JP6328183B2 - 汚泥熱加水分解のエネルギー効率の良いシステム及びプロセス - Google Patents

Description

本発明は、汚泥又は有機性廃棄物を処理するシステム及びプロセス、及びさらに特には汚泥又は有機性廃棄物を熱加水分解するシステム及びプロセスに関する。

種々のシステム及びプロセスが、汚泥及び有機性廃棄物を処理するために用いられている。例えば、汚泥及び有機性廃棄物はしばしば、嫌気的分解の前若しくは後に発生してもよい熱加水分解プロセスの下で処理される。熱加水分解プロセスは、高温及び高圧の条件下で細胞壁の破壊を引き起こし、より容易に生分解性である高度に可溶化された汚泥を一般に生じる。特に、熱加水分解は、１３０℃から１８０℃の範囲の高温及び典型的に３〜１０絶対圧の範囲の高圧を用いる。嫌気的分解と組み合わせて使用する場合、熱加水分解プロセスは長鎖ポリマーを切り離し、且つタンパク質を加水分解し、そして一般的に熱加水分解はより効率的に嫌気的分解させる方法で汚泥若しくは有機性廃棄物を変化させる。

熱加水分解プロセスは大量のエネルギーを消費する。汚泥の加水分解のために所望される範囲の温度及び圧力は、蒸気を加水分解反応器内の汚泥に注入し且つ混合することによって典型的に生成される。蒸気の注入は汚泥加水分解の高エネルギー集約型態様であり、そして廃エネルギー回収は汚泥加水分解に対する重大な懸念事項である。いくつかの事例では、バッチ加水分解プロセスにおける受け入れ汚泥の中に蒸気をフラッシュオフすること、若しくは新たな蒸気の生成のためにボイラ給水を加熱すること、によって部分的にエネルギーを回収することが知られている。これらのプロセスは、所望の効率より低く且つ非常に高いコストであることを特徴とする。

そのため、熱加水分解システム及びプロセスのエネルギー効率を改善することが必要とされている。

本発明は、熱加水分解システム及び汚泥若しくは有機性廃棄物を加水分解する方法に関し、及び継続して熱加水分解プロセスにおいて使用される実質的なエネルギーの量を回収する。

いくつかの実施形態では、加水分解汚泥は廃熱ボイラに導かれ、及びボイラ給水を加熱し且つ熱加水分解システムの中に導かれる汚泥を加熱するために用いられる蒸気を形成するために使用される。いくつかの場合では、廃熱ボイラにより生成された蒸気は主ボイラにより生成された蒸気に結合される。

他の実施形態では、フラッシュ槽は熱加水分解システムの下流に配置される。加水分解汚泥は、フラッシュ槽の中に連続的に導かれ、そして熱加水分解システムとフラッシュ槽との間の制御された圧力降下を提供することにより、蒸気はフラッシュ槽の中で連続的にフラッシュされる。この蒸気は回収され、及び熱加水分解システムの中に導かれる汚泥を加熱するために独立して若しくは主ボイラにより生成された蒸気と結合して使用される。

加えて本明細書は、廃熱ボイラ、フラッシュ槽若しくは主ボイラにより生成された蒸気を、熱加水分解システムの中に導かれる汚泥に効率的に混合するためのいくつかのオプションを開示する。

一実施形態では、本発明は汚泥熱加水分解のエネルギー効率の良い方法を伴う。この方法は汚泥を１つ以上の蒸気‐汚泥混合器の中に導く工程を含む。汚泥は、蒸気‐汚泥混合器から、汚泥が熱加水分解され且つ熱加水分解汚泥を形成する熱加水分解システムに導かれる。このプロセスでは、主ボイラが存在する。第１の給水は主ボイラに導かれ、及び主ボイラは生蒸気を生成する。加えて、この方法は、補助的蒸気を生成するために、熱加水分解汚泥に関連付けられた熱を利用する。この方法はさらに、蒸気混合物を形成するために生蒸気と補助的蒸気を結合する工程、及び少なくとも１つの蒸気‐汚泥混合器の中で蒸気混合物を汚泥に混合し、若しくは１つ以上の蒸気‐汚泥混合器の中で生蒸気と補助的蒸気を別々に混合する工程を含む。別々に混合する工程とは、生蒸気と補助的蒸気が一緒に混合される前に、生蒸気と補助的蒸気が汚泥に混合されることを意味する。この一例は、生蒸気は１つの混合器の中に導かれ、及び補助的蒸気はもう１つの混合器の中に導かれることである。本明細書に記載される方法は、２つのプロセスのうちの１つにより、補助的蒸気を生成することができる。第１に、１つのプロセスは、熱加水分解汚泥を熱加水分解システムから廃熱ボイラに向かって且つ通して導き、及び補助的蒸気を生成するために、第２の給水を廃熱ボイラの中に且つ通して供給する工程により、達成されることができる。第２の選択肢は、熱加水分解汚泥を熱加水分解システムからフラッシュ槽に向かって導き、且つ熱加水分解システムとフラッシュ槽との間の圧力降下を介してフラッシュ槽の中で補助的蒸気を生成することである。

本発明の別の実施形態では、方法は汚泥を蒸気‐汚泥混合器の中に導くことによる汚泥熱加水分解し、その後、熱加水分解汚泥を生成する下流の熱加水分解システムに汚泥を導くための、エネルギー効率の良いプロセスを伴う。方法は第１の給水を主ボイラに供給し、及び生蒸気を生産することを伴う。方法は補助的蒸気を生成するために、熱加水分解汚泥に関連付けられた熱を利用することをさらに含む。これは、熱加水分解汚泥を廃熱ボイラの中に且つ通して導き、そして第２の給水を廃熱ボイラの中に且つ通して供給し、及び補助的蒸気を生成するために第２の給水を加熱することにより成し遂げられる。方法はまた、生蒸気を主ボイラから蒸気注入器を内部に有する蒸気ラインを通して導くことを含む。補助的蒸気は蒸気注入器を介して蒸気ラインの中に注入され、及び蒸気ラインの中で蒸気混合物を形成するために生蒸気に混合される。方法は、蒸気混合物を熱加水分解システムの上流に配置された蒸気‐汚泥混合器の中に導き、及び蒸気混合物を蒸気‐汚泥混合器の内部の汚泥に混合することを伴う。

本発明の別の実施形態では、汚泥熱加水分解の方法は汚泥を１つ以上の蒸気‐汚泥混合器の中に導くことを含む。そして、汚泥は少なくとも１つの混合器から熱加水分解汚泥を生成する熱加水分解システムに導かれる。給水を受け入れ、及び生蒸気を生成する主ボイラが存在する。この生蒸気は、主ボイラから蒸気ラインを通って熱加水分解システムの上流に配置された１つ以上の蒸気‐汚泥混合器に導かれる。方法は補助的蒸気を生成するために、熱加水分解汚泥に関連付けられた熱を利用することをさらに含む。これは、熱加水分解汚泥をフラッシュ槽の中に導き、フラッシュ槽が補助的蒸気を生成するように、熱加水分解システムとフラッシュ槽との間の圧力降下を維持することにより成し遂げられる。その後、方法は補助的蒸気をフラッシュ槽から熱加水分解システムの上流に配置された少なくとも１つの蒸気‐汚泥混合器に導くことを伴う。

本発明の他の目的及び利点は、以下の説明及び本発明の単なる例示である添付の図面の検討から明白且つ明解になるであろう。

図１は、熱加水分解システムに導かれる汚泥を加熱する目的で使用される蒸気を生成するために廃熱ボイラを利用する、例示的な熱加水分解プロセスを示す概略図である。 図２は図１に類似するが、代替の方法を示す図である。 図３は、図１及び２に示されるプロセスに多くの側面で類似する例示的な熱加水分解プロセスの別の概略図である。 図４は、熱加水分解プロセスの下流でフラッシュ槽を用いる例示的なプロセスを示す概略図である。 図５は図４と類似するが、代替の実施形態を示す。 図６は、フラッシュ槽を用いる熱加水分解プロセスのためのさらに別の代替の実施形態である。 図７は図４‐６に類似するが、別の代替のプロセスを示す。 図８は、熱エネルギーを回収するために熱加水分解システムの下流でフラッシュ槽を用いる、別の代替プロセスを示す。 図９は、図４‐８に示されるプロセスに多くの側面で類似する、さらに別の代替のプロセスである。 図１０は、受け入れ汚泥を加熱するために効率的な設計を含む熱加水分解プロセスの概略図である。 図１１は、図１０に示されるプロセスに類似するプロセスを示す。

図を更に参照すると、汚泥若しくは有機性廃棄物を処理するためのシステムが図中に現され、符号１００により概して示されている。用語「汚泥」が本明細書中で使用され、且つ有機性廃棄物を包含する。図１‐３を特に参照すると、汚泥を処理するためのシステム１００が、汚泥を受け入れ且つ保持するためのホッパー４と、ホッパーから汚泥を搬送するためのホッパーの底に配置されたコンベヤー３２を含むことがわかる。コンベヤー３２の出口側に配置されるのは、プログレッシブキャビティポンプを備えてもよいポンプ６である。ポンプ６は汚泥を汚泥‐蒸気動的混合ユニット５に送り込むように動作可能である。混合ユニット５内の汚泥と蒸気の滞留時間は典型的に５分未満であり、混合ユニット内のローターの速度は毎分２，０００回転より大きい。図２に例示される実施形態では、１対の汚泥‐蒸気混合ユニット５Ａ及び５Ｂが提供されている。図２の実施形態では、混合ユニット５Ａ及び５Ｂの間に作動的に相互に連結されたポンプ６Ｂが提供される。

汚泥‐蒸気混合ユニットの下流は、符号１０２により概して示される熱加水分解システムである。本明細書において例示される実施形態のケースでは、熱加水分解システム１０２は３つのバッチ反応器又は槽１、２及び３を備える。一連の汚泥入口ライン１８、２０及び２２は、反応器１、２及び３と汚泥‐蒸気混合ユニット５との間に作動的に相互に連結されている。加えて、反応器１、２及び３から延び、且つそれぞれの反応器から汚泥を搬送するために用いられる一連の汚泥出口ライン１７、１９及び２１が存在する。加えて、各熱加水分解反応器１、２又は３は反応器からの非凝縮ガスを排出するための気体出口バルブ２５を含む。

汚泥出口ライン１７、１９及び２１は廃熱ボイラ７につながる。廃熱ボイラ７は様々な設計及び形式をとることができる。１つの例示的な設計では、廃熱ボイラ７はボイラの実質的な部分を通って延びる一連のチューブを含む。図１に示されるように、廃熱ボイラ７は、２つの熱交換器、熱交換器１２及び１３を通って若しくはこれらと動作可能な関係で延びるライン４０に連結する汚泥出口を含む。熱交換器１３の下流は、ライン４０内の汚泥を一例として嫌気的分解器（不図示）へ送り込むためのポンプ１４である。加えて、廃熱ボイラ７は給水入口４２及び蒸気出口ライン４４を含む。熱加水分解システム１００は嫌気的分解プロセスを伴い若しくは伴わずに、用いられることができる。さらに、嫌気的分解器と組み合わせて使用する場合であっても、熱加水分解システム１００は嫌気的分解器の上流又は下流に用いられることができる。

本明細書中に開示されるシステム及びプロセスは、汚泥出口ライン４０内の汚泥を冷却するために様々な手段を用いる。１つの実施形態では、ポンプ３４は処理された廃水を冷却熱交換器１３に通して導き、冷却熱交換器を通過する汚泥を冷却する目的に用いられる。加えて、ライン４０内の通過する汚泥を希釈することが所望されてもよい場合がある。この場合では、クラスＡ希釈水がポンプ３３により送り込まれ、そして汚泥出口ライン４０に沿って１以上の場所に注入されることができる。

廃熱ボイラ７に加えて、受け入れ汚泥に混合するために使用される蒸気を生成するために主ボイラ１０もまた提供される。したがって、ボイラ給水、飲用水は、給水がいずれかのボイラに導入される前に、給水を処理するために水処理ユニット１５へ送り込まれる。水処理ユニット１５で処理後は、ボイラ給水は熱交換器１２を通して導かれ、そして汚泥出口ライン４０を通って通過する汚泥に付加的な冷却を提供するように概して機能する。熱交換器１２からの給水は脱気装置１１へ導かれる。脱気装置では、ＣＯ_２及びＯ_２のような非濃縮ガスが給水から取り除かれる。様々な種類の脱気装置が使用されることができる。本明細書で例示される実施形態では、主ボイラ１０からの蒸気が、蒸気ライン４６を通って、蒸気が脱気装置を通って流れる給水に接触しそして特定のガスを除去する脱気装置１１へ導かれる。脱気装置１１から、給水は主ボイラ１０、廃熱ボイラ７又は水注入ライン４８にポンプ３１により送り込まれる。バルブ２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃの一連のバルブは、ポンプ３１から水注入ライン４８へ、に加えて、ポンプ３１からボイラ７と１０への給水のフローをも制御する。図１に見られるように、ポンプ３１はボイラ給水をバルブ２３Ａに通し及びライン５０に通して主ボイラ１０へ送り込むように動作可能である。加えて、ポンプ３１は給水をバルブ２３Ｂに通し及びライン５２に通して、廃熱ボイラ７から通じる蒸気ライン４４へ連通可能に連結された槽５４へ送り込むように動作可能である。バルブ２３Ｃは、ポンプ３１から水注入ライン４８を通るフローを制御する。実際には、バルブ２３Ｃは作動装置により制御又は開放及び閉止される。

蒸気ライン５８は、主ボイラにより生成された蒸気を搬送するために主ボイラ１０から延びる。蒸気ライン５８に配置されるのは、槽５４から延びる低圧力蒸気ライン６０（図１‐３）にも連通可能に連結された蒸気注入器８である。様々な蒸気注入器８の形態が用いられることができる。１つの実施形態では、蒸気注入器８は廃熱ボイラ７により生成された蒸気を蒸気ライン６０から主蒸気ライン５８に誘導するように動作可能である排除器の形態をとり、主蒸気ライン５８では、主ボイラ１０と廃熱ボイラ７により生成された蒸気が混合される。

蒸気注入器８の下流は、主蒸気ライン５８にも配置される水注入器９である。水注入器９は水注入ライン４８に連通可能に連結される。水注入ライン４８に配置されるバルブ２４は注入器９への水のフローを制御する。１つの実施形態では、温度センサが蒸気ライン５８を通過する蒸気の温度を感知するために蒸気ライン５８に関連付けられる。蒸気ライン５８の蒸気を冷却する必要がある場合は、温度センサはライン５８の蒸気の温度を低下するためにバルブ２４の制御を作動するように動作可能である。

図１に見られるように、水注入器９の下流に流れる蒸気は、汚泥が熱加水分解バッチ反応器１、２及び３に導かれる前に、蒸気が汚泥に注入及び混合される、汚泥‐蒸気混合ユニット５に導かれる。

図３は、蒸気ライン５８がホッパー４内のコンベヤー３２につながる別の実施形態を示す。しばしば、ホッパー４の「ライブボトム（ｌｉｖｅ ｂｏｔｔｏｍ）」への注入蒸気と称される。いくつかの実施形態では、汚泥を加熱するために使用される蒸気はホッパー４の「ライブボトム」へ注入されることが意図される。このような場合では、汚泥‐蒸気混合ユニットは下流に存在しなくてもよい。他の実施形態では、蒸気の一部分は蒸気ライン５８から蒸気を汚泥‐蒸気混合ユニット５に送達するように動作可能である蒸気ライン６２を通される。この実施形態では蒸気は２つのポイントに導かれ、そして汚泥は汚泥‐蒸気混合ユニット（複数）内に加えてコンベヤー位置でも蒸気と混合される。例えば図３を参照する。

図４‐９に示される実施形態を参照すると、補助的な又は補足的な蒸気が熱加水分解システム１０２から下流に位置するフラッシュ槽３５によって生成される。特に、バッチ反応器１、２及び３からの加水分解された汚泥はフラッシュ槽３５に導かれる。後述するように、熱加水分解システム１０２とフラッシュ槽３５との間には制御圧力降下が存在する。蒸気は、バルブ３７を制御又は開放することによって生じる圧力低下により、フラッシュ槽３５の外にフラッシュされる。図４‐９に示されるように、フラッシュ槽３５内のフラッシュされた蒸気は熱加水分解プロセスから回収されたエネルギーを示し、そしてバッチ反応器１、２及び３の中の汚泥の後続するバッチを加熱するために使用される。

図４の実施形態では、フラッシュ槽３５からの蒸気は、蒸気ライン６４を通ってコンベヤー３２又はホッパー４の「ライブボトム」に連結される。バイオガスボイラ１０により生成された蒸気はライン５８を通って下流汚泥‐蒸気混合ユニット５に導かれる。したがってこの場合では、蒸気は熱加水分解システム１０２の上流の２つの位置で汚泥と混合される。図５の実施形態では、フラッシュ槽３５の中に回収された蒸気は、ライン６４を通ってポンプ６と汚泥‐蒸気混合ユニット５との間に位置する並列した複数のパルパー１６に導かれる。パルパーのような予熱槽は動的混合器と比較して長い汚泥滞留時間を有するであろう。予熱槽又はパルパーの中で混合する工程は、再循環ポンプにより通常提供される。この場合、主生蒸気ライン５８の中の蒸気は、汚泥‐蒸気混合ユニット５に若しくは並列したパルパー１６に又はその両方に導かれることができる。図６に示される実施形態を参照すると、主ボイラ１０からの蒸気が下流汚泥‐蒸気混合ユニット５Ｂに導かれる一方で、フラッシュ槽３５の中に回収された蒸気は、ライン６４を通って第１の汚泥‐蒸気混合ユニット５Ａに導かれる。図７の実施形態のフラッシュ槽３５の中に回収された蒸気は、蒸気ライン６４を通ってポンプ３１を含む再循環ループに導かれる。再循環ループはパルパー１６に連通可能に連結され、そして再循環ループを通して汚泥を再循環する。主生蒸気ライン５８の中の蒸気は下流汚泥‐蒸気混合ユニット５に導かれる。

図８に示されるプロセスは、廃熱ボイラ７がフラッシュ槽３５に置き換えられていることを除いて、前述及び図２に示されるプロセスと多くの側面において類似する。図８の実施形態の場合では、フラッシュ槽３５から放出された蒸気は、ライン６６からフラッシュ蒸気が主ボイラ１０により生成された蒸気と混合する主蒸気ライン５８に、蒸気注入器又は排除器８により誘導される。この場合では、ライン５８の中の混合された蒸気は第１の汚泥‐蒸気混合ユニット５Ａに導かれる。主ボイラ１０により生成された蒸気の一部分は、ライン６２を通って第２の下流汚泥‐蒸気混合ユニット５Ｂに転送されることができる。図９に示される実施形態は、蒸気ライン５８の中の結合された蒸気がホッパー４の「ライブボトム」に導かれることを除いて、図８に示される実施形態及び前述の実施形態に類似する。ボイラ１０により生成された蒸気の一部分は、ライン６２を通って汚泥‐蒸気混合ユニット５に転送されることができる。

図１０に示される実施形態は、廃熱ボイラ７及びフラッシュ槽３５の両方を除く。この場合では、主ボイラ１０により生成された蒸気はライン５８を通って汚泥‐蒸気混合ユニット５に導かれる。図１１に例示された実施形態では、廃熱ボイラ７及びフラッシュ槽３５は全体的なシステム及びプロセスに組み込まれない。だが、加水分解された汚泥は、熱加水分解システム１０２から熱交換器６８に導かれる。熱交換器６８は、汚泥出口ライン４０から、ポンプ６と汚泥‐蒸気混合ユニット５との間に延びる汚泥入口ラインに熱を移すように動作可能である。

前述のシステム及びプロセスは、汚泥熱加水分解の過程において可能な限り低いエネルギー消費量を得るように設計される。これは、熱加水分解プロセスを最適化し且つできるだけ多くのエネルギーを回収することによって可能となる。これは、少なくとも部分的に、廃熱ボイラ７又はフラッシュ槽３５の採用により成し遂げられる。両方の場合において、加水分解された汚泥に関連付けられる熱エネルギーは、主ボイラ１０により生成された生蒸気と結合され若しくは組み合わされて使用される補助的な又は補足的な蒸気を発生させるために使用される。

自治体の若しくは産業用の廃水処理プラントからの汚泥は、およそ１０％とおよそ４０％との間の乾燥固形分を典型的に有する。前述のように、汚泥は熱加水分解システム１０２の上流の１つのポイント又は複数のポイントで蒸気に混合される。典型的に蒸気はおよそ１５０℃からおよそ２００℃である。汚泥に混合される時は、汚泥‐蒸気混合物の平均温度は典型的に１４０℃‐１８０℃である。前述のように、汚泥‐蒸気混合物はいくつかの方法で実施されることができる。これらは図１−１１に例示される。いくつかの場合では、汚泥及び蒸気は同じ蒸気‐汚泥混合器の中で混合される。他の場合では、蒸気は汚泥の中に注入され、及び注入バルブを通って汚泥と共に混合される。いくつかの実施形態では、パルパー１６若しくはその他の便利な構造体が、吸収され且つ汚泥に混合されるべき蒸気を生じさせるために使用されることができる。蒸気を加え及び汚泥を加熱することにより、汚泥の粘性は減少し、そして汚泥はより容易に送り込まれ若しくは搬送されることになる。

本明細書に記載される例示的な実施形態では、汚泥を受け入れる用意のされている槽に応じて、３つの反応器の又は槽１、２及び３の少なくとも１つに供給される。汚泥は、汚泥の加水分解を確実にする１４０℃〜１８０℃の間の高温でおよそ１０〜２０分間槽の中に保持される。本明細書中に開示されるは例示的な熱加水分解プロセスにおいて、それぞれの槽は、充填、保持及び排出の３つもモードで運転することになる。反応器１，２及び３は並列して好ましくは動作し、全体のプロセスを連続的なプロセスにする。それぞれのモードはおよそ２０分を占める。３つの反応器若しくは槽のそれぞれにおける圧力は、汚泥の温度により規定され、１６５℃でおよそ７．０絶対圧であろう。また人は、主に二酸化炭素である汚泥の加熱により放出されるガス由来の圧力を考慮するであろう。非凝縮ガスは経時的に反応器の中に蓄積する。それぞれの槽若しく反応器の頂部は、熱加水分解プロセスの間に生成される非凝縮ガスを排出するための装置を有する。そして、非凝縮ガスは熱加水分解プロセスの動作の間、排出されるであろう。

汚泥がそれぞれの槽のなかに２０分の間保持された後、汚泥は出口ラインの外に及び廃熱ボイラ７に導かれる。前述のように、廃熱ボイラ７は一連のチューブを含む。一実施形態の場合において、廃熱ボイラ７の入口４２に導かれる給水は、チューブに及びチューブを通って導かれる。汚泥は、一方で、チューブの周り及び廃熱ボイラ７を通って移動する。加水分解された汚泥に由来する熱はチューブの壁を通って給水に移され、典型的な例においては、これは１３０℃〜１５０℃の範囲内で飽和蒸気を生成する。加水分解された汚泥はライン４０を介して廃熱ボイラを出て、そして熱交換器１２及び１３を通って通過する。典型的な例では、熱交換器１２を通って流れる加水分解された汚泥は、ボイラ給水が脱気装置１１に到達する前に、ボイラ給水をおよそ９５℃まで加熱する。熱交換器１３を通って流れる加水分解された汚泥は、さらに汚泥を冷却する。加えて、８％〜１０％の範囲の乾燥固形分と、好熱性消化若しくは中温性消化の両方に適切な温度であるおよそ３５℃〜５５℃の温度とを達成するために、冷却水又は希釈水が汚泥出口ライン４０に加えられることができる。汚泥が廃熱ボイラ７及び２つの熱交換器１２及び１３を通って流れることを確実にするための様々な手段が存在する。いくつかの実施形態では、反応器１、２及び３の中の圧力は、汚泥を廃熱ボイラ７及び熱交換器１２及び１３を通させることが十分であるおよそ８絶対圧であることが意図される。いずれにしても、図に示されるポンプ１４は、各槽のレベル送信器（ロードセルなど）２８、２９又は３０により制御される一定のフローによって槽を空にするプログレッシブキャビティポンプである。システム内の圧力が充分である場合、プログレッシブキャビティポンプ１４はバルブ又は適切な圧力を維持する他の装置に交換されることができる。１つの反応器が空にされたとき、槽の中の液体の上の圧力は減少しそして槽の中の特定のレベルで、槽の中の水は実際の温度での槽の中の液体と液体表面の上のガスとの間のバランスを確実にするようにゆっくり蒸発することを開始することが理解される。水の蒸発は液体をおよそ１℃〜２℃冷却する。そして液体の温度は、槽を空にする間、およそ１６５℃からおよそ１６３℃に減少される。

３つの反応器から廃熱ボイラ７への管内において、汚泥が急に気化し、又は沸騰する危険性がある。この急な気化の危険性を回避するために、廃熱ボイラ７の上に３つの反応器を配置することが必要であってよい。この場合では、管システムの中の圧力降下が過剰又は高すぎない限りは、液体の中の静圧は配管システムの中での急な気化を防ぐであろう。

前述のように、関連付けられる嫌気的分解器によって生成されたバイオガスにより電力を供給されてもよい主ボイラ１０は、主蒸気ストリームを生成するために使用される。ボイラ１０への給水は水処理ユニット１５の中で処理され、及び熱交換器１２により予熱される。様々な種類の前処理システムが、例えば硬度及び他のスケールする若しくは汚染する種を除去するために用いられることができる。例えば、ボイラ給水は様々な種類の膜分離ユニット又はイオン交換器で処理されることができる。熱交換器１２を出た後、給水はガスが除去される脱気装置１１を通って導かれ、そして脱気装置から給水の少なくとも一部分がライン５０を介して主ボイラ１０に送り込まれる。例えば図１を参照する。ボイラ１０に供給することに加え、給水は槽５４に、そしてその後ライン５６を通り廃熱ボイラ７の給水入口４２に導かれる。前述に記載されるように、廃熱ボイラ７を通過する加水分解された汚泥と関連付けられる熱エネルギーは、給水から生産される蒸気を生じさせる。ボイラ７と１０の両方は飽和蒸気を生成する。廃熱ボイラ７は、しかし、主蒸気ボイラ１０より低い圧力で蒸気を生成する。例えば、主ボイラ１０が２００℃〜２２０℃で飽和蒸気を生成する間、廃熱ボイラ７は１４０℃〜１５０℃において蒸気を典型的に生成する。廃熱ボイラ７により生成された蒸気は、主蒸気ボイラ１０により生成された蒸気によって昇圧される。つまり、注入システム又は排除器８を用いることにより、廃熱ボイラ７により生成された蒸気は、ボイラ１０により生成された蒸気に混合する蒸気ライン５８に注入される。結合された蒸気の温度が閾値より上であれば、結合された蒸気は、図１に示すようにライン４８から主蒸気ライン５８に給水を注入することにより冷却されることができる。前述に記載されるように、廃熱ボイラ７及び主ボイラ１０により生成される蒸気は、汚泥‐蒸気混合物を形成するために熱加水分解システム１０２の上流の１つのポイント又は複数のポイントに通される。

廃熱ボイラ７を用いる実施形態（図１‐３に示される実施形態）については、開始の間、蒸気補給は蒸気ボイラ１０に完全に由来する。これは、廃熱ボイラ７が運転に入り、且つ蒸気を生成することが可能になるまでの間の場合である。いったん廃熱ボイラ７が運転状態になれば連続的にさらなる負荷をかけるであろう。いったんフル運転若しくは安定した状態の運転になれば、廃熱ボイラは受け入れ汚泥に混合されるために必要な蒸気のおよそ３５％〜４０％を補給し、そして残りは主ボイラ１０により補給されるであろう。

図４〜９に示される実施形態では、そこに示されるプロセスは図１〜３に示されるプロセスに多くの側面において類似するが、廃熱ボイラ７はフラッシュ槽３５に置き換えられている。図４〜９の実施形態では、加水分解された汚泥は、熱加水分解システム１０２から及び特に反応器１、２及び３から、フラッシュ槽３５に導かれる。フラッシュ槽の中の圧力は、１１０℃〜１３０℃の温度範囲に対応するおよそ１．４圧とおよそ２．７圧との間に維持される。フラッシュ槽３５の中の圧力は、フラッシュ槽３５の中の概して一定の圧力を維持するためにバルブ３７を調節することにより制御される。３つの反応器１、２及び３からフラッシュ槽３５への連続的な汚泥のフローを制御するための様々なアプローチが存在する。１つのアプローチにおいては、バルブ１７、１９及び２１と一緒に特徴３８（例えば固定オリフィス）での「静圧損失」により制御されるフラッシュ槽３５への連続的な汚泥のフローが提供される。ここで、主圧力降下が「静圧損失」を上回り、そしてフローがバルブ１７、１９及び２１により制御される。３つの反応器１、２及び３からフラッシュ槽３５への汚泥のフローを制御する別の方法は、「静圧損失」を用いないアプローチである。このアプローチは、繰り返してバルブ１７，１９及び２１を開き及び閉じることを含む。つまり、１つのバルブは短い期間の間開かれ、そして短い時間の間においてフラッシュ槽３５への比較的大きいフローを生じる。そして、バルブは閉じられると、当然、フラッシュ槽３５へのフローは存在しなくなる。繰り返してこれらのバルブを開き及び閉じるこのプロセスは、選択された時間の期間にわたって繰り返される。これらの２つのアプローチの運転は、反応器１、２及び３に関連づけられた負荷センサ又はレベル送信器２８、２９及び３０により制御される。

フラッシュ槽３５から放出されるフラッシュ蒸気は、廃熱ボイラ７により生成された蒸気が使用されている方法と同様の方法で使用される。つまり、フラッシュ槽３５から放出されたフラッシュ蒸気は、主ボイラ１０により生成された蒸気と結合され、又はいくつかの場合では、熱加水分解システム１０２への受け入れ汚泥を加熱するために独立して使用される。例えば、図４に示される実施形態では、フラッシュ槽により生成された蒸気はライン６４を通って蒸気が受け入れ汚泥に混合されるホッパー４の「ライブボトム」に導かれる。ボイラ１０からの蒸気はライン５８を通って下流の汚泥‐蒸気混合ユニット５に導かれる。図５に示される実施形態では、フラッシュ槽３５からの蒸気はライン６４から並列するパルパー１６に導かれる。ボイラ１０により生成された蒸気はライン５８を通って汚泥‐蒸気混合ユニット５若しくはパルパー１６のいずれか又は両方に導かれる。図６に示される実施形態の場合では、ボイラ１０により生成された蒸気が下流汚泥‐蒸気混合ユニット５Ｂに導かれる間、フラッシュ槽３５により生成された蒸気はライン６４を通って、第１の汚泥‐蒸気混合ユニット５Ａに導かれる。図７の実施形態では、フラッシュ槽からの蒸気はライン６４を通って、パルパー１６に関連づけられた再循環ラインに導かれる。また、ボイラ１０により生成された汚泥はライン５８を通って汚泥‐蒸気混合ユニット５に導かれる。

図８に示される実施形態は、図２に示され及び前に述べられた実施形態と、廃熱ボイラ７がフラッシュ槽３５に置き換えられていることを除いて、多くの側面で類似する。いずれにしても、フラッシュ槽３５からのフラッシュ蒸気はライン６６を通って誘導され、そしてライン５８の中でボイラ１０により生成された蒸気に混合される。ライン５８の中の結合された蒸気は、ボイラ１０により生成された蒸気の一部分がライン６２を通って第２の汚泥‐蒸気混合ユニット５Ｂに転送される間、第１の汚泥‐蒸気混合ユニット５Ａに導かれる。図９に示される実施形態は、ライン５８の中の結合された蒸気がホッパー４の「ライブボトム」に導かれることを除いて、図８の実施形態に多くの側面において類似する。言い換えれば、蒸気はコンベヤー筐体の一部分に注入され、そしてコンベヤー３２により運ばれた汚泥に混合される。ボイラ１０により生産された蒸気の転送された一部分は、汚泥‐蒸気混合ユニット５に導かれる。

前述のシステム及びプロセスには多くの利点が存在する。第１に、システム及びプロセスはエネルギーの効率的な使用を提供する。廃熱ボイラ７及びフラッシュ槽３５の両方は、そうしなければ失われる実質的なエネルギー量を回収するために、組み込まれ且つ使用される。一度回収されると、エネルギーは蒸気に連続的に変換され、そして効率的に受け入れ汚泥に混合される。第２に、システム全体は維持することが容易で且つ経済的である。例えば、熱加水分解反応器の外側で汚泥に蒸気を混合することにより、メンテナンスの問題及びコストを実質的に減らす。

本発明は、当然、発明の本質的な特徴から解離することなく本明細書に具体的に記載される以外の方法で実施されてもよい。本実施形態は全て例示的であって限定的ではなく、及び添付の特許請求の範囲における意味及び均等の範囲内の全ての変更が本明細書に含まれることが意図される。

Claims (9)

1. 汚泥熱加水分解のエネルギー効率を改善する方法であって、
   汚泥を１つ以上の蒸気‐汚泥混合器の中に導く工程、
   前記１つ以上の蒸気‐汚泥混合器から熱加水分解システムに前記汚泥を導き、及び熱加水分解汚泥を形成するために前記汚泥を熱加水分解する工程、
   第１の給水を前記熱加水分解汚泥により加熱する工程、
   前記第１の給水を前記熱加水分解汚泥により加熱した後に、前記第１の給水を主ボイラに導き、生蒸気を生成するために加熱する工程、
   補助的蒸気を生成するために、前記熱加水分解汚泥の熱を利用する工程、及び
   蒸気混合物を形成するために前記生蒸気と補助的蒸気を混合し、及び少なくとも１つの前記蒸気‐汚泥混合器の中で前記蒸気混合物を前記汚泥に混合し、若しくは１つ以上の前記蒸気‐汚泥混合器の中で前記生蒸気と前記補助的蒸気を別々に混合する工程、とを備え
   前記補助的蒸気は、
   ｉ．前記熱加水分解汚泥を、前記熱加水分解システムから廃熱ボイラに向かって導き、及び前記補助的蒸気を生成するために、第２の給水を前記廃熱ボイラの中に供給する工程、又は
   ｉｉ．前記熱加水分解汚泥を前記熱加水分解システムからフラッシュ槽に向かって導き、且つ前記熱加水分解システムと前記フラッシュ槽との間の圧力降下を介して前記フラッシュ槽の中に前記補助的蒸気を生成する工程、
   により生成される、方法。
2. 前記生蒸気及び補助的蒸気は前記蒸気混合物を形成するために混合され、
   前記生蒸気は前記主ボイラから蒸気注入器を内部に有する蒸気ラインを通って導かれ、及び、
   前記蒸気ラインの中で前記蒸気混合物を形成するように前記補助的蒸気が前記生蒸気に結合する前記蒸気ラインの中に、前記補助的蒸気を注入するために、前記蒸気注入器を前記蒸気ラインの中に用いる工程を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記生蒸気及び補助的蒸気は、前記蒸気混合物を形成するために混合され、
   前記１つ以上の蒸気‐汚泥混合器は前記熱加水分解システムの上流に第１及び第２の動的混合器を含み、及び
   前記蒸気混合物を第１及び第２の蒸気混合物ストリームへと分け、前記第１の蒸気混合物ストリームを前記第１の動的混合器の中へと導き、前記第１の動的混合器の中で前記第１の蒸気混合物ストリームを前記汚泥に混合する工程、並びに前記第２の蒸気混合物ストリームを前記第２の動的混合器の中へと導き、前記第２の動的混合器の中で前記第２の蒸気混合物ストリームを前記汚泥に混合する工程を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記補助的蒸気は前記廃熱ボイラを通って延びる一連のチューブを含む前記廃熱ボイラにより生成され、及び
   前記補助的蒸気を前記廃熱ボイラから槽へ導き、前記補助的蒸気を前記槽から蒸気ラインの中に配置された蒸気注入器へ導く工程を含む方法であって、
   前記蒸気注入器は前記補助的蒸気を前記蒸気ラインの中に注入し、及び前記蒸気ラインを通って通過する前記生蒸気に前記補助的蒸気を混合する、請求項１に記載の方法。
5. 前記１つ以上の蒸気‐汚泥混合器は１つ以上の動的混合器を含み、及び
   前記蒸気ラインの中の前記蒸気混合物を前記熱加水分解システムの上流に配置された前記１つ以上の動的混合器の中に導き、及び前記蒸気混合物を前記１つ以上の混合器の中の前記汚泥に混合する工程を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記生蒸気及び補助的蒸気は、前記蒸気混合物を形成するために混合され、
   前記廃熱ボイラを通って延びる一連のチューブを含む前記熱加水分解システムの下流に配置された前記廃熱ボイラにより、前記補助的蒸気は生成され、及び
   前記熱加水分解された汚泥を、前記熱加水分解システムから、前記熱加水分解された汚泥が前記チューブの周囲を移動することで前記廃熱ボイラの内部の前記第２の給水が前記補助的蒸気を生成するために加熱される前記廃熱ボイラに向かって且つ通して導く間、前記第２の給水を前記廃熱ボイラの中に且つ前記廃熱ボイラの内部の前記チューブを通して導く工程、及び
   前記廃熱ボイラの中の前記チューブを通って通過する前記補助的蒸気を、前記補助的蒸気が前記主ボイラにより生成された前記生蒸気と混合される蒸気ラインに導く工程、を含む請求項１に記載の方法。
7. 前記１つ以上の蒸気‐汚泥混合器は、少なくとも１つの動的混合器を含み、
   前記補助的蒸気は前記フラッシュ槽により生成され、
   前記補助的蒸気及び生蒸気は前記蒸気混合物を形成するために混合され、及び
   前記蒸気混合物を前記熱加水分解システムの上流に配置された少なくとも１つの動的混合器に導き、前記蒸気混合物を前記動的混合器の中の汚泥に混合する工程を含む、請求項１に記載の方法。
8. 汚泥熱加水分解のエネルギー効率を改善する方法であって、
   汚泥を蒸気‐汚泥混合器の中に導く工程、
   前記蒸気‐汚泥混合器から、前記汚泥を熱加水分解システムの下流に導き、及び熱加水分解汚泥を形成するために前記汚泥を熱加水分解する工程、
   第１の給水を前記熱加水分解汚泥により加熱する工程、
   前記第１の給水を前記熱加水分解汚泥により加熱した後に、前記第１の給水を主ボイラに導き、生蒸気を生成するために加熱する工程、
   補助的蒸気を生成するために、
   ｉ．前記熱加水分解汚泥を、廃熱ボイラの中に導く工程、
   ｉｉ．第２の給水を前記廃熱ボイラの中に供給し、且つ前記補助的蒸気を生成するために前記第２の給水を加熱する工程、
   により、前記熱加水分解汚泥の熱を利用する工程、
   前記生蒸気を前記主ボイラから、蒸気注入器を内部に有する蒸気ラインを通して導く工程、
   前記廃熱ボイラにより生成された前記補助的蒸気を前記蒸気注入器を介して前記蒸気ラインの中に注入し、及び前記蒸気ラインの中で蒸気混合物を形成するために、前記補助的蒸気及び生蒸気を混合する工程、及び
   前記蒸気混合物を前記熱加水分解システムの上流に配置された前記蒸気‐汚泥混合器の中に導き、及び前記蒸気混合物を前記蒸気‐汚泥混合器の内部の前記汚泥に混合する工程、
   を備える方法。
9. 汚泥熱加水分解のためのエネルギー効率を改善する設備であって、
   １つ以上の蒸気‐汚泥混合器と、
   汚泥を前記１つ以上の蒸気‐汚泥混合器の中に導く入口ラインと、
   熱加水分解汚泥を生成するために、前記汚泥を熱加水分解する熱加水分解システムと、
   前記汚泥を前記１つ以上の蒸気−汚泥混合器から前記熱加水分解システムに導くために、前記１つ以上の蒸気−汚泥混合器と前記熱加水分解システムの間に接続された汚泥ラインと、
   熱交換器と、
   第１の給水を前記熱交換器に導くための第１の給水ラインと、
   前記熱加水分解汚泥を、前記熱加水分解汚泥により前記第１の給水を加熱するための前記熱交換器に導くために、前記熱加水分解システムと前記熱交換器との間に接続されたラインと、
   主ボイラと、
   前記第１の給水を、前記熱交換器から、生蒸気を生成するために前記第１の給水を利用する主ボイラに導くために、前記主ボイラと前記熱交換器との間に接続されたラインと、
   前記主ボイラと前記１つ以上の蒸気−汚泥混合器との間に接続された蒸気ラインと、
   前記蒸気ラインに接続された蒸気注入器と、
   補助的蒸気を生成するために、前記熱加水分解汚泥の熱を利用するためのシステムであって、
   ｉ．廃熱ボイラ及び第２の給水を前記廃熱ボイラの中に供給するための第２の給水ラインを含み、前記熱加水分解汚泥は、前記補助的蒸気を生成するために、前記熱加水分解システムから前記廃熱ボイラに向かって導かれ、又は
   ｉｉ．前記熱加水分解システムから前記熱加水分解汚泥を受け入れ、且つ前記熱加水分解システムとフラッシュ槽との間の圧力降下を介して前記フラッシュ槽の中で前記補助的蒸気を生成するためのフラッシュ槽を含む、補助的蒸気を生成するためのシステムと、
   前記補助的蒸気を生成するために、前記熱加水分解汚泥の熱を利用する前記システムと、前記蒸気注入器との間に、前記補助的蒸気を前記蒸気注入器に導くために接続されたラインと、
   を備え、
   前記蒸気注入器は、前記補助的蒸気を前記蒸気ラインに注入し、前記蒸気ラインを通って前記１つ以上の蒸気−汚泥混合器に導かれる生蒸気−補助的蒸気の混合物を生成するために、前記補助的蒸気を前記生蒸気と混合するように構成されている設備。

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