[发明专利]有机物质的连续热水解的方法及适合实施所述方法的体系

说明书

技术领域

本发明涉及有机材料诸如具有低固含量的污泥的连续热水解的方法，以及适合实施这种方法的设备。

背景技术

废水处理厂产生的污泥的热水解方法是已知的方法。热水解方法是基于在一定时间内使污泥处于压力和温度状态下，并且引起随后的突然减压。

这种水解的污泥表现出细胞膜的破裂，这就是在随后的消化过程中可以更容易地被细菌消化、改进其性能并且可以增加生物气产量的原因。

热水解法是吸热方法，其需要在足以达到反应需要的温度设定点和压力设定点的条件下的能量供应。

压力增加是通过泵送进行的，并且具有已知的低消耗，但是所供应的热能需要高运行成本。这就是在设计水平上优化热水解法是重要的原因，以便最小化所需的一次能源的量。这种改进可以通过用于回收在突然减压期间耗散的能量和/或利用随水解污泥耗散的能量的方法来实现。另一方面，持续进行的热水解法有利于设备规模的缩小，从而降低其投资成本。

本发明的一个目的是使投资成本以及运行或工作成本最小化的方法。

在运行或工作成本方面，实际上已知一些基本上旨在改善水解法中能量利用的方案，其涉及降低运行成本。

例如，提供污泥预热步骤的方法就属于这种情况，其中所述污泥和用于达到反应器内条件的蒸汽处于相同的温度，这意味着液体(污泥)和饱和气体(蒸汽)在预热器和反应器两者内共存。

一方面，这种方法的主要缺点之一是压力的微弱降低导致一部分液相的汽化。例如，在用于该污泥的输送泵中，存在着一旦压力由于自身的泵送过程再次升高，则压力暂时降低导致蒸发和随后的崩塌的点。这种被称为空化的现象降低了设备的装置部件的可靠性。

这带来一系列的技术问题，其使得这些方法的实施在工业层面上是不可行的，因为装置部件没有准备好在这些点和在该方法要求或将会需要的工作条件下进行操作。

另一方面，在污泥预热步骤期间，进行该预热的压力必须低于随后的突然减压的压力，随后的突然减压在腔室或闪蒸罐内进行。这一事实使得在预热步骤之后需要泵送污泥，如已然在上文提及的，该污泥处于饱和状态并在装置中产生空化的问题。

因此，本发明的另一个目的是可以克服这些缺点的方法。

发明内容

根据本发明的用于连续热水解有机材料的方法，其至少包含以下步骤：

a)在压力设定点P1，加压起始有机材料；

b)将加压的有机材料与蒸汽在线混合，以获得在受控温度设定点T1下的混合物，选择T1使其低于混合物的蒸汽饱和温度，以确保所得混合物处于液相；

c)将获得的混合物，其为液相，连续地引入水解反应器；

d)从水解反应器连续地提取水解混合物；并且

e)突然减压所述水解混合物，将液体部分与蒸汽部分分离，所述蒸汽部分被回收；

其中，用于在步骤b)中产生混合物的蒸汽包括经再压缩的在步骤e)中回收的蒸汽。

消除一个预热步骤以及将混合物保持为液相的事实使得可以克服已知方法的缺点。在此，液相是指混合物将不含有蒸汽，尽管它可能含有较少量的一些挥发性化合物，其性质将取决于待处理的有机材料。

有利地，本发明的方法是可靠的方法，考虑到当前技术水平使其实施所需的装置部件在它们正常操作间隔内工作。

因此，在本发明的优选变体中，起始有机材料处于室温下。

该方法表明，要保持水解反应器的工作压力高于混合物在进行该方法的温度下的蒸汽饱和压力。

与已知的方法不同，采用蒸汽再压缩方法进行能量回收。

在该方法的优选变体中，起始有机材料处于室温下。

在该方法的变体中，回收的蒸汽使用机械的、热力的或者两者组合的蒸汽再压缩方法进行再压缩。

根据一个实施方案，在步骤b)中用于产生混合物的蒸汽是通过将新鲜蒸汽与经再压缩的在步骤e)回收的蒸汽混合而获得的。

本发明提供了通过蒸汽压缩机在第一步骤中再压缩的回收蒸汽，蒸汽压缩机将它的压力升高4-6bar之间；然后，在第二步骤中，所述机械再压缩蒸汽通过与新鲜蒸汽混合而被热压缩，第二步骤中提供的压差在1-1.5bar之间。

在本发明的变体中，加压有机材料和蒸汽的在线混合在液体-蒸汽混合阀内进行。

优选地，温度设定点T1(其在130-190℃之间)比压力P1的所得到的混合物的蒸汽饱和温度低5-10℃，其中P1在3-16bar之间。

在水解反应器内，所述混合物的停留时间优选是5-60min之间。