生物质的水热碳化方法及相关设备技术

本发明专利技术涉及用于加热在工业处理路径中移动的生物质的方法，所述工业处理路径包括用于输入生物质的入口(1)、加热装置(4)和处理站(5)，由加热装置(4)加热的生物质的一部份经由返回支路(R)返回，一直到加热装置(4)上游的混合站(2)，以在此与该输入生物质构成温度高于该输入生物质的温度的混合物，该加热的生物质部份在处理站(5)的出口(51)处被提取。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及热及化学处理生物质的领域，所述生物质例如是来源于废水处理系统的污泥。本专利技术更特别地涉及生物质的水热碳化方法以及用于实施这种方法的设备。
技术介绍
在现有技术中已知典型地在于使生物质经受接近200℃的温度和接近20巴的压力的水热碳化方法。专利EP2388305A2描述了一种设备，该设备包括生物质在其中循环的处理路径，这个路径尤其包括热交换器和反应器。热交换器被布置为借助于传递流体(fluidedetransfert)在其中循环的传递线路来加热在该路径中循环的生物质。在此热交换器中预热之后，该生物质然后在反应器中碳化，在该反应器中生物质进行大约4小时的平均停留时间。专利EP2388305A2也报道了试验结果，根据这些结果，诸如甘油的添加剂向生物质中的注入使得能够显著降低这种生物质的粘度并且显著促进反应器中包含生物质和添加剂的混合物的温度的升高。这种水热碳化设备或方法具有多种缺点：-反应器必须提供能量以提高生物质的温度，-生物质在反应器中的停留时间意味着生物质在反应器中的搅拌，以确保热交换并且使加热均匀，-反应器的加热表面与生物质之间的温度梯度促进了生物质的沉降，导致需要使用混合器-刮擦器来去除反应器内壁上的生物质沉积物，该混合器-刮擦器还意味着维护成本并且另外还构成了对人员存在风险的部件以及降低设备可行性的部件，-在反应器中加热生物质所固有的停留时间限制了该设备可处理的生物质体积并且使得需要增加反应器的体积来处理更多的生物质，-热交换器中生物质的温度提高受限于进入该设备中的生物质的相对高的粘度；作为示例，脱水污泥比水粘至少十倍，-净化污泥类型的生物质的热特性需要高注入泵功率以及因此的高电能成本。
技术实现思路
本专利技术的目的尤其在于通过提供用于加热生物质的方法以及用于实施这种方法的设备来克服全部或者部分的这些缺点，从而优化热交换并且利用通过实施这种方法或者运行这种设备所产生的热能。为此，本专利技术提供用于加热在工业处理路径(trajet)中移动的生物质的方法，所述工业处理路径包括用于输入生物质的入口、加热装置(moyen)和处理站(poste)，由加热装置加热的生物质的一部份经由返回支路返回，一直到加热装置上游的混合站，以在此与该输入生物质构成温度高于该输入生物质的温度的混合物，该加热的生物质部份在处理站的出口处被提取。这种方法与不进行这种返回的方法相比使得能够降低加热装置上游的生物质的粘度。这导致该路径中的压降的减小以及在加热装置处的热交换的增益。结果是，生物质的温度得到更大的提高。有利地，该生物质是净化污泥，优选脱水净化污泥，并且该处理是水热碳化。实际上，净化污泥、尤其是脱水净化污泥具有相对差的热交换系数，也就是说不利于其温度的提高并且导致非常大的设备尺寸。根据本专利技术的方法使得能够改善这种污泥的交换系数。根据一种特别有利的特性，借助于控制装置来控制加热装置，以使得生物质的温度在其到达处理站之前达到参数化的温度，该参数化的温度为165℃-205℃，优选185℃。在此方式，生物质在其到达处理站时的温度是足够高的，尤其是当该处理是水热碳化时，以避免在处理站中必须进一步提高生物质的温度。这使得能够免除处理站的加热功能，并且因而消除由这种功能所导致的处理站中的温度梯度。因此，具有这种特性的方法使得能够限制由于生物质在处理站壁上的焙烧(或沉积)而造成的粘附，这种粘附或者沉积可导致处理站中的热交换中断。该方法还使得能够免除旨在限制这种粘附或沉积的任何装置或操作(例如，刮擦和/或混合操作)。去除处理站的加热功能的另一个优点在于，对于给定量的待处理生物质来说，可减小处理站的体积，因为不再有任何与该加热功能相关的生物质在该处理站中的停留时间的需求。根据本专利技术的第一变化形式，生物质在混合站和加热装置之间进行加压，并且该生物质部份的压力在返回支路中被降低。在返回支路中循环的该生物质部份的减压在混合站中产生在输入生物质中传播的蒸汽并且随着其在加热输入生物质时的迁移而冷凝。在返回支路中循环的此生物质部份的蒸汽的冷凝由于混合站中的生物质处于大气压的影响下的事实而成为可能，该混合物在混合站下游的路径中加压。此外，由于减压产生的振动避免了位于混合站中的生物质的成拱作用，从而促进了混合。根据本专利技术的一种特点，减压的该生物质部份与输入生物质经历机械混合操作(例如使用混合器)。这种操作进一步促进了混合。有利地，根据在混合站中所包含的输入生物质的量来调节返回到混合站的该生物质部份的流量。根据一种特点，控制该生物质部份的返回以使得这个部份只有在输入生物质存在于混合站中时才确实返回到混合站中。根据本专利技术的第二变化形式，在混合站的上游使生物质加压，并且在返回支路中提高该部份的压力。这种第二变化形式具有的优点是将该生物质部份返回到该路径中，同时将其与已经加压的输入生物质混合，从而避免使用用于降低返回支路中的该部份的压力的能量耗散器。根据一种有利的特性，提高加热装置上游的生物质的压力，一直到使得能够将混合物加热到高于100℃的温度而无沸腾的数值。根据另一种有利的特性，在加压泵出口处的压力大于3MPa。这些特性使得能够受控提高生物质的温度。有利地，根据本专利技术的第一变化形式，该路径还包括在处理站下游的冷却站，并且将传递流体在冷却站和加热装置之间的其路程中加热。非常有利地，加热传递流体，一直到高于在处理站处的生物质温度的温度。在加热装置处传递的热量因而可将生物质在其到达处理站之前加热到所述参数化的温度。根据一种非常有利的特性，使用同一外部热源来加热传递流体和载热流体(保证在处理站处的生物质温度的保持)。有利地，该处部热源可由锅炉燃烧器构成。根据本专利技术的第二有利变化形式，回收处理站下游的生物质的热量并且将这种回收的热量传递到处理站上游的生物质中。优选地，回收处理站下游的生物质的热量并且借助于离开处理站的生物质与在处理站上游的路径中循环的生物质之间的(直接或间接)热交换装置将这种回收的热量传递到处理站上游的生物质中。根据本专利技术的一种有利特性，该方法包括在加热装置上游将添加剂注入到生物质中的步骤。注入的添加剂可由任何能够分解有机物质的催化剂构成，例如酸如硫酸，或者如在专利EP2388305A2中所述的催化剂。这个注入步骤还有助于降低生物质的粘度并且因而促进其温度的提高，并且还使得能够降低该路径中的积垢现象。另外可选地，该注入步骤可在加热装置的下游或者加热装置内进行。根据本专利技术的另一有利特性，借助于再循环支路提取处理站中的生物质的一部分，并且将这个部分返回到处理站中以产生生物质在处理站中的运动。在处理站中的该生物质部分的这种提取和返回使得能够限制处理站中的生物质的粘附或沉积，并且免除旨在限制这种粘附或沉积的任何装置或操作。有利地，该生物质部分以进入处理站的生物质流量的5至15倍的流量提取。本专利技术还涉及用于实施根据刚刚描述的各种特性组合的方法的设备，这种设备包括工业处理路径，所述工业处理路径包括：-布置用于使输入生物质进入该路径的入口，-布置用于使生物质在该路径中移动的加压泵，-能够加热生物质的加热装置，-处理站，该处理站能够将生物质大致保持在进入处理站的温度，该处理站被安装在加热装置的下游，-离开处理站的生物质与在处理站上游的路径中循环的生物质之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于加热在工业处理路径中移动的生物质的方法，所述工业处理路径包括用于输入生物质的入口(1)、加热装置(4，4b)和处理站(5)，由加热装置(4，4b)加热的生物质的一部份经由返回支路(R)返回，一直到加热装置(4，4b)上游的混合站(2)，以在此与该输入生物质构成温度高于该输入生物质的温度的混合物，该加热的生物质部份在处理站(5)的出口(51)处被提取，其特征在于，回收处理站(5)下游的生物质的热量并且借助于离开处理站(5)的生物质与在处理站(5)上游的路径中循环的生物质之间的热交换装置将这种回收的热量传递到处理站(5)上游的生物质中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.04 FR 14606171.用于加热在工业处理路径中移动的生物质的方法，所述工业处理路径包括用于输入生物质的入口(1)、加热装置(4，4b)和处理站(5)，由加热装置(4，4b)加热的生物质的一部份经由返回支路(R)返回，一直到加热装置(4，4b)上游的混合站(2)，以在此与该输入生物质构成温度高于该输入生物质的温度的混合物，该加热的生物质部份在处理站(5)的出口(51)处被提取，其特征在于，回收处理站(5)下游的生物质的热量并且借助于离开处理站(5)的生物质与在处理站(5)上游的路径中循环的生物质之间的热交换装置将这种回收的热量传递到处理站(5)上游的生物质中。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，该生物质是净化污泥，并且该处理是水热碳化。3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，借助于控制装置(C)来控制加热装置(4，4b)，以使得生物质的温度在其到达处理站(5)之前达到参数化的温度，该参数化的温度为165℃-205℃，优选185℃。4.根据权利要求1-3之一的方法，其特征在于，生物质在混合站(2)和加热装置(4，4b)之间进行加压，并且该生物质部份的压力在返回支路(R)中被降低。5.根据权利要求4的方法，其特征在于，根据在混合站(2)中所包含的输入生物质的量来调节返回到混合站(2)的该生物质部份的流量。6.根据权利要求1-3之一的方法，其特征在于，在混合站(2)的上游使生物质加压，并且在返回支路(R)中提高该部份的压力。7.根据权利要求4-6之一的方法，其特征在于，提高加热装置(4，4b)上游的生物质的压力，一直到使得能够将混合物加热到高于100℃的温度而无沸腾的数值。8.根据权利要求7的方法，其特征在于，加压泵(3，3b)出口处的压力大于3MPa。9.根据权利要求1-8之一的方法，其特征在于，该路径还包括在处理站(5)下游的冷却站(6)，并且将传递流体在冷却站(6)和加热装置(4)之间的其路程中加热。10.根据权利要求9的方法，其特征在于，加热传递流体，一直到高于在处理站(5)处的生物质温度的温度。11.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·E·帕多，J·L·波尔戴斯，
申请(专利权)人：苏伊士国际公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR