用于预处理供转换成能量的生物质的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于预处理供转换成能量的生物质的方法和装置
[0001] 本发明设及一种用于热预处理有机材料，特别是用于生物能量转换的生物质的方 法。此外，本发明包括一种用于生物质的热预处理的装置，所述装置包括一种用于把生物质 从预加热容器输送到高压反应器而不使用累，并且进一步输送到减压容器并然后输送到能 量转换部的系统。
[0002] 在内部过程中，热能量仅用于输送生物质。该新系统在持续相当短的循环时间期 间打开并实质上较好地利用了关于现有技术的反应器容积。该方法和装置省去了累和水平 仪的使用并且从而大大降低了成本W及减少了维护。该装置包括一种新系统，该新系统用 于把新的生物质供给到改进能量回收的预加热容器。本发明的主要目标是减少用管道输送 的量W及受到磨损的阀，并且也省去对用于在处理容器之间转移生物质或输出到下游能量 转换部的累的需要。
[0003] 热水解和蒸汽喷发是一种分解生物质的已知方法，使得该生物质更好地适合于用 于能量转换的生物过程，如例如对生物质的分解。使用高溫对生物质的处理最经常通过在 高压，通常为4-20己（表压）下供给蒸汽而发生。运可W是需要能量的，特别是当生物质 具有低干物质含量，诸如废水污泥时。为了减少对能量的需求，在该过程中尽可能多的回收 热是重要的。通过首先对生物质脱水，在较高干物质含量条件下处理生物质也可W是有效 的。具有高干物质含量的生物质很难在处理设备中输送。大尺寸和强大的解决方案是必需 的。本发明仅使用热压力能量W用于输送生物质并因此在该系统中降低了堵塞或磨损的风 险。
[0004] 有数个描述热水解的不连续过程和连续过程的专利方法。生物质的不连续处理产 生可接受的杀菌和消毒，W能够记录在高溫下所需的停留时间。运不同于不可W记录所有 生物质已经在适当的溫度下保持足够长的连续过程。生物质的加热应该随着新蒸汽的添加 而发生。水解溫度，生物质在该溫度下处理的溫度，通常可W与反应器中蒸汽的饱和压力相 关。在热处理后，快速和完全的生物质减压对该过程的使用价值是重要的。随着快速的减 压，当水变成蒸汽时，蒸汽喷发将在生物质中发生。因此，生物质被撕开并且实现了生物质 的所需特性，如较小的颗粒尺寸、细胞膜的撕开和较低的粘度。
[0005] 特别是，有两种已知的用于不连续热水解的方法。
[0006] W096/09882(S〇化eim)描述了高效节能的过程，其中在物质累送到数个并联反应 器中的一个之前，生物质在来自于在预加热容器中的下游过程的再循环蒸汽的帮助下在预 加热容器中预加热。该生物质是为加热而供给的新蒸汽并且在反应器中在指定的溫度和压 力下保持所需的时间。此后，反应器被压力缓解，并且蒸汽被引回到预加热容器W用于能量 回收。当反应器中的压力已经下降所需的水平（通常2-4己（绝压值））时，关闭从反应器 返回到预加热容器的蒸汽。此后，生物质在低压（通常1.2己（绝压值））下消散到减压容 器中。关于此系统的优点是，在热水解结束后，此系统可W在相对低的压力下在减压容器中 回收反应器中的大部分能量。在压力消散到减压容器之前在反应器中的减压被描述为在管 系统中对减少反应器和减压容器之间的腐蚀问题是必需的。
[0007] 与So化eim相比，US6, 966, 989 (Hoj巧aard)不使用预加热容器，但具有也作为 预加热容器操作的并联的反应器。运被实现，因为在高压下的反应器通过让蒸汽进入在低 压下的等待反应器而缓解。当运些反应器中的压力已经均衡时，蒸汽转移被关闭并且在反 应器中水解的生物质被消散到低压减小容器中。未描述来自减压容器的能量回收。通过用 来自第二反应器的蒸汽填充反应器，压力不减小并且因此能量回收不是最佳的。
[0008] 对运两个系统，累的使用是共同的。运限制了容量并导致反应器体积的利用率较 差。本发明更好地利用反应器体积，因为填充在大尺寸的短管中的真空和重力的帮助下发 生。运产生比使用累通常快十倍的填充。在本系统中反应器处于活动状态的总时间的一部 分将由此比用于不连续水解的其它已知方法的时间更多。
[0009] 通过此快速填充，控制该过程W在反应器中获得所需的水平是困难的。传统的水 平测量仪器在此情况下经受相当大的过程噪声。大的控制阀也太慢而不能够控制此类快速 填充过程。在本发明中，包括了一种方法W确保正确水平，该方法包括简单的几何限制和高 频压力信号的分析。
[0010] 在减压容器中的压力在某种程度上较低时，So化eim的能量效率在某种程度上高 于H0j巧aard的系统的能量效率。但是So化eim的减压容器中的压力从未低于预加热容器 中所需的液体高度，运确保了通常为1. 2-1. 3己的返回蒸汽的冷凝和能量回收。在来自预 加热容器中的蒸汽相的减压容器的专用蒸汽返回管线和确保返回蒸汽的最佳冷凝的用于 冷的新生物质的入口布置的帮助下，本发明改善了运种情况。减压容器中的压力W运种方 式通常能够变得低至0. 3-0. 5己，运导致能量回收增加和总蒸汽消耗量较低。
[0011] 根据WO03/043939已知的是一种用于通过使用热水解处理生物质的方法和装 置。该生物质在预加热步骤中预加热，随后通过使用新蒸汽和来自减压容器的闪蒸蒸汽，该 加热发生。
[0012] 关于本发明，上面提及的目标和优点通过用于预处理有机材料，特别是生物质W 能量转换的方法而获得，所述方法包括使用预加热容器的第一预加热步骤、使用水解反应 器的水解步骤和使用减压容器的减压步骤， 阳01引-将具有5% -40%，优选地10% -25 %的干物质含量的有机材料供给至预加热容 器，
[0014] -用来自减压容器的闪蒸蒸汽在预加热容器中加热有机材料，所述方法的特征在 于，其包括W下另外的步骤：
[0015] -通过在水解反应器中供给冷水来在水解反应器中提供真空，打开预加热容器和 反应器之间的供给阀，在真空和重力的帮助下将所加热的有机材料从预加热容器转移到反 应器并且将此基本填满，
[0016] -在测量压力并分析反应器中的压力振荡W检测所述水平的敏感高频压力传感器 的帮助下测量反应器中的压力，
[0017] -通过将蒸汽供给到反应器顶部，将剩余的有机材料从反应器再循环到预加热容 器，直到压力传感器记录已经达到反应器中所需的水平，
[001引-关闭反应器和预加热容器之间的供给阀，
[0019] -将新的有机材料供给至预加热容器，
[0020] -通过供给蒸汽在反应器中加热有机材料并在足够的持续时间内保持期望的溫 度，
[0021] 开反应器和减压容器之间的吹阀化lowvalve)并将所处理的有机材料从反应器 转移到减压容器，并且获得作为反应器和减压容器之间的压力差结果的蒸汽喷发，
[0022] -经由蒸汽返回管线将在先前步骤中在蒸汽喷发中释放的闪蒸蒸汽转移至预加热 容器中的液位W下并通过在预加热容器中的有机材料中的蒸汽冷凝回收热，
[0023]-关闭蒸汽返回管线并打开从减压容器到预加热容器中的液位上方的蒸汽返回管 线，W进一步减小减压容器和预加热容器之间的超过预加热容器中的液柱表示的压力的压 力差。
[0024] 本发明也包括用于有机材料的热水解和蒸汽喷发的装置，包括与反应器连接的预 加热容器和与反应器连接的减压容器，其特征在于，预加热容器或在与反应器相同的或与 此平行的垂直轴向上，垂直地放置在反应器上方。
[0025] 在从属权利要求中给出了所述方法和装置的另外的有利特征。
[00%] 参照附图，借助于具体化的示例，在下面将更详细地描述本发明，在附图中：
[0027] 图1示意性地示出了根据本发明的装置的实施方案，该装置用于将有机材料预处 理至能量转换部；
[0028] 图2示出了通过剩余的有机材料从反应器到预加热容器的返回的压力信号的示 例；化及
[0029] 图3示意性地示出了该顺序的示例。
[0030] 图1示意性地示出根据本发明的装置的实施方案，该装置用于预处理有机材料。
[0031] =个容器串联连接：预加热容器4、反应器5和减压容器6。预加热容器4和减压 容器6的体积通常是反应器5的体积的两倍大。预加热容器4和反应器5可W直接地放 置在彼此上方，W将管路减少到最少并使用重力用于将生物质从一个容器转移到另一个容 器。可选地，预加热容器4可W基本上与反应器5的垂直轴线平行地放置。运些容器可W 用阀隔开。将蒸汽供给至反应器5和减压容器6是可能的。从减压容器6到预加热容器4 有两个蒸汽返回管线来回收通过热水解在反应器5中提供的热能量。从预加热容器到输出 管线13有气体输出管W用于有机材料。分解有机材料的入口结构15处在预加热容器4中， 并为预加热容器4提供大的表面区域。
[0032] 有机材料1，例如具有5% -40%，优选地10% -25%的典型干物质含量的生物质 可能地经由增大生物质和预加热容器4中的蒸汽之间的接触表面的装置15累送到预加热 容器4中，并且由通常为80°C-10(rC的来自减压容器6的闪蒸蒸汽（flashsteam)进行预 加热。在充分的加热后，生物质随后被引导至反应器5。运在预加热容器4和反应器5之 间的填充阀7打开之前，通过在反应器中产生真空来实现。该真空在生物质从反应器5到 减压容器6先前排空之后，通过冷凝保留在反应器5中的蒸汽而产生。通过在反应器5的 顶部注入冷水2A，发生蒸汽的冷凝。（通常，50升将能够冷凝所有蒸汽并产生完全真空）。 预加热容器4可W或者在反应器5的垂直轴线上或者与其平行地直接地放置在反应器5上 方。当填充阀7打开反应器5中的真空时，来自预加热容器4中的液柱的压力将引起生物 质从预加热容器4到反应器5的非常快速的转移。通常的填充时间是10-180秒，优选地是 20-40秒。运比其它已知的解决方案更快。传统地，控制阀和水平测量仪器用于控制反应器 体积。就该设备来说，运对于此类快速填充是不可能的。在本发明中W不同的方式确保正 确的水平。
[0033] 反应器5被完全填充。运在原理上是不被期望的，因为必须有用于在反应器5中 在随后加热生物质期间冷凝的新蒸汽的一定空间，通常为反应器体积的10% -30%。运在 本发明中得到了解决，因为从预加热容器4到反应器5的填充管16在反应器内部的限定高 度处结