本發(fā)明涉及一種用于水熱碳化的方法和裝置。

本發(fā)明的領(lǐng)域更特別涉及但不限于富含有機(jī)物的泥漿的處理領(lǐng)域，例如來自城市或工業(yè)廢水的除污染過程或管網(wǎng)清淤作業(yè)的泥漿。這種處理的目的是減小泥漿體積，并使泥漿在生物方面和物理-化學(xué)方面穩(wěn)定，并產(chǎn)生有價值的副產(chǎn)品。

本發(fā)明更特別涉及用于包含有機(jī)物的泥漿的連續(xù)水熱碳化的方法和裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展了兩類處理：

－熱水解；

－水熱碳化。

Porteous已經(jīng)在二十世紀(jì)初建立了泥漿的熱水解技術(shù)。該技術(shù)使用一些順序運(yùn)行的加壓反應(yīng)器。一般為，將泥漿泵入到第一反應(yīng)器中，將鍋爐產(chǎn)生的蒸汽注入到第一反應(yīng)器中，直到在該第一反應(yīng)器內(nèi)得到約180℃的溫度和1.5MPa的壓力，然后將反應(yīng)器中的溫度保持30分鐘，然后使泥漿在其自身的壓力下穿過一熱交換器排出。該熱交換器用于回收在從第一反應(yīng)器出來的泥漿中包含的熱，并用于加熱進(jìn)入第二反應(yīng)器中之前的泥漿。為了提高生產(chǎn)率并保證連續(xù)運(yùn)行，已經(jīng)經(jīng)過了許多發(fā)展和改進(jìn)。然后使泥漿脫水，即已經(jīng)在反應(yīng)器中經(jīng)過這種處理的泥漿成為生物處理例如厭氧消化的目標(biāo)，以便通過產(chǎn)生生物氣減少泥漿的量。

水熱碳化技術(shù)(HTC)接近熱水解，但目的不是制備用于其消化的泥漿，其目的是通過熱量和整體高于熱水解的溫度并保證比熱水解長的泥漿逗留時間(幾小時)并一般存在反應(yīng)劑，將泥漿轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的碳中和生物碳。

HTC技術(shù)還可產(chǎn)生生物碳，一種與腐殖土類似的產(chǎn)品，它可以用于改良農(nóng)業(yè)土壤并儲存CO2。獲得1931年諾貝爾化學(xué)獎的Friedrich Bergius在1913年已經(jīng)描述了水熱碳化技術(shù)。

在現(xiàn)有技術(shù)中，知道專利技術(shù)FR3010403，該專利描述了用于包含有機(jī)物的泥漿熱水解的方法和裝置，所述方法包括以下步驟：

－同時實(shí)現(xiàn)將回收蒸汽注入到所述泥漿中，并通過初級動態(tài)注入器-混合器使所述泥漿與所述回收蒸汽混合，以得到初次均勻混合物；

－同時實(shí)現(xiàn)將活性蒸汽注入到所述初次均勻混合物中，并通過二級動態(tài)注入器-混合器使所述初次均勻混合物與所述活性蒸汽混合，以得到二次均勻混合物；

－將所述二次均勻混合物輸送往加壓管形反應(yīng)器，并使該二次均勻混合物在所述管形反應(yīng)器中按照足夠逗留時間和足夠溫度產(chǎn)生主要為活塞流的流動，以便可以使該二次均勻混合物中存在的有機(jī)物熱水解；

－從所述管形反應(yīng)器出口得到的二次均勻混合物在產(chǎn)生回收蒸汽的部件內(nèi)產(chǎn)生所述回收蒸汽；

－在產(chǎn)生回收蒸汽的所述部件的出口將所述二次均勻混合物冷卻到后面可以消化其包含的脫水有機(jī)物的溫度。

美國專利US8673112也描述了一種用于熱水解的方法，該方法在于：

(i)近似連續(xù)地輸送生物質(zhì)(特別是泥漿)，以使其承受第一預(yù)熱步驟并加熱該生物質(zhì)；

(ii)順序?qū)㈩A(yù)熱的生物質(zhì)帶到至少兩個反應(yīng)器中；

(iii)通過加入蒸汽加熱反應(yīng)器并給反應(yīng)器加壓；

(iv)使反應(yīng)器在一定持續(xù)時間內(nèi)保持一定溫度和壓力；

(v)通過噴嘴將來自反應(yīng)器的加熱的加壓生物質(zhì)帶到第一解壓儲存器中，而沒有明顯壓力降低和生物質(zhì)的快速降壓，以便分解生物質(zhì)；

(vi)將生物質(zhì)從第一解壓儲存器轉(zhuǎn)移到壓力低于第一解壓儲存器壓力的第二解壓儲存器中；

(vii)將這樣處理的生物質(zhì)帶到下游設(shè)備中，以使其經(jīng)受后面的處理。

該美國專利US8673112還涉及一種用于生物質(zhì)的熱處理的裝置。

國際專利WO2014135734描述了一種連續(xù)運(yùn)行以使有機(jī)物熱水解的方法，該方法包括預(yù)熱步驟、后面的反應(yīng)步驟、和減壓步驟。預(yù)熱步驟包括要水解的有機(jī)物在第一循環(huán)線路中循環(huán)；反應(yīng)步驟包括使從第一循環(huán)線路取出的有機(jī)物在第二循環(huán)線路中循環(huán)，使有機(jī)物承受一定壓力和一定溫度；并且減壓步驟包括使從第二循環(huán)線路連續(xù)提取的有機(jī)物經(jīng)過減壓。

現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案的缺點(diǎn)

現(xiàn)有技術(shù)特別是國際專利申請WO2014135734的技術(shù)方案更適于后面是細(xì)菌消化步驟的熱水解應(yīng)用。對這些應(yīng)用，反應(yīng)器內(nèi)的壓力和溫度水平比較低，約為0.6MPa和160℃。對液碳化類型的應(yīng)用，壓力和溫度水平明顯更高，約為3MPa和200℃。

因此，反應(yīng)器入口的混合器－注入器不適用于液碳化應(yīng)用。實(shí)際上，為了達(dá)到要求的溫度，必須帶來更多蒸汽，這導(dǎo)致對反應(yīng)器良好運(yùn)行以及下游的后處理設(shè)備有害的稀釋。要求的壓力和溫度條件導(dǎo)致對注入設(shè)備的較高應(yīng)力，導(dǎo)致對設(shè)備壽命有害的泄漏和腐蝕。

另外，預(yù)熱產(chǎn)生的注入反應(yīng)器中的泥漿的溫度增加減小了它們的視粘度，直到得到接近于水粘度的粘度，而不改變干燥度，干燥度由生物質(zhì)或泥漿的干燥材料含量確定。

在美國專利US8673112提出的技術(shù)方案中，設(shè)備需要多個反應(yīng)槽，這使設(shè)備大大復(fù)雜化，并且與連續(xù)運(yùn)行不相容。

本發(fā)明的目的是解決上述問題和缺點(diǎn)中的至少一個。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明提出一種包含有機(jī)物的泥漿的連續(xù)水熱碳化方法，所述泥漿的干燥度在10％-30％之間，所述連續(xù)水熱碳化方法包括在反應(yīng)器中實(shí)施的水熱反應(yīng)步驟(并優(yōu)選包括至少一冷卻步驟，在該至少一冷卻步驟中，經(jīng)過水熱反應(yīng)步驟的泥漿被冷卻)，水熱反應(yīng)包括以下步驟：

－泥漿引入步驟，在該泥漿引入步驟中，通過第一入口將泥漿引入到反應(yīng)器中；

－蒸汽內(nèi)注步驟，在該蒸汽內(nèi)注步驟中，通過第二入口將蒸汽注入到反應(yīng)器中；

－提取步驟，在該提取步驟中，通過泥漿出口連續(xù)提取包含在反應(yīng)器中的泥漿的至少一部分，

所述連續(xù)水熱碳化方法另外包括預(yù)熱步驟，在該預(yù)熱步驟中，將引入到反應(yīng)器中之前的泥漿的溫度提高到高于70℃的預(yù)熱溫度。

第二入口與第一入口分開。

“內(nèi)注”實(shí)際上是將蒸汽注入到包含在反應(yīng)器中的泥漿中，相反，“外注”是將蒸汽注入到在反應(yīng)器外的泥漿中。

在本說明書中，“連續(xù)提取”是指流量可能變化的連續(xù)提取，優(yōu)選受反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)控制。當(dāng)調(diào)節(jié)不足以得到水熱碳化方法的平衡時，該連續(xù)提取暫時中斷。連續(xù)提取不是順序提取，并且不是“批量”提取。

預(yù)熱步驟可以包括微波注入步驟，在該微波注入步驟中，將微波注入到引入到反應(yīng)器中之前的泥漿中。

在一實(shí)施方式中，預(yù)熱步驟可以包括蒸汽外注步驟，在該蒸汽外注步驟中，將蒸汽注入到引入到反應(yīng)器中之前的泥漿中；并且，所述連續(xù)水熱碳化方法另外包括附加加熱步驟，在該附加加熱步驟中，通過將從反應(yīng)器提取的泥漿中包含的熱量傳遞給引入到反應(yīng)器中之前已經(jīng)經(jīng)過預(yù)熱步驟的泥漿來提高這些泥漿的溫度。

預(yù)熱步驟可以包括循環(huán)步驟，在該循環(huán)步驟中，取出包含在反應(yīng)器中的泥漿的一部分并且將該部分的泥漿與引入到反應(yīng)器中之前的泥漿混合。

優(yōu)選地，該連續(xù)水熱碳化方法可另外包括建立流動步驟，在該建立流動步驟中，使包含在反應(yīng)器中的泥漿與注入到反應(yīng)器中的蒸汽構(gòu)成的混合物在反應(yīng)器內(nèi)流動。

本發(fā)明的方法可另外包括水加熱步驟，在該水加熱步驟中，通過熱交換器將從反應(yīng)器提取的泥漿中包含的熱量傳遞給水，并且利用如此加熱的水以產(chǎn)生蒸汽內(nèi)注步驟時使用的全部或部分蒸汽。

本發(fā)明還涉及一種包含有機(jī)物的泥漿的連續(xù)水熱碳化裝置，所述泥漿的干燥度在10％-30％之間，所述連續(xù)水熱碳化裝置包括反應(yīng)器，反應(yīng)器包括：

－第一入口，用于將泥漿引入到反應(yīng)器中；

－第二入口，用于將蒸汽直接注入到反應(yīng)器中；

－泥漿出口，用于從反應(yīng)器連續(xù)提取包含在反應(yīng)器中的泥漿的至少一部分，

所述連續(xù)水熱碳化裝置另外包括在第一入口上游的預(yù)熱部件，該預(yù)熱部件用于接收引入到反應(yīng)器中之前的泥漿并將其接收的泥漿的溫度提高到高于70℃的預(yù)熱溫度。

第二入口與第一入口分開。

根據(jù)一有利特征，預(yù)熱部件可以用于將微波注入到其接收的泥漿中。

根據(jù)另一有利特征，預(yù)熱部件可以用于將蒸汽注入到其接收的泥漿中；并且，所述連續(xù)水熱碳化裝置可以另外包括附加加熱部件，用于將從反應(yīng)器提取的泥漿中包含的熱量傳遞給預(yù)熱部件下游和反應(yīng)器上游的泥漿，以提高在預(yù)熱部件下游和反應(yīng)器上游的泥漿的溫度。

根據(jù)另一有利特征，所述連續(xù)水熱碳化裝置可以包括循環(huán)回路，用于取出包含在反應(yīng)器中的泥漿的一部分以及用于使該部分的泥漿與預(yù)熱部件接收的泥漿混合。

本發(fā)明的裝置可以另外包括熱交換器和鍋爐，該熱交換器用于將從反應(yīng)器提取的泥漿中包含的熱量傳遞給在該熱交換器和鍋爐之間流動的水，鍋爐用于提供通過第二入口注入到反應(yīng)器中的全部或部分蒸汽。

附圖說明

通過閱讀非限制性實(shí)施例和實(shí)施方式的詳細(xì)描述和以下附圖，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征將顯示出來：

－圖1表示本發(fā)明的裝置的第一變型的示意圖；

－圖2表示本發(fā)明的裝置的第二變型的示意圖；

－圖3表示本發(fā)明的裝置的第三變型的示意圖；

－圖4表示本發(fā)明的裝置的第四變型的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面描述的實(shí)施方式是非限制性的，可以考慮特別是只包括與描述的其它特征孤立的描述特征的一個選擇的本發(fā)明的變型(即使該選擇在包括這些其它特征的句子中是孤立的)，如果該特征選擇足以賦予技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，或使本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同。該選擇包括至少一優(yōu)選無結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的功能特征，或者只具有結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的一部分，如果該唯一部分足以賦予技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，或使本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同。

在對實(shí)施方式和變型的描述中，蒸汽默認(rèn)是水蒸氣。

默認(rèn)地，本說明書中指出的所有壓力均為絕對壓力。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于泥漿連續(xù)水熱碳化的裝置的例子。該裝置包括用于實(shí)施水熱反應(yīng)步驟的反應(yīng)器4。

該水熱反應(yīng)步驟包括以下步驟：

－泥漿引入步驟，在該泥漿引入步驟中，通過第一入口11將泥漿引入到反應(yīng)器4中；

－蒸汽內(nèi)注步驟，在該蒸汽內(nèi)注步驟中，通過第二入口15將蒸汽注入到反應(yīng)器4中；

－提取步驟，在該提取步驟中，通過泥漿出口16連續(xù)提取包含在反應(yīng)器4中的泥漿的至少一部分。

因此，在反應(yīng)器4中：

－第一入口11用于將泥漿引入到反應(yīng)器4中；

－第二入口15用于將蒸汽直接注入到反應(yīng)器4中；

－泥漿出口16用于從反應(yīng)器4連續(xù)提取它包含的泥漿的至少一部分。

如上所述輸送通過第一入口11注入到反應(yīng)器4中的泥漿。

首先，例如來自篩子(未示出)的包含有機(jī)物的泥漿通過入口e被引入到裝置中，以便例如通過重力被輸送到管道1a中。到達(dá)管道1a中的泥漿以干材料重量表示的干燥度一般在10％-30％之間，一般在18％-24％之間。

通過設(shè)備(未示出)如泵、螺桿、參與重力裝置、機(jī)械傳送器或任何可以將這些泥漿輸送到第一入口11上游的預(yù)熱部件2的部件通過管道1a將這些泥漿連續(xù)輸送到預(yù)熱部件2。

預(yù)熱部件2用于接收引入到反應(yīng)器4中之前的泥漿，并將其接收的泥漿的溫度提高到高于70℃的預(yù)熱溫度。因此預(yù)熱部件2可以實(shí)現(xiàn)預(yù)熱步驟，在該預(yù)熱步驟中，將引入到反應(yīng)器4中之前的泥漿的溫度提高到該預(yù)熱溫度。

在圖1的實(shí)施方式中，預(yù)熱部件2用于將微波注入到其接收的泥漿中。因此，預(yù)熱步驟包括微波注入步驟，在該微波注入步驟中，將微波注入到引入到反應(yīng)器4中之前的泥漿中。該微波注入步驟可以將泥漿溫度提高到預(yù)熱溫度。

因此預(yù)熱部件2是通過微波加熱的設(shè)備，它的功率可以使以環(huán)境溫度引入的泥漿轉(zhuǎn)變到約70℃的溫度。

預(yù)熱部件2優(yōu)選包括非金屬的管形圍擋，該非金屬的管形圍擋例如由聚合物如玻璃纖維加固的聚酯(SVR)或聚丙烯均聚物(PPH)制成。該管形圍擋穿過反應(yīng)區(qū)(未示出)，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生保證連續(xù)加熱輸送到該管形圍擋中的泥漿。預(yù)熱部件2的材料適于輸送到管形圍擋中的泥漿的接近大氣壓的低壓，一般低于2巴，并且它們的溫度優(yōu)選低于90℃。

預(yù)熱部件2的管形圍擋優(yōu)選是封閉的，或優(yōu)選受能夠封閉微波的金屬網(wǎng)的保護(hù)。

然后通過連接預(yù)熱部件2和泵3的管道1b將泥漿輸送往泵3，然后通過連接泵3和反應(yīng)器4的第一入口11的管道1c輸送往反應(yīng)器4。

預(yù)熱部件2可以連續(xù)或批量運(yùn)行。

在預(yù)熱部件2連續(xù)運(yùn)行的情況下，泥漿和微波沿它們的路徑在泵3上游的管道1b中互相作用。

進(jìn)入裝置中的泥漿包含70％至90％的水，它們對通過微波加熱構(gòu)成特別好的介質(zhì)，微波可以深度進(jìn)入到泥漿中，并因此激發(fā)泥漿包含的水分子。

根據(jù)方法的需要，預(yù)熱溫度優(yōu)選在60℃-150℃之間。從優(yōu)化的角度，該預(yù)熱溫度為70℃，該預(yù)熱溫度可以明顯降低泥漿的粘度，并且與一般用于形成泵3的材料相容。

因此，已經(jīng)經(jīng)過預(yù)熱步驟的泥漿被液化。

液化的泥漿在泵3產(chǎn)生的動力作用下通過第一入口11引入到為水熱碳化反應(yīng)器的反應(yīng)器4中。

優(yōu)選地，泥漿直接并連續(xù)注入到反應(yīng)器4中，以使它們迅速納入到反應(yīng)器4中包含的混合物中，該混合物由包含在反應(yīng)器4中的泥漿和注入到反應(yīng)器4中的蒸汽構(gòu)成。在該實(shí)施方式中，引入泥漿的第二入口15與將蒸汽注入反應(yīng)器4中的第一入口11分開。

優(yōu)選地，該方法另外包括建立流動步驟，在該建立流動步驟中使混合物在反應(yīng)器4內(nèi)流動。

在本說明書中，泥漿、混合物或液體在反應(yīng)器4中“流動”是指這些泥漿、混合物和液體在反應(yīng)器4中的任何運(yùn)動。

在本說明書中，“流動通道”是指任何種類的該運(yùn)動在反應(yīng)器中都沿著其進(jìn)行的通道。

在本說明書中，泥漿、混合物或液體在反應(yīng)器4中“建立流動”表示泥漿、混合物或液體直接在反應(yīng)器4內(nèi)產(chǎn)生或保持在反應(yīng)器中流動(即運(yùn)動)，該流動優(yōu)選與泥漿通過第一入口11引入到反應(yīng)器4中的速度的幅度和方向無關(guān)。

通過建立流動部件進(jìn)行流動建立，該部件一般包括流動器(未示出)，例如用于使泥漿在反應(yīng)器4的內(nèi)部空間中沿流動通道流動的葉片。

使泥漿、混合物或液體在反應(yīng)器中“建立流動部件”或“循環(huán)器”在本說明書中表示用于直接在反應(yīng)器4內(nèi)產(chǎn)生或保持泥漿、混合物或液體流動(即運(yùn)動)的部件，該流動優(yōu)選與通過第一入口11泥漿引入到反應(yīng)器4中的速度的幅度和方向無關(guān)。

根據(jù)未示出的變型，該流動器可以包括：

－具有一個或多個葉片的攪拌器，和/或

－螺桿，和/或

－泵，和/或

－泥漿的循環(huán)回路，和/或

－發(fā)泡器。

由于反應(yīng)器4上游的泥漿液化，大大便于泥漿與注入反應(yīng)器4中的蒸汽相互作用，因此該蒸汽在混合物中迅速冷凝，可以得到希望的溫度，一般約為160℃-250℃，優(yōu)選分別為180℃-200℃。

通過第二入口15注入到反應(yīng)器4中的蒸汽的壓力和溫度分別約為0.6MPa-4MPa和160℃-250℃，優(yōu)選為2MPa-2.5MPa和215℃-225℃。

根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施方式，反應(yīng)器4包括與反應(yīng)劑注入管道5連接的反應(yīng)劑入口12，可以在反應(yīng)器中注入反應(yīng)劑，例如酸，如硫酸。這種反應(yīng)劑注入有利于泥漿在反應(yīng)器4中的碳化反應(yīng)。

優(yōu)選地，接收泥漿的反應(yīng)器4的內(nèi)部空間構(gòu)型成在內(nèi)部空間的上部(即高度比內(nèi)部空間的其它部分高的部分)中形成除氣體積(未示出)。在該除氣體積中，混合物不流動。該除氣體積用于回收氣態(tài)不冷凝物。反應(yīng)器4還設(shè)有使除氣體積與排出管30連接的不冷凝物出口13。一般通過閥門操縱不冷凝物出口13，以便控制反應(yīng)器4中的壓力。

泥漿出口16用于從反應(yīng)器4連續(xù)提取其包含的泥漿的至少一部分。

圖1的裝置還可實(shí)施至少一冷卻步驟，在該至少一冷卻步驟中，經(jīng)過水熱反應(yīng)步驟的泥漿被冷卻。下面描述該至少一冷卻步驟。

裝置用于實(shí)現(xiàn)水加熱步驟，在該水加熱步驟中，通過熱交換器6將從反應(yīng)器4提取的泥漿中包含的熱量傳遞給水，并且利用如此加熱的水產(chǎn)生蒸汽內(nèi)注步驟時使用的蒸汽。

為此，圖1的裝置包括通過管道1d與泥漿出口16連接的熱交換器6。該裝置還包括通過管道21與該熱交換器6連接的鍋爐22。熱交換器6用于將從反應(yīng)器4提取的泥漿中包含的熱量傳遞給通過管道21在該熱交換器6與鍋爐22之間流動的水。通過其他能源(未示出)供能的鍋爐22用于通過與第二入口15連接的管道23提供直接注入到反應(yīng)器4中的蒸汽。

在熱交換器6中流動的水一般加熱到在120℃-260℃之間、一般在160℃-170℃之間的溫度。在熱交換器6中加熱的水通過管道21帶到鍋爐22，鍋爐將產(chǎn)生通過第二入口15直接注入到反應(yīng)器4中的蒸汽。

通過管道20到達(dá)熱交換器6的水有產(chǎn)生蒸汽的適當(dāng)質(zhì)量(軟化、除礦化等)。

熱交換器6可以是適于這種交換的任何類型，例如管中管型、煙管型、散熱柵管型等。

通過回收從反應(yīng)器4提取的泥漿中包含的熱量的這種水加熱步驟可以減少裝置的能耗。

圖1的裝置還包括冷卻設(shè)備7，用于通過連接交換器和反應(yīng)器的管道1e冷卻來自熱交換器6的從反應(yīng)器4提取的泥漿。因此，該冷卻設(shè)備7安裝在熱交換器6的下游。

被熱交換器6部分冷卻的泥漿通過管道1e輸送到實(shí)現(xiàn)最終冷卻步驟的冷卻設(shè)備7中。使用該冷卻設(shè)備7，以使泥漿的溫度達(dá)到到達(dá)最終脫水處理模塊10之前的確定溫度，然后通過管道1f、1g將該泥漿輸送往最終脫水處理模塊10。該確定溫度一般在40℃-90℃之間，通常在60℃-70℃之間。

為了實(shí)現(xiàn)該最終冷卻步驟，冷卻設(shè)備7可以一方面是泥漿，另一方面水、空氣和任何可使用的冷卻流體型的流體在其中流動的交換器。這種冷卻流體通過管道24到達(dá)該冷卻設(shè)備或交換器7，并通過管道25流出。例如交換器的類型是管中管型，或管在煙氣管線中的類型的交換器。

在冷卻設(shè)備7的出口，泥漿通過管道1f到達(dá)減壓構(gòu)件9，減壓構(gòu)件9可以使這些泥漿在模塊10的最終脫水處理前達(dá)到接近大氣壓的壓力。減壓構(gòu)件9和最終脫水處理模塊10通過管道1g互相連接。

減壓構(gòu)件9可以是泵、閥、膜片或任何可以因此降低泥漿壓力的附件。

在反應(yīng)器上游設(shè)置注入器－混合器的現(xiàn)有技術(shù)的方法中，在反應(yīng)器中注入干燥度減小的均勻物質(zhì)(由于帶來蒸汽，它包含更多的水)。在這些方法中，反應(yīng)器內(nèi)沒有泥漿與注入蒸汽之間的相互作用。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案的主要不同之處在于同時實(shí)施使用：

1)通過與只注蒸汽不同的方式在反應(yīng)器4的上游預(yù)熱泥漿，該方法可以降低泥漿的粘度而不減少它們的干燥度，并減少在反應(yīng)器4中需要的加熱；

2)分離(découplage)：

a)通過第一入口11將泥漿引入到反應(yīng)器4中，預(yù)熱這些引入的泥漿，以降低它們的粘度、保持它們的干燥度并減少帶能量到反應(yīng)器4內(nèi)的需求；

b)通過與第一入口11分開的第二入口15將蒸汽注入到反應(yīng)器4中。作為選擇，蒸汽可以不通過單一入口15注入，而是通過多個分開的入口(未示出)注入，以優(yōu)化包含在反應(yīng)器4中的混合物與注入的蒸汽之間的相互作用區(qū)，并優(yōu)化反應(yīng)器4內(nèi)的溫度條件的調(diào)節(jié)。這些分開的蒸汽注入入口的每個可以裝有可以精細(xì)操縱蒸汽注入條件并因此操作反應(yīng)器4運(yùn)行的閥門。這些入口可以特別是沿混合物在反應(yīng)器4內(nèi)流動的流動通道分布。

3)預(yù)熱用于產(chǎn)生注入到反應(yīng)器4中的蒸汽的水。

在本發(fā)明的該實(shí)施方式中，預(yù)熱泥漿與注入到反應(yīng)器4中的蒸汽之間的混合和互相作用只在反應(yīng)器4內(nèi)進(jìn)行。泥漿與蒸汽之間的互相作用不僅可以通過熱交換增加在反應(yīng)器4中流動的泥漿的溫度，并且由于在流動的混合物和到達(dá)的蒸汽的相遇區(qū)中產(chǎn)生渦流，還可產(chǎn)生泥漿的攪拌。

最后，該分離能夠以最佳方式操縱注入的蒸汽的質(zhì)量，尤其是在大體積反應(yīng)器的情況下、對于相對熱水解要求的30分鐘的平均流動時間而言水熱碳化需要在反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)過大約3小時的長時間的處理該分離能夠以最佳方式操縱注入的蒸汽的質(zhì)量。

因此，通過微波使泥漿液化大大便于反應(yīng)器4中混合物的均質(zhì)化，這樣可以從其設(shè)計(jì)的角度簡化反應(yīng)器4(例如其可由未示出的以活塞流流動的簡單管道構(gòu)成)。

蒸汽通過熱交換器6預(yù)熱可以優(yōu)化熱能耗。

另外，熱交換器7可以用于產(chǎn)生外部能量。

另外，如果電價較低，圖1的實(shí)施方式具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。

圖2和圖3表示本發(fā)明的第二和第三實(shí)施方式。

圖2和圖3的裝置的多個構(gòu)成部件，尤其是反應(yīng)器4和它的運(yùn)行在第二和第三實(shí)施方式中與在上述第一實(shí)施方式中相似。

因此，主要按照與圖1的不同描述圖2和圖3。

在第二和第三實(shí)施方式中，預(yù)熱部件2用于將蒸汽注入到接收它的泥漿中。更特別的是，預(yù)熱步驟包括蒸汽外注步驟，在該蒸汽外注步驟中，將蒸汽注入到引入到反應(yīng)器4中之前的泥漿中，以便將泥漿的溫度提高到預(yù)熱溫度。

除了預(yù)熱外，這些實(shí)施方式可以回收注入到系統(tǒng)中的熱量。實(shí)際上，圖2和圖3的裝置另外包括附加加熱部件91、92、93、94，用于將從反應(yīng)器4提取的泥漿中包含的熱量傳遞給預(yù)熱部件2下游和反應(yīng)器4上游的泥漿，以提高預(yù)熱部件2下游和反應(yīng)器4上游的泥漿的溫度。因此這些附加加熱部件91、92、93、94可以實(shí)施附加加熱步驟，在該附加加熱步驟中，通過將從反應(yīng)器4提取的泥漿中包含的熱量傳遞給在引入到反應(yīng)器4中之前已經(jīng)經(jīng)過預(yù)熱步驟的泥漿來提高這些泥漿的溫度。

因此，泥漿的預(yù)熱通過雙重系統(tǒng)進(jìn)行，一方面通過預(yù)熱部件2外注蒸汽；另一方面通過附加加熱部件91、92、93、94附加加熱。在這兩種情況下，原理在于回收從反應(yīng)器4提取的泥漿的熱量，并利用該熱量預(yù)熱引入到反應(yīng)器4中之前的泥漿。

在這些實(shí)施方式中(圖2和3)，裝置包括熱交換器7，用于利用從反應(yīng)器4提取的泥漿中包含的熱量將在熱交換器7中流動的水轉(zhuǎn)化為蒸汽，該蒸汽是通過預(yù)熱部件2注入到反應(yīng)器4上游泥漿中的蒸汽。為此，該水在使熱交換器7與預(yù)熱部件2連接的管道25中流動。

熱交換器7用于產(chǎn)生通過預(yù)熱部件2注入到在反應(yīng)器4上游流動的泥漿中的飽和或輕微過飽和的蒸汽。這樣產(chǎn)生的蒸汽的壓力一般在0.1MPa-1MPa之間，優(yōu)選在0.15MPa-0.3MPa之間。

熱交換器7是煙管沸騰器型的熱交換器，或者由任何能夠產(chǎn)生飽和蒸汽的交換器構(gòu)成。

在熱交換器7中流動的水通過管道21b到達(dá)，其質(zhì)量與希望產(chǎn)生的蒸汽的質(zhì)量相近，尤其是在軟化和除礦化等方面相近。

通過管道1a到達(dá)預(yù)熱部件2中的泥漿穿過動態(tài)或靜態(tài)混合裝置在預(yù)熱部件中與一般在0.1MPa-1MPa之間的低壓蒸汽混合，并包含少量使用的蒸汽(一般為相對泥漿質(zhì)量5％-25％的蒸汽)。該蒸汽的溫度一般在100℃-120℃之間，壓力在0.15MPa-0.3MPa之間。

確定熱交換器7的尺寸，以便產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼羝?，以便?/p>

a)冷卻從反應(yīng)器4提取的泥漿，并降低從熱交換器7通過的泥漿的溫度。一般從熱交換器7輸出的泥漿的溫度約為100℃-120℃。

b)預(yù)熱反應(yīng)器4上游的泥漿，以使泥漿在預(yù)熱部件2的出口足夠液化。預(yù)熱部件2的出口的泥漿溫度一般約為50℃-140℃，優(yōu)選為70℃-90℃。

在通過管道1b與預(yù)熱部件2連接的泵3的下游，泥漿通過連接泵3和交換器91的管道1c1輸送往交換器91。泥漿在預(yù)熱步驟時的液化有利于交換器91中的良好熱交換。

泵3將液化加壓泥漿輸送到交換器91，液化加壓泥漿的壓力相當(dāng)于反應(yīng)器4內(nèi)的運(yùn)行壓力加上位于泵3下游的交換器91的負(fù)荷損失。液化加壓泥漿的該壓力一般為P_{反應(yīng)器}+P_損失，其中：

－P_損失表示交換器91和管道1c1和1c2的負(fù)荷損失(管道1c2連接交換器91和反應(yīng)器4的第一入口11)，一般在0.1MPa-1MPa之間；

－P_{反應(yīng)器}表示反應(yīng)器4的運(yùn)行公稱壓力，一般在0.6MPa-3MPa之間。

第二實(shí)施方式(圖2)和第三實(shí)施方式(圖3)的不同在于附加加熱步驟的性質(zhì)：在圖2的實(shí)施方式中，附加加熱是間接型的；在圖3的實(shí)施方式中，附加加熱是直接型的。

在第二實(shí)施方式(圖2)中，泥漿通過交換器91通過這些泥漿與在泵92的作用下在安裝在反應(yīng)器4上游的交換器91與安裝在反應(yīng)器4下游的交換器93之間的回路94中流動的載熱流體的熱量傳遞被加熱。該載熱流體通過交換器93中的熱交換被加熱，在交換器中，載熱流體回收從反應(yīng)器4提取的泥漿中包含的熱量。在回路94中流動時，在從反應(yīng)器4提取的泥漿中如此回收的熱量傳遞給在反應(yīng)器4上游的交換器91中流動的泥漿。該載熱流體在回路94中再加熱到一般相當(dāng)于反應(yīng)器4的溫度減少20℃至80℃、一般減少40℃的溫度，這也相當(dāng)于管道1c2中的預(yù)熱溫度增加20℃至80℃，一般增加40℃。交換器93可以是任何類型的交換器，但優(yōu)選是管中管型的交換器。被交換器93冷卻的泥漿然后通過管道1e輸送往熱交換器7。

在第三實(shí)施方式(圖3)中，來自泵3并在交換器91中流動送往反應(yīng)器4的泥漿通過從反應(yīng)器4提取并通過管道1d輸送往同一交換器91的泥漿的直接熱傳遞加熱。

在交換器7的出口，溫度可能降到100℃的泥漿通過管道1f輸送往第三交換器6。第三交換器6可以實(shí)現(xiàn)這些泥漿與在第三交換器6中流動的水之間的熱交換。該水通過管道20到達(dá)第三交換器6，并通過管道21出來。因此在管道21中流動的水通過與第三交換器6中的泥漿的熱交換被加熱，然后通過岔口21：

－一方面輸送往與交換器7連接的管道21b；

－另一方面輸送往管道21a，管道與按照與圖1的第一實(shí)施方式相同原理運(yùn)行的鍋爐22連接。

該第三交換器6一般是任何可能類型的交換器，特別是管中管型的交換器。通過管道27到達(dá)第三交換器6的水具有適當(dāng)質(zhì)量(軟化或除礦化)并處于環(huán)境溫度。通過管道21從第三交換器6出來的水的溫度約為60℃-100℃，優(yōu)選為90℃。從第三交換器6出來的水優(yōu)選儲存在緩沖儲存器(未示出)中，例如儲存在岔口Y21處。該緩沖儲存器例如是滿足裝置產(chǎn)生內(nèi)注或外注蒸汽的槽。

第三交換器6可以將泥漿的溫度降低到至少90℃，避免泥漿在減壓構(gòu)件9中減壓時蒸發(fā)。

最后的交換器8可以添加在第三交換器6與減壓構(gòu)件9之間，以便將泥漿再次冷卻到減壓前所希望的溫度。因此最后的交換器8通過管道1g與第三交換器6連接，并通過管道1h與減壓構(gòu)件9連接。最后的交換器8可以是任何已知類型的交換器。它可以通過管道26進(jìn)入該最后的交換器8并從管道27出來的水、空氣或任何其它制冷流體類型的流體來冷卻泥漿。管道27中的水可以根據(jù)過程需要回收或不回收。最后的交換器8可以一方面產(chǎn)生最佳熱條件的泥漿，另一方面回收可以在所述方法外使用的補(bǔ)充能量。

減壓構(gòu)件9可以把碳化泥漿引向適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

總結(jié)例子如下：

干燥度為20％并且溫度為15℃的1000kg的泥漿。

在預(yù)熱部件2中注入壓力為0.13MPa、溫度為108℃的107kg蒸汽，以便將泥漿預(yù)熱到85℃。

然后在引入到反應(yīng)器4中之前將交換器91中的泥漿預(yù)熱到110℃，然后在反應(yīng)器4中注入壓力為25Mpa、溫度為225℃的161kg蒸汽，以便將泥漿加熱到190℃。

在交換器93的出口(圖2)，經(jīng)過水熱碳化反應(yīng)的泥漿的溫度為164℃，將在回路94中流動的載熱流體加熱到145℃。

在交換器7的出口，泥漿的溫度為105℃。

在第三交換器6的出口，泥漿的溫度為89℃。

在最后的交換器8的出口，泥漿的溫度為80℃。

圖4示出本發(fā)明的第四實(shí)施方式，在該實(shí)施方式中，裝置包括與第一實(shí)施方式的裝置相同的機(jī)械組成部分，通過循環(huán)回路b與反應(yīng)器4連接的預(yù)熱部件2除外。因此對圖4主要描述它與圖1的不同的地方。

循環(huán)回路b用于取出包含在反應(yīng)器4中的泥漿的一部分，并使該部分的泥漿與預(yù)熱部件2接收的泥漿混合。更特別的是，該裝置可以實(shí)現(xiàn)包括循環(huán)步驟的預(yù)熱步驟，在該預(yù)熱步驟中，取出包含在反應(yīng)器4中的泥漿的一部分，并使該部分的泥漿與引入到反應(yīng)器4中之前的泥漿混合，這使它們的溫度提高到預(yù)熱溫度。

到達(dá)循環(huán)回路b的該部分泥漿的溫度一般在50℃-140℃之間，優(yōu)選在70℃-90℃之間。

該循環(huán)泥漿部分與通過管道1a到達(dá)預(yù)熱部件2中的泥漿量的比例是確定的，并且是受控制的以便在預(yù)熱部件2中得到具有目標(biāo)溫度的泥漿。該比例可以約為100％。一般地，比例D_{處理的泥漿}/D_{未處理的泥漿}等于(T_{目標(biāo)}-T_未處理)/(T_{處理的泥漿}-T_{目標(biāo)})±10％，其中：

－ D_{處理的泥漿}表示注入到通過管道1a到達(dá)預(yù)熱部件2的未處理的冷泥漿流的循環(huán)泥漿部分的流量，所述到達(dá)預(yù)熱部件的未處理的冷泥漿的流量為D_{未處理的泥漿}；

－ T_{目標(biāo)}相當(dāng)于引入到反應(yīng)器4中之前的目標(biāo)預(yù)熱溫度，例如90℃；

－ T_{處理的泥漿}相當(dāng)于從反應(yīng)器4出來的處理的泥漿的溫度，例如180℃；

－ T_{未處理的泥漿}相當(dāng)于管道1a中在環(huán)境溫度的未處理的泥漿的溫度，例如15℃。

當(dāng)然，本發(fā)明不限于剛才描述的實(shí)施例，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行許多修改而不超出本發(fā)明的范圍。例如，圖4的循環(huán)回路b可以包括在圖2或3的實(shí)施方式中。另外，本發(fā)明的不同特征、形式、變型和實(shí)施方式可以按照各種組合互相結(jié)合，前提是它們不是互相不兼容或互相排斥。