帕、时间超过 1小时的条件下反应即生物质和/或反应产物、副产物、和/或最终产物的处理 和加工。
此能量制造过程可以借助颗粒炉灶或煤电力发电厂实现，使用的设备可 以是高压固定流化床(DKSW)或高压煤灰燃烧系统(DKSF)。 此设计可以借助碳燃料电池实现。根据说明书的进一步设计方案，生物质的处理设备中至少应包含容纳生 物质的反应器和至少一个处理生物质和/或加工反应产物和/或副产物的装 置。
根据说明书的进一步设计方案，此反应器是一个管道反应器、循环反应 器、特别是一个回路反应器或搅拌反应器，和/或甚至是一个膜和/或流化床 反应器。最好至少含有膜部分和/或至少有能量产生流化床的反应器。同时此
反应器的温度至少为100摄氏度，压力至少为5帕。
为了提供设备的生产能力，可以同时利用多个反应器利用生物质进行生 产。可以实现批量连续生产。
在说明书的设计方案中还包含了温度控制系统，其至少含有一个温度控 制部件。温度控制系统应至少包含螺旋加热装置、至少一个加热和冷却管、 至少一个和反应器壁焊接的半蛇管、至少一个热交换管或热交换板和/或至少 一个膜部分以及有孔底座和/或侧壁部分。此温度控制系统可以包含于双层反 应器壁中。
根据说明书的进一步设计方案，此设备为用于混合、搅拌和巻起反应物 的混合装置。在反应器中也可以装备混合、搅拌、扬起和/或清洁装置。根据 说明书的进一步设计方案，此装置为切碎装置，尤其针对反应器中固体反应 物。此装置至少应该包括碾磨器和/或至少一个切割机。
根据说明书的进一步设计方案，此装置为干燥装置，其至少应包括对流 干燥机或接触式干燥机，最好是电干燥机或带(式)干燥机。
根据说明书的进一步设计方案，在整个工艺过程中包含工艺水处理过 程。所以此设备主要为一工艺水处理设备，其至少包含滤网、过滤器、水力 旋流器、离心机或机械力支持的分离设备。此工艺水处理设备可基本分离并 除去反应混合物中的固体物质。其包含至少一个工艺水储罐和/或至少一个固 -液分离设备。根据说明书的进一步设计方案，用于工艺水处理的设备中至少应包括一个滤网、过滤器、离心机、水力旋流单元、机械力支持的分离设备 或者相同的组合。工艺水处理设备可以由不同的或者相同的分离装置组合而 成。此工艺水处理设备也可以至少是过滤设备，特别是旋转陶瓷盘过滤器和 /或离心膜过滤器。
根据说明书的进一步设计方案，此设备为生物、物理或水处理设备或这 些装置的结合体，其至少含有固液分离、生物反应器、尤其是生物膜反应器、 反渗透、微虑、超滤和/或湿氧化工艺过程。生物反应器至少含有一个循环反 应器。
根据说明书的进一步设计方案，此设备为一空气净化设备，至少含有净 化过程中气体和/或废气的装置，特别是空气过滤器。 此设备的特点是能够产生能量，尤其是电能。
同时，申报的产品还为您提供一种易于生产的材料和/或燃料，与熟悉的 材料/燃料相比，它具有更好的特性。
根据该申报材料，利用生物质产生的材料和/或燃料，从元素质量(干物 质)的百分比含量上来看，这种材料/燃料的碳含量比生物质高出百分之1至
300。申报的材料和/或生物燃料包含泥炭、褐煤和类似石煤的燃料、腐殖质、 Maillard或类似Maillard的反应产品，以及含碳的材料，如绝缘材料、纳米 海绵、纳米球、纳米纤维、纳米电缆、清洁纳米、最清洁纳米和高纯度碳纳 米以及类似活性或吸附碳的材料、烧烤碳替代品、高密封性煤炭产品和材料， 尤其是石墨的原材料和含有石墨或类似物质的产品、碳纤维、复合材料或复 合纤维的原材料。
从元素质量(干物质)的百分比含量上来看，申报的材料/燃料含碳量有 所增加，与生物质相比碳含量高出百分比10-300、 50-300或者100-300，甚 至200-300。
或者，从元素质量(干物质)的百分比含量上来看，申报的材料/燃料含碳量比生物质高出百分比5-200、 10-150或者10-120，甚至50-100。
从元素质量(干物质)的百分比含量来看，申报材料和/或燃料的含碳量 是原材料的50-卯％、 55-80%和98%以上。
申报物质的其它构成中，材料和/或燃料元素质量(干物质)氢的百分比 含量比生物质低1%-300%、 5%-200%和20%-100%。
申报物质的其它构成中，材料和/或燃料元素质量(干物质)氧的百分比 含量比原材料低1%-300%、 5%-200%和15%-100%。
申报物质的其它构成中，与原材料相比，材料和/或燃料元素质量(干物 质)氮的百分比含量有所降低，降低的数量为15%-100%、 5%-200%、 1%-300%。
申报的材料和/或燃料干物质的原始燃烧值可能至少是原材料(特别是生 物质的)65%或大于65%。
根据成分和结构，与生物质或化石燃料、生物质燃料相比，可选申报材 料和/或燃料的燃烧性和环保性得到充分提高，例如，降低了灰分含量、含氯 量、硝酸盐含量、硫磺和重金属含量以及减少了灰尘、精细粉尘或氧化氮、 氧化硫等气态有害物质的排放。
此外，申报的原料和/或燃料与生物质或可选的固定化石燃料或生物燃料 相比，提高反应性的同时，降低了自然温度。
申报的材料和/或燃料具有多孔性，那么与具有同等燃烧值或含碳量的固 定化石燃料相比，显着节省了粉碎材料和/或燃料的能源成本。
申报的材料和/或燃料的颗粒尺寸较小，因而它们的表面积较大，特别是 大约2纳米至50微米的颗粒尺寸，也有一微米和200纳米的尺寸。由于颗粒 尺寸较小、表面面积较大，因此申报的材料和/或燃料极易干燥。
申报的材料和/或燃料包括Maillard或类似Maillard的反应产品。
在申报物质的构成中，根据至少包括下列步骤的工艺从生物质中生产材料和/或燃料生物质的处理温度超出100摄氏度、处理过程期间的压力高于 5bar，该条件要能够保持1小时以上，用于加工生物质和/或处理反应产品、 半成品、副产品和/或最终产品。
温度可设置在160摄氏度以上、160-300摄氏度之间和185-225摄制度之 间。压力至少设置为7bar，也可设置在10-34bar之间、10-17bar之间、18-26bar 之间或27-34bar之间。处理持续时间可能至少为2小时，最少是3-60小时， 也可以是5-30小时或31-60小时，特别情况是6-12小时或13-24小时。生物 质处理之后，利用干燥器、也可利用对流或接触式干燥器、电热和/或带式干 燥器、和/或流化干燥器将反应产品干燥至所需的剩余湿度6-25%、 10-20% 或者12-15%。
上述工艺的反应产品、半成品、副产品和最终产品包括泥炭、褐煤和类 似石煤的燃料、腐殖质、Maillard或类似Maillard的反应产品，以及含碳的 材料，如绝缘材料、纳米海绵、纳米球、纳米纤维、纳米电缆、活性或吸附 碳的材料、烧烤碳替代品、高密封性煤炭产品和材料，尤其是石墨的原材料 和含有石墨或类似物质的产品、碳纤维、复合材料或复合纤维的原材料。
此外，申报材料还涉及使用所生产的材料和/或燃料产生生物质能量的方法。
与化石燃料相比，生物质包括可作为本地能量源长期使用的再生原料、 所有液体和固体有机物质和生物、生化过程产品及其转化产品，这些产品具 有工艺所需的丰富含碳量，此外，凭借其成分和可用反应产品、半成品、副 产品和最终产品的经济性，可通过申报的工艺进行加工。例如，原材料包括 碳水化合物、糖及淀粉、农业和林业产品，也包括专门种植的能源植物(生 长快速的树种、莎草、全株谷物等等)、黄豆、甘蔗和谷物杆、生物残留物、 废料和副产品、植物及其它来源的植物残留物(街旁绿地,农业保养剂)，农 业垃圾包括草、甘蔗叶子、谷糠、农业产品的非可出售部分，例如土豆、甜萝卜、腐烂的青贮部分和其它饲料残留物、草叶、谷物秆、甜菜叶子、甘蔗 叶子、包括生物垃圾在内的含碳残留物及废料、家庭及工商业垃圾(废弃残 余)的高热值部分、淤泥、包括森林木材在内的各种种类和等级的木料、建 筑木材、托盘、旧家居、锯屑、包括厨房及菜肴垃圾在内的食品工业残留物 及废料、蔬菜垃圾、废油、纸张、浆纸、特别是天然纤维和天然聚合物制成 的纺织品、包括粪水、马粪和家禽粪便在内的动物排泄物。尸体和特殊的动 物尸体也可算作生物质。
根据申报材料，处理原材料和/或固体及液体混合物是指对固体及液体混
合物施加的所有影响(特别是供应起动能量和维持转化反应，其中包括100 摄氏度以上和5bar以上压力时的固体及液体混合物处理)，通过这些影响将 固体及液体混合物转化为反应产品。
根据申报材料，对生物质和/或固体及液体混合物的处理是指在化学转化 过程前后，按照不同步骤处理原材料、反应产品和/或半成品。处理包括所有 步骤、过程和对反应物的影响(包括预处理和/或再次处理)。
预处理是指在反应室注液过程结束之前和为启动转化反应供应能量之前 对固体及液体混合物产生的所有影响。预处理范畴内特别包括了原材料预加 热和主要反应混合物成分的粉碎，即成分含量大于三分之二、反应室内外颗 粒尺寸小于10mm。
申报材料中提及的固体及液体混合物包括悬浮液、分散物和其它分散体 系，其中包括含有液体的固体，特别是生物质。特别是在类似固体及液体混 合物应用中采用申报的工艺，混合物在反应过程期间利用物理或化学方法提 高液态阶段溶剂含量和/或改变固体物理性和化学性，借此可改进固体和液体 分离或改变固体量较多的比例关系。原材料涉及含有液体或不含液体的固体， 这些物质用来产生固体及液体混合物。
申报中提及的处理和/或调整反应产品和/或副产品包括对转化反应副产品和/或最终产品的所有影响，借助这些影响使产品转化为所需或要求的形 式。
半连续或连续流程在本申请文件中是指以技术和/或工业标准来生产反 应产品、中间产品、副产品和最终产品，在生产过程中满足下列标准中的一 个、两个或多个
1. 温度。特别是在最少一个压力容器内、反应器或者设备组成部分中，
在至少两个反应周期中持续高于40至90摄氏度(最好是60至70摄氏度和/ 或在绝对压力为lbar时，高于生产用水的沸点)，这样才能较长时间直接用 手接触与反应混合物直接接触的容器壁，超过1分钟，而只需用辅助工具、 绝缘材料或其它辅助装备。
2. 压力，特别是在最少一个压力容器、反应器或者设备部分中，在至少 两个反应周期内绝对压力持续高于lbar。最少两个容器(其中至少一个反应 器)以某种方式连接，实现了压縮介质的运输、压力平衡或保存。
3. 对原材料、固液混合物、反应产品、副产品、中间和/或最终产品或 其它反应物的加工在设备中多于一个容器中进行。
4. 作为设备固定组成部分，并在其内进行处理的容器总容量，至少为 500升。其中至少有一个容器，不仅能用手还能用其它辅助工具移动。
5. 在一个反应周期中，具有含碳的固液混合物和/或不同类型(尤其是不 同的特性和密度)的原材料、生物质或碳化和物。
6. 在一个反应周期中同时、延后、持续或间断地向反应混合物中加入或 从中抽出固液混合物的各种原材料、反应产品、副产品、中间产品和/或最终 产品和/或反应物，包括催化剂和/或发泡剂或保温剂(如水，尤其是生产用 水和/或诸如生产用气/合成气体的气体)。
7. 在压力容器、反应器或其它设备组成部分的温度超过60至70摄氏度， 或者在绝对压力为lbar时高于生产用水的沸腾温度，或者在至少一个设备组成部分的压力为高于lbar的绝对压力时，发生步骤6下描述的过程。
8. 在一个连续的流程中，特别是同一台设备中处理反应混合物。
9. 在反应周期前/中，通过带入动力能源，特别是最少一个搅拌或混合 系统或者一个搅拌和混合组合系统，最好是非机械混合或搅拌系统，这样在 使用各个系统时，不会与轴产生磁连接，并且不会电驱动。
10. 在反应周期前和/或中，要向原材料或者反应混合物放热和/从其中吸 热，尤其是在使用至少一种保温系统时，或者在使用不同系统和装置的组合 时。在使用一种保温系统时，最好不要使用常见的炉子和/或通过有就较少把 手的可分离加热的电气壁式传热体加热。
容器指的是上面开口或封闭的物体，内部有一个空腔，目的是使它里面 的物体与环境分离。进行转化反应，也就是处理和/或加工固液混合物的容器 (例如压力容器或反应器)，由一个外部闭合的反应空间或者压力容器空间形 成。
反应器是主要是指发生关键反应步骤的容器。决定性的反应步骤尤其是 指大部分在一个温度和压力范围内进行的步骤，在这个范围中至少10-30% 的原材料转换成所谓的反应产品、中间产品、副产品或者最终产品。
反应空间或者压力容器空间是指反应容器或压力容器空间内存在的空间 范围，在这个空间内产生可测量的、不同反应条件。不同反应条件由结构、 机械、电流和/或相位、化学、电子、电气或其它作用产生。用于该目的的装 置， 一般情况下有电气驱动的搅拌或混合装置，这种装置带有电磁连轴器的 单轴，或通过可分离加热的电气壁式传热体由反应器外壁向承受压力的光滑 内壁传热，或用于实验室目的的压热器。
反应周期、周期或者反应一次转化反应持续的时间，它从将原材料放入 反应室中，并供应用于实现转化反应所需的能量开始。 一个周期从反应过程 开始持续到反应混合物中无需后处理或调节地产生所需的反应产品，或者至反应过程结束。
搅拌或者混合系统指的是通过机械、声波、电流、热能或结构将能量传 递给反应混合物的装置，并能够借此通过搅拌和混合使反应物运动。也包括 通过如泵、水流喷射混合器、喷嘴以及机械和热能混合器或沿着压差加入反 应混合物等使反应混合物运动。
一台设备至少由两个装置组成，用于执行申报流程。最少有两个容器(其 中至少一个反应器)，能够以某种方式连接，实现压縮介质的运输、压力平衡 或保存。设备的另一个固定组成部分是一个装置或容器，在缺少该组成部分
时，该流程的效率(尤其是从经济角度来看)就会减少2个、5个甚至是至 少IO个百分点。
共同使用设备的各个装置时，能够进行连续流程。 一台这样的设备每周 能将200千克原材料加工成干物质。如果装置或设备互相相连，或通过管道 连接或者在空间上通过其它方法连接，那么可以同时使用各设备，在50km 的半径内交换或共同使用原材料、中间产品、副产品、反应产品以及其它反 应物。
反应或反应流程的开始或实现，是以达到反应控制的最少一个目标参数 为标志的(包括温度和压力)，在这个温度或压力下，热解碳的转化反应在至 少一个小时后开始。反应过程的结束是通过在排空反应室前持续不满足反应 控制的至少一个参数为标志的。
反应产品、中间产品或者副产品或反应参与物，在本申报中是指不论存 在时间的短长，在反应条件下(压力大于5bar，温度高于100摄氏度)在反 应室中存在着或存在过的所有固体、液体或气体材料。
固体/液体混合物在本申报中是指所有悬浮液、分散体和其它分散系统， 包括含有液体的固体燃料，尤其是生物质。申报的设备尤其适用于这种固液 混合物，它在反应过程中，由于物理或化学方法，导致提高在溶液中提 了液态阶段的比例，和/或材料发生物理或化学变化，能够更好地进行固液分离 或者更够有更高的液体比例。
悬浮液和分散物都是异质固液混合物。悬浮物是指由一种液体和固体组 成的异质(不能混合)物质混合物。悬浮物至少有一种固体， 一种液体。分 散系统，是说由小颗粒和连续的分散介质构成的混合物，主要由胶质分散物、 胶束、小泡、乳胶、凝胶或浮质，例如油漆、乳胶和泡沫。
Maillard类似反应产品在本申报中为化和物，它们是Maillard反应产品 的中间产品、副产品、最终产品或具有类似的化学、物理或者生物属性的产 品。属于这种化合物的有例如糖基化终产物(AGE)，它通过原始葡糖糖胺基 产品的重排产生，并成为Maillard反应的最终产品糖基化终产物(AGE)。通 过重排和聚合AGE能够与其它蛋白质形成横向网状结构。由于产生途径的 不同，有各种复杂形状的AGE，其中Ns-(羧甲基)细胞溶解素(CML)、糠 氨酸和Pentosidin是迄今研究最多的。
类聚四氟乙烯(PTFE)材料是指具有聚四氟乙烯一个或多个特征的材料， 有亲缘关系或没亲缘关系的类别，例如耐反应性、极小的摩擦系数、极低的 折射率、高耐热性、极低的表面污染抗粘性或光滑表面。
燃料是指用于生产能量的材料，例如通过热、化学、电子和其它方法转 化为能量。
材料是通过继续加工、处理以及调整继续加工成其它产品，或作为加工 材料进入最终产品的材料。
下面举例进一步举例说明申报物质
在申报流程内原材料或者生物质的物质转化过程，分为4个阶段
1.预热阶段将生物质置于所需的温度和压力下。经过能量供给进入聚
合阶段。在预热阶段就发生了膨胀反应，尤其是在具有较高碳含量的生物质 中。在这个过程中细胞壁内的多糖中进入了水分。在膨胀过程中，继续形成凝胶状态，然后形成胶态结构，随着聚合阶段的继续将会溶解。
2. 解聚合阶段这个过程中最初的结构蛋白质溶解，它们主要由聚合结 构蛋白、细胞膜质、半纤维素和木质素构成(尤其是植物生物质)。产生多聚 和低聚碳化合物。坚固和网状结构蛋白的比例越高，原材料的面积越小，角早 聚合阶段所需的时间则越长。同时发生水解，也就是说通过与水反应发生l七 学化合物的分解。碳水化合物、非植物蛋白和非结构蛋白和脂肪的比例越高， 或者含木质纤维素的生物质比例越低，则该过程越快。在该阶段结束时，热 发生率上升，并且形成类似于原油的物质。
3. 聚合阶段重构和网化低聚和非网化的碳水化合物。形成结块，微观 地看挨着在原材料的大结构上，但是与上级结构的内部键合丢失，并且丢失 了强度和硬度。新形成的结构，具有较高的易碎性和疏松性，在中间过程或 最终过程中由直径为几百微米至5纳米甚至更小的颗粒组成。形成了新的碳 化合物，它与天然的碳具有相似性。它主要由不同的碳化合物以及木醇组成， 它们的含碳量增大，并且含水量和含氧量相对于生物质(干物质)来说降低。 与化石原料相比最重要的区别主要在于在液态和固态反应产品阶段存在
Maillard反应产品。
4. 稳定阶段在解聚合阶段和聚合阶段的放热流程，热发生率明显将小， 并且在稳定阶段反应逐渐停止，最终直至完全停止。
反应产品的特征，如纯净度、形状、结构、密度、强度、颗粒大小、表 面结构、组成、燃烧特性、燃烧值和能量含量与工艺或反应条件有关，也就 是说由申报产品的控制参数，也就是说过程控制决定。反应或流程控制受下
列因素影响
1. 原材料的成分和特性，包括密度、颗粒大小、湿度、纯度、含碳量、 矿物质量和酒精含量。
2. 固体和液体的比例，或者说干物质和生产水的比例。
3. 温度、压力以及这些参数的振动范围。
4. 催化剂选择、成分、浓度、颗粒大小、混合比例和加入时间。在反 应过程中较晚的时间点加入催化剂或催化剂混合物能够加速或者减慢反应速 度。以此来影响反应产品的特性。影响最终产品形状和结构的一个重要因素 是金属催化剂的颗粒大小。反应速度同时也由酸度(pKs值)决定。
5. 热交换系统和温度适应的速度、PH值、浓度比例和过程水。
6. 例如通过水解使反应混合物发生物理或化学变化。首先在转化反应中 增大密度和脆性。
7. 聚合的速度，聚合速度越快，反应产品纯度越高。
8. 混合的方式、热输入、水流速度和剪切力以及混合的时间间隔和时间占。
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9. 生产用水酸、碱的浓度，氯、硫以及它们的盐类以及金属和矿物质 的浓度，包括磷和硝酸化合物。在运行过程中和运行过程外生产用水的净化 流程。
10. 干扰物质的浓度，如沙子和阻止、减慢、延缓反应过程的物质，或者 会导致副产品或导致失效的物质。
11. 执行此处工艺流程的方法，包括强度和时间。
12. 选择、组合、保温和混合系统的共同作用和控制。
13. 选择、组合、功能有效性和过程水准备和控制的效率，包括通过增加 或减少过程水和材料来考虑适应不同的反应量。
其它工业步骤有可能是
1. 准备原材料，包括生物质、原料、催化剂和水。
2. 预处理
3. 将原材料传输至运输系统和/或容器。
4. 为各个加工和处理步骤将原材料放入相应的容器。6. 将原材料和催化剂弄碎。
7. 排除金属和干扰物
8. 用催化剂催化，尤其是酸。
9. 混合一种或多种其它催化剂
10. 生物质的预热
11. 密封，例如在放入反应容器中时
12. 放入压力容器或反应室中
13. 加热
14. 制备生产用水和空气清洁
15. 从反应室的取出反应产品
16. 从反应混合物中分离出反应产品、中间产品、副产品和最终产品。
17. 干燥所需的反应产品
18. 弄碎所需的反应产品
19. 冷却所需的反应产品
20. 调节
21. 获得能量，尤其是通过热利用获得。
在化学转换过程前后的各个步骤中，需对初始原料以及反应产物、中间 产物、副产物和/或最终产物进行处理。此处理步骤的目的在于，通过工业或 技术手段实现物质转换。因此，处理工序不仅仅理解为手动拆分或者通过剪 床进行粉碎。在本申请所述工艺中，通过使用配有少数操纵杆的可分离式电 动加热护套进行生物原料的处理和/或反应产物和/或副产物的制备，超过了 原有的配有一个磁耦合轴的搅拌混合系统，以及反应器外壳光滑承压内侧的 壁式热传导水平。其还包括，半连续或连续工艺中第9点和第10点所述的混 合搅拌系统标准和/或调温系统标准。通常，生物原料在储存前，或者转化工序前，尤其是在导入反应区前/ 后已经被粉碎。通常采用机械方法进行粉碎，首选切碎机，但最好使用带有 研磨功能的机械设备，例如碾磨机。根据初始原料以及所需的颗粒大小选择 不同型号的切碎机和/或碾磨机。颗粒的大小会对反应的进程产生一定影响。 因为颗粒越细，初始原料的比表面积就越大。反应物的比表面积越大，化学 转化速度就越快。为此，生物原料切碎后的颗粒尺寸应小于io厘米，也可小 于l厘米，还可小于2毫米。粉碎过程中的能源、时间与材料消耗量取决于 此过程的控制情况，尤其取决于初始原料的性质、颗粒大小和滞留时间。
预处理部分还包括，在pH值小于6或小于5，又或小于4，最好小于3， 也可小于2的酸性环境下或酸性介质中进行浸泡。此步骤所需的时间随着粉 碎物细度的增加与pH值的降低，而减少。因此，需在粉碎步骤后，进行酸 环境浸泡。
浸泡过程中，金属、无机物或沙砾物质以及其它干扰物会从生物原料中 分离出来。此处采用的工艺与过程，等同于生物材料和生物垃圾处理中，例 如沼气池，所设置的工艺与过程。
经过酸性介质预浸泡后，也可或早或晚的向水质溶液中加入催化剂，同 时可添加或不添加水。催化剂可由一种或多种不同的成份组成。这些成份共 同组成了催化剂混合物。催化剂成份之一可以是，例如一种酸。催化剂的选 择、组成、浓度、颗粒大小、混合比例以及加入时间均对反应进行效果起着 决定性的作用。因此，这些催化剂相关因素能够在很大程度上影响最终产品 的形状、构造与性能。金属催化剂的颗粒大小在最终产品的形状和结构上扮 演着重要的角色。反应速度则由酸的强度(pKs-值)决定。
例如，当所用颗粒小于10微米，首选为200纳米到1000纳米 最好为 10纳米到199纳米时，可提升均匀纤维状纳米结构的产出概率。颗粒越小， 新碳化物的纤维状结构就越明显。与颗粒尺寸一样，初始原料颗粒尺寸的一致性在控制反应过程，使其生成纳米结构碳水化合物方面，起着重要作用。 通过调整催化剂即催化剂混合物的加入时间，能够加快并灵活操纵反应进程。 也可根据最终产物的需要，在反应过程中较晚加入催化剂。此处也可使用无
机酸，较好是矿物酸，最好为强酸，即pKs值尽可能低的酸。所用酸及其反 应产物均应无毒且腐蚀作用小。此外，在反应产物中应尽量不可査并且其物 质成份容易清洗。常作为食品添加剂使用的硫酸，能够满足绝大多数使用要 求，因此极为适合。当然也可几种酸组合使用。亦可选用碳酸，特别是质子 酸。最好使用从酒石酸或柠檬酸中提取的二羧酸或三羧酸。无论是柠檬酸还 是酒石酸都是无毒的结晶体。两者均来自天然水果(柠檬酸来自柑橘属水果， 例如柠檬，酒石酸来自酿酒用葡萄)。作为催化剂成份的酸亦可同时用于生产 浸泡步骤中的酸性介质。此外，酸的浓度取决于pKs值，参照体积约为百分 之0.1到百分之3，百分之0.6至百分之2，最好为百分之0.3至百分之1。 对初始原料进行酸性预浸泡处理，可以缩短反应时间。预浸泡时间越长，酸 的强度越大，浓度越高，反应时间就越短。催化剂或催化剂混合物中可以特 别添加一种或多种金属。最好使用过渡金属，例如铁、镍、铜、铬、钨、钼 或者钛，其中铁最为适合。可以在反应前加入催化剂，亦可在反应过程中任 何时间加入。此外，还可以在不同的时间点向反应混合物中加入不同的催化 剂混合物，或者说不同的催化剂成份。
将生物原料与催化剂或者催化剂混合物彻底混合均匀。催化剂与生物原 料一同形成了反应混合物。可选择在反应器中完成此混合工序。反应混合物 的压縮可在反应器内部和外部分一个或者多个步骤进行。在另一方面，高度 压縮还意味着能够更有效的利用反应器空间。根据反应器的情况、所需反应 产物以及过程控制情况，决定压縮程度。预处理后，将反应混合物导入反应 器中。
例如，导入反应成份前，可先在贮压器内进行预热。所有反应物均可预热。所有初始原料特别是生物原料约加热至60到90摄氏度。通过例如导入 热能，特别是通过注入在一巴绝对压力下几乎沸腾的反应过程水、预热过的 生物悬浊液或其它水或者通过注入水蒸汽、反应过程水蒸汽或其它热能载体 的方法进行预热。也可使用热交换过程所产生的热能。
根据期望的反应产物，反应时间介于1至60小时之间，较好为3至40 个小时，最好为5至18个小时。当反应无明显热量释放时，此时即为反应时 间终点，或者说反应已结束。仅进行最低限度的预处理和/或省略预处理步骤 均可导致反应时间延长至60小时以上。反应时间主要取决于初始原料的成份 与性质。表面积越大、颗粒尺寸越小、含有的木质素或纤维素越少且碳水化 合物比例越大，在解聚阶段释放热能的速度就越快，同时形成稳定结构的速 度也就越快，相应的减少了反应时间即滞留时间。各种初始原料所需的转化 时间越短，在反应器内已开始的化学反应中加入该初始原料的时间就越晚。 脂肪、非植物、非网状物，例如动物或细菌蛋白质含量相对较高的初始原料， 其反应时间也较短。反应过程中的热能释放量是衡量转化过程是否结束的一 个指标。
根据本申请所述，温度最高可达到300摄氏度。而温度介于185摄氏度 到205摄氏度时，较为有利，较好到215摄氏度，最好到225摄氏度。
根据本申请所述，在气密状态下形成的压力，例如可介于7巴与90巴之 间。压力在11巴到18巴之间时，较为有利，也可在19巴到26巴之间，又 或在27巴到34巴之间。


图1显示了带有反应堆的装置的情况。 图2显示的是反应堆壁部剖面图。 图3显示了设备示意图。
29具体实施方式
示意图1是本申请所述反应器的纵切示意图，该反应器配有本申请所述 机组的其它组成部分。
示意图2展示了本申请所述反应器(示意图1)器壁部分的剖面图。 本申请所述设备包括一个反应器。该反应器可根据内部所进行的反应、 反应物投入量以及固体材料的种类和/或期望的反应产物，进行自由组装。至 少一个本申请所述的反应器可以是，例如梯式反应器、管状反应器、循环式
反应器、环流式反应器、膜式反应器、涡流层反应器和/或搅拌式反应器，其 可具备上述反应器的一种或多种组合特性。反应器的涡流层最好是循环式的。 一个机组内，本申请所述反应器或各种反应器的组合，可用于不同的处理时 机以及不同的处理步骤中。此外，基于压力上的要求，反应器亦可设置为贮 压器。贮压器的结构设置取决于过程控制情况和所用混合搅拌技术。
申请物品的另一个设计方案是，将反应器设计为配有循环涡流层的多薄 膜-涡流式反应器。这类反应器同时具备各种薄膜反应器与涡流反应器的优 点。在此处，涡流层指的是散积物即累积的固体颗粒，通过向上的液态水流， 使其处于流动状态。概念"流动"在此表明，(之前)的散积物现在具有了流体 的特征(例如水的特征)。在本申请所述反应器的内部放有固液混合物。当气 体或液体-即所谓的流体介质-自下而上地通过时，会巻带着微粒状的固体散 积物盘旋升起。为了能够巻带起固体微粒，流体介质必须以一定的速度流过， 该流速由当时的反应条件所决定。反应结束后，由于涡流的原因，固体物质 能够较容易地-部分固体物质甚至可以连续不断地-从反应空间中分离出来。 相应的可以不断补充新的固体物质。液体流的速度设置为，可使固体物质形 成一个稳定的涡流。在这种情况下，流体速度仍然小于颗粒个体的下沉速度。 由于周边颗粒的叠加作用，使其总流动阻力高于颗粒单体的流动阻力。这导致在流体中形成了一个具有一定表面积的悬浊层。通过向薄膜部件施加较高的压力，可以提升流体的流动速度。较高的流动速度，可将大量的颗粒从底部巻带出来，并使得涡流层上边界溶解。然而，仍有一部分涡流层的固体物质重新回到底部区。在密封区上方的自由空间内形成一股水流，在相对较大的中心内，固体以稀薄悬浮物的形式上升，而反应器器壁周围的固体则高速下沉。通过安装至少四个尽可能均匀分布在直径上并且其垂直距离尽量相同的液体射流搅拌器，同时在靠近底板上方的平面上安装辅助混合器，来抑制块状物与层边界的产生，从而使颗粒形成相对均匀的涡流。
根据实际情况，恰当的使用本申请所述反应器，特别是膜状部件的使用，可以实现下列优点
1. 由加速驱动流和液体流所产生的乱流，可在连续液体与固相弥散物质之间形成较高的相对速度
2. 频繁的颗粒碰撞和颗粒器壁碰撞
3. 密集的颗粒混合物
4. 通过流体，加快反应混合物的热交换
5. 减少沉淀现象
6. 监控剂量，例如反应过程中，水和反应物的剂量。本申请所述的反应器可具备一个或多个下列特点。
反应器可含有至少一个贮压器与至少一个固液分离装置，所以也被称为膜式反应器。反应器可以配有至少一个粗略的过滤装置和/或一个细致的过滤装置，或者两种装置结合，即组合安装在一个过滤装置中。至少有一个贮压器配有搅拌和/或混合系统，因此被称为搅拌式反应器。贮压器或反应器中所有反应区的体积总和为0.5立方米至1万立方米，或者为5立方米至2000立方米，又或50立方米至500立方米.一个机组中所有容器容量，包括贮压器或反应器的反应区、筒仓和贮藏间的总和为0.5立方米至IOO万立方米，或者为1万立方米至70万立方米，又或5万立方米至50万立方米。根据初始原料和生物原料的情况，生物原料中水分含量可达到总重量的百分之九十五或者更高。出于上述原因，将排水过程与转化反应串联起来是十分意义的。高水分含量和低容重的原因，限制了许多生物原料，因此反应区内的初始固体含量约介于百分之5至百分之三十之间。由此得到的反应产物产量与整个反应区体积相比，仅为单位百分数。此外，还需要使用相对较大的反应空间。通过串联多个贮压器，可解决此问题。通过连接多个贮压器或反应器，例如阶梯式反应器，和/或组合不同类型反应器，能够使滞留时间的分配更加合理化，还可通过完善流程操控，来提升转化率。与此同时，还能够满足各个反应阶段与步骤的不同要求。例如，在管式反应器中能够更有效的进行热交换，在搅拌罐即搅拌式反应器中能够更好的进行混合和返混操作。通过将反应器的总容量分摊在多个贮压器上，来改善单个机组组件，包括贮压器的运输能力。同时，通过连接多个反应器或贮压器的方法，更容易实现连续或半连续反应过程。至少一个贮压器用于吸收反应器中生成的或含有的压縮气体，并将该贮压器集成至机组中。
通过持续的析出或者抽取某个反应物，例如反应过程中的水，可以提高该过程中固体物质的含量。随着反应的进行，固体物质的含量能够从初始的，例如百分之15提升到百分之20至百分之30，较好提升到百分之31至百分之45，最好提升到百分之46至百分之70。同时还能够降低反应过程中，每个反应器内反应物的体积，使原料的转化速度加快，并对比反应体积得到较高的产出率。此外，可以串联多个反应器，彼此间例如通过阀门分隔开，针对性的在贮压器中填充或填满新鲜原料、反应物或催化剂，以提高传输率。可在基本操作条件下，将反应混合物从一个贮压器中转送至另一个贮压器中。反应器以及所有与反应物进行接触的设备表面和设备部件，包括调节阀和管道，均由耐高温、抗腐蚀的材料制成，而且最好使用贵重金属。此金属的质量与下述膜式部件中所用金属的质量类似。反应器器壁厚度可承受7巴至20巴的压力，比较好的能承受21巴至30巴的压力，最好能承受30巴至40巴的压力，同时还需承受160摄氏度至230摄氏度的高温，较好至260摄氏度，最好至300摄氏度。温度，至少在一个贮压器、反应器或设备组件中的温度，至少应在两个以上的反应周期内，维持在40摄氏度至90摄氏度以上，较好维持在60摄氏度至70摄氏度之间和/或高于1巴绝对压力下水的沸腾温度。出于上述原因，人无法长时间的、无后顾之忧的、直接触摸与反应混合物有直接接触的容器器壁。任何一分钟以上的接触，均需借助工具、绝缘材料或者辅助设备的帮助。
本申请所述的反应器含有一个垂直的圆柱体基座。其顶端可设计成蝶形封头。在上部，较好在上半部，最好在上端三分之二部分，略微呈圆锥状，越向下则直径略微增加。锥形面与反应器轴线的角度至多为45度，较好小于40度，最好小于35度。为了将流体的流动干扰降至最低，可将过渡部分，例如从器壁到封头部分，设置为弧形。反应混合物入口管状接头的位置是可变动的，例如，可位于贮压器的上半部，较好在上端三分之一处。可通过一个阀门、公共部分、排出管接头进行输送，该排出管接头大致位于锥面的中心。各组成部分和管状接头均焊接在反应器上。顶盖可安装凸缘。优先使用的液体射流混合器和全射流喷嘴，其直径与高的比例约为1比2至1比3，也可以是1比4至1比5，又或为1比5至1比6。
膜式反应器是一种化学反应设备，至少其能够配合一个化学反应，使用膜分离法或固液分离法。此外，还可将这两个操作过程紧密地连接起来，形成协同作用。并且将此二者安置在一个单独的容器中或机组中。在化学反应中，反应混合物至少有一种成份会发生转变。膜式反应器能够有选择的将反应产物、中间产物、副产物和最终产物从反应混合物中分离出来，便于离析物的监测与浓缩。通过固液分离法将反应产物、中间产物、副产物和最终产物特别是水，持续的或间断的从反应混合物中离析出来。此操作能够显着的提高转化率。此外，移除气态物质尤其是可溶性氧气，不仅对反应历程极为有利，而且还能大大的降低腐蚀作用。由于物质的成分与性能包括密度，产生了化学变化，尤其在聚合反应阶段，使得固液分离变得更加容易。分离后，可以得到固体浓度较高的反应混合物。根据固体含量以及转变过程所处的阶段，将反应混合物转移至环流式反应器中。在这里，反应混合物经过径向内切面涌向轴线的第一个方向，并且还经过径向外切面流向与轴线相反的第二个方向。使用环流式反应器时，为了加快热交换速度并且为了尽可能的增加反应器直径，可安装内置管道，例如配有热交换元件的管道。该内置管道也被称为导入管或引导管。引导管的直径尺寸直接影响着环流的摩擦损耗和换向压力损失。在相同长度下，直径降低，这些值则增加。但是，若加大引导管直径，又可能导致环流中断。因此，导入管直径约为反应器直径的四分之一到三分之一，至多为二分之一。导入管可安装在反应器底部直径约三分之一处，最好为四分之一处。
在反应混合物中，还存在还原比例的问题。由于在酸性环境中，腐蚀性物质如氯气、高温以及压力均可造成容器表面(反应过程中与反应混合物接触的表面)出现腐蚀现象。尤其在长期使用过程中，由点状腐蚀造成的磨损现极其明显。为了将腐蚀现象减小到最低限度，可根据容器的直径，要么使用固定安装的膜式部件，要么使用透水性柱体装置。
膜式部件由穿孔元件，最好是金属板组成，可透过该元件输送气体和液体。与上述部件相同，透水透气的柱形装置大多数情况下也由穿孔的金属材料制成。净化过的溶剂或纯净水可由此流入反应区。使用膜式部件还是透水性柱形装置，主要取决于当时所用反应容器的直径以及加工过程中的公差，还有反应器的形状和抗腐蚀性。塑料、金属尤其是硬质合金、陶瓷材料、聚四氟乙烯和贵重金属，最好是膜式部件所用的贵重金属均可作为生产原料、涂层材料或者基底材料。涂层通常大于拆卸式聚四氟乙烯柱形装置，与其在实验室压煮器中的用法一样。涂层的喷涂可采用化学方法、机械方法、热方法和热机械方法。此外，所用的喷涂材料、基底材料和/或增附剂可以为气态、液态、固态或溶解形态。优先采用电镀工艺或火焰喷涂工艺，例如高速火焰
喷涂(HVOF)工艺。电镀法也属于涂层喷涂技术之一。
机组中一个或多个容器的内部可配以柱形装置进行电镀。特别是可以在反应器内壁上安装膜式部件。柱形装置通常为圆柱形，其上配有一个网格即网状结构，或金属连接片。
另外，采用激光焊接技术，在反应器或柱形装置的外不锈钢层或者内不锈钢层加装一个类似热交换板系统的不锈钢护套。不锈钢护套在内部压力的作用下扩展开，形成均匀的腔体。各种媒质均可通过该腔体导入。这些媒质亦可充当载热介质，其中包括充分净化过的反应过程水、新鲜水、水蒸汽或导热油。
为了减轻朝向反应区一面的不锈钢护套上的压力负荷，安装了一些装置，其能够最大限度的降低腔体与反应区之间的压力差。通过在不锈钢护套上激光钻孔，以避免或降低腔体内的压力差。孔的直径和形状与膜式部件或柱形装置上的相符。应尽可能的加大孔间间距，避免媒介物进入到反应区中。
护套和柱形装置上的孔，其间距至少为10厘米至20厘米，或者至少为60厘米，又或至少为150厘米。通过护套循环附近的正压，媒介物可经过孔进入到反应器内部或者进入反应器器壁与柱形装置之间的腔体内。通过采用激光焊接法连接各个焊接区，可形成强制压力，确保调温介质能够均匀的分布于护套中。调温系统附近的压力超出反应器内部压力至6巴。柱形装置的外壳直接置于贮压器的内侧之上。另外，也可以放置穿孔网格或穿孔连接片。柱形装置上规则地分布着直径约为20微米至70微米的圆孔。
使用电镀过的金属板时，为了在单面和/或双面进行电镀，和/或磨损现象出现后，可通过焊接法、最好是激光焊接法安装一个内护套。为了将内护套同时作为调温系统使用，按照上述柱形装置外护套的方法制造空腔体。内
护套的厚度为1毫米到1.5毫米，也可以是1.5毫米到2毫米，又或2毫米到2.5毫米。尽力减少压力损失，并且入口管接头与出口管接头的数量和尺寸降至最低限度。
柱形装置或膜式部件由钢尤其是不锈钢和奥氏体钢，最好由6号、7号和8号加铬钼钢，又或双相钢制成(德国工业标准标号包括1.4571 (1.4404)、1.4435、 1.4539、 1.4439、 1.4462、 1.4529、 1.4501)。根据反应条件的需要，使用例如铜镍合金、高钼含量的镍合金，如2.4610，以及钛。柱体的壁厚需能承受2巴的压力差，较好能承受4巴，最好能承受6巴的压力差。
特别是在底面或器壁部分，由于沉积作用与地球引力的影响，导致固定组件容易出现结块和堵塞现象。这不仅阻碍了热交换，还加大了与反应混合物内离析物的接触困难，同时增加了反应控制难度。因此，需对安装在这些部位的膜式部件进行专门的处理，特别是底面与器壁部位，以及锥形区，最好在底部三分之一处，尤其是容易出现沉积物和结块体的部位。可通过例如按一定的间距有规律的钻孔的方法，进行板材处理，孔距低于10毫米，也可低于6毫米，又或低于4毫米。
膜式部件上或柱形装置上的圆孔均由激光器在元件或部件上钻出，且其直径介于200微米至10微米之间，或者100微米至20微米，又或50微米至25微米。圆孔最好呈漏斗形，即出口直径至少应为入口直径的两倍。由此，可形成分散的水流，从而优化导热性能。圆孔的轴线与反应器轴线几乎平行，和/或垂直于多孔膜式部件的表面。加热过的或冷却过的且充分净化过的反应过程生成水、新鲜水或水蒸汽在腔体正压的作用下，通过这些孔进入到贮压器内部。因此这些孔可以作为喷嘴使用。上述液体还可同时充当调温媒介和动力媒介。反应过程生成水或新鲜水在输送中必须通过孔或者热交换系统进行充分的净化。净化后，可达到工业给水和/或锅炉用水的标准。
在反应器器壁与膜式部件之间有一个隔绝反应器内部空间的密闭腔体， 此腔体用于输送溶剂、水或水蒸汽。从孔中流出的反应过程水的正压值应始 终维持在较高水平上，避免出现反应混合物的渗透现象。膜式部件或柱形装 置器壁的厚度必须满足内外两侧压力差的要求。将膜式部件以及其与贮压器 器壁构成的腔体划分为几个区域，该区域例如在圆锥部分或底面部分具有同 心表面。之后，标以不同的压力等级加以识别。该压力等级的制造，例如可 通过阀门或单独的水泵系统来完成。以此预防因重力作用形成的沉积物和结 块体。当压力相同时，可通过选用适合的圆孔直径，获得类似的效果。例如， 在沉淀现象严重的部分，此处的圆孔直径应较大。
贮压器内部，特别是底面与圆锥部分，控制阀门以及其它与反应混合物 接触的部件可选择使用涂层或者其它材料对其表面进行防腐处理。这可通过 降低表面粗糙度予以实现。在标准的预加工程序后，选择性的或补充性的采 用烧蚀制造工艺进行表面处理，或者电化学腐蚀法，又或在针对某种材料特 制电解质中进行金属阳极腐蚀。
在化学转化反应中，百分之5到百分之34的反应物内能以热能的形式释 放出去。该能量可通过热交换装置用于过程或者机组内外其它需要热能的工 序中。过程或机组之内，该热量可用于例如生物原料或反应区的预热。过程 或机组之外，该能量可用于房间和机械的供暖或者作为其它过程的启动热量。 在调温系统的帮助下，不仅仅能够导入化学转化反应所需的启动热能，还能 导出在放热反应中释放出的热能。以此防止热点失控，从而烧穿反应器。至 少使用一个，最好使用多个调温系统或者组合使用各种机械动力的、电动力 的或化学动力的调温系统。与下面提到的过程水处理系统相比，反应器的调 温系统由，例如一个双层壁结构、 一个旋紧式加热体、安装在反应器上的加 热蛇管和冷却蛇管，即加热片和冷却片或者焊接在外壁上的半蛇形管组成。根据设计形式和所选材料，还可包括例如，热交换板系统。最好使用过程水 和/或导热油作为调温系统(流动的且密封在反应器内部)的热载体或者调温 媒介物。
调温系统的组合、定位、设计与调节均需视反应情况，尤其是初始原料 成份而定。反应器内外所有的过程水处理系统均因调温过程的需要而设置。 该系统一方面用于外部热交换过程，即反应器以外的热交换过程，另一方面 用于导入温度适宜的过程水充当搅拌机、泵和/或喷管中的稀释剂、导热介质、 吸入介质或动力介质和/或充当液体喷射泵吸入的媒介。同样的，过程水与新 鲜水的混合物也可用于优化反应调温过程。此外，还能优化过程控制，例如， 降低某些无机物和杂质的浓度。导入调温介质具有很多优点，特别是，在温 度要求严格的部位喷洒温度适宜的水或再生过程水，以调节其温度。此外，
还可通过过程控制来调节温度。除了初始原料、pH值、样品预备工作和催化
剂的配合外，根据初始原料的转化特性，延缓导入时间，也是温度控制的一 个重要因素。
在生产工序的运行过程中，初始原料确切的说，反应混合物的粘度、密 度、大小以及其他特性均发生了改变。这些变化为含碳初始原料的化学反应 变化与结构变化，详细的说，初始原料的解聚反应以及随后的聚合反应。由 于反应运行过程的不同，对混合工序的要求亦不相同。根据反应所处阶段、 初始原料情况、固体物质的浓度和反应产物的要求，尽力使混合物和/或分布 流量均匀一致。为了更好地进行热交换、增强与离析物间的接触，并且为了 更好地分解网状纤维层，例如木质纤维素层、使反应物特别是催化剂混合剂 和生成气体的反应混合物分布得更加均匀，应连续的或间歇性地进行巻扬或 者悬浮操作。同时，该操作还能使沉淀物溶解、松散并防止附聚物和漩涡的 形成。总而言之，能对反应产生积极影响。也就是说，搅拌越彻底、越均匀， 转化反应的进行速度就越快、反应产物的品质就越稳定。因此，在反应区内至少安装一个或者安装多个混合系统(带/不带移动式部件)，最好各种混合 系统组合使用。还可在反应区内安装一个或多个搅拌器，或者各种搅拌器的 组合充当配有移动部件的混合器。搅拌器至少配有一个轴，最好配有两个或 多个轴，这样便可通过同一引擎和反应器接口驱动其它搅拌器。此类搅拌器 的优点是，参照能源输入或者混合时间，其能量需求较低。而其缺点除了成 本较高外，主要在于，与混合系统相比，此类搅拌器容易损坏且维修要求较 高，反应区内无可移动部件。
液体射流系统包括液体射流混合器、液体喷射泵和喷嘴。通常情况下， 该系统无可移动部件，因此维护要求较低。液体射流系统可作为混合系统使 用，因为其通过动力媒介物(亦可作为加热或制冷媒介物使用)将动能导入 反应器内，从而使反应器内的物质均匀的悬浮于其中。液体射流系统还具备 其它优点，包括结构尺寸小、流体的流动干扰低且无需安装密封系统。传统 搅拌系统中常用的折流板在此处是多余的，因为在此类系统的使用过程中， 不存在使用折流板的水流死区。同时，此系统还能减少漂浮物(漂浮的固体)， 降低了气体的吸入危险。液体射流系统的用水可以由一个或多个过程水蓄水 容器供给。它们彼此独立，并且容器内动力媒介和/或调温媒介的剂量均相不 同。最好连续的和/或间断的将动力媒介和/或调温媒介导入均匀的悬浊液中。 液体射流系统，特别是液体射流混合器必须安装在能够形成液体流(例如，
以垂直循环流动的形式)的位置上。在直径-高度-比例大于h2的反应器中， 循环流也可以采用例如8字形或者适合其高度的其他纵向垂直环流。液体射 流混合器应安装在上半部分，最好安装在上端三分之一部分，使动力流与反 应器轴线几乎平行，指向下方。对于大型或者较高的反应器，尤其是直径-高度-比例大于1:3的反应器，可串联多个液体射流混合器，且安装在 同的 高度上依次连接，使得下游混合器能够加速运转。当直径较大时，特别是超 过一米时，可将多个液体射流混合器安装在纵轴上，使其能够在一个方向上加强动力流的效果。如果在同一高度上安装了两个以上的液体射流混合器或 液体喷射泵，动力流指向反应器底面的液体射流混合器的数量需一致。在略 高于底部即圆锥部分安装一个或多个液体射流混合器，使得水流沿切线方向 通过底部即圆锥部分器壁运动。在底部即圆锥部分的中心，紧挨导入管接头 处安装一个或多个液体射流混合器，使得水流沿切线方向经过底部即圆锥部 分器壁指向上方。
通过液体射流系统的涡流使固体改变其凝结状态。通过使用粉碎设备， 在涡流最大的区域，特别是进口，吸入口或出口处，使块状形成物和块状物 相互抵消。在进口或出口位置为避免发生阻塞现象，可以使用工艺水，但工 艺水只能进行粗略清洗。可以使比如滤网，过滤器和膜片进行粗洗。如果没 有储备量或只有很小的储备量，可以使用准备的发泡剂和温度调节剂，与使 用工艺水清洗相反，它可使粗洗可以更快进行。在有堵塞和沉积危险的搅拌 器的进口及出口处，应开放水流循环装置和/或安装可短期流逆转的机械装 置。为了控制喷嘴。可使用直流测量仪，压力计和阀门，例如可以通过压力 变化对于淤塞产生反应。使反应混合物进入有堵塞和沉积危险的搅拌机的入 口，或出口处，可以通过分流输送实现。通过分流输送，混合物一部分可从反 应堆处被直接吸入，而另一部分可从反应堆上部被吸入并粗过滤。分流输送 可通过阀门进行控制，因此，比如，在有操作问题或在液体过少的情况下， 发泡剂会有所减少。
喷嘴可以在容器内部空间指定的位置使用。在容器的内部空间里也可以。 这些包括压縮空间区域，在那里沉淀物会得到抑制。在所有的液体射流系统 中，与反应堆内部压力不同，存在持续不断的差压，这些压差是用来避免搅 拌器，泵和喷嘴中反应混合物的回流。流动速度减慢或停止会加速固体反应 产品的沉积和沉淀，从而增加了反应器下部的沉积。
在化学转换过程中可能会在反应堆壁上，或反应混合物接触到的电枢和零件上产生沉淀和附着。如果不降低启动温度，可根据反应堆含量的转变在 其他压力容器或反应堆中进行清洗。清洗装置可使用可移动和可控的高压喷 嘴。设备结构紧凑封闭，可通过手孔，闸门或阀门将物质引进到内部空间。 清洗过程可通过直接目视检査，或通过一个或多个摄像机进行监测。对清洗 装置也可以从外部进行远程控制。可以对压力和温度进行设定，以达到最好 的清洗结果，并且以不损害内部结构和涂层为最佳。特别是干冰辐射器更适 合对表面进行清洁干冰颗粒与压縮空气以300米/秒的速度加速，将高动力
能源打在被污染的表层上。冷却到零下80'C，污染层收缩变脆。与此同时， 干冰颗粒蒸发和膨胀700倍，将污染物从表面摧毁。通过使用干冰辐射器进 行清洁，可以降低过高的成本，而且也不必考虑清洁剂的处理问题。污染的 有机溶剂和卤化烃是多余的。干冰颗粒可完全消散在空气中，它还有另一个
重要的优势可以不必对设备零件进行外部清洗。干冰辐射器最好是作为一
个潜水进气系统来使用。它是通过手孔将物质从中心位置引进到反应堆和支 撑系统中。在旋转喷射系统的帮助下，干冰颗粒指向需要清洁的位置。
作为液体喷射混合器，泵和喷嘴的推进剂，液体或气体的介质，如水， 回收的工艺水，或气体，蒸汽等都可以得到使用。工艺水直接离开反应堆后， 被筛滤，它可使搅拌器，泵和喷嘴不会被堵塞，也可使反应堆，管道，水泵， 阀门的构件和其他组成部分的磨损减少到最低限度。在换热器的帮助下设置 推进剂的温度，使其能够控制过程温度。启动-/温度调节剂在反应堆外部， 或在与反应堆内部类似的压力下使用。如果不使用工艺水的温度调节功能， 在反应空间外部就会有和其内部类似的反应温度。可选的工艺水可以是新鲜 水，蒸汽或来自其他过程的水，发泡剂，加热剂或冷却剂。
工艺水中包含的物质与原材料和过程管理有关，包括催化剂。通过程序 条件的分解溶解到以前与生物量有联系的物质中。大量元素，包括氯，硫， 硝酸盐，盐类以及金属，特别是重金属和矿物质，碱，如钾或钠及其盐类，在化学变化过程中以一定比例处于水相中。不在液相中的物质比例，也与浓 度落差有关，也就是说，与己经在液相中存在的浓度有关。随着浓度提高，
物质会饱和。因此，无机物质和无机化合物，如，硫酸盐和氯化物可以作为 盐类失去效用，通过过程管理和反应堆组成部分产生负面影响。有机碳化合
物的比例在液相可达到每升50多克。工艺水的CSB值高达五位(毫克氧/ 升)，由于没有被回收利用，所以明显超过了法定限度。化学需氧量CSB从 广泛的意义上说是所需的氧气量，可以理解成是被化学氧化的物质有机成份 的总量。
与原材料的水分含量和过程管理有关的，如固液比率，10%到35%，也 可是35%到60%，或甚至是60%到85%比例的工艺水可以再使用。工艺水几 乎可以被完全回收使用，这也叫做工艺水循环关闭或循环限制，其目标是节 约新鲜水的消耗和减少排放量。除了积累有机碳化合物，还应丰富无机物质， 如硫酸盐，硝酸盐，钙，氯，磷及其化合物的含量。无机的干扰物质浓度可 以加速腐蚀。水垢在反应堆里会干扰流量，同样也会损坏电枢设备，如水泵， 阔门和喷嘴。因此应提高对反应堆的规划。硫酸盐在此可能会失效。积累和 饱和的速度取决于原材料的物质组成和过程管理。
化学转换过程通常需要几个小时。在这段时间内，复杂的化学过程随着 物质的变化而产生变化，所以应考虑如何优化流程管理。不同类型的生物量， 在转换过程的前两到三个阶段被间歇运送到设备中。但根据所需的反应产物 可在反应产物的最后两个阶段结束时扣除。发泡剂或温度调节剂如煤气，水， 特别是工艺水和/或工艺-/合成气体或催化剂，在进行过程中会有所减少或增 加。特别是应去除副产品，因为它不仅影响化学反应的流程，还干扰了物质 的流动。
可以使用不同的方法将固体物质，特别是固体反应产物从反应混合物中 分离。固液分离的方法用于使物质从液相中析出，从而达到固体成分的饱和浓度。分离固体物质，有各种不同的筛选过程(粗筛选，细筛选)，应借助旋 流器使过滤过程和/或离心分离过程相结合，以达到最佳效果。为减小过滤或 筛选过程中的消耗，在预处理的阶段就应该完成一个或多个过滤或筛选过程。
至少使用粗过滤或细过滤，或两者结合也可以。通过过滤过程，特别是 微型过滤和/或超滤方法或两者结合，三分之一到三分之二的有机碳化合物可 以从工艺水中被去除。固液分离首先应在操作条件下进行，通常也可通过使 用滤纸在实验室条件下使用。使用方法的选择取决于包括化学成分，颗粒大 小分布，密度，颗粒形状，强度和溶解性，还包括使用电流和充电，密度和 离心力，以及各种颗粒大小等。
用于固液分离的设备包括动态，静态，真空，压力和消毒，特别是交流 过滤，包括微型过滤，超过滤，纳诺过滤和反渗透过程过滤。使用设备时， 水流旋流器，离心机，分离设备的基本程序或功能原则和/或过滤程序都得到 应用。其中首选的过滤方法包括，在反应条件下使用热液碳化程序。进行固 液分离，尤其是使用旋转圆盘过滤器或离心机过滤器时，这些方法尤其适用。 最佳的材料是由金属，特别是陶瓷构成的。孔型材料的形状最好是圆形。按 照应用的过滤方法及使用材料，过滤器的孔径大小和固体物质的数量不总是 成比例的。对于过滤成分来说最适合的是使用陶瓷材料过滤。物质以水相被 运送到工艺水水库，过滤或未经过滤的工艺水准备器中。因此选择分离程序 与过程管理和所期望的反应产物有关。越先进的程序，反应产物的密度越高， 越容易分离。分离最好遵循操作条件。使固体物质的数量减少， 一般使用成 比例的孔径即可，但也可以通过使用超过滤的方法来加强过滤效果，如可超 过一般效果的三分之二至五分之四。在这个过程中，用于固液分离的一个或 多个设备，可消除沙子和其他高密度或高重量的杂质，在生物量的处理过程 中，将其分离。特别是净化工艺水时，可作为辐射剂被使用，使用固体离心 分离的原则对水泵，搅拌机和喷嘴也可以起到很好的保护作用。在过程中，与反射器上半部的一个或多个点，可以是从上部三分之一处， 最好从上部的四分之一处，准备排出工艺水。该工艺水在设备的水循环中再 次得到使用。至少有一个，最好是有几个工艺水水库，可用于单独的反应堆 或几个相互关联的反应堆，还可为设备的其他系统使用。工艺水水库有不同
的净化步骤。个别或总的工艺水水库容量，大约为所有反应堆总量的35%至 85%。该工艺水库与反应堆温度及压力承载有关，所以减压设备和热交换设 备并不是必需的。工艺水净化在上述装置中一体化。使用工艺水时，各种清 洁或准备过程是必要的。此外，各种机械，化学和生物过程和设备可单独或 共同使用例如需氧和厌氧的高效生物反应，生物膜反应，厌氧过程等。在 与工艺水循环一体的，或连接的上述过程和设备中，有机化合物成分在流通 水中大大降低，工艺水的回流量与浓度，与有机质和高碱金属或矿物质，如 钙离子等是有关的。要使更多的工艺水回流，可以采用不同的方法和设备。
机械设备的污水处理设备是一个过滤器，最好使用微过滤，但以超过滤 为最佳，这些与上述固液分离方法是一致的。应在固液分离装置中安装过滤 器，或旋转圆盘过滤器，最好是离心分离过率器。工艺水和废水的生物处理 过程中应使用能满足最复杂的清洁要求的装置。例如，在高效生物反应器在 生物膜过程中，尤其在需氧的工艺水处理中，或在环流反应器中都可使用。 该环流反应器应通过强力混合喷管来进行固液和液相的混合。或者除了需氧 过程，反应器在厌氧处理过程中或逆转电透析(电渗析逆转)，特别是为了获 得硝酸盐，可使用蒸馏，蒸发和/或离子交换程序以及活性碳激活等方法。
气味负载不仅对固体的存放和运输有要求，还对装置，建筑和输送设备 的规划有所要求。气味负载的强度随着存放时间的长度而增加。建筑以及存 储空间和运输空间，特别是用于燃料存放的，应采用空气以及气味密封的设 计，使承载气体污染物无法泄露。建筑的入口处应用阀门进行密封。还应安 装一个或一个以上的化学和/或生物空气净化设备，这样的气味负载对员工，供应商和当地居民的危害才能减低到最低限度。
在低于沸点温度的绝对压力下，应使反应产物冷却，这种情况通常发生 在反应空间之外，也可能是发生在刚刚停下的机器装置中。在此释放出的热 量能源可以通过热量交换程序为其他过程提供热量。
在这一过程之前，中间或之后有一个或多个粉碎步骤。这些步骤方法在 研磨机或冲压程序使用较多。
反应混合物的气固态分离通常先在机械设备中，然后在热分离设备中进 行。静态增稠剂的使用避免了在重力影响下水分含量的减少，在此可以使用 液面增稠剂或其他增稠剂。流入量的自动控制可以通过剂量设备进行控制调 节。如果容量相对大，仪器也可以通过调整剂量，使混合物变稠，或将其平 均分配给多台机器。该增稠剂也可以直接用于干燥设备。干燥设备的锥形设 计可以使其直接接收送入的混合物。适当地调整生产过程的规模，可避免进 行外部安装。增稠的混合物经过拱形的的网面或经过弧形网。由此产生的离 心力可将部分液体通过网槽挤压出去。增稠的混合物在网道的末端融汇到一 起，输送到干燥设备。另一个机械分离方法是采用水力旋流器，通过水力旋 流器离心力将固体和液体分离。增稠的混合物被输送到干燥设备中，经过处 理的或纯化的液体流入到水力旋流器。通过调好的增稠设备和剂量设备可以 保障混合物持续优化地流入到干燥设备中。使用离心机进行干燥是很重要的 一种方法。因为离心机不仅具有较高的安全性，还能够去除和清洗固体颗粒。
除了机械设备，干燥的主要能量来源是设定好的，使用热分离程序进行 干燥更受欢迎。每次需要干燥的物质注入量应超过一公斤。这种批处理过程 是持续不断进行的。至少要使用一个或多个干燥机或通过不同设备组合对物 质进行分离和/或干燥。对反应产品和/或附属产品进行干燥处理，可使用如 对流干燥机，这一方法应使需干燥物质与干燥气体相接触。这一方法的不利 之处是，气体会有所流失，因为它通常会被吸尘机一起吸走。但在适当情况下，气体也会在水分凝结后再次出现。可使用对流干燥机，如流化床干燥机， 同样，还可以使用喷雾干燥机，干燥塔喷嘴或与根据颗粒大小进行调节的电 动干燥机。其优势是可持续使用，也可在一个或多个圆筒状或隧道状的干燥 机上同时使用。
使用接触干燥器，本质上只有通过接触面积方可实现传热。这一类的干 燥机包括皮带-，真空皮带-，滚筒-，螺杆-，气缸-，滚轴-或带状干燥机，其 中使用最多的为真空转鼓过滤机或烘干机。为了尽可能降低水分含量，可以 通过传输率交替或补充使用盘式干燥机。还可通过热气体介质进行干燥，如
温度为61至95摄氏度的空气，65至90摄氏度更好，但以70至85摄氏度 为最佳。另外，尤其是在热干燥设备中，气体除了空气以外，最好使用极热 的水蒸汽，而最理想的为130至180摄氏度的水蒸汽。
可以使用组合的机械热量流程来进行分离和干燥。机械热量流程的优势 在于，与比较传统的程序相比较，它可明显降低产品的残留水分，通过与细 颗粒或纳诺系统相结合，达到更好的产品输送能力。它的另一个优点是，反 应产物中的不纯净物可以通过凝汽被去除。使用蒸汽可进一步脱水，它还可 提高与其一起工作的过滤器离心机的机械性能。同样，机械装置通过冷凝和 惯力，还可使最小的反应产物甚至小到纳米或粗毛细管大小的物质都几乎都 能得到完全排空。在这个过程中，使用该机械装置的一个例子就是蒸汽压力 过滤机。它使用压縮空气代替饱和或过热蒸汽，来为气体进行差压脱水。其 首选是蒸汽—压力双效离心式脱水机。蒸汽压力机和离心式脱水机的结合改 变了反应产品的紧实度，可使其从悬浮液直接进入到程序空间，成为干燥纯 净的终端产品。
反应产物的剩余水分含量下大约为6至26%， 10至20%，或12至15%。 在转换反应发生后，反应混合物成为悬浮液。根据不同的原料和生产管 理程序可产生下列反应产品，中间产品，副产品和/或最终产品泥煤燃料，褐煤燃料，与石煤类似的燃料，腐殖质，梅拉德或与梅拉德类似的反应产品， 含碳材料，如绝缘物质，纳诺海绵，纳诺珠，纳诺光纤，纳诺电缆，活性或 吸附碳，烧烤煤炭替代物，高密度碳产品和材料，特别是用于石墨的原材料 和含石墨的类似产品，以及碳纤维及用于合成或纤维增强的复合材料。
纯煤-，最纯煤-和与超纯煤类似的物质都属于这一类产品。他们有一定 的性能优势，尤其是从减少矿物质和原材料的消耗上来看。纯煤是煤的主要 燃烧部分，最纯煤可以作为活性煤来理解。超纯度的煤，其矿物质含量小于
0.1个重量百分比。
图1显示了带有反应堆2的装置1的情况，反应堆2由圆柱形主体3构 成，它包围着反应空间4。反应空间4用于接受固体/-液体混合物，比如生物 量。反应堆2上有可用于固/-液混合物进出的进口接管5和出口接管6，由此 来自反应空间4的中间产品，副产品和最终产品的可以流入或流出。反应堆 还是一个混合固/-液混合物的设施。这里显示的装置是搅拌器7，使用搅拌机 可在处理和/或加工过程中混合固-/液混合物。反应堆2上还显示了圆柱形的 导向管道和插入管道8，固-/液混合物的流动在反应空间4中得到操纵和控 制。此外，反应堆2上还装有非机械搅拌装置，液体射流混合器9。反应堆2 上还装有过滤装置10，利用它可抑制反应空间4中的固体成分。过滤装置10 和管道ll，可以从反应空间4去除工艺水或使用水，并输送到蓄水池12。使 用水可以通过管道13，液体射流混合器9，再次将固-/液混合物输送回反应 空间4，或通过高效过滤器14将其作为纯净水输送到蓄水池15。从蓄水池 15可以进一步将纯净水通过管道16输送回反应器，或者通过管道17将污水 输送出去。
图2显示的是反应堆2壁部剖面图。该反应堆壁20为双壁结构，反应堆 壁20是由外壁层21和内壁层22组成。内壁层22位于反应空间4边缘，并 配有膜片23，如，它可以是穿孔的金属片或膜片金属片。膜片23可通过焊接挂在反应堆上或固定在内壁层22上。外壁层21和内壁层22是相互隔开的， 因此在这两个壁层之间有一个空腔24。在空腔24中有比如热油，它可以从 热能转移到传热设备上。热油被加热，并流入空腔24，使反应堆内部空间得 以加热。这是一个封闭循环。热油相对于水的优势在于它的沸点要高得多， 因此，甚至可达到300'C的高温。另一个空腔25位于膜片23和内壁层22之 间。该空腔25用于接受纯净水，也可以作为加热系统使用。膜片23可以是 膜片金属片或穿孔式换热板，在空腔25的压力至少应略高于反应空间4的压 力，所以，没有任何反应混合物成分可以达到空腔25。由于反应空间反应条 件极端，内壁层22尤其是膜片23都要为耐腐蚀材料，或至少涂上这种防腐 材料。
图3显示了设备示意图。
在设备里产生的燃料或反应产物的燃烧，与燃料类型有关，如，在颗粒 炉灶，颗粒锅炉或燃烧器里燃烧。
能源生产的调整，如，调整燃烧设备，使其燃烧板的形状和大小应与灰 含量相适应。由于在设备中灰含量较少，所以燃烧板直径一般比较小。为了 防止在燃烧板上结块，还应在燃烧设备中配备可从燃烧板上自动清除灰的装 置。
能够进行尘埃形态燃料能源生产的，包括燃烧灰尘的设备，有蒸汽涡轮 机的燃煤发电厂或超临界的燃煤发电厂(超临界燃煤发电厂)。为了实现高效 率燃烧，燃烧过程温度可能超过600摄氏度，或超过650摄氏度，在个别情 况下甚至可超过700摄氏度。进一步提高高温区的效率可以通过如使用现代 发电技术，因此，组合的燃气-蒸汽涡轮程序可以以最高的发电效率发电，它 可高于一般发电水平的43%，或46%，有时甚至可达到49%到55%。
整体气体循环和一体煤炭气化的概念对于组合程序来说是非常适用的， 这些概念尤其适用于流化床燃烧，承压固定流化床燃烧(DWSF),以及使用有压力碳尘燃烧(DKSF)的组合发电厂。
燃烧过程应在一个气体入口温度大于1000摄氏度，最好大于1200摄氏度，大于1400摄氏度为最佳的情况下进行。该高温气体清洁的特性是，可使粒子成分和具有腐蚀性的成分，特别是钠化合物和钾化合物，及有害气体大大减少，烟气可直接运送到气体涡旋机中，在此最好充分利用烟气的低温等离子性能。
通过在设备内部安排一个烟气分离器，可以使粒子含量小于3毫克/立方米，直径小于3微米，碱含量小于等于O.Ol毫克/立方米。
另一种发电或产生尘埃能源燃料的方法是利用碳燃料电池。碳燃料电池与氢燃料电池相比较有两个关键的优势首先，碳分子的充电状态是氢分子的两倍大。在气体量反应之前和之后，碳燃料电池的大小不变，氢燃料电池的大小却有所变化。这意味着熵在第一种情况下几乎不会改变，原来的总热量值可以完全转换成电能。因此，碳燃料电池的利用率在理论上比氢燃料电池要高60%。但问题是需要达到所要求的碳粒子密度。使用该设备就可以利用碳燃料电池生产颗粒直径为纳米范围的类似炭燃料。
还可以联合使用能源生产装置，特别是涡轮机，尤其是蒸汽涡轮机或燃气涡轮机。生产可再生能源也可使用涡轮机，特别是蒸汽涡轮机或燃气涡轮机，还可使用风力发电系统(DWPS)。压縮空气在空气存储器里解压。然后压縮空气会被导入到运行的涡轮机中。通过压縮气体的导入，在运行的空气涡轮机中的效率可提高百分之2%到200%，或40%到170%，有时甚至达到60%到150%。
通过使用该设备燃料产生的能源，至少部分能源，特别是热和/或电能源，在下列设施中得到应用
，长途和当地供热网；
原材料，水，包括工艺水，反应产品，中间产品，副产品和/或最终成品的加工和处理过程，特别是来自于生物量的燃料，含碳材料，腐殖质和/ 或梅拉德和类梅拉德的反应产物加工和处理过程，包括粉碎，烘干，脱水， 调节，净化和/或干燥，去除金属和去尘过程，尤其是金属材料处理过程，如， 使用旋流分离器，搅拌和混合系统，水泵，暖气，水蒸汽供给，换热过程， 凝聚，运输和运送过程，工艺水，水和废水处理，空气净化，固液分离过程，
冷却和再处理和能源生产的调整；
*金属工业生产，加工和处理，特别是铝，硅铁，食品方面特别是乳制品 加工，啤酒生产，使用温室及非温室栽培植物，肉食品加工；
，生产和加工的粪肥和化肥的工厂，回收设备；
化学工业的工厂和生产中心，特别是气体产品，和以气体和液体形式 存在的物质，包括氧气，氮气和氩气等的生产和加工；
水净化-和海水淡化设备，特别是具有反渗透使用的设备;或 油磨，炼油机和乙醇生产设备。
进行热量和能量交换，开发能源的潜力，还可以将该设备生产的能源和/ 或反应产物，应用于各种电力和能源生产的运作过程中。它尤其适合于
-整体煤气化循环和一体的煤炭气化概念，尤其适用于煤尘发电厂，流 化床燃烧设备，承压的固定流化床燃烧(DWSF)，其中最适用带固定流化床 燃烧(DWSF)组合发电厂；
-天燃气发电厂；
-带有不同燃料的燃料电池，包括甲醇，煤，石油和天然气； -生物质发电厂;或 -太阳能发电厂。
图3显示生产能源的设备1，带有生物量设备和调整能源生产的调整设 备2。该装置1包括两个串联反应堆3， 4，每一个圆柱形基体还包括一个反 应空间5， 一个压力容器。反应室5用于接纳原材料，包括生物量。该装置l还包括粉碎装置，如碎草机6和磨机7。生物质是首先被运送到碎草机6中 进行用于粗略粉碎(箭头8)，再从那里运送到磨机7进行进一步粉碎。生物 质在搅拌装置9中同其他物质加以混合，如添加催化剂(箭头10)。将生物 量，使用泵装置11通过导管12运送到反应堆3，和4，并在一定的压力下， 如7巴的压力下，进入反应空间5，并在高温下，如至少达到160"C，在反应 空间5中继续处理。设置反应空间5所需的温度是由温度控制系统13决定的。 温度控制系统13可以包括如，加热流体的装置，它通过泵14热交换器被运 送到反应堆3， 4。接下来进入到反应堆3， 4的生物量进料是由阀设备15， 16进行控制的。
处理完生物量后，反应堆3， 4中的反应产物被清除，并输送到分离装置 20中，该装置可将固态的反应产物同液态成分分开。液体成分将被输送到污 水处理设备21，并在那里进行生态清洁。如果固态反应物仍然潮湿，将通过 降压设备22，进入到干燥设备23，在那里将残余潮湿成分烘干。烘干的反应 产物通常为煤尘或其他类似的燃料。燃料在设备1和位置2之间的燃料储存 库24暂时存放。
生产能源设备2包括燃烧设备30，燃烧是通过设备1产生的燃料进行的。 燃烧的热能在燃烧炉30中得到使用，用于水或水蒸汽在管道31中的加热， 以便使产生的蒸汽可以驱动涡轮机32的运行。涡轮机32的循环能源被输送 到发电机33中，并转化成电能，如，可在供电系统中输送(箭头34)。在它 通过烟囱36释放到外部环境之前,在燃烧设备中燃烧所产生的烟气还要在净 化程序35中，如通过烟气脱硫，烟气脱氮等程序加以处理。
在处理原材料过程中，会很容易获得或失去有机和无机物质。这些会发 生是因为，物质处于水相，可部分溶解。这反过来又取决于反应条件。可以 得到和获取的物质包括可溶解的有机物质和非溶解无机物质，无机物质，如 碱，金属，盐和氨基酸，其中包括，钙，镁，氯，铁，铝，磷，钾，钠，氮及其化合物。
反应产物的固体含碳成分，在转换后可作原料和/或燃料，并具有以下特
性
原料和/或燃料的组成通过反应管理控制。个别物质的浓度不是绝对的，会因物质不同而不同。不同的物质参数也有所不同。举例来说，硫含量减少了，同时氯气和灰的含量也会减少。
在不同的测量中，对草，和甜菜等的碳含量进行了元素分析，发现它超
过其成分总量(干重)的50%至63%，超过原材料总量的20%至60%。氧含量减少了一半，氮的含量减少了约四分之一，氢含量减少了约四分之一。
原料和/或燃料的碳比例，与其生物量相比，比它高10%到300%，也可是50%至300%，或100%至300%，或更高达200%至300%。
原料和/或燃料碳成份与其生物量相比较，比其高％5到200%，或10%到120%，更高的甚至达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%。碳成分取决于反应管理和原料，但也与其超过98%的高纯度有关。
原料和/或燃料的氢含量与生物量相比较比其减少1%到超过300%，也可是5%到200%，或20%到100%。
原料和/或燃料的氧含量与生物量相比较比其减少1%到超过300%，也可是5%到200%, .5°/。到200%或15%到100%。
原料和/或燃料的氮含量与生物量相比较比其减少1%到超过300%， 5%到200%，或15%到100%。
原料和/或燃料的硫含量总计为部分生物量含量，与其原材料相比较，比其减少1%到300%，也可是5%都200%,或200%到600%， 400%到超过1800%。
原料和/或燃料的灰含量总计为部分生物量含量，与其原材料相比较比其
52减少1°/。到100°/。，也可是102%到10005，或1000%到超过3000%。
原料和/或燃料的微粒含量总计为部分生物量含量，与其原材料相比较比 其减少1%到200°/。，也可是201%到1500%，或减小1501%到2000%。
在燃烧中会大量减少矿物成分，微尘和灰成分，这种情况可以通过，例 如，使用超过300%的高比例工艺水加以改善调节。通过增加工艺水的比例， 使上面提到的以及其他物质得到稀释，从原材料里获得原始物质，在转化反 应中解决这个问题。也就是说，生成这些物质，因此，可溶性物质的比例随 着注入的工艺水的增加，在其固相中存在的可能性越来越少。
即使不使用催化剂成分，仍然可以达到高比例的含量，使其超过原材料 含量的5%到10%。适当的处理生物量和过程管理可以使是碳含量达到55% 至77%。适当地进行过程控制，廉价的原材料，包括使用催化剂混合物可以 使碳值达到78%，该碳含量甚至可与矿物燃料的碳含量相媲美。
完成换位反应后，原料和/或燃料的碳含量会增加，能源成分或热值降低 36%。在反应过程中热能被释放，会产生放热反应。反之，可获得至少为原 始热值65%的热值。
作为原材料，含碳水化合物的生物量得到使用，如粮食，玉米等，与原 材料相比，这些原料和/或燃料的热值大约是它的65%到85%，或在其他情况 下是它的70%到8%。原材料中的碳水化合物越少，在换位反应中所释放的 能量越少。这同时还要以反应产物的高热值为条件。
反应产物的能量含量与使用的生物量有关，如下所述-
使用含木质纤维素原料的生物质，如收获物的残渣，原料和/或燃料的热 值与原材料相比较是其的70%至90%，也可是75%到85%。
如果使用含碳水化合物，含纤维素或木质素较低的生物质原材料，原料 和/或燃料的热值大约是原材料的80%至95%,或85%至90%。
纯煤，最纯煤或超纯煤可以在许多方面得到应用，例如可作为一种用于化学工业再加工的化工基本原料和原材料，或作为碳燃料电池燃料。
在反应过程中有许多材料不再为固相。它们处于水相中，并溶于工艺水。 从工艺水中可获得的各种矿物质，如磷，硫和硝酸等，也可应用在其他过程 中。这些还可以作为肥料，原料等应用在其他过程中。从自然周期的意义上 说，应隔离矿物成分，特别是从液相方面考虑，因为这些可以作为肥料再次 回到生物量自然结构中去。通过这种几乎是封闭的循环，最初的用于产品过 程的生物量已不存在，因为它以其他形式再次回到生物量所包含的养分中了。
通过解聚合过程和新聚合过程，可形成新的化学碳化合物和化学结构， 特别是形成团状物，消耗很少的能量它就能被碾碎，因此成为最受欢迎的燃 料。其次，它呈一种棕黑色，这可能是由于反应产物的美拉德反应形成的。
许多原材料的密度在开始反应之前是小于水的。在反应过程需要不断增 加其密度，并达到一个与原材料和反应管理相符的密度。大部分原材料的密
度在200至600公斤/立方米，有时高达800公斤/立方米(干重)，如果反应 产物颗粒之间的空气被压縮，反应产物的密度可能超过900到1200公斤/立 方米，有时甚至达到1250至1350公里/立方米。
反应产物的颗粒大小与原材料相比，它的表面积更大。这表明在含相同 水分的情况下，它比有同样碳含量的，自然产生的碳化合物更容易干燥。同 时较大的面积也使其在更低的温度下就可燃烧。
反应产品的区别特点是不仅在其液相还在其固相中都存在着梅拉德-或 与梅拉德相似的反应产物。其气味组成，随着原材料的变化而变化。气味组 成还与美拉德反应产品的组成有着因果关系。
-与具有相似碳含量的，其他自然产生的碳化合物相比较，它有更好的 导电能力。
-类似泥炭或石煤的燃料。
-与具有同样碳含量的传统化石燃料相比较，它的挥发性更小。-经过燃烧，灰，氮，硫，硝酸盐，及重金属含量大大减少，这意味着，与具有相似碳含量的化石燃料相比，它的燃烧温度更低。
-与具有相似碳含量的化石燃料相比，通过燃烧，可产生有利的，危害更小的烟气合成物。
总结上述反应产物的特性可以发现，与传统的燃料相比较，它具有大量优点，以及有利于环保和气候的特性。与通常的从生物量中获得能源方法相比较，从工业生产这方面来说，是更有效和经济的。在生物质转化过程中几
乎没有碳的流失。在原材料中， 一般超出95%的碳原料都被用于能源获得方面。在液相中它是以剩余碳化合物形式出现的，在反应堆转换反应中却几乎没有释放大量的二氧化碳和其他有害气体。
在液相中可发现大约1%到4%的原材料的碳。该比例取决于过程管理，原材料的碳含量和反应混合物的固液态比例。
通过反应管理，特别是通过原材料和催化剂的选择和组成，可以形成含碳的纳米原料和结构。这些材料也具备部分有用材料的特性和表面特性。其中包括，如纳诺海绵可以用作存水器或绝缘材料。
所谓美拉德反应发生时，加热过程，如烘烤，油炸，烧烤，含蛋白质和含碳水化合物丰富的食物的油炸，温度会超过13(TC。在所谓的美拉德反应中，会产生碳水化合物和氨基酸，除了大量红棕色至黄棕色的香料外，有时还产生几乎是黑色的有色聚合物。通过高温，如在烘烤和焙烧中，也可通过更高的压力加快反应的发生，从而产生大量黑色聚合物。因此，在许多产品，如面包，咖啡，麦芽，坚果，玉米片里都会出现黑色物质，这种物质在咖啡中甚至达到30%。
美拉德反应的原材料首先是在非酶反应中。这一步发生可以在几分钟到几小时内，是可逆的，因为分子间的连接非常不稳定。其数量与血糖浓度有直接的关系，产品成分也可在几分钟内分解，该反应使血糖浓度降低。阿马多里产品分子结构的重新安排就相对稳定。这个过程本质上要更慢一些，但 它有极小的可逆性。阿马多里产品分子结构的重新安排和美拉德反应的继续
发生形成了最终产品-高级糖化成品(AGE)。通过转移和聚合还可形成高级 糖化成品和其他蛋白质。因为产生途径不同，高级糖化成品有很多不同和复 杂的形式，如Ns-(羧甲基)赖氨酸(CML)，还有许多至今仍在深入研究的 合成物。
梅拉德和与梅拉德类似的反应产物在水热碳化过程并在高浓度中形成。 反应可在固相(主要是固体)中进行，也可在液相(例如，工艺水)中，也 可在高浓度的物质CML，及在浓度为0.3-2mmol/mol的赖氨酸中。在液相中， 工艺水浓度一般要比反应产物的固相的浓度要高。浓度或浓度比率取决于固 液比例，原材料组成，以及过程管理。CML具有抗氧化性和化疗预防性功能。 因此可以得出结论，在其他中间产品，副产品或反应产品中的热液炭化过程 中，包括梅拉德和与梅拉德类似的反应产物中，都可以找到可比的或类似的 性质。
对梅拉德和与梅拉德相似的反应产品进行分离和纯化，还可通过过滤， 超滤和/或色谱分析方法，特别是通过柱层析法。
腐殖质，利用水热碳化在既定程序中产生，与反应产物相比较，在相对 更短的时间具有更高的热值。它通常为原材料的纤维材料(主要是纤维素和 木质素)。产生的腐殖质至少占碳含量的30%到45%，热值至少15至24兆焦 耳/千克，且急易燃烧。
产生的腐殖质有类似腐蚀土壤的特性，还有部分泥煤的特性
o它保护土壤不受雨水的侵蚀，因为水能够均匀和深度渗透
o减少风的侵蚀
o喂养蚯蚓和其他有用的土壤生物，
o在夏季降低土壤温度，在冬天增加土壤温度，O为植物提供养分，可缓慢供给，以使植物可以充分吸收
O使土壤能够像海绵一样存储水，并将蒸发限制到最低限度，
o通过加石灰和有机肥控制土壤的化学变化过程
o释放有机酸，中和强碱性土壤，释放矿物质，和
o以交换和可使用的形式存留氨和其他含氮化合物。
相反，与腐殖质或泥炭不同，它要经过很长一段时间内自然形成，并有 一些正面的特点-
o水结合能力可以通过程序管理得到加强，明显可超过自然腐殖质或泥
炭。甚至可以获得多重加强的效果。
o上述反应产物的热液炭化特性也符合其燃烧特性。
优化流程管理，特别是通过反应产物的固体和液体之间的浓度差异，使 某些物质中的腐殖质得到强化。这是利用腐殖质作为二氧化碳或化学肥料。 相比之下，加工或混合腐殖质生产出的产品，对于某些物质来说效果不是很 理想的，通过强化矿物质的过程管理，可以避免在产品回收中强碱和有害物 质的侵害。产生的腐殖质是一种单一的腐殖质和燃料，其性能可以通过原材 料和催化剂以及过程管理共同决定。腐殖质可以在几个小时内产生。该生产 过程的速度远远超过其他已知的生产腐殖质的速度，因为其他的通常需要几 个星期或几个月。
生产的原料和/或燃料，包括泥炭或与泥炭类似的物质有以下有利的特占.
"、、
通过使用该程序可以从生物量中得到泥炭以及与石煤类似的燃料。
热值取决于过程控制，特别是反应时间。燃烧热值随反应时间或反应 管理时间增加而增大。
在碳含量相同的情况下，可挥发成分要比传统燃料或化石燃料少。
在能源产出方面，煤可达到0.7-0.95。碳水化合物含量越低，越节约能源。
90-95%:木质素或细菌的生物量。
燃料产生是反应性的，与具有同样碳含量的化石燃料相比，具有更低的自燃温度。
矿物燃料，如褐煤或石煤，与燃料相比，可利用热液炭化产生(燃料)，但热值相似的燃料，在其组成和性质方面仍存在着很大的差异
不同类型和品种的化石煤炭，按照原产地和矿区，有不同的化学成分和性能，每个煤矿都有其独特和与众不同的特点。例如，化石褐煤的热量为
8700千焦耳/千克，水含量约56%，硫含量约为0.7%和灰含量约4， 5%。不但燃料中的水，硫，灰含量较低，而且热值通常为20,000千焦耳/千克。去除其水含量，从l公斤的化石褐煤中可以产生l千瓦小时的电。反之，从同一数量的燃料中可产生一倍多的电。
与化石碳相反，在原料和/或燃料中发现浓縮的美拉德反应产物。指标器已显示出有Ns-(羧甲基)赖氨酸(CML)。不仅在反应产品的液相还在其固相中可证明这一点。经测定，浓度为0.2至1.5以上mmol/mol浓度的赖氨酸在液相中的比例超过其在固相中的。但是浓度的分配还与原材料的反应条件和过程控制有关。
化石煤在分解成团块后，必须消耗较高能源才能将其粉碎。再使用干燥机和磨煤机将其进一步磨成褐煤尘。相比之下，原料和/或燃料在反应过程后，成为小颗粒，通常小于1毫米到30毫微米大小，并且由于其大面积更容易干燥。所需的进行调节及燃料干燥的能量消耗，与固态的化石煤要小得多。
特别是该燃料，不仅比化石煤，而且还比大多数现有的，来自可再生原料的燃料要便宜很多。至少有一个或几个下列参数可以说明该燃料，特别是与原材料，替代化石或生物质燃料相比，价格是更为优惠的它具有较低的粉煤灰含量，少氯，少硝酸盐，少硫，少重金属，还可减少灰尘，微尘，气态污染物，包括氧化氮-和硫氧化物的排放。这也适用于该燃料的压缩形式， 如煤球和微粒。
燃料的质量和燃烧性能取决于在过程控制之前，在催化剂混合物和工 艺水混合之前，原料或原材料的混合，
脂肪和能源含量较高的原材料会产生更高的热值。例如，对其进行适
当的淘洗可达到34-36兆焦耳/千克的热值。
灰分燃烧后，燃料的热值为30-33兆焦耳/公斤，与热值为17-20兆焦
耳/千克的原材料相比减少了 75%。
硫含量在燃料燃烧后热值为30-33兆焦耳/公斤，与热值为17-20兆焦
耳/千克的原材料相比降低了 50%。
微尘和气体的排放同原材料相比是比较低的。
燃烧的结果由过程管理，燃油质量和燃烧技术共同决定。
该燃料为单一燃料，其性能通过原材料和催化剂以及过程控制共同决定。
除了已经提到的在燃烧性能方面的差异，跟化石燃料如石煤，褐煤或 泥煤相比，也存在着差别特征。
纯-，最纯-和超纯煤类似物质都属于这一类产品。他们有一定的性能优 势，尤其是从减少矿物质和原材料消耗上来看。纯煤是煤的主要燃烧部分， 最纯煤也可以作为活性煤来理解。超纯度的煤，例如矿物质含量小于0.1个 重量百分比。
从微粒和反应产物的灰尘中生产煤球(煤球，灰尘)
除了煤球的高强度和密度，能快速点燃也是煤球的重要标准
通过建立一个1到2厘米深度，30至70度倾斜角度的交叉剖面，可
提高气流在燃烧室里的流动，提供更大的燃烧表面积，从而使煤球能够充分燃烧。 对稳定性是否有帮助和燃烧是够充分，取决于灰尘里所含纤维素或木 质素成分的混合比例。
热值为22-30兆焦耳/公斤的灰尘，与木片或木屑的比例为51:47，也 可为58比42，最佳为64比36。木片或木屑的含水量为10%.，颗粒不可大 于2毫米，最好小于l， 5毫米，或小于1毫米。
热值为22-25兆焦耳/公斤的灰尘，与稻草的比例为61:39，也可为66 比44。或72比28。木片或木屑的含水量为10%颗粒，不可大于2毫米，最 好小于l， 5毫米，最好小于l毫米。
按照上述条件，应使用泥炭粉尘，及同等含量的纤维素和木质素来加 工颗粒。
泥炭也可以用等量的纤维素和木质素来加工。
尘埃，含纤维素，含木质素的添加剂和泥炭将被混合在一起，例如， 在带2毫米的排放滤网的擤轧机中进行混合。
压力可超过100兆帕，超过120兆帕，也可超过140兆帕。
挤压温度为80摄氏度，但不应超过卯摄氏度。
格式约250x60x50毫米
煤砖密度约为0.95-1.15g/cm3。
生产反应产物颗粒(颗粒)
应通过该程序生产颗粒(颗粒)，其中对潮湿颗粒进行块状物干燥过 程为首选。这种方法适合于，使用不同热值的燃料，只用相对较低的成本产 生，生产颗粒。
在自动燃烧中颗粒能够充分燃烧。
可满足小壁炉的排放标准。
前提是燃料稳定，形状尽可能小而一致。
颗粒直径为3-7毫米，以4-6毫米为最佳。长度为5至45毫米。它们具有高强度，无尘，和耐水性。
微粒被不断地输送到全自动颗粒炉灶或锅炉进行燃烧。
在尽可能优化的条件下，通过稳定而完整的燃烧，提高热效率，同时
尽量减少排放量。
在热值超过25兆焦耳/公斤，或超过27兆焦耳/千克时，可使用粘合
物质和燃烧加速器，特别是草甸草，稻草以及其他含纤维素的生物量。
灰尘和由25-30兆焦耳/公斤刨花或木屑与含纤维素的生物量产生的
热量比例为81:19，也可为85:15，为89:11最佳。
灰尘和由22-25兆焦耳/公斤刨花或木屑，或含纤维素产生的生物量的
产生的热量比例是87: 13，也为90:10，或93:7。
纤维素含量达到生物量的30%，可通过，例如，墙纸胶水替代。
木片或木屑，或其他含纤维素的生物量的含水量为12%到14%。
颗粒不能大于2毫米，也不可小于1.5毫米或小于1毫米。
按照上述条件应使用泥炭粉尘，及同等含量的纤维素和木质素来加工颗粒。
泥炭也可以用等量的纤维素和木质素来加工。
尘埃，含纤维素，含木质素的添加剂或泥炭将被混合在一起，例如，
在带2毫米的排放滤网的擤轧机中进行混合。
压力可超过100兆帕，超过120兆帕也可超过140兆帕。
压縮温度为大约80摄氏度，但不应超过90摄氏度。
最重要是调整颗粒，使其与来自化石燃料的颗粒相比较，有更好的燃
烧特性，这些特性表现在可改善炭灰烧结情况，清除灰(通常是低灰含量)
和适合燃料板大小。
使用该程序生产的燃料更有利于扩大能源生产。生产的燃料可以通过调
节在不同的设备中燃烧-燃烧板的形状和大小应与灰含量相适应。如果灰含量较小，只有直径 较小的燃烧板才能使其充分燃烧。
燃料颗粒通常是在带有自动燃料运送的颗粒炉子，颗粒锅炉或燃烧器 中燃烧的。 一般通用的燃烧炉都是可以使用的。为了提高燃烧特性可以在以 下领域改变燃烧性能以适应设备要求
-为了防止在燃烧板上结块，推荐使用可从燃烧板上自动清除灰的装 置。
一般来说，这样可使结块现象比来自于天然煤矿燃烧颗粒产生的更少， 特别是褐煤。
-使燃煤发电厂的碳尘燃烧，至少应使用蒸汽涡轮机。为了实现高效率，
燃烧过程中温度有可能超过600摄氏度，或超过650摄氏度，在个别情况下 甚至可达到约700摄氏度。
-进一步在高温范围内提高效率可以通过使用现代发电技术，因此，组合 的燃气-蒸汽涡轮程序可以以最高的效率发电，发电能力高于其他的43%，或 高于46%，或达到49%到55%。
整体气体循环和一体的煤炭气化的概念，适用于组合程序，尤其适用 于流化床燃烧，特别是带组合程序的承压固定流化床燃烧(DWSF)，以及使 用有压力碳尘燃烧(DKSF)的组合发电厂。
燃烧过程中，气体入口温度应大于1000摄氏度，最好大于1200摄氏 度，大于1400摄氏度为最佳。
该高温气体清洁具有这样的特性，粒子成分和具有腐蚀性的成分，特 别是钠化合物和钾化合物，及有害气体都将大大减少，烟气可直接运送到气 体涡旋机中，在此最好能充分利用烟气的低温等离子性能。
通过烟气分离器，可以使粒子含量小于3毫克/立方米，直径小于3 微米，碱含量小于等于0.01毫克/立方米。
另一种可发电或产生尘埃燃料能源的方法是利用碳燃料电池。 可以联合使用能源生产装置，如涡轮机，尤其是蒸汽涡轮机或燃气涡 轮机。
生产可再生能源可使用涡轮机，特别是蒸汽涡轮机或燃气涡轮机，还
可使用风力发电系统(DWPS)。压縮空气将在空气存储器里解压。然后压缩 空气会被导入到一个已运行的涡轮机中。
通过将压縮气体导入到运行的涡轮机中可将效率提高20%到200%，或 40%到170%，有时甚至可达到60%到150%。
6权利要求
1.从生物质制成的工业材料与/或燃料，与原料比较，它的成分(干燥物质)的百分比呈现出比原料有1％至300％更多的含炭成分。
2. 按照第1点的权利的工业材料与或燃料的特点是，它具有梅拉德反应或类似梅拉的反应的反应产物。
3. 从生物质制成的工业材料与或燃料是以下列过程制作的，这至少要包括下列的步骤处理这生物质以摄氏100度的高温，加上超过5巴的压力，处理至少一小时，并且对这生物质进行加工与对反应产物，中间产物，副产物，最终产物加以提炼。
4. 按照第1点至第3点的权利的工业材料与或燃料的特点是，它与这生物质，或者与另类的地下燃料，或生物质燃料比较，会产生以下的结果，就是具有以下的一种，几种，或全部的参数，适合燃烧的特质更少的灰烬，更少的氯气，硝酸盐，硫磺，重金属并且更少散出尘埃，细尘，有害的气体及氧化氮，氧化硫。
5. 按照上述其中的一项权利的工业材料与或燃料的特点是就是一些包括泥炭的反应产物，中间产物，副产物，最终产物,就是一些燃料，如褐煤，像石煤那样的燃料，腐殖质，梅拉德反应或其他类似梅拉德反应的产品，并且含有炭类的工业材料如绝热材料，纳米海绵，纳米颗粒，纳米纤维，纳米线，纯炭或，特纯炭，活性炭，吸收性炭，代用烧烤炭，高密度的煤炭产品与相类的工业材料，如炭纤维，并且一些复合机器的原料或纤维复合材料。
6. 按照上述其中的一项权利的工业材料与或燃料，它们的特点是，与原料比较， 们显示出比原料具有65%或更高的燃烧值，特别是将生物质与干燥物质联系起来的时候。
7. 按照上述其中的一项权利的工业材料与或燃料的特点是，与生物质比较，它们有着更高的含炭量，就是提高了 10至300%, 50至300%， 100至300%，200至300%。
8. 按照上述其中的一项权利的工业材料与或燃料的特点是，与生物质比较，它们所含的氢气成分减少了 1至300%， 5至200%，或者20至100%。
9. 按照上述其中的一项权利的工业材料与或燃料的特点是，与原料比较，它们所含的氧气减少了 1至300%， 5至200%，或者15至100%。
10. 按照上述其中的一项权利的工业材料与/或燃料的特点是与原料比较，它们所含的氮气减少了 1至300%， 5至200%,或者15至100%。
11. 按照上述其中的一项权利的工业材料与/或燃料的特点是，与生物质或者地下的燃料或生物燃料比较，它们显出有更高的反应性，并且有更低的自燃的温度。
12. 按照上述其中的一项权利的工业材料与/或燃料的特点是，由于它的多孔性，与硬的，地下的，有相同燃烧值或含炭量的燃料比较，它可以用较低的能量来磨碎。
13. 按照上述其中的一项权利的工业材料与/或燃料的特点是，它们显示出是一个平面，是颗粒的大小，特别是2纳米乘50微米的大小，小于1微米，或小于200纳米。
14. 按照上述其中的一项权利的工业材料与/或燃料的特点是，与生物质比较，它的含炭成分增加了 5至200%, 10至150%或者10至120%，特别是增加至50至100%。
15. 按照上述其中的一项权利的工业材料与/或燃料的特点是，它显示出的含炭成分是50至90%， 55至80%或者超过98%。
16. 按照上述其中的一项权利的工业材料与/或燃料的特点是，温度要调整至超过摄氏160度，摄氏160至300度，或者在摄氏185与225度之间。
17. 按照上述其中的一项权利的工业材料与/或燃料的特点是，压力要调整到至少7巴，最佳是10至34巴之间，10至17巴之间，17至26巴之间，或者在26至34巴之间。
18. 按照上述其中的一项权利的工业材料与/或燃料的特点是，处理的时间要至少要达到2小时，3至60小时，30至60小时，6至12小时，或者12至24小时。
19. 按照上述其中的一项权利的工业材料与/或燃料的特点是，这种反应产物在处理过后要用干燥器， 一种对流或接触干燥器，用一种电子干燥器，或带状干燥器，与/或涡旋分层干燥器来烘干。
20. 按照第1点至第19点权利的其中的一项的工业材料与或燃料的用途是从生物质生产能源。
全文摘要
这发明是关于一种从生物物质制成的工业材料/或燃料。这种工业材料/燃料是依靠把一种生物物质加上超过摄氏100度的高温，施以超过5巴的压力的过程制造的。
文档编号C10L5/44GK101679893SQ200780051747
公开日2010年3月24日 申请日期2007年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者多米尼克·皮尔斯 申请人:安塔克有限公司;马帝·帅格