JP2016529103A - 回収蒸気の再循環を利用する連続的な熱加水分解のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、有機物を含む処理すべきスラッジの連続的な熱加水分解のための方法に関連し、前記方法は、均一な一次混合物を得るために、一次動的噴射器−ミキサを利用して前記スラッジの中への回収蒸気の噴射および前記スラッジと前記回収蒸気の混合を同時に実行するステップと、スラッジの均一な二次混合物を得るために、二次動的噴射器−ミキサを利用して前記均一な一次混合物への新しい蒸気の噴射および前記均一な一次混合物と前記新しい蒸気の混合を同時に実行するステップと、前記均一な二次混合物を十分な滞留時間にわたりかつこの均一な二次混合物の中に存在する有機物の熱加水分解を可能にするのに十分な温度で圧力下で管リアクタに向かって運び、この均一な二次混合物の前記リアクタ内への基本的にプラグタイプの流れを促進するステップと、前記管状リアクタからの出口で得られる前記均一な二次混合物から回収蒸気を生成するための手段内で前記回収蒸気を生成するステップと、前記均一な二次混合物を、回収蒸気を生成するための前記手段を出るとき、前記均一な二次混合物が含む加水分解後の有機物のその後の消化を可能にする温度まで冷却するステップとを含む。

Description

本発明は、有機物を含んだスラッジの連続的な熱加水分解のための方法および装置に関し、このようなスラッジは有機物を含む他の廃棄物と混ぜ合わされる場合と、混ぜ合わされない場合がある。このようなスラッジまたはこういった廃棄物は、例えば、家庭排水（消化後または未消化の洗浄スラッジ、事前処理に由来する脂肪）の処理から、あるいは産業排水（例えば食品処理工場、食肉処理場、モラッセなどからの排水）の処理から、あるいは有機物を含むまたは排出物、油脂タンクなどに由来する家庭廃物タイプの廃棄物の処理に由来する場合がある。「スラッジ」という用語は、この文献において以下で使用される。

排水の処理から出るスラッジは、家庭用または工業由来あるいは農業からかに関わらず、生物学的に処理することができ、とりわけ、嫌気性の消化によって処理することができる。

生物学的処理の目的は、このようなスラッジ中に含まれる有機物を分解することである。このような分解は、スラッジを安定化させ、エネルギーの生成を可能にする（バイオガスの生成を通して）および／またはスラッジの体積を縮小することも目指している。しかしながら、特定の有機化合物は、他のものより生物学的手段によって分解するのが難しく、熱加水分解による事前処理によって生物学的分解の過程を促進させることが知られている。このような熱処理は、一般に圧力下で１００℃を超える温度で、実際には２２０℃まで上がる温度で、所定の期間にわたって一般には３０分間行われる。このような熱加水分解を通して、生物分解性に乏しい有機物をより容易に生物学的に分解することができる化合物に変換することができる。

一般に、このすぐ後の生物学的分解は、嫌気性に作用し消化槽と呼ばれる閉鎖されたリアクタ内での消化によって行うことができる。このような嫌気性の消化槽は、それらが一般には加熱システムを必要とし適切な一定の温度で機能する場合、およびそれらが適切に攪拌された場合のみ正しく働くことができる。消化槽に進入するスラッジが流体であり、すなわちそれが低い粘度を有するため、このような攪拌作業はそれだけ容易である。

従来技術で知られる熱加水分解の方法には様々な種類がある。それらの一部は、加水分解すべき所与の量のスラッジを個々にまたは断続的に（すなわち「バッチ」操作）処理することによって実行され、他の方法は、加水分解すべきスラッジの連続的処理または少なくとも半連続的な処理を可能にするように設計されている。

熱加水分解のこれらの装置および方法に関する従来技術において、我々は、共にバッチ処理法に関する特許文献ＷＯ９６／０９８８２およびＷＯ２００６／０２７０６２を特に引用することができる。

このようなバッチ処理法には、処理すべきスラッジの様々なバッチを処理するために処理サイクルを管理することを必要にし、特定の装置の反復的操作、例えば早すぎる摩耗および断裂につながる可能性ある弁の開閉操作などを必要とするという欠点がある。

スラッジの連続的または半連続的な熱加水分解の技術は、特許文献ＥＰ１１９８４２４に記載される技術および特許文献ＷＯ２００９／１２１８７３に記載される技術を含んでいる。

ＥＰ１１９８４２４に記載される技術において、スラッジがリアクタ内に運ばれ、５分から６０分間にわたって１３０℃から１８０℃の温度でその中を進む。このような処理を通して加水分解されたスラッジは次にその温度が、下流の消化槽の機能に適合可能であり、この消化槽のバイオマスが破壊されるのを阻止するのに十分な低温になることを確実にするために、熱交換器によって冷却される。このようにして回収されたエネルギーによって、スラッジが熱加水分解リアクタに入る前にそれを事前加熱することが可能になる。しかしながら、このような技術は、１０％を超える乾燥した固体含有物を含む加水分解されていない濃縮されたスラッジに対して熱交換器を使用するが、これは実際には管理するのが難しく、それがメンテナンスおよび清掃のための停止期間を必要とすることから、ユーザにとって制約が伴う。その上このような構成は、極めて高温のスラッジ（１３０℃から１８０℃）に対して作用するポンプ、この場合では文献ＥＰ１１９８４２４の図１におけるポンプ１１を実装しており、経験からこのような要因によってポンプが短い寿命を有することを示している。最終的にこのような構成は、２０％を超える乾燥含有物を有するスラッジを処理するのにそれを使用することができないため、処理すべきスラッジの濃度の点において制限される。それはさらに、スラッジがさらに濃縮されることから（すなわち２０％を超える乾燥含有物、すなわち８０％未満の水の含有量）、エネルギー消費の点において最適化することができず、蒸気によって加熱すべき水の体積（スラッジ中に含まれる）が減少すると仮定すると、蒸気の観点における必要性もさらに低下するであろう。

特許文献ＷＯ２００９／１２１８７３に記載される技術においてスラッジは、蒸気が直接噴射される熱加水分解の管リアクタ内で連続的に処理される。

この方法には、まさに連続する方法であるという利点がある。しかしながら、熱加水分解によるスラッジの処理は、市場に存在する他の方法に対して大きく改善されたが、それにはまだ特定の制限がある。

まず第１に、リアクタに投入される加水分解すべきスラッジの粘度が高すぎる場合、このスラッジの中に蒸気を噴射することは困難であることを証明することができる。実際には、この方法は高度の乾燥含有物を有するスラッジを処理することができる。特定の乾燥含有物レベルを超えると熱加水分解が最適でなくなることが判明する可能性があり、これは熱加水分解から下流に位置する嫌気性消化の性能を制限することになる。

第２に、本出願人によって実施された実験は、文献ＷＯ２００９／１２１８７３に記載される方法の枠組みの範囲内で実施される熱加水分解リアクタ内で観察された熱および機械的制限により、構造の点で特別な構成が必要になる可能性があることを示した。噴射される蒸気のすべてが特定の乾燥含有物レベルを超えるスラッジの中に完全に凝結するわけではないことが観察された。実際、リアクタ内に噴射される蒸気は好ましい経路を取ることがあり得る。この問題は、特許ＷＯ２００９／１２１８７３、特にこの文献の５ページの段落１に特定されており、この部分は、リアクタが水平方向の部分を有する場合蒸気とスラッジは２層に分離し易く、すなわち上部層は蒸気を含み、下部層はスラッジを含むということを具体的に述べている。

次に熱加水分解のすべての方法に関して、特に連続的に機能するこのような方法に関して、方法の重要な段階はスラッジの中の蒸気の移動および凝結に相当する。実際にこのステップが適切に行われない場合、このとき使用すべき蒸気の量が増大するため、化学反応の点においてだけでなく経済的な点においても熱加水分解の方法の性能はかなり損なわれる可能性がある。

したがって、脱水したスラッジに対する熱加水分解の方法は、蒸気をスラッジの中に効率的に噴射する必要があるという難点、および当然の結果としてこのようなスラッジの粘度が非常に高いときにそれらを混合するという難点に直面している。スラッジは本質的に粘性であるため、その乾燥含有物が大きくなる程、蒸気をスラッジの中に噴射しスラッジと混ぜ合わせ凝結によってそのエネルギーを生み出して生物分解性に乏しい化合物の熱加水分解を促すことがより困難になる。

バッチ処理法では、処理すべきスラッジと蒸気の密接な混合を促進するために、処理タンクの中で攪拌作業を実施することが推奨されている。処理容器内で行われるこのような攪拌式の混合を通してスラッジと蒸気の混合物が密接になり、蒸気がスラッジ内に凝結する中でそのエネルギーをより迅速に生み出すことができる。しかしながら、従来技術の連続的な方法およびバッチ処理法の両方において、上記で引用した特許文献に記載されクレーム主張される技術によって行われる少なくとも産業レベルの輸送では、その乾燥含有物は２０％を超えると実際にはスラッジを効率的に加水分解することができない。これは、スラッジが２０重量パーセントまでの乾燥物に制限されることを必要とする。

特許文献ＷＯ２００９／１２１８７３は、このような蒸気とスラッジの混合作用を改善するためにリアクタ内での静的または動的ミキサの利用を推奨している。これはＷＯ２００９／１２１８７３の５ページの最後の段落に説明されている。このようなミキサは、蒸気がリアクタの水平方向の部分の中に噴射されるとき特に推奨される。なぜなら、このような水平方向の部分が上記で既に指摘したように蒸気が排出の好ましい経路を取る固有の傾向を有しスラッジと完全には混ざらない領域として特定され、これによりスラッジに対してそのエネルギーを適切に生み出さないためである。したがって、このような傾向は、熱加水分解リアクタの性能を低下させることになる。しかしながら、本出願人の知る限り、このような動的または静的ミキサをスラッジの処理のために使用する産業規模の装置は今のところ商業的に使用される設備に適用されていないことに留意されたい。

本発明の目的は、以下に記載する本発明に最も近い従来技術とみなされるＷＯ２００９／１２１８７３に開示される技術の成果を改善するために少なくとも一実施形態において使用することができる方法、およびこの方法の適用に関連する装置を提案することである。

詳細には本発明の目的は、熱加水分解すべき、かつこれまで従来技術において有効に使用されていた最大乾燥含有物より高い乾燥含有物レベルを有するスラッジを、一般にスラッジの熱加水分解の後に続く消化の性能を低下させることなく、少なくとも一実施形態において処理することを可能にするこの種の方法および装置を記述することである。

本発明の目的は、熱加水分解の高い性能レベルを達成し、これにより一様でない温度に関連するリアクタに対する機械的制約を取り除き、リアクタ内でのスラッジと蒸気の混合物の一様な温度を実現するために、少なくとも一実施形態において使用することができるこの種の方法および装置を提案することである。

本発明の別の目的は、その実施に関して必要とされるエネルギー消費を抑えるために、少なくとも一実施形態で使用することができるこの種の技術を提供することである。

具体的には、本発明は、少なくとも一実施形態においてスラッジの加水分解のために必要な蒸気の消費を抑えることを可能にするこの種の方法および装置を開示するという目的を遂行する。

本発明のさらに別の目的は、従来技術におけるものより小さい体積、とりわけ短い長さのリアクタを少なくとも一実施形態において実装することができ、その一方で、スラッジ内での蒸気の凝結を最適化することができるこの種の方法および装置を記述することである。

本発明のさらに別の目的は、少なくとも一実施形態においてスラッジを衛生的にすることを可能にするこの種の方法および装置を記述することである。

これらの目的のすべてまたはその一部は、まず第１に有機物を含む処理すべきスラッジの連続的な熱加水分解のための方法に関連する本発明を通して達成され、前記方法は、
事前加熱されたスラッジの均一な一次混合物を得るために、一次動的噴射器−ミキサを利用して回収蒸気の前記スラッジの中への噴射および前記スラッジと前記回収蒸気の混合を同時に実行するステップと、
熱加水分解の所望の温度まで加熱されたスラッジの均一な二次混合物を得るために、二次動的噴射器−ミキサを利用して前記均一な一次混合物への新しい蒸気の噴射および前記均一な一次混合物と前記蒸気の混合を同時に実行するステップと、
前記均一な二次混合物を十分な滞留時間にわたって、かつこの均一な二次混合物の中に存在する有機物の熱加水分解を可能にするのに十分な温度で管リアクタに向けて圧力下で運び、前記リアクタ内へのこの均一な二次混合物の基本的にプラグタイプの流れを促進するステップと、
前記管リアクタからの出口で得られる前記均一な二次混合物から回収蒸気を生成するための手段内で前記回収蒸気を生成するステップと、
前記均一な二次混合物を、回収蒸気を生成するための前記手段から出るとき、前記均一な二次混合物が含む加水分解後の有機物のその後の消化を可能にする温度まで冷却するステップとを含んでいる。

本記載において用語「動的噴射器−ミキサ」は、チャンバと、出口で均一な混合物を得るためにモータ駆動の機械的手段を介してこのチャンバに進入する種々の相の攪拌を促進するのに使用される手段とによって構成される任意のミキサを意味するものと理解すべきことに留意されたい。このような要素は、例えばロータよって動かされるブレードまたはねじ、あるいはこれもロータによって動かされる混合の任意の他の手段によって構成されている場合がある。

用語「プラグタイプの流れ」は、その中ですべての粒子が同一速度で移動する流れを意味するものと理解すべきである。

本発明において理解されるように、
− 回収蒸気は、スラッジがリアクタから出て行くとき加水分解後のスラッジの熱を利用して生成される圧力下における蒸気であり、
− 新しい蒸気は、この目的のために設けられた補助装置、例えばボイラー、熱・電併給システムまたは任意の他の適合されたシステムを利用して生成される圧力下における蒸気である。

均質な二次混合物の冷却は、その温度を下げることを目指している。これは、例えばこの混合物を１つまたは複数の熱交換器の中を通過させることによって、ならびに／あるいはそれを水および／または新しいスラッジによって希釈することによって達成することができる。希釈の場合、スラッジの希釈は、その乾燥度の変化だけでなく温度の低下も招くことになる。

したがって、本発明は、管リアクタ内でその後に行われる熱加水分解ステップの上流で、事前に加熱されたスラッジの完全に均一な一次混合物を得るために回収蒸気と加水分解すべきスラッジとの一次混合を実行し、その後加熱されたスラッジの完全に均一な二次混合物を得るために新しい蒸気と一次混合物との二次混合を実行することを提案している。前記管リアクタからの出口で得られる前記均一な二次混合物から回収蒸気を生成するためのステップもまた、一次混合ステップに回収蒸気を供給するように実施される。

したがって、本発明によれば、スラッジと回収蒸気、および新しい蒸気との一次混合ならびに二次混合の段階は、熱加水分解の段階とは明らかに異なり、混合段階と熱加水分解段階はまた異なる装置において効率的に実行される。

熱加水分解の前に実行される第１および第２の均一な混合によって構成される均一な混合によって、動的噴射器−ミキサにおいてスラッジの中で蒸気が凝結し、これによりスラッジを加熱することが可能になる。このような均一な混合物はその後、その流れがプラグフローに最も近くなるリアクタに向けて運ばれる。均一の単相液体相の形態を取り、生物分解性に乏しい化合物の熱加水分解を効率的かつ最適化された方法で行うことができる均一な温度でリアクタに進入する。

一般に、加水分解後の有機物を含むこの均一な混合物は必要であれば、それが管リアクタから出るとき必要ならばその後の消化を可能にする希釈によって達成されるある温度および／またはある濃度で運ばれる。

したがって、本発明は従来技術とは明らかに差別化され、加水分解すべきスラッジと、蒸気、このケースでは回収蒸気とその後の新しい蒸気との混合が熱加水分解のためのリアクタに対して上流で行われ、その中では行われないということによる特徴により、とりわけ特許文献ＷＯ２００９／１２１８７３から差別化される。

このような選択肢は、この従来技術の教示から断絶しており、これはリアクタに組み込まれた静的または動的ミキサの利用の可能性を示唆していた。しかしながら、この従来技術は、熱加水分解を最適化するのに十分に均質性を混合物に与えなかった。このような混合をリアクタの上流で実行し、その結果このリアクタに進入する相が完全に均質であり、その結果この混合物中の蒸気によって提供されるエネルギーがすべてスラッジに伝達され、その結果十分な滞留時間、すなわち十分なリアクタの長さを条件として熱加水分解することができるすべての物質を加水分解することができるという点において、本発明はこのような問題を解決するものである。

リアクタ内を進むスラッジと蒸気の混合物の均質性を通じて、動的ミキサ−噴射器の効果により蒸気のすべてがスラッジ内で凝結されるため、この混合物の温度の一様性をその中で実現することができる。このような温度の一様性によって蒸気をリアクタ内に運ぶための好ましい経路が出現しなくなり、その結果、流れのこのような好ましい経路の出現に固有の熱および機械的制約が取り除かれることになる。

具体的には、蒸気とスラッジの完全に均一な混合物は、その粘度を均一に低下させ、スラッジの剪断に関連する機械的作用を取り除く。

一次および二次動的噴射器−ミキサの中で加水分解すべきスラッジならびに回収蒸気およびその後の新しい蒸気からリアクタの上流で加熱したスラッジの均質な混合物を得ることは、高い乾燥含有物を有し、とりわけ２０％を超える乾燥含有物を有する加水分解すべきスラッジを処理することが可能であるという利点を有している。

この技術の適用はまた、スラッジの熱加水分解に必要とされる新しい蒸気の量を減らす助けをする。実際、生成されるスラッジ内に噴射される回収蒸気は、それを加水分解するためにスラッジの中に噴射される新しい蒸気と一部置き換わる。したがって、新しい蒸気を生成するのに必要とされるエネルギーの量を低下させ、これによりエネルギー消費の削減を行うことが可能である。

加えて、本発明による方法の適用によって生成される加水分解されるスラッジは最も高い頻度でその後の消化を受ける。このような消化を実施することは、スラッジの熱加水分解に必要とされる新しい蒸気を生成するために、少なくとも大部分がボイラーまたは熱・電併給ユニットのうちの一方に供給するのに使用されるバイオガスを生成する。したがって、本発明によれば、回収蒸気を生成しそれを加水分解すべきスラッジの中に噴射するという事実は、新しい蒸気の必要量を制限し、故に新しい蒸気の生成に専用に形成されるバイオガスのスラッジの加水分解のための割り当てを低下させる。したがって、スラッジの加水分解以外の目的に使用され得る余剰エネルギー（例えば電気、熱、ネットワークへのバイオ−メタンの噴射など）をこのようなバイオガスから生成することが可能であり、あるいは最低限でも生成されるエネルギーの量を増大させることが可能である。

第１の好ましい変形形態によれば、回収蒸気を生成するための前記ステップは、
前記均一な二次混合物を、前記管リアクタから出るとき、熱交換器の入り口まで運ぶステップと、
前記熱交換器の別の入り口に水を運ぶためのステップとを含み、
前記均一な二次混合物がその熱の少なくとも一部を前記水に伝達して前記回収蒸気を間接的に生成する。

このケースでは、加水分解後のスラッジからの熱を利用して、加水分解後のスラッジの流れの中に熱交換器内に噴射された水から回収蒸気を間接的に生成する。この変形形態によれば、均一な二次混合物から回収蒸気が間接的に生成される。このように実施することで「清浄な」回収蒸気を生成し、すなわちフラッシュ蒸気でのケースのように泡、粒子、非凝結性要素などの要素を基本的に含まない蒸気を生成する。

第２の好ましい変形形態によれば、回収蒸気を生成するための前記ステップは、前記均一な二次混合物を、前記管リアクタを出るとき、フラッシュリアクタ内に運び、フラッシュリアクタ内で、前記均一な二次混合物の圧力および温度が急速に下げられ、フラッシュ蒸気を生成するステップを含み、前記フラッシュ蒸気は前記回収蒸気を構成している。

このケースでは、加水分解後のスラッジからの熱を利用して、スラッジの温度を上げるために一次の噴射器−ミキサの中で加水分解すべきスラッジと混合されるフラッシュ蒸気の形態で回収蒸気を間接的に生成し、これにより処理すべきスラッジの温度の事前の上昇が実現される。この変形形態によれば、回収蒸気は均一な二次混合物から直接生成されている。

前記回収蒸気の圧力の範囲は、１から１０バールＡである。本記載の文脈において圧力の単位は絶対圧（バールＡ）であることに留意されたい。

前記回収蒸気の温度の範囲は好ましくは１００℃から１８０℃である。

前記一次の噴射器−ミキサの入り口に運ばれる前記スラッジの温度は好ましくは６０℃を下回る。

本発明による技術によって、相対的に新しいスラッジ、すなわち周辺温度に近い温度を有するまたは消化後のスラッジの温度を有するスラッジの処理が可能になる。したがって、例えば追加の熱交換器を利用してスラッジの上流を事前加熱する必要がない。熱交換器のメンテナンスが比較的複雑でありコストもかかるため、これはメンテナンスに関して特に利点を有している。

前記一次の噴射器−ミキサの出口における前記均一な一次混合物の温度は、好ましくは１００℃を下回っている。

本発明の好ましい一変形形態によれば、前記均一な二次混合物は、前記二次の噴射器−ミキサを出るとき、１００℃から２００℃の温度（すなわち前記スラッジ中に存在する有機物の熱加水分解を可能にするリアクタ内の温度）および１バールＡから２２バールＡの圧力を有している。

有利には、前記均一な二次混合物は、前記二次の噴射器−ミキサを出るとき、１５０℃から１７０℃の温度（すなわち前記スラッジ中に存在する有機物の熱加水分解を可能にするリアクタ内の温度）および５バールＡから１５バールＡの圧力を有している。

本発明の好ましい一変形形態によれば、新しい蒸気と均一な一次混合物の均一な二次混合物を得るのに使用される新しい蒸気は、１００℃から２２０℃の温度を有し、１バールＡから２３バールＡを超える圧力を有する。とりわけ好ましい方式では、１８０℃から２００℃の範囲のこのような蒸気の温度と、１０バールＡから１６バールＡの圧力が好ましい。

このようにスラッジに提供される新しい蒸気の量はまずこのスラッジの乾燥含有物に左右され、２番目に加水分解すべき有機物中のその濃度に左右されることになる。

均一な二次混合物のリアクタ内での滞留時間は、以下に指摘したように有機物の熱加水分解を可能にするのに十分であるが、原則として好ましくは１０分から２時間の範囲、最も好ましくは２０から４０分の範囲である。

有利には、均一な二次混合物のリアクタ内での滞留時間は少なくとも２０分であり、前記均一な二次混合物のリアクタ内での温度は少なくとも１００℃であるため、本発明による方法は、前記スラッジの衛生化を可能にし、このスラッジ全体が十分に長い時間にわたって必要とされる温度（＞１００℃）である。少なくとも２０分間にわたって７０℃を超える温度がスラッジに適用されることが、それを衛生化するのに必要である。

本発明の好ましい一変形形態によれば、前記均一な二次混合物を、前記均一な二次混合物が含む加水分解後の有機物のその後の消化を可能にする温度で管リアクタの下流で冷却するための前記ステップは、水および／または新しいスラッジの少なくとも一方による希釈ならびに／あるいは少なくとも１つの熱交換器における少なくとも１つの熱交換ステップを含んでいる。「新しいスラッジ」という用語は加水分解されていないスラッジを意味すると理解されたい。

スラッジをこのケースの場合のように、その後に続く消化過程に伴う生物学的現象と適合できる（温度および／または濃度の点で）ようにするために、このようにスラッジの温度を低下させ、および／またはその濃度を変化させることが可能である。

冷却および／または希釈の選択は、消化すべき加水分解後のスラッジの性質に応じて行われる。

このような希釈は、これら熱加水分解後のスラッジの効率的なその後の消化を可能にするのに必須である。この混合物はその後十分な低温に達し、消化槽の生態に十分適合するように希釈される。

また好ましくは、本発明による方法は、処理すべき前記スラッジを一次動的噴射器−ミキサに運ぶためにそれらの脱水および均質化の予備ステップを含んでおり、これらの予備ステップは、１５％から５０％、有利には１５％から３５％、さらにより有利には２０％から３５％の範囲の乾燥含有物を有するスラッジをもたらす。実際、従来技術の装置は２０％を超える乾燥含有物を有するスラッジの効率的な加水分解を行うことができないことを思い出されたい。

本発明による方法の有利な１つの変形形態によれば、この方法は、一次動的噴射器−ミキサおよび／または二次動的噴射器−ミキサの実装条件をスラッジの乾燥度に合わせるためのステップを含む。したがって、１つの動的噴射器−ミキサまたは複数の噴射器−ミキサがブレードロータを含む場合、この乾燥度が高い場合でも均一な混合物を得ることを可能にするために、これらのブレードの回転速度をこの乾燥含有物に応じて変更することができる。

本発明の別の態様によれば、それは上記で説明した代替形態のうちのいずれか１つによる方法を実施するためのいずれの装置も網羅している。

本発明によれば、そのような装置は、
均一な一次混合物の出口を有する少なくとも１つの一次動的噴射器−ミキサと、
有機物を含む処理すべきスラッジを前記一次動的噴射器−ミキサの中に導くための手段と、
前記一次動的噴射器−ミキサの中に回収蒸気を導くための手段と、
均一な二次混合物の出口を有する少なくとも１つの二次動的噴射器−ミキサと、
前記均一な一次混合物を前記二次動的噴射器−ミキサの中に導くための手段と、
前記二次動的噴射器−ミキサの中に新しい蒸気を導くための手段と、
熱加水分解のための管リアクタと、
熱加水分解のための前記管リアクタ内に前記均一な二次混合物を導くための手段と、
前記管リアクタからの出口で得られる前記均一な二次混合物から前記回収蒸気を生成するための手段であって、回収蒸気を導くための前記手段と連通する回収蒸気の出口を備える手段と、
回収蒸気を生成するための前記手段から来る前記均一な二次混合物をそれが含む加水分解後の有機物のその後の消化を可能にする温度まで冷却するための手段とを含んでいる。

本発明によるこのような装置は、一次動的噴射器−ミキサおよび二次動的噴射器−ミキサが熱加水分解のための管リアクタの上流に設けられ、熱加水分解のためのリアクタ内には組み込まれないということによる特徴によってＷＯ２００９／１２１８７３に開示される従来技術とは明らかに異なる。上記で特定したように、熱加水分解すべきスラッジを蒸気と混合するための設備、すなわち動的噴射器−ミキサ、およびこのスラッジに含まれる熱加水分解可能な化合物の熱加水分解を行うための別個の設備、すなわち管リアクタの利用は、熱加水分解のためのこのような管リアクタの機能を最適化するものである。このような最適化は、消化槽の中で消化し易い加水分解後の化合物の高い含有量を有する加水分解後のスラッジを得ること、およびこのような管リアクタにより小さい体積を与える可能性を示唆している。

したがって、本発明によるこのような装置によって、より小さいリアクタの体積における熱加水分解によるスラッジの処理が可能になり、従来技術と比較して無視できない程の経済的利点を与えている。

既に特定したように、本発明の適用の文脈において異なるタイプの動的噴射器−ミキサを使用することが可能である。しかしながら、本発明による装置は有利には、ブレードロータまたはスクリューロータを備えたチャンバを有する動的噴射器−ミキサ装置が備わっており、その回転速度は上記で指摘したようにスラッジの乾燥度に合わせることができる。ブレードの幾何学形状自体をスラッジの乾燥度および粘度に合わせることができることに留意されたい。

特許ＷＯ２００９／１２１８７３の全体的な説明部分に記載される従来技術は、多かれ少なかれ管リアクタのすべての可能な形態を提供する。しかしながら、この特許文献に与えられるこのような技術の実施形態は、このリアクタが水平方向に作成されるべきであると推奨している。この特許文献ＷＯ２００９／１２１８７３に記載される一実施形態によれば、管リアクタの一端におけるスラッジの入り口は、この端部に近接した蒸気の噴射を計画しており、加水分解後のスラッジの出口はこの管リアクタの他端に設けられ、この第２の端部に冷却水を噴射するための手段が設けられている。この特許文献ＷＯ２００９／１２１８７３に記載される別の実施形態によれば、熱加水分解のための管リアクタは、第２の長い方の水平方向の部分によって延長される第１の垂直方向の部分を有する。これらの好ましい実施形態の各々が比較的長い水平方向の部分を有することの理由は、十分に長い滞留時間にわたってスラッジを蒸気と接触させる必要性から生じており、その結果、熱加水分解が行われるだけでなく、この熱加水分解より前に管リアクタ内で、その加水分解に必要とされるエネルギーをスラッジに伝達するためにリアクタの開始地点に噴射された蒸気がスラッジ内で凝結することができる。

本発明によれば、動的噴射器−ミキサの使用を通してリアクタの上流で蒸気の噴射が行われるため、それはリアクタ内に到達する完全に混ざり合った均一な混合物であり、これにより、問題となるリアクタはもはや凝結器の役割を果たす必要がなく、熱加水分解リアクタの役割を果たすだけでよい。したがって、その体積は従来技術のものより小さくすることができる。実際、従来技術ではリアクタは凝結器とリアクタの両方として機能する必要があり、これは本発明におけるものより大きな体積、かつとりわけ長い長さをリアクタに与えることになる。

加えて、加水分解後のスラッジの熱を管リアクタからの出口で利用して回収蒸気として知られる蒸気を生成し、この蒸気は、圧力下で新しい蒸気とスラッジが混合される二次動的噴射器−ミキサの上流に配置された一次動的噴射器−ミキサを利用して噴射され、処理すべきスラッジと混合される。これにより加水分解すべきスラッジ中に圧力下で噴射される新しい蒸気の量が減少し、必要であればこの新しい蒸気の生成に使用される加水分解後のスラッジのその後の消化によって生成されるバイオガスの割合を低下させる。したがって、スラッジを加水分解するための方法を実行する以外の目的で、例えばバイオーメタンをシステムなどの中に噴射するために、熱または電気などの余剰エネルギーを生成する目的で使用されるこのようなバイオガスの割り当てを増大させることになる。

第１の好ましい一変形形態によれば、回収蒸気を生成するための前記手段は、前記管リアクタの出口と連通する入り口と、水を導くための手段と連通する冷却水の入り口と、回収蒸気の出口と、冷却された加水分解後のスラッジの出口とを備える少なくとも１つの熱交換器を備えている。

これは、より清浄な回収蒸気、すなわち泡、粒子、非凝結性要素などのいずれの要素も含まない蒸気を間接的に生成し、こういった要素が存在することは特定の除去手段の使用を必要とする場合がある。

第２の好ましい一変形形態によれば、回収蒸気を生成するための前記手段は少なくとも１つのフラッシュ蒸気リアクタを備え、その入り口は前記管リアクタの出口と連通している。

これにより、熱交換器を実装せずに加水分解後のスラッジの熱を利用することによってフラッシュ蒸気の形態の回収蒸気の直接的な生成が可能になり、これはとりわけメンテナンスに関する利点を構成している。

別の好ましい特徴によれば、前記均一な二次混合物を冷却するための前記手段は、前記均一な二次混合物を水および／または新しいスラッジによって希釈するための手段、ならびに／あるいは少なくとも１つの熱交換器において熱交換するための手段を備えている。

スラッジをこのケースの場合のようにその後に続く消化に伴う生物学的現象と適合できる（温度および／または濃度の点で）ようにするために、このようにスラッジの温度を低下させ、および／またはその濃度を変化させることが可能である。

冷却および／または希釈の選択は、消化されるべき加水分解後のスラッジの性質に応じて行われる。

本発明によれば、実装される熱加水分解リアクタは様々な形態を取ることができる。しかしながら、好ましい一変形形態によれば、熱加水分解用の管リアクタは垂直方向であり、その下方端部に入り口を備え、その上方端部に出口を備え、あるいはその逆である。

別の好ましい変形形態によれば、熱加水分解のためのこのような管リアクタは、第２の垂直方向の部分によって直接延長される第１の垂直方向の部分と、前記第１の垂直方向の部分の下部に設けられたリアクタの入り口と、前記第２の垂直方向の部分の下部に設けられた前記リアクタの出口とを有している。

別の好ましい変形形態によれば、熱加水分解のためのこのような管リアクタは、第２の垂直方向の部分によって直接延長される第１の垂直方向の部分と、第１の垂直方向の部分の上部に設けられたリアクタの入り口と、前記第２の垂直方向の部分の上部に設けられたリアクタの出口とを有している。

本記載の文脈において「第２の垂直方向の部分によって直接延長される第１の垂直方向の部分」という用語は、２つの垂直方向の部分が、反応区域とはみなされない水平方向の接続部によって接続される実施形態を網羅するものと理解されることに留意されたい。

さらに別の変形形態によれば、熱加水分解のための管リアクタは、第２の垂直方向の部分に接続された第１の垂直方向の部分と、前記第１の垂直方向の部分の上部に設けられたリアクタの入り口と、前記第２の垂直方向の部分の下部に設けられた前記リアクタの出口とを有し、あるいはその逆の場合も同様である。

また有利には、装置は熱加水分解のための管リアクタ内に圧力を維持するための手段を備え、例えば少なくとも１つのポンプおよび／または弁、好ましくは偏心のねじポンプなどを備えている。

本発明ならびにその種々の利点は、図面を参照して提供される実施形態の記載からより容易に理解されるであろう。

本発明によるスラッジの熱加水分解のための装置の概略的な全体図であり、この設備から下流に設けられた消化槽を含む設備に組み込まれており、これに従って加水分解後のスラッジの熱を利用して回収蒸気を生成し、スラッジが新しい蒸気と混合される二次動的噴射器の上流に配置された一次動的噴射器−ミキサを利用してこの回収蒸気が処理すべきスラッジと混合される図である。 本発明の枠組みの範囲内で実装することができる熱加水分解のための管リアクタの形状を表す図である。 本発明の枠組みの範囲内で実装することができる熱加水分解のための管リアクタの形状を表す図である。 本発明の枠組みの範囲内で実装することができる熱加水分解のための管リアクタの他の形状を表す図である。 本発明の枠組みの範囲内で実装することができる熱加水分解のための管リアクタの他の形状を表す図である。 本発明の枠組みの範囲内で実装することができる熱加水分解のためのこれも管リアクタの他の形状を表す図である。 本発明の枠組みの範囲内で実装することができる熱加水分解のためのこれも管リアクタの他の形状を表す図である。 本発明の枠組みの範囲内で実装することができる熱加水分解のためのこれも管リアクタの他の形状を表す図である。 本発明の枠組みの範囲内で実装することができる熱加水分解のためのこれも管リアクタの他の形状を表す図である。 熱交換器の中で回収蒸気が間接的に生成される本発明による装置の第１の実施形態を示す図である。 第１の実施形態による装置の加水分解リアクタから来る加水分解後のスラッジを冷却および／または希釈するための手段の変形形態を示す図である。 第１の実施形態による装置の加水分解リアクタから来る加水分解後のスラッジを冷却および／または希釈するための手段の変形形態を示す図である。 第１の実施形態による装置の加水分解リアクタから来る加水分解後のスラッジを冷却および／または希釈するための手段の変形形態を示す図である。 第１の実施形態による装置の加水分解リアクタから来る加水分解後のスラッジを冷却および／または希釈するための手段の変形形態を示す図である。 フラッシュリアクタ内で回収蒸気が直接生成される本発明による装置の第２の実施形態を示す図である。 第２の実施形態による加水分解リアクタから来る加水分解後のスラッジを冷却および／または希釈するための手段の変形形態を示す図である。 第２の実施形態による加水分解リアクタから来る加水分解後のスラッジを冷却および／または希釈するための手段の変形形態を示す図である。 第２の実施形態による加水分解リアクタから来る加水分解後のスラッジを冷却および／または希釈するための手段の変形形態を示す図である。 いずれの動的噴射器−ミキサも内蔵せずに蒸気およびスラッジがリアクタの頭部に運ばれる特許文献ＷＯ２００９／１２１８７３に準拠する従来技術の設備の管リアクタ内の温度の経過を最初に示し、次に、動的噴射器−ミキサ装置を組み込み、回収蒸気およびその後の新しい蒸気ならびにスラッジがその中で混合され、次いで熱加水分解のためにリアクタの頭部に均質な混合物の形態で運ばれる本発明に相当する設備の管リアクタ内の温度の経過を示すグラフである。

一般的な構造
図１を参照すると、本発明による装置が全体的かつ概略的に示されている。この装置は、本発明による装置の一部ではない消化槽２２を含む設備に組み込まれている。

このような設備は、溶解−消化（ＬＤ）の方法を実施するのに使用することができるが、本発明による方法を消化−溶解（ＤＬ）または消化−溶解−消化（ＤＬＤ）構成として知られる既知の従来技術の構成に組み込むことも可能であることに留意されたく、ＤＬ構成として知られる構成においてはスラッジの一部が加水分解されその後消化槽に戻されることが知られている。

図１を参照すると、脱水されたスラッジが配管１によって、スラッジを均質化するのに使用される例えば２つのウォームねじを備える容器またはホッパー２まで運ばれる。

ホッパー２から来る脱水され均質化されたスラッジは、ポンプ３を利用して、一次動的噴射器−ミキサ５の中にこのスラッジを導く手段として機能する配管４内に汲み上げられる。この一次動的噴射器−ミキサ５には回収蒸気を噴射するための手段１０も備わっており、この回収蒸気の生成モードは以下により詳細に記載することにする。この回収蒸気の圧力は好ましくは１から１０バールＡの範囲である。その温度は、好ましくは１００℃から１８０℃の範囲である。この一次動的噴射器−ミキサ５には、始動段階において新しい蒸気が供給される場合もある。

一次動的噴射器−ミキサ５は、回収蒸気によって加熱されたスラッジの均一な一次混合物を生成するのに使用される。この混合物の温度は好ましくは１００℃を下回る。

一次動的噴射器−ミキサ５は必要であれば、例えば配管４内へと導く洗浄水の入り口２００を利用して清掃することもできる。

一次動的噴射器−ミキサ５からやってくる均一な一次混合物は、配管６を通って緩衝容器７へと取り込まれ、その中で非凝結性のガスが回収され導管８によって排出される。

緩衝容器７から来るスラッジ、このケースでは均一な一次混合物は、別の供給ポンプ９を利用して、このようなスラッジを二次動的噴射器−ミキサ１２の入り口へと導く手段として使用される配管１１内に汲み上げられる。

この二次動的噴射器−ミキサ１２には、蒸気生成器、例えばボイラーまたは例えば図１には示されない熱・電併給システムなどの蒸気を生み出すための任意の他の手段によって生成される新しい蒸気を噴射するための手段１００が設けられている。それは、新しい蒸気によって加熱されるスラッジの均一な二次混合物を生成するのに利用することができる。

二次動的噴射器−ミキサは必要であれば、例えば配管１１内に導く洗浄水の入り口２０１を利用して清掃することができる。

二次動的ミキサ１２の出口において、配管１３は、この配管１３の中に形成された均一な二次混合物を熱加水分解リアクタ１４へと運ぶ。

この熱加水分解リアクタ１４内での処理は、１５０℃から１７０℃の温度で行われ、リアクタの内部は、８バールＡから１０バールＡの圧力下に維持されている（この点において、特にスラッジの乾燥含有物に応じて、これより低い温度および圧力またはこれより高い温度および圧力が実施される場合もあることに留意されたい）。

熱加水分解リアクタ１４は必要であれば、設置を開始する際またはこの設備のメンテナンスの段階において行われる可能性のある清掃段階において洗浄水の入り口１０１を経由する水の噴射によって清掃することができ、非凝結性のガスがもしあったなら排出管１０２を経由してリアクタから排出させることができる。

熱加水分解リアクタ１４内で加水分解されたスラッジはその後、配管１５によって回収蒸気を生成するための手段１０００まで運ばれる。生成するためのこのような手段は、加水分解リアクタ１４から来る加水分解後の均一な二次混合物から、換言すると加水分解後のスラッジから回収蒸気を生成するのに使用される。

加水分解後のスラッジの熱を通して生成される回収蒸気は、回収蒸気を一次動的噴射器−ミキサ５の中に噴射するための手段として使用される配管１０を経由してこの装置５の中に運ばれる。

弁１８または回収蒸気を生成するための手段の圧力を維持する機能を有する任意の減圧要素を配管１０に配置することができる。

回収蒸気を生成するための手段１０００から来る加水分解後のスラッジは、消化槽２２内に開放する配管１９の中に運ばれる。この配管１９は必要であれば消化槽２２の上流にポンプ２１を有している。

この設備は、回収蒸気を生成するための手段１０００から来る加水分解後のスラッジを希釈および／または冷却するための手段（図示せず）を有している。

加水分解後の冷却されたおよび／または希釈されたスラッジは、配管１９を経由して消化槽２２の中に運ばれる。

消化槽２２に送られた熱加水分解後のスラッジは、それが熱加水分解を受けたことから容易に消化することができる。

本発明による装置を組み込む設備の図１における描写は、概略的な描写であることがはっきりと述べられている。具体的には、加熱後のスラッジの均一な混合物の熱加水分解が行われるリアクタ１４は異なる形状を取る場合がある。図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂ、図４ａ、図４ｂ、図５ａ、図５ｂを参照して、他の可能なものの中でもこれらの形状の一部が提示されている。

図２ａを参照すると、熱加水分解リアクタ１４は垂直方向の形状を有している。リアクタ１４はその下部に、加熱後のスラッジと回収蒸気およびその後の新しい蒸気との均一な混合のための入り口６０１を備え、その上部にリアクタの出口６０２を備えている。非凝結性のガスがもしあるならば排出するための排出管６０３が設けられ、リアクタ１４内に行き渡る圧力Ｐおよび温度Ｔを測定するための手段もこのリアクタの上部に設けられている。

図２ｂによれば、熱加水分解リアクタ１４は垂直方向の形状を有している。リアクタ１４は、その上部に加熱後のスラッジと回収蒸気およびその後の新しい蒸気との均一な混合のための入り口６０１を備え、その下部にリアクタからの出口６０２を備えている。非凝結性のガスがもしあるならば排出するための排出管６０３が上部に設けられ、リアクタ１４内に行き渡る圧力Ｐおよび温度Ｔを測定するための手段もこのリアクタの下部に設けられている。

図３ａを参照すると、熱加水分解リアクタ１４は、その下部に加熱後のスラッジの均一な混合物の入り口７０１を備えた第１の垂直方向の部分７０４を有している。この第１の垂直方向の部分７０４は、その下部に設けられ加水分解後のスラッジを除去するための排出ユニット７０２を備えた第２の垂直方向の部分７０５に直接接続されている。非凝結性のガスがもしあるならば、排出するためにこれら２つの垂直方向の部分の間の連結部に排出管７０３が設けられる。リアクタ１４内の圧力Ｐおよび温度Ｔを測定するための手段も設けられる。このような構成において第２の垂直方向の部分７０５は、２つ部分の間にいかなる水平方向の部分もなしに第１の垂直方向の部分７０４に直接接続されることに留意されたい。

図３ｂを参照すると、熱加水分解リアクタ１４は、その上部に設けられ加熱後のスラッジの均一な混合物の入り口７０１を備えた第１の垂直方向の部分７０４を有している。この第１の垂直方向の部分７０４は、その上部に設けられ加水分解後のスラッジを除去するための排出ユニット７０２を備えた第２の垂直方向の部分７０５に直接接続されている。非凝結性のガスがもしあるならば、排出するためにこれら２つの垂直方向の部分の間の連結部に排出管７０３が設けられる。リアクタ１４内の圧力Ｐおよび温度Ｔを測定するための手段も設けられる。このような構成において第２の垂直方向の部分７０５は、２つの部分の間にいかなる水平方向の部分もなしに第１の垂直方向の部分７０４に直接接続されることに留意されたい。

図４ａに図示される変形形態において、第２の垂直方向の部分７０５および第１の垂直方向の部分７０４は、上部において、２つの部分の間の水平方向の部分７０６を利用して互いに接続されている。リアクタ１４内の圧力Ｐおよび温度Ｔを測定するための手段も設けられている。

図５ａを参照すると、熱加水分解リアクタ１４は、その上部に設けられ加熱後のスラッジの均一な混合物の入り口８０１を備えた第１の垂直方向の部分８０４を有する。この第１の垂直方向の部分８０４は、その下部に設けられ加水分解後のスラッジを除去するための装置８０２を備えた第２の垂直方向の部分８０５に直接接続される。非凝結性のガスがもしあるならば、排出するためにこれら２つの垂直方向の部分の間の連結部に排出管８０３が設けられる。リアクタ１４内の圧力Ｐおよび温度Ｔを測定するための手段も設けられている。

図５ｂを参照すると、熱加水分解リアクタ１４は、その下部に設けられ加熱後のスラッジの均一な混合物の入り口８０１を備えた第１の垂直方向の部分８０４を有している。この第１の垂直方向の部分８０４は、その上部に設けられ加水分解後のスラッジを除去するための装置８０２を備えた第２の垂直方向の部分８０５に直接接続されている。非凝結性のガスがもしあるならば、排出するためにこれら２つの垂直方向の部分の間の連結部に排出管８０３が設けられる。リアクタ１４内の圧力Ｐおよび温度Ｔを測定するための手段も設けられている。

第１の実施形態の例：熱交換器
図６を参照して本発明の第１の実施形態による装置の概略的な描写が提供されている。

図１に全体的に示される装置と、図６に示されるこの第１の実施形態による装置との違いのみを記載する。

この第１の実施形態によれば、回収蒸気を生成するための手段１０００は熱交換器９０を備えている。

この熱交換器９０は第１の入り口９０１を備え、熱加水分解リアクタ１４から来る加水分解後のスラッジが中を通ってこの交換器９０の中に運ばれる配管１５がこの第１の入り口の中に開放している。それは、本明細書では配管９１を含む水を導くための手段が接続された第２の入り口９０２を備えている。それはまた、一次動的噴射器−ミキサ５内に開放する回収蒸気噴射配管１０が接続された回収蒸気の出口９０３を備えている。この熱交換器９０はまた、冷却された加水分解後のスラッジのための出口９０４も備えている。

冷却された加水分解後のスラッジのための出口９０４は、消化槽２２の中に開放する配管１９に接続されている。

この配管１９は場合によって消化槽２２の上流にポンプ２１を有している。このポンプ２１または任意の他の等価な減圧ユニット、例えば弁などが熱加水分解リアクタ１４内の圧力を維持するのに使用されている。

この実施形態において、希釈および／または冷却するための手段は、ポンプ２１の上流および／または下流に開放し水および／または新しいスラッジを運ぶための１つまたは複数の配管２２などの搬送手段を備える。

図７に示される１つの変形形態において、希釈および／または冷却のこのような手段は、
− ポンプ２１の上流に配置された熱交換器２４と、
− 熱交換器２４および／またはポンプ２１の上流および／または下流に開放し、水および／または新しいスラッジを導くための１つまたは複数の配管２３などの先導手段とを備えている。

図８に示される１つの変形形態において、希釈および／または冷却するためのこのような手段は、
− ポンプ２１の上流に直列で配置された２つの熱交換器２４および２５と、
− 第１の熱交換器２４および／または第２の熱交換器２５および／またはポンプ２１の上流および／または下流に開放し、水および／または新しいスラッジを導くための１つまたは複数の配管２３などの先導手段とを備えている。

図９に示される１つの変形形態において、希釈および／または冷却するためのこのような手段は、
− ポンプ２１の上流に配置された熱交換器２４と、
− ポンプ２１の下流に配置された熱交換器２６と、
− １つまたは複数の熱交換器２４および２６ならびに／あるいはポンプ２１の上流および／または下流に開放し、水および／または新しいスラッジを導くための１つまたは複数の配管２３などの先導手段とを備えている。

図１０に示される１つの変形形態において、希釈および／または冷却するためのこのような手段は、
− ポンプ２１の上流に配置された熱交換器２６と、
− １つまたは複数の熱交換器２６および／またはポンプ２１の上流および／または下流に開放し、水および／または新しいスラッジを導くための１つまたは複数の配管２３などの先導手段とを備えている。

第２の実施形態の例：フラッシュリアクタ
図１１を参照して、本発明の第２の実施形態による装置の概略的な描写が提供されている。

図１に全体的に示される装置と、図１１に示されるこの第２の実施形態による装置との違いのみを記載する。

この実施形態において、回収蒸気生成手段はフラッシュリアクタ１６を備えている。

リアクタ１４を出るときの加水分解後のスラッジの圧力および温度は、フラッシュ蒸気を生成するためにフラッシュリアクタ１６において急激かつ急速に低下され、この圧力は好ましくは１から１０バールＡであり、この温度は好ましくは１００から１８０℃の範囲である。

加水分解後のスラッジの熱から直接生成される回収蒸気を構成するフラッシュ蒸気がこうして生成され、これは回収蒸気をこの配管の中に噴射するための手段として機能する配管１０を経由して一次動的噴射器−ミキサ５の中へと運ばれる。

弁１８、またはフラッシュリアクタの圧力を維持する機能を有する任意の他の減圧要素を配管１０上に配置することができる。

弁１７または任意の他の減圧要素を熱加水分解リアクタ１４の出口とフラッシュリアクタ１６の入り口との間で配管１５上に配置する場合もある。この弁１７は、熱加水分解リアクタ１４内の圧力および温度を維持するために、配管１５内を循環する加水分解後のスラッジの圧力を調整するのに使用される。

フラッシュリアクタ１６から来る加水分解後のスラッジは、消化槽２２の中に開放する配管１９内に運ばれる。この配管１９は、場合によって消化槽２２の上流にポンプ２１を担持している。

この設備は、フラッシュリアクタ１６から来る加水分解後のスラッジを希釈および／または冷却するための手段を有している。

この実施形態において、希釈および／または冷却するためのこのような手段は、ポンプ２１の上流および／または下流に開放し水および／または新しいスラッジを導くための１つまたは複数の配管２３などの先導手段を備えている。

図１２に示される１つの変形形態において、希釈および／または冷却するためのこのような手段は、
− ポンプ２１の上流に配置された熱交換器２４と、
− 熱交換器２４および／またはポンプ２１の上流および／または下流に開放し、水および／または新しいスラッジを導くための１つまたは複数の配管２３などの先導手段とを備えている。

図１３に示される１つの変形形態において、希釈および／または冷却するためのこのような手段は、
− ポンプ２１の下流に配置された熱交換器２５と、
− 熱交換器２６および／またはポンプ２１の上流および／または下流に開放し、水および／または新しいスラッジを導くための１つまたは複数の配管２３などの先導手段とを備えている。

図１４に示される１つの変形形態において、希釈および／または冷却するためのこのような手段は、
− ポンプ２１の上流に配置された熱交換器２４と、
− ポンプ２１の下流に配置された熱交換器２６と、
− 熱交換器２４，２６および／あるいはポンプ２１の上流および／または下流に開放し、水および／または新しいスラッジを導くための１つまたは複数の配管２３などの先導手段とを備えている。

加水分解後の冷却されたおよび／または希釈されたスラッジは、配管１９を経由して消化槽２２の中に運ばれる。

消化槽２２に送られた熱によって加水分解されたスラッジは、それらが熱加水分解を受けているため、容易に消化することができる。

実験
図１５は、熱加水分解リアクタ内に行き渡る温度の経時的な経過を示している。
− まず本発明の枠組みの範囲内で熱加水分解リアクタの上流に設けられる動的噴射器−ミキサを実装し、かつ
− 次に動的噴射器−ミキサが使用されない従来技術のものと同様の設備の枠組みの範囲内でリアクタの底面に蒸気が噴射される。

この図１５を参照すると、本発明の枠組みの範囲内で、リアクタ内に行き渡る温度は、それが処理後のスラッジに含まれる加水分解可能な有機化合物の最適な熱溶解を可能にする設定温度に達しその温度に留まるまで段階的に上昇することに留意されたい。

従来技術の設備では、リアクタ内で観察される温度は、そのごく最初の時点では噴射される蒸気温度である。この温度はその後大きな変化を受ける。このような現象は従来技術においては蒸気とスラッジの密接な混合が一貫して生じないという事実を表している。これとは対照的に、リアクタ内で観察される温度の変動は、このリアクタ内に多相の流れが存在することを表している。ここに記載される例では、スラッジの速度（実際には３ｍ／ｓよりずっと遅い）よりかなり速い速度（実際には５ｍ／ｓをはるかに超える）で蒸気が噴射されるため、蒸気はスラッジの中を通る好ましい経路を見つけスラッジと密接に混ざり合うことがなく、そのエネルギーを効率的に生み出さない、すなわち蒸気の一部はスラッジの中に凝結しない。

これとはかなり対照的に、加水分解リアクタの上流で本発明による動的噴射器−ミキサを使用することによってこのリアクタに到達する混合物は完全に均質であり液体である。したがって、それはこのリアクタ内をプラグフローで移動することができる。リアクタ内の滞留時間全体を通して設定温度が保持される。したがって、蒸気のエネルギーが最適な方法でスラッジに伝達され、生物分解性に乏しい化合物の加水分解を効率的に行うことができる。

本発明を通して所与の量のスラッジを加水分解するのに使用される理論上のエネルギーの量は、この加水分解を実現するのに有効に使用される量にある程度一致することに留意されたい。この点において、流体の温度を温度Ａから温度Ｂに上昇させるのに必要なエネルギーの計算がたやすく得られることに留意されたい。本出願人によって実施された実験の文脈において、計算された蒸気の理論上の流量は１時間当たり１３バールＡで２５キログラムの蒸気であり、この実験は、この蒸気の流量がスラッジを効率的に加水分解するのに事実上必要とされることを示した。

従来技術の設備の文脈において、加水分解すべきスラッジと、蒸気の混合は、スラッジを加熱するために事実上噴射される蒸気の量が理論上計算される量（２５ｋｇ／ｈ）より少ない（１５ｋｇ／ｈ）ために不完全であったと示された。したがって、特定の量の蒸気がスラッジの中で凝結しなかった。これらの実験は本発明の有用性を裏付けている。

最終的に本発明は使用して従来技術の体積より２０から２５％小さい体積を有するリアクタを実装することができることに留意されたい。

利点
第１および第２の実施形態による技術は、２０％を超える乾燥含有物を有するスラッジの最適な加水分解を実現する。

二次動的噴射器−ミキサの上流における加水分解すべきスラッジの温度が高いため、熱加水分解に関する新しい蒸気の要件はすべて低下する。回収蒸気と加水分解すべきスラッジの提案される混合によって、加水分解すべきスラッジの温度の事前の上昇を行うことが可能になる。

その結果、本発明のこれらの第１および第２の実施形態による技術はまた、熱加水分解を実施するのに必要な新しい蒸気の量を減少させ、このような新しい蒸気の生成に必要とされるエネルギー消費を抑えるという利点も有する。

加水分解後のスラッジはその後消化され、この消化において生成されたバイオガスは原則として熱加水分解のための新しい蒸気を生成するのに一部が使用され、および超過したその他の部分は、例えば電気を生成するのに使用されるため、これらの代替の実施形態によって、熱加水分解の目的以外の目的で使用することができる例えば電気または熱エネルギーなどの余剰エネルギーの生成のために、超過したこのバイオガスのさらに大きな部分を利用することができる。

Claims (22)

1. 有機物を含む処理すべきスラッジの連続的な熱加水分解のための方法であって、
   処理すべき前記スラッジを脱水および均質化し、２０重量パーセントから３５重量パーセントの乾燥物質の乾燥した固体含有物を有するスラッジを得るステップと、
   事前加熱されたスラッジの均一な一次混合物を得るために、チャンバおよびブレードロータを有する一次動的噴射器−ミキサを利用して回収蒸気の前記スラッジの中への噴射および前記スラッジと前記回収蒸気の混合を同時に実行するステップと、
   チャンバおよびブレードロータを有する二次動的噴射器−ミキサに向かって前記均一な二次混合物を運び、熱加水分解の所望の温度まで加熱されたスラッジの均一な二次混合物を得るために、前記均一な一次混合物への新しい蒸気の噴射および前記均一な一次混合物と前記新しい蒸気の混合を同時に実行するステップと、
   前記均一な二次混合物を十分な滞留時間にわたってかつ前記均一な二次混合物の中に存在する有機物の熱加水分解を可能にするのに十分な温度で管リアクタに向けて圧力下で運び、前記リアクタ内での前記均一な二次混合物の基本的にプラグタイプの流れを促進するステップと、
   前記管リアクタからの出口で得られる前記均一な二次混合物から回収蒸気を生成するための手段内で前記回収蒸気を生成するステップと、
   前記均一な二次混合物を、回収蒸気を生成するための前記手段を出るとき、前記均一な二次混合物が含む加水分解後の有機物のその後の消化を可能にする温度まで冷却するステップとを含む、方法。
2. 回収蒸気を生成するための前記ステップが、
   前記均一な二次混合物を、前記管リアクタから出るとき、熱交換器の入り口まで運ぶステップと、
   前記熱交換器の別の入り口に水を運ぶステップとを含み、
   前記均一な二次混合物がその熱の少なくとも一部を前記水に伝達して前記回収蒸気を間接的に生成することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 回収蒸気を生成するための前記ステップが、前記均一な二次混合物を、前記管リアクタから出るとき、フラッシュリアクタ内に運び、前記フラッシュリアクタ内で、前記均一な二次混合物の圧力および温度が急速に下げられ、フラッシュ蒸気を直接生成するステップを含み、前記フラッシュ蒸気が前記回収蒸気を構成していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記回収蒸気の圧力が１から１０バールの範囲であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記回収蒸気の温度が１００℃から１８０℃の範囲であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記一次の噴射器−ミキサの入り口に運ばれる前記スラッジの温度が６０℃を下回ることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記均一な一次混合物が前記一次の噴射器−ミキサから出るときの温度が１００℃を下回ることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記均一な二次混合物が、前記二次の噴射器−ミキサから出るとき、１００℃から２００℃の温度および１バールから２２バールの圧力を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記均一な二次混合物が、前記二次の噴射器−ミキサを出るとき、１５０℃から１７０℃の温度および５バールから１５バールの圧力を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記均一な二次混合を実行するのに使用される蒸気が１００℃から２２０℃、好ましくは１８０℃から２００℃の温度および１バールから２３バール、好ましくは１０バールから１６バールの圧力を有することを特徴とする、請求項８または９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記均一な二次混合物の前記リアクタ内での前記滞留時間が１０分から２時間、好ましくは２０分から４０分の範囲であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記均一な二次混合物の前記リアクタ内での前記滞留時間が少なくとも２０分であり、前記均一な二次混合物の前記リアクタ内での温度が少なくとも１００℃であり、これにより前記リアクタ内に含まれる前記スラッジを衛生化することを可能にすることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記均一な二次混合物を冷却するための前記ステップが、水および／または新しいスラッジの少なくとも一方による希釈ならびに／あるいは少なくとも１つの熱交換器における熱交換のための少なくとも１つのステップを含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 均一な一次混合物の出口を有する少なくとも１つの一次動的噴射器−ミキサと、
    有機物を含む処理すべきスラッジを前記一次動的噴射器−ミキサの中に導くための手段と、
    回収蒸気を前記一次動的噴射器−ミキサの中に導くための手段と、
    均一な二次混合物の出口を有する少なくとも１つの二次動的噴射器−ミキサと、
    前記均一な一次混合物を前記二次動的噴射器−ミキサの中に導くための手段と、
    新しい蒸気を前記二次動的噴射器−ミキサの中に導くための手段と、
    熱加水分解のための管リアクタと、
    回収蒸気を導くための前記手段と連通する回収蒸気の出口を備え、前記管リアクタからの出口で得られる前記均一な二次混合物から前記回収蒸気を生成するための手段と、
    回収蒸気を生成するための前記手段から来る前記均一な二次混合物を、前記均一な二次混合物が含む加水分解後の有機物質のその後の消化を可能にする温度で冷却するための手段とを含み、
    前記一次動的噴射器−ミキサおよび前記二次動的噴射器−ミキサがそれぞれ、チャンバおよびブレードロータを有していることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法を実施するための装置。
15. 回収蒸気を生成するための前記手段が、前記管リアクタの出口と連通する入り口（９０１）と、水を導くための手段（９１）と連通する冷却水の入り口と、回収蒸気の出口と、冷却された加水分解後のスラッジの出口とを備える少なくとも１つの熱交換器（９０）を含んでいることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
16. 回収蒸気を生成するための前記手段が、少なくとも１つのフラッシュ蒸気リアクタ（７９）を備え、その入り口が前記管リアクタの出口と連通していることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
17. 前記均一な二次混合物を冷却するための前記手段が、水および／または新しいスラッジによって前記均一な二次混合物を希釈するための手段ならびに／あるいは少なくとも１つの熱交換器において熱交換するための手段を備えていることを特徴とする、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 熱加水分解のための前記管リアクタが垂直方向であり、その下方端部に入り口を有し、その上方端部に出口を有し、あるいはその逆であることを特徴とする、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 熱加水分解のための前記管リアクタが、第２の垂直方向の部分によって直接延長される第１の垂直方向の部分を有し、前記リアクタの入り口が前記第１の垂直方向の部分の下部に設けられ、前記リアクタの出口が前記第２の垂直方向の部分の下部に設けられていることを特徴とする、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の装置。
20. 熱加水分解のための前記管リアクタが、第２の垂直方向の部分によって直接延長される第１の垂直方向の部分を有し、前記リアクタの入り口が、前記第１の垂直方向の部分の上部に設けられ、前記リアクタの出口が前記第２の垂直方向の部分の上部に設けられていることを特徴とする、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の装置。
21. 熱加水分解のための前記管リアクタが、第２の垂直方向の部分によって直接延長される第１の垂直方向の部分を有し、前記リアクタの入り口が、前記第１の垂直方向の部分の上部に設けられ、前記リアクタの出口が前記第２の垂直方向の部分の下部に設けられ、あるいはその逆であることを特徴とする、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の装置。
22. 熱加水分解のための前記管リアクタ内で圧力を維持することが意図された手段を備えていることを特徴とする、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の装置。