[发明专利]用于热水解生物质的方法和设备

说明书

本发明涉及用于热消化可泵送的生物质的方法，包括供应新鲜生物质、预热所供应的新鲜生物质、水解所预热的生物质、冷却所水解的生物质和排出所冷却的生物质的步骤。这一方法在不同的变体中早已是众所周知的。

在本申请中“可泵送的生物质”被理解为特别是指污水污泥，一种膏状物质，然而具有相似稠度和黏度的其它生物可降解的材料是可想到的。

申请人已经以出售了一种设备，在该设备中生物质，特别是来自废水净化的污泥，可在连续的工艺中水解。该设备由反应器、蒸汽供应和许多热交换器构成。新鲜生物质，其可以例如来自机械的预富集，通过热交换器供应和泵送。在该热交换器中，供应的生物质被预热到大约100摄氏度的温度，这是预热的生物质进入反应器的温度。在反应器中，通过供应蒸汽，温度增加到超过100摄氏度，同时通过泵和限制条件产生高压，使得反应器中的生物质不沸腾。难以破坏的生物质中的细胞结构在高的温度和压力下“破裂”，并且可降解的成份更容易地释放。在工艺中，该“破裂”在大约2-8巴的压力和大约120-170摄氏度的温度下发生。当水解的生物质在该高温下离开该反应器时，其被引导穿过热交换器，以便在冷却的生物质被引导到发酵设备之前冷却。在冷却期间从水解的生物质中提取的热可在此用于预热新鲜生物质。

已知的方法有很多缺点。例如在工艺中难以找到并维持正确的热平衡。特别是发现通过利用仅有限数量的热交换器使用从水解的生物质中提取的热来充分地预热新鲜生物质，在实践中不是简单的事情。在此生物质以在反应器内相对低的起始温度进入反应器，因此为了设置用于水解的正确的工艺条件必须供应相对大量的蒸汽。这对于该方法的效率是不利的，并且因为在水解的生物质和供应的新鲜生物质之间的热传递不是最佳的，水解的生物质在新鲜生物质预热期间也未被充分地冷却。这需要额外的冷却以使水解的生物质达到其可以在发酵设备中被进一步处理的温度。并且最终，供应的新鲜生物质的黏度相当高，使得其可以只有很困难地被泵送穿过热交换器，其中在热交换器中产生高的压力。所需的高的泵流量也降低了效率。

根据WO03/043939A2，用于处理以微粒的形式供应的生物可降解的有机废物的方法和设备是已知的。这涉及标记工艺，其中生物可降解的家庭废物，特别是蔬菜、水果和园艺废物，首先被抓获成具有大约6mm到50mm的微粒尺寸的部分。随后，废物通过来自水解反应器的常见液体来预热。该预热可以通过混合或者通过非接触式的热交换来完成。在混合的情况下，废物和液体的混合物然后被分开，之后，固体废物被引导到预汽蒸箱，在那里固体废物通过蒸汽预热。从那里，废物被引导到反应器，以在多达130-170℃的温度和300kPa到2,5mPa(3-25巴)的压力下水解。随后，来自水解反应器的物质被引导到闪蒸罐，在那里蒸汽被再回收以用于在蒸汽箱中重新使用。水解的物质然后在分离器中被分离成将被腐解的部分和用于预热废物供应的液体部分。最终混合和分离后的液体在厌氧反应器中进一步处理以形成沼气、经处理的流出物和固体材料。如上表明的，这里涉及不连续的工艺或标记工艺。

本发明目前把改进以上描述的类型的方法，使得所陈述的缺点不存在，或者至少使所述陈述的缺点在较小的程度上发生作为其目的。这通过本发明来实现，本发明在于供应的生物质在至少两个步骤中预热，其中在一个步骤中，至少部分该供应的生物质和至少部分该水解的生物质混合，并且其中在另一个步骤中，使至少部分该供应的生物质与预加温或预热介质热交换地接触。

混合供应的生物质和(一部分)水解的生物质导致很直接的热传递，这在热交换器中是不能实现的。除了将在以下讨论的可能的预冷却，水解的生物质在与供应的生物质混合之前没有被处理。通过将混合和经由加热介质的热传递结合，供应的新鲜生物质最终被预热到足以尽可能多地限制在反应容器中必需的蒸汽供应的程度。另一个优点是供应的新鲜生物质的黏度在混合之后减小，使得其可以容易地通过热交换器泵送。在热交换器中的压力据此减小并且必需的泵送能力也减小。

当预加温或预热介质包括水解的生物质或已经与至少部分该水解的生物质热交换地接触时，来自水解的生物质的热也可以在热交换步骤中传递到供应的生物质。以这种方式，还提高了转换的效率。

为了尽可能快和完全地预热供应的新鲜生物质，至少25％，更优选75％，且最优选地大体上100％的水解的生物质可以与供应的新鲜生物质混合。

供应的生物质可以具有比水解的生物质的黏度高一个或更多个数量级的黏度，并且其例如总计为几千或几万mPa.s，而水解的生物质的黏度总计为几百mPa.s。然而，在两种情况下，存在不具有离散微粒的、高度均匀的物质。