CN106687418A - 污泥与蒸汽最佳混合的水热碳化方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及含有有机物的污泥的连续水热碳化方法，其包括在反应器(4)中进行的水热反应工序和至少一道使已经受过水热反应工序的污泥冷却的冷却工序。水热反应工序包括下列工序：污泥注入工序，其中，污泥由第一入口(11)注入反应器(4)中；蒸汽注入工序，其中，蒸汽由第二入口(15)注入反应器(4)中，第二入口(15)不同于第一入口(11)；循环工序，其中，注入反应器(4)中的污泥和蒸汽构成的混合物在反应器(4)中循环；使反应器(4)中容纳的至少一部分混合物由污泥出口(16)连续排出的工序。本发明还涉及使用这种方法的装置。

Description

污泥与蒸汽最佳混合的水热碳化方法和装置

技术领域

本发明涉及水热碳化方法和水热碳化装置。

本发明的领域更特别地、但非限制性地是富含有机物的污泥处理的领域，污泥例如来自城市或工业污水的消除污染工艺，或者来自管网清除作业。这种处理旨在减小污泥体积，使污泥在生物方面和在理化方面保持稳定，以及生产增值副产品。

本发明更特别的是涉及含有有机物的污泥的连续水热碳化方法和装置的领域。

背景技术

现有技术发展两类处理：

－热水解，

－水热碳化。

污泥热水解技术在20世纪初由Porteous提出。该技术使用按顺序工作的压力反应器。通常，污泥被泵送到第一反应器中，锅炉产生的蒸汽被注入到第一反应器中，直至在该第一反应器内对于1.5兆帕的压力获得约180℃的温度，接着在第一反应器中将该温度保持30分钟，随后将污泥在其固有压力下通过热交换器排出。该热交换器用于回收从第一反应器排出的污泥中所含的热量，及用于在污泥进入第二反应器中之前再加热污泥。自此后对这种技术进行了许多发展和改进，以提高生产率和确保连续工作。对水解污泥、即在反应器中经受过这种处理的污泥继而进行生物处理，例如厌气消化，以由此产生生物气，来减少污泥量。

水热碳化技术(HTC)接近热水解，但水热碳化技术并非旨在准备污泥以消化污泥，而是利用一般比热水解中更高的压力和热量，确保污泥的停留时间比热水解中停留时间更长(数小时)，且一般存在试剂，来将污泥转变成高质量的碳中和生物炭。

水热碳化技术也可产生生物炭，其为一种类似于腐殖质的产物，可用于改良农业用地，封存二氧化碳。水热碳化技术由Friedrich Bergius于1913年提出，该技术使其在1931年获得诺贝尔化学奖。

现有技术中已知专利FR3010403，该专利提出含有有机物的污泥的热水解方法和装置，所述方法包括以下工序：

－同时用初级动态注射混合器使回收蒸汽注入到所述污泥中并使所述污泥与所述回收蒸汽混合，以获得初级均匀混合物；

－同时用次级动态注射混合器使新鲜蒸汽(vapeur vive)注入到所述初级均匀混合物中以及使所述初级均匀混合物与所述新鲜蒸汽混合，以获得次级均匀混合物；

－使所述次级均匀混合物向管式压力反应器输送，根据足以使该次级均匀混合物中具有的有机物进行热水解的停留时间和温度，使该次级均匀混合物基本上以活塞流方式在管式反应器中流动；

－利用在所述管式反应器出口获得的所述次级均匀混合物，在回收蒸汽产生装置中产生所述回收蒸汽；

－使所述次级均匀混合物在离开所述回收蒸汽产生装置时冷却到随后可消化其含有的水解有机物的温度。

美国专利US8673112也提出一种热水解方法，其在于：

(i)大体连续地供给生物质(特别是污泥)，以使生物质经受第一道预热工序而预热，

(ii)将预热的生物质顺序地输送到至少两个反应器中，

(iii)通过添加蒸汽使反应器加热加压，

(iv)使反应器在一定时间内保持在一定的温度和压力，

(v)以不会显著任意地将生物质减压和快速降压的方式，用喷嘴使来自反应器的加热加压生物质供给到第一减压贮存器中，以使生物质分解，

(vi)将第一减压贮存器的生物质输送到第二减压贮存器中，第二减压贮存器的压力低于第一减压贮存器的压力，

(vii)以及将如此处理的生物质输送到下游设备中，以使生物质经受后处理。

该美国专利US8673112还涉及生物质热处理装置。

国际专利申请WO2014135734提出一种连续工作用以有机物热水解的方法，其包括一道预热工序、一道随后的反应工序和一道降压工序。预热工序包括待水解有机物在第一循环回路中循环；反应工序包括使有机物经受一定的压力和一定的温度，来使从第一循环回路排出的有机物在第二循环回路中循环；而降压工序包括对从第二回路连续排出的有机物进行减压。

现有技术中解决方案的缺陷

现有技术的解决方案主要针对热水解处理而非水热碳化处理研发。其涉及的方法中，压力和温度条件为中等，通常是0.6兆帕和160℃。

这些解决方案不完全令人满意，特别是对于高温高压，因为其意味着在生物质(或污泥)注入到反应器中时要供给大量蒸汽。这表现为能量消耗不好掌握、运行成本高以及干度降低，干度由生物质或污泥的干料含量限定。

另外，输入反应器中的污泥可能含有会堵塞反应器入口或破坏反应器内部结构的固体废料、尤其是矿物聚集体。现有技术中的解决方案不能减少反应器堵塞或磨损的危险。

最后，均化污泥蒸汽混合物所需的注射混合器构成昂贵和易损的设备，尤其是当其必须以如水热碳化所需的高温高压工作时，其中，密封盖的密封难以实施。

另外，对于很长的停留时间，难以实施“活塞流”式工作。

发明内容

本发明旨在解决至少一个上述问题或上述缺陷。

为此，本发明提出一种含有有机物的污泥的连续水热碳化方法，污泥干度为10至30％之间，所述方法包括在反应器中进行的水热反应工序(以及优选地，使已经受过水热反应工序的污泥冷却的至少一道冷却工序)，水热反应工序包括下列工序：

－污泥注入工序，其中，污泥由第一入口注入到反应器中，

－蒸汽注入工序，其中，蒸汽由第二入口注入到反应器中，第二入口不同于第一入口，

－循环工序，其中，使注入到反应器中的污泥和蒸汽构成的混合物在反应器内部循环，

－连续排出工序，用于使反应器中容纳的至少一部分混合物由污泥出口连续排出，尤其是在起动阶段外。

在本说明书中，表述“连续排出”是指以必要时可变化的流量连续排出，优选地，由反应器的运行参数操控这种连续排出。当调节不足以恢复水热碳化方法的平衡时，这种连续排出可暂时中断。连续排出不是顺序排出，也不是分批或“批量”排出。

相同理论也适用于表述“连续输入”，也就是指可用词“输入”代替前段中的用词“排出”。

所述方法还可包括预热工序，其中，在污泥注入到反应器中之前，提高污泥的温度直至预热温度。

优选地，预热温度可高于100℃，更优选地高于150℃，预热工序时污泥压力可高于0.1兆帕，更优选地高于0.2兆帕。

在蒸汽注入工序时，蒸汽能以与反应器中循环的混合物逆流的方式(优选地，沿相反方向)注入。

在一种实施方式中，循环工序进行用以获得均匀混合流。

优选地，所述方法还可包括水加热工序，其中，将从反应器排出的污泥中所含的热量由热交换器传递到水中，及其中，使用如此加热的水来产生在蒸汽注入工序时使用的蒸汽。

所述方法还可包括试剂注入工序，其中，注入试剂、尤其是酸到反应器中，以使反应器中容纳的污泥的pH值保持小于6。

另外，所述方法还可包括试剂注入工序，其中，注入试剂、尤其是碱到反应器中，以使反应器中容纳的污泥的pH值保持大于8。

本发明还涉及一种水热碳化装置，用于使含有有机物的污泥连续水热碳化，污泥干度为10-30重量％之间的干物质含量，该装置具有反应器，反应器具有：

－第一入口，用于将污泥注入到反应器中，

－第二入口，用于将蒸汽直接注入到反应器中，第二入口不同于第一入口，

－循环部件，用于使注入到反应器中的污泥与蒸汽构成的混合物在反应器内部循环，以及

－污泥出口，用于从反应器连续排出反应器中容纳的至少一部分混合物。

根据一有利的特征，根据本发明的该装置还可具有预热装置，预热装置用于通过在反应器上游将蒸汽注入污泥中来提高在第一入口上游的污泥的温度。

根据本发明的另一有利的特征，根据本发明的装置还可具有附加热交换器，附加热交换器用于利用从反应器排出的污泥中所含的热量来产生蒸汽，蒸汽是由预热装置注入到在反应器上游的污泥中的蒸汽。

有利地，根据本发明的装置还可具有热交换器和锅炉，热交换器用于使从反应器排出的污泥中所含的热量传递到在热交换器与锅炉之间循环的水中，锅炉用于提供直接注入反应器中的蒸汽。

在一种有利的实施方式中，根据本发明的装置还可具有冷却设备，冷却设备用于冷却从反应器排出的污泥，冷却设备安装在热交换器和附加热交换器的下游。

根据本发明的装置还可具有余热利用器，余热利用器用于使从反应器排出的污泥中所含的热量传递到在余热利用器与一方面是附加热交换器、另一方面是热交换器之间循环的水中。

优选地，余热利用器安装在附加热交换器的下游。

优选地，余热利用器安装在冷却设备的上游。

附图说明

通过阅读以下附图所示的非限制性实施方式和实施例的详细说明，本发明的其他优点和特征将体现出来，附图中：

-图1是根据本发明的水热碳化设备的第一实施方式的示意图；

-图2是根据本发明的水热碳化设备的第二实施方式的示意图。

具体实施方式

下面描述的实施方式是非限定性的，尤其可以考虑本发明的这种变型：其只包括描述特征的选择——如果该特征选择足以赋予技术优点或者足以使本发明不同于现有技术的话，所述特征独立于描述的其它特征(即便在包括所述其它特征的一个句子内该选择也是独立的)。该选择包括至少一个特征，优选是没有结构细节或者只有部分结构细节的功能性特征——如果仅该部分细节就足以赋予技术优点或足以使本发明不同于现有技术的话。

在对实施方式和变型的本说明中，蒸汽默认为水蒸汽。

在本说明书中所指的任何压力默认是绝对压力。

图1是根据本发明的污泥连续水热碳化装置的一示例。该装置具有反应器4，反应器用于进行水热反应工序。

该水热反应工序包括下列工序：

－污泥注入工序，其中，污泥由第一入口11注入到反应器4中，

－蒸汽注入工序，其中，蒸汽由第二入口15注入到反应器4中，第二入口15不同于第一入口11，

－循环工序，其中，将由注入到反应器4中的污泥和蒸汽构成的混合物在反应器4内循环，

－排出工序，用于使反应器4中容纳的至少一部分混合物由污泥出口16连续排出。

在本说明书中，表述反应器4中污泥、混合物或者液体的“循环”系指反应器4中污泥、混合物或者液体的任何运动。

在本说明书中，表述“循环通道”系指反应器中沿其进行任何运动的通道。

在本说明书中，表述反应器中使污泥、混合物或者液体“循环”是指直接在反应器4内，产生或者保持反应器中污泥、混合物或者液体的循环(即运动)，优选地，不受污泥由第一入口11输入到反应器4中的速度的方向和的幅度影响。

所谓污泥循环，在该实施方式中，通常是指污泥的相对移动，限定污泥在反应器4内通常为0.1至3米/秒的平均移动速度Vd、污泥由第一入口11输入的通常为0.005至0.1米/秒的平均输入速度Ve、又或者通常为5至300的比率Vd/Ve。

由第一入口11注入反应器4中的污泥如同下述那样进行输送。

首先，含有有机物的污泥例如来自料槽(未示出)，用以例如在重力作用下输送到导管100(装置入口)中。到达导管100的污泥的干度通常在10-30重量％之间、通常为18-24重量％之间的干物质含量。这些污泥由装置1如泵、螺旋器、重力作用装置、机械输送装置或者任何可将污泥输送到预热装置2的装置，连续输送至预热装置2。在图1所示的实施例中，该装置1是泵。

预热装置2用于实施预热工序，在预热工序中，在污泥注入到反应器4之前，提高污泥温度直至预热温度。在该示例中，预热温度高于100℃，在该预热工序时污泥压力高于0.1兆帕。

因此，预热装置2可通过在反应器4的上游将蒸汽注入污泥中，来提高在第一入口11上游的污泥的温度。优选地，由该预热装置2如此注入的蒸汽处于低压，通常压力在0.1兆帕至1兆帕之间，典型地压力在0.1兆帕至0.5兆帕之间。因此，预热装置2可以是通过污泥与蒸汽之间直接热交换进行污泥加热的设备。预热装置2所用的蒸汽通常具有在100℃至180℃之间、通常为100℃至120℃之间的温度。

预热装置2可由任何静态或动态蒸汽注入器构成，如带有固定隔板的管形封闭室、带有旋转叶片的动态混合器，又或者在螺旋给料器(vis de gavage)的料槽的下部部分多路注入蒸汽，从而可使由这种预热装置2注入的蒸汽与污泥进行均匀混合，混合物通常包括大量污泥和少量蒸汽。

通常，预热装置2所注入的蒸汽量为输送到预热装置2的污泥质量的质量百分比5％至25％，通常为10％。

污泥预热通常在50至150℃之间、优选高于70℃(优选为70至80℃之间)的温度下进行。这种温度允许在预热装置2的下游使用简易泵3。实际上，预热装置2进行的这种蒸汽注入表现为污泥干度的略微降低。例如，污泥在预热装置2的上游、在泵1中具有20％的干度，而污泥在预热装置2的下游、例如在泵3中具有18％的干度。

污泥离开预热装置2，由导管101输入到泵3中，污泥在泵3中通常增压到0.6至4兆帕之间、典型地为2.5至3兆帕之间的压力。

根据反应器4的吸收能力，泵1和3同步工作。

接着，污泥由连接泵3与反应器4的第一入口11的导管102向反应器4输送。

第一入口11用于将污泥注入反应器4中。

污泥直接连续地注入反应器4中，使得污泥快速融入反应器4中容纳的混合物。通常，由于由第一入口11注入的污泥(例如1厘米/秒)与反应器4中第一入口11处循环的混合物(例如100厘米/秒)之间的差速作用，在反应器4中，在第一入口11处，会产生污泥剪切作用。该差速通常具有5至300之间的系数。相关相应的速度矢量的不同定向引起剪切作用，剪切作用允许由第一入口11注入的少量冷污泥与在反应器4中循环的大量热碳化污泥进行快速混合。因此，该剪切作用允许注入的少量污泥与反应器4中均匀混合的大量污泥进行融合。

第二入口15用于将蒸汽直接注入到反应器4中，第二入口15不同于第一入口11。

反应器4的内部空间构造成确保混合物沿与蒸汽由第二入口15注入的方向不同的方向循环。特别是，在蒸汽注入工序时，蒸汽优选以与反应器4中循环的混合物逆流的方式注入。

在本说明书中，表述“逆流”是指：对于污泥在反应器4中在第二入口15附近沿主方向的(一般)循环方向，蒸汽注入方向具有与主方向相反的至少一个分量。换句话说，对于污泥在反应器4中在第二入口15附近沿主方向的(一般)循环方向，蒸汽注入方向与主方向形成pi/2到3*pi/2弧度之间的正角。优选地，该角具有pi弧度(相反的矢量)。

循环工序进行来获得均匀混合流。这里，表述“均匀混合”是指：反应器4中污泥+蒸汽混合物颗粒到达污泥+蒸汽混合物所处的反应器的任何位点的概率与另一污泥+蒸汽混合物颗粒到达该相同位点的概率相同。因此，能以污泥+蒸汽混合物均匀体积与污泥+蒸汽混合物所占的总体积之间的分数计算均匀性百分率。如果获得的均匀性百分率大于90％(或者换句话说，污泥+蒸汽混合物颗粒不会到达或不会总到达的“死区”不超过10％)，则认为反应器均匀混合。可以通过本领域技术人员公知的锂示踪测试，测定污泥+蒸汽混合物的均匀量。

反应器均匀混合的事实非常有利于化学反应，相对于“分批”或者以活塞流工作的反应器来说，尤其如此。

循环部件(未示出)用于使混合物在反应器4内部循环，可使反应器4中混合物的状态均匀化。循环部件通常具有循环器(未示出)，例如叶片式循环器，用于使污泥在反应器4的内部空间中沿着由一个或多个内壁(未示出)界定的循环通道循环。

反应器中污泥、混合物或液体的所谓“循环部件”或者“循环器”，在本说明书中是指用于直接在反应器4内，产生或者保持污泥、混合物或者液体的循环(即运动)的部件，优选地，其不受污泥由第一入口11输入到反应器4中的速度的方向和幅度的影响。

根据未示出的变型，该循环器可包括：

－具有一个或多个叶片的搅拌器，和/或

－螺旋器，和/或

－泵，和/或

－污泥循环回路，和/或

－起泡器。

反应器4的内部空间还构造成，在该内部空间的上部部分(即高度比该内部空间其他部分高的部分)形成除气容积(未示出)。在该除气容积中，混合物不循环。该除气容积用于回收不冷凝气体。

反应器4还配有不冷凝气体出口13，其使除气容积连接于排出导管30，用以进行以后可能的处理。该不冷凝气体出口13由阀操控，以控制反应器4中的压力。

优选地，第二入口15与第一入口分开的距离大于反应器4的内部空间的最大线性尺寸的十二分之一。该距离足以能产生剪切作用。该距离被视为分别第一入口11和第二入口15的两点之间的最短距离。

污泥在反应器1中的停留时间例如可通过锂示踪或者建立数字模型加以确定。

由第二入口15直接注入反应器4中的蒸汽在通常为0.6至4.5兆帕之间、典型为2.5至3兆帕之间的高压下，以及在通常为160至250℃之间、典型为220℃至240℃之间的高温下，饱和或过热。

优选地，蒸汽注入方向与在反应器4中、在位于第二入口15附近的区域内颗粒的混合物的颗粒方向相反。

实现蒸汽由第二入口15注入，用以控制反应器4中混合物的温度，用以使该温度保持在确定值，确实值通常为140℃至270℃之间，典型地在180℃至200℃之间。在反应器4的一个或多个部位处控制该温度，以控制反应器所含的混合物的均匀度。这样由第二入口15注入的蒸汽流量被调节成使温度保持在上述额定值，从而与现有技术中使用注射混合器的解决方案相反地，可限制蒸汽量并使装置能量平衡最佳化。

根据本发明的该实施方式，可选地进行：

－试剂注入工序，其中，注入酸性试剂到反应器4中，以使反应器4中容纳的污泥的pH值保持小于6，

－试剂注入工序，其中，注入碱性试剂到反应器4中，以使反应器4中容纳的污泥的pH值保持大于8。

试剂的注入可借助于pH检测仪进行调节。例如，可根据pH值的下限或上限达到或超过，自动地注入一种或另一种试剂(碱性或酸性)。

为了注入试剂，反应器4具有试剂入口12，其连接于试剂注入导管5。

试剂的注入可加速碳化反应。例如借助于pH检测仪，或者直接在反应器4中、或者在反应器4下游在经受过水热反应工序的污泥流通的导管103、104、105、106或107中控制pH值。

污泥出口16用于从反应器4连续排出其中所含的至少一部分混合物。

图1所示的本发明的装置还允许进行至少一道冷却工序，其中，已经受过水热反应工序的污泥被冷却。所述至少一道冷却工序如下所述。

所述装置用于进行水加热工序，其中，将从反应器4排出的污泥中所含的热量通过热交换器6传递到水中，使用如此加热的水以产生蒸汽注入工序时所用的蒸汽。

为此，图1所示的装置具有热交换器6，热交换器由导管103连接于污泥出口16。该装置还具有锅炉22，锅炉由导管21连接于该热交换器6。该热交换器6用于使从反应器4排出的污泥中所含的热量传递到在该热交换器6与锅炉22之间由导管21循环的水中。锅炉22由另一能源(未示出)供能，布置用于提供蒸汽，该蒸汽通过与第二入口15连接的导管23直接注入到反应器4中。

在该热交换器6中循环的水通常被加热到120至260℃之间、典型地在160至170℃之间的温度。在热交换器6中被加热的该水由导管21被引导到锅炉22，锅炉22则会产生由第二入口15直接注入到反应器4中的蒸汽。

由导管20到达该热交换器6中的水具有适于产生蒸汽的质量(软化、脱矿质等)。

该热交换器6可以是适于这种热交换的任何类型，例如管中管、烟管、套管类型等。

图1所示的装置还具有附加热交换器7，其用于通过利用从反应器4排出的污泥中所含的热量，使在该附加热交换器7中循环的水转变成蒸汽，该蒸汽是由预热装置2注入到在反应器4上游的污泥中的蒸汽。

已经由热交换器6冷却的水解污泥，由热交换器6的导管104输送到附加热交换器7。该附加热交换器7用于产生饱和或者略微过热的蒸汽，饱和或者略微过热的蒸汽用于由预热装置2注入到在反应器4上游颗粒的污泥中。如此产生的蒸汽具有0.1至1兆帕之间、典型为0.15至0.3兆帕之间的压力。

附加热交换器7是烟管式沸腾器类型，或者为任何其它能产生饱和蒸汽的交换器。

在附加热交换器7中循环的水由导管24到达，水的质量尤其在软化、脱矿质等方面与所需蒸汽产生相容。

图1所示的装置还包括冷却设备8，用于冷却从反应器4排出、而通过连接该冷却设备与附加热交换器7的导管105来自于附加热交换器7的污泥。因此，该冷却设备8安装在热交换器6和附加热交换器7的下游。

由热交换器6和附加热交换器7部分地冷却的污泥，通过导管105被引导到进行最终冷却工序的该冷却设备8中。该冷却设备8实施成随后由导管106、107向最终脱水处理组件10输送的污泥的温度在污泥到达该组件10中之前达到确定温度。该确定温度通常是40至90℃之间，典型地在60至70℃之间。

为了实施该最终冷却工序，冷却设备8可以是交换器，一方面是污泥、另一方面是水、空气或者任何可用的冷却流体之类的流体在其中循环。这种冷却流体由导管26到达该冷却设备或者交换器8中，由导管27从中排出。交换器类型例如是一种管中管式或者烟气回路中的管类型的交换器。

污泥离开该冷却设备8，由导管106到达降压机构9中，从而允许污泥在组件10中进行最终脱水处理之前，达到接近大气压的压力。降压机构9和最终脱水处理组件10由导管107彼此连接。

该降压机构9可以是泵、阀、膜片或者任何可这样降低污泥压力的附件。

装置的起动

图1所示装置的起动通过使蒸汽经第二入口15直接注入反应器4中预热反应器4进行，该注入的蒸汽由导管23来自锅炉22。对反应器4的这种预热进行到在反应器4内部获得适当的温度。不将污泥注入到反应器4中来进行该起动阶段。对反应器4的这种预热不难进行，因为反应器4预先灌有水，水的粘度小。因此，蒸汽易于注入到水中，在小容积上冷凝，同时加热反应器4中容纳的水量。

当反应器4变热时(达到所述适当的温度)，可用泵3由第一入口11注入污泥，而不必一定需要使用预热装置2。实际上，与反应器4中可用的容积(通常为3小时的停留时间)相比较，连续注入少量污泥，可使如此注入的污泥相当快速地升温，从而液化，达到接近水流变性的流变性。

接着，通过启动污泥在导管103、104、105、106和107中的颗粒，而开始使预热装置2产生蒸汽，从而允许在反应器4的上游预热污泥。

实施例

下述实施例将说明热回收以大大减少所述方法的热消耗的优点。

考虑在导管100中，污泥干度为19％，流量为2700千克/小时。在预热装置2中以262千克/小时注入在107℃和0.13兆帕的蒸汽，来预热污泥达到70℃。

在该实施例中，反应器4中添加的酸量忽略不计。

为使反应器4加热到190℃，要以707千克/小时注入在220℃和3兆帕的蒸汽。

热交换器6将允许预热用于产生蒸汽的水并冷却在热交换器6中流通的碳化污泥直至152℃的温度，其中所述蒸汽以10℃至180℃直接注入反应器4中。

附加热交换器7将允许利用在10℃的水产生在0.13兆帕下的用于预热装置2的蒸汽，同时冷却在该附加热交换器7中流通的碳化污泥直至103℃的温度。

使用10℃水的冷却设备8则可使在该冷却设备8中流通的碳化污泥在组件10中被最终脱水之前，冷却至70℃。

因此，回收了(190-103)/(190-70)＝72.5％的能量，该能量被输入到装置中用以满足其运行的需要。

要注意的是，冷却设备8中产生的热水也可用于除本发明装置运行外的需要。在这种情况下，该装置运行所需的100％能量在内部或外部被利用。

图2是根据本发明的水热碳化设备的第二实施方式的示意图，将仅描述该实施方式与图1第一种方式的不同之处。

该第二实施方式还具有余热利用器71，用于使从反应器4排出的污泥中所含的热量传递到在该余热利用器71与一方面是附加热交换器7、另一方面是热交换器6之间循环的水中。

在该实施例中，余热利用器71安装在附加热交换器7的下游。污泥由导管105a从附加热交换器7输送到该余热利用器71。在该实施例中，余热利用器71安装在冷却设备8的上游。污泥由导管105b从余热利用器71输送到冷却设备8。

在该实施例中，优选经过软化处理的水由导管711到达余热利用器71中。导管711中的水通常处于环境温度下。该水例如以90℃的温度由导管712从余热利用器71排出。导管712例如通过分支Y71连接于导管24和20，以将被余热利用器71加热的水输送至附加热交换器7和热交换器6。

这种装置的一种优点是，通过使冷流体与已经冷却的污泥在行程末段接触，能最大限度地降低污泥温度，同时回收最多能量来满足所述方法的需要。

显然，本发明不局限于刚描述的实施例，许多设置可提供给这些实施例，而这不超出本发明的范围。另外，本发明的不同的特征、形状、变型和实施方式只要不是互不相容或不是相互排斥，则可根据各种组合彼此结合。

Claims (13)

1.一种水热碳化方法，用于使含有有机物的污泥连续水热碳化，污泥干度为10-30重量％之间的干物质含量，水热碳化方法包括在反应器(4)中进行的水热反应工序，其特征在于，水热反应工序具有下列工序：

－污泥注入工序，在污泥注入工序中，污泥由第一入口(11)注入到反应器(4)中，

－蒸汽注入工序，在蒸汽注入工序中，蒸汽由第二入口(15)注入到反应器(4)中，第二入口(15)不同于第一入口(11)，

－循环工序，在循环工序中，使注入到反应器(4)中的污泥和蒸汽构成的混合物在反应器(4)内部循环，

－连续排出工序，用于使反应器(4)中容纳的至少一部分混合物由污泥出口(16)连续排出；

并且，在蒸汽注入工序时，将蒸汽以与反应器(4)中循环的混合物逆流的方式注入。

2.根据权利要求1所述的水热碳化方法，其特征在于，水热碳化方法还具有预热工序，在预热工序中，在污泥注入到反应器(4)中之前，提高污泥的温度直至预热温度。

3.根据权利要求2所述的水热碳化方法，其特征在于，预热温度高于100℃；并且，在该预热工序时污泥压力高于0.1兆帕。

4.根据前述权利要求中任一项所述的水热碳化方法，其特征在于，水热碳化方法还具有水加热工序，在水加热工序中，将从反应器(4)排出的污泥中所含的热量由热交换器(6)传递到水中，及在水加热工序中，使用如此加热的水来产生在蒸汽注入工序时使用的蒸汽。

5.根据前述权利要求中任一项所述的水热碳化方法，其特征在于，水热碳化方法还具有试剂注入工序，在试剂注入工序中，注入试剂、尤其是酸到反应器(4)中，以使反应器(4)中容纳的污泥的pH值保持小于6。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的水热碳化方法，其特征在于，水热碳化方法还具有试剂注入工序，在试剂注入工序中，注入试剂、尤其是碱到反应器(4)中，以使反应器(4)中容纳的污泥的pH值保持大于8。

7.一种水热碳化装置，用于使含有有机物的污泥连续水热碳化，污泥干度为10-30重量％之间的干物质含量，水热碳化装置具有反应器(4)，其特征在于，反应器(4)包括：

－第一入口(11)，用于将污泥注入到反应器(4)中，

－第二入口(15)，用于将蒸汽直接注入到反应器(4)中，第二入口(15)不同于第一入口(11)，

－循环部件，用于使注入到反应器(4)中的污泥与蒸汽构成的混合物在反应器(4)内部循环，以及

－污泥出口(16)，用于从反应器(4)连续排出反应器中容纳的至少一部分混合物；

并且，反应器构造成以与反应器中循环的混合物逆流的方式注入蒸汽。

8.根据权利要求7所述的水热碳化装置，其特征在于，水热碳化装置还具有预热装置(2)，预热装置用于通过在反应器(4)上游将蒸汽注入污泥中来提高在第一入口(11)上游的污泥的温度。

9.根据权利要求8所述的水热碳化装置，其特征在于，水热碳化装置还具有附加热交换器(7)，附加热交换器用于利用从反应器(4)排出的污泥中所含的热量来产生蒸汽，附加热交换器产生的蒸汽是由预热装置(2)注入到在反应器(4)上游的污泥中的蒸汽。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的水热碳化装置，其特征在于，水热碳化装置还具有热交换器(6)和锅炉(22)，热交换器(6)用于使从反应器(4)排出的污泥中所含的热量传递到在热交换器(6)与锅炉(22)之间循环的水中，锅炉(22)用于提供直接注入反应器(4)中的蒸汽。

11.根据权利要求9和10所述的水热碳化装置，其特征在于，水热碳化装置还具有冷却设备(8)，冷却设备用于冷却从反应器(4)排出的污泥，冷却设备(8)安装在热交换器(6)和附加热交换器(7)的下游。

12.根据权利要求11所述的水热碳化装置，其特征在于，水热碳化装置还具有余热利用器(71)，余热利用器用于使从反应器(4)排出的污泥中所含的热量传递到在余热利用器(71)与一方面是附加热交换器(7)、另一方面是热交换器(6)之间循环的水中。

13.根据权利要求12所述的水热碳化装置，其特征在于，余热利用器(71)安装在附加热交换器(7)的下游和冷却设备(8)的上游。