JP2017525557A - 短い滞留時間でポンプを使用しない有機材料の熱加水分解のための方法および設備 - Google Patents
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Abstract
Description
いくつかの特許は、連続的に操作するシステムを提案している。1997年の米国特許第5593591号は、ポンプで加圧された汚泥が、ノズルを通して減圧されてフラッシュ容器に入る前に、同じパイプ内で加熱されるシステムを特許請求している。その目的は、良好な流動特徴(自由流動性固体)を有する加水分解汚泥を生成することである。
この方法および操作手順は、ポンプまたは他の機械的手段を必要とせずに、流体を高圧で連続的に移動させる。記載されている2つの半サイクルのコンビネーションである完全なサイクルは、5〜30分で終了できる。
投与容器(9,10)は、対応する遮断弁(24,25)を備えた配管(22,23)を介して加圧容器(11,12)に接続されている。これらの加圧容器(11,12)は、対応する遮断弁(31,32)を備えた蒸気入口(33,34)を含み、これらの弁は容器の順次加圧を可能にする。
加圧容器内の圧力は、4〜25 bargの間で加水分解される物質の連続的な流れを作り、60〜140℃の温度で配管(39)を介して加水分解システムに達する。制御システムは標準的であり、本発明の主題ではない。
加圧容器(11,12)からの材料は、バルブ(40)によって制御され、10〜25barg(30)で生の高圧蒸気が注入される急速混合器(13)に入る。急速混合システムにより、汚泥は5秒以内に他の商業技術で使用されているものより高い最高220℃の高温を達成する。高温での短時間の場合、有機材料は劣化せず、嫌気性条件下で生分解性でない阻害剤や物質を生成しない。
Claims (13)
- 衝動、加水分解およびエネルギー回収段階を含む、連続状態で作動する有機材料の熱加水分解のための方法であって、衝動段階は、蒸気または圧縮空気を用いて加圧された2つの投与容器および2つの加圧容器を含み、そのサイクル操作によって、ポンプまたは流体にエネルギーを伝達する他の任意のデバイスを必要とせずに、一定の出口流量を可能にし、第1の加圧容器が投与容器から有機材料の充填を受けている間、第2の容器は4〜25bargの圧力に加圧され、60〜140℃の温度に予熱された有機材料の調整可能な一定の流れが生成され、加水分解段階では、5秒以内に加圧流体と生蒸気を素早く混合し、二次反応を起こさずに最高220℃の温度を達成し、予熱された流体はオリフィスを通ってリリーフまたは調整タンクに送られ、そこで1〜15分の間、140〜180℃の温度に保たれ、温度プロセスによる加水分解が起こり、エネルギー回収段階は、-0.5〜4 bargの圧力で作動するフラッシュ容器への加圧流体の制御された流れを可能にし、急減圧またはフラッシュが生じるフラッシュシステムを含み、加水分解セクションのリリーフタンク内で生成された中圧蒸気とフラッシュタンク内で生成された低圧蒸気の両方が、混合蒸気を衝動システムに運ぶエジェクターまたはサーモコンプレッサーに送られ、そこで凝縮し、すでに充填されている材料を予熱し、フラッシュタンクを出る加水分解された物質は、嫌気性消化または他の類似したシステムに入る。
- 請求項1に記載の方法であって、既存のシステムとは異なり、前記システムは以下の充填システムを備える:
- そのサイクル操作のために、高圧で流体を輸送するためのポンプまたは他の機械的装置を必要とせずに、流体を連続的に流す加圧容器を備える
- エネルギーを回収し、各運転サイクルにおいて圧力を均等にするための相互接続されたタンクを備える
- バルブの開閉により、バッチ負荷を受ける投与および加圧容器がサイクルで操作することを可能にする制御および自動制御システムを備え、その結果、ポンプを必要とすることなく高圧で加水分解される物質の一定かつ制御された流れを得る
- より良いエネルギー統合およびより低いネット加熱蒸気消費を達成するために、エネルギー回収段階においてエジェクターからの高、中および低混合蒸気のための入口を備える。 - 既存の方法とは異なり、加水分解段階が減圧下での固体構造の第1の破砕およびその後の高温での反応に基づく、以下の特徴を備える請求項1に記載の方法。
- 非常に短時間で温度を上昇させ、温度が上昇しても、阻害剤または非生分解性物質の形成をもたらす二次反応の発生を防止するために、流体を生蒸気と極めて迅速に混合する
- 高い混合圧力から下低いリリーフタンク圧力まで有機材料を流してフラッシュの作用によって有機材料構造を破壊する
- 温度の作用により追加の加水分解を達成するために、リリーフタンク内の予め定められた期間中に分解された材料を保持する - 既存のプロセスとは異なり、エネルギー回収段階において、異なるエンタルピー含有量を有する2つの異なる蒸気流が使用され、最適なエネルギー回収を達成するために生蒸気の随意的な添加が行われ;中圧蒸気流は加水分解段階のリリーフチャンバー内で生成され、エジェクターまたはサーモコンプレッサーに送られる; 低圧蒸気流は2つのラインへの分岐を介して適切な流れに制御された加水分解された物質のフラッシュによって生成され、第1ラインは所定の大きさのオリフィス、第2ラインはコントロールバルブを備えるため、バルブ内の浸食が最小限に抑えられる; フラッシュされた物質はフラッシュタンク内で加水分解された有機材料の液相と蒸気相に分かれ、高圧蒸気が必要な場合には2つの蒸気が混合するエジェクターに行き、衝動段階に流れ、加圧される材料の温度を上昇させて加熱蒸気のネット消費を減少させる請求項1に記載の方法。
- 以下の特徴を備える請求項1および2に記載の方法。
- 投与および加圧容器を4〜25bargの圧力まで蒸気またはガスで加圧することにより、ポンプまたは他の機械的装置を必要とせずに加水分解されるべき有機材料の流れを達成する。
- サーモコンプレッサーから高、中および低圧の蒸気を受け取ることによって予熱段階として作用する投与および加圧容器、生成された蒸気の完全な回収を可能にする異なる温度蒸気の使用。
- 投与容器と加圧容器が10〜60分の調整可能な周期で順次作動することを可能にし、実際にはポンプを必要とせずに連続式で作動することが可能になる制御システム。 - 加水分解段階が下記の特徴を備える請求項1および3に記載の方法。
- 液体を加熱蒸気と急速に混合して、140〜220℃の温度、20バールまでの圧力、5秒未満の圧力を達成する。これにより、高温にもかかわらず、阻害剤または非生分解性物質を形成する副反応が回避される。
- オリフィスを通る高温材料の流れを介して10バールまでの圧力まで減圧して、加水分解すべき材料の構造の破壊を達成する。
- リリーフまたは調整タンクで滑らかな制御を保証し、温度効果による加水分解反応性を高めるために、加水分解する物質の温度を140〜180℃に下げ、1〜15分の水力学的滞留時間を可能とする。 - 高、中および低圧の3つの蒸気流-調整タンクの相分割によって生成される最大10 bargまでの中圧流、フラッシュタンク内で生成する-0.5〜4 bargの低圧蒸気流、および生まるいは加熱蒸気となる高圧流-の混合を装填段階の予熱媒体として使用して、より良好なエネルギー回収を達成するためのイジェクタまたはサーモコンプレッサーを含む、請求項1および4に記載の方法。
- 流量の60〜90%が所定の直径サイズのオリフィスを通過するように平行パイプによる減圧システムを含み、残りの流量が自動制御バルブで調整されることでコントロールバルブのエロージョンの影響を最小限にする請求項1、4および6に記載の方法。
- 請求項1,2,3および4の方法を実施するように適合された設備(8)であってポンプなしの装填および供給システム、高温までの極めて迅速な加熱装置を使用する加水分解システム、減圧および加水分解温度での材料の保持、および最終的に、中圧および低圧蒸気の生成および使用を含むエネルギー回収システムを備えるもの。
- 請求項9に記載の設備(8)であって以下の特徴を備えるもの。
- 加水分解されるべき有機材料の入口としての配管またはコンベアベルト(18,19)および遮断弁(20,21)
- 加水分解されるべき有機材料の出口(22,23)、余剰蒸気入口(43,44)、非凝縮性出口(37,38)、容器相互接続部(52)、対応する遮断弁(41,42,24,25,35,36,54,55)を有する2つの投与容器(9,10)
- 入口配管(22,23)、蒸気または圧縮ガス入口(33,34)、連続供給用の排出パイプ(26,27)、容器相互接続(52)、遮断弁(24,25,31,32,53,56)を含む2つの加圧容器(11,12)
- 自動流れ調整システム(図示せず)を有する加水分解セクション供給配管(39)
- 加熱蒸気入口(30)および自動バルブ(40)、リリーフチャンバーおよび微細圧力調整装置(14)に接続され、オリフィス(57)を介して高圧域(13)と中圧チャンバー(14)と接続する蒸気混合器(13)
- リリーフタンク(14)で発生した中圧蒸気(49)とフラッシュ容器(15)内で生成された低圧蒸気(47)を受け取り、場合によっては生蒸気または加熱蒸気 (58)を受け取るエジェクターまたはサーモコンプレッサー(16) - 請求項9および10に記載の設備(8)であって、供給セクションに下記の特徴をもつもの。
- 容器(9,10,11,12)を蒸気または圧縮空気で加圧し、ポンプを必要とせずに加水分解される材料の衝動および連続流を達成する;
- 加熱ステージへの出口流が連続的であるように、10分から1時間の間に変動する交互の充填および加圧シーケンスで容器(9,10,11,12)のサイクル操作を調整し、制御する
- 充填システム容器(9,10)は、エジェクタ(43,44)から対応するバルブ(41,42)への混合蒸気用の入口を備える
- パイプラック(52)および対応するバルブ(53,54,55,56)を介して容器(9,10,11,12)を相互接続する
- 非凝縮物および過剰蒸気(37,38)を対応するバルブ(35,36)でパージする - 請求項9および10に記載の設備(8)であって、加水分解システムに下記の特徴をもつもの。
- 自動弁(40)で制御された生蒸気が注入されるクイックミキサー(13)からなる加熱システムであって、5秒未満で加水分解される材料が温度220℃まで加熱され20bargまでの圧力を有し、このようなミキサーはまた、オリフィス(57)を介してリリーフまたは調整タンクとして働く容器(14)に接続され、2〜10バールで140℃〜180℃の範囲のより細かい圧力および温度制御を可能にし、この減圧により加水分解されるべき有機材料の構造が最初の破壊を起こす
- オリフィス(57)で減圧された材料は、減圧によって予め加水分解された材料が140〜180℃の温度に1〜15分間の所定の期間維持されるように、リリーフチャンバー内に保持される - 請求項9または10に記載の設備(8)において、エネルギー回収部に以下の特徴をもつもの。
- 入口圧力を2〜10bargと出口圧力を-0.5〜4bargの間に維持する減圧システム(46)で、このような減圧システム(46)が、全体の60〜90%が流れるように適合した径を有するオリフィスまたはダイアフラム(6)を備え、残りの流量が自動弁(7)でより細かい制御を達成するために利用される
- 中圧(49)および低圧(47)の流れが分割され、それらが原料予熱流体として使用されるよう充填セクションに送るエジェクターまたはサーモコンプレッサ(16)に入る相分離装置(14,15)
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