用於再生性原材料和有機餘料的水熱碳化的方法

2023-07-19 03:05:41 5

專利名稱：用於再生性原材料和有機餘料的水熱碳化的方法
技術領域：
本發明涉及用於再生性原材料和有機餘料的水熱碳化的方法。
背景技術：
在本發明的方法中可使用的再生性原材料和有機餘料在下文中用術語原料或生物質表示。原料或生物質應被理解為現有的植物和動物生物質以及代謝產物，特別是如下的再生性原材料木屑、來自景觀養護的綠色垃圾、植物、秸稈、青貯飼料和來自農業、林業、 食品業和垃圾清運業的有機餘料，以及泥煤、未加工的褐煤、紙漿和積淤、果渣等，其在下文中也被稱作原料。原料通過水熱碳化基本轉化為腐殖質、煤、肥料、水和C02。對於本發明的方法，術語「原料」基本涉及各個工藝階段或工藝步驟的原料的典型狀態，例如相應的轉化程度。本發明的應用領域為再生性原材料的能量利用，來自農業、林業和食品生產業的餘料和來自廢物處理業的有機可回收物質的利用，以及土壤改良劑的製備。在現有技術中，天然循環的碳循環過程的大多數生物質腐爛或有害於環境地堆肥，因此在很大程度上失去了高價值材料利用和能量利用。儘管Bergius在1913年公開了將這些原料轉化為炭的科學根據，通過水熱碳化以批量生產將原料轉化為腐殖質和煤的工業過程並不是現有技術。對於原料的轉化提供如下科學根據在180°C和300°C之間的溫度下在液體水的存在下通過脫水(分解出水)使原料(如木材、秸稈、草、綠色垃圾、景觀養護木材、泥漿、廚餘、玉米青貯飼料、全植物青貯飼料和有機廢物，以及泥煤和未加工的褐煤)轉化為富碳貧氧的固體。因此在反應過程中，壓力必須至少相當於在選定的反應溫度下的反應混合物的飽和蒸汽壓或高於該飽和蒸汽壓。根據所使用的原料，需要達到最小溫度以開始進行反應。 對於富含糖的原料，該最小溫度為約180°C，對於富含纖維素和木質素的原料，該最小溫度為至多220°C。脫水是時間反應，其首先非常快速進行，然後越來越緩慢，直至達到平衡狀態。根據期望的產物性能，通常需要30分鐘至超過12小時之間的停留時間。在脫水反應的同時發生脫羧，這導致分解出大部分C02。這導致在反應過程中形成 (永久)氣體。在低溫下，脫水佔主導地位，在高溫下，脫羧佔主導地位。選擇的溫度越高， 則越多的碳以CO2形式脫去並作為氣體而損失。同時固體產量下降。然而，通過升高溫度可減少停留時間，因為脫水和脫羧都更迅速地進行。此外，通過升高溫度可改善在最大停留時間下可達到的產物品質(高碳質量份數和/或低氧質量份數)。當在例如約200°c的溫度下可達到約70%的最大碳含量時，在例如約300°C的溫度下可達到約80%的最大碳含量。除脫水和脫羧之外還發生一系列副反應，其特別導致形成水溶性碳氫化合物。這些水溶性碳氫化合物中的某些隨後又形成富含碳的固體，它們則是脫水反應的中間產物。 一部分水溶性碳氫化合物為有機酸，它的形成導致PH值降低。當在低溫下進行水熱碳化時，大部分液相非常易於生物降解。當在高溫下進行水熱碳化時，液相中難以生物降解的碳氫化合物的含量升高，這可導致升高的清理費用。可分別通過加入合適的催化劑促進脫水和脫羧。因此，可在低溫和減少的反應時間就達到期望的轉化度。有效催化劑的例子特別為有機酸，如檸檬酸。此外，某些金屬、其鹽和氧化物在水熱碳化反應中具有催化活性。一部分催化活性物質已經包含在不同原料中並因此被引入工藝中。其他催化活性物質可在原料進入反應器之前加入原料中或在運行過程中引入反應器以優化反應。在某些情況下，催化劑在轉化之後不可回收(例如檸檬酸)， 或者在反應過程中被破壞(例如甲酸)。因此，不適用術語「催化劑」的嚴格本意。該輔助材料加速反應並降低開篇提及的需要的起始溫度，因此催化劑的基本性能還適用。催化劑的選擇為1)無機布氏酸HN03、HC12)有機布氏酸甲酸、乙酸、檸檬酸、NH4Cl3)路易斯酸，例如金屬滷化物FeCl3、!^eBr3、AlCl3、AlBr34)通常的金屬滷化物和氧化物:NaCl、Fe0、Fe203、LiCl、[Fe (NH4)2(SO4)2] · 6H205)酸性沸石，例如H-ZSM-5儘管碳化反應在沒有催化劑時也能發生，定向選擇匹配的催化劑對於優化工藝過程來說是有利的，以設定反應溫度和停留時間與高產量、優化的碳平衡和良好的產物性能之間的合適組合。此外，催化劑的調整可決定性地影響副產物工藝水的品質，其中目的是具有低有害物質含量的導電水。生物質的脫水和脫羧總體上是放熱過程，其中必須排出熱。Friedrich Bergius於1921年描述了由纖維素工業向在壓力反應器中於 2500C _300°C的工業酒糟飼料脫水的首次工業轉化(AT86234)。此外，US 3，552，031公開了以褐煤為例，在100°C和300°C之間的溫度下，在臥式壓力反應器中結合使用液體水從有機材料分解出水的裝置，其通過輸送裝置供料，在壓力反應器末端再次排出脫水的碳。所述反應器是隔熱的並從外部加熱。但是沒有關於輸入熱物流的陳述，熱物流的有效輸入對於方法的經濟性具有重要影響。另一缺點在於輸送裝置在反應器內部。US 3，992，784也公開了以褐煤為例，在高於150°C下結合使用液體水將有機材料脫水的方法。將褐煤與水混合併藉助泵輸送至壓力反應器。水和褐煤的混合物通過傳熱器 /換熱器預熱，所述傳熱器/換熱器利用從反應器排出的產物的熱。僅通過傳熱器/換熱器中的間接傳熱加熱反應物。由於傳熱性能差和形成結焦的趨勢，難以使用間接傳熱器來預熱固體/液體混合物。此外，具有不可低估的熱需求的乾燥器不利於設備的熱經濟性/熱平衡。WO 2008081409A2公開了在大於150°C的溫度下，在壓力反應器中結合使用液體水從生物質中脫水的方法和裝置，所述壓力反應器基本由環式反應器構成，向其中引入起始產品。位於反應器內的反應混合物連續循環，一部分從反應器中排出並隨後乾燥。還公開了副配件(Nebenaggregate)。該已知教導的缺點在於反應器內容物的完全循環。由此反應混合物僅達到中等停留時間，一部分生物質在進入之後立即又離開反應器，這不利地影響了產物品質。此外不利的是，從反應器排出具有低乾物質含量的反應混合物，因此也排出大量的熱反應水，必須通過冷水代替該熱反應水以得到水平衡。
此外，EP 197043IAl公開了在大於100°C的溫度下結合使用液體水從生物質中脫水的方法和裝置。在此生物質任選被預熱並通過泵或氣閥引入臥式壓力反應器中，藉助於螺旋輸送器使其移動穿過該臥式壓力反應器。所述壓力反應器在外部加熱。通過泵或壓力氣閥從壓力反應器末端排出反應的生物質。該教導的缺點在於使用螺旋輸送器使反應器內容物移動穿過管狀反應器。高溫使螺旋快速磨損，而高壓使得難以針對大氣壓力進行密封。此外，WO 2008095589A1公開了將液體水中的生物質脫水的S狀反應器，該反應器置於可根據需要冷卻和加熱的熱油浴中。該變型的缺點在於難以控制反應器內部溫度。WO 2008113309A1公開了地表之下(例如在煤礦中)生物質的溼化學轉換，其中水的靜壓允許在位於200m以下的層中將其加熱至超過200°C，並因此使得脫水反應能夠進行。此處採用的技術轉換方式的缺點涉及到位於地表以下的設備，因為反應溫度不能毫無問題地控制，並且可能難於進行需要的維修工作。除了迄今仍沒有實施需要之外，Bergius的發明未被廣泛使用的原因無疑還在於， 從水熱碳化的科學發明向工業可用方法技術的轉換以及在與此相關的裝置的開發方面的令人不滿意的現狀。

發明內容
本發明的目的是通過改善特別是特定大體積有機原料(優選具有高水含量的那些)的轉化的現有技術，其通過水熱碳化開發大量可想像的原料，其中原料通過脫水和脫羧主要轉化為煤、腐殖質、肥料、水和C02，即轉化為具有高使用價值(例如高燃燒熱和低水含量)的可標準化的可再利用材料、原料、輔助材料和燃料。本發明的任務是提供生物質的水熱碳化的簡化的連續方法，該方法特別是實現工藝的高效節熱和節水。對此，本發明特別建議·升高壓力從而將原料引入壓力容器，·在水浴中在工藝溫度和壓力下升高原料的碳濃度，·機械排水和熱乾燥碳化產物，和任選地·回收隨原材料引入的植物營養物和水。通過用於生物質的水熱碳化的連續方法解決所述任務，其中 在第一工藝階段「升高壓力」中，原料的壓力基本升高到至少^ar的後續工藝階段的壓力， 在第二工藝階段「碳化」中，在至少^ar的壓力下和至多水的沸騰溫度下通過基本分解出水和二氧化碳而使原料轉化為碳化產物， 在第二工藝階段中主要通過重力將原料基本豎直地運輸，·優選在第二工藝階段的上方部分/區域，通過從第二工藝階段排水或者將水部分地再引入至第二工藝階段，使原料(轉化中)優選以基本垂直於反應物引入和產物輸出之間的主流方向循環，·在第二工藝階段的下方部分/區域，原料(轉化中)沉積為含水沉澱物，·選擇沉澱物的最小高度，使得固體含量通過沉澱升高至至少15%，優選至少 20 %，更優選至少25 %，特別優選至少30 %，例如通過循環和/或加入熱蒸汽限制沉澱物層的最大高度，使得沒有通過靜壓而形成牢固的底部沉積體， 通過在第二工藝階段中排水和引入水而調節該工藝階段中水位的填充高度， 第二工藝階段中產生的永久氣體與進入第二工藝階段的原料逆流離開第二工藝階段，使得包含的水蒸汽部分至少部分地冷凝於相對更冷的原料上，永久氣體在這之後才離開所述工藝，和從第二工藝階段排出沉澱物，通過水的蒸發基本冷卻至第三工藝階段的溫度水平，將其引入第三工藝階段，所述第三工藝階段是蒸汽加熱的乾燥過程，其中在蒸汽氣氛下進行乾燥，並以水含量小於30，優選小於20，特別是小於15質量％的可銷售煤的形式作為終產物離開第三工藝階段。本發明的基本作用原理是優化能量平衡的同時的簡單的方法技術實施方案，其中通過從第二工藝階段排出更多的固體產物同時在第二工藝階段中得到儘可能大量的熱水， 並避免形成牢固的底部沉積體，同時從沉澱的中間冷卻和乾燥以水蒸汽的形式得到廢熱。可有利地實施本發明用於原料的水熱碳化的連續方法，其執行至少一個如下措施·在第一工藝階段，將原料的壓力基本升高到至少^ar的後續工藝階段的壓力， 並通過與來自後續工藝階段的比原料溫度更熱的廢水和/或廢蒸汽混合而升高原料的溫度，符合目的的是將原料引入第二工藝階段之前，從原料再次分離至多如之前引入的量的水，並且從該過程中排出的經分離的水至多如在碳化和乾燥的後續工藝階段中從原料分離的量的水，此外，引入至第一工藝階段的水在工藝中保留作為循環水，·通過冷凝第二工藝階段中自身所產生的水蒸汽使該工藝階段中的原料預熱並化學分解，並在壓力至少^ar和至多沸騰條件下運行的水浴中通過分解出化學結合的水和二氧化碳而轉化為碳化產物， 在第二工藝階段主要通過重力將原料基本豎直地運輸，·優選在第二工藝階段的上方部分/區域，通過從第二工藝階段排水或者將水部分地再引入至第二工藝階段，使原料(轉化中)優選以基本垂直於反應物引入和產物輸出之間的主流方向循環，·在第二工藝階段的下方部分，原料(轉化中)沉積為含水沉澱物， 這樣選擇沉澱物的最小高度，使得固體含量通過沉澱過程升高至至少15%，優選至少20 %，更優選至少25 %，特別優選至少30 %，例如通過循環和/或加入熱蒸汽限制沉澱物層的最大高度，使得沒有通過靜壓而形成牢固的底部沉積體， 通過在第二工藝階段中排水和引入水從而調節該工藝階段中水位的填充高度，·通過再引入為循環而排出的水(當第二工藝階段需要熱時，可有利地將所述水在第二工藝階段外部通過加入熱蒸汽和/或在換熱器中加熱)，如果需要通過排出蒸汽和如果需要通過加入外部熱蒸汽(其在該工藝階段中冷凝)而得到第二工藝階段的熱平衡， 第二工藝階段中產生的且未冷凝的過量蒸汽從第二工藝階段排出並再引入至第二工藝階段，和/或出於利用的目的，優選從第二工藝階段輸出到另一工藝階段， 第二工藝階段中產生的永久氣體與進入第二工藝階段的原料逆流離開第二工藝階段，使得所包含的水蒸汽部分至少部分地冷凝於相對更冷的原料上，永久氣體在這之後才離開所述工藝，
從第二工藝階段排出沉澱物，通過水的蒸發基本冷卻至第三工藝階段的溫度水平，將其引入第三工藝階段，所述第三工藝階段為蒸汽加熱的乾燥過程，其中在蒸汽氣氛下進行乾燥，並以水含量小於30，優選小於20，特別是小於15質量％的可銷售煤的形式作為終產物離開第三工藝階段。下文描述所述三個工藝階段的優選的實施方案。第一工藝階段「升高壓力」的優選的實施方案為1.升高結合使用了液體的原料的壓力，和2.升高結合使用了氣體的原料的壓力。在第一工藝階段的第一個優選的實施方案「升高結合使用液體的原料的壓力」中， 就為建立壓力而使用的技術(優選活塞泵、偏心螺杆泵、旋轉氣閥、壓力氣閥或旋轉活塞泵)，根據本發明通過用來自後續工藝階段的比原料更熱的廢水填充至少原料的空隙體積而改善原料的可輸送性。通過加入水改善使用的原料的流動性和壓縮性或不可壓縮性。根據本發明將壓力升高至後續工藝階段的壓力(出於技術意義至少為^ar)之前加入水。這樣選擇引入的水的量，使得可用所選擇的技術保證可輸送性。優選引入比技術所需最小量要多的水，從而使磨損最小化。升高壓力時的乾物質含量(TS含量)優選小於25%和大於 2%，更優選小於15%和大於5%。通過使用來自後續工藝階段的熱廢水可向原料傳遞熱廢水的顯熱，從而改善能量效率。為了進一步升高溫度，可加入來自後續工藝階段的額外廢蒸汽，其冷凝於相對更冷的原料上。通過使用來自後續工藝階段的熱廢蒸汽可向原料傳遞熱廢蒸汽的顯熱和潛熱，從而進一步改善能量效率。優選在加入廢水之前加入廢蒸汽。出於技術意義，原料的溫度通過加入廢水和/或廢蒸汽僅升高至如下程度，使得不形成過量廢汽並受沸騰條件限制。加入水和蒸汽之後，原料的溫度優選大於60°C和小於100°C，更優選大於80°C和小於100°C，特別優選大於90°C和小於100°C。向以這種方式填充的原料施加壓力之後，在緊接著原料進入第二工藝階段之前，至少部分地從原料再次分離加入的廢水和/ 或加入的冷凝的廢蒸汽，從而使第二工藝階段不負載過多量比反應溫度更冷的水。符合目的地從該過程中排出的經分離的水，至多如在後續工藝階段(碳化和乾燥)中從原料分離的量的水。因此，在第一和第二工藝階段之間從工藝中排出的水量合意地至多相當於隨原料進入第一工藝階段的水量和隨終產物離開的水量之間的差值。未排出的水通常在工藝中保留作為循環水。在第一工藝階段的第二個優選的實施方案「升高結合使用了氣體的原料的壓力」 中，根據本發明通過至少包括一個低壓氣閥和一個高壓氣閥的周期運轉的壓力氣閥實現。 這樣設計氣閥的周期，使得·在第一周期中，低壓氣閥(其在減壓之前的常規操作下用水蒸汽和永久氣體的混合物填充)這樣向大氣壓減壓，使得氣體蒸汽混合物的水蒸汽部分至少部分地冷凝於 (為升高壓力而準備的)原料上，剩餘的氣相可單獨獲得並可從工藝中排出， 在第二周期中，優選通過重力將預熱的原料輸送至打開的低壓氣閥中，然後關閉低壓氣閥，·在第三周期中，高壓氣閥(其在減壓之前的常規操作下用水蒸汽和永久氣體的混合物填充)向低壓氣閥減壓，使得氣體蒸汽混合物的水蒸汽部分至少部分地冷凝於位於低壓氣閥中的原料上，·在第四周期中，優選通過重力將施加壓力和進一步預熱的原料從打開的低壓氣閥輸送至打開的高壓氣閥，然後關閉高壓氣閥， 在第五周期中，用來自第二工藝階段的氣體蒸汽混合物填充高壓氣閥，使得氣體蒸汽混合物的水蒸汽部分至少部分地冷凝於位於高壓氣閥中的原料上，並基本上向高壓氣閥施加第二工藝階段的壓力，和·在第六周期中，優選通過重力將施加了壓力和進一步預熱的原料從打開的高壓氣閥輸送至第二工藝階段，然後關閉高壓氣閥。優選在第四和第五周期之間將熱蒸汽這樣引入高壓氣閥中，使其冷凝於原料上並由此基本上將原料的溫度升高至第二工藝階段的溫度水平，因此壓力也等同於第二工藝階段的壓力水平。通過該措施減少了第五周期中產生的第二工藝階段中的壓力變化。還優選在第二和第三周期之間將來自後續工藝階段之一的廢蒸汽這樣引入低壓氣閥中，使其冷凝於原料上並由此升高原料的溫度。通過該措施減少了預熱原料所需的熱蒸汽量。此外，優選在第一周期之前通過使原料與比原料溫度更熱的來自後續工藝階段的廢水和/或與來自後續工藝階段的廢蒸汽(其冷凝於更冷的原料上)混合從而升高原料的溫度。廢水和/ 或廢蒸汽的加入正如第一工藝階段的第一個優選實施方案中所述進行。然而，在升高壓力之前，引入的廢水和冷凝的廢蒸汽儘可能再次與原料分離。從該過程中排出的經分離的水至多如在後續工藝階段(碳化和乾燥)中從原料分離的量的水。因此，在第一和第二工藝階段之間從工藝中排出的水量至多相當於隨原料進入第一工藝階段的水量和隨終產物離開的水量之間的差值。未排出的水通常在工藝中保留作為循環水。第二工藝階段「碳化」(其中在至少^ar的壓力下和至多沸水溫度下，原料通過分解出基本上化學結合的水和二氧化碳而轉化為碳化產物)的優選的實施方案根據本發明可基本上被分為三個工藝步驟，其中·在第一工藝步驟「預熱」中，通過冷凝第二工藝階段本身產生的水蒸氣和任選加入熱蒸汽和/或通過加入從第二工藝階段排出並在第二工藝階段外部加熱並再引入的水， 從而將原料預熱或加熱至所需的反應溫度， 在第二工藝步驟「碳化」中，有利地維持在第一工藝步驟中達到的溫度，特別是反應溫度，且原料在壓力為至少r和至多沸騰條件下運行的水浴中通過分解出主要為化學結合的水和二氧化碳而反應，和·在第三工藝步驟「沉澱」中，(反應性)原料沉積為或可被沉積為含水沉澱物。有利地主要通過重力進行第二工藝階段中的材料運輸，亦即，在立式反應器中基本豎直進行，由此形成第三工藝階段「乾燥過程」中從反應器的反應物引入到產物輸出的主流方向。進入第二工藝階段的第一工藝步驟中的原料的溫度基本上相當於第一工藝階段中通過預熱達到的溫度。在第二工藝階段的第一工藝步驟中通過冷凝從第二工藝階段的第二工藝步驟中產生的水蒸氣，以及如果需要，通過加入熱蒸汽和/或通過加入從第二工藝階段排出並在第二工藝階段外部優選通過直接加入熱蒸汽或在熱交換器中加熱並再引入的水，從而將原料的溫度升高至第二工藝階段的第二工藝步驟的溫度。第二工藝階段的第二工藝步驟中的溫度至少相當於為轉化選定原料所需的最小溫度，該最小溫度可取自文獻或通過其中描述的實驗確定。也可選擇更高的溫度以加速轉化。該溫度優選為150°C至250°C之間，更優選為180°C至230°C之間。第二工藝階段的壓
9力至少相當於第二工藝步驟的溫度所對應的飽和蒸汽壓或比其更高。在第二工藝步驟中優選接近沸騰條件。在第二工藝步驟中，原料通過分解出基本上化學結合的水和二氧化碳而反應。溫度可通過整體放熱的碳化反應局部升高至超過沸騰溫度，由此產生水蒸汽，水蒸汽上升並優選在第一工藝步驟中再次冷凝。根據本發明的方法被證明在能量上是有利的是，來自第一工藝步驟(預熱)的冷凝物再次流入第二工藝階段的第二工藝步驟(碳化)。根據本發明可通過排水和再引入水(當第二工藝階段的第二工藝步驟需要熱時， 所述水可有利地通過加入熱蒸汽在第二工藝階段外部加熱或在換熱器中加熱)，如果需要通過排出蒸汽和如果需要通過直接加入外部熱蒸汽(其在該工藝階段中冷凝)而得到第二工藝階段的第二工藝步驟的熱平衡。根據本發明，轉化中的原料在第二工藝階段的第三工藝步驟中沉積為含水沉澱物。通過構建沉澱物層達到固體的聚集，因此保證從第二工藝階段的固體產物輸出提高， 同時在第二工藝階段得到儘可能大量的經加熱的水。沉澱物層的高度符合目的地為至少 0. 5m，優選lm，更優選至少2m，以達到固體的充分聚集。此外，通過構建沉澱物層保證了從第二工藝階段排出的產物具有最低品質，因為原料在其經過第三工藝步驟的時間內經受工藝相關溫度和壓力並因此進行碳化，並且在其進入第二工藝階段之後不可能立即從該工藝階段再次排出。因此，根據本發明可通過沉澱物層的高度設定最小停留時間，從而達到最低產物品質。原料在第三工藝步驟中的最小停留時間優選為30和180分鐘之間，更優選為40和120分鐘之間，特別優選為50和90分鐘之間。由於不能通過加入熱蒸汽或經加熱的循環水向第三工藝步驟中直接引入熱(因為這會破壞沉澱物層)，沉澱物層由於熱流失至更冷的環境而緩慢冷卻。因此，在一個優選的實施方案中，這樣選擇第二工藝階段的溫度，使得在第三工藝階段中仍然主要是工藝相關溫度並發生碳化。在另一個優選的實施方案中，從外部通過熱交換器間接加熱第三工藝階段。為了避免由沉澱物形成牢固的底部沉積體(其可阻礙從第二工藝階段到第三工藝階段的產物輸出)，通過從第二工藝步驟排水和至少部分向第二工藝步驟再引入水來限定沉澱物層的高度和第二與第三工藝步驟之間的界限(其無幹擾地隨重力增長)。優選這樣選擇排水的位置和方式，使得保證較小的固體負荷。在理想的臥式旋轉圓筒的情況下為圓筒的中央。可優選通過使用孔篩進行固體截留。水的再引入優選基本垂直於第二工藝階段的主流方向(亦即，從反應物引入到產物輸出)進行，從而最小化碳化原料的垂直混合以及第三工藝步驟中期望的沉澱物層的幹擾。在立式反應器的情況下，進行基本水平的循環。根據本發明，為了實現第二工藝階段的第二工藝步驟，通過在第二工藝階段中排水或任選通過引入水(優選來自另一工藝階段的廢水)調節第二工藝階段中的水位。所述排水或引入水使得能夠特別簡單地調節或控制水位。在一個優選的實施方案中，從第二工藝階段排出且不再引入的水的壓力通過閃蒸或在換熱器中降低至大約環境壓力，所述水隨後符合目的地引入第一工藝階段或從工藝排出。當向第二工藝階段引入水時，優選使用來自第一或第三工藝階段的熱廢水(其優選通過加入廢蒸汽預熱)，從而改善能量效率。第二工藝階段中產生的永久氣體與進入第二工藝階段的原料這樣逆流離開第二工藝階段，使得包含的水蒸汽部分至少部分地冷凝於相對更冷的原料上。根據本發明的方法被證明在能量上是有利的是，氣相的水蒸汽部分的潛熱並不從第二工藝階段排出，而是至少部分可通過冷凝回收。在第二工藝階段的所述優選實施方案與第一工藝階段的第一個優選的實施方案 (在液體存在下升高壓力)的組合中，優選這樣設計永久氣體的流動，使其水蒸汽部分在第二工藝階段的第一工藝步驟中冷凝，且永久氣體在第二工藝階段的第一工藝步驟和第一工藝階段之間從工藝排出。在第二工藝階段的所述優選實施方案與第一工藝階段的第二個優選的實施方案 (在氣體存在下升高壓力)的組合中，優選這樣設計永久氣體的流動，使其水蒸汽部分部分地在高壓氣閥中冷凝，部分地在低壓氣閥中冷凝，部分地在原料進入低壓氣閥之前在原料上冷凝，並僅在該處從工藝排出。根據本發明，通過減壓將從第二工藝階段排出的沉澱物的壓力水平基本上降低至第三工藝階段的壓力水平，通過水的蒸發將從第二工藝階段排出的沉澱物的溫度水平基本上降低至第三工藝階段的溫度水平，所述第三工藝階段為用蒸汽加熱的乾燥過程，其中在蒸汽氣氛下進行乾燥(優選常壓蒸汽流化床乾燥、增壓蒸汽流化床乾燥、流化床乾燥裝置或蒸汽流體乾燥)，將所述沉澱物引入第三工藝階段，並以水含量小於30，優選小於20，特別優選小於15質量％的可銷售煤的形式作為終產物離開第三工藝階段。根據本發明在蒸汽氣氛下的乾燥使得可以從乾燥得到基本飽和的蒸汽(永久氣體含量通常低於5質量％，優選低於1質量％ )，所述蒸汽可被冷凝同時釋放熱。在此，冷凝可直接進行或優選在壓縮或減壓之後進行。在壓力降低和溫度降低的一個優選的實施方案中，通過閃蒸一部分隨沉澱物從第二工藝階段排出的水(優選通過在節流閥或周期運轉的減壓氣閥中)，同時進行壓力降低和溫度降低。所述優選的方法被證明在能量上有利的是，由於通過使用換熱器不產生損失， 因此產生的蒸汽的量最大化。在壓力降低和溫度降低的另一個優選的實施方案中，在緊接壓力降低之前，首先通過在逆流式換熱器中加熱和蒸發水(特別優選來自乾燥的熱蒸汽冷凝物)進行溫度降低，壓力降低優選在減壓氣閥、旋轉氣閥或節流閥中實現。所述優選的方法被證明在能量上有利的是，在換熱器中可得到蒸汽和(當為關閉第二工藝階段的水平衡所需要時)熱水，然後(當為關閉水平衡所需要時)蒸汽和熱水可被引入第二工藝階段。在降低從第二工藝階段排出的沉澱物的壓力水平的一個優選的實施方案中，在兩個壓力水平下得到在降低從第二工藝階段排出的沉澱物的溫度水平時所產生的蒸汽，其中第一個壓力水平基本相當於加熱乾燥器所需的熱蒸汽的壓力水平，而第二個壓力水平基本相當於乾燥器的壓力水平。基本上在用於乾燥器的熱蒸汽的壓力水平下得到的蒸汽隨後可用於加熱乾燥器。如果基本上在用於乾燥器的熱蒸汽的壓力水平下得到的蒸汽通過閃蒸得到，那麼其要麼用來自乾燥的熱蒸汽冷凝物等溫清洗並隨後僅用於加熱乾燥器，要麼在換熱器中冷凝產生新鮮蒸汽並且所得到的新鮮蒸汽用於加熱乾燥器。使用換熱器時應注意閃蒸汽的壓力水平略高於用於乾燥器的熱蒸汽的壓力水平，以減少所需的換熱器面積。如果由於例如在減壓氣閥中進行壓力降低和溫度降低使得在降低從第二工藝階段排出的沉澱物的溫度時產生的蒸汽不連續產生而是周期性產生，則通過合宜的蒸汽儲存器(優選羅茨流量積算儀(Rootsspeicher))保證蒸汽質量流量的均衡。根據第三工藝階段的一個優選的實施方案，第三工藝階段包含在蒸汽氣氛下用蒸汽加熱的乾燥過程以及上遊的機械排水裝置，優選離心機、壓帶機、壓濾機或活塞壓力機。 在一個優選的實施方案中，機械排水裝置基本上在乾燥過程的壓力水平下運行，由此在機械排水之前進行從第二工藝階段排出的沉澱物的壓力降低和溫度降低，並且機械排水裝置必須僅承受低的壓力和溫度需求。在此，僅將在機械排水時產生的濃縮物引入在蒸汽氣氛下用蒸汽加熱的乾燥過程中，並優選使用濾液以關閉第二工藝階段的水平衡，此外，優選在升高壓力之前將其引入第一工藝階段，釋放其一部分顯熱之後，在第二工藝階段之前將其再次排出和/或優選引入處理中(優選生物處理)(任選由上遊溼式氧化構成)或在需要的情況下任選在通過汽化或蒸發濃縮之後直接投入應用中。在第二個優選的實施方案中， 機械排水裝置基本上在第二工藝階段的壓力下運行，其中從第二工藝階段排出的沉澱物首先分離成濃縮物和濾液，這兩個流分別繼續流動。通過蒸發殘餘水使濃縮物基本上具有用蒸汽加熱的乾燥過程(其中乾燥在蒸汽氣氛下進行)的壓力水平和溫度水平(如上文對於沉澱物所描述)並進行乾燥。可優選使用在高壓和高溫下產生的濾液以關閉第二工藝階段的水平衡，並且不需要的那部分在其中間冷卻之前優選引入熱處理中，優選溼式氧化中，然後通過水的蒸發(例如通過閃蒸或在換熱器中)中間冷卻並減壓至大氣壓力，並優選引入處理中，優選生物處理，或在需要的情況下任選地在通過汽化或蒸發濃縮之後直接投入應用中。根據一個優選的實施方案，在蒸汽氣氛下用蒸汽加熱的乾燥過程基本上在環境壓力下進行，因此可有利地使用方法技術上簡單的乾燥技術。根據另一個優選的實施方案， 在蒸汽氣氛下蒸汽加熱的乾燥過程在超壓下進行，其中有利地這樣選擇乾燥過程的壓力水平，使得為加熱第二工藝階段所使用的熱蒸汽的壓力水平基本上相當於為加熱乾燥器所需的熱蒸汽的壓力水平，其中加熱乾燥器所使用的蒸汽的熱蒸汽溫度和乾燥溫度之間的溫差優選為20K和70K之間，更優選30K和60K之間。根據本發明的三個工藝階段(壓力升高、 碳化、乾燥)的方法使得來自第二和第三工藝階段和工藝廢熱主要以飽和蒸汽的形式得到，這對使用工藝廢熱的可能性特別有利。應理解工藝廢熱特別包含·在降低從第二工藝階段排出且不再次引入的水的溫度時得到的蒸汽，·當沒有機械排水或者在環境壓力下進行機械排水時，在降低從第二工藝階段排出的含水沉澱物的溫度時得到的蒸汽，·當在第二工藝階段的壓力水平下進行機械排水時，從第二工藝階段排出的沉澱物的機械排水時得到的濾液和濃縮物被分別降低溫度時得到的蒸汽，和·在蒸汽氣氛下乾燥時獲得的蒸汽。在一個優選的實施方案中，所述蒸汽在進一步使用之前用來自乾燥過程的熱蒸汽冷凝物等溫清洗，由此可分離揮發性有機化合物和粉塵。優選調節清洗液的PH值使得適合進行基本的純化。在另一個優選的實施方案中，所述蒸汽在換熱器中冷凝並因此產生新鮮蒸汽。在使用換熱器時應注意，待冷凝的蒸汽的溫度和壓力必須高於待產生的蒸汽的溫度和壓力， 以保證有效傳熱。當本文提及「基本上」相同的壓力水平時，也意味著對於傳熱所需的壓差。在一個優選的實施方案中，清洗的蒸汽或新鮮蒸汽被壓縮或在動力過程(Kraftprozess)中在釋放技術功的情況下減壓，其中通過加熱乾燥器和加熱第二工藝階段所需的壓力水平符合目的地確定壓縮的壓力級。在另一個優選的實施方案中，蒸汽冷凝以釋放熱，所述熱優選用於加熱目的。在另一個優選的實施方案中，用於加熱乾燥器的熱蒸汽和任選的用於加熱第二工藝階段所需的熱蒸汽從蒸汽動力工藝的背壓式渦輪機分離，其中分離的壓力水平基本上相當於加熱乾燥器所需的熱蒸汽的壓力水平，並任選地相當於加熱第二工藝階段所需的壓力水平，第二和第三工藝階段中得到的廢蒸汽冷凝以釋放熱，並優選被併入蒸汽動力工藝以預熱給水。為了進一步改善該方法的熱平衡和水平衡，任選在上遊淨化雜質(例如粉塵)之後，有利地將等溫清洗閃蒸汽和乾燥蒸汽時可能產生的水、機械排水時可能分離的工藝水和形成新鮮蒸汽時可能產生的冷凝物在升高壓力之前引入第一工藝階段，在第二工藝階段之前釋放一部分其顯熱之後再次排出，然後進行處理或者任選通過蒸發濃縮之後在期望的情況下直接使用，且任選分離的雜質從工藝排出。本發明的經濟優勢在於由本發明的方法導致的水熱碳化的優化的能量平衡和最小化的水平衡，該方法除了達到代替礦物煤所需的極高的終產物品質之外，還能夠優選在內部使用產生的廢熱以乾燥產物和任選地根據熱泵原理藉助蒸汽壓縮從而加熱原料，或者優選在外部通過蒸汽膨脹至環境溫度水平例如以從工藝廢蒸汽得到電能，或優選在外部通過冷凝以供熱。根據本發明的方法的終產物可例如以水含量小於30，優選小於20質量％，優選小於15質量％的可銷售煤的形式存在。若不互相矛盾，本發明還涉及優選的實施方案的組合。根據如下實施例解釋本發明，然而並不限於特定描述的實施方案。
具體實施例方式實施例藉助

圖1的實施例如下描述本發明原料應為乾物質含量為50質量％且邊長至多為30x20x20mm的木片。在環境溫度下，通過輸送裝置2從散料倉1取出2000kg/h木片(相當於5155kW 能效)並引入第一工藝階段(由加料漏鬥3、漿料泵4和水分離器5構成)。通過使用2000kg/h從等溫蒸汽清洗19排出的工藝內廢水四在加料漏鬥3中填充原料的空隙體積而產生原料的可泵送性。因此原料的固體含量在泵4之前降低至25質量％。例如原料被預熱至高於50°C的溫度。漿料泵4將原料水混合物的壓力升高至並通過水分離器5將其輸送至第二工藝階段的第一工藝步驟7，在所述水分離器中分離約1300kg/h的工藝水30並從該工藝排出，例如通過排出廢氣31而實現增濃33從而得到溶解在工藝中的原料的營養物作為肥料 32。通過散料輸送6固體含量為37質量％的預熱的原料到達第二工藝階段的第一工藝步驟7，其在20bar的壓力下工作且其中固體排出釋放所攜帶的水，所述水流入第二工藝階段的第二工藝步驟9，其中通過從第二工藝階段的第二工藝步驟9產生並冷凝的飽和蒸汽將原料加熱至水熱碳化所需的溫度，在該實施例中為210°C。
在第二工藝階段的第一工藝步驟7中預熱的原料形成散料層8，其通過重力下沉到第二工藝階段的第二工藝步驟9的水浴中，其中在20bar的壓力下和水的沸騰溫度碳化， 同時分離最大部分化學結合的水並形成永久氣體如二氧化碳(其通過15從該工藝排出) 並放熱。碳化產物在第三工藝步驟10中沉積為沉澱物，並通過11從該處機械地和控制地輸送至乾燥器34，同時閃蒸一部分沉澱物水。通過從第二工藝步驟排出工藝水16，通過循環13，和通過經蒸汽引入14加入蒸汽 27和循環沸騰溫度的工藝水12，從而將第二工藝階段的熱量收支維持在第二工藝步驟中的近似等溫反應條件下。通過11從第二工藝階段輸送至第三工藝階段的乾燥過程34的沉澱物在該處間接藉助蒸汽加熱的表面在低過壓和蒸汽氣氛下乾燥，形成熱蒸汽冷凝物觀。在沉澱物輸出11 時和在乾燥過程34時產生的飽和蒸汽17和18以及從第二工藝階段通過16排出的水的閃蒸汽在蒸汽清洗19中在低過壓下用乾燥過程中產生的熱蒸汽冷凝物36或工藝水16等溫清洗。在略大於環境壓力的壓力下產生的清洗的蒸汽20在21中壓縮到實現第三工藝階段所需的熱蒸汽壓力，通過在M中噴入熱蒸汽冷凝物基本上中間冷卻至飽和蒸汽條件，然後通過25供至乾燥過程的加熱表面。根據本發明，對於實現第三工藝階段不需要的閃蒸汽可在膨脹22中降低至環境溫度水平同時釋放技術功(technischer Arbeit)，並在冷凝23中液化，然後要麼再次引入工藝中，要麼從工藝排出，其中此處排出的水相應減少了經由30的排水。根據本發明，如果第二工藝階段中需要熱，可在於M中中間冷卻之後將21中壓縮的蒸汽引入至第二壓縮階段26並在此壓縮至通過14引入第二工藝階段所需的壓力。在實施例中，終產物是與褐煤燃料粉末相似的產物，其通過35從工藝排出，具有約700kg/h的質量流量，約15質量％的水含量和4. 925kff的熱值。在實施例中，化學轉換的能效大於95 %。藉助圖2的第二個實施例如下描述本發明原料為來自景觀養護的乾物質含量為40質量％且長度至多為20mm的草和葉的混合物。在環境溫度下，將lt/h原料37(0. 4t/h乾物質和0. 6t/h水)連續引入第一工藝階段，所述第一工藝階段由升高壓力的裝置構成，在該實施例中為二級壓力氣閥38，其由原料接收器、低壓氣閥、高壓氣閥和三個氣閥閥門構成。壓力氣閥38周期性運轉並將原料的壓力升高至18bar，其中原料37通過重力從接收器輸送至第一低壓氣閥，從低壓氣閥輸送至高壓氣閥，並從該處直接輸送至第二工藝階段，所述第二工藝階段包含直立式反應容器。將原料從上方引入在ISbar的壓力下工作的第二工藝階段，並釋放出固體攜帶的水，在該處通過由27加入0. 3t/h的熱蒸汽而預熱至水熱碳化所需的溫度，在該實施例中為 190 "C。原料通過重力下沉到水浴39中，在那裡在ISbar的壓力和最高水的沸騰溫度碳化，同時分離0. 04t/h化學結合的水並形成0. 04t/h永久氣體如二氧化碳(其通過15從工藝排出)並放熱，並沉積為沉澱物40。通過11機械地和控制地從第二工藝階段排出固體含量為30% (0. 32t/h固體和 0. 75t/h水)的沉澱物40，同時閃蒸一部分沉澱物水17(0. 17t/h)，由此將固體含量升高至約36%，並引入第三工藝階段的乾燥器34中。通過具有固體截留41、其循環12和再次引入的去除裝置排出工藝水，通過加入熱蒸汽27和由16排水從而維持第二工藝階段的熱平衡。引入熱蒸汽27和循環水12無關聯地進行，使得第二工藝階段的上方部分/區域基本水平地循環，因此限定沉澱物40的高度，使得無牢固的底部沉積體形成。同時通過本發明允許的沉澱將沉澱物輸出11的固體含量升高至約30質量％，使得在第二工藝階段中保留大量熱水，所述熱水形成水浴39，其中發生碳化，並且僅僅不隨沉澱物排出而是隨原料或作為熱蒸汽引入第二工藝階段的水以及在第二工藝階段從原料分解出的化學結合的水 (總共約0. 19t/h)通過16從第二工藝階段排出並控制地減壓同時釋放閃蒸汽42，並作為減壓的工藝水用於進一步利用。在該實施例中，水浴在沉澱物層上方具有低於10質量％的固體含量，這確保良好的循環性能。該實施例清楚顯示，根據本發明允許構建沉澱物層導致沉澱物輸出處固體的明顯聚集，因此可將大部分工藝水保持在第二工藝階段中。沉澱物的構建還導致原料在第二工藝階段中停留的最小時間(在該實施例中為60分鐘)，使得可發生最小轉化並保證最低產物品質，在該情況下為大於55質量％的碳含量。通過11從第二工藝階段輸送至第三工藝階段的乾燥器34的沉澱物在該處間接藉助於蒸汽加熱的表面44在低過壓在蒸汽氣氛下乾燥，同時形成熱蒸汽冷凝物觀，並以10質量％的水含量(0. 32t/h固體和0. 04t/h水)經由35從工藝排出。在此產生約0. 54t/h飽和蒸汽18。在沉澱物減壓11和工藝水減壓時產生的閃蒸汽17和42以及在乾燥過程34時產生的蒸汽18作為飽和蒸汽得到，使得其潛熱可直接使用或在壓縮或通過冷凝減壓之後使用並可再次併入工藝中。此外，藉助圖3的第三個實施例如下描述本發明原料為乾物質含量為約50質量％且邊長為至多60x60x60mm的木片。在環境溫度下，通過輸送裝置2從散料倉1取出2000kg/h木片37 (相當於5556kW 能效)並引入第一工藝階段(由製漿容器3、升高壓力的裝置61(在該實施例中為高壓泵和旋轉氣閥)以及水分離器5構成)。在該實施例中，通過加入200kg/h廢蒸汽45(部分在沉澱物40的閃蒸膨脹時得到)將原料的溫度升高至超過90°C。通過在製漿容器3中使原料與一部分工藝內廢水 46(1040kg/h)(從機械排水47排出)和一部分循環水48(7800kg/h)(在旋轉氣閥中升高壓力之前基本上從原料再次分離並用工藝內廢水30替換)混合，從而產生原料的可輸送性。在旋轉氣閥之前原料的固體含量降低至低於10質量％。過量的水(380kg/h)經由49從工藝排出並例如投入處理或利用中。通過引入(通過旋轉氣閥的高壓泵引入)來自水分離器5的工藝內廢水30促成旋轉氣閥中壓力的升高。在壓力升高61中，原料水混合物的壓力升高至25bar，並基本上通過循環流動的工藝內廢水30將其輸送至水分離器5，在該處水基本再次與原料分離並且脫水原料從該處引入第二工藝階段。如果有利或者需要達到所需壓力，也可在高壓泵和旋轉氣閥的兩個串聯組合中升高壓力。
固體含量超過30質量％的原料從上方引入第二工藝階段，所述第二工藝階段在 20bar的壓力下工作且其中排出固體攜帶的水，在該處通過(通過冷凝約420kg/h熱蒸汽 27)加熱的循環水12預熱至水熱碳化所需的溫度，在該實施例中為220°C。原料通過重力下沉到水浴39中，其中在20bar的壓力和最高水的沸騰溫度碳化， 同時分離100kg/h化學結合的水並形成100kg/h永久氣體如二氧化碳(其通過15從工藝排出)並放熱，並沉積為沉澱物40。在該實施例中，水浴在沉澱物層上方具有低於5質量％ 的固體含量，這確保良好的循環性能。該實施例清楚顯示，根據本發明允許構建沉澱物層導致沉澱物輸出處固體的明顯聚集，因此將大部分工藝水保持在第二工藝階段中。沉澱物40通過11以兩階段、機械地和控制地從第二工藝階段排出，同時閃蒸一部分沉澱物水50，51，其中閃蒸以兩階段進行，在該實施例中閃蒸汽在約6bar下作為中壓蒸汽得到(50 ；360kg/h)，在約Ibar下作為低壓蒸汽得到(51 ；270kg/h)，並引入第三工藝階段，所述第三工藝階段由機械排水G7)和在蒸汽氣氛下蒸汽加熱的乾燥過程(34)組成。通過具有固體截留41、其循環12，除蒸汽13和排水16的去除裝置排出工藝水從而維持第二工藝階段的熱平衡，其中所述工藝水在換熱器中通過冷凝熱蒸汽27而加熱。通過由16排出80kg/h的工藝水達到第二工藝階段的水平衡，所述工藝水被閃蒸膨脹並作為水43(60kg/h)(要麼作為額外的水引入製漿容器(3)，要麼從工藝排出)和飽和蒸汽42 (20kg/h)(用於進一步能量利用)。通過11從第二工藝階段輸送至機械排水裝置07)的沉澱物在該處機械脫水至超過50質量％的乾物質含量，濾液46(1060kg/h)作為工藝內廢水部分地引入製漿容器3，濃縮物(機械脫水的碳化原料5 (1600kg/h)引入乾燥過程34中，在那裡在低過壓下在蒸汽氣氛中間接藉助蒸汽加熱的表面44乾燥，同時形成熱蒸汽冷凝物W和約730kg/h的飽和蒸汽18，並以8質量％ (800kg/h固體和70kg/h水)的水含量通過35從工藝排出。在沉澱物減壓11的第二階段中產生的閃蒸汽51，乾燥過程34時產生的蒸汽18以及通過16從第二工藝階段排出的水的閃蒸汽42作為飽和蒸汽得到，可匯流並在排出蒸汽流之後在製漿容器3中作為低壓蒸汽53 (約lbar)通過直接冷凝或在壓縮或減壓之後冷凝以預熱原料45，從而用於進一步的能量利用。此外，在沉澱物減壓11的第一階段產生的閃蒸汽50作為中壓蒸汽(約6bar)通過直接冷凝或在壓縮或減壓之後冷凝從而用於進一步利用。在實施例中，終產物是與褐煤燃料粉末相似的產物，其通過35從工藝排出，具有約870kg/h的質量流量，約8質量％的水含量和5376kW的燃燒值。在實施例中，化學轉換的能效大於95%。與第二個實施例相比，在工藝的節能和節水方面，第三個實施例顯示出比第二個實施例進一步改善的方法，因為原料溫度可通過回輸來自閃蒸膨脹的廢蒸汽形式的廢熱和來自機械排水的廢水形式的廢熱而升高，從而降低第二工藝階段對於熱蒸汽27的特定需求，同時通過上遊的機械排水降低了乾燥過程中的熱蒸汽需求25。有利地利用機械排水中分離的水以產生原料的可泵送性，並提供實現第二工藝階段所需的水，不同於第一個實施例，所述水與比第一個實施例乾燥的原料一起引入工藝。在該實施例中，流49和43以及流50和53的總和在直接濃縮之後或在壓縮或減壓濃縮之後形成從裝置排出的水量。
下文藉助圖4的第四個實施例(與實施例2(圖2)結合考慮)描述根據本發明的廢蒸汽流的利用沉澱物減壓11時和通過16從第二工藝階段排出的水減壓時產生的閃蒸汽17和 42以及乾燥過程34時產生的蒸汽18在蒸汽清洗19中用乾燥時產生的熱蒸汽冷凝物觀等
溫清洗。清洗的蒸汽20在壓縮機21中壓縮至實現第三工藝階段所需的熱蒸汽壓力，通過噴入熱蒸汽冷凝物M冷卻到飽和溫度，亦即，基本達到飽和蒸汽溫度，然後通過25引至乾燥過程的加熱表面。當第二工藝階段中需要熱時，根據本發明，在21中壓縮的蒸汽可在M中中間冷卻之後引入第二壓縮階段26，並在該處壓縮至通過27輸入第二工藝階段所需的壓力。根據本發明，對於加熱第二和第三工藝階段不需要的蒸汽可在膨脹22中降至環境溫度水平同時釋放技術功，並在冷凝23中液化。或者也可簡單冷凝過量蒸汽同時釋放熱。在55處產生的蒸汽冷凝物和在四處通過等溫蒸汽清洗產生的工藝內廢水要麼在工藝內需要時用作循環水，要麼任選地在處理之後從工藝排出。下文藉助圖5的第五個實施例(與實施例3(圖3)結合考慮)描述根據本發明的廢蒸汽流的使用在低壓蒸發器56中冷凝對於原料的重新預熱不需要的低壓蒸汽53 (約lbar)。在其逆流方向上，在乾燥過程中產生的熱蒸汽冷凝物觀在其閃蒸膨脹並且所形成的閃蒸汽在液體蒸汽分離器57中分離之後與來自膨脹22的蒸汽冷凝物55 —起蒸發，並與來自57的閃蒸汽一起形成低壓蒸汽20。應注意，低壓蒸汽20通過換熱器中所需的溫差在約0. 9bar 的壓力下產生。低壓蒸汽20 (約0. 8bar)在壓縮機21中壓縮至實現第三工藝階段所需的熱蒸汽壓力，通過向M中噴入熱蒸汽冷凝物冷卻到飽和溫度，亦即，基本達到飽和蒸汽溫度，然後與來自冷凝物M的減壓的閃蒸汽以及在58中產生且在57中分離的額外蒸汽一起通過25 引至乾燥過程的加熱表面。當第二工藝階段中需要熱時，根據本發明，在21中壓縮的蒸汽可在M中中間冷卻之後引入第二壓縮階段26，並在該處壓縮至通過27併入第二工藝階段所需的壓力。熱蒸汽 27的冷凝物M閃蒸膨脹並在中壓蒸發器58中通過中壓閃蒸汽50 (約6bar)的冷凝而部分蒸發。通過換熱器中所需的溫差在約^ar的壓力下得到的蒸汽在液體蒸汽分離器57中與液相分離並作為熱蒸汽與在21中壓縮並在M中冷卻到飽和溫度的蒸汽一起通過觀引至乾燥過程。液相與來自乾燥過程觀的熱蒸汽冷凝物一起混合併部分用於在M中中間冷卻蒸汽和部分用於產生低壓蒸汽。根據本發明，對於加熱第二和第三工藝階段不需要的蒸汽可在膨脹22中降至環境溫度水平同時釋放技術功，並在冷凝23中液化。或者也可簡單冷凝過量蒸汽同時釋放熱。在59處產生的低壓蒸汽冷凝物和在60處產生的中壓蒸汽冷凝物要麼在工藝內需要時作為循環水，要麼任選地在處理之後從工藝排出。附圖標記
1散料倉2輸送裝置3加料漏鬥/製漿容器4漿料泵5水分離器6散料輸送7第一工藝步驟，第二工藝階段8原料的散料層9第二工藝步驟，第二工藝階段10第三工藝步驟，第二工藝階段11具有閃蒸膨脹的沉澱物出口12來自第二工藝階段的循環工藝水13從第二工藝階段去除的蒸汽14加入蒸汽15永久氣體排出16來自第二工藝階段的工藝水17來自沉澱物減壓的閃蒸汽18來自乾燥過程的蒸汽19閃蒸汽等溫清洗20壓縮機I之前的低壓蒸汽21壓縮機I22 膨脹23 冷凝M中間冷卻的蒸汽25熱蒸汽乾燥過程洸壓縮機II27用於加熱第二工藝階段的熱蒸汽28來自乾燥過程的熱蒸汽冷凝物四來自蒸汽清洗的工藝內廢水30來自水分離器的工藝內廢水31來自增濃的廢汽32 肥料33工藝水增濃34蒸汽氣氛下的乾燥器35產物排出36用於等溫清洗的熱蒸汽冷凝物37第一工藝階段之前的原料38壓力氣閥39第二工藝階段中的水浴
40第二工藝階段中的沉澱物41具有固體截留的去除裝置42來自工藝水減壓的閃蒸汽43減壓的工藝水44蒸汽加熱的表面45用於預熱的廢蒸汽46來自機械排水的工藝內廢水47機械排水48用於輸送原料的循環水49排出的工藝水50來自沉澱物減壓的中壓閃蒸汽51來自沉澱物減壓的低壓閃蒸汽52機械排水後的碳化的原料53低壓蒸汽M來自第二工藝階段的熱蒸汽冷凝物55蒸汽冷凝物膨脹56換熱器/低壓蒸發器57液體蒸汽分離器58換熱器/中壓蒸發器59低壓蒸汽冷凝物60中壓蒸汽冷凝物61高壓泵和旋轉氣閥
權利要求
1.用於生物質的水熱碳化的連續方法，其特徵在於， 在第一工藝階段「升高壓力」中，原料的壓力基本升高到至少^ar的後續工藝階段的壓力， 在第二工藝階段「碳化」中，在至少^ar的壓力下和至多水的沸騰溫度下在基本分解出水和二氧化碳的情況下使原料轉化為碳化產物， 在第二工藝階段中主要通過重力將原料基本豎直地運輸， 在第二工藝階段的上方區域，通過從第二工藝階段排水和將水部分地再引入第二工藝階段而循環原料， 在第二工藝階段的下方部分，原料沉積為含水沉澱物， 這樣選擇沉澱物的最小高度，使得固體含量通過沉澱升高至至少15%，優選至少 20%，更優選至少25%，特別優選至少30%，並這樣限制沉澱物層的最大高度，使得沒有通過靜壓而形成牢固的底部沉積體， 通過在第二工藝階段中排水和引入水從而調節該工藝階段中水位的填充高度， 第二工藝階段中產生的永久氣體與進入第二工藝階段的原料逆流地這樣離開第二工藝階段，使得所包含的水蒸汽部分至少部分地冷凝於相對更冷的原料上，永久氣體在這之後才離開所述工藝，和 從第二工藝階段排出沉澱物，並通過水的蒸發基本冷卻至第三工藝階段的溫度水平， 將其引入第三工藝階段，所述第三工藝階段為用蒸汽加熱的乾燥過程，其中在蒸汽氣氛下進行乾燥，並以水含量小於30，優選小於20，特別是小於15質量％的可銷售煤的形式作為終產物離開第三工藝階段。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，通過與來自後續工藝階段的比原料溫度更熱的廢水和廢蒸汽混合升高第一工藝階段中原料的溫度，並在原料進入第二工藝階段之前，從原料再次分離至多如之前引入的量的水，並且從該過程中排出的經分離的水至多如在碳化和乾燥的後續工藝階段中從原料分離的量的水，此外，引入至第一工藝階段的水在工藝中保留作為循環水，
3.根據上述權利要求任一項所述的方法，其特徵在於，在第一工藝階段中，在液體的存在下升高原料的壓力，並緊接在升高壓力之前通過用工藝內廢水填充至少原料的空隙體積而提供其可輸送性，在將原料引入第二工藝階段之前，再次從原料分離至多如之前引入的量的水。
4.根據上述權利要求任一項所述的方法，其特徵在於，在第二工藝階段「碳化」的第二工藝步驟中，通過排出蒸汽、再引入為循環而排出的水，和如果必要，通過添加在該工藝階段中冷凝的外來熱蒸汽而得到近似等溫的工藝過程。
5.根據上述權利要求任一項所述的方法，其特徵在於，在第二工藝階段「碳化」的第二工藝步驟中，通過排出蒸汽和排出、加熱和再引入為循環而排出的水，得到近似等溫的工藝過程。
6.根據上述權利要求任一項所述的方法，其特徵在於，第三工藝階段的蒸汽加熱的乾燥過程上遊連接機械排水過程，其中僅將在機械排水時產生的濃縮物引入蒸汽加熱的乾燥過程中。
7.根據上述權利要求任一項所述的方法，其特徵在於，來自不再次引入至第二工藝階段的水和含水沉澱物的壓力降低的閃蒸汽以及乾燥時產生的蒸汽被等溫清洗，隨後被壓縮或在動力過程中在釋放技術功的情況下減壓，其中由用於加熱乾燥器和用於加熱第二工藝階段所需的壓力確定壓縮的壓力級。
8.根據上述權利要求任一項所述的方法，其特徵在於，來自不再次弓I入至第二工藝階段的水和含水沉澱物的壓力降低的閃蒸汽以及乾燥時產生的蒸汽冷凝以產生新鮮蒸汽，其隨後被壓縮或在動力過程中在釋放技術功的情況下減壓，其中由用於加熱乾燥器和用於加熱第二工藝階段所需的壓力確定壓縮的壓力級。
9.根據上述權利要求任一項所述的方法，其特徵在於，在等溫清洗閃蒸汽和乾燥蒸汽中所產生的水在升高壓力之前引入第一工藝階段的原料中，並在向原料釋放其一部分顯熱之後至少部分地在第二工藝階段之前再次從原料分離，然後任選在通過汽化或蒸發而濃縮之後投入應用中。
10.根據上述權利要求任一項所述的方法，其特徵在於，機械排水過程中產生的濾液在升高壓力之前引入第一工藝階段中的原料中，在向原料釋放其一部分顯熱之後至少部分地在第二工藝階段之前再次排出，然後任選在通過汽化或蒸發而濃縮之後投入應用中。
11.根據上述權利要求任一項所述的方法，其特徵在於，在蒸發器中產生的冷凝物在升高壓力之前引入第一工藝階段的原料中，在釋放其一部分顯熱之後至少部分地在第二工藝階段之前再次排出，然後任選在通過汽化或蒸發濃縮之後投入應用中。
全文摘要
本發明涉及用於再生性原材料和有機餘料的水熱碳化的連續方法，其中在第一工藝階段中，壓力基本升高至碳化發生的壓力水平，在第二工藝階段中，在至少5bar的壓力下和至多水的沸騰溫度下進行碳化，得到的碳化產物至少部分沉積為沉澱物，通過排水來設定第二工藝階段中水的填充高度，通過蒸發水來降低從第二工藝階段中排出的沉澱物的溫度，將沉澱物引入第三工藝階段中，所述第三工藝階段為用蒸汽加熱的乾燥過程，其中所述乾燥過程在蒸汽氣氛下進行，隨後將沉澱物從該過程中排出。
文檔編號C10B53/02GK102369263SQ201080014303
公開日2012年3月7日 申請日期2010年4月1日 優先權日2009年4月1日
發明者B·M·沃爾夫, C·馮奧爾斯豪森, T·威特曼 申請人:森高工業有限公司