TWI427142B - 用以處理材料與燃料的方法及裝置 - Google Patents

Description

用以處理材料與燃料的方法及裝置

本發明係有關於一種方法及裝置，用以從水和含碳化合物的固-液混合物產生材料或燃料、腐殖質，梅納德(Millard)反應或是類梅納德(Millard-like)反應產物並用以處理該等產物，其中固-液混合物是在超過100℃之溫度及超過5巴(bar)之壓力下進行處理。進料原料係以連續的方式饋入第一反應器，反應混合物以批量模式由一個反應器進入下一個反應器，而反應的產物係以連續的方式由最後一個反應器釋出。

在1913年，在Friedrich Bergius的博士後論文陳述“利用高壓在化學程序中煤炭的再生之發展程序”(the use of high pressures in chemical processes and a reproduction of the development processes of coal)中第一次指出，在未添加催化劑的實驗室反應器中，在溫度為245℃至接近340℃之間且將空氣排出的反應條件下，可以由木材或是纖維素中得到煤炭。而在元素分析(element analysis)中量測到碳的含量通常高於70%。而纖維素的放熱反應的計算則是利用貝爾吉斯(Bergius)方法，此貝爾吉斯方法在2006年7月已由在Potsdamer的Max-Planck-Institute fr Kolloid und Grenzlfchenforschung的Markus Antonietti教授所證實，Markus Antonietti教授不但發現並且以實驗室的規模公開此放熱反應的計算方法，同時將其命名為水熱碳化法(hydrothermal carbonization)。

在水熱碳化法中，生物質(biomass)置放在實驗室的壓力鍋中，且壓力鍋的條件為壓力為10巴、溫度為180℃，並且在半天的時間內將生物質轉化為近似碳(carbon-like)的材料，或者是在最初的步驟中將生物質與水混合在一起。

對於藉由燃料的產物作為能源回收而言，潮濕的生物質在長時間的條件下須具有一致性，但是由於缺乏效率，因此在使用上有其限制。燃燒石化能源(fossile energy carrier)造成的二氧化碳排放被視為主要要為氣候改變負責。

在德國專利DE 19723510案指出，生物的殘留物的處理裝置係包含圓筒狀的反應器，其中食物廢料係在一溫度壓力下以水解程序(temperature pressure hydrolysis process)或是熱致水解(thermal pressure hydrolysis)進行。反應器係為具有可加熱殼體表面(heatable casing surface)之迴路式反應器(loop reactor)。藉由泵來確認懸浮液混合之後，在反應器中產生流體。

本發明的目的係發展出一種方法，藉由本方法，可經濟且高效能地從固-液混合物中製造燃料、腐殖質、含碳材料以及梅納德或是類梅納德反應產物，此種方法尤適用於工業規模。

本發明的目的可由獨立請求項的主題達成，進一步的發展可由附屬之請求項而更臻顯明。

根據本發明的方法係使含碳固液混合物及/或進料原料在處理及/或反應的過程之前及/或其期間被額外處理，中間次級產物及/或最終產物則被調整狀態(conditioned)或處理。在處理或是反應步驟及/或反應的再加工的過程中，由於固-液混合物有目的的前置步驟或是預處理及固-液混合物的進一步的程序，中間產物、次級產物及/或最終產物，其燃料、腐殖質、含碳材料及/或梅納德反應產物或類梅納德反應產物可以以具有成本效益的方式大幅增加。

在生物質的積極利用的過程中，為了植物的成長的需要，只有一定程度的二氧化碳化會釋放至大氣中。因此，生物質燃料的利用對二氧化碳較無影響，故對氣候無害。此外，腐殖質的產生係擴散在例如農業的有效利用面積上，腐殖質可以作為二氧化碳庫(CO₂ sink)。若無此等考量及若無非石化燃料的積極增加利用及可再生的原物料之下，京都協議(Kyoto agreement)中所明訂的氣候保護以及其他目標都將難以達成。

在本發明的方法中，利用生物質產生燃料，碳量會在轉化的程序中減少，碳量的比例相較於其他的方法會小得多。在有序(orderly)轉化程序的過程中，會有少量碳或者是沒有任何碳量損失。而在酒精發酵(alcoholic fermentation)程序中有超過30%的碳量損失、轉換成沼氣(biogas)大約有50%的碳量損失、木質碳化處理(wood carbonization process)約有70%的碳量損失，以及堆肥處理(composting process)有超過90%的碳量損失。藉此，碳就可以以二氧化碳或是甲烷(methane)的形式釋放出去，此等氣體視為溫室(greenhouse)氣體且對於氣候是有害的。本發明的方法就非是此種情況，在本發明所提出的方法中，二氧化碳排放量幾乎是沒有或只有最小的排放量。

根據本發明所揭露的方法係具有高效率。相對來說，以貯存在原來的生物質中或是析出物(educt)內的能量來比較，利用酒精發酵只有與3%至5%的能量效益有關的估計淨效率利益。根據本發明所揭露之方法，只有非常少或甚至於沒有任何二氧化碳釋放出來。相對的，在生物質轉換成沼氣的過程中，有一半的碳量會以二氧化碳的方式排放出來。此外，只有少數的基質(substrate)可以適用於沼氣設備(biogas plant)的經濟上的操作。

與其他已知的生物質轉換成燃料的大多數方法相比，在本發明所揭露的程序中所釋放的熱量可以用於設備本身的其它步驟或是程序。對於生物質的能量利用的最主要的挑戰就是該生物質具有高濕氣含量。然而，在本發明所揭露的方法中，在化學轉化的程序中，水是不可缺少的。總而言之，到目前為止，適用於工業級規模且在現有的方法中將生物質轉化成能量的方法的限制在於缺乏效率、可用性少以及低成本效益。

當處理固-液混合物，如生物質，係在高溫及高壓下進行，而進行的處理反應器可以具有特定的特性。因此，在反應器的內側表面可以具是防腐蝕的表面，或者是因為極端的條件而在內側表面設有適當的塗層。此外，也提供一種固-液混合物的混合裝置。

本發明係有關於一種方法，用於從含碳固-液混合物產生材料及/或燃料、腐殖質及/或之梅納德反應產物或類梅納德反應產物，其中固-液混合物在溫度超過100℃及壓力超過5巴下且在至少1個小時的期間進行處理。

根據本發明所述之更進一步的實施例的目的，本方法係在半連續式或是連續式的方式進行。其意指尤其在反應的過程當中，固-液混合物的處理不是以不連續的方式(亦即以批量模式(batch mode))進行。其溫度和壓力比為主要維持在一操作範圍內，以最佳化反應空間之利用並使滯留時間為最短。進料原料、催化劑、製程水以及未轉化的進料原料以及其它的中間產物可視需要移除或再利用，而雜質(contraries)、反應產物、中間產物、次級產物及/或最終產物可以在程序進行時由反應空間中移除。這些以及進一步的方法步驟，如所述之製程水、廢水、排出氣體、反應產物、中間產物、次級產物及/或最終產物的調整及/或清除以同時在連續式反應器中進行或是延遲進行亦或是間隔進行。

在本發明更進一步的實施例的目的，係將溫度調整在160℃以上，或者是介於160℃及300℃之間、或者是介於185℃及225℃之間，及/或使得溫度可以被自動控制。

在本發明更進一步的實施例的目的，係將壓力調整在7巴以上、或是在10巴及34巴、10巴及17巴、17巴及26巴或在26巴及34巴之間。在本發明的更進一步的實施例的目的，處理時間至少2小時、3至60小時、5至30小時或是30至60小時，尤其是在6至12小時或12至24小時。在本發明更進一步的實施例的目的，根據進料原料的型式，及/或固-液混合物及/或欲反應產物來選擇處理時間或是條件。在本發明的更進一步的實施例的目的，係預處理至少一種進料原料及/或固-液混合物，其預處理方式最佳的方式是藉由脫水(dewatering)、碎磨(comminution)、在輔助原料下預培養(preincubation)、混合及/或預熱。

部份預處理可以在酸性環境或是酸性介質中進行培養，其酸鹼值(pH-value)係低於6、5、4、3或是低於2。在增加碎磨度及降低pH值之後使得每一個步驟所需要的時間減少。在酸pH值的條件下的培養可在粉碎之後進行。

本發明的更一進步的實施例的目的在於在處理之前、處理過程中及/或進行處理之後，將進料原料及/或固-液混合物碎磨，較佳方式為切碎或是碾碎。這些碎磨的固-液混合物的粒徑係應低於10公分(cm)、或是低於1公分或低於2毫米(mm)。

在處理之前或者是處理的過程中，將至少一種加水或不加水的催化劑及/或水溶液加入固-液混合物中或者至少一種進料原料內。其中催化劑包含一種或是數種不同的成份。將這些成份結合以形成一催化劑混合物。催化劑的成份可以是羧酸(carboxylic acid)，尤其在較佳模式中可使用質子酸(proton acid)。使用二級(di-)或三級羧酸(tri-carboxylic acid)以及以上所有等級之羧酸或是酒石酸(tartaric acid)以及檸檬酸(citric acid)已證明是特別有利。檸檬酸及酒石酸係為結晶且無毒性。而這兩種酸類都存在於水果中(檸檬含有檸檬酸，葡萄含有酒石酸)。但是也可以使用無機酸，例如硫酸(sulfuric acid)。酸類可以作為催化劑的成份，同時在生物質培養步驟中以產生酸性介質(acid medium)。

此外，更特別的是，催化劑或是催化劑混合物可以包含一或多種金屬及/或金屬化合物(metal compound)，尤其為另外附加。上述金屬可以是化學元素週期表中亞族Ia、IIa、Iva、Va、VIa及VIIa的過渡金屬(transition metal)，例如鐵(iron)、鎳(nickel)、鈷(cobalt)、銅(copper)、鋅(zinc)、銠(rhodium)、鈀(palladium)、銀(silver)、釩(vanadium)、鉻(chromium)、鎢(tungsten)、鉬(molybdenum)及/或鈦(titanium)，已證明鐵或鐵鹽(iron salt)尤其有利。亦可使用這些金屬的金屬氧化物，例如氧化釩(vanadium oxide,V₂ O₅ )、氧化銅(copper oxide,CuO)、氧化鋅(zinc oxide)及/或氧化鉻(chromium oxide,Cr₂ O₃ )。在化學元素週期表中，主要族群中的金屬如氧化鋁(aluminum oxide,Al₂ O₃ )，也可以以有利方式作為催化劑。此外，或是取而代之，生物催化劑(biocatalysts)也可以在固-液混合物處理之前使用，以便加速固-液混合物轉化成燃料、含碳混合物、腐殖質及/或梅納德或類梅納德反應產物。藉此，例如酵素(enzyme)、微生物(micro-organism)(特別是指細菌(bacteria)及/或菌類(fungi))、植物細胞(vegetable cell)、動物細胞及/或是細胞是在自由或固定的形態下使用。由於在固-液混合物處理過程中的極端條件，只有生物催化劑可以在處理固-液混合物的過程中使用，尤其是反應及/或次級產物的預處理或狀況調整。

本發明更進一步的實施例的目的在於，在處理前及/或在處理過程中，混合至少一種進料原料及/或混合固-液混合物，其混合的方式較佳為攪動(stirring)、混合、懸浮(suspending)、及/或攪拌(agitating)。藉此，可以利用一個或是組合多個混合裝置進行混合，尤其是不同的混合裝置的組合，可以是至少一個噴射真空泵(jet vacuum pump)、液體噴射混合器(liquid jet mixer)或是噴嘴(nozzle)。根據本發明，混合裝置較佳在進行混合時，在反應空間中不需要任何活動式的部件。

本發明更進一步的實施例的目的在於，在處理之後將反應產物以乾燥器或是不同乾燥方法之組合進行乾燥處理，其乾燥處理的方法包括對流式(convection)或是接觸式乾燥裝置或是流動式及/或帶狀及/或流體化床乾燥裝置(fluidized bed drier)。

本發明更進一步的實施例的目的在於，將在本方法中所累積的製程水(process water)移除，其移除的方式較佳係藉由至少一種固-液分離裝置將製程水清除或是送回(return)至反應混合物。而固-液分離裝置可以是微過濾裝置(micro-)、超過濾裝置(ultra-)或是奈米過濾裝置(nanofiltration)及逆滲透(reverse osmosis)法或是結合上述各種的裝置，包含具有陶瓷過濾元件(ceramic filter element)或是具有旋轉盤(rotational disk)及/或分離薄膜式過濾器(centrifugal membrane filter)的裝置。

本發明更進一步的實施例的目的在於，以機械、化學或是生物的方式清潔已累積的廢水。

本發明更進一步的實施例的目的在於，以機械、化學及/或生物的方式清潔或處理，在處理、加工及/或調整的過程中累積的排出氣體。

本發明有關於一種方法，特別是對於不同反應、中間產物、次級產物及/或最終產物的工業生產之連續式或半連續式程序。反應產物、中間產物、次級產物及最終產物可以包含的範圍從煤炭(peat-)或是泥炭(turf-)的燃料與褐煤(lignite)到類煤炭燃料(coal-like fuel)、腐殖質、梅納德或類梅納德反應產物、如隔熱材料、奈米海綿(nano sponge)、丸狀物(pellet)、纖維(fiber)、纜線(cable)、活性炭(active coal)或是吸附炭(sorption coal)類材料、木炭取代材料(charcoal substitute material)等之含碳材料具有高度壓縮碳產物及材料，且特別的是對於石墨及含石墨或是近似石墨的產物的進料原料以及碳纖維及複合式進料原料及纖維複合材料(fiber composite material)。

本發明更進一步的實施例的目的在於，固-液混合物含有部份的生物質。藉由壓力和熱量的供給而利用水熱碳化法的原理，使得在最初去聚合(depolymerize)及水解(hydrolyze)具溼度的生物質時，可以根據本發明之有效及高度經濟的方法釋放出熱量。產生的單體(monomer)的聚合作用(polymerization)會讓含碳反應產物在幾個小時內被發展。在較短的反應時間之後，在其他進程之初或在反應的進一步進程期間，生物質產生具有增加的含碳量之燃料，可以適用於能量的產生。

根據本發明的方法，本發明還提供不同的反應產物、中間產物、次級產物及最終產物的製作，其包括燃料的產生、由煤炭(peat-)及褐煤(lignite)到類煤炭燃料(coal-like fuel)，腐殖質、梅納德或類梅納德反應產物，如隔熱材料、奈米海綿(nano sponge)、丸狀物(pellet)、纖維(fiber)、纜線(cable)、活性炭(active coal)或是吸附炭(sorption coal)類材料、木炭取代材料(charcoal substitute material)等之含碳材料具有高度壓縮碳產物及材料，且特別的是對於石墨及含石墨或是近似石墨的產物的進料原料以及碳纖維及複合式進料原料及纖維複合材料(fiber composite material)。

根據本發明，其方法在最初的步驟時，由生物質產生能量，其中根據本發明的方法所產生的燃料，可以藉由調整此燃料而作為發電(energy generation)之用。調整狀態可以包含產生粉狀的丸狀物或是炭磚(briquette)或是腐殖質狀的燃料。本實施例的優點在於提供一種對於發電及特別是對於燃燒而使用已調整狀態的燃料。根據本發明，可實現一種方法，當使用根據本發明所產生的燃料時，該方法係產生不同形式的能源的方法，該等不同形式的能源包括熱能及/或電流或是兩種的組合。根據本發明，對於不同的再生能源所產生不同形式的能源其具有各種組合方式，其包含再生原料、燃燒石化能源、水力、太陽能及/或風力以及先前所述之各種能源的儲存形式以及能源系統可以進一步的使用具有其他的固體、液體及氣體燃料，及使用根據本發明的方法所產生的燃料。

本發明更進一步有關於一種產生能源的方法，較佳的方法是利用蒸汽渦輪(steam turbine)及/或燃氣輪機(gas turbine)，當包括使用根據本發明之燃料的方法，結合可儲存式風力能源，特別的是指加壓空氣(pressurized air)或是可調度型混合風電系統(Dispatchable Wind Power System,DWPS)。

本發明更進一步的是有關於根據本發明所產生之材料或是燃料的使用，係用於由生物質產生能源。

本發明還提供一種在工業規模的條件下以實現固-液混合物的有效處理之裝置。

本發明的更進一步之實施例的目的，係提供一種由圓筒本體(cylindrical basic body)及/或在耐壓(pressure-resistant)條件下所構成之反應器。

本發明的更進一步之實施例的目的，係提供一種包含錐形(cone-shaped)基體的反應器，其中錐形基體的角度相對於反應器之軸(axis)之角度約為45度或小於40度或小於35度。

本發明的更進一步之較佳的實施例的目的，係在反應器的內部空間(inner space)，特別是底層或是器壁的部份以及與介質接觸的設備部件、由熱交換器(heat exchanger)以及其他裝置及容器係由防熱(heat-resistant)及防蝕(corrosion-resistant)及防水(water-repellant)材料所構成，其中防熱(heat-resistant)及防蝕(corrosion-resistant)及防水(water-repellant)材料可以是經塗佈之金屬(coated metal)，特別是貴金屬(noble metal)、陶瓷材料或是具有琺瑯質(enamel)的材料。反應器的內部空間特別是指底層或是器壁(wall)的區域以及係與反應混合物接觸的底座以及其他元件係完全或是部份經過表面處理及/或以塗層材料塗佈，其用以防止或是減少結塊(caking)或是反應混合物成份的沉積。塗佈材料較佳包含防蝕、耐磨及/或防水材料，特別是指金屬或陶瓷材料及合金、特別是指鉻、鎳、鉬、鈦、鋁、鈮及矽材、鐵、鈷、鎢、硼及碳，以及特別是指鈦-鋁化合物。尤其是指提供塗層材料藉由塗佈方法施加，例如電鍍(plating)，特別較佳是指燄鍍法(flame spraying)例如高速火燄熔射法(high-velocity oxyfuel,HVOF)。

本發明的更進一步的實施例的目的，係在反應器的內部空間設置一薄膜部件。此薄膜部件具有穿孔，每一個穿孔的距離小於10mm，較佳的距離是小於6mm，更佳的距離是小於4mm。若薄膜部件是以片狀金屬所構成，因為有穿孔，亦可以稱為片狀金屬薄膜。而一些薄膜元件可以用於反應器中。

本發明的更進一步的實施例的目的，薄膜部件的穿孔直徑小於400um，特別是小於100um，更特別的是小於35um。

本發明的更進一步的實施例的目的，薄膜部件的孔洞係為漏斗的形狀。

本發明的更進一步的實施例的目的，在被穿孔的薄膜部件及反應器壁之間具有一空腔。薄膜部件連接於反應器內壁使得空腔分成兩個彼此隔開的區域。如美國公開文獻US-A-4 700 445中所述，在此實施例中，其優點在於假設至少一空腔具有一排出開口(outlet opening)，其薄膜部件與反應器內壁之間的連接方式係利用點或是線的方式焊接，藉此界定出流體通道的焊接區域可以藉由在部件之間或在平板之間射入高壓介質而被擴展或是被支撐(pillowed)，藉此調和液體(tempering liquid)或熱交換介質可以通過在出口及入口或者是聯結之間的通道流經。在此公開文件中，反應器的雙層壁可同時作為熱交換器。

本發明的更進一步的實施例的目的，係提供設計為雙層壁形式之反應器內壁，藉此在內側壁及外側壁之間至少具有一個空腔。如美國公開文獻US-A-4 700 445中所述，雙壁層或是片狀平板可以利用適合的方式連接至空腔，使得空腔分成兩個區域。其中之一個區域係具有一入口以及另一個區域具有一出口或是聯結的部份。在雙層壁之間的連接方式可以利用點或是線性焊接，藉此非焊接區域可以界定出流體通道的焊接區域可以藉由在部件之間或在平板之間射入高壓介質，被擴展或是支撐，藉此調和液體(tempering liquid)或熱交換介質可以通過在出口及入口或者是聯結之間的通道流經。在此公開文獻中，反應器的雙層壁可同時作為熱交換器。

本發明的更進一步的實施例的目的，其反應器是疊接式、管式(tube)、循環式反應器(cycle reactor)、迴路式(loop)及/或攪動式(stirring)反應器及/或較佳的是薄膜反應器及/或流體化床反應器。至少一種反應器或是不同的反應器的組合具有至少一種特性且較佳的組合方式是疊接式、管式、循環式反應器及較佳的是迴路式或是攪動式反應器，尤其是至少一個薄膜反應器及/或至少一個循環式流體化床層產生裝置。

本發明的更進一步的實施例的目的，係提供具有調和或是熱交換系統的反應器，其與至少一控制單元連接。調和系統至少以有利方式包含旋入式加熱器(screw-in heater)，至少一加熱(heating)及冷卻線圈(cooling coil)、至少一半管式線圈焊接在反應器壁、至少一熱交換器管或平板及/或至少一薄膜部件或具穿孔之底層及/或內壁。調和系統包含反應器的雙層壁或是雙管結構。本發明的更進一步的有利的實施例的目的，介質所通過的反應器的所有的裝置，包括具有穿孔的薄膜部件、噴射真空泵或是液體射流混合器、泵(pump)及噴嘴(nozzle)也可以是調和系統中之部件。

本發明也提供具有非機械式組合之裝置，意指盡可能的沒有任何機械的及/或活動式之元件。

本發明的更進一步的實施例的目的，係提供一種混合裝置用以混合、攪動、攪拌反應器的內容物。為了將動能(kinetic energy)傳遞至反應器的內容物，可使用機械式攪動及具有或不具有活動式元件之混合系統。

本發明的更進一步的實施例的目的，係提供不具有活動式元件及包含至少一個噴射真空泵或液體噴射混合器、至少一液體泵及/或至少一噴嘴之混合裝置。

本發明的更進一步的實施例的目的，提供一混合裝置特別的是在抽吸區(suction region)中設置一混合裝置，其設計是使在此真空區發生的擾流(turbulence)及剪應力負載(shear load)將固體碎磨以及打散(de-agglomerate)。

本發明的更進一步的實施例的目的，提供一種碎磨裝置，更特別的是在反應器中將固體碎磨，其碎磨裝置至少包含碾磨機(mill)及/或切碎機(chopper)。

本發明的更進一步的實施例的目的，係提供一種乾燥裝置，其包含至少一個對流式乾燥器(convection drier)或是接觸式乾燥器(contact drier)，或流動式(flow)及/或帶式乾燥器(belt drier)。

本發明的更進一步的實施例的目的，提供在運轉的過程中調整製程水。其更佳的裝置是製程水調整設備(process water conditioning plant)，其至少包含一篩選器(sieve)、一過濾器、一水力旋流器(hydrocyclone)、一離心機(centrifuge)或是電子/電磁分離裝置(electrical or magnetic separation device)。製程水調整作用主要將固體由反應混合物中分離出來。製程水調整設備包含至少一製程水貯存器及/或至少一固-液分離裝置。在本發明之有利的實施例中，其製程水調整裝置包含至少一篩選器、過濾器、離心機、水力旋流器(hydrocyclone unit)、及支援力場(force field supported)分離裝置之或是這些裝置的組合。製程水調整設備可以由不同或相同分離裝置組成。

程序調整設備也包含至少一過濾設備，特別的是旋轉盤過濾器(rotational disk filter)，較佳是使用陶瓷的旋轉盤。

本發明的更進一步的實施例的目的，係提供一種生物廢水調整設備(biological waste water conditioning plant)，其包含至少一生物反應器(bioreactor)、特別是指生物薄膜反應器(biomembrane reactor)。其生物反應器中更包含至少迴路式反應器(loop reactor)。

本發明的更進一步的實施例的目的，提供一個迴路式反應器，其至少包含用以混合氣體和液體之一噴嘴(nozzle)。

本發明的更進一步的實施例的目的，係提供一迴路式反應器，係具有一管子，且讓流體由上往下流動。

本發明的更進一步的實施例的目的，係提供一空氣清潔裝置，其特別是包含至少一用於清潔程序上的及/或排放(outlet air)空氣之空氣清潔裝置，尤其是指空氣過濾器(air filter)。

利用根據本發明之裝置用以產生燃料、含碳材料及實用性材料(utility material)的裝置，腐殖質及/或生物質的梅納德或類梅納德反應產物亦可提供。

本發明還建立一種可以在工業級規模中，對於生物質的燃料可以有效的產生能源，其中對能源生成(energy generation)提供至少一種配置。

本發明的更進一步的有利的實施例的目的，其能源產生的配置包含燃燒設備，係利用來自生物質的固體燃料，其中在根據本發明所揭露之處理生物質的裝置所產生的燃料可以直接燃燒，且此燃料可以用於產生燃燒氣體及水蒸汽。燃燒裝置係與渦輪及產生器連接，使得可由在燃燒設備中產生的氣體及水蒸汽產生電流。藉由本發明的設置，能以最高可能效率在混合的氣體-蒸汽渦輪程序中產生電流，可以實現超過43%的效率、較佳為超過46%、更特別的是超過49%至55%。為了防止腐蝕的現象，藉由將高溫煙道氣體淨化(hot flue gas cleanup)結合於熱能產生系統，使其可以得到較佳的環境承受排放程度。

其設備包含至少一設備反應器，其設備反應器的溫度至少為100℃，壓力至少5巴以上。在同時，在設備中利用由生物質得到的燃料來進行操作，其產生的方式係根據本發明的方法其包含至少下列步驟：處理時間至少一小時、在溫度高於100℃及壓力高於5巴的條件下進行生物質的處理及生物質的程序及/或反應產物、中間產物、次級產物及/或最終產物的調整。

能源產生的配置方式可以包含丸狀式爐(pellet oven)或是碳灰燃燒電力設備，其中可提供循環式加壓流體化床燃燒複合循環技術(circulating pressurized fluidized bed combustion combined cycle,PFBC)或是燃燒碳複合式循環電力技術，如加壓粉煤燃燒(pressurized pulverized coal combustion,PPCC)。

能源產生的配置可以包含一碳燃料電池(carbon fuel cell)。

本發明的更進一步的實施例的目的，提供一種用以處理生物質的裝置，其包含至少一用以收納生物質的反應器，及至少一用以處理生物質及/或調整反應產物及/或次級產物之裝置。

本發明的更進一步的實施例的目的，係提供一種管式反應裝置、循環式反應裝置，特別有利的是指迴路式反應裝置、攪伴式反應裝置及/或更佳的是薄膜式反應式或流體化床反應器。其反應器更佳的是包含至少一薄膜部件及/或用以產生循環式流體化床層的裝置。同時，反應器的溫度係至少為100℃及壓力係高於5巴。

在本發明更進一步的實施例的目的，提供數個用於容納及處理生物質的反應器以增加設備的容量(capacity)或是流速。且這些反應器可以以串聯的方式連接。

本發明的更進一步的實施例的目的，反應器設有調和系統，其與至少一控制單元連接。調和系統可以包含旋入式加熱器(screw-in heater)、至少一加熱及冷卻線圈(heating and cooling coil)、至少一半管式線圈以焊接的方式設置在反應器壁上、及/或至少一熱交換管或熱交換板。調和系統也可以包含雙層壁的反應器或雙管件(double tube)構造之反應器。

本發明的更進一步的實施例的目的，提供一種混合裝置用以混合、攪動、攪拌反應器的內容物。反應器可以設有混合、攪動、攪拌及/或清潔裝置。在本發明的更進一步的實施例，提供一種碎磨裝置特別是指在反應器裝將固體碎磨，其碎磨裝置包含至少一碾磨機(mill)及/或至少一切碎機(chopper)。

在本發明的更進一步的實施例的目的，提供一種乾燥裝置，其更佳的是包含至少一對流式乾燥裝置或是接觸式乾燥裝置，較佳為流動式及/或帶式乾燥裝置。

在本發明的更進一步的實施例的目的，在運轉的過程中調整製程水。此裝置為製程水調整設備，其可以包含至少一篩選器、一過濾器、一水力旋流器、一離心分離器或是電氣/磁性分離裝置。製程水調整作用將固體由反應混合物中分離出來。製程水調整設備包含至少一個製程水貯存器及/或至少一固-液分離裝置。在本發明的有利的實施例中，其製程水調整裝置包含至少一篩選器、過濾器、離心分離器，水力旋流器、電氣或是磁性分離裝置或是這些裝置的組合。程序調整裝置可以包含不同或相同的分離裝置的組合。製程水調整設備可以包含至少一個過濾設備，特別是具有陶瓷盤，也可以是具有轉盤過濾裝置及/或具有離心薄膜式過濾裝置。

在本發明的更進一步的實施例的目的，提供一種生物的、物理裝置或是水調整設備或是這些裝置的組合，更好的是包含至少一固-液分離裝置、一生物反應器，更好的是生物薄膜反應器(biomembrane reactor)、逆滲透膜(reverse osmosis)，微過濾(microfiltration)，超過濾(ultrafiltration)及/或濕式氧化作用(wet oxidation)。生物反應器包含至少一迴路式反應器。

在本發明的更進一步的實施例的目的，提供一種空氣清潔裝置，其特別是包含至少一個清潔程序及/或空氣排放裝置，尤其是空氣過濾裝置。

本發明所使用的設備係用於能源的生成，尤其是電流。

本發明提供一種材料及/或燃料，且與已知的燃料材料相比，根據本發明揭露的方法形成的材料，其具有較佳的特性。

本發明欲解決的目的在於由生物質產生燃料或是材料，其相較於生物質來說，根據成份(乾質量(dry mass))的質量分率，其碳分率係比生物質高1%至300%。根據本案的材料及/或燃料包含泥碳的燃料、褐煤到類煤炭燃料、腐殖質、梅納德或類梅納德反應產物，及含碳材料例如隔熱材料、奈米海綿(nano sponge)、丸狀物(pellet)、纖維(fiber)、纜線(cable)、純、最純的煤及超純煤是活性炭(active coal)或是吸附炭(sorption coal)類材料、木炭取代材料(charcoal substitute material)，高度壓縮碳產物及材料，特別的是對於石墨及含石墨或是近似石墨的產物的進料原料以及碳纖維及複合式進料原料及纖維複合材料(fiber composite material)。

相較於生物質，基於成份的質量分率(乾質量)，根據本發明的燃料及/或材料其包含的碳分率係增加了10%至300%、50%至300%或100%至300%，尤其是200%至300%。

或者，相較於生物質，基於成份的質量分率(乾質量)，根據本發明的燃料及/或材料其包含的碳分率增加了5%至200%、10%至150%或10至120%，尤其是由50%至100%。

相較於進料原料，基於成份的質量分率(乾質量)，根據本發明的燃料及/或材料還分別包含50%至90%、55%至80%或超過98%的碳分率。

在本案的目的之進一步實施例，分別根據成份的質量分率(乾質量)與生物質比較，燃料及/或材料的氫分率減少了1%至300%、5%至200%及20至100%。

在根據本發明的目的之進一步實施例，分別根據成份的質量分率(乾質量)與進料原料比較，燃料及/或材料的氧分率減少了1%至300%、5%至200%及15至100%。

在本案的目的之進一步實施例，分別根據成份的質量分率(乾質量)，燃料及/或材料的氮分率減少了1%至300%、特別是5%至200%、尤其較佳的是15%至100%。

以乾質量為基礎，根據本發明的燃料及/或材料可以包含至少或超過65%的進料原料的最初燃料值，尤其是生物質。

相較於生物質或是石化燃料或生物質燃料，根據本發明的燃料及/或材料因為其組成以及結構更具有優勢及具有對環境友善的燃燒特性，例如由於降低灰分、較低的氯、硝酸鹽、硫、及重金屬含量、及灰塵或粒子，細微的灰塵及包括氮和氧化硫之氣體有毒物質具有較低的擴散。

根據本發明的燃料及/或材料，相較於生物質或是石化固體或生物質燃料而言，更包含具有相對高反應性及低的燃燒起始溫度。

當根據本發明之燃料及/或材料變成足夠多孔性時，比具有相當的燃料值或是含碳量之固體燃料更可以用較低的消耗能量進行碾碎。

根據本發明材料及/或燃料的小粒徑，因而可具有大的表面積，特別的是其粒徑約由2um至50mm，粒徑也可以低於1mm，及也可以低於200um。根據本案的燃料和材料，由於粒徑小且具有大的表面積，因此可以容易的進行乾燥。

根據本發明材料及/或燃料包含梅納德或類梅納德反應產物。

在本發明的一目的之實施例中，根據一方法產生生物質的材料和燃料其包含至少下列步驟：在溫度高於100℃，壓力高於5巴及處理時間至少一小時來處理生物質及生物質的處理及/或反應產物、中間產物、次級產物及/或最終產物的調整。

溫度可以調整至超過160℃，也可以調整介於160℃及300℃之間，及也可以調整在185℃及225℃之間。其壓力可以調整至少7巴，也可以介於10巴及34巴之間，也可以在10巴及17巴之間、18巴至26巴或27巴及34巴之間。處理時間至少2小時，最佳的是3小時至60小時，也可以是5小時至30小時或31小時至60小時，更特別的是6小時至12小時或13小時至24小時。在生物質處理之後，利用乾燥裝置將反應產物乾燥，其乾燥裝置可以是對流式乾燥裝置或是接觸式乾燥裝置，且具有流動式及/或帶式及/或流體化床乾燥裝置，直到達到6%至25%、10%至20%或是12%至15%之期望的剩餘濕度含量。

如上所述的方法之反應產物、中間產物、次級產物及最終產物包含的範圍由泥碳的燃料、褐煤到類煤炭燃料、腐殖質、梅納德或類梅納德反應產物，及含碳材料例如如隔熱材料、奈米海綿(nano sponge)、丸狀物(pellet)、纖維(fiber)、纜線(cable)、最純的煤及超純煤或是活性炭(active coal)或是吸附炭(sorption coal)類材料、木炭取代材料(charcoal substitute material)，高度壓縮碳產物及材料，特別的是對於石墨及含石墨或是近似石墨的產物的進料原料以及碳纖維及複合式進料原料及纖維複合材料(fiber composite material)所構成。

本發明更進一步有關於產生材料或是燃料是根據本發明所述之由生物質的能源生成所產生。

生物質：相對於石化燃料、包含從長遠來看可作為國內能源載體供應的可再生原料，以及液體和固體有機物質及生物及生化程序產品以及其轉化產品，該等產品對於本方法具有足夠高的含碳量，或者也可以藉由根據本發明包含燃料的方法對其組成以及特性處理為具有經濟價值上的利用性的反應、中間產物、次級產物及最終產物。進料原料例如在下列之中：碳水化合物(carbohydrate)、糖(sugar)及澱粉(starch)、農業的(agricultural)及林業(forestry)的產物，尤其是指耕種的能源植物(energy plant)(如快速成長的樹種、蘆葦(reed)、或是全穀植物(whole grain plants)等等)、大豆(soy)、甘蔗(sugar cane)及穀草(grain straw)以及生物殘餘物(biogenous residual)、廢棄物質(waste substance)及次級產物、植物或是不同來源的植物殘留物(如草邊、造景栽培物等等)；農業的廢棄物包括稻草(straw)、甘蔗葉(sugar cane leave)、廢棄的穀物(waste grain)、部份未銷售的農產品例如：蕃茄或是甜菜(sugar beet)、分解青貯飼料部份及其它飼料殘留物、修剪的草(grass clipping)、穀稻、菜葉、甘蔗葉、含碳殘留物及具有有機廢棄物之廢棄原料、家庭及工廠的廢棄物高熱量分率(殘留物)、爛泥(sludge)、不同型式及級別的木材其包括林木(forest wood)、木材(timber)、舊家俱、木屑(saw residues)及由食品工廠所產生的廢棄物其包括廚餘和食物垃圾、廢棄植物(waste vegetable)、廢棄油脂及紙張和紙漿(paper and pulp)、紡織品特別是指天然纖維及天然聚合物及動物排泄物其包括：液體糞便、馬糞及家禽類的排泄物。屍體及特別是指動物的屍體都可以算作是生物質之列。

對本案來說，進料原料及/或固-液混合物之處理，係可以認知為對固-液混合物的所有影響或效果，其可以將固-液混合物轉化成反應產物，尤其是提供能量用於起始及維持轉化反應，包含處理固-液混合物在溫度超過100℃及壓力超過5巴的條件下進行。

對本案而言，生物質及/或固-液混合物的生物質的加工，是在化學轉化步驟之前及之後，以不同的步驟處理進料原料、反應產物及/或中間產物。其加工包括了所有的步驟、程序以及對反應參與物的影響或作用，其包括預處理及/或後處理。

對預處理來說，所有的影響或是作用係理解為對於固-液混合物從開始轉化反應直到反應空間的填充程序的結束及以開始能源供應是有影響的。特別的是，在反應空間內或是在反應空間的外部，進料原料的預熱以及反應混合物的主要成份(亦即有超過2/3的反應混合物之成份)被碎磨為粒徑大小至10mm以下係視為預處理。

對本案而言，固-液混合物均為懸浮液、分散物及其它分散系統，其包括含液體之固體，特別是生物質。根據本發明的方法發現，特別是對於這些固-液混合物而言，在反應係在物理或是化學方式下進行時，其液相含量的增加或是溶劑及/或固體的物理或化學反應係用以改善固-液分離或是具有高含量固體部份的變化率。在此份說明書中進料原料或物質為含液體或不含液體之固體係作為固液混合物的製造。

對本發明的反應產物及/或次級產物的重新調整作用及調整作用來說，其包括對轉化反應之次級產物及/或最終產物的所有影響和作用，係藉由這些方法而得到期望的或是需要的形式。

對本發明的半連續式或連續方法來說，應理解為實驗工場站及/或工業規模之反應產物、中間產物、次級產物及最終產物的製造，其中至少滿足如下所述之一個規則或是兩個或是更多的規則：

1.　尤其在至少一個壓力容器、反應器或是設備組成內溫度持續地高於40℃至90℃經過至少兩個反應週期、更佳的溫度是由60℃至70℃及/或是高於在至少1巴之絕對壓力下的製程水的沸點溫度(boiling temperature)，與反應混合物直接的接觸超過一分鐘，使得延長的皮膚直接接觸(例如把手放在直接接觸反應混合物之容器皿壁或是容器壁上)超過一分鐘而不會增加可見的皮膚發紅只有使用輔助裝置、隔熱物質或額外的裝置才有可能。

2.　尤其在至少一個壓力器皿、反應器或是設備組成中，壓力持續地高於1巴絕對壓力或是環境壓力經過至少兩個反應週期。至少兩個容器，至少該等反應器中的其中一個以可實現傳輸、壓力等化或是儲存壓縮介質(media)的方式下連接。

3.　進料原料、固-液混合物、反應產物、次級產物、中間產物的加工及/或最終產物或其它反應參與物的加工在多個或是在一個設備中多於一個容器或器皿中進行。

4.　進行加工的容器或器皿均為設備所必需或主要的組件，其整體體積至少為500公升，因此至少一個容器無法僅利用人工移動，而僅能利用附加的輔助裝置移動。

5.　在一個反應週期中，使用已預處理之含碳固-液混合物及/或不同種類的進料原料、生物質或是含碳化合物，尤其是不同的組合以及不同的濃度。

6.　不同進料原料之固-液混合物、反應產物、次級產物、中間產物及/或最終產物及/或其它反應參與物，包括催化劑及/或推進劑或是調和介質，例如水(特別是製程水)及/或氣體(特別是加工/合成氣體)係以同時、時滯(time-lapsed)、連續、非連續或是區間式供應至反應混合物或是由反應混合物中移出。第6點之程序在壓力容器、反應器或是其它他設備組成之溫度高於60℃至70℃或是高於在1巴絕對壓力之製程水的沸點溫度時進行，或是當至少一設備組成的壓力高於在1巴絕對壓力時進行。

7.在連貫性程序中，尤其是在單一設備中處理反應混合物。

8.在反應週期之前或是在反應週期期間，將動能導入進料原料或是反應混合物使之運轉，其特別是利用任何類型之至少一攪動或是混合系統或是結合攪動或混合系統，較佳的是指至少一種非機械式攪動或混合系統，藉此，當使用單一系統時，不需要具有磁性耦接至唯一的轉軸而同時仍可以以電力的方式操作。

9.在反應週期之前或是在反應週期期間，特別是利用至少一種調和系統或是結合不同的系統或裝置，將熱能導入原料中或是將熱能由原料中驅散，藉此若是使用單一系統，則不應是要一般常用的爐(oven)及/或利用一些手握把(hand grip)隔離之非阻障式聯結熱傳送裝置且以電力來驅動。

10.根據本發明所述之連續式方法其特徵在於：請求項1、36、50、72、98、103、113、115、122及143及這些獨立項的附屬項。另外，對於連續的方式可以由包含於其中的特性得到進一步的規則，其中含碳進料原料係以連續的方式經由熱交換器進入第一反應器，及反應混合物係以批量方式傳送至後續的反應器以及反應產物以連續的方式由最後一個反應器釋出。由連續方式可以得到，以上所述之請求項包含由這些裝置和元件所結合而得到的特徵。

在一容器可理解為內側具有一空腔，頂部可開啟或關閉，其特別是用以將內容物與其環境分離。進行轉化反應的容器(轉化反應即固-液混合物的處理及/或固-液混合物的加工)，例如為壓力容器或反應器 ，其是由對外側封閉之反應空間或是壓力容器空間所構成。

於其中進行決定性反應步驟之容器係特別是描述為反應器 。決定性反應步驟係特別理解為例如在溫度和壓力範圍運轉至較大的程度的步驟，其必須平均轉化至少10%至30%的進料原料變成如上所述之反應產物、中間產物、次級產物或最終產物其中之一。

藉由已存在的空間區域且在一個反應或壓力的容器空間來定義反應空間 或是壓力容器空間，其中反應條件可測地彼此有偏差。偏差的反應條件經由一結構性、機械性且根據流體及/或相、化學的、電子的、電化學或其它類型的影響而發生。為了此目的之裝置還不只於用於實驗室目的之壓力鍋(autoclave)其配置有電力操作攪動裝置或是具有磁性耦接之單一轉軸的混合系統裝置，且外部反應器壁的壓縮負載平滑內側之壁側熱交換藉由電熱外殼容器，其可以一些握把隔離。

反應週期 (reaction cycle)，反應的週期可以理解為單一轉化反應的持續期間，其開始係將起始產物導入反應空間內以及供應能量以使轉化反應開始。一週期由反應過程開始到在反應混合物中有期望的反應產物的存在，不加後處理或調整，或是直到反應過程完成，。

根據流體、熱力性質(thermically)或是根據結構以機械方式或是利用超音波(ultrasonic)將能量傳送至混合物，從而藉由攪動或攪拌致使反應器內容物運動的裝置，視為攪動或是混合系統 。攪動或攪拌導致於反應器內容物的運動。經由如泵(pump)、液體蒸汽混合物或是噴射真空泵、噴灑閥(spray valve)或是噴射噴嘴(jet nuzzle)以及機械和熱力混合裝置等之裝置以使反應混合物運動或是沿著壓力梯度引導反應混合物亦是此等系統中的一部分。

用以執行本發明之方法之設備由至少兩個裝置或是元件所構成。至少兩個容器或器皿、至少該等反應器中的一個係以可以實現壓力等化或是儲存壓縮介質的方式連接。設備不可或缺或是主要的組件是一種裝置或是容器，在此組件失效的狀況下，本方法的效益係會受到限制，特別是考慮到至少兩個百分比、五個百分比、至少十個百分比的成本效益。

如果一設備的裝置或元件為一般使用，則採用連貫性程序(coherent process) 。與乾燥物質相關，此種設備每星期可以處理超過200公斤的進料原料。當裝置或是元件係以允許起始物質、中間產物、次級產物及反應產物及其它的反應參與物交換或是可在半徑50公里內通常使用此等物質的方法而線性連接或是空間式相互連接時，此設備為一般使用。

反應的開始或是起始 ，或者是反應程序的開始或是起始，其特徵在於達成反應程序的至少一個目標參數，包括壓力或溫度，其中水熱碳化法之轉化反應可以在超過至少一個小時以上的時段進行。反應程序的結束其特徵係在於：在清空反應空間之前，係持續維持反應程序中的至少其中一個目標參數。

在本案中的反應產物、中間產物或是次級產物或是參與物 係全是固體、液體及氣體物質，其係處於或已經處於操作條件(壓力高於5巴、溫度高於100℃)，與其停留在反應空間的長度無關。

在本案中的固-液混合物係全都是懸浮液、分散物及其它分散系統，其包括含液體之固體、特別是生物質。根據本案之裝置尤其是用於固-液混合物，在反應程序中，其增加液相或是溶劑的含量，及/或是導致於溶劑及/或固體的物理或化學變化，其可改善固-液分離物或是變化率，或是改變成具有較高固體含量。

懸浮液及分散物 係均為非均相(heterogeneous)之固-液混合物 。液體和物體的非均相(或無法混合(immiscible))物質混合物係理解為懸浮液。懸浮液具有至少一個固相及至少一個液相。膠狀的分散物、膠質粒子(micelle)、氣泡(vesicle)、乳膠(emulsion)、膠體(gel)及氣膠(aerosol)，例如，乳膠或發泡(foam)，均屬分散系統，亦即為小顆粒以及連續分散介質的二元混合物(binary mixture)。

類梅納德反應產物 在本案中應理解為化合物其係為梅納德反應產物的中間產物、次級產物、最終產物及反應參與物，且其可以具有相似的化學、物理或是生物特性。由重新排列主要阿瑪得利產物(primary阿馬多里product)的而產生的高度糖基化終產物(Advanced glycation end products,AGE)亦屬此等化合物，且更進一步反應至梅納德反應的最終產物。高度糖基化終產物可與其它的蛋白質經由重新排列及聚合作用形成交聯(crosslink)。由於發展路徑之故，高度糖基化終產物有多種不同且複雜的的形式，藉此，至目前已檢測出的形式有Nε-羧甲基離氨基酸(Nε(carboxymethyl)lysine(CML))、糖氨酸(furosine)及戊糖素(pentosidine)。

類聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE) 物質應理解為具有至少一個或是一些聚四氟乙烯的特性之類似、相關或是非相關種類的物質及化合物，該等特性例如：反應惰性、極低摩擦係數、極低折射率、高熱阻、表面污染物的低黏附持久性或是平坦表面。

燃料是一種用於能量產生及藉由化學、電學或是其他方法轉化成能量的物質。

材料或是實用性材係藉由進一步的加工、處理或是調整或是處理成產物，或成為最終產物之工作對象之物質。

本案的目的係更詳細例示如下。

根據本發明的方法中進料原料或是生物質的材料轉化的程序可以大略區分為下列幾個階段(phase)：

1.　加熱階段(heating phase) ：生物質係處於一溫度和壓力下。去聚合作用階段(depolymerization phase)係藉由能源的供應開始進行。特別是指具有高碳水化合物含量之生物質，在加熱階段過程中，初始已產生膨脹反應(swelling reaction)。水藉此容置於細胞壁(cell wall)內的多醣(polysaccharides)之間。在膨脹程序中，凝膠狀(gelatinous)(在進一步過程中為膠狀)結構亦暫時形成，其會在去聚合作用階段中的進一步過程中再次分解。

2.　去聚合作用階段(depolymerization phase) ：在此，原始結構蛋白會分解，特別是指植物或是木質纖維素(lignocellulose)生物質，其主要由聚合結構蛋白纖維素(polymerized structural protein cellulose)、半纖維素(hemicellulose)及木質素(lignin)組成。單體(monomer)及寡聚物(oligomere)碳化合物形式。抵抗性及交聯結構蛋白的比例愈高，及進料原料的表面愈小，則去解聚合階段需要更多的時間。同時，水解結果係指在化學化合物被與水的反應所破壞的化學反應。碳化合物、非植物及非結構化蛋白質及脂肪分別的比例愈高，木質素-纖維素生物質的比例愈低，此階段進行得愈快。接近此階段的終點，熱能釋放增加並形成類似於原料油的物質。

3.　重構階段(restructuring phase) ：單體化及非交聯之碳化合物係被重新結構化及交聯。凝聚物形式巨觀而言類似於進料原料的最初始粗糙結構，但是失去與上層結構之內凝聚力且因此也失去其阻抗力及堅固性。具有較高的脆性(brittleness)及多孔性之新形成的結構由粒徑為數百個微米至5奈米的小顆粒徑組成，且在中間及最終狀態為更小的粒徑。新的碳化合物的形式係相似於天然煤炭。其包含不同的碳化合物以及烯類衍生物、，其中含碳量增加及與氫氣與氧氣分率有關的元素(乾質量)的百分質量分率減少。相較於石化燃料，其中一個較容易區分的特徵係為在反應產物的液相及固相中有梅納德反應產物的存在。

4.穩定階段(stabilization phase) ：雖然去極性化(depolarization)及聚合作用階段以放熱方式進行，在此階段大幅度減少熱能釋放，並在穩定階段完成反應且最後停止反應不再繼續。

反應產物的特性例如：純度(degree of purity)、形式(form)、結構、密度、力學阻力(mechanical resistance)或力學強度(mechanical strength)、粒徑(particle size)、表面結構、組成、燃燒(combustion)特性、燃燒值(fuel value)及能源含量(energy content)係視方法或反應條件而定，也就是依憑用於控制根據本案之方法(亦即加工程序)的參數。反應過程或是加工程序係尤其受下列處理或是反應條件或標準影響：

1.　析出物或是進料原料的組成及特性包括：密度、粒徑、含水度、純度、含碳量、無機物含量及含鹼量。

2.　固相及液相之間的關係或是乾質量(dry mass)及製程水之間的關係。

3.　溫度、壓力及這些參數的變異限制(variation limit)。

4.　催化劑(catalysts)：選擇、組成、濃度、粒徑、混合比例及供應時間。在反應進行後期藉由提供催化劑或是催化劑混合物，可以加速、操縱或引導反應。藉此可以影響反應產物的特性。對於反應產物的形成及結構而言，顆粒大小的金屬催化劑是必要的部份。反應時間相當大的程度是由酸的強度(pK值)來決定。

5.　熱交換或是調和系統及溫度調整的時間、酸鹼值、濃度比，以及在製程水中的這些性質。

6.　例如經由水解(hydrolysis)而造成在反應混合物的物質或是化學變化：尤其是在轉化反應過程中增加密度及多孔性。

7.　聚合作用期間，聚合作用進行愈快，反應產物愈純。

8.　混合或攪動反應器內容物及轉移能量至其中的方法與方式，以及流速、剪應力及混合間隔與時間。

9.　製程水：鹼鹽的濃度、酸、例如氯(chlorine)、硫(sulfur)等元素及其鹽類及金屬及包括含磷(phosphorous)及氮化物(nitrate)化合物的無機物。在運轉過程中以及運轉過程外之製程水的清潔方法。

10.　雜質(contraries)的濃度，雜質例如為沙，或會造成阻礙、怠速、延遲反應進行，或是導致產生不要的次級產物或是沉澱物(precipitation)的物質。

11.　實行的類型包含在此所述方法步驟的強度以及持續期間。

12.　調和及混合系統的選擇、組合、協同作用及控制。

13.　製程水調整的選擇、組合、功效及效率，及包括藉由製程水及物質的供應或是回收而對可變反應容積做所需調整之考量的指引。

更進一步的方法步驟可如下所述：

1.　進料原料的供應，包括生物質、進料原料、催化劑及水。

2.　預處理。

3.　進料原料傳送至一傳送系統及/或容器內。

4.　適用於個別的加工或是處理步驟，將進料原料傳送至容器內。

5.　進料原料的除水及/或乾燥。

6.　進料原料或許還有催化劑的碎磨。

7.　金屬及雜質的移除。

8.　利用催化劑，特別是酸，進行培養。

9.　一種或是幾種另外的催化劑的添混。

10.　生物質的預熱。

11.　例如當導入反應器內時的壓緊(compaction)。

12.　導入壓力容器或反應空間。

13.　加熱。

14.　製程水調整及空氣清潔。

15.由反應空間移除反應產物。

16.由反應混合物中分離出反應產物、中間產物、次級產物及/或最終產物。

17.所需反應產物的乾燥。

18.所需反應產物的碎磨。

19.所需反應產物的冷卻。

20.調整。

21.能源回收，特別是經由熱循環或熱交換。

在化學轉化程序之前及之後，係在不同的步驟中處理進料原料及反應產物、中間產物、次級產物及/或最終產物。該等加工步驟是針對工業或是技術層次的物質轉換。因此，加工應理解為超出利用剪刀進行人工分解或是人工碎磨。在根據本發明的方法中，生物質的加工及/或反應物及/或次級產物的重整不只可利用電子操作攪動或混合系統，其具有單一磁性耦合之轉軸，並具有特徵為反應器外壁之承受壓縮之光滑內側藉由電熱殼體容器(electrically heated casing container)(其可藉由一些手握把隔離)以進行壁側熱傳導。還包含對於半連續式或是連續式方法而言，於以上第9點及第10點所述之攪動或混合系統及/或是調和系統的標準。

通常可以在貯存生物質之前進行碎磨，且特別的是在實際的轉化程序之前，更特別的是在生物質加入反應空間之前及/或之後進行碎磨。就研磨裝置而言，通常是用例如碾磨器或是濕式研磨器來碾磨。根據進料原料及所需的顆粒大小來決定使用不同類型的細切、研磨或溼式研磨。顆粒大小影響反應進行。因此，顆粒大小愈小，進料原料的表面積愈大。反應參與物的表面積愈大，化學轉化愈快。碎磨之後的生物質的顆粒大小可以小於10公分、也可以小於1公分，亦可小於2毫米。在碎磨過程中的能量、時間及原料成果係視程序程序而定，特別是與進料原料的形態、顆粒大小及滯留長度有關。

在pH值低於6、低於5、也可以是低於4、特別是低於3、也可以低於2之酸性環境或是酸性介質中的培養係為預處理的一部分。此步驟所需要的時間係隨著碎磨的增加以及pH值的降低而減少。例如可以在進行碎磨之後，在pH值為酸性下進行培養。

此培養係在配置有雙層壁或是另一種調和系統之隔熱培養器皿中進行。此調和系統之使用主要是經由來自根據本發明之產生程序或其他程序的程序熱或是廢熱，或是利用部份純化及加熱的製程水。培養週期至少10分鐘至60分鐘、1小時至10小時或是10小時至60小時。視進料原料及其他預處理步驟而定，預培養可以減少相當的反應時間。在理想的條件下，節省了超過3~10%、10~20%或更多的時間。

因為水是在實行反應期間化學性產生的，且由進料原料分離出來，水的容積係隨著程序進行而增加。對於例如在後續的反應器皿中的反應空間所需要的反應容量會隨著水的回收而降低。因此，在反應進行期間，以反應器串接(cascade)的概念來說，每一個個別反應器的容積減少。可以在轉化反應結束之後或者是在轉化反應的過程中取得製程水。在反應過程中製程水的回收係發生在溫度高於180℃且壓力超過5巴。此對於固-液分離之方法及裝置而言係為特定的要求。在近期提出的方法中，篩選程序(粗篩(coarse sieving)、細篩(fine sieving))、過濾程序及/或藉由氣旋式(cyclone)、動力式(dynamic)、靜電式(static)、真空式、壓力式及消毒過濾式之離心力沉積程序，特別是橫流過濾(cross flow filtration)其包含微過濾、超過濾、奈米過濾及逆滲透法尤佳。更佳的是使用以由力場支持的水力旋流器(hydrocyclone)、離心式、分離裝置的方法及功能性原理為基礎，及/或利用過濾方法的裝置。較佳的過濾方法特別的是能以水熱碳化法的反應條件加以使用者。旋轉盤過濾裝置或離心薄膜過濾裝置較佳係用於固-液分離。不同固-液分離方式可以相互結合。在第一反應器之後的各反應器可以與固-液分離裝置連接。固-液分離以連續式或是間斷式的方式進行，進行時間為在反應器內停留時間的至少二十分之一。且可以根據需求以及所使用之裝置的效能來進行調整。回收的製程水係存放在一隔離的防蝕容器或是壓力器皿內。

為使製程水濃縮(enriching)，亦可於運轉程序從未處理的製程水之貯存槽中直接移除。一方面係由在本發明的說明書中所述的一個或是數個固液分離裝置使製程水濃縮，及在另一方面例如是在蒸發器(evaporator)藉由蒸發水(evaporating water)而使製程水濃縮。蒸發程序所產生的水蒸氣係在程序的其他位置使用，例如當進入熱交換器之前對進料原料進行加熱，經由熱交換器程序對熱油加熱或是運轉將反應產物乾燥之裝置，例如空氣攪拌碾磨機(air agitator mill)或是在此份說明書中於其它部份所述之其它的乾燥裝置。

為使製程水濃縮，至少移除1%~5%、5%~20%或20%~70%的水。為了此目的，在此份說明書中所述的其它方法也可以使用，例如逆滲透，然而其缺點在於由於溫度敏感型薄膜的關係而必須降低更多溫度。製程水係貯存在一隔離且防蝕之器皿或是如果可能的話，設計為可排除空氣之壓力容器之製程水貯存槽。

濃縮製程水係部份用於進料原料的預培養、預熱、可泵送固-液混合物的產生，用於在反應混合物中的吸收，用於在設備的反應器內將供應的進料原料之塗佈或添混，以及返回至正在運轉的程序中，在設備內或是設備的外進一步的程序處理中係作為熱載體介質(heat carrier medium)及/或作為肥料成份。對於各別的使用，可以在溫度超過1℃至50℃之各個溫度取得製程水。

對於進料原料的預培養、預熱、可泵送固-液混合物的產生或是對於在設備的反應器中供應的進料原料的塗佈或是添混，較佳為使用溫度為25℃至50℃、50℃至70℃或是70℃至99℃之製程水或是濃縮製程水。對於這些目的而言，其pH值較佳係低於6、或是低於4或是低於2。

對於更進一步在設備內或是設備外部之程序，較佳使用溫度為25℃至50℃、50℃至70℃或是70℃至99℃之製程水或是濃縮製程水作為熱載體介質。然而為了該等目的，以及為了返回至運轉程序而添混至在設備的反應器內供應的進料原料，溫度超過100℃或是200℃也是有利的。

一方面可藉由蒸發或利用另一種方式排除某個量的水，或者在另一方面利用酸作為催化劑得到需要的pH值，其沸點高於水。濃縮製程水含有催化劑成份的程度使其沸點高於水。因此，例如硫酸的沸點為279℃。磷酸(phosphoric acid)的分解溫度係在213℃。儘管沸點較高，即使很難避免催化劑成份隨著製程水由製程水散逸，仍可以藉由以低於酸的沸點之溫度持續蒸發水來達成酸化，亦即降低pH值。這對金屬的催化劑同樣有效，如硫化鐵(二價)其熔點或是分解溫度是高於400℃，氯化鐵(三價)之沸點溫度高於120℃(昇華)，或是氯化鐵(二價)之沸點溫度為1026℃。藉由製程水的濃縮可以減少一種或是數種催化劑成份。

製程水蒸汽係用在程序中的其它位置，例如在進入熱交換器之前先對進料原料進行加熱、經由熱交換器程序之熱油(thermal oil)的加熱或是用於操作乾燥反應產物的裝置，例如空氣攪拌碾磨機(air agitator mill)及/或在此份說明書中先前所述之乾燥裝置。根據應用來進行製程水蒸汽的清潔。

在本案中所述，可以用數個泵在溫度高於250℃之條件下來運送濃縮製程水，其泵可以是渦輪泵(helical displacement pump)。其溫度係在環境壓力下經由熱交換器而降低，或是在進料送入無壓裝置(pressureless apparatus)或是送入混合裝置之前降低溫度，使得固-液混合物的溫度為50℃~60℃或是60℃~80℃。

特別的是由生物質中分離出金屬、無機物或是沙類之物質以及其它雜質。此等方法及程序係用於例如在沼氣廠(biogas plant)中建立生物質及有機廢棄物的處理範圍。

在預培養之後，可以在酸性介質中，加入含有添加水或是不含添加水之催化劑及/或在水溶液中的催化劑。催化劑可以包含至少一種或是數種不同的成份。這些成份在一起形成催化劑混合物。催化劑的成份可以是例如包含酸。反應程序在相當大的程度上係受到催化劑的選擇、組成、濃度、顆粒大小、混合比以及供應的時間影響。因此這些取決於催化劑的因素對於最終產物的形成、設計及特性有很大的影響。對於最終的形式及結構或是反應產物，金屬催化劑的顆粒大小形成必要的部份。而反應時間是亦由酸的強度(pK值)來決定，例如，當使用粒徑小於十微米時，特別是200奈米至1000奈米，及特別較佳是10奈米至199奈米時，形成最終產物可均勻化形態纖維狀奈米結構的機率會增加。顆粒大小愈小，可以定義出愈精確及均勻的新碳化合物之纖維狀結構。然而，對於已定義之奈米結構之產生來說，碳水化合物含量、顆粒大小及顆粒大小均勻的程度對於反應進行的趨勢都發揮了作用。藉由催化劑及催化劑混合物供應時間的安排可加速反應或是引導反應。根據期望的最終產物，在反應程序中較晚的時間將催化劑導入也是有用的。無機酸也可以作為酸，特別是礦物酸(mineral acids)，特別較佳的是強酸，以及其具有盡可能低的pK值。所使用的這些酸及酸的反應物係為非毒性且具有最小的腐蝕性。此外，在反應物中測不出這些酸以及這些酸的成份會被純化或是盡可能以簡易的方式處理。亦作為食物添加劑的硫酸滿足大部分要求，因而特別適合。不同的酸類也可以結合在一起。羧酸(carboxylic acids)，尤其是質子酸(proton acid)是可以作為一種選擇使來用或是額外添加使用。使用二元-羧酸或是三元羧酸及以上所有羧酸、酒石酸(tartaric acid)及檸檬酸(citric acid)已經證明特別有利。檸檬酸及酒石酸係為結晶狀且無毒性。這兩種酸類均在水果中自然產生(柑橘類水果如檸檬含有檸檬酸，葡萄含有酒石酸)。作為催化劑成份的酸同時可用於產生培養步驟之酸性介質。酸的濃度尤其係與pK值有關，且大約為0.1至3之容量百分比、0.6至2之容量百分比，尤其較佳為0.3至1之容量百分比。進料原料以酸預培養係可減少反應時間。預培養的時間愈長，酸性愈強及酸的濃度愈高，反應時間愈短。除了其他的成份，催化劑或是催化劑混合物可以包含一種或是多種金屬。較佳係使用過渡金屬(transition metal)例如鐵、鎳、鈷、銅、鉻、鎢、鉬、或是鈦，藉此，鐵已經可以證明尤其有利。在導入反應器之前可以進行添加催化劑，也可以在此方法的其他的時間內添加催加劑。此外，不同的催化劑混合物或是組成可以在不同時間添加於反應混合物。

生物質係徹底地與催化劑或是催化劑混合物混合。接著，催化劑與生物質一起形成一反應混合物。其混合程序可以選擇性的在反應器內進行。反應混合物的壓縮作用可以在一個或是數個步驟中，在反應器內或是反應器外進行。高度壓縮是有利的，其特別是指反應空間較佳的使用。由期望的反應物及反應程序至反應器的可傳送性來決定壓縮量。舉例而言，反應混合物也可以在預處理之後導入反應器內。

在反應成份導入壓力容器空間之前例如可發生預熱步驟。所有的反應物可以進行預熱。在這些進料原料之中，特別是生物質，可以加熱至接近60℃至90℃。例如藉由供應熱能而進行預熱步驟，尤其是加入溫度接近沸點的製程水、預熱的生物質懸浮液、壓力在絕對壓力為1巴之條件下的其他水，或是藉由供應製程水蒸汽或是其它熱源載體。由熱交換程序所產生的熱能也可以選擇性或是附加的在此步驟中使用。

而反應時間係與期望的反應產物有關，其介於1小時至60小時、特別的是介於3小時及40小時之間、更特別的是在5小時及18小時之間。當不再有明顯的焓(enthyalpy)釋放時，反應時間可以視為結束，或是反應視為為終止。最小限度的預處理及/或省略個別的預處理步驟時，會使反應時間增加至超過60小時。反應時間係與各自的進料原料以及組成尤其有關。表面積愈大、顆粒大小愈小、木質素(lignin)或是纖維素(cellulose)比例愈小及碳水化合物比愈大，則在去聚合作用階段的熱能釋放愈快，愈快達到穩定階段，而減少反應時間或是滯留時間。各別的進料原料的轉化時間愈短，則例如導入在反應器中已經運轉的反應的延遲會愈長。由較大比例的脂肪或是非植物及非交聯性的例如動物性蛋白質或是細菌蛋白質亦可使反應時間縮短。在反應程序中熱能釋放的終止係為轉化程序結束的指標。

根據本案，溫度可以高達300℃。但是溫度在185℃至205℃之間也是有利的，特別是在215℃，及更特別的較佳是在225℃。

根據本案，在沒有空氣的狀況下，壓力介於7巴至90巴之間。較佳的是壓力介於11巴及18巴之間，也可以介於18巴及26巴之間，也可以是介於26巴至34巴之間。

本發明之裝置包含一反應器，此反應器可以根據反應器內的程序的進行、使用固體的種類和量及/或所需的反應產物而以不同的方式來開發。根據本案，至少其中之一反應器可以是疊接式反應器(cascade reactor)、管式反應器、循環式反應器(circuit reactor)、迴路式反應器(loop reactor)、薄膜式反應器、流體化床及/或攪動式器皿或是攪動式器皿反應器、或是具有單獨特性的反應器、或是具有這些反應器的不同特性的組合。反應器的流體化床較佳是循環式。根據本案之一反應器或是不同反應器之組合，可在設備中以用於不同的處理時間及加工步驟。此外，可以根據所需壓力將反應器設計成壓力器皿。而壓力器皿形式係根據加工程序以及所使用的混合技術來設計。

本發明之目的的進一步之實施例中，反應器係形成為具有循環式流體化床(circulating fluidized bed)之多重薄膜流體化床反應器(multi-membrane fluidized bed reactor)的類型。此反應器係結合各種薄膜反應器及流體化床反應器的優點。在本文中，流體化床應理解為固體顆粒的壓載物(ballasting)或是聚集物，該等固體顆粒係藉由向上的流體流動而被帶入流體化狀態。在本文中，所謂的『流體化』(fluidized)係促使(前者)壓載物於此時具有類流體的特性(例如，水的特性)。根據本案，固-液混合物出現在反應器內。如果固體細粒或是微粒壓載物藉由氣體或是液體(所謂的流體介質(liquid medium))由下往上通過，則被攪動。流體介質需要以足夠高的速度通過以提升顆粒，以將之攪動。所需的能量輸入取決於反應條件。當反應完成時，由於攪動作用，固相的顆粒可以部份但連續的方式由反應空間中輕易移除。新鮮的固體原料可以對應地再予填加。調整流體的流速，以使攪動固體的方式至少是可以形成一靜止的流體化床。而在此狀態的流體流速低於顆粒的沉降速度。藉由結合個別相鄰的顆粒，其流體阻力係高於單一顆粒的流體阻力。因此可以形成具有分明表面(defined surface)的懸浮層。而流體的流速可以隨著對薄膜元件施加高壓而增加。相當多顆粒藉由較高的流體流動從基底區(base zone)釋出，而上層邊界崩解。一定比例的固體仍會落回在流體化床中之基底區。在密集(dense)區域上方所謂的自由空間(free space)中形成流動，其中固體在相當寬的核心中提升為薄薄的懸浮液，而固體會在反應器的邊緣以高速叢集式落下。藉由定位至少四個液體流動混合器(liquid stream mixer)(其分布的方式在直徑方面盡可能平均且在垂直距離也是盡可能平均)，以及額外的混合裝置(其包括就在基底金屬片(base metal sheet)上之表面)，抑制了凝聚物以及層邊界的形成，使得顆粒的均質攪動可進行。

當適當使用時，特別是利用薄膜部件時，下列好處可以藉由根據本發明之反應器達成，其中：

1.藉由加速推進劑(propellant)以及流體流動產生的亂流，使得在連續的流體及分散的固相之間產生高的相對速度。

2.頻繁的顆粒-顆粒撞擊及顆粒-壁面的撞擊。

3.顆粒的加強混合。

4.反應混合物與流體的熱交換加速。

5.沉積的最小化。

6.在反應過程中例如水及反應物的劑量受到控制。

根據本案之反應器可以具有一個或是多個下列的特性。反應器可以包含至少一壓力容器及至少一個用於固-液分離之裝置，且也稱為薄膜反應器(membrane reactor)。反應器可以具有至少一個粗篩及/或細篩的過濾裝置或是兩種裝置的組合，其亦可合併成一過濾裝置。至少其中一個壓力容器可以具有一攪動及/或混合系統，也可以稱為攪動容器反應器(stirring vessel reactor)。壓力容器或反應器的總反應空間之體積可為0.5立方公尺至10,000立方公尺(cubic meter)，也可以是5立方公尺至2,000立方公尺及或者是50立方公尺至500立方公尺。其設備的所有容器包含壓力容器或反應器的反應空間、料斗(hopper)及儲存空間之體積可為0.5立方公尺至10,000立方公尺，也可以是10,000立方公尺至70,000立方公尺及也可以是50,000立方公尺至500,000立方公尺。視進料原料及生物質而定，生物質的含水量可高達佔總重量的95%或是更多。因為此原因，在轉化程序之前先完成除水程序會是有用的。由於許多生物質的高含濕度及低毛重(packed weight)，可傳送度有所限制，使得在反應空間中初始的固體比例可接近5%及30%之間。反應產物的產率會在相對於總反應空間體積的單一百分比數字左右。因此，較大的反應空間體積係有必要的。由數個壓力容器或反應器連接在一起可以得到大的反應空間體積。藉由連接這些反應器，其方法例如疊接式，及/或不同反應器型式的結合，由改善加工程序的控制，可得到更優的滯留時間分配及較高的操作容量。同時，可顧及不同反應階段及部份步驟的不同需求。更合適的熱交換係在管式反應器中進行，在攪動式容器或是攪動式反應器中可進行較佳的混合以及再混合。藉由將反應器的整個體積而分成數個壓力器皿，係可以改善具有壓力器皿之個別設備之傳送能力。藉由連接數個壓力器皿或反應器，可促成實現連續式或半連續式程序。用於收容在反應器中形成或包含在反應器中之壓縮程序氣體的至少一壓力容器可以使用於且整合至設備中。在程序氣體排放至大氣環境中或者是送入在設備外部或內部之自有的燃燒程序之前，在一自有的清潔程序，例如一空氣清潔設備(air cleaning plant)中加以清潔。程序氣體係送入與濕式氧化程序一樣的氧化程序中，其以壓縮空氣進行操作。若熱回收與此程序連接，則好處是在程序氣體中可氧化的成份可轉化成熱能且經由熱交換程序回收。

藉由在加工程序過程連續分離或是取回單一反應物，例如水，可以在方法實行期間增加固體部分。根據反應程序或是處理條件，固體的含量可以由原來的15%增加至20%或30%、特別是增加至31%~45%，及更特別的是46%至70%。同時，每個反應器之體積可以隨著反應發展同時減少。同時，可添佳能較快轉化的進料原料，而可以在給定的反應器體積達成較高的操作效能。將數個反應器以串聯的方式連接，其利用閥(valve)加以分離，進一步使得可以為了增加產量的目的，在個別的壓力器皿內添加或是再添加新鮮進料原料、反應物或是催化劑。反應混合物係由壓力器皿傳送至下一個壓力器皿主要是在連續程序管理的操作條件下進行。反應器及裝置與反應物接觸的所有表面以及組件，包含底座(mounting)及管線係由耐熱及防蝕的材料構成，相較於下列對於薄膜元件之材料的品質而言，較佳的材料為不銹鋼。其反應器的壁厚度之設計係考慮壓力為7巴至20巴之間，較佳的是在20巴至30巴之間、更特別的是在30巴至40巴之間；其溫度是在160℃及230℃之間、特別的是260℃及更特別的是300℃。特別的是在至少一個壓力容器、反應器或是設備組件中的溫度其在至少兩個反應週期中係持續高於40℃至90℃、特別的是由60℃至70℃及/或高於製程水在1巴之絕對壓力下之沸點溫度，這使得延長直接皮膚接觸，例如以手直接接觸容器壁與反應混合物超過一分鐘以上而不會增加皮膚發紅，只有在藉由輔助裝置、隔離物質或是附加的裝置才有可能。

根據本案所述之反應器可以包含一垂直筒狀本體。其直徑-高度比(diameter-height ratio)至少為1:0.5、1:2、1:5或是更大。上基底係為一近似球形之基座。在上層部份，特別是上半部及特別是在上層的2/3的部份，為圓錐形狀，其直徑是朝著底層而逐漸增加。相對於反應器軸，圓錐形狀的基座的角度為45度、特別的是小於40度、及更特別的是小於35度。由例如反應器壁至基底區的轉變係為圓形用以減少擾亂流體。對於反應混合物的供應而言，噴嘴的設置是可變的，其例如可以設置在壓力容器上半部，較佳是上三分之一。該供應係經由閥(valve)，通過大約在基底或圓錐形基底中央之輸出噴嘴來進行。反應器的組件和噴嘴可以藉由焊接連接在一起。另外，可裝設蓋子。藉由優先利用液體流動(liquid stream)混合器或噴射真空泵及全噴射式噴嘴(full jet nozzles)，其直徑-高度比可以接近1:2至1:3，也可以是1:4至1:5，及也可以是1:5至1:6。

薄膜反應器係為可結合至少化學反應與薄膜方法或與固-液分離作用之裝置。藉此，兩種程序可以整合在一起，而可以發展協同作用。兩種程序可以同時容置在單一殼體或是設備中。在化學反應過程中，至少轉換其中一個化學反應物的成份。藉由使用薄膜反應器，反應產物、中間產物、次級產物及最終產物可以選擇性的由反應混合物中移除，而析出物可以受控制的方式加入，或者是加強與析出物的接觸。反應產物、中間產物、次級產物及最終產物，尤其是水係連續式或間隔式從反應混合物中移除。因此，可達成明顯的產量增加。氣體狀態的介質或是物質，特別是可分解的氧氣係對於反應程序及腐蝕的減少而有所幫助。藉由組成的化學特性變化，包括特別是在聚合作用過程中密度的變化，而促進固-液分離作用。藉此，在反應混合物中可以得到較高的固體濃度。根據固體的含量及轉化程序的狀態，將反應混合物傳送至迴路式反應器中。藉此，反應混合物軸向地在第一方向上以及相反的第二方向流過徑向軸向內筒區段。當使用迴路式反應器時，內管可以設置熱交換元件以加速熱交換且使得反應器的直徑可以更大。內管亦稱為插入管或導管。導管的直徑會影響迴流的的摩擦力以及偏轉(deflection)損失。當長度不變，迴流的偏轉損失及摩擦力隨著直徑的減少而增加。當所選擇的直徑太大的時候，則迴流會整個崩潰。插入管的直徑則大約為反應器直徑的1/4至1/3，至多是反應器直徑的一半。導管可以設置在距離反應器基座的1/3或是1/4的位置。

在反應混合物中呈現還原關係(reductive relationship)。由於酸性環境，腐蝕性物質例如氯(chlorine)的存在，高溫及高壓下，在操作條件下與反應混合物接觸的表面有腐蝕的風險。藉此，特別是經過長時間的操作下，經過局部的腐蝕可以呈現其耐磨性。依據使腐蝕作用最小化的直徑，可以使用堅固安裝的薄膜部件或是流體透析裝置(fluid-permeable cartridge)。

薄膜元件由穿孔元件(perforated element)所構成，特別的是可以讓氣體及液體通過該元件之金屬平板。流體及氣體透析裝置(gas-permeable cartidge)大部份也是由有孔金屬組件所構成，藉由該裝置，已純化的推進劑(propellant)、溶劑或是水可流至反應器空間中。當薄膜部件或是流體透析式裝置分別使用時，不但是與各自的反應容器的直徑及容限度(tolerance)有關，也與其形式及腐蝕負載有關。塑膠、金屬、硬性金屬(hard metal)、陶瓷材料及聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)及特別是不銹鋼(stainless steel)及特別是用於薄膜部件之不鏽鋼的合金被視為可能的材料，或是塗層物質或是載體材料(carrier material)。塗層通常不只是簡單之可移除的聚四氟乙烯筒匣，例如在實驗室規模中，此種裝置可以以壓力鍋的方式來使用。而化學、機械、熱力學及熱機方式均可以用於施加塗層。要施加材料，載體材料及/或黏著劑因而以氣體、溶化或是固體的方式呈現。較佳為使用直流電(Galvanic spraying)或是火焰噴射法(flame spraying)，例如高速火焰熔射法(HVOF)。可以施加塗層的一種技術是電鍍。

取代電鍍法或是除電鍍之外附加的是在設備的一個或是數個容器的內部空間可以配置一筒匣(cartridge)。特別的是反應器的內壁特別可排有薄膜部件。此筒匣主要具有圓筒狀且可承載於格柵上，此格柵是指像網狀的結構。

或者，不銹鋼殼體，相較於熱交換平板系統，係設置在反應器或是筒匣的外部或內部的不銹鋼層上。鋼板係以點或是線的方式焊接，藉此藉由在部件之間或在平板之間射入高壓介質，界定流體通道的未焊接的區域可被擴展或是被「支撐」(pillowed)，調和液體(tempering liquid)或熱交換介質可以經此通過流體通道。不同的介質可以通過這些空腔。這些介質可以作為熱載體，其可以是充分加工的製程水、淡水(fresh water)或是水蒸汽或是熱油。

為了將不銹鋼殼體(其轉為反應器空間)的壓力負載最小化，係使用一些裝置，藉由這些裝置，在空腔及反應器空間之間形成的壓力差盡可能小。利用雷射裝置(laser mean)在不銹鋼殼體鑽孔以防止或是降低在空腔內的可能壓力差。其孔洞的直徑及形式係與在薄膜元件或是在筒匣裡的相對應。孔洞的距離係盡可能的彼此分開，使得抵達反應空間的介質盡可能少。

在殼體上或是在容器上的孔洞之距離至少10公分至20公分，其也可以至少為60公分，及至少150公分。藉由出現在殼體環路的過壓讓介質經由在內部反應器空間或是在反應器壁與筒匣之間的空腔中的孔洞抵達內部反應空間。利用雷射接合將單獨的點或是線焊接迴路連接而產生流通道(flow passage)，而可以確保調和介質均勻分佈在殼體內。而在調和系統內的壓力係超過在反應器內的壓力達6巴。在筒匣的外殼直接鄰靠於壓力容器的內側。或者，可鄰靠穿孔的格柵或是網狀結構。筒匣包括規則性的孔洞其直徑約為20微米至70微米。

當使用電鍍的金屬平板時，在單側或是雙側電鍍(plating)之外及/或在發生磨損徵兆之後，可以施加一內殼體，其殼體可以藉由焊接的方式連接及較佳的是利用雷射焊接方式連接。同時，如上之具有筒匣的外殼體的空腔可以為了內殼體的使用而形成。其內殼體的厚度為1mm至1.5mm，也可以是1.5mm至2mm，或者是2mm至2.5mm。壓力損失被最小化，且藉由輸入及輸出噴嘴的尺寸及數量而又更加被最小化。

由鋼或特別是由不銹鋼所製成之筒匣，或者是薄膜部件、反應器、由介質接觸之管件、熱交換器或是配件係由鋼或尤其是不銹鋼所構成，以及用於本實施例為奧氏體鋼(austenitic steels)或是增加鉻及鉬含量之6、7及8族之鋼或者是雙鍊鋼(duplex steels)(其中德國工業標準(DIN)名稱為1.4571、1.4404、1.4435、1.4539、1.4439、1.4462、1.4529、1.4501)。在更進一步之實施例中，使用更高要求的反應條件例如：銅、鎳合金、高鉬含鎳合金，如2.4610，及鈦。筒匣的壁厚度係設計為使筒匣可暴露在壓力差為2巴、特別是4巴及特別是6巴。

尤其在基底區，會有因為沉降及重力作用而聚集固體部份，具有結塊及堵塞的危險。這些妨礙了順暢的熱交換及劣化在反應混合物中析出物的接觸，而阻礙反應的控制。因此，在這些部份中所使用的薄膜部件係特別加工，尤其是在基底或是壁的區域，但是至少在圓錐區域且較佳是下1/3部份，特別的是會發生沉積及結塊的區域。這些金屬平板的處理如在金屬平板上以規則的距離鑽孔，特別是距離在10mm以下，也可以低於6mm及低於4mm。

利用雷射裝置在薄膜部件或是在筒匣上的孔洞係藉由雷射在元件或組件上鑽孔，且具有之直徑係介於200微米及10微米之間的，也可以是介於100微米幾20微米之間，也可以介於50微米及25微米之間。此孔洞較佳是漏斗形狀(funnel-shaped)，因此孔洞的直徑出口處至少為入口處兩倍。藉此，可達成扇型流動，使熱傳遞最佳化。孔洞的軸向係幾乎與反應器的軸向平行及/或垂直於穿孔薄膜部件件的表面。加熱、冷卻以及充份處理過的製程水、淡水或是水蒸汽係藉由過壓通過孔洞而從空腔流至壓力容器的內部空間。因此孔洞係可作用為噴嘴。同時上述液體係作用為調和物以及推進物。製程水或是淡水必須加以充分處理以使之可以通過孔洞或是熱交換系統。對補給水以及容器水有效的標準其目的在於用於調整。

由反應器的內部空間所密封之空腔係在反應器壁及薄膜部件之間，作為溶劑、水或是水蒸汽的引導。由高的孔洞中排出之製程水的過壓總是足夠高而能防止反應混合物的滲透。薄膜部件或是筒匣壁的強度係設計為使得壁的強度完全符合在內側以及外側的壓力差的需求。薄膜或是其與壓力容器壁形成的空腔可以分割成複數區域，該等區域例如包含在圓錐體或是在基底區之同心表面。此特徵為不同的壓力級。不同壓力級例如由閥或是分離式泵送系統所實現。因而可以消解對由於重力所引發的沉降作用造成的沉澱及結塊。藉由以一致的壓力所調整的孔洞直徑得到可比較的效果。例如在較強的沉降作用的區域中的直徑可較大。

取代塗層或是使用避免腐蝕作用的附加物質，對於內部空間，尤其是基底或是壓力容器的圓錐體及底座及其它與反應混合物接觸的部件，可以加以表面處理(surface-treated)。此尤其可以藉由降低表面粗糙度而得到。取而代之或是除了表面處理之外，研磨製造方法可以在一般的預處理之後使用，也可以是電化學研磨方法、或者也可以是在電解液中金屬的陽極研磨，該電解液係特別相關於材料而加以調整。

在化學轉化反應過程中，在進料原料中含有的能量接近5%至34%以熱的形式釋放出去。此能源經由熱交換裝置用於其他在程序中或是程序外之具有熱需求的其他程序。例如此熱能可用於預熱生物質或是在程序內或是設備中的反應空間。在程序外或是在設備外，此能量可以用於加熱室、機器或是作為其它程序的程序熱。以調和系統的輔助，不只是會加入啟動化學轉化程序所須的熱能，也會釋放放熱反應的熱能。藉此可以消除不受控熱點(hot spot)的發展及反應器的失控。使用至少一個，較佳為更多個，或是不同調和系統的組合，其係以機械式、電子式或是化學的方式驅動。此外，或取而代之，對以下所述的製程水系統，反應器的調和系統例如由雙層壁結構、旋入式散熱器(screw-in radiator)、加熱線圈及冷卻線圈或是在反應器所使用的散熱鰭片(fin)或是與外側壁焊接之半管式線圈等所構成。取而代之或是附加的，根據結構及所選擇的材料，可使用熱交換平板系統(heat exchanger plate system)。製程水及/或熱油較佳用作為通過且接近反應器的內部空間的熱源載體或是用於調和系統而之調和介質。

個別的調和系統的組合、配置、設計及控制是由加工程序及尤其是根據進料原料的組成所決定。在反應器外側及反應器內所有的製程水系統均可以用於調和系統。在另一方面於外部進行，係意指在反應器外的熱交換程序，以及另一方面藉由調和製程水的導入，像是對於液體射流或是噴射真空泵而言所期望的材料如用於混合裝置、泵及/或噴嘴之稀釋、調和、抽吸介質或是推進劑。混合製程水及淡水可以適合最佳的反應器調和。藉此，加工程序可藉由例如降低特定無機物質的濃度而再最佳化。此導入的物質較有利的是調和介質，尤其是注入就溫度而言為關鍵性位置的調和水或是再循環製程水。調和係經由加工程序附加地控制。除了進料原料的組合之外、pH值樣品製備及催化劑，取決於轉化特性的進料原料的延時導入是溫度控制一個重要的因素。

在方法的進行過程，進料原料或反應混合物黏度、密度及大小及其他特性會改變。這些改變係由於含碳進料原料的化學反應及結構上的改變，這些也可以是去聚合作用及之後進料原料的更改結構(restructure)的原因。藉此，與加工程序有關，產生混合程序的不同需求。根據程序、進料原料、固體濃度及對反應產物的需求，混合及/或流體分佈係盡可能的均勻且具均質性。為了熱交換以及增強對於析出接觸的目的，及為了使例如仍為交聯的高含量木質素(ligin)或是纖維素(cellulose)的層更徹底瓦解、反應物及大部份的催化劑混合物的平均分佈及反應混合物的排出的目的，以連續的方式或是間歇式進行攪拌作用(agitation)或懸浮作用(suspension)。同時，沉降物分解，鬆動，且消除栓塞及凝結形成。因而以總體正面的方式影響反應進行。其意指，混合程序愈完全愈均勻，反應進行愈快，且使反應產物同質性愈高。在反應空間中，可以使用具有及/或不具有活動式之部件的至少一個或數個、且尤其是不同混合系統的組合。在反應空間中，一個或是更多或是不同攪拌器的組合，可以作為具有活動式部件之混合器。攪拌器更配置有具有至少一個及較佳的是兩個或是數個軸，使得可藉由相同的馬達及反應器入口來驅動更多攪拌器。相較於能量供應或相較於混合時間來說，相對低的能量要求是這些攪拌系統的優點。相較於在反應空間中不具有活動式部件之混合系統來說，除了高成本之外，主要的缺點在於容易故障及較高的維修費用。

噴射真空泵(jet vacuum pump)或是液體射流混合器(liquid jet mixer)、泵及噴嘴(nozzle)係為液體噴射系統(liquid jet system)。這些裝置通常不具有任何活動式部件，因此只需要較少的保養。液體噴射系統可作用為混合系統，因為其適於經由推進物(propellant)將動能導入反應器中，這些推進物也可以作為加熱或是冷卻之用，以便於使反應器內容物懸浮或是均勻化。液體噴射系統的更進一步的優點包括小尺寸、流路與流動關係之擾亂最小化及密封系統(sealing system)的避免。傳統的攪拌系統經常使用的碎流板(stream breaker)是多餘的。因此，在這些系統使用時，不會有碎流板-條件流體不作用區(dead zone)存在。同時，避免了浮動(floating)(固體的浮動)，藉此以降低進氣(air intake)的危險。該等液體噴射流系統可以由一個共同的或是數個製程水貯存器饋給。這些液體噴射系統可以彼此獨立控制，使不同量的推進物及/或由調和物可以通過。為了懸浮作用及均勻化，更佳的是將推進物及/或調和物以幾乎連續式及/或以間隔的方式加入。液體噴射系統且尤其是噴射真空泵或液體噴混合器的置放選擇，係使得液體流路的形成產生例如垂直迴路流動的形式。反應器的直徑-高度比為1:2，迴路流動以「8」的形式形成，或是以對應的高度，更多迴路係相對於垂直方向橫向流動。液體噴射混合器或是噴射真空泵較佳設置在反應器的上半部，尤其是在上1/3，藉此推進物射流係向下且幾乎與反應器的軸向平行。數個液體噴射混合器或是噴射真空泵可與較大或是較高的反應器以串聯的方式連接，特別的是徑度-高度比為1:3，這意思是指這些是在不同高度以串聯的方式連接，使得各自後續的混合裝置使加速的流體再加速。在大直徑，特別是超過一公尺的直徑，數個液體噴射混合器或噴射泵在一種方式設置在縱軸方向，使得在一個方向上有效地加強推進物噴射。若是在一個高度使用超過兩個液體噴射混合器或是噴射真空泵，數個液體噴射混合器各自相同，其加速的流體會向下至反應器的基底。一個或是數個液體噴射混合器或是噴射真空泵就設置在圓錐型或是基底區上方，使得流體被導向成切線地經過基底部或是圓錐形的壁。一個或是數個液體噴射混合器或是噴射真空泵係設置在圓錐型或是基底區中央出口噴嘴旁，使得流體直接以切線的方式經過與基底部或是圓錐型的壁。

利用液體噴射系統或是噴射真空泵的亂流或是剪應力負載將固體打散(de-agglomerate)。藉由在亂流及剪應力負載最大的區域使用附加的碎磨裝置，尤其是在進入口、抽吸或是排出開口等處使用，可以預定的方式消除結塊(clump)及凝結物的形成。在進入、抽吸開口有阻塞傾向的位置，可設置其本身的製程水供應，從而製程水僅需為了此目的粗略處理。例如篩選器、過濾器及薄膜係用於粗略處理。相較於推進物及調和物的製程水處理，粗略處理為較快速及幾乎直接沒有或僅有實質上很低的保留體積。或者，有堵塞和沉積危險的混合器之進入或抽吸開口，使之遠離本身推進物流動環路及/或配置短期流路反轉機構(short-term flow reversal mechanism)。為控制這些噴嘴，係採用流量計(flowmeter)、壓力表(manometer)及閥(valve)，其藉由例如在抽吸區中的壓力改變來反應阻塞。對於有堵塞和沉積危險的抽吸槽(suction slot)或抽吸開口，混合的反應混合物供應可以藉由一種分割式推進物流體供應來實現：一部份是直接由反應器中吸取，另一部份是經過粗濾並由反應器上部吸取。經由閥來控制及切換推進物流體供應，以便例如當操作問題發生時或是經處理之淨化水的程度達到較低程度的時候，可以節省推進物。

在容器的內部空間中的預定位置上可以使用噴嘴。其中尤其是欲防止沉澱及結塊的不作用(dead)區域或是範圍。相較於反應器的內部壓力，所有液體噴射系統中有連續壓力差，用以防止反應混合物返回至混合器、泵及噴嘴。減速或滯留加速固體反應物的沉澱或沉降過程序，其因而逐漸累積在反應器下部。

在化學轉化程序中，沉澱物和結塊會形成在反應器的器壁上及底座(mounting)及與反應混合物所接觸到的部件上。在反應器內容物傳送至另一個壓力容器之後可進行一清潔程序而不須降低實質操作溫度。例如可移動及可控制之高壓噴嘴可以作為清潔裝置。此清潔裝置可以藉由手洞(hand hole)、水閘(sluice)或閥導入內部空間中。清潔程序可在直接視覺或是藉由一或數個攝影機的控制之下實行。清潔裝置可以利用遠端控制。調整推進物的壓力和溫度以得到最佳的清潔結果，且不會損害襯層材料或塗層。對於噴射介質的表面清潔而言，乾冰發射裝置(dry ice emitter)尤其適合：作為噴出物的乾冰顆粒係以加壓空氣加速至每秒300公尺(300m/s)，且以高動能撞擊污垢層(dirt layer)。藉此將之冷卻至負80℃；污垢層收縮且變脆。同時，乾冰顆粒蒸發並驟然擴張達700倍，使得污垢層由表面爆開。藉由使用乾冰噴射，不需要對清潔介質進行精心的再調整或處置。對環境有害的有機溶劑及鹵化碳水化合物變成多餘的。更進一步決定性的優點是由乾冰顆粒分解於空氣中產生：設備組成的分開及額外清潔通常變成多餘的。乾冰噴射器較佳係作為潛俯通氣管系統(dive snorkel system)。此乾冰噴射器經由在中央位置的手洞導入反應器中，並靠入先前設置的固持系統。乾冰顆粒藉由旋轉噴散裝置(rotating spraying device)導向欲加以清潔之處。

液體或是氣體狀態的介質例如水、再調整或已處理的製程水或氣體如水蒸汽對噴射真空泵或液體噴射混合器而言，可以作為推進物。由反應器中排出時或就在排出之後，製程水係經過篩選、過濾及脫離雜質，使得混合裝置、泵及噴嘴不會被阻檔且反應器管件、泵組成及其它底座的磨損可最小化。推進劑的溫度係藉熱交換之助進行調整，使得其導入用以控制程序溫度。推進劑/調和介質係以與在反應器內的壓力相當的壓力通過反應器的外側。若製程水的調和系統功能已失，則推進物/調和介質就會以與反應器內的溫度相當的溫度通過反應空間的外側。取代製程水，淡水、水蒸汽或來自其它程序的水均可以作為推進物、加熱或是冷卻物。

在製程水中的材料係與進料原料的混合物及包含催化劑之加工程序有關。事先與生物質結合的材料是藉由程序性碎裂而分解。在化學轉換程序中，許多的元素包含氯、硫、硝酸鹽及它們的鹽類及金屬，特別是重金屬及無機物及鹼金屬例如鉀或鈉及鹼金屬的鹽類在某部份進入水相。一部份再一次在固相結合。剩餘的部份係留在液相中。與液相結合的材料部份亦與濃度差有關，這是指已經在液相中所呈現的濃度。達到某些材料沉澱的飽和在濃度增加下發生。無機材料及化合物例如硫酸鹽及氯化物會因沉澱為鹽類且因此不利影響加工程序於反應器組件。在液相中，有機碳化合物的部份為每公升50克以上。沒有再循環的製程水的化學需氧量(chemical oxygen demand,COD)已經高於5mg O₂ /L，明顯已超過法定導入界限值。一般了解的是化學需氧量(COD)是將所定義的原料量中所有有機物含量化學氧化所需的氧量。

取決於進料原料的濕度含量及包含固-液比的加工程序，再循環的製程水部份為10%至35%、也可以是35%至60%或也可以是是60%至85%。製程水幾乎完全的返回，其意指，製程水環路關閉或限制只有以針對節省淡水及降低廢水體積的受限方式才有可能。除了有機碳化合物的累積之外，大量的無機材料例如硫化物、硝酸鹽、鈣、氯、磷或這些的化合物濃縮。無機雜質濃度加速腐蝕。在反應器中石灰沉澱物會妨礙流動及也會損害設備例如泵、閥及噴嘴。因而增加反應器設計的要求與成本。硫酸鹽會沉澱。累積的時間或是飽和的時間與進料原料的材料組成及加工程序有關。

化學轉化程序通常持續數個小時。在這段時間，與材料變化結合的複雜化學程序發生，需要考慮到這些，以使加工程序最佳化。在前兩到三個程序階段以間隔方式提供各種不同的生物質。根據期望的反應產物，例如在將近最後兩個程序階段結束時收回反應產物。在程序進行過程中取回或是提供推進劑或調和物例如氣體、水，特別是製程水及/或程序氣體/合成氣體及催化劑。會攪亂化學反應、混合及流動的過程的反應劑及特別是次級產物被移除。

不同的方法可用於固體材料的沉積及特別是在反應混合物中的反應產物。固-液分離係用於液相的分離，藉此可以得到固體的濃縮。不同的篩選程序(粗篩、細篩)、過濾程序及/或藉由氣旋(cyclone)利用離心力的沉積可以相互結合以用於固體的分離。為了降低在程序過程中的過濾或篩選的負擔，在預處理的範圍中進行一個或數個過濾程序或是篩選程序。

由這兩種方法，至少一個粗濾或一個細濾或是這兩個方法的組合可實行。藉由過濾方法，特別是微過濾及/或超過濾法或是兩者的結合，總有機碳化合物的1/3至2/3的量可以由製程水中移除。較佳的是在操作條件下進行固-液分離，且通常不只是使用如實驗室規模之較簡易的濾紙來進行。使用方法的選擇係取決於化學組成、顆粒大小分佈、密度、顆粒形式、堅硬度及溶解度等等，並包含電流及負載，不同的密度及離心力及不同的粒子大小的使用。

動態的、靜止的、真空、加壓及無菌過濾，在這些當中特別的是橫流過濾(cross flow filtration)包含可用的微過濾、超過濾、奈米過濾及逆滲透方法係裝置所使用的其中一些。較佳是使用利用水力旋流器、離心器、電子式或磁式分離裝置及/或過濾方法之方法或是功能原理的裝置。其中較佳的過濾方法特別是可以用於水熱碳化法(hydrothermal carbonization)之反應條件者。對於固-液分離，由其是在操作條件下，較佳是使用旋轉盤過濾器或離心薄膜過濾裝置。用於孔洞的形成較佳的材料係由金屬且尤其是陶瓷所構成。多孔形成材料的形式較佳是圓盤狀。根據所利用的過濾方法及導入的材料，過濾裝置的孔洞尺寸及在濾液中的固體量並非總是成比例。這對於使用陶瓷材料作為過濾元件特別適用。將水相以過濾或是未過濾的方式導入製程水貯存器中。欲加以分離的固體的特性，以及選來進行分離的方法是根據加工程序及所需要的反應產物的特性來選擇。程序進行得愈深入，反應產物的密度愈高，愈容易完成分離程序。分離較佳是在接近操作條件下進行。在濾液中的固體含量通常是按孔洞尺寸的比例下沉，且可以藉由超過濾的使用而有顯著的增加，並可以超過2/3至4/5。將一或數個固-液分離裝置整合至排除泥沙或其他雜質的程序，該等泥沙或雜質具有高密度或是高重量，可以在生物質的處理過程中加以分離。固體的離心力分離的原理的利用，對於製程水的清潔特別有利，其製程水作為推進物噴射介質以保護泵、混合器及噴嘴。

在程序過程中，由反應器的上半部，特別的是由上方的1/3處，特別較佳的是由反應器上方的1/4處的一個或數個位置收回製程水以再調整或處理。再調整或已處理的製程水係回送至設備的水環路中作為再循環。至少一個及特別是數個製程水貯存器可以用於每一個個別的反應器或是用於數個已經結合的反應器。不同的清潔步驟係在個別的製程水貯存器之前進行。個別的製程水貯存器或是共用的製程水貯存器的容量係接近全部反應器的總體積的35%至85%。製程水貯存器為了反應器的溫度和壓力負載而設計，使得降壓程度及熱交換裝置不是不可或缺。一製程水清潔整合於所述設備的水環路中。不同的處理或再調整方法取決於再調整程序水的使用。不同的機械、化學及生物方法及裝置為此個別使用或是組合起來使用。有氧及厭氧高效能生物反應器(anaerobic high performance bio reactors)、生物膜反應器(bio membrane reactors)、厭氧及推動式泥漿法(anaerobic and animate slurry methods)。以上所述的方法及裝置整合或連接至製程水循環應該可以相當地降低在循環水中有機化合物的含量，但必須測量返回的製程水量，其與未充份分解的有機物質及高鹼金屬的濃度或無機物材料濃度(如鈣)有關。為了能收回盡可能高處部份的製程水，係使用不同的方法及裝置特別有效的組合。

用於機械式廢水清潔的裝置係為過濾器，較佳是微過濾器，及尤其是一種超過濾器，且適用於以上所述的固-液分離方法。其內建立了過濾器的固-液分離裝置較佳是一旋轉盤過濾器及尤其是離心薄膜過濾器。對於製程水或是廢水的生物清潔，是使用一種裝置，其最快滿足清潔或是處理複雜的需求。例如，最佳的是使用具有鋼材結構之裝置，例如生物薄膜方法中的高效能生物反應器，較佳是有氧製程水處理，特別是一迴路式反應器。在此設計中，迴路式反應器其設計具有一有效的噴嘴以混合固體及液相。取而代之或是附加的，對於有氧法，用於厭氧製程水處理之反應器或者是逆電滲析(reverse electrodialysis)也可以使用，特別是為了回收硝酸鹽、蒸餾、蒸發及/或離子交換法及活性碳。

臭氧暴露(odor exposure)造成對固體的儲存及輸送及設備、建築物及輸送設備的設計的需求。臭氧暴露的強度會隨著儲存時間而減少。建築物或是儲存及輸送空間，特別的是用於燃料者係設計為不透空氣或是不透臭氧，使得承載的空氣無法散逸。建築物的通路藉由閘門加以密閉。設置一個或是數個化學及/或生物空氣清潔設備，使得臭氧暴露對於僱員、供應商及居民可以降低至最小量。

反應產物的冷卻，特別是在1巴之絕對壓力低於沸點溫度，通常是在反應空間外部進行，也可以在用於液化(devolatilization)的裝置中進行。由此釋放的熱能可以經由熱交換程序用於其他程序。

一個或是數個碎磨步驟可以在反應產物冷卻作用之前、或在冷卻作用進行的過程中、或是在冷卻作用之後進行。使用碾碎(mill)或是壓碎(pressing)的方式是較佳的。

由反應混合物中分離出固相通常是在第一步驟以機械的方式進行，在第二步驟係在熱分離裝置(thermal separation device)中進行。

使用靜態濃縮器(static thickener)在重力作用下降低含水量，有或無機械式旋轉裝置或是清污機(raking machine)，例如固定濃縮器(stationary thickener)或是生產量濃縮器(throughput thickener)。藉由定量給料裝置(dosing device)控制供應量。此定量給料裝置可以均勻的分配濃縮混合物及以相應的高體積配給數個機器。濃縮器可以直接整合至乾燥裝置。圓錐形結構設計的優點係在於該乾燥裝置可以直接填充混合物。相對應於處理量的調整可以放棄外部的設備。或者也可將欲濃縮的混合物在一壓力下導入一弧形篩面(arched sieve surface)或是一曲線篩選器(curved screen)。其造成離心力擠壓一部份的液體通過篩選器的槽孔。濃縮的混合物係在篩濾過程最後被送進乾燥設備。一水力旋流器提供更有利的分離方式，其中固體和液體係藉由離心加速加以分離。在潛流(underflow)中的濃縮混合物供應至乾燥裝置，而已處理或是已淨化之液體於溢流(overflow)離開水力旋流器。藉由設在前面並已調整之濃縮器及插入定量給料裝置來確保對乾燥裝置連續及最適的供應。對於利用剪切離心分離機(shear centrifuge)進行乾燥來說是特別的重要。剪切離心分離機具有高的操作安全性及適用於粒狀固體的除濕及清洗。

除了經常為了能量之故須在乾燥之前連接的機械裝置之外，較佳是使用熱乾燥法。供應至乾燥程序的量其重量大於一公斤。連續式的操作對於填充操作(charge operation)而言較佳。乾燥程序由至少一個或是數個乾燥器進行或是利用不同的分離及/或乾燥裝置的組合來進行。例如使用對流式乾燥器(convection drier)來乾燥反應產物以及次級產物。藉此欲加以乾燥的東西與熱乾燥氣體接觸。在此的缺點是，所使用的氣體需排放出去，且通常需要由粉塵分離器(dust separators)進行清潔。氣體可能在冷凝之後回復濕度。例如一流體化床乾燥器可以作為對流式乾燥器。根據現有的或是所需要的顆粒大小來使用噴霧器、噴嘴塔(nozzle tower)或是流動式乾燥器(flow drier)。當使用一個或是多個拖盤(tray)、滾桶(drum)或是穿隧式乾燥器(tunnel drier)，連續式程序為有利的。

當使用接觸式乾燥器時，基本上只有接觸表面可用於熱傳遞。一帶式(belt)、真空帶式(vacuum belt)、滾桶式(drum)、螺旋式(screw)、圓筒式(cylinder)、滾筒式(roller)或帶式乾燥器(belt drier)及特別的是使用一種真空滾桶過濾器(vacuum drum filter)或乾燥器。為了得到較低的濕度含量，根據其產量，可選擇性的或是附加的使用盤式乾燥器(disk drier)。乾燥程序可以藉由熱氣體介質(hot gaseous medium)實施，例如空氣其溫度介於61℃到95℃之間，較佳為65℃到90℃之間，更佳為70℃到85℃之間。取而代之的是，在上述所有的熱乾燥裝置中使用過熱水蒸汽(overheated water vapour)及特別較佳的是溫度在130℃至180℃之水蒸汽。

一組合的機械-熱力法(mechanical-thermal method)可以用於分離或是乾燥。相較於傳統的方法，機械-熱力法的優點是產物具有明顯較低的殘留濕度，藉此產物的可傳輸性或是可輸送性可以得到提高，尤其是具有細顆粒或是奈米系統之產物。更進一步的優點在於：藉由冷凝蒸氣(condensating steam)將反應產物中部份的污染物沖走。其蒸氣的使用作為更進一步驅動除濕作用而增進以過濾方式運作之離心機的效能。肇因於冷凝前端的機械式位移機制與慣性力協同作用，在實際上導致粗糙的毛細管系統之完全消耗。在這些方法中，蒸例如氣壓力過濾便是利用此機制。其利用飽和或是過熱蒸氣除去氣體壓差，而不是使用加壓的空氣。使用蒸氣壓力疊合離心除濕尤佳。在一方法空間中，根據本案，結合蒸氣壓力及離心除濕作用的程序將反應產物之較細的分散固體由懸浮液中傳送至乾燥、純化及自由流動之最終產物(free flowing end product)。

根據本案之反應產物的殘餘濕度含量較有利的是約6%至25%，也可以是10%至20%或也可以是12%至15%。

在轉化反應之後，反應混合物係呈現為懸浮液。其中，後續的反應產物、中間產物、次級產物及/或最終產物的結構是與進料原料有關。

燃料的分類是由煤炭類(peat-like)、所有褐煤類(lignite-like)到煤炭類燃料(coal-like fuel)、腐殖質、梅納德或類梅納德反應產物、含碳材料如隔熱材料、奈米海綿(nano sponge)、丸狀物(pellet)、纖維(fiber)、纜線(cable)、活性煤炭(active coal)或是吸附煤炭(sorption coal)類材料、木炭取代材料(charcoal substitute material)等之含碳材料具有高度壓縮碳產物及材料，且特別的是對於石墨及含石墨或是類石墨的產物的進料原料以及碳纖維及複合式進料原料及纖維複合材料(fiber composite material)。

根據本案，純的、最純的及超純的煤炭類材料 屬於產物。相較於進料原料，這些材料有利的特性主要是因為礦物性物質的減少。純煤 主要理解為煤炭的可燃燒部份，及最純煤 亦理解為活性煤炭或是木炭。超純煤 的礦物含量例如低於0.1的重量百分比以下。

第1圖係顯示具有反應器2之裝置1。反應器2由具有一反應空間4之圓筒狀本體3所構成。反應空間4用以容納固-液混合物例如生物質。反應器2包含用於固-液混合物之填充器5及出口分支6，而中間產物、次級產物或是最終產物可以由該出口分支6從反應空間4移除。其反應器2更包含用於混合固-液混合物之裝置。在此實施例中，此混合裝置為所示之攪動裝置7，在處理及/或加工中可以利用該裝置將固-液混合物進行混合。反應器2更包含一圓筒狀導管或是插入管8，其導引或是控制固-液混合物在反應空間4中的流動。反應器2另外包含一噴射真空泵或液體噴射混合器9形式之非機械式混合裝置。反應器2更配置有一過濾裝置10，藉由該裝置，固體成份保留在反應空間4內。經由過濾裝置10及管線11，其製程水或是工業用水可以由反應空間4中取回並且送入一貯存器12中。工業用水可以供應至噴射真空泵或液體噴射混合器9，藉此經由管線1送至在反應空間4中的固-液混合物3，或是可以經由細濾器14作為淨水導入另一個貯存器15內。淨水或是處理過的水可由該另一貯存器15經由管線16返回反應器2或是經由管線17提供至廢水。

第2圖係顯示根據第1圖之反應器2的器壁區域的截面。反應器壁20係為雙層壁的方式形成，在此反應器壁20由一外壁層21及一內壁層22組成。內壁層22在反應空間4的邊緣設有一薄膜部件(membrane part)23，其可以是穿孔的金屬片或是薄膜金屬片，並且是一熱交換板。薄膜部件23可以安裝在反應器2內或是利用焊接的方式安裝在內壁層22上。外壁層21及內壁層22彼此之間有一距離使得一空腔24存在於外壁層21及內壁層22之間。在熱交換設備中，在此空腔24中可以有熱油以作為熱能的傳遞。將熱油加熱且將熱油導入空腔24內，而對反應器2的內部空間加熱。此係在一封閉迴路中進行。相較於水，熱油的優點在於熱油有顯著較高的沸點，因而可達300℃之溫度。在薄膜部件23與內壁22之間具有另一空腔25。此空腔25用以容納淨水而例如可以作為調和系統。若薄膜部件23係為一薄膜金屬片或是一具穿孔熱交換板，在空腔25內的壓力需至少稍微高於在反應空間4內的壓力，使得沒有反應混合物的成份可以到達空腔25。由於在反應空間4中極端的反應條件，內壁22，主要是薄膜部件23，是由耐蝕材料所構成或至少塗佈有耐蝕材料。

第3圖表示一設備之實施例之範例示意圖。

燃料或在裝置中產生的反應產物的燃燒作用，根據燃料的種類，在例如丸狀式燃燒爐(pellet furnace)、丸狀式容器(pellet vessel)或是附加的燃燒裝置中進行，較佳是有自動燃料供應。

對於能源產生的配置可以例如包含一燃燒設備。在丸狀式燃燒爐中的燃燒盤(combustion disk)的形式和尺寸調整至灰分(ash content)。根據此發明，由於使用此裝置而具有較低的灰分，較小的燃燒盤的尺寸已經足夠。為了防止在燃燒盤結塊，根據本案之燃燒設備或是丸狀式燃燒爐配置有一自動裝置用於由燃燒盤移除灰分。

由粉塵狀燃料(dust-like fuel)中所產生能源的過程中，根據本案之粉塵燃燒裝置包含一燃煤發電設備(coal power plant)，或是具有至少一蒸汽渦輪之煤粉燃燒或是超臨界燃煤發電設備(supercritical coal-fired power plant)。為了得到高效率，燃燒程序在超過600℃之盡可能高的溫度下進行、或是超過650℃，且在另一實施例的範例中其溫度係超過700℃。更進一步的可以利用現代發電設備技術以增加在高溫區域的效能，以致對於目前產量可以實現具有盡可能高之效能的氣體蒸汽渦輪程序，係效能高達超過43%、或是超過46%、或是在更進一步的實施例中的範例為49%至55%。

採用整合式煤炭氣化技術之整合式氣化循環技術(integrated gasificationcombined cycle,IGCC)適用於根據本案的方法所產生的燃料之燃燒，流體化床燃燒技術亦可，特別的是加壓流體化床複循環發電技術(PFBC)及尤其是具有燃燒煤碳複循環能源例如加壓式粉煤燒作用(pressurized pulverized coal combustion；PPCC)之燃燒發電設備。

燃燒程序應具有高於1000℃之燃料進氣溫度、較佳的是高於1200℃，尤佳是高於1400℃。在高溫下燃料氣體的清除係設計為利用燃料氣體的低溫電漿特性，使得顆粒的含量及腐蝕物質的含量特別是鈉及鉀化合物和腐蝕性燃料氣體降低至一程度，使得燃料氣體可以立即被送入氣體渦輪。

根據本案，藉由在設備中設置用於燃料氣體內液體熔渣的分離裝置，可實現顆粒含量小於3mg/m³ i.n、且直徑d小於3微米、鹼含量V為0.01mg/m³ i.n.。

由粉塵狀燃料中產生電流或是能源的另種方式為使用碳燃料電池(carbon fuel cell)。相較於氫燃料電池(hydrogen fuel cell)，碳燃料電池具有兩個明顯的優點。在其他方面，碳的充電狀態是氫分子的兩倍大。碳燃料電池在反應前或是反應後的氣體體積具有相同的大小，但是氫燃料電池在兩種狀況體積就不同。此意味著前者的熵(entropy)幾乎不會有變化，因此，整個燃料值可以完全的轉換成電能。藉此碳燃料電池的利用率在理論上可高於氫燃料電池達60%。要得到所需的碳粒子密度是一項挑戰。根據本案之設備提供產生粒子大小為用於碳燃料電池之奈米範圍的煤類燃料的可能性。

與其他產生能源的方法的共同作用可以藉由共同使用能源產生裝置來建立，特別的是渦輪例如蒸汽渦輪、例如在風塔內使用的氣體或是風力渦輪。可調度型混合風電系統(Dispatchable Wind Power System,DWPS)在這些可更新能源中之較通用的渦輪及特別是蒸汽或是氣體渦輪是最常使用。壓縮空氣在充氣室(plenum chamber)中進行減壓。藉由壓縮空氣導入渦輪使得效率增加至超過20%至200%或是40%至170%，在實施例的另一範例是增加60%至150%。

根據本案在裝置中藉由已產生的燃料的使用而產生的能源，特別的是以熱能及/或電能的形式，至少一部份可以是下列其中一種設計：

‧遠端及近端加熱網絡；

‧進料原料、水(包含製程水)、反應物、中間產物、次級產物及/或最終產物，特別的是燃料、含碳材料、腐殖質及/或生物質的梅納德或類梅納德反應產物的加工及處理程序，其包含碎磨、乾燥、脫水、調整、移除金屬及雜質的清潔及/或乾燥程序，特別的是含金屬物質，例如藉由氣旋式分離裝置、培養器、攪動或混合系統、泵、加熱、水蒸汽的供應、熱交換程序、壓縮、傳送及輸送程序、製程水、水及廢水調整或處理及空氣清潔或處理、固液分離程序、冷卻及對於更進一步程序的調整及能源再生。

‧用於金屬、食物的生產、加工及處理的工業操作，金屬方面尤其是鋁、矽鐵，食物方面特別是牛奶加工、啤酒製造、溫室或非溫室園藝操作以及肉製品加工。

‧用於肥料及肥料工具的加工及生產的操作、輪胎回收設備(tire recycling plant)的操作。

‧化學工業的操作及生產設備，尤其是氣態或液態形式之空氣成份及其它物質的產品的加工及生產，其他物質包括氧氣、氮氣及氬氣。

‧水清潔及去鹽設備(desalinization plants)，特別的是利用逆滲透；或是

‧榨油廠(oil mill)、精煉廠、乙醇生產設備。

對於熱及能源交換及為了共同作用潛在性，根據本發明所述的設備產生的燃料及/或反應產物的利用可以與不同的電力設備及能源產生程序一起操作。為此，以下所述特別適用：燃煤發電設備(coal-fired power plants)，其中的整合性氣化復循環發電技術(integrated gasification combined cycle,IGCC)還有流體化床燃燒技術、尤其是結合了加壓流體化床燃燒復循環之程序(circulating pressurized fluidized bed combustion combined cycle,PFBC)及特別是結合能源設備及煤碳燃燒循環能源例如加壓式粉煤燒(pressurized pulverized coal combustion(PPCC)。

‧燃氣發電設備(gas power plant)；

‧採用不同燃料之燃料電池，其燃料包含甲醇、煤、油及氣體；

‧生物質發電設備(biomass power plant)；或是

‧太陽能發電設備(solar power plant)。

第3圖顯示一種用於能源產生的設備，其具有用以處理生物質之裝置1及及用於能源產生之配置2。裝置1包含兩個反應器3、4，以串聯的方式連接，其各具有一圓筒形本體，包含一反應空間5並表現為一種壓力容器的形式。反應空間5作為容納包括生物質的進料原料之用。裝置1更進一步的包含以切碎機(chopper)6及碾磨機(mill)7的形式之碎磨裝置。生物質首先供應至切碎機6以進行較粗的碎磨(如箭頭8所示)，及接著送入碾磨機7以進行更進一步的碎磨。以此方法製備的生物質接著在一混合裝置9內集中混合，藉此輔助材料例如催化劑亦可加入(如箭頭10所示)。接著藉由泵送裝置(pumping apparatus)11經由管線12將生物質供至反應器3、4，並進一步在例如7巴之壓力以及例如至少160℃之高溫下，於反應器空間5中進行處理。在反應空間5中所需溫度的調整藉由調和系統13來確認。調和系統13例如可以包含用以加熱流體之一裝置，其利用泵14熱交換供應至反應器3、4內或供於反應器3、4。生物質饋入連續配置的反應器3、4係藉由閥裝置(valve device)15、16來控制。

在生物質處理之後，反應產物由反應器3、4中取出並提供至分離裝置20，其將固體反應產物由液體成份中分離出來。液體成份係供應至一廢水調整設備(waste water conditioning plant)21內，並以與環境相容的方式進行清潔。仍然潮濕的固體反應產物經由液化裝置22送入乾燥裝置23，並將這些固體反應產物乾燥至達到所需要的殘餘濕度含量。經乾燥的反應產物通常是粉煤或是類似的燃料。燃料暫時儲存在一燃料儲存器24，該燃料儲存器24設置在裝置1及配置2之間。

用於能量產生之配置2包含一燃燒設備30，其用於燃燒裝置1產生的燃料。燃燒作用的熱能用於燃燒設備30以加熱水或是在管件31中產生水蒸汽，以及藉由此方法所產生的水蒸汽來驅動渦輪32。渦輪32的旋轉能量可以提供至產生器(generator)33並藉此轉換成電能，其例如可以送入電力網絡(electricity network)(如箭頭34所示)。在燃燒設備30的燃燒期間產生的燃料氣體經由煙囪(chimney)36排放至開放空氣中之前，係以一清潔方法35加以處理，其包括例如一燃料氣體的脫硫作用(desulphurization)及一燃料氣體NO_x 移除裝置。

在該方法進行或在化學轉化程序的過程中，有機材料及無機材料由進料原料中移除，且因此可以供用及易於存取。可存取性的改善部份是由於先前難以取得的或是化學性結合材料的分解而有部份成為液相。其發生的程度與反應或是處理條件有關。除了有機分解及未分解物質之外，無機物質例如鹼、金屬、鹽及包含腐殖酸類物質之酸、鈣、鎂、氯、鐵、鋁、磷、鉀、鈉、氮及其化合物也屬於被移除或是可供用及更容易取得的物質。

反應產物的固體碳成份在轉化反應之後呈現為材料及/或燃料且具有下列特徵，其中：材料及/或燃料的成份可以由反應程序來控制。個別材料的濃度無法立即選擇性地並與其他材料無關地任意改變。然而，不同的材料群組及參數可以在相同的方向來改變。例如降低硫的含量的過城中，氯及灰分同時降低。

藉由元素分析不同的量測中，對於草(grass)、切割籬笆(cut hedges(thuja))及甜菜(sugar beet)而言，碳分率超過50%至63%的元素(乾質量)的百分質量分率，且因而高於進料原料的質量分率約20%至60%。氧分率降低至一半及氮分率約1/4及氫分率係降低至約1/4。

相較於生物質，材料及/或燃料的碳分率增加10%至300%、也可以是50%至300%或100%至300%，尤其是200%至300%。

相較於進料原料，燃料及/或材料的碳分率增加5%至200%、特別的是10%至150%，尤其較佳的是10至120%，尤其是由50%至100%。

原料及/或燃料的碳分率通常在40%至95%之間，也可以是50%至90%，或是55%至80%。視反應程序及進料原料而定，碳分率也可以達得高於98%之較高純度。

相較於進料原料，燃料及/或材料的氫分率減少1%至300%、5%至200%或者也可以是20%至100%。

相較於進料原料，燃料及/或材料的氧分率係減少1%至300%、也可以是5%至200%或是15%至100%。

相較於進料原料，燃料及/或材料的氮分率係減少1%至300%、也可以是5%至200%、或者也可以是15%至100%。

相較於進料原料，燃料及/或材料的硫分率也可以是生物質的分率且減少1%至300%、也可以是5%至200%或是200%至600%或是400%至超過1800%。

相較於進料原料，燃料及/或材料的灰分分率可以是生物質的分率且減少1%至100%，也可以是101%至1000%、或也可以是1000%至超過3000%。

相較於進料原料，燃料及/或材料的微粒物質也可以是生物質的分率且減少1%至200%、也可以是201%至1500%、或也可以是1501%至2000%。

在燃燒過程中，藉由製程水的高分率，可倍數減少無機物材料及灰份及微粒細塵部份，例如幅度可達300百分比以上。上述物質分率以及多種其它物質的稀釋，係藉由製程水的比例的增加而發生，這些物質原來包含在進料原料中並在轉化反應過程中被移除並被分解。亦可以說是這些物質被沖洗乾淨，使得可溶解物質的分率實際上可以根據在固相中的供應的製程水的比例來降低。

即使不考慮催化劑成份或是次佳的反應條件主導，仍然可以得到較高的碳分率，其超過進料原料的的碳分率5%至10%以上。對生物質適當處理及加工程序，可以得55%至77%的碳分率。在合適的加工程序中，適合的進料原料包含催化劑混合物的調整，可以得到78%及以上的碳量。藉此這些數值可以與石化燃料比較。

在轉化反應器結束之後，材料及/或燃料的碳分率已經確實增加，但是能量含量或是燃料值降低達36%。因為在反應中釋放熱量，故為放熱反應(exothermal reaction)。在相反面，至少65%的乾的生物質的原始燃料值與進料原料的質量重量有關。

若使用含碳水化合物之生物質例如穀類(grain)、玉米或是糖類係作為進料原料，材料的燃料值及/或燃料的燃料值約為65%至85%，在另一實施例的範例中相較於進料原料，燃料值為70%至80%。在進料原料中具有愈少的碳水化合物的含量，在轉化反應過程中釋放的能量愈低。相較於進料原料，此同時使反應產物有愈高的燃料值。

根據所使用的生物質，其反應產物的能量如下列範例所述：若木質纖維生物質例如切枝切葉類或是收穫廢棄物作為進料原料，其材料及/或燃料的燃料值約70%至90%，與起始物質的質量重量有關，也可以是的75%至85%。

若是具有低碳水化合物、纖維素或是木質素分率的生物質例如清潔或是污水淤泥係作為進料原料，材料及/或燃料的燃料值係約80%至95%，與起始物質的質量重量有關，也可以是85%至90%。

純的、最純的或是超純煤可以在多種方法下使用，例如作為化學基質及進料原料以在化學工業進一步加工，或是作為碳燃料電池中的燃料。

很多材料在反應程序中由固相分解變成水相並出現在製程水中。多數的無機物例如磷、硫還有硝酸鹽可以由製程水中回收。這些東西可以作為肥料、在其他程序的原料或是材料。為了確保自然的循環，無機成份最好可以由液相中分離出來，使得這些成份可以再返回用於生物質自然發展的表面。藉由使先前為生產程序從生物質中中萃取出來之生物質所包含的營養物返回至表面，藉此可以維持一接近封閉的循環。

由去聚合作用及新的聚合程序形成全新的化學碳化合物及結構。特別的是，由其形成的凝結物可以以相較於大多已知固體石化燃料為低的能量輸入進行碎磨。更進一步，褐色的或是黑色的天然顏色的產生是根據進料原料，也許是由於梅納德反應產物的形成。

在反應開始之前許多進料原料的密度低於水。在反應程序的過程中其密度持續增加，視進料原料及反應程序而定，達到可與黑煤相當的密度。當大部份進料原料的密度在200kg/m³ 至600kg/m³ ，及密度偶爾會達到800kg/m³ (乾重量)，反應產物的密度可以達到高於900kg/m³ 至1200kg/m³ ，偶爾也會到達1250kg/m³ 至1350kg/m³ ，這是假設在反應產物的顆粒之間的空氣被移除或是藉由擠出的狀況。

藉由反應產物的小顆粒尺寸的優點，相較於進料原料造成較大的表面積。這會造成在相同的濕度含量下，比含有相當碳量的自然存在碳化合物較容易乾燥。在同時，大的表面積貢獻一較低的點燃溫度。

反應產物獨特的特性存在於梅納德或類梅納德反應產物及液相及固相。強濃的氣味形成隨著進料原料改變。基本上氣味的形成與梅納德反應產物的形成有關。

與其他天然存在且具有相當的碳量之碳化合物相比較，具有改善的導電性。

‧泥煤到黑煤類燃料。

‧比相同碳分率之傳統或是石化燃料具有較少的揮發性成份。

‧燃燒形成較低的灰分、較低的氮量、硫量、硝酸鹽含量、重金屬及反應性的物質，亦即相較於具有同樣高碳分率的石化燃料有較低的自燃溫度。

‧相較於具有同樣高碳分率的石化燃料，在燃燒作用中，燃料氣體的組成有利且有較低的損害。

總之，相較於傳統的燃料而言，上述新的反應產物的特徵以及其對環境和氣候較友善的特性可以得到許多優點。相較於傳統由生物質能源回收來說，對於由生物質之材料及/或燃料的工業製造的目而言，其處理方式更有效率且更具有經濟效益。在生物質的質量轉化中，幾乎沒有任何碳量損失。通常在進料原料中有超過95%的碳通過進入反應產物的固體成份中，其可以作為能源回收。剩餘的碳化合物變成液相。在反應器中的轉化反應過程，事實上幾乎沒有排放出任何值得注意的量之二氧化碳或是其他溫室氣體。

進料原料中大約1%-4%的碳係變成液相。其分率與加工程序有關，特別是與進料原料的碳量及反應混合物的液體-固體比例有關。

含碳之奈米材料及結構藉由反應程序來形成，特別的是藉由進料原料及催化劑的組成及選擇來形成。材料部份是具有可使用的材料及表面特性。在這些當中例如奈米海綿可以作為水的貯存器或是隔離材料。

所謂的梅納德反應在加熱程序中例如蛋白質、含蛋白及富有碳水化合物的食物在溫度超過130℃烘焙、煎(fry)、烘烤(roast)、燒烤(grill)及油炸。在所謂的梅納德反應的過程中，紅到黃棕色、有時候是黑色的聚合物，褐斑(melanoidines)來自多種增味劑還有碳水化合物及氨基酸。特別的是許多黑色褐班在烘及烤的過程當中於高溫下形成，發生，但是反應也可以藉由較高的壓力來加速達成。藉此這些在產物中形成相當於食物的一部份，例如麵包、咖啡、麥芽、堅果或是玉米片及例如產生提高至30%的咖啡。

在一第一非酵素反應(non-enzymatic reaction)中，梅納德反應的進料析出物形成一席夫堿(Schiff base)。此步驟的進行係在數分鐘內或是長達數個小時且為可逆，因為席夫堿是非常不穩定的化合物。席夫堿的量與葡萄糖的濃度直接相關，當葡萄糖由反應中移除或是濃度較低時，隨著產物在幾分鐘內衰變(decay)。不穩定的席夫堿更進一步轉換成更穩定的阿馬多里(阿馬多里)產物。此程序顯著較慢，但是其較不可逆，而阿馬多里產物會累積。初步的阿馬多里產物會自行重新排列及更進一步地反應成梅納德反應的最終產物反應，為高度糖基化最終產物(advanced glycation end product,AGE)。高度糖基化最終產物可以經由重新排列及聚合作用與其它的蛋白質形成交聯。由於發展路徑之故，有多種不同及複雜的形式之高度糖基化最終產物，目前已檢測至的形式有Nε-(羧甲基)離氨基酸(Nε-(carboxymethyl)lysine)(CML)、糖氨酸(furosine)及戊糖素(pentosidine)。

梅納德或類梅納德反應產物在水熱碳化法過程中以高濃度形成。在固體中(在其它固體之間)及在液相中(例如製程水)，有相對高濃度指示劑CML，其濃度通常介於0.3-2mmol/mol lysine。通常在反應產物液相中，亦即在製程水中的濃度，呈現出比固相中更高的濃度。濃度或是濃度比係根據固-液比率及進料原料的組成及加工程序來決定。抗氧化劑(Antioxidant)及化學預防劑(chemo-preventive)特性係分派予CML。其假設相較於或是相似特性可以在水熱碳化法的其他中間產物、次級產物或是反應產物其包括梅納德或是類梅納德反應產物中找到。

梅納德或類梅納德反應產物係利用過濾、超過濾及/或層析法(chromatographic method)等進行隔離，特別的是利用管柱層析法(column chromatography.)。

相較於具有較高燃料質的反應產物而言，根據本發明之方法藉由水熱碳化法產生的腐殖質具有相對較短的滯留時間。其通常仍然包括進料原料的含纖維材料(其中包含木質素及纖維素)。生物聚合物未完全去聚合化。根據本案所形成的腐殖質係具有至少30%至45%的碳分率及至少15MJ/kg至24MJ/kg的熱值，並易於燃燒。

根據本發明的方法所產生的腐殖質可以部份具有與天然腐殖質類似的特性及部份也可以具有與泥煤或泥炭塊類似的特性：

‧保護土地以防止雨水的侵蝕，因為水可以均勻且深度地滲透；

‧降低風的侵蝕；

‧餵食蚯蚓(feeds rain worm)及其他有用的土壤有機體；

‧在夏天降低土地溫度及在冬天增加土地溫度；

‧對植物供應養份，養分緩慢釋出，使植物可以處理；

‧使土地可以像海綿一樣儲存水份且限制蒸發至一最小量；

‧藉由加入石灰及有機肥料以控制在土地中的化學變化過程；

‧釋放出有機酸使具有高度含鹼性的土地被中和以釋放出無機物；及

‧在可變化及可用的形式下儲存氨(ammonia)及其它氮化合物。

呈現一些不像腐殖質或是泥炭的有用特徵，其係經過很長的時間自然形成：藉由加工程序可以顯至增加水結合能力，並明顯超過天然腐殖質或是泥煤。其可以是數倍，通常是0.3至1.4倍或是1.4至8倍這麼多或是更高。產生的腐殖質具有多孔結構。具有盡可能高部份的木質素、纖維素及半球狀纖維素及其它聚合物結構之生物質是適合作為進料原料。在自然界的降解速率可以部份與泥煤相比較。一年的降解速率在0.001%及0.5%之間、或是0.5%至2%之間，其降解速率是與品質、輸出深度、含氧量、酸度及環境的微生物活性及其他環境條件有關。根據本發明腐殖質的pH值藉由後處理來調整至5至6或是6至7。酸性腐殖質的後處理可以在程序中加入鹼基如氫氧化鈉(NaOH)或緩衝劑(buffer)，其加入步驟可以在冷卻程序中或儲存之前、當中或是之後藉由清洗步驟進行。將加石灰與輸出結合，所添加的石灰量基本上是根據pH值量度。

本案的方法的反應產物之上述特徵對燃燒特性來說是有效的。

藉由最佳化加工程序，在腐殖質中的某些物質可以濃縮，特別是藉由在反應混合物中固相及液相之間的濃度差。這在腐殖質被使用作為二氧化碳(CO₂ )庫/碳庫(carbon sink)或是肥料時很理想。不同於此，在將根據本案產生之腐殖質摻雜至產物的加工中，特定物質的濃縮就是不希望有的。此外，避免大量的無機物及鹼性物質及其它對產物利用有害的物質之濃縮。根據本案，產生的腐殖質為一均勻的腐殖質及燃料，其特性可以被計算，並可經由進料原料的組成及催化劑與加工程序加以控制。根據本案產生的腐殖質可以在數小時內產生。因此根據本案之方法比其他已知的腐殖質的製造方法快，後者通常需要花費數個星期或數個月。

根據本案之方法，其產生的材料及/或燃料包含泥炭(turf-)或是煤炭(peat-)或是近似泥炭或是近似煤炭材料，其具有下列特性：

‧藉由利用本案的方法，由生物質中得到類泥炭(turf-)到類黑煤燃料(coal-like fuel)。

‧燃料值與加工程序有關，特別的是反應時間。燃料值隨著反應時間或是在反應器內的滯留時間而增加。

‧比具有相同的碳分率之傳統或是石化燃料具有較少的揮發性成份。

‧煤類能量產率為0.7至0.95。碳水化合物含量愈低，能量產率愈高。

‧90%至95%：木質素或是細菌的生物質。

‧相較於具有總量的相當之碳分率的石化燃料，此燃料為更具活性及具有較低的自燃溫度。

‧如褐煤或煤炭等石化燃料具有與藉由根據本案之方法所產生的燃料確實相似的燃料值，但其組成及特性與該等燃料明顯不同。

不同類型及種類的石化燃料具有非常不同的化學組成及特性，且與礦區及來源的點有關，使得每一個種類的煤具有獨特和明確的特徵。例如石化Lausitz原料褐煤的燃料值為8,700kJ/kg，水含量約為56%、硫含量約為0.7%、及灰分約4.5%。根據本案，材料或燃料的水含量、硫含量及灰分都較低，而燃料值通常明確地高於20,000kJ/kg。1千瓦(kilowatt)的石化Lausitz原料褐煤可以產生，與水含量無關。相對之下，根據本案，從同量的然後可以產生超過兩倍的電流量。

相較於石化燃料，根據本案之材料及/或燃料中有很強可以檢驗出的梅納德反應產物濃度。Nε-(羧甲基)離氨基酸(Nε-(carboxymethyl)lysine)(CML)本身可作為指示劑。在反應產物的液相中且在固相中也可以偵測到此種化合物。量測到0.2至1.5mmol/mol以上濃度之離氨基酸(lysine)，藉此相較於固相，可以在液相中量測到較高的部份。濃度的分佈與進料原料、反應條件及加工程序有關。

在採礦之後，與採礦深度有關，石化燃料以塊狀的或是相對剛度壓縮之結塊形式呈現，必須以高能量進行碎磨。更進一步，須以磨煤機將之乾燥並碾磨至細顆粒褐煤或是粉煤。相較於此，材料及/或燃料在製程尾端之後呈現粒徑大小少於1mm至30nm的顆粒，且由於其具有較大的表面而容易進行乾燥。藉此，用於調整施用的能量及尤其是燃料的乾燥相較於固體石化燃料來說是相當低。

不只是相較於煤的石化燃料種類、也與大部份目前可用的可回收原料的燃料相比較，本燃料的特性尤其有利。下列參數中的至少一個，但通常是數個或是全部係更適合於燃料，特別的是與進料原料相比或是其他石化燃料或是生物質燃料：減少的灰分、較少的氯、硝酸鹽、硫重金屬及較低的粉末、微塵及氣體有毒物質之散發，氣體有毒物質包含氮及氧化硫。這對壓縮形式的燃料仍然成立，例如煤磚(briquettes)及丸狀物(pellet)。

燃料的品質及燃燒特性係與進料原料或是進料原料的混合物有關，與加工程序有關，與催化劑混合物有關，且與製程水的組成有關。

具有高部份脂肪以及能源含量的進料原料使得燃料具有較高的熱值。舉例而言，特別適用於污泥的程序中，熱值可達至34-36MJ/kg。

與具有燃料值為17-20MJ/kg之進料原料相比，具有燃料值為30-33MJ/kg的燃料進行燃燒之後，其灰分減少達到75%及以上。

相較於具有燃燒值為17-20MJ/kg之進料原料，具有燃料值為30-33MJ/kg的燃料進行燃燒之後，其硫含量降低達50%。

相較於進料原料，具有較低的較細的微粒物質及較低的氣體散發。

燃燒結果係由所有與程序步驟、調整相關的燃料品質及燃燒技術關聯的參數決定。

本燃料是一種具有相當均勻特性的燃料，其特徵可以經由進料原料的燃燒及催化劑以及加工程序加以計算及控制。

除了在前述之燃燒特性的差異之外，另有對於石化燃料如煤炭、褐煤或是泥炭等不同的特徵。

根據本案，純的、最純的及近似超純的材料屬於產物。相較於進料原料，這些材料有利的特徵主要的歸因於無機物物質的減少。純煤主要是理解為煤之可燃燒部份，最純的煤亦理解為活性炭。超純煤的無機物含量例如低於0.1的重量百分比以下。

根據本案所述之方法，煤磚由反應產物產生的顆粒及粉末所產生(煤磚、粉末)：

‧除了煤磚之高阻抗及高密度之外、快速點燃及優良的燃燒性能對煤磚來說是重要的判斷標準。

‧藉由強的橫截面其深度約為1至2公分且其傾斜角度介於30至70度之間，其點燃作用可以藉由空氣在燃燒腔中流動來改善並提供一較大的特定的面積致使煤磚有較佳的的燃燒。

‧根據本案所提供的碾磨粉末對纖維素或是含有木質素成份之最佳混合比例係支持穩定性及燃燒作用。

‧具有熱值為25MJ/kg至30MJ/kg之粉末或燃料顆粒與切木(chipped wood)或是木片(wood chip)的比例為53：47，也可以是58：42或是較佳為64：36。因此切木或是木片的含水量大約為10%。其顆粒不會大於2mm，也小於1.5mm及小可以小於1mm。

‧熱值為22MJ/kg至25MJ/kg之粉末或是燃料顆粒與稻草(straw)的比例是在61：39、也可以是在66：44或是在72：28。因此切木或是木片的含水量大約是10%。其顆粒藉此不會大於2mm、也可以小於1.5mm或尤其是小於1mm。

‧相對於以上所述之比例，含等量的纖維素及木質素之具有泥炭或是泥煤之粉末被加工成煤磚。

‧泥炭或是泥煤也可以等量的纖維素及木質素單獨的加工變成煤磚。

‧根據本案之方法產生的粉末及含纖維素及含木質素其他材料或是泥炭或是泥煤是集中一起混合或是單獨混合，例如在具有篩網為2mm之Conidur排放篩選器之衝擊垂片碾磨機(impact tab mill)中進行。

‧形成壓力高於100MPa，也可以高於120MPa及也可以高於140MPa。

‧加壓操作(pressing operation)係在溫度接近80℃及應不超過90℃下進行。

‧其尺寸大小為250 x 60 x 50mm.。

‧煤磚的堆密度(bulk density)約為0.95g/m³ .至1.15g/m³ 。

根據本發明所述之方法由反應產物所產生的丸狀物(pellets)：

‧根據本案所述之方法所產生的丸狀物，濕式結丸之後成團乾燥的方法較佳。此方法適用於以相對低的能源施用由具有不同熱值(heating value)之燃料產生丸狀物。

‧良好的燃燒使得標準的自動化燃燒系統可以以丸狀物達到。

‧對於小的燃燒站可以滿足界定排放標準。

‧其必要條件是燃料的外觀係為一小型的形式且盡可能的均勻。

‧丸狀物的直徑為3mm至7mm，較佳是4mm至6mm。其長度在5公分及45公分之間。丸狀物具有高阻抗或堅硬度，其在處理的過程只會產生極少量的粉塵，且具有高的防水性及可以妥善分配。

‧連續的將丸狀物送入全自動丸狀物爐器或是容器內及在受控制之方式進行燃燒。

‧藉由盡可能完全的均勻燃燒‧可達到高熱效能，與最少的無機污染物或是燃料氣體排放。

‧在熱值高於25MJ/kg以及也可以高於27MJ/kg時，使用結合材料(bonding material)及燃燒促進劑(combustion accelerator)，特別的是壁紙膏(wallpaper paste)、草皮、稻草及其它木質纖維素生物質。

‧熱值為25-30MJ/kg之粉末與切木或是木片或是木質纖維素生物質的比例為81:19，較佳也可以是89:11。

‧又，熱值為22-25MJ/kg之粉末與切木或是木片或是木質纖維素生物質的比例為87:13、也可以是90:10及也可以是93:7。

‧部份的木質纖維質生物質大約達30%，可以藉由例如壁紙膏來置換。

‧切木或是木片或是其他木質纖維質生物質的水含量因此可以約為12-14%。

‧藉此顆粒不會大於2mm、也可以小於1.5mm及也可以小於1mm。

‧相對應於上述之比例，具有泥炭的粉末或是燃料顆粒與等量的纖維素及木質素含量被加工成丸狀物。

‧根據本案的方法所述之泥炭或腐殖質可以單獨與等量纖維素及木質素加工成丸狀物。

‧粉末及含纖維素及含木質素附加的材料或是泥炭或泥煤係集中混合在一起或是單獨的混合，例如在具有2mm之康尼杜(Conidur)釋放篩選器之耐衝擊垂片碾磨機(impact tab mill)中進行混合。

‧加壓的壓力高於100MPa，也可以高於120MPa且也可以高於140MPa。

‧加壓溫度係接近80℃且應不超過90℃。

‧對於丸狀物最重要的調整，特別是相較於石化燃料的丸狀物，是來自改善的燃燒特性及在煤灰的燒結作用(sinter behavior)、灰處理方法(通常是較低的灰分)及燃燒盤的尺寸的領域內。

能源可以利用根據本案之方法所產生的燃料在本案之特別有利的實施例中產生。根據本案所產生燃料的燃燒進行與在不同的裝置內進行的調整作用有關。

以丸狀物的形式，燃料通常是在丸狀物爐具、丸狀物容器或延長的燃燒器中進行，並具有自動燃料供應。有商業供應的燃燒設備通常都可以使用。為了增加燃燒的特性，在下列的領域中，根據本案之燃燒設備可以調整至改變之燃燒特性：

‧根據灰分調整燃燒盤的形式和尺寸。灰分愈小，可使用愈小的燃燒盤直徑以產生較佳的燃燒。

‧建議採用由燃燒盤中移除灰分用之自動裝置以防止燃燒盤的結塊作用。此結塊通常小於煤的自然發生形式的燃料丸狀物的大小，特別是褐煤。

‧根據本案所述之粉末或是燃料的燃燒係在具有至少一個蒸汽渦輪之燃煤電廠中進行。為了達到高效率，燃燒程序在溫度高於600℃，特別是高於650℃及尤其是高於700℃進行。

‧更進一步可以藉由例如現代電廠技術增加在高溫區域的效能，使得有足夠高效率之結合氣體蒸汽渦輪技術能進可能實現。電流產生的效率可以高於43%、也可以高於46%或是高於49%至55%。

‧具有整合之煤碳氣化的煤炭氣化複合循環發電技術(IGCC)適用於根據本案之方法所產生的燃料的燃燒，且流體化床燃燒技術亦可，特別的是具有循環加壓式流體化床複循環發電技術(PFBC)之複合程序及尤其是具有燃煤聯合循環電力之聯合電廠，例如加壓粉煤燃燒(PPCC)。

‧燃燒程序包含氣體進入溫度大於1000℃，也可以大於1200℃以及也可以大於1400℃。

‧高溫氣體清潔方法係以此方式設計，使其粒子含量及腐蝕性活性物質的含量，特別是鈉及鉀化合物，以及腐蝕性氣體降低至一個程度，使得燃料氣體可以立即送進氣體渦輪(gas turbine)，較佳是利用燃料氣體的低溫電漿特性。

‧顆粒含量小於3mg/m³ i.n、且直徑d小於3微米、鹼含量小於0.01mg/m³ i.n.之容量百分比，可以藉由用以分離燃料氣體內的液體熔渣之分離器來實現。

‧根據本案所述之方法，更進一步對於由燃料(特別的是粉末)產生電流或能源的方法係碳燃料電池之用途。

‧藉由共用的能源產生裝置，特別的是渦輪較佳的是用於能源產生的蒸汽渦輪或是氣體渦輪可以藉由其他能源載體及/或其它能源產生方法而產生共同作用。

‧在這些可再生能源中之可調度型混合風電系統(Dispatchable Wind Power System,DWPS)，其中渦輪共用，特別是蒸汽渦輪或是氣體渦輪，為有用的。壓縮空氣在調壓室(plenum chamber)中進行減壓。而後將壓縮空氣額外地導入已在操作中的渦輪內。

‧若壓縮空氣導入正在運轉的渦輪中，其效率增加超過20%至200%或是40%至170%，及也可以是60%至150%。

‧經由壓縮空氣導入已經在操作的渦輪而增加效率，效率增加超過20%至200%或是40%至170%，及也可以是60%至150%。

根據在此份說明書中的裝置所述之實施例，不同的程序步驟可以在一個單元中結合。碎磨及混合可以例如在單一碾磨機中進行，或是在一空氣擾流碾磨機(air turbulence mill)中進行乾燥及碎磨。在此說明書中所有的裝置或是設備係配置有一控制裝置、校準裝置、多方面的自動化裝置，盡可能就程序-技術層面具有靈敏度，可以具有經濟上的意義及技術上的可能性。對以上所述所有的步驟、方法或是程序步驟而言同樣可行的。

對HTC及TDH之雙股(double-stranded)水解或是反應器批量進料

第4圖係以例示方式顯示根據本發明所揭露之方法的設備，特別考慮一雙股水解批量進料裝置。該裝置由進料股I及II，及液化股III所構成。股I用於送入具有高固體含量的進料原料，例如相對於總體積為3%至50%。為此，『乾』的生物質儲存在料斗(hopper)(1)並從該處傳送至一底板出料容器(bottom plate outfeed vessel)(2)。進料原料經由一輸送裝置送入一碎磨裝置(3)，例如像是濕式碾磨器(wet mill)或是乾式碾磨器(dry mill)或是如其他之適合的機械碎磨單元，該輸送裝置可以例如為螺旋式輸送器(screw conveory)或是一輸送帶(conveory belt)，並由該處將進料送入混合容器(6)。

乾的生物質與來自貯存器(4)中的濃縮製程水及催化劑(5)藉由攪拌器在混合容器中徹底混合。混合物經由輸送裝置(7)送入培養容器(8)。培養容器(8)可以使催化劑滯留在材料上一段時間。容器(7)及(8)係為雙層壁且具有熱水連接(hot water connection)，使得材料可以預熱至50℃至60℃。

『乾』的進料原料的培養材料係經由輸送裝置(9)及(10)饋送，例如設計為一螺旋式輸送裝置(screw conveyor)或是輸送帶(conveyor belt)，在高於製程水的蒸汽壓的壓力下，由第一進料股經由進料裝置(21)送進反應器內。進料裝置(21)由一力式輸送裝置(force conveyor)所構成，例如是一注射器(injector)、雙螺旋擠壓器(double screw extruder)、偏心式螺旋泵(eccentric spiral pump)、活塞式泵(piston pump)及螺旋式位移泵(spiral displacement pump)，其可以各自配置或不配置螺旋式壓縮機(spiral compressor)或是雙螺旋式壓縮機(double spiral compressor)。進料裝置(21)可以附加設置一關閉裝置(shutoff device)。進料裝置(21)確保由具有高於反應器內壓之壓力位準之股I進入反應器(19)內，並防止反衝(backlash)進入進料裝置。

具有相對於全體積為3%至50%之固體含量之可泵送進料原料經由股II與製程水(4)及催化劑(15)在混合容器(14)中混合，且且經由適用的輸送裝置(17)送入反應器中，該輸送裝置可以設計為例如一活塞(piston)、螺旋式位移泵(spiral displacement pump)或偏心式螺旋泵(eccentric spiral pump)。其材料經由熱交換單元(18)加熱至少到溫度160℃至180℃、200℃至220℃或是220℃至250℃。以此種方式由進料股I預處理的進料原料，以並行的方法或是事後經由先前饋送至或存在於輸送器的進料原料而由進料股II引導。其進料股I的質量流率與進料股II的質量流率的比例或是現有與饋送之進料原料的比例例如1:20、1:5、1:1或是10:1。

現有或饋送之材料的均勻混合經由一混合或是攪動裝置(20)在第一反應器中發生。隨反應發生的加熱及放熱反應的釋出經由一熱交換裝置(22)發生，該熱交換裝置與反應器的雙層壁(23)連接，及/或經由其它熱交換器，該等熱交換器係提供於反應器、或是與反應混合物連接。這些熱交換器可以例如以螺旋(spiral)、管式(tubular)、管束式(bundle)或是螺旋式熱交換器(spiral heat exchangers)。在所需要的滯留時間之後，利用一壓降將反應器的內容物傳送至第二反應器(24)。

可以附帶使用用於加速流體之輸送手段。在流動方向上處於第一反應器後方之壓力容器具有較小的體積。因為製程水係利用在此說明書中的另一部份所說明的裝置來收回，藉此反應混合物的體積可以減少。因此在程序的進一步進程需要較少的反應器體積或是較小的反應空間。製程水的回收同時也可以使得合併不同平行反應器或反應混合物縮小的反應體積可行，其在單一反應器以平行的方式或是時間延遲的方式合併，其反應階段偏離達50%的總反應時間，或是反應時間偏離達至50%。此反應器的體積比它所接收的反應混合物來處的所有反應器的體積總和低5%、10%或20%。

反應器(24)也可以配置一熱交換器(22)、攪動裝置(20)及雙層壁(23)，並使溫度在滯留時間固定維持在反應所需要的位準。經由熱交換器(22)釋放所釋出的反應熱，藉此可以達到冷卻。在反應器(24)之滯留時間結束之後，材料經由熱交換器單元(25)在液化容器(26)中進行液化。此材料可以經由攪動裝置(20)、熱交換器(22)及雙層壁(23)進行熱處理。熱交換器(27)確保材料冷卻至低於水的蒸發溫度的溫度。藉此，其流體及壓力液化經由逆向導向的液化泵控制，該液化泵可以由力式輸送器、偏離式螺旋泵、螺旋式位移泵或活塞式薄膜泵形成。

濕式進料原料儲存在液化容器(29)中。累積的熱可以經由雙層壁釋出。過量的製程水經由後續的固-液分離裝置(30)進行分離，而固-液分離裝置係設計為一玻璃瓶(decanter)、離心機、氣旋式(cyclone)、過濾空腔壓搾裝置(filter chamber press device)、過濾裝置或是有相同的目的或在此份說明書中其它部份所述的用以分離或乾燥之裝置，而製程水再次可供用於根據本發明之方法的其他程序。最終產物暫時儲存在儲存器(31)中以便更進一步的使用。

第一反應器或是數個第一反應器的進料亦可經由單一進料股來進行，亦即，單獨經由進料股I或進料股II或是與第二進料股無關。如果是饋入『濕』的進料原料的時候，這是沒問題的。但是當反應器填滿了『乾』的及自由流動的進料原料時，需考慮到有足夠的水供應。製程水或是濃縮的製程水在溫度超過60℃、100℃、160℃或200℃使用是為有利的，其中低於自由流動量或是為『乾』進料原料之填加位準達5%、10%、40%或60%的填加是足夠的。在反應器內製程水的填加高度與進料原料的容積密度(bulk density)及其他的濃稠度(consistency)等等有關。

根據本發明，為了增加進料原料的產量或是燃料或材料的產率，盡可能的將固體的含量調高是必需的。對於使固體含量最大化的限制因素一方面在於主要是濕的生物質其可泵送性，另一方面在於與連接反應器之乾生物質的泵無關的可輸送性。同時，應考慮的是，對於乾的生物質亦必須進行預培養。如同在此份說明書中其它部份所述，使用之進料原料的顆粒大小盡可能小通常足夠。在填充方法之過程中黏度的減小可以作為預處理進行的量度。當經過填充裝置進行時，固-液混合物的黏度減小，降低至超過進料原料在最終程序的黏度的3/4、或超過1/2或是1/5。然而，這是對轉換程序期間(亦即測量之間)沒有水被回收或蒸發的黏度量測而言有效。

由於生物殘留材料及農產品的積極利用及環境衛生條件，生物質的熱預處理獲得增加的重要性。藉由位於發酵或是其它生物質能量產生的方法上游的水解且特別是所謂的熱壓力水解(thermal pressure hydrolysis)，可以達到較佳的崩解，尤其是含木質纖維素的生物質的崩解，例如木材、草及樹枝(lopping)，使得對於微生物(micro organisms)及燃料製造而言，可由簡單的方法達成。更進一步的對高度傳染性的材料進行消毒及藉此可以給予經濟及安全的選擇性例如動物膳食生產。藉由此水解方法的利用，動物膳食難以生產及較為昂貴的情況便不會發生。

根據本案之發明所述之水解方法之應用，有機廢棄物的處理係藉由發酵作用而導致生物質的使用相對於用以產生相同能源量有機體含量減少10%至20%或20%至30%。在導入生物氣體設備的發酵槽(fermenter)之前，預處理生物質的各種方法已被提出。其中，所謂的熱致水解在幾年前已經發展，進料原料經由迴路式反應器(loop reactor)(如公開文件DE19723519所述)或水解反應器(如公開文件DE3928815所述)引導以及加熱至180℃。微生物水解係建議在一管式反應器(如公開文件DE4403391所述)中進行。

在過去幾年中，一些設備係為了在溫度180℃的熱壓力水解而製造。儘管預期的高效益產能，實際上無法呈現廣泛的使用。一些試驗性的設備已經不能持續的得到期望的固體含量，因為結塊作用及阻塞通常在形成為管式交換器的熱交換器中發生。這些持續多年的問題僅能藉由降低固體含量避免，而這樣降了低水解或是加熱材料的產率，使得此技術的經濟可利用性實際上無法達到。

在含木質纖維素之生物質的生物質的沉降(sedimentation)作用及聚合物結構的膨脹作用及在農作物中的澱粉的這些作用，在加熱過程中有可能被低估。膨脹係一種固體本體經暴露於流體、蒸汽及氣體時的可逆體積增加。聚合物結構的藉由含水而膨脹。物理及化學的膨脹程序是有區別的。在物理的膨脹中，例如水會在木片的孔洞及空隙中。在水及木片之間所產生的表面張力稱為毛細作用力(capillary force)。除了物理程序之外，還有化學膨脹程序，其中水是加入親水結構，例如在氨基酸中的氫氧基(OH group)。藉此經由氫鍵架橋而產生親水作用。在植物結構中，水儲存在細胞壁的多醣(類)(polysaccharides)之間。在膨脹過程中，凝膠(gelatine)、在更進一步的過程中還有膠體結構(colloidal structure)會暫時產生，當進一步加熱時會再次分解。一些蛋白物質例如骨頭及皮膚廢物的膠狀物質而可以在水中進行膨脹。

澱粉在自然界中產生且以澱粉細粒的形式出現，其可以在冷水中淘析(elution)或是懸浮(suspend)。其主要是在溫度介於47℃及57℃之間進行。在較高的溫55℃至86℃之間，其澱粉細粒會分解。澱粉糖(amylase)及支鏈澱粉(amylopectine)組成的澱粉愈剩愈少，例如馬鈴薯(potato)澱粉為62.5℃及小麥澱粉(wheat starch)為67.5℃。其溶液的黏度因此大幅增加，凝膠形成。傳統上凝膠也可以稱為膠體(glue)，這些凝膠的作用類似膠體。澱粉膨脹及凝膠形成的整個過程因此稱為膠化(gelation)。澱粉膠體具有不同的硬化能力(stiffening capacity)，其與澱粉的種類有關。膨脹作用藉由壓力及熱量再次增加，且在熱致水解的條件下加速進行。

由文獻中可以知道澱粉在不同的生物質中變異很大。在玉米青貯(maize silage)其例如可以是相對於乾物質為1.2及1.44重量百分比之間。玉米青貯膠的應化能力係大於小麥澱粉膠且及大於馬鈴薯澱粉膠。玉米青貯為一種常用於產生生物質的生物質，水解程序尤其需要考慮到其高硬化能力，以避免熱交換系統的阻塞。

應考慮低的澱粉量例如低於5%可以改善在某些條件下的可泵送性，特別是在固定的溫及壓力比的條件下。然而隨著熱致水解，壓力和溫度快速的增加時，體積增加且因此流動阻力(flow resistance)增加必須預先考慮。具有高澱粉含量例如相對於乾物質超過10-30%、30-50%或是超過50%的進料原料或是生物質係直接經由用於『乾』生物質的股(strand)導入第一反應器，亦即進料股I，並在該處塗佈來自股II的液體加熱生物質，及/或與之混合。具有相對於乾質量為3%、5%或10%以下之低澱粉含量的生物質或進料原料經由進料股II導入，該等生物質或進料原料可以同時有或沒有預處理而加以泵送。

沉積及阻塞的形成的增加原因可能是各種因素的組合。在熱交換器中的程序氣體形成以及澱粉膨脹在體積增加發揮重要的作用。理想地，係假設一管式反應器中有塞流(stopper flow)。因此，可預期根據氣體形成或是膨脹，體積會增加，壓力隨著增加。還會因為輸送的產物(goods)的澱粉膨脹增加的黏度而額外增加。因此，流體阻力也會增加。

在用於熱壓力水解所有設備結構中，由於直管管件的長度的考量，過去形成為管狀反應器的熱交換器係以水平的方式設置，亦即垂直於重力。為改善生物質的熱致水解或是加熱程序，尤其是考慮到相對於固體含量的較高產率，在本發明中所述之用於水解或是用於加熱生物質的方法，其特徵在於固-液混合通過熱交換器加熱，且固-液混合物係基本上以平行於重力的方式被導引通過不彎曲的管件，以避免結塊及/或阻塞。

可流動傳送材料本身係向下移動及不需要考量到重力以外的其它力衝擊，以防止結塊及阻塞。於此，熱交換裝置係以此方法設計，在實施例中，管件軸向的角度相對於水平面大於為4度至7度或大於10度。熱交換器由至少20%、40%或60%的垂直管件部件所構成。垂直管件為部份承載介質之管件的部件，其管件軸向的角度相對於垂直面係為70度或50度或45度。垂直是指對垂直方向角度低於45度，在實施例中，垂直管件部件對垂直方向的角度最多10度。

熱交換器由例如管式反應器或是管束狀反應器或是板式熱交換器或是該等熱交換器的組合所組成。熱交換器係以模組的方式設計及可以由不同的模組、單元或是區段構成。模組單元以空間鄰近的方式互相排列，使數個熱交換器單元能以串聯的方式連接。

熱交換器的調和系統係由雙層壁所構成，其間隙由熱能載體介質流過。熱能載體介質可例如為熱油、水蒸汽或是來自根據本發明之方法或其它程序的製程水。可以組合不同的熱能載體介質。介質的目標溫度(target temperature)在60℃及350℃之間。在第一區段或是第一模組的溫度例如60℃至100℃或是80℃至120℃，在第二區段或是第二模組之溫度例如100℃及140℃之間或120℃及160℃之間，在第三區段之溫度介於140℃及180℃之間或是160℃及200℃之間，及在第四區段之溫度介於180℃及220℃之間、220℃及240℃之間或是240℃及350℃之間。熱載體介質的溫度可變化達20℃、40℃或是60℃。熱交換器的單元、模組或是區段以串聯的方式連接使得固-液的溫度在達到最高溫度例如220℃至260℃之後，可以再一次到達較低的入口溫度或是出口溫度。對應於區域衛生條例，熱交換器配置有一水解反應器，其可以使材料保持在正負2℃至8℃的程度及確保滯留時間為例如至少20分鐘。

第5圖顯示具有雙股進料之用以熱致水解之設備。該用於水解之裝置由進料股I及II及液化股III構成。進料股I用於輸送含有高固體含量之進料原料，例如相對於總體積含3%至50%之固體。於此，『乾』的生物質儲存在料斗1內並由此帶至底板出料容器(2)。進料原料經由輸送裝置送進碎磨裝置(3)，該輸送裝置可以是螺旋式輸送裝置或是一輸送帶，並由此送入一混合容器(6)。

乾的生物質藉由攪拌器在混和容器與來自貯存器(4)及催化劑定量給料裝置(5)之濃縮製程水在一混合容器中徹底混合。其混合物經由另外的輸送裝置(7)送進培養容器(8)，該輸送裝置可以是螺旋式輸送裝置或是輸送帶。培養容器可以使催化劑滯留在材料上一段時間。容器(7)及(8)為雙層壁且及具有熱水連接，可使材料預熱至50℃至60℃。

『乾』的進料物質的已培養材料經由輸送裝置(9)及(10)送進反應器進料裝置(21)內。進料裝置包含一力式輸送裝置(force conveyor)，其可以是一注射裝置、雙螺旋式擠壓裝置、偏離式螺旋泵、活塞式泵、螺旋式位移泵，可配置或是不配置螺旋式壓縮機或是雙螺旋式壓縮機，並設有停止裝置(stopping apparatus)。進料裝置使培養的材料從具有壓力高於內反應器之壓力之股I送入反應器(19)，並防止反衝至進料裝置。

具有相對於整體體積具有3%至50%之固體含量之可泵送進料原料係經由進料股II與製程水(4)及催化劑(15)在混合容器(14)中混合、培養(16)，並經由合適的輸送裝置(17)送入反應器中，(該輸送裝置(17)例如活塞、螺旋式位移、或是偏離式螺旋泵)。該材料經由熱交換單元(18)加熱到至少180℃至200℃。在水解反應器(21)中，來自進料股II之流體、可泵送生物質與來自進料股I之乾的生物質混合。該材料可以附帶地經由熱交換器(22)及雙層壁(20)而被熱影響。

反應器(21)之滯留時間過了之後，材料的液化經由熱交換單元(23)進入液化容器(25)內。熱交換器(23)確保材料冷卻至低於水的蒸發溫度。因此通道及壓力液化係由逆向導向之液化泵(backward-oriented devolatilization pump)控制，其係設計為力式輸送裝置、偏離式螺旋、螺旋式位移、或是活塞薄膜式泵。

濕的進料原料係儲存在液化容器(25)內。累積的熱可以經由雙層壁釋放。過量的製程水經由後續的固-液分離裝置(26)進行分離，而固-液分離裝置係設計為一玻璃瓶(decanter)、離心機、氣旋式(cyclone)、過濾空腔加壓裝置(filter chamber pressing device)、過濾裝置或是用於類似目的或在此說明書中其它部份所述的裝置，而製程水可再提供用於在本發明所述之方法中的其他程序。最終產物暫時儲存在儲存器(27)中以便進一步使用。

水解以連續方式廣泛操作。亦即，進料原料經由一反應週期或是經由材料通過所需時間的熱交換被送去加工的時間至少為反應週期的十分之六。相同的時間對於填加至熱交換器以冷卻的程序，或是在以分支(offset)方式填加至液化容器內是有效的。因此，設備的產量經由輸送裝置(17)及導入裝置(19)來界定。逆向導向式液化泵(24)之旋轉速度在設備不同位置受到控制，以防止材料在隨著設備中存在的壓力而蒸發。閥可以取代液化泵用於液化。

液化裝置或是液化泵藉由溫度及/或壓力來控制。經由轉速的降低可以獲得在熱交換器中較長的滯留時間。介質的溫度因而降低。依之後的裝置中或是後續的程序中所需來調整溫度。例如，若將反應混合物更進一步的導入具有環境壓力的容器時，必須將溫度調整至低於沸點，以避免未受導引及非控制的蒸發程序。根據說明書的另一部份所述之實施例，饋送至另一個乾燥程序，會需要高於沸點的溫度。控制液化泵係使得剩餘的殘留壓力(remaining residual pressure)足夠用於後續程序或裝置中的輸送。剩餘的殘留壓力例如低於10、5、2、或1巴。

具有雙股進料之用於熱致水解之設備的設計與用於根據本發明所述之方法之雙股進料裝置的設計在某些點上具有相似處。一些裝置及設計形式可以互換。所有與雙股進料原料連接的裝置盡可能在技術及在經濟方面於很大程度上配置有控制、調整、自動化。這對於所有提到的程序、方法或是程序步驟同樣是有效的。

在此方法的過程中可以觀察得到黏度的降低，作為水解進行的量度。固-液混合物的黏度當固-液混合物通過水解裝置時會降低，且降低至少3/4、1/2或是1/5之進料原料的黏度。固體含量必須盡可能調高以增加進料原料的產量或是增加水解材料的產率。最大化固體含量的限制因素一方面主要是濕的生物質的可泵送性，及與泵無關而與導入反應器連接之稍微乾的生物質的可輸送性。

根據發明之申請專利範圍第37項及第38項所述之方法，為了陶瓷材料的產生，附加產生懸浮液或是分散物。本發明有關於物件的製造方法，該物件為根據申請專利範圍第37及38項之前文之含碳材料之缺空至少部份具有包含陶瓷(ceramic)及含碳材料或是其它的物質之結構。

全部的或部份陶瓷材料之物品的製造，例如組件或是耗損件，尤其是碳化矽(silicon carbide)，在目前來說非常複雜，因為碳化矽是一種強度非常高的物質，難以塑造或是以機械式最後加工。碳化矽為非毒性高溫陶瓷，尤其因為它本身的優異特性而具有高利益，例如具有像鑽石一樣的硬度、光學穿透性(optical transparence)、半導體特性、高熱傳導性、化學及熱耐受性，因此在許多不同的工程領域中使用，例如耐火材料(refractory material)的製造、隔熱體及作為半導體材料。碳化矽物件的製造係具有高經濟重要性。

碳化矽的物質係通常由傳統的燒結法形成，其中利用不同的結合劑(bonding agent)在高溫下烘烤細密研磨的碳化矽粉末。此程序的缺點在於除了需要高溫及長的燒結時間之外，所產生的物件具有多孔性，使得只能用在特定應用中。

由公開文件DE3322060已知另一種用於製造碳化矽的方法，其中產生的含碳材料的物體，例如石墨，在量測與形狀為精確，然後，在長時間的退火(annealing)處理中，藉由擴散加工，使該物體至少接近該表面的碳由碳化矽來取代。於此，在退火期間將物質擠壓成二氧化矽的粒狀材料，及例如在退火期間將氫氣導引遍於粒狀材料。藉此，可以產生具有值得注意的氧化矽之氣體，此氣體可以擴散進入物體鄰近表面之含碳材料，且與物體的碳反應，使得碳化矽形成在物體的基質(matrix)內。藉此，可以在至少鄰近表面處完成達成物體的碳與碳化矽交換，從而達成物體鄰近表面區域的相當改善。利用此程序方法的缺點在於其氧化矽氣體的產生複雜，且難以保持及配給在此氣體中所需的氧化矽的量。因此本發明的目的係提供陶瓷材料尤其是碳化矽之物體的改善的製造方法，其中含碳材料的物體或是多孔性陶瓷物質，尤其是碳化矽，可以以簡單及安全的方式完全或是部份轉化成碳化矽。

藉由產生水與含碳組成的固-液混合物作為產生隔熱材料及/或陶瓷材料的起始或是附加物質，可以得到附帶的物質懸浮液或是分散物，其中固-液混合物在溫度超過100℃及壓力超過5巴下進行處理。可能藉由懸浮液(suspension)的高純度及雜質的大量排除。硫及灰分作用為附加物質懸浮液或分散物的純度的特徵化，其它參數，例如鹼金屬、氯、磷、鈣、氮、鎂、鉻、銅、鋁、鋅亦同。藉由增加純化水或是製程水的添加或產量，上述物質的含量在含碳固-液混合物中係相應降低。藉由多個額外的清洗步驟以增加在固-液混合物中碳的純度，其經由高壓及溫度來發展更高的效率。藉此，相對於含碳成份的個別原始含量，固-液混合物的硫及/或灰分降低至少50%或75%。相對於含碳成份的個別原始含量，硫及灰份可降低超過80%、90%或是99%。或是以不同方式表達，在與清洗程序有關的反應程序的過程中，硫及灰分連續降低，且趨近程序結束時，其降低至超過進料原料的硫及灰分之2/10、1/12或是1/100。

混合物是酸性的，這是因為在酸性介質中預培養及添加酸作為催化劑，因此用鹼性溶液提供本身製造陶瓷材料。利用溶膠-凝膠法將酸性附加物質懸浮液或是分散物加入至鹼性溶膠中使凝膠程序開始。矽化合物及含有機或無機矽酸鹽及/或二氧化矽之溶膠經由此處理方法以及更進一步的方法步驟產生。溶膠為水玻璃之水溶液。碳成分及矽酸鹽成份用於製造凝膠。凝膠加熱至碳化矽氣體產生直到碳化矽氣體滲透所提供的多孔性模型。此模型包含純化碳、純碳、高純碳或超純碳。

特別重要的是碳是細分割為高碳化矽粒狀材料，當粒狀材料被加熱時，二氧化矽立即與此碳反應，藉此形成含碳化矽氣體，較佳的是主要是純碳化矽氣體。碳在二氧化矽中的分佈可以由在附加的物質懸浮液或分散物中的碳顆粒的小尺寸達成，藉此含碳化矽氣體的形成在大幅低於碳化矽的正常昇華溫度下發生，尤其溫度已經是在1700℃及1900℃之間。形成的碳化矽氣體因此能以述的方式直接擴散至物體。藉此，在更進一步的實施例中，若含碳化矽氣體以氣體的形式下滲透含碳材料的物體，並取代物體中來自碳基質(carbon matrix)的碳是有利的。藉此，在碳化矽中碳的基質的主要成份係被交換，而基質的主要成份的結構廣泛保留，且物體的特性已以所述的方式中改變及改善。

若在溶膠-凝膠程序中產生富碳矽(carbon-rich silicon)粒狀材料接著採碳熱還原法，實行本方法尤優。藉由利用溶膠-凝膠程序產生富碳二氧化矽粒狀材料，可以以非常準確以及非常精細的方式(事實上是以原子為基礎)調整碳或是欲加入之微粒材料的其他物質的分佈，藉此可改善含碳化矽氣體的形成，或是首次就可以是較大的規模。藉由碳或是欲加入之微粒材料的其他物質的精細分佈，含氧化矽氣體在退火程序中可以立即與碳及其它欲加入的物質反應，並立即可用於接近物體表面的擴散程序。

由公開文件DE 102006055469已知用於產生一物體的方法，其中物體由含碳材料之碳化矽結構的至少部分空缺所產生，其中根據所期望的最終型態及/或最後的尺寸在第一步驟製造含碳材料之物體，且接著該含碳材料之物體至少局部以富碳二氧化矽粒狀材料圍繞，及在退火溫度下，於保護性氣體環境包圍中進行至少一次退火，其中二氧化矽粒狀材料釋放出含碳化矽氣體，其滲透物體且將部份的或全部的含碳材料轉換成碳化矽。

如果溶膠-凝膠程序利用可溶解的水解無機或有機矽酸鹽作為起始物質以產生富碳二氧化矽粒狀材料是有利的。多種的可行的起始物質係包含於其中，可適用作為矽提供物以形成粒狀材料，及可以適用在溶膠-凝膠程序中。以下所述明確述及的物質僅是先前所述物質分類的特別較佳的者，不能被視為欲使用的物質之總結表列。水溶性鹼性矽酸鹽如水玻璃可以作為採用無機矽酸鹽之溶膠-凝膠程序之起始物質。

本接續方法之特徵在於申請專利範圍第1、36、50、72、98、103、113、115及143項及其附屬項。對於接續方法更進一步的規範可以由在此包含的特性衍生，其中含碳進料原料係連續供應至第一反應器，且反應混合物係以批量方式由一反應器導向下一個反應器，而反應產物係連續的由最後的反應器中釋出。以上所述之申請專利範圍更進一步包含用於執行本接續方法之設備與裝置之特徵與特徵組合。

1．．．料斗

2．．．底板出料容器

3．．．碎磨裝置

4．．．貯存器(製程水)

5．．．催化劑

6．．．混合容器

7．．．輸送裝置

8．．．培養容器

9．．．輸送裝置

10．．．輸送裝置

14．．．混合容器

15．．．催化劑

17．．．輸送裝置

18．．．熱交換單元

19．．．反應器、導入裝置

20．．．混合或攪動裝置

21．．．進料裝置

22．．．熱交換裝置

23．．．雙層壁、熱交換單元

24．．．第二反應器

25．．．熱交換單元、液化容器

26．．．液化容器、固-液分離裝置

27．．．熱交換器、儲存器

29．．．液化容器

30．．．固-液分離裝置

31．．．儲存器

第1圖顯示根據本案之反應器的縱截面示意圖，其並包含根據本案之設備的其他組件；

第2圖顯示根據第1圖之反應器壁區域之截面；

第3圖以例示方式顯示設備之示意圖；

第4圖顯示設備之另一示意圖；以及

第5圖顯示設備之又一示意圖。

1．．．料斗

2．．．底板出料容器

3．．．碎磨裝置

4．．．貯存器(製程水)

5．．．催化劑

6．．．混合容器

7．．．輸送裝置

8．．．培養容器

9．．．輸送裝置

10．．．輸送裝置

14．．．混合容器

15．．．催化劑

17．．．輸送裝置

18．．．熱交換單元

19．．．導入裝置

20．．．混合或攪動裝置

21．．．進料裝置

22．．．熱交換裝置

23．．．熱交換單元

24．．．第二反應器

25．．．液化容器

26．．．固-液分離裝置

27．．．儲存器

Claims (10)

1. 一種用於由水及含碳成份之固-液混合物中水解及/或產生材料或燃料、腐殖質、梅納德或類似產物的方法，其中在超過100℃之溫度及超過5巴之壓力下處理該固-液混合物，其特徵在於：經由一第一輸送線輸送非可泵送起始物質並以平行或支線(offset)方式經由一第二輸送線輸送可泵送、經加熱的起始物質。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中經由該第一輸送線輸送相對於總體積具有25%至97%的固體含量之非可泵送起始物質並以平行或支線方式經由該第二輸送線輸送相對於總體積具有3%至50%之固體含量之可泵送、經加熱的起始物質。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該非可泵送與該可泵送起始物質的質量產量比為1：20至10：1。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之方法，其中該非可泵送起始物質在高於製程水之蒸氣壓之壓力下由該第一輸送線輸送至反應器。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之方法，其中用於將該非可泵送起始物質在高於製程水之蒸氣壓之壓力下由該第一輸送線加入至反應器的輸送裝置為一噴射裝置、一雙重旋入式擠壓器(double screw extruder)、一偏心式螺旋泵(eccentric spiral pump)、一活塞式泵(piston pump)，其分別配置或無配置一螺旋壓縮機(spiral compressor)或是一雙重螺旋式壓縮機(double spiral compressor)。
6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之方法，其中提供以 加入的起始物質的質量產量比為1：20至10：1或1：5至1：1。
7. 一種用於在超過100℃之溫度及超過5巴之壓力下處理水及含碳成份之固-液混合物之裝置，包含一反應器，其特徵在於：一進料裝置，其包含一泵，用以輸送具有至少10質量%或至少15質量%之固體含量之固-液混合物，或一熱交換器，其管軸相對於水平面的角度量大於10度。
8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中該熱交換器由至少60%之垂直管件部件構成。
9. 如申請專利範圍第7或8項所述之裝置，其中該熱交換器係設計用於10巴至120巴之壓力，或至少一模組或一單元係設計用於60巴至120巴之壓力。
10. 一種用於在超過100℃之溫度及超過5巴之壓力下處理水及含碳成份之固-液混合物之裝置，包含一反應器，其特徵在於：該裝置包含一進料裝置，其具有a.一泵，用以輸送具有至少10%至15%之固體含量之固-液混合物；及/或b.一熱交換器，其管軸相對於水平面的角度量大於10度。