(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含有する汚泥を連続的に熱加水分解する方法であって、
加圧蒸気を前記汚泥中に注入すると同時に、前記汚泥と前記蒸気とを動的ミキサー注入器を用いて混合して、単相混合物を得るステップであって、前記動的ミキサー注入器が、チャンバと、５００ｒｐｍを超えて回転する羽根付ロータとを有するステップと、
前記単相混合物を、加圧下で管状反応器に移送し、前記汚泥中に存在する有機物の熱加水分解をするとともに、前記反応器中に完全に液化した均質な単相混合物の流れを生じさせるステップと、
前記単相混合物を、前記管状反応器からの出口において、これに含有される加水分解された有機物のその後の消化が可能となる温度まで冷却するステップと、
前記冷却された単相混合物を減圧するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記単相混合物が、前記ミキサー注入器からの出口において、１００℃から２００℃の温度を有し、および、絶対圧１バールから絶対圧２５バールの圧力下にあることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記単相混合物が、前記ミキサー注入器からの出口において、１５０℃から１７０℃の温度を有し、および、絶対圧５バールから絶対圧２０バールの圧力下にあることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記単相混合物の生成に用いられる蒸気が、１００℃から２２０℃の温度を有し、および、絶対圧１バールから絶対圧２３バールの圧力下にあることを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記単相混合物の前記反応器内での前記保持時間が、１０分間から２時間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。
【請求項６】
前記単相混合物の前記反応器内での前記保持時間が少なくとも２０分間であり、前記混合物の前記反応器内での温度が少なくとも１００℃であって、前記汚泥の殺菌を可能とすることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記単相混合物が、前記反応器の下流において、水または汚泥が添加されることにより、冷却され、希釈され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。
【請求項８】
汚泥の脱水および均質化を行って、汚泥の乾燥固形分含有量を１０％重量から５０重量％とする予備的ステップを含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物を含有する汚泥を連続的に熱加水分解するための方法および装置に関する。これらの汚泥は、例えば家庭廃水の処理に由来するもの（浄化プロセスからの汚泥や、前処理操作に由来する油脂）であってもよく、また工業廃水の処理に由来するものであってもよく、排水物や油脂タンクから生じるものであってもよい。以下文献において、本明細書では「汚泥（ｓｌｕｄｇｅ）」の用語を用いる。このような汚泥は、１０重量％から５０重量％の乾燥度を有する。
【背景技術】
【０００２】
廃水の処理から生じる汚泥は、家庭と工業のどちらを起源とするものであっても、生物学的手段、特に嫌気性消化（ａｎａｅｒｏｂｉｃ  ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ）によって処理できる。
【０００３】
生物学的処理の目的は、これら汚泥に含有される有機物を分解することである。この分解は、汚泥の安定化、エネルギー生産の可能化、および／または、汚泥の再減量を目的とすることができる。しかしながら、ある種の有機化合物は、他の化合物よりも生物学的手段によって分解されにくく、熱加水分解による前処理によって生物学的分解プロセスを加速させることが知られている。この熱処理は、通常、加圧下において、１００℃超の温度で、実際には２２０℃まで上昇させてもよく、所定時間、実際には通常３０分間、行われる。このような熱加水分解処理を通じて、生分解性の低い有機物は、より生分解されやすい化合物に分解される。
【０００４】
旧来、その後の（ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ：引き続き行われる）この生物学的分解は、嫌気的に操作される消化槽（ｄｉｇｅｓｔｅｒ）と呼ばれる閉鎖系の反応器（ｃｌｏｓｅｄ  ｒｅａｃｔｏｒ）の内部で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、通常は加熱システムを要し、適正な一定温度で操作されなければ、また、適切に撹拌されなければ、正しく働くことができない。この撹拌は、消化槽に投入される汚泥が液状であるほど、すなわち粘度が低いほど、容易に行うことができる。
【０００５】
従来技術として、様々なタイプの熱加水分解法が知られている。中には、加水分解される汚泥を所定量ずつ非連続的に処理することによって行われるもの（バッチ操作と呼ばれる）もあれば、加水分解される汚泥の連続処理、または、少なくとも半連続処理が可能となるように設計された方法もある。
【０００６】
これらの熱加水分解の装置および方法に関する従来技術の中でも、特に特許文献国際公開第９６／０９８８２号および国際公開第２００６／０２７０６２号を引用できるが、これらはどちらもバッチ処理法に関するものである。
【０００７】
このようなバッチ処理法には、処理すべき汚泥の異なるバッチごとに処理サイクルを管理しなければならないという欠点がある。
【０００８】
汚泥を熱加水分解によって連続的または半連続的に処理するための技術には、特許文献ＥＰ１１９８４２４に記載されている技術や、特許文献国際公開第２００９／１２１８７３号に記載されている技術が含まれる。
【０００９】
ＥＰ１１９８４２４に記載されている技術では、汚泥は反応器内に運ばれ、１３０℃から１８０℃の輸送温度で、５分間から６０分間の輸送時間をかけて移動する。このような処理によって加水分解された汚泥は、続いて熱交換器によって冷却され、消化槽のバイオマスを死滅させない程度まで温度が十分低下していることが確認される。このように回収されたエネルギーは、熱加水分解用の反応器に投入される前の汚泥を加熱するために用いられる。しかしながら、この技術は、蒸気回収ステップを実施するものであって、実際には管理が難しいことが判明しており、ユーザーにとって制約となっている。加えて、これらの蒸気回収ステップは、当該方法を、連続的というよりむしろ半連続的なものにしている。
【００１０】
特許文献国際公開第２００９／１２１８７３号に記載されている技術では、汚泥は、蒸気が直接注入される管状の熱加水分解用の反応器中で、連続的に処理されている。
【００１１】
この方法は、真（ｔｒｕｌｙ）に連続的な方法であるという利点を有する。しかしながら、この方法は、熱加水分解によって汚泥を処理するために実用化されている既存の方法を格段に改良したものではあるが、それでもなお、いくつかの欠点を有している。
【００１２】
第一に、反応器に投入される加水分解される汚泥の粘度が高すぎる場合には、この中に蒸気を注入することが困難となる可能性がある。実際に、この方法は、乾燥比率または「乾燥固形分含有量」が高い汚泥を処理できる。ある乾燥比率を超えると、熱加水分解が不完全であったり、最適でなかったりする可能性があり、これにより、この熱加水分解よりも下流で行われる嫌気性消化のパフォーマンスが限定されることが考えられる。
【００１３】
第二に、本出願人が行った実験では、国際公開第２００９／１２１８７３号に記載の方法で用いられた熱加水分解用の反応器の内部において熱的および機械的制約が認められ、特別な配置構造が必要となりうることが示された。ある乾燥比率を超える汚泥中では、注入された蒸気が完全に凝縮されないことが観察されたのである。実際に、反応器に注入された蒸気は、好ましい経路をたどることができる。この問題は、国際公開第２００９／１２１８７３号でも確認されており、特にこの文献の５頁第１段落において、反応器が水平部分を有する場合、蒸気および汚泥は２層、すなわち蒸気を含有する上層と汚泥を含有する下層に分離しやすいことが指摘されている。
【００１４】
ここで、全ての熱加水分解法、特に連続的に機能するようなものにとって重要なフェーズ（ｐｈａｓｅ：局面、相）となるのは、汚泥中への蒸気の移送と汚泥中での蒸気の凝縮である。実際、このフェーズが適切に行われない場合、熱加水分解法のパフォーマンスは、化学反応の観点からも、また、蒸気の使用量が増加するために経済的な観点からも、著しく低下することがある。
【００１５】
そのために、脱水汚泥の熱加水分解法において、効率的な方法で汚泥中に蒸気を注入することが困難となり、この結果、汚泥の粘度が高すぎる場合には、混合することも困難となる。元来、汚泥は粘度が高いため、乾燥度が高くなるほど、蒸気を汚泥中に注入すること、蒸気を汚泥と混合すること、および蒸気のエネルギーを汚泥に転移させて生分解性の低い化合物の熱加水分解を引き起こすことは困難となる。
【００１６】
バッチ法では、処理槽中で撹拌操作が実行されるように設計されており、処理対象となる汚泥と蒸気との完全な混合が促進される。撹拌槽中で生成されたこのような撹拌混合物を経て、汚泥と蒸気との混合は完全となり、最終的に、蒸気が汚泥中で凝縮されて、そのエネルギーがもたらされるのである。しかしながら、バッチ操作法と同様に連続操作法でも、主要な課題は汚泥の乾燥度に基づくものであり、実際に、本明細書において上記した特許文献中に記載され権利請求されている技術を、少なくとも工業化の規模に移行するには、汚泥を、乾燥物質が２５重量％までに限定しなければならない。
【００１７】
特許文献国際公開第２００９／１２１８７３号では、反応器中で静的または動的ミキサーを使用して、この蒸気と汚泥との混合状態を改良することが推奨されている。これについては、国際公開第２００９／１２１８７３号の５頁最後の段落で説明されている。反応器の水平部分に蒸気が注入されるような場合に、特にこのようなミキサーが推奨されているのは、本明細書の上記で指摘したように、このような水平部分は、蒸気が好ましい放出経路を見出して(ｆｉｎｄｉｎｇ)汚泥と十分に混合せず、したがってそのエネルギーを適切に汚泥に伝えない特殊な傾向を持つ領域であることが確認されているからである。この傾向により、熱加水分解用の反応器のパフォーマンスは低下する。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ーを使用した工業化の規模の実施形態は、商業化の規模の設備に有効に実施されているものは、今日までないことに留意すべきである。
【００１８】
さらに、これらの設備では、加水分解用の反応器が非常に長尺（ｌｅｎｇｔｈ）である。この非常に長尺なものは、これに相当する長い保持時間、または汚泥および蒸気の反応器中での長い保持時間を有することによって、蒸気から汚泥へのエネルギー転移率を最適化できる。しかしながら、このように非常に長尺な反応器の生産原価は、必然的に高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、国際公開第２００９／１２１８７３号に開示されている技術を改良した方法と、この方法の適用に関連した装置を提供することを目的とする。この文献は、本明細書で記載する発明に最も近い従来技術と考えられる。
【００２０】
特に、従来技術によって有効に使用されうる最大乾燥固形分含有量よりも高い乾燥固形分含有量を有する、熱加水分解の対象となる汚泥の処理を可能とし、旧来、汚泥の熱加水分解に引き続いて行われる消化のパフォーマンスを低下させることなく達成しうる方法と、その装置について記載することは、本発明の目的の１つである。
【００２１】
また、反応器中で、汚泥と蒸気とが均質な温度となる混合物を得て、パフォーマンス値の高い熱処理を実現し、不均質な温度に関連する反応器の機械的制約を排除することを可能にするような、この種の方法及び装置を提案することも、本発明の目的の１つである。
【００２２】
さらに、汚泥の加水分解に必要な蒸気の消費量を低減させる方法とその装置を開示することも、本発明の別の目的である。
【００２３】
さらに、従来技術のものに比べて容量が小さく、特に短尺な反応器の利用を可能とすると同時に、汚泥中の蒸気の凝縮を最適化するような方法と、その装置について記載することも、本発明の別の目的である。
【００２４】
さらに、汚泥の殺菌処理を可能にするような方法と、その装置について記載することも、本発明の別の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
これらの目的の全てまたは一部は、まず、有機物を含有する汚泥を連続的に熱加水分解する方法に係る本発明によって、達成される。ここで、前記方法は、
加圧蒸気（ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  ｓｔｅａｍ）を前記汚泥中に注入すると同時に、前記汚泥と前記蒸気とを動的ミキサー注入器（ｄｙｎａｍｉｃ  ｍｉｘｅｒ−ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を用いて混合して、単相混合物（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｈａｓｅ  ｍｉｘｔｕｒｅ）を得るステップと、
前記単相混合物を、加圧下で管状反応器（ｔｕｂｅ  ｒｅａｃｔｏｒ）に移送し、前記汚泥中に存在する有機物の熱加水分解を可能とするのに十分な温度および十分な保持時間で、前記反応器中に流れ込むこの混合物の栓流（ｐｌｕｇ  ｆｌｏｗ）を生じさせるステップと、
前記単相混合物を、前記管状反応器からの出口において、これに含有される加水分解された有機物のその後の消化が可能となる温度まで冷却するステップと、
前記冷却された単相混合物を減圧するステップと
を含む。
【００２６】
本記載において、「動的ミキサー注入器」という用語は、前記汚泥を連続的に受け入れる好ましくは円筒形のチャンバと、前記チャンバ中に直接蒸気を注入するための手段と、モータ駆動される機械的手段によって前記チャンバに投入される様々な相（ｐｈａｓｅ）の激しい撹拌を促す手段とで構成されたあらゆるミキサーをいうと解されることに留意されたい。撹拌は、汚泥と蒸気との単相混合物を得ることを可能とするのに十分な強さで行われる。実際には、このような手段は、５００ｒｐｍを超える速度、好ましくは１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの速度で回転するロータで駆動する回転軸に取り付けた羽根によって、有利に構成できる。このような撹拌手段の目的は、物質をチャンバ中に押し込むことではなく、これを単に撹拌することである点に留意されたい。よって、撹拌手段に羽根が含まれる場合には、これらの羽根は、当業者の知識に基づいて、駆動された時に物質をチャンバに向かって動かすことがないような形状とされる。
【００２７】
本発明に係る連続的な熱加水分解法では、動的ミキサー注入器中の物質の保持時間は短い。したがって、ミキサー注入器の好ましくは円筒形のチャンバは、容量が小さくてよく、有利である。この結果、この物質がチャンバ内に通過する際の負荷損失も小さくなる。実際に、この負荷損失は１０％よりも小さいはずである。
【００２８】
したがって、本発明の構成において使用されるミキサー注入器は、撹拌手段を備えたタンクで構成され、物質保持時間が長く、この物質を一度に一定量しか処理できないような単純なミキサーとは異なっている。
【００２９】
このミキサー注入器は、例えばウォームねじ（ｗｏｒｍ  ｓｃｒｅｗ）を用いた装置のような、単純な汚泥移送装置とも異なる。
【００３０】
このように、本発明では、引き続き管状反応器中で実施される熱加水分解ステップの上流において、加圧蒸気と、加水分解される汚泥とを混合して、加熱した汚泥の完全な単相混合物を得ることを提案する。
【００３１】
このように、本発明によれば、汚泥を加圧蒸気と混合するフェーズは、熱加水分解のフェーズとは明らかに異なる。さらに、これらのフェーズはどちらも、独自の装置内で効率的に行われる。
【００３２】
熱加水分解に先立って行われる単相混合により、動的ミキサー注入器において、汚泥中で蒸気を凝縮させることが可能となる。この均質な混合物は、続いて反応器に運ばれ、栓流となって流れうる。単相で液相（ｌｉｑｕｉｄ  ｐｈａｓｅ）の形態となって、混合物は、生分解性の低い化合物が最適化された方法で効率的に熱的に加水分解されうるような、均一またはほぼ均一な温度の反応器に投入される。
【００３３】
旧来、管状反応器からの出口において、加水分解された有機物を含有するこの単相混合物を、必要に応じて希釈し、引き続き行われる消化が可能となるような温度および濃度にする。
【００３４】
このように、本発明は、加水分解される汚泥と蒸気との混合が、熱加水分解用の反応器中ではなく、その上流で行われるという特徴によって、従来技術、特に特許文献国際公開第２００６９／１２１８７３号とは明らかに異なる。
【００３５】
このような選択肢は、反応器に組み込まれた静的または動的ミキサーを使用する可能性を示唆した、この従来技術の教示を脱却するものである。この従来技術では、熱加水分解が最適化されるほど均質な混合物を得ることはできない。本発明は、この課題を解決するものであり、この混合物を反応器の上流で生成することで、この反応器に投入される相を完全に均質なものにするとともに、十分な保持時間をかけて、言い換えれば十分な長さを備えた反応器によって、熱的に加水分解されうる全ての物質を加水分解しうるような方法で、蒸気によってこの混合物の内部に供給されたエネルギーを汚泥へと転移し得る。
【００３６】
反応器を通って移動する汚泥および蒸気が均質であれば、この混合物中の温度を均一にすることができる。このように温度が均一であれば、反応器の内部に蒸気を導入するための好ましい経路が必要でなくなり、この結果、このような好ましい流路の出現に伴う熱的および機械的な制約をなくすことができる。
【００３７】
特に、蒸気と汚泥とが完全に混合されれば、汚泥の粘度は一様に低下し、もって汚泥のせん断力に関連する機械的な影響（ｅｆｆｅｃｔ）をなくすことができる。
【００３８】
反応器の上流で加熱された汚泥の単相の均質な混合物（加水分解される汚泥と蒸気から得た）を、動的ミキサー注入器の内部において得ることは、乾燥固形分含有量が高く、特に乾燥固形分含有量が２０重量％を超えるような汚泥の加水分解処理が可能になるという利点がある。
【００３９】
本発明の好ましい変形形態の１つによれば、前記単相混合物は、前記ミキサー注入器からの出口において、１００℃から２００℃の温度を有し（すなわち、反応器内が前記汚泥中に存在する有機物の熱加水分解が可能な温度であり）、および、絶対圧１バール（bar a）から絶対圧２５バールの圧力下にある。本記載では、圧力の単位を絶対圧バールまたはbar aとしていることに留意されたい。
【００４０】
前記単相混合物は、前記ミキサー注入器からの出口において、１５０℃から１７０℃の温度を有し（すなわち、反応器内が前記汚泥中に存在する有機物の熱加水分解が可能な温度であり）、および、５バールから２０バールの圧力を有することが有利である。
【００４１】
本発明の好ましい変形形態の１つによれば、単相混合物の生成に用いられる蒸気は、１００℃から２２０℃の温度および絶対圧１バールから絶対圧２３バールの圧力を有していてもよい。これらの全ての許容値のうち、この蒸気には、１８０℃から２００℃の温度、絶対圧１０バールから絶対圧１６バールの圧力が選択されることが好ましい。
【００４２】
汚泥に供給される蒸気の量は、これら汚泥の乾燥固形分含有量や、加水分解される有機物の濃度に依存する。
【００４３】
本明細書で上記したように、単相混合物の反応器内部での保持時間は、有機物の熱加水分解が可能となるのに十分なものとされるが、原則として、１０分間から２時間の範囲にあることが好ましく、２０分間から４０分間の範囲にあることが特に好ましい。
【００４４】
前記単相混合物の前記反応器内での保持時間は、少なくとも２０分間で、反応器中の前記混合物の温度は、少なくとも１００℃であることが有利であり、これにより、汚泥全体が、十分に長い時間、十分に高い温度の下で蒸気に曝されて、本発明の方法において前記汚泥の殺菌処理も可能となる。汚泥の殺菌を行うには、７０℃超の温度を少なくとも２０分間、汚泥に適用することが必要である。
【００４５】
本発明の好ましい変形形態の１つによれば、管状反応器の出口において、単相混合物に含有される加水分解された有機物の引き続き行われる消化が可能となる温度まで冷却するステップは、水および／もしくは汚泥の添加、並びに／または熱交換器の使用によって行ってもよい。これにより、この単相混合物を希釈することもできる。実際、このような希釈は、これらの熱的な加水分解された汚泥の引き続き行われる効率的な消化を可能とするために必要である。この混合物は、続いて十分に低い温度に到達し、消化槽中の生物相（ｂｉｏｌｏｇｙ）に合わせて十分に希釈される。
【００４６】
また、本発明に係る方法は、汚泥を動的ミキサー注入器に移送するために、これら汚泥の脱水および均質化のための予備的ステップを含むことが好ましく、これらの予備的ステップにより、汚泥は、１０重量％から５０重量％、有利には２０重量％から３５重量％の乾燥固形分含有量を有するものとされる。従来技術の装置では、実際には、２５重量％を超える乾燥固形分含有量を有する汚泥は、効率的に加水分解できないことを思い起こ（ｒｅｃａｌｌ）されたい。
【００４７】
本発明の方法の有利な変形形態の１つには、動的な混合を実施するための、汚泥の乾燥固形分含有量に応じた条件を適用するためのステップが含まれる。このように、動的ミキサー注入器には、羽根付ロータが含まれる。これらの羽根の回転速度は、乾燥固形分含有量によって変えることができるため、この乾燥固形分含有量が高くても、単相混合物を生成することが可能である。
【００４８】
別の態様によれば、本発明は、上記方法を実施するためのあらゆる方法を網羅するものでもあり、その方法は、
有機物を含有する汚泥を取り入れる手段と、
加圧蒸気を取り入れる手段と、
熱加水分解用の管状反応器と、
前記管状反応器よりも下流に設けられた希釈水および／または汚泥を注入する手段と、
前記管状反応器よりも下流に設けられた冷却手段とを含み、
熱加水分解用の前記管状反応器よりも上流に設けられた、少なくとも１つの動的ミキサー注入器と、
前記冷却手段よりも下流に設けられた減圧手段とを含むことを特徴とする。
【００４９】
本発明に係るこのような装置は、動的ミキサー注入器が、工業的な加水分解用の管状反応器の上流に配されており、熱加水分解用の反応器には組み込まれていないという特徴によって、国際公開第２００９／１２１８７３号に開示された従来技術とは明らかに異なる。本明細書で上記したように、熱的に加水分解される汚泥を蒸気と混合するための機器の使用、すなわち動的ミキサーの使用、並びに、これら汚泥中に含有される熱的に加水分解可能な化合物を熱加水分解するための独自の機器、すなわち管状反応器によって、この熱加水分解用の管状反応器の働きが最適化される。この最適化によって、加水分解された化合物の含有量が高い、消化槽の内部で容易に消化可能な加水分解された汚泥を得ることになり、この管状反応器の小容量化が可能となる。
【００５０】
したがって、本発明に係るこのような装置によって、容量の小さな反応器中における汚泥の熱加水分解による処理が可能となる。これは、従来技術に比して無視できない経済的利点である。
【００５１】
すでに明記されているように、本発明を実施するにあたっては、様々なタイプの動的ミキサーを用いることができる。ただし、本発明に係る装置には、羽根付ロータを備えたチャンバを有する動的ミキサー注入器が設けられていることが有利であり、本明細書の上記において示したように、ロータの回転速度は、汚泥の乾燥固形分含有量に適合させることが可能で、実際には５００ｒｐｍ超、好ましくは１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの間で回転される。羽根そのものの外形は、汚泥の乾燥固形分含有量および粘度に適合させることができる点に留意されたい。
【００５２】
特許国際公開第２００９／１２１８７３号に係る従来技術は、その一般的な説明部分において、管状反応器としてあり得る形状のほとんど全てを提示している。ただし、この特許文献中に挙げられた技術の実施形態では、この反応器を横型に形成することが推奨されている。この特許文献国際公開第２００９／１２１８７３号に記載された一実施形態では、管状反応器の一端部に汚泥の入口を設け、この端部の近傍に蒸気の注入口を設けて、加水分解された汚泥の出口をこの管状反応器の他端部に設け、この第２の端部に冷却水を注入する手段を設けている。この特許文献国際公開第２００９／１２１８７３号に記載された別の実施形態では、熱加水分解用の管状反応器は、長尺(longer)な第２の水平部分から拡張（extend）された第１の鉛直部分を有している。これらの好ましい実施形態が、どれも比較的長尺な水平部分を有しているのは、十分長い保持時間の間、汚泥を蒸気と接触させなければならないという要請によるもので、これによって、熱加水分解が起こるだけでなく、この加水分解に先立って、反応器の起点で注入された蒸気が管状反応器中において汚泥中に凝縮され、汚泥の加水分解に必要なエネルギーが転移される。
【００５３】
本発明では、蒸気の注入は、動的ミキサー注入器を使用して、反応器の上流において行われるので、反応器内に到達するのは完全に混合された単相混合物であり、この反応器は、もはや凝縮器としては作用せず、熱加水分解用の反応器としてのみ作用すればよい。したがって、従来技術のものと比較して、その容量を小さくすることができる。実際、従来技術では、反応器は、凝縮器および反応器の両方として作用するため、大容量で、特に長尺なものとなっている。
【００５４】
本発明によれば、使用する熱加水分解用の反応器は、様々な形状とすることができる。ただし、好ましい変形形態の１つによれば、熱加水分解用の管状反応器は鉛直方向に配置され（縦型であり）、下端部に吸込口を、上端部に吐出口を有する。
【００５５】
別の好ましい変形形態によれば、この熱加水分解用の管状反応器は、第２の鉛直セクションから直接拡張（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｅｘｔｅｎｄｅｄ）された第１の鉛直セクションを有し、反応器の吸込口は、前記第１の鉛直セクションの基部に設けられ、前記反応器の吐出口は、前記第２の鉛直セクションの基部に設けられる。本発明の文脈においては、「第２の鉛直セクションから直接拡張された」第１の鉛直セクションという表現は、第１の鉛直セクションと第２の鉛直セクションとの間に直線的な水平セクションが設けられていないような実施形態を網羅すると解されることに留意されたい。実際、本発明に係る装置の管状反応器は、熱加水分解用の反応器であって、凝縮器としても作用する反応器ではないため、このような水平セクションは不要である。
【００５６】
さらに別の変形形態によれば、熱加水分解用の前記管状反応器は、第２の鉛直セクションに連結された第１の鉛直セクションを有し、反応器の吸込口は前記鉛直セクションのヘッド部に設けられ、前記反応器の吐出口は前記第２の鉛直セクションの基部に設けられる。
【００５７】
興味深い変形形態の１つによれば、本発明に係る装置は、反応器の下流に設けられた熱交換器も含む。
【００５８】
また、装置は、熱加水分解用の管状反応器内の圧力を維持するために、その装置内にポンプおよびバルブ、好ましくは一軸ねじポンプを含むことも有利である。
【００５９】
本発明および本発明の様々な利点は、下記図面を参照した実施形態の記載によって、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この浄化槽から下流に消化槽が設けられた設備に組み込んだ、本発明に係る汚泥の熱加水分解装置（一点鎖線で囲んだ部分）の概略図である。
【図２】本発明において使用しうる熱加水分解用の管状反応器の形態を表している図である。
【図３】本発明において使用しうる、別の形態の熱加水分解用の管状反応器を表している図である。
【図４】本発明において使用しうる、さらに別の形態の熱加水分解用の管状反応器を表している図である。
【図５】一方のグラフは、動的ミキサー注入器が組み込まれておらず、蒸気および汚泥が反応器のヘッド部分に運ばれるような、特許文献国際公開第２００９／１２１８７３号に係る従来技術の設備の管状反応器の内部での温度推移を示し、他方のグラフは、動的ミキサー注入器が組み込まれており、蒸気および汚泥が内部で混合された後に均質な単相混合物の形態で反応器のヘッド部分に運ばれるような、本発明に相当する設備の管状反応器の内部での温度推移を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
図１には、本発明に係る装置が模式的に表されている。この装置１０００は、消化槽９を含む設備に組み込まれているが、消化槽９は、本発明に係る装置自体の一部ではない。
【００６２】
このような設備は、溶解−消化（ｌｙｓｉｓ−ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ：ＬＤ）法を実施するのに用いることができるが、本発明に係る方法を、いわゆる消化−溶解（ＤＬ）法や、消化−溶解−消化（ＤＬＤ）法などの公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い。なお、いわゆるＤＬ法の構成では、汚泥の一部は、加水分解された後に、消化槽に還流される。
【００６３】
まず、汚泥は遠心分離され、図１に示すように、パイプ１によってホッパ２に運ばれる。このホッパは、これら汚泥を均質化可能な２本のウォームねじを備えている。
【００６４】
これら２本のウォームねじは、動的ミキサー注入器４に汚泥を供給する供給ポンプ３に汚泥を押し込む役割も果たす。脱水され、均質化されてホッパ２から吐出された汚泥は、このようにポンプ３によってパイプへと送り込まれ、これら汚泥を誘導する手段を用いて、動的ミキサー注入器４へと誘導される。この動的ミキサー注入器４は、図１には示されていない蒸気発生装置によって発生された蒸気１００を注入する手段も備えている。ミキサー注入器は、回転軸に取り付けられ、１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの速度で回転するロータによって駆動される羽根からなる撹拌手段を備えた円筒形のチャンバを含む。この回転速度は、汚泥の乾燥固形分含有量に合わせて調整できる。ミキサー注入器内を連続的に移動する物質の保持時間は短く、実際に１０分間よりも短い。羽根は、チャンバ内の物質を前へと動かすものではなく、物質を激しく撹拌するのみである。
【００６５】
動的ミキサー注入器４よりも上流には、洗浄水取入口２００が配される。このような取水手段２００を通して、必要に応じて動的ミキサー注入器を洗浄できる。
【００６６】
動的ミキサーからの出口において、このミキサーの内部で生成された単相混合物を、パイプによって熱加水分解用反応器５へと移送することができる。
【００６７】
この熱加水分解用反応器５の内部では、１６５℃から１８０℃の温度で、反応器の内方を絶対圧８バールから絶対圧１０バールの圧力（この点について、特に汚泥の乾燥固形分含有量に応じて、これよりも低圧または高圧で実施してもよいことに留意されたい）に維持しながら、処理が行われる。
【００６８】
反応器５への入口に位置する水吸込口１０１は、設備の運転開始の際または設備のメンテナンスフェーズの間に実行されうる洗浄フェーズの間、洗浄水を反応器へと誘導可能にするために設けられている。
【００６９】
一方、反応器５からの出口には、非凝縮性のガスが生じた場合にこれを除去するためのドレイン１０２が設けられている。
【００７０】
反応器５中の加水分解された汚泥は、続いてパイプによって熱交換器７へと運ばれる。この熱交換器７に到達する前に、水注入手段２０１によって冷却水および希釈水が加水分解された汚泥中に誘導される。必要に応じて、交換器７の後でも、この希釈を行うことができる。
【００７１】
交換器７からの出口において、希釈された汚泥は消化槽９へと運ばれる。減圧ユニット８は、文字通り圧力を低下させるものであり、熱加水分解用反応器５内に生じている圧力を維持するために用いられる。本実施例では、このユニットは、熱交換器と消化槽との間に設けられた一軸ねじポンプからなる。その他の実施形態では、このユニットは、バルブや、この機能を果たすのに用いられる他のいかなるユニットからなるものであってもよい。
【００７２】
本発明に係る装置からの出口において、熱的に加水分解された汚泥は消化槽９へと送られ、既に熱加水分解されているためにそこで容易に消化されうる。
【００７３】
図１は、本発明に係る装置を組み込んだ設備の模式図であることを明示しておく。特に、汚泥と蒸気との単相混合物の熱加水分解を行う反応器５は、異なった形状を有していてもよい。これらの形状のうちの３つについて、図２、図３、および図４に示す。
【００７４】
図２に示すように、反応器５は縦型（ｖｅｒｔｉｃａｌ）の形状を有する。反応器の下部には、蒸気とともに加熱された汚泥の単相混合物の取入口５０１が設けられており、上部には、反応器からの吐出口５０２が設けられている。上部には、非凝縮性のガスを除去するためのドレイン５０３と、また反応器の内側に生じている圧力を測定するための手段が設けられている。
【００７５】
図３に示すように、熱加水分解用反応器は、その基部に汚泥と蒸気との単相混合物の取入口４０１が設けられた第１の鉛直セクションを有しており、この第１の鉛直セクションは、基部に加水分解された汚泥の放出口４０２が設けられた第２の鉛直部分に直接連結されている。これら２つの鉛直部分の間の接合部には、非凝縮性のガスが存在する場合にこれを除去するためのドレイン４０３が設けられている。また、反応器内の圧力および温度を測定する手段も配されている。この構成において、第２の鉛直セクション部分は、第１の鉛直セクションに直接連結されており、両者の間には水平なセクションがないことに留意されたい。
【００７６】
図４に示すように、熱加水分解用反応器は、ヘッド部に汚泥と蒸気との単相混合物の取入口６０１を備えた第１の鉛直セクションを有し、この第１の鉛直セクションは、基部に加水分解された汚泥の放出口６０２を備えた第２の鉛直部分に直接連結されている。これら２つの鉛直部分の間の接合部には、非凝縮性のガスが存在する場合にこれを除去するためのドレイン６０３が設けられている。また、反応器内の圧力および温度を測定する手段も配されている。このような構成において、第２の鉛直セクション部分は、第１の鉛直セクションに直接連結されており、両者の間に水平なセクションがないことに留意されたい。
【００７７】
図５は、熱加水分解用反応器の内部に生じた温度の経時変化を示している。
−  一方は、本発明において、熱加水分解用反応器の上流に設けた動的ミキサー注入器を使用したものであり、
−  他方は、従来技術に係る類似の設備において、動的ミキサー注入器を用いずに、反応器の基部に蒸気を注入したもの、である。
【００７８】
この図５に示すように、本発明では、反応器の内部に生じた温度は、設定温度に達するまで徐々に上昇し、設定温度に維持されて、その温度において、処理された汚泥中に含有される加水分解可能な有機化合物の最適な熱溶解が可能となっていることが分かる。
【００７９】
従来技術では、反応器内で認められた温度は、最初、注入される蒸気の温度である。その後、温度は大きく変化する。これは、この従来技術に係る技術では、蒸気と汚泥との完全な混合が、計画的には起こらないという事実に起因する。それどころか、反応器内部で認められた温度の変動は、この内部を流れる多くの相の存在に起因する。ここに記載した実施例では、蒸気は、汚泥が注入される速度（実際には３ｍ／秒未満）よりも遥かに早い速度で（実際５ｍ／秒超）注入されるため、蒸気は、この汚泥を通過する際に、好ましい通路を見出し、汚泥と完全には混合されず、そのエネルギーを効率的に汚泥に伝えられないのである。
【００８０】
対して、本発明に係る動的ミキサー注入器を加水分解用反応器の上流で用いることによって、混合物は、完全に液化した均質な単相混合物として、この反応器に到達する。したがって、この反応器中で栓流として流れうる。反応器内は、保持時間の間、設定温度に保たれる。したがって、蒸気のエネルギーは、最適化された方法で汚泥に転移され、生分解性の低い化合物を効率的に加水分解できる。
【００８１】
本発明を通じて、所定量の汚泥を加水分解するためのエネルギーの理論量と、この加水分解を得るために有効に使用された量とが、ほぼ一致することにも留意されたい。この点について、流体の温度を、温度Ａから温度Ｂへと上昇させるのに必要なエネルギーを算出することが容易であることにも留意されたい。本出願人が行った実験の構成において、算出された蒸気の理論流速は、絶対圧１３バールで１時間あたり蒸気２５キログラムであり、実験によって汚泥を効率的に加水分解するために有効に必要であった蒸気の流速は、これと一致することが示された。
【００８２】
従来技術の設備では、汚泥を加熱するために有効に注入される蒸気の量（１５ｋｇ／ｈ）が、理論的に算出される量（２５ｋｇ／ｈ）よりも小さいために、加水分解される汚泥と蒸気との混合物が不完全であったことが示された。すなわち、汚泥中で凝縮されていない一定量の蒸気が存在していたのである。ここに記載した実験は、本発明への関心を裏付けるものである。
【００８３】
最後に、本発明によれば、従来技術の反応器の容量よりも、２０％から２５％も小さい容量の反応器の使用が可能となることに留意されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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