本發(fā)明涉及水熱碳化方法和水熱碳化裝置。

本發(fā)明的領(lǐng)域更特別地、但非限制性地是富含有機(jī)物的污泥處理的領(lǐng)域，污泥例如來自城市或工業(yè)污水的消除污染工藝，或者來自管網(wǎng)清除作業(yè)。這種處理旨在減小污泥體積，使污泥在生物方面和在理化方面保持穩(wěn)定，以及生產(chǎn)增值副產(chǎn)品。

本發(fā)明更特別的是涉及含有有機(jī)物的污泥的連續(xù)水熱碳化方法和裝置的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展兩類處理：

－熱水解，

－水熱碳化。

污泥熱水解技術(shù)在20世紀(jì)初由Porteous提出。該技術(shù)使用按順序工作的壓力反應(yīng)器。通常，污泥被泵送到第一反應(yīng)器中，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽被注入到第一反應(yīng)器中，直至在該第一反應(yīng)器內(nèi)對于1.5兆帕的壓力獲得約180℃的溫度，接著在第一反應(yīng)器中將該溫度保持30分鐘，隨后將污泥在其固有壓力下通過熱交換器排出。該熱交換器用于回收從第一反應(yīng)器排出的污泥中所含的熱量，及用于在污泥進(jìn)入第二反應(yīng)器中之前再加熱污泥。自此后對這種技術(shù)進(jìn)行了許多發(fā)展和改進(jìn)，以提高生產(chǎn)率和確保連續(xù)工作。對水解污泥、即在反應(yīng)器中經(jīng)受過這種處理的污泥繼而進(jìn)行生物處理，例如厭氣消化，以由此產(chǎn)生生物氣，來減少污泥量。

水熱碳化技術(shù)(HTC)接近熱水解，但水熱碳化技術(shù)并非旨在準(zhǔn)備污泥以消化污泥，而是利用一般比熱水解中更高的壓力和熱量，確保污泥的停留時(shí)間比熱水解中停留時(shí)間更長(數(shù)小時(shí))，且一般存在試劑，來將污泥轉(zhuǎn)變成高質(zhì)量的碳中和生物炭。

水熱碳化技術(shù)也可產(chǎn)生生物炭，其為一種類似于腐殖質(zhì)的產(chǎn)物，可用于改良農(nóng)業(yè)用地，封存二氧化碳。水熱碳化技術(shù)由Friedrich Bergius于1913年提出，該技術(shù)使其在1931年獲得諾貝爾化學(xué)獎。

現(xiàn)有技術(shù)中已知專利FR3010403，該專利提出含有有機(jī)物的污泥的熱水解方法和裝置，所述方法包括以下工序：

－同時(shí)用初級動態(tài)注射混合器使回收蒸汽注入到所述污泥中并使所述污泥與所述回收蒸汽混合，以獲得初級均勻混合物；

－同時(shí)用次級動態(tài)注射混合器使新鮮蒸汽(vapeur vive)注入到所述初級均勻混合物中以及使所述初級均勻混合物與所述新鮮蒸汽混合，以獲得次級均勻混合物；

－使所述次級均勻混合物向管式壓力反應(yīng)器輸送，根據(jù)足以使該次級均勻混合物中具有的有機(jī)物進(jìn)行熱水解的停留時(shí)間和溫度，使該次級均勻混合物基本上以活塞流方式在管式反應(yīng)器中流動；

－利用在所述管式反應(yīng)器出口獲得的所述次級均勻混合物，在回收蒸汽產(chǎn)生裝置中產(chǎn)生所述回收蒸汽；

－使所述次級均勻混合物在離開所述回收蒸汽產(chǎn)生裝置時(shí)冷卻到隨后可消化其含有的水解有機(jī)物的溫度。

美國專利US8673112也提出一種熱水解方法，其在于：

(i)大體連續(xù)地供給生物質(zhì)(特別是污泥)，以使生物質(zhì)經(jīng)受第一道預(yù)熱工序而預(yù)熱，

(ii)將預(yù)熱的生物質(zhì)順序地輸送到至少兩個(gè)反應(yīng)器中，

(iii)通過添加蒸汽使反應(yīng)器加熱加壓，

(iv)使反應(yīng)器在一定時(shí)間內(nèi)保持在一定的溫度和壓力，

(v)以不會顯著任意地將生物質(zhì)減壓和快速降壓的方式，用噴嘴使來自反應(yīng)器的加熱加壓生物質(zhì)供給到第一減壓貯存器中，以使生物質(zhì)分解，

(vi)將第一減壓貯存器的生物質(zhì)輸送到第二減壓貯存器中，第二減壓貯存器的壓力低于第一減壓貯存器的壓力，

(vii)以及將如此處理的生物質(zhì)輸送到下游設(shè)備中，以使生物質(zhì)經(jīng)受后處理。

該美國專利US8673112還涉及生物質(zhì)熱處理裝置。

國際專利申請WO2014135734提出一種連續(xù)工作用以有機(jī)物熱水解的方法，其包括一道預(yù)熱工序、一道隨后的反應(yīng)工序和一道降壓工序。預(yù)熱工序包括待水解有機(jī)物在第一循環(huán)回路中循環(huán)；反應(yīng)工序包括使有機(jī)物經(jīng)受一定的壓力和一定的溫度，來使從第一循環(huán)回路排出的有機(jī)物在第二循環(huán)回路中循環(huán)；而降壓工序包括對從第二回路連續(xù)排出的有機(jī)物進(jìn)行減壓。

現(xiàn)有技術(shù)中解決方案的缺陷

現(xiàn)有技術(shù)的解決方案主要針對熱水解處理而非水熱碳化處理研發(fā)。其涉及的方法中，壓力和溫度條件為中等，通常是0.6兆帕和160℃。

這些解決方案不完全令人滿意，特別是對于高溫高壓，因?yàn)槠湟馕吨谏镔|(zhì)(或污泥)注入到反應(yīng)器中時(shí)要供給大量蒸汽。這表現(xiàn)為能量消耗不好掌握、運(yùn)行成本高以及干度降低，干度由生物質(zhì)或污泥的干料含量限定。

另外，輸入反應(yīng)器中的污泥可能含有會堵塞反應(yīng)器入口或破壞反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的固體廢料、尤其是礦物聚集體?，F(xiàn)有技術(shù)中的解決方案不能減少反應(yīng)器堵塞或磨損的危險(xiǎn)。

最后，均化污泥蒸汽混合物所需的注射混合器構(gòu)成昂貴和易損的設(shè)備，尤其是當(dāng)其必須以如水熱碳化所需的高溫高壓工作時(shí)，其中，密封蓋的密封難以實(shí)施。

另外，對于很長的停留時(shí)間，難以實(shí)施“活塞流”式工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決至少一個(gè)上述問題或上述缺陷。

為此，本發(fā)明提出一種含有有機(jī)物的污泥的連續(xù)水熱碳化方法，污泥干度為10至30％之間，所述方法包括在反應(yīng)器中進(jìn)行的水熱反應(yīng)工序(以及優(yōu)選地，使已經(jīng)受過水熱反應(yīng)工序的污泥冷卻的至少一道冷卻工序)，水熱反應(yīng)工序包括下列工序：

－污泥注入工序，其中，污泥由第一入口注入到反應(yīng)器中，

－蒸汽注入工序，其中，蒸汽由第二入口注入到反應(yīng)器中，第二入口不同于第一入口，

－循環(huán)工序，其中，使注入到反應(yīng)器中的污泥和蒸汽構(gòu)成的混合物在反應(yīng)器內(nèi)部循環(huán)，

－連續(xù)排出工序，用于使反應(yīng)器中容納的至少一部分混合物由污泥出口連續(xù)排出，尤其是在起動階段外。

在本說明書中，表述“連續(xù)排出”是指以必要時(shí)可變化的流量連續(xù)排出，優(yōu)選地，由反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)操控這種連續(xù)排出。當(dāng)調(diào)節(jié)不足以恢復(fù)水熱碳化方法的平衡時(shí)，這種連續(xù)排出可暫時(shí)中斷。連續(xù)排出不是順序排出，也不是分批或“批量”排出。

相同理論也適用于表述“連續(xù)輸入”，也就是指可用詞“輸入”代替前段中的用詞“排出”。

所述方法還可包括預(yù)熱工序，其中，在污泥注入到反應(yīng)器中之前，提高污泥的溫度直至預(yù)熱溫度。

優(yōu)選地，預(yù)熱溫度可高于100℃，更優(yōu)選地高于150℃，預(yù)熱工序時(shí)污泥壓力可高于0.1兆帕，更優(yōu)選地高于0.2兆帕。

在蒸汽注入工序時(shí)，蒸汽能以與反應(yīng)器中循環(huán)的混合物逆流的方式(優(yōu)選地，沿相反方向)注入。

在一種實(shí)施方式中，循環(huán)工序進(jìn)行用以獲得均勻混合流。

優(yōu)選地，所述方法還可包括水加熱工序，其中，將從反應(yīng)器排出的污泥中所含的熱量由熱交換器傳遞到水中，及其中，使用如此加熱的水來產(chǎn)生在蒸汽注入工序時(shí)使用的蒸汽。

所述方法還可包括試劑注入工序，其中，注入試劑、尤其是酸到反應(yīng)器中，以使反應(yīng)器中容納的污泥的pH值保持小于6。

另外，所述方法還可包括試劑注入工序，其中，注入試劑、尤其是堿到反應(yīng)器中，以使反應(yīng)器中容納的污泥的pH值保持大于8。

本發(fā)明還涉及一種水熱碳化裝置，用于使含有有機(jī)物的污泥連續(xù)水熱碳化，污泥干度為10-30重量％之間的干物質(zhì)含量，該裝置具有反應(yīng)器，反應(yīng)器具有：

－第一入口，用于將污泥注入到反應(yīng)器中，

－第二入口，用于將蒸汽直接注入到反應(yīng)器中，第二入口不同于第一入口，

－循環(huán)部件，用于使注入到反應(yīng)器中的污泥與蒸汽構(gòu)成的混合物在反應(yīng)器內(nèi)部循環(huán)，以及

－污泥出口，用于從反應(yīng)器連續(xù)排出反應(yīng)器中容納的至少一部分混合物。

根據(jù)一有利的特征，根據(jù)本發(fā)明的該裝置還可具有預(yù)熱裝置，預(yù)熱裝置用于通過在反應(yīng)器上游將蒸汽注入污泥中來提高在第一入口上游的污泥的溫度。

根據(jù)本發(fā)明的另一有利的特征，根據(jù)本發(fā)明的裝置還可具有附加熱交換器，附加熱交換器用于利用從反應(yīng)器排出的污泥中所含的熱量來產(chǎn)生蒸汽，蒸汽是由預(yù)熱裝置注入到在反應(yīng)器上游的污泥中的蒸汽。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的裝置還可具有熱交換器和鍋爐，熱交換器用于使從反應(yīng)器排出的污泥中所含的熱量傳遞到在熱交換器與鍋爐之間循環(huán)的水中，鍋爐用于提供直接注入反應(yīng)器中的蒸汽。

在一種有利的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的裝置還可具有冷卻設(shè)備，冷卻設(shè)備用于冷卻從反應(yīng)器排出的污泥，冷卻設(shè)備安裝在熱交換器和附加熱交換器的下游。

根據(jù)本發(fā)明的裝置還可具有余熱利用器，余熱利用器用于使從反應(yīng)器排出的污泥中所含的熱量傳遞到在余熱利用器與一方面是附加熱交換器、另一方面是熱交換器之間循環(huán)的水中。

優(yōu)選地，余熱利用器安裝在附加熱交換器的下游。

優(yōu)選地，余熱利用器安裝在冷卻設(shè)備的上游。

附圖說明

通過閱讀以下附圖所示的非限制性實(shí)施方式和實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特征將體現(xiàn)出來，附圖中：

-圖1是根據(jù)本發(fā)明的水熱碳化設(shè)備的第一實(shí)施方式的示意圖；

-圖2是根據(jù)本發(fā)明的水熱碳化設(shè)備的第二實(shí)施方式的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面描述的實(shí)施方式是非限定性的，尤其可以考慮本發(fā)明的這種變型：其只包括描述特征的選擇——如果該特征選擇足以賦予技術(shù)優(yōu)點(diǎn)或者足以使本發(fā)明不同于現(xiàn)有技術(shù)的話，所述特征獨(dú)立于描述的其它特征(即便在包括所述其它特征的一個(gè)句子內(nèi)該選擇也是獨(dú)立的)。該選擇包括至少一個(gè)特征，優(yōu)選是沒有結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)或者只有部分結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的功能性特征——如果僅該部分細(xì)節(jié)就足以賦予技術(shù)優(yōu)點(diǎn)或足以使本發(fā)明不同于現(xiàn)有技術(shù)的話。

在對實(shí)施方式和變型的本說明中，蒸汽默認(rèn)為水蒸汽。

在本說明書中所指的任何壓力默認(rèn)是絕對壓力。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的污泥連續(xù)水熱碳化裝置的一示例。該裝置具有反應(yīng)器4，反應(yīng)器用于進(jìn)行水熱反應(yīng)工序。

該水熱反應(yīng)工序包括下列工序：

－污泥注入工序，其中，污泥由第一入口11注入到反應(yīng)器4中，

－蒸汽注入工序，其中，蒸汽由第二入口15注入到反應(yīng)器4中，第二入口15不同于第一入口11，

－循環(huán)工序，其中，將由注入到反應(yīng)器4中的污泥和蒸汽構(gòu)成的混合物在反應(yīng)器4內(nèi)循環(huán)，

－排出工序，用于使反應(yīng)器4中容納的至少一部分混合物由污泥出口16連續(xù)排出。

在本說明書中，表述反應(yīng)器4中污泥、混合物或者液體的“循環(huán)”系指反應(yīng)器4中污泥、混合物或者液體的任何運(yùn)動。

在本說明書中，表述“循環(huán)通道”系指反應(yīng)器中沿其進(jìn)行任何運(yùn)動的通道。

在本說明書中，表述反應(yīng)器中使污泥、混合物或者液體“循環(huán)”是指直接在反應(yīng)器4內(nèi)，產(chǎn)生或者保持反應(yīng)器中污泥、混合物或者液體的循環(huán)(即運(yùn)動)，優(yōu)選地，不受污泥由第一入口11輸入到反應(yīng)器4中的速度的方向和的幅度影響。

所謂污泥循環(huán)，在該實(shí)施方式中，通常是指污泥的相對移動，限定污泥在反應(yīng)器4內(nèi)通常為0.1至3米/秒的平均移動速度Vd、污泥由第一入口11輸入的通常為0.005至0.1米/秒的平均輸入速度Ve、又或者通常為5至300的比率Vd/Ve。

由第一入口11注入反應(yīng)器4中的污泥如同下述那樣進(jìn)行輸送。

首先，含有有機(jī)物的污泥例如來自料槽(未示出)，用以例如在重力作用下輸送到導(dǎo)管100(裝置入口)中。到達(dá)導(dǎo)管100的污泥的干度通常在10-30重量％之間、通常為18-24重量％之間的干物質(zhì)含量。這些污泥由裝置1如泵、螺旋器、重力作用裝置、機(jī)械輸送裝置或者任何可將污泥輸送到預(yù)熱裝置2的裝置，連續(xù)輸送至預(yù)熱裝置2。在圖1所示的實(shí)施例中，該裝置1是泵。

預(yù)熱裝置2用于實(shí)施預(yù)熱工序，在預(yù)熱工序中，在污泥注入到反應(yīng)器4之前，提高污泥溫度直至預(yù)熱溫度。在該示例中，預(yù)熱溫度高于100℃，在該預(yù)熱工序時(shí)污泥壓力高于0.1兆帕。

因此，預(yù)熱裝置2可通過在反應(yīng)器4的上游將蒸汽注入污泥中，來提高在第一入口11上游的污泥的溫度。優(yōu)選地，由該預(yù)熱裝置2如此注入的蒸汽處于低壓，通常壓力在0.1兆帕至1兆帕之間，典型地壓力在0.1兆帕至0.5兆帕之間。因此，預(yù)熱裝置2可以是通過污泥與蒸汽之間直接熱交換進(jìn)行污泥加熱的設(shè)備。預(yù)熱裝置2所用的蒸汽通常具有在100℃至180℃之間、通常為100℃至120℃之間的溫度。

預(yù)熱裝置2可由任何靜態(tài)或動態(tài)蒸汽注入器構(gòu)成，如帶有固定隔板的管形封閉室、帶有旋轉(zhuǎn)葉片的動態(tài)混合器，又或者在螺旋給料器(vis de gavage)的料槽的下部部分多路注入蒸汽，從而可使由這種預(yù)熱裝置2注入的蒸汽與污泥進(jìn)行均勻混合，混合物通常包括大量污泥和少量蒸汽。

通常，預(yù)熱裝置2所注入的蒸汽量為輸送到預(yù)熱裝置2的污泥質(zhì)量的質(zhì)量百分比5％至25％，通常為10％。

污泥預(yù)熱通常在50至150℃之間、優(yōu)選高于70℃(優(yōu)選為70至80℃之間)的溫度下進(jìn)行。這種溫度允許在預(yù)熱裝置2的下游使用簡易泵3。實(shí)際上，預(yù)熱裝置2進(jìn)行的這種蒸汽注入表現(xiàn)為污泥干度的略微降低。例如，污泥在預(yù)熱裝置2的上游、在泵1中具有20％的干度，而污泥在預(yù)熱裝置2的下游、例如在泵3中具有18％的干度。

污泥離開預(yù)熱裝置2，由導(dǎo)管101輸入到泵3中，污泥在泵3中通常增壓到0.6至4兆帕之間、典型地為2.5至3兆帕之間的壓力。

根據(jù)反應(yīng)器4的吸收能力，泵1和3同步工作。

接著，污泥由連接泵3與反應(yīng)器4的第一入口11的導(dǎo)管102向反應(yīng)器4輸送。

第一入口11用于將污泥注入反應(yīng)器4中。

污泥直接連續(xù)地注入反應(yīng)器4中，使得污泥快速融入反應(yīng)器4中容納的混合物。通常，由于由第一入口11注入的污泥(例如1厘米/秒)與反應(yīng)器4中第一入口11處循環(huán)的混合物(例如100厘米/秒)之間的差速作用，在反應(yīng)器4中，在第一入口11處，會產(chǎn)生污泥剪切作用。該差速通常具有5至300之間的系數(shù)。相關(guān)相應(yīng)的速度矢量的不同定向引起剪切作用，剪切作用允許由第一入口11注入的少量冷污泥與在反應(yīng)器4中循環(huán)的大量熱碳化污泥進(jìn)行快速混合。因此，該剪切作用允許注入的少量污泥與反應(yīng)器4中均勻混合的大量污泥進(jìn)行融合。

第二入口15用于將蒸汽直接注入到反應(yīng)器4中，第二入口15不同于第一入口11。

反應(yīng)器4的內(nèi)部空間構(gòu)造成確?；旌衔镅嘏c蒸汽由第二入口15注入的方向不同的方向循環(huán)。特別是，在蒸汽注入工序時(shí)，蒸汽優(yōu)選以與反應(yīng)器4中循環(huán)的混合物逆流的方式注入。

在本說明書中，表述“逆流”是指：對于污泥在反應(yīng)器4中在第二入口15附近沿主方向的(一般)循環(huán)方向，蒸汽注入方向具有與主方向相反的至少一個(gè)分量。換句話說，對于污泥在反應(yīng)器4中在第二入口15附近沿主方向的(一般)循環(huán)方向，蒸汽注入方向與主方向形成pi/2到3*pi/2弧度之間的正角。優(yōu)選地，該角具有pi弧度(相反的矢量)。

循環(huán)工序進(jìn)行來獲得均勻混合流。這里，表述“均勻混合”是指：反應(yīng)器4中污泥+蒸汽混合物顆粒到達(dá)污泥+蒸汽混合物所處的反應(yīng)器的任何位點(diǎn)的概率與另一污泥+蒸汽混合物顆粒到達(dá)該相同位點(diǎn)的概率相同。因此，能以污泥+蒸汽混合物均勻體積與污泥+蒸汽混合物所占的總體積之間的分?jǐn)?shù)計(jì)算均勻性百分率。如果獲得的均勻性百分率大于90％(或者換句話說，污泥+蒸汽混合物顆粒不會到達(dá)或不會總到達(dá)的“死區(qū)”不超過10％)，則認(rèn)為反應(yīng)器均勻混合?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的鋰示蹤測試，測定污泥+蒸汽混合物的均勻量。

反應(yīng)器均勻混合的事實(shí)非常有利于化學(xué)反應(yīng)，相對于“分批”或者以活塞流工作的反應(yīng)器來說，尤其如此。

循環(huán)部件(未示出)用于使混合物在反應(yīng)器4內(nèi)部循環(huán)，可使反應(yīng)器4中混合物的狀態(tài)均勻化。循環(huán)部件通常具有循環(huán)器(未示出)，例如葉片式循環(huán)器，用于使污泥在反應(yīng)器4的內(nèi)部空間中沿著由一個(gè)或多個(gè)內(nèi)壁(未示出)界定的循環(huán)通道循環(huán)。

反應(yīng)器中污泥、混合物或液體的所謂“循環(huán)部件”或者“循環(huán)器”，在本說明書中是指用于直接在反應(yīng)器4內(nèi)，產(chǎn)生或者保持污泥、混合物或者液體的循環(huán)(即運(yùn)動)的部件，優(yōu)選地，其不受污泥由第一入口11輸入到反應(yīng)器4中的速度的方向和幅度的影響。

根據(jù)未示出的變型，該循環(huán)器可包括：

－具有一個(gè)或多個(gè)葉片的攪拌器，和/或

－螺旋器，和/或

－泵，和/或

－污泥循環(huán)回路，和/或

－起泡器。

反應(yīng)器4的內(nèi)部空間還構(gòu)造成，在該內(nèi)部空間的上部部分(即高度比該內(nèi)部空間其他部分高的部分)形成除氣容積(未示出)。在該除氣容積中，混合物不循環(huán)。該除氣容積用于回收不冷凝氣體。

反應(yīng)器4還配有不冷凝氣體出口13，其使除氣容積連接于排出導(dǎo)管30，用以進(jìn)行以后可能的處理。該不冷凝氣體出口13由閥操控，以控制反應(yīng)器4中的壓力。

優(yōu)選地，第二入口15與第一入口分開的距離大于反應(yīng)器4的內(nèi)部空間的最大線性尺寸的十二分之一。該距離足以能產(chǎn)生剪切作用。該距離被視為分別第一入口11和第二入口15的兩點(diǎn)之間的最短距離。

污泥在反應(yīng)器1中的停留時(shí)間例如可通過鋰示蹤或者建立數(shù)字模型加以確定。

由第二入口15直接注入反應(yīng)器4中的蒸汽在通常為0.6至4.5兆帕之間、典型為2.5至3兆帕之間的高壓下，以及在通常為160至250℃之間、典型為220℃至240℃之間的高溫下，飽和或過熱。

優(yōu)選地，蒸汽注入方向與在反應(yīng)器4中、在位于第二入口15附近的區(qū)域內(nèi)顆粒的混合物的顆粒方向相反。

實(shí)現(xiàn)蒸汽由第二入口15注入，用以控制反應(yīng)器4中混合物的溫度，用以使該溫度保持在確定值，確實(shí)值通常為140℃至270℃之間，典型地在180℃至200℃之間。在反應(yīng)器4的一個(gè)或多個(gè)部位處控制該溫度，以控制反應(yīng)器所含的混合物的均勻度。這樣由第二入口15注入的蒸汽流量被調(diào)節(jié)成使溫度保持在上述額定值，從而與現(xiàn)有技術(shù)中使用注射混合器的解決方案相反地，可限制蒸汽量并使裝置能量平衡最佳化。

根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施方式，可選地進(jìn)行：

－試劑注入工序，其中，注入酸性試劑到反應(yīng)器4中，以使反應(yīng)器4中容納的污泥的pH值保持小于6，

－試劑注入工序，其中，注入堿性試劑到反應(yīng)器4中，以使反應(yīng)器4中容納的污泥的pH值保持大于8。

試劑的注入可借助于pH檢測儀進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，可根據(jù)pH值的下限或上限達(dá)到或超過，自動地注入一種或另一種試劑(堿性或酸性)。

為了注入試劑，反應(yīng)器4具有試劑入口12，其連接于試劑注入導(dǎo)管5。

試劑的注入可加速碳化反應(yīng)。例如借助于pH檢測儀，或者直接在反應(yīng)器4中、或者在反應(yīng)器4下游在經(jīng)受過水熱反應(yīng)工序的污泥流通的導(dǎo)管103、104、105、106或107中控制pH值。

污泥出口16用于從反應(yīng)器4連續(xù)排出其中所含的至少一部分混合物。

圖1所示的本發(fā)明的裝置還允許進(jìn)行至少一道冷卻工序，其中，已經(jīng)受過水熱反應(yīng)工序的污泥被冷卻。所述至少一道冷卻工序如下所述。

所述裝置用于進(jìn)行水加熱工序，其中，將從反應(yīng)器4排出的污泥中所含的熱量通過熱交換器6傳遞到水中，使用如此加熱的水以產(chǎn)生蒸汽注入工序時(shí)所用的蒸汽。

為此，圖1所示的裝置具有熱交換器6，熱交換器由導(dǎo)管103連接于污泥出口16。該裝置還具有鍋爐22，鍋爐由導(dǎo)管21連接于該熱交換器6。該熱交換器6用于使從反應(yīng)器4排出的污泥中所含的熱量傳遞到在該熱交換器6與鍋爐22之間由導(dǎo)管21循環(huán)的水中。鍋爐22由另一能源(未示出)供能，布置用于提供蒸汽，該蒸汽通過與第二入口15連接的導(dǎo)管23直接注入到反應(yīng)器4中。

在該熱交換器6中循環(huán)的水通常被加熱到120至260℃之間、典型地在160至170℃之間的溫度。在熱交換器6中被加熱的該水由導(dǎo)管21被引導(dǎo)到鍋爐22，鍋爐22則會產(chǎn)生由第二入口15直接注入到反應(yīng)器4中的蒸汽。

由導(dǎo)管20到達(dá)該熱交換器6中的水具有適于產(chǎn)生蒸汽的質(zhì)量(軟化、脫礦質(zhì)等)。

該熱交換器6可以是適于這種熱交換的任何類型，例如管中管、煙管、套管類型等。

圖1所示的裝置還具有附加熱交換器7，其用于通過利用從反應(yīng)器4排出的污泥中所含的熱量，使在該附加熱交換器7中循環(huán)的水轉(zhuǎn)變成蒸汽，該蒸汽是由預(yù)熱裝置2注入到在反應(yīng)器4上游的污泥中的蒸汽。

已經(jīng)由熱交換器6冷卻的水解污泥，由熱交換器6的導(dǎo)管104輸送到附加熱交換器7。該附加熱交換器7用于產(chǎn)生飽和或者略微過熱的蒸汽，飽和或者略微過熱的蒸汽用于由預(yù)熱裝置2注入到在反應(yīng)器4上游顆粒的污泥中。如此產(chǎn)生的蒸汽具有0.1至1兆帕之間、典型為0.15至0.3兆帕之間的壓力。

附加熱交換器7是煙管式沸騰器類型，或者為任何其它能產(chǎn)生飽和蒸汽的交換器。

在附加熱交換器7中循環(huán)的水由導(dǎo)管24到達(dá)，水的質(zhì)量尤其在軟化、脫礦質(zhì)等方面與所需蒸汽產(chǎn)生相容。

圖1所示的裝置還包括冷卻設(shè)備8，用于冷卻從反應(yīng)器4排出、而通過連接該冷卻設(shè)備與附加熱交換器7的導(dǎo)管105來自于附加熱交換器7的污泥。因此，該冷卻設(shè)備8安裝在熱交換器6和附加熱交換器7的下游。

由熱交換器6和附加熱交換器7部分地冷卻的污泥，通過導(dǎo)管105被引導(dǎo)到進(jìn)行最終冷卻工序的該冷卻設(shè)備8中。該冷卻設(shè)備8實(shí)施成隨后由導(dǎo)管106、107向最終脫水處理組件10輸送的污泥的溫度在污泥到達(dá)該組件10中之前達(dá)到確定溫度。該確定溫度通常是40至90℃之間，典型地在60至70℃之間。

為了實(shí)施該最終冷卻工序，冷卻設(shè)備8可以是交換器，一方面是污泥、另一方面是水、空氣或者任何可用的冷卻流體之類的流體在其中循環(huán)。這種冷卻流體由導(dǎo)管26到達(dá)該冷卻設(shè)備或者交換器8中，由導(dǎo)管27從中排出。交換器類型例如是一種管中管式或者煙氣回路中的管類型的交換器。

污泥離開該冷卻設(shè)備8，由導(dǎo)管106到達(dá)降壓機(jī)構(gòu)9中，從而允許污泥在組件10中進(jìn)行最終脫水處理之前，達(dá)到接近大氣壓的壓力。降壓機(jī)構(gòu)9和最終脫水處理組件10由導(dǎo)管107彼此連接。

該降壓機(jī)構(gòu)9可以是泵、閥、膜片或者任何可這樣降低污泥壓力的附件。

裝置的起動

圖1所示裝置的起動通過使蒸汽經(jīng)第二入口15直接注入反應(yīng)器4中預(yù)熱反應(yīng)器4進(jìn)行，該注入的蒸汽由導(dǎo)管23來自鍋爐22。對反應(yīng)器4的這種預(yù)熱進(jìn)行到在反應(yīng)器4內(nèi)部獲得適當(dāng)?shù)臏囟?。不將污泥注入到反?yīng)器4中來進(jìn)行該起動階段。對反應(yīng)器4的這種預(yù)熱不難進(jìn)行，因?yàn)榉磻?yīng)器4預(yù)先灌有水，水的粘度小。因此，蒸汽易于注入到水中，在小容積上冷凝，同時(shí)加熱反應(yīng)器4中容納的水量。

當(dāng)反應(yīng)器4變熱時(shí)(達(dá)到所述適當(dāng)?shù)臏囟?，可用泵3由第一入口11注入污泥，而不必一定需要使用預(yù)熱裝置2。實(shí)際上，與反應(yīng)器4中可用的容積(通常為3小時(shí)的停留時(shí)間)相比較，連續(xù)注入少量污泥，可使如此注入的污泥相當(dāng)快速地升溫，從而液化，達(dá)到接近水流變性的流變性。

接著，通過啟動污泥在導(dǎo)管103、104、105、106和107中的顆粒，而開始使預(yù)熱裝置2產(chǎn)生蒸汽，從而允許在反應(yīng)器4的上游預(yù)熱污泥。

實(shí)施例

下述實(shí)施例將說明熱回收以大大減少所述方法的熱消耗的優(yōu)點(diǎn)。

考慮在導(dǎo)管100中，污泥干度為19％，流量為2700千克/小時(shí)。在預(yù)熱裝置2中以262千克/小時(shí)注入在107℃和0.13兆帕的蒸汽，來預(yù)熱污泥達(dá)到70℃。

在該實(shí)施例中，反應(yīng)器4中添加的酸量忽略不計(jì)。

為使反應(yīng)器4加熱到190℃，要以707千克/小時(shí)注入在220℃和3兆帕的蒸汽。

熱交換器6將允許預(yù)熱用于產(chǎn)生蒸汽的水并冷卻在熱交換器6中流通的碳化污泥直至152℃的溫度，其中所述蒸汽以10℃至180℃直接注入反應(yīng)器4中。

附加熱交換器7將允許利用在10℃的水產(chǎn)生在0.13兆帕下的用于預(yù)熱裝置2的蒸汽，同時(shí)冷卻在該附加熱交換器7中流通的碳化污泥直至103℃的溫度。

使用10℃水的冷卻設(shè)備8則可使在該冷卻設(shè)備8中流通的碳化污泥在組件10中被最終脫水之前，冷卻至70℃。

因此，回收了(190-103)/(190-70)＝72.5％的能量，該能量被輸入到裝置中用以滿足其運(yùn)行的需要。

要注意的是，冷卻設(shè)備8中產(chǎn)生的熱水也可用于除本發(fā)明裝置運(yùn)行外的需要。在這種情況下，該裝置運(yùn)行所需的100％能量在內(nèi)部或外部被利用。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的水熱碳化設(shè)備的第二實(shí)施方式的示意圖，將僅描述該實(shí)施方式與圖1第一種方式的不同之處。

該第二實(shí)施方式還具有余熱利用器71，用于使從反應(yīng)器4排出的污泥中所含的熱量傳遞到在該余熱利用器71與一方面是附加熱交換器7、另一方面是熱交換器6之間循環(huán)的水中。

在該實(shí)施例中，余熱利用器71安裝在附加熱交換器7的下游。污泥由導(dǎo)管105a從附加熱交換器7輸送到該余熱利用器71。在該實(shí)施例中，余熱利用器71安裝在冷卻設(shè)備8的上游。污泥由導(dǎo)管105b從余熱利用器71輸送到冷卻設(shè)備8。

在該實(shí)施例中，優(yōu)選經(jīng)過軟化處理的水由導(dǎo)管711到達(dá)余熱利用器71中。導(dǎo)管711中的水通常處于環(huán)境溫度下。該水例如以90℃的溫度由導(dǎo)管712從余熱利用器71排出。導(dǎo)管712例如通過分支Y71連接于導(dǎo)管24和20，以將被余熱利用器71加熱的水輸送至附加熱交換器7和熱交換器6。

這種裝置的一種優(yōu)點(diǎn)是，通過使冷流體與已經(jīng)冷卻的污泥在行程末段接觸，能最大限度地降低污泥溫度，同時(shí)回收最多能量來滿足所述方法的需要。

顯然，本發(fā)明不局限于剛描述的實(shí)施例，許多設(shè)置可提供給這些實(shí)施例，而這不超出本發(fā)明的范圍。另外，本發(fā)明的不同的特征、形狀、變型和實(shí)施方式只要不是互不相容或不是相互排斥，則可根據(jù)各種組合彼此結(jié)合。