(57)【要約】  汚泥の水熱炭化の方法であって、汚泥を予熱して予熱された汚泥を得る工程と、予熱された汚泥を湿式酸化画分と混合して反応混合物を得る工程と、反応混合物を反応器中で水熱炭化（ＨＴＣ）に供して、ＨＴＣ処理された汚泥を得る工程と、ＨＴＣ処理された汚泥から画分を分離する工程と、画分を酸素ガスなどの酸化剤と混合して湿式酸化された画分を得る工程とを含み、湿式酸化前の画分の温度は、予熱された汚泥の温度よりも少なくとも１５℃高い方法が提供される。対応するシステムもまた提供される。
2021507806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥の水熱炭化の方法であって、
前記汚泥を予熱して予熱された汚泥を得る工程と、
前記予熱された汚泥を湿式酸化された画分と混合して反応混合物を得る工程と、
前記反応混合物を反応器中で水熱炭化（ＨＴＣ）に供して、ＨＴＣ処理された汚泥を得る工程と、
前記ＨＴＣ処理された汚泥から画分を分離する工程と、
前記画分を酸素ガスなどの酸化剤と混合して前記湿式酸化された画分を得る工程とを含み、
前記湿式酸化前の前記画分の温度は、前記予熱された汚泥の温度よりも少なくとも１５℃高い、汚泥の水熱炭化の方法。
【請求項２】
前記画分の総懸濁固形分（ＴＳＳ）含有量は、前記ＨＴＣ処理された汚泥のＴＳＳ含有量よりも低い、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記画分のＴＳＳ含有量は、５０ｇ／ｌ未満、好ましくは３０ｇ／ｌ未満、より好ましくは２０ｇ／ｌ未満、最も好ましくは０〜１０ｇ／ｌの範囲内である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＨＴＣ処理された汚泥から第２の画分を得る工程と、前記第２の画分をフラッシングに供して少なくとも１つの蒸気画分および冷却画分を得る工程とをさらに含み、前記少なくとも１つの蒸気画分は予熱工程で使用される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の画分の総懸濁固形物（ＴＳＳ）含有量は、前記酸化剤と混合される前記画分のＴＳＳ含有量よりも高い、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記汚泥は、廃水処理プラントからの地方自治体の汚泥または工業汚泥である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ＨＴＣ処理された汚泥の温度は、１８０〜２５０℃、好ましくは１８０〜２３０℃、より好ましくは１９０〜２２５℃である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ＨＴＣ処理された汚泥の温度は、前記湿式酸化画分と混合された予熱された汚泥の温度よりも少なくとも２０℃高い、好ましくは少なくとも３０℃高い、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記反応器中の平均保持時間は、０．２５〜８時間、好ましくは０．５〜２時間である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記画分の体積流量は、前記予熱された汚泥の体積流量の１０〜５０％である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記画分の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）は、少なくとも１５ｇ／ｌ、好ましくは少なくとも２０ｇ／ｌ、より好ましくは少なくとも３０ｇ／ｌ、最も好ましくは少なくとも４０または少なくとも５０ｇ／ｌである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
予熱された汚泥は、前記反応器内で前記湿式酸化された画分と混合される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
予熱された汚泥は、前記反応器の上流の位置で前記湿式酸化された画分と混合される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記湿式酸化前の前記画分の温度は、前記予熱された汚泥の温度よりも少なくとも２０℃高い、好ましくは少なくとも２５℃高い、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
酸化剤の量は、湿式酸化反応が前記汚泥の高位発熱量（ＨＨＶ）を５〜４９％、好ましくは５〜２０％、より好ましくは６〜１５％減少させる量である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
汚泥の水熱炭化のためのシステムであって、
汚泥を受け入れるための入口と、
ＨＴＣ処理された汚泥が得られるように汚泥を水熱炭化（ＨＴＣ）に供するための反応器と、
汚泥を前記入口から前記反応器まで送る送り装置であって、この装置は予熱装置を備える送り装置と、
前記ＨＴＣ処理された汚泥の第１の画分を前記予熱装置と前記反応器との間の第１送り装置の位置に、または前記反応器に送るための再循環装置であって、この再循環装置は、第１の画分を酸化ガスなどの酸化剤と混合するミキサーを備える再循環装置と
を備えるシステム。
【請求項１７】
前記酸化剤は酸素ガスであり、前記ミキサーは酸素ガスミキサーである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
ＨＴＣ処理された汚泥の第２の画分をフラッシングに供して、冷却された第２の画分と少なくとも１つの蒸気画分を得るためのフラッシング装置と、
前記少なくとも１つの蒸気画分を前記予熱装置に送るための蒸気送り装置と
をさらに備える、請求項１６または１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記反応器は、第１の画分用の第１出口と、第２の画分用の第２出口とを備え、前記第１出口は前記第２出口の上方に配置される、請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、汚泥、特に廃水処理プラントからの地方自治体の汚泥または工業汚泥の水熱炭化の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚泥は通常、地方自治体または工業廃水処理プラントで廃水処理をした後に残るものである。ＸＣＤ。地方自治体の廃水処理プラントは都市からの廃水を処理し、一方、工業廃水処理プラントは様々な工業プロセス、例えばパルプおよび製紙工場、工業用食品生産施設などからの廃水を処理する。畜産、例えば大規模な養豚も、廃水および汚泥のかなりの発生源である。本開示の実施形態は、これらすべての分野で有用であろう。
【０００３】
廃水処理の技術は一般的なレベルでは類似しているが、処理する廃水の流れの特性、基本設計、局所的な要件、環境への配慮に応じた特定の解決策が含まれている。スウェーデンの大規模なプラントにおいて、廃水処理プロセスは、多くの場合、機械的な前処理と、その後の一次（沈殿）および二次（好気）処理工程を含む。いくつかのケースでは、異なる形態の三次処理がまた、処理水中の残りの問題となる物質、例えば薬物残基、毒性の有機物質を除去するために施される。小規模なプラントでは、これらのステージのうちの１つ以上がしばしば省略され得る。
【０００４】
使用中のほとんどすべての廃水処理プラントは、処理する必要がある汚泥を生成する。汚泥は、脱水後にプラントから直接回収される（好気性汚泥）か、またはバイオガス生産のためにまず嫌気的に処理され、そこで汚泥の一部が分解され、残りを嫌気性汚泥として回収する。
【０００５】
世界中の廃水処理プラントは、毎年数億メートルトンの汚泥を生成し、その量は急速に成長している。スウェーデンでは、年間の乾燥固形物のトンで表した総汚泥量（ｔＤＳ／ｙ）は２０１０年に２５万と報告されており、現在の数値はそれ以上であると推定されている。したがって、汚泥処理は社会にとって非常に大きな課題であり、現在の解決策はコストが高く、多くの場合、環境への悪影響も伴う。
【０００６】
欧州連合は１９８６年から、廃水汚泥の処理と処分を規制するいくつかの指示を採用し、例えば、埋立地としての汚泥の使用、リンの回収、汚泥の焼却などの様々な局面に対処している。様々な指示が個々の加盟国内の国内法に反映され、例えばスウェーデンでは、２００５年以降、埋立地での汚泥の処分が禁止されている。
【０００７】
今日、廃水汚泥の主な用途は、農業および林業／造林における施肥、地盤建設プロジェクトのためのプラント土壌への混合および埋立地の被覆および復元、エネルギー回収による焼却、化学物質の回収と肥料の生産、そして最終的には埋立地であるが、汚泥が堆肥化などの特定の前処理を受けている場合である。
【０００８】
エネルギー回収および煙道ガスと灰の適切な処理による、有害化学物質の破壊と重金属の安全な処理のための汚泥の焼却は、魅力的な代替手段として残っている。ただし、汚泥の正確な組成は、流入する廃水の組成と廃水処理プラントのタイプに依存している。高濃度の有機および／または生物学的成分を含む汚泥は、一般的に脱水することが困難である。含水率は非常に高いことが多いため、パワープラントで焼却した場合の正味の発熱量は非常に低いか、またはさらにはマイナスでさえあり、しばしば化石燃料であるサポート燃料の追加が必要になる場合がある。
【０００９】
Ｃ−Ｇｒｅｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ＡＢは、水熱炭化（ＨＴＣ：ＨｙｄｒｏＴｈｅｒｍａｌ  Ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ）の工程を含む汚泥の処理プロセスを開発した。リンは、燃焼前のバイオ燃料から、または燃焼後の灰から抽出され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】スウェーデン特許出願公開第１７５０２８４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
多くの水熱炭化（ＨＴＣ）システムの運転には、例えば電気またはガスの形態の外部エネルギーの供給が必要である。本発明者らは、ＨＴＣ処理された汚泥の一部を湿式酸化に供し、次いで湿式酸化された一部を再循環させて、酸化によって放出された熱を回収することにより、汚泥のＨＴＣ処理における外部エネルギーの連続供給の必要性を無くすことができることを見出した。すでにＨＴＣ処理された汚泥に対して湿式酸化を実行する利点は、ＨＴＣ処理により汚泥の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）が増加することであり、より高いＣＯＤは湿式酸化プロセスのためのより多くの燃料を意味する。さらに、ＨＴＣ処理された汚泥は、流入したまたは予熱された汚泥よりも温度が高く、温度が高いと、湿式酸化プロセスが速くなり、これは温度に依存する。１２０℃を超える温度では、高温になると汚泥内の酸素ガスの溶解度も高くなり、これは湿式酸化をさらに促進する（酸素ガスが酸化剤の場合）。
【００１２】
したがって、本開示の第１の態様として、汚泥の水熱炭化の方法であって、
汚泥を予熱して予熱された汚泥を得る工程と、
予熱された汚泥を湿式酸化画分と混合して反応混合物を得る工程と、
反応混合物を反応器中で水熱炭化（ＨＴＣ）に供して、ＨＴＣ処理された汚泥を得る工程と、
ＨＴＣ処理された汚泥から画分を分離する工程と、
画分を酸化剤と混合して湿式酸化された画分を得る工程とを含む方法が提供される。
【００１３】
酸化剤は、好ましくは酸素ガスである。「酸素ガス」は、少なくとも８０体積％の酸素、好ましくは少なくとも９５体積％の酸素を含むガスを指す。したがって、工程ｂ）の「酸素ガスの追加」は、空気の追加を網羅しない（空気の酸素含有量は２１体積％しかないため）。空気の代わりに酸素ガスを使用する利点は、反応器に追加される不活性ガスがより少ないことである。別の利点は、より効率的な湿式酸化反応である。
【００１４】
当業者によって理解されるように、本方法は連続的な方法である。
【００１５】
本開示の汚泥は、好ましくは、廃水処理プラントからの地方自治体の汚泥または工業汚泥である。
【００１６】
汚泥の乾燥固形分（「全固形分」とも呼ばれる）は、典型的には１〜３５％、例えば２〜３５％、例えば３〜３２％である。汚泥が嫌気性汚泥の場合、乾燥固形分は通常１３〜３２％である。汚泥が好気性汚泥の場合、乾燥固形分は典型的には５〜１５％である。灰分含有量は、汚泥の乾燥重量の典型的には１０〜７５％、例えば１２〜５０％、例えば３０〜５０％である。汚泥の高位発熱量（ＨＨＶ）は、典型的には３．５〜２１ＭＪ／ｋｇ、例えば６〜１７ＭＪ／ｋｇ（乾燥重量）である。
【００１７】
本開示の湿式酸化は、通常、汚泥のＨＨＶ全体を消費しない。通常、それは汚泥のＨＨＶの５０％未満を消費し、好ましくは、それは汚泥のＨＨＶの５〜２０％、例えば６〜１５％を消費する。本方法で追加される酸化剤の量は、それに応じて適合させることができる。
【００１８】
本開示は、リン（Ｐ）の分離を容易にする。
したがって、本開示の汚泥は、好ましくは、リンを、例えば、汚泥の乾燥重量の０．５〜９％、例えば汚泥の乾燥重量の１〜９％、例えば汚泥の乾燥重量の１．５〜９％の量で含む。
【００１９】
また、処理された汚泥は湿式酸化プロセス用の燃料として利用される。最終的なＨＴＣ石炭も、典型的には燃料として使用される。したがって、本開示の汚泥は、好ましくは、例えば、汚泥の乾燥重量の９〜４６％、例えば、汚泥の乾燥重量の２０〜４６％の量の炭素（Ｃ）を含む。
【００２０】
本開示の湿式酸化は、別個の反応器を必要としない。代わりに、例えば酸素ガスミキサーを使用して、画分を酸化剤と混合することで十分である。したがって、第１の態様の一実施形態では、ＨＴＣ用の上記の反応器とは別個の反応器は、酸化剤と画分との間の反応に使用されない。しかしながら、より良好なプロセス制御を達成するために、湿式酸化された画分が予熱された汚泥と混合される前に反応器を通過することを可能にすることは有益であり得る。そのような反応器内での滞留時間は、例えば１０〜６０分、例えば２０〜４０分であり得る。そのような反応器の体積は、例えば、ＨＴＣ用の反応器の体積の１０〜５０％、例えば２０〜４０％であり得る。
【００２１】
酸化剤が酸素ガスである場合、それは本方法によって処理される乾燥汚泥１トン当たり６０〜２６０ｋｇ、好ましくは本方法によって処理される乾燥汚泥１トン当たり１００〜２００ｋｇ、より好ましくは本方法によって処理される乾燥汚泥１トン当たり１１０〜１５０ｋｇの量で追加され得る。
【００２２】
一実施形態によれば、画分は、粒子の少ない画分であり、これは、その総懸濁固形物（ＴＳＳ）含有量が、ＨＴＣ処理された汚泥のＴＳＳ含有量よりも低いことを意味する。例えば、粒子の少ない画分のＴＳＳ含有量は、５０ｇ／ｌ未満、好ましくは３０ｇ／ｌ未満、より好ましくは２０ｇ／ｌ未満であり得る。
【００２３】
画分中のＴＳＳ含有量が比較的低いことの利点は、画分中の酸素ガスなどの酸化剤の混合が改善されることである。
【００２４】
重金属とリンは、汚泥の固体粒子に結合される傾向があり、湿式酸化プロセスがそのような物質を液体に放出するリスクがある。したがって、（湿式酸化に供される）画分中の比較的低いＴＳＳ含有量の別の利点は、そのような放出が最小化されることである。
【００２５】
本方法は、ＨＴＣ処理された汚泥から第２の画分を得ることを含み得る。
【００２６】
第２の画分は、粒子の多い画分とすることができ、これは、そのＴＳＳ含有量が、酸化剤と混合された画分のＴＳＳ含有量よりも高いことを意味する。
【００２７】
ＨＴＣ処理された汚泥は、反応器の下流に配置された分離器で、粒子の少ない画分と粒子の多い画分に分離することができる。当業者は、そのような分離を行う方法を知っている。
【００２８】
あるいはまた、反応器は、粒子の少ない画分用の第１の出口および粒子の多い画分用の第２の出口を備えることができる。そのような場合、第１の出口は、沈殿および／または流動化を分離に使用できるように、第２の出口の上方に配置される。流動に基づく分離を可能にするために設計された反応器を、図１ａおよび図１ｂを参照して以下に説明する。
【００２９】
第２の画分は、フラッシングにより冷却することができる。そのようなフラッシングは、好ましくは予熱工程で使用される少なくとも１つの蒸気画分を提供する。一実施形態では、フラッシングは、予熱工程で汚泥を順次加熱するために使用される異なる温度の少なくとも２つ、例えば少なくとも３つの蒸気画分を提供する。
【００３０】
ＨＴＣ処理された汚泥（すなわち、反応器の出口の汚泥）の温度は、典型的には１８０〜２５０℃、好ましくは１８０〜２３０℃である。より好ましくは、それは１９０〜２２５℃である。
【００３１】
汚泥を反応器内でＨＴＣ処理の温度に到達させるための予熱が十分でないため、湿式酸化の工程が実行される。ＨＴＣ処理された汚泥の温度は、通常、湿式酸化画分と混合される予熱された汚泥の温度よりも少なくとも２０℃高い（例えば、２０〜６５℃高い）、好ましくは少なくとも３０℃高い（例えば、３０〜６５℃高い）。
【００３２】
反応器内の平均滞留時間は、典型的には０．２５〜８時間、好ましくは０．５〜２時間である。
【００３３】
好ましくは、画分の体積流量は、予熱された汚泥の体積流量の１０〜５０％である。
【００３４】
湿式酸化プロセスに十分な燃料を提供するために、画分の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）は、典型的には、少なくとも１５ｇ／ｌ、好ましくは少なくとも２０ｇ／ｌ、より好ましくは少なくとも３０ｇ／ｌ、最も好ましくは少なくとも４０または５０ｇ／ｌである。
【００３５】
予熱された汚泥を湿式酸化された画分と反応器の上流の位置、例えば、反応器に通じるパイプ内で混合することが、反応器内よりもより実用的であると一般的には考えられている。
【００３６】
したがって、好ましい一実施形態では、予熱された汚泥は、反応器の上流の位置で湿式酸化画分と混合される。そのような一実施形態の例は、図１ａおよび図２ａに示されている。
【００３７】
別の一実施形態では、予熱された汚泥は、反応器内で湿式酸化された画分と混合される。そのような一実施形態の例は、図１ｂおよび図２ｂに示されている。
【００３８】
上記のように、予熱した汚泥の代わりに、ＨＴＣ処理された汚泥の画分に酸化剤を追加する利点は、画分の温度がより高いことである。湿式酸化前（すなわち、酸化剤と混合される前）の画分の温度は、予熱された汚泥の温度よりも、例えば少なくとも１５℃高い（例えば１５〜６５℃高い）、好ましくは少なくとも２０℃高い（例えば、２０〜６５℃高い）、より好ましくは少なくとも２５℃高い（例えば、２５〜６５℃高い）。
【００３９】
第１の態様のさらなる実施形態は、以下の第２の態様に関する議論から導き出され得る。
【００４０】
本開示の第２の態様として、汚泥の水熱炭化のためのシステムであって、
・汚泥を受け入れるための入口と、
・ＨＴＣ処理された汚泥が得られるように汚泥を水熱炭化（ＨＴＣ）に供するための反応器と、
・汚泥を入口から反応器まで送る送り装置であって、この装置は予熱装置を含む送り装置と、
・ＨＴＣ処理された汚泥の第１の画分を予熱装置と反応器との間の送り装置の位置に、または反応器に送るための再循環装置であって、この再循環装置は、第１の画分を酸化ガスなどの酸化剤と混合するミキサーを含む再循環装置とを含むシステムが提供される。
【００４１】
当業者には理解されるように、再循環装置は反応器の出口に接続される。
【００４２】
ミキサーの動作により、ＨＴＣ処理された汚泥の第１の画分が「湿式酸化された画分」になる。
【００４３】
予熱装置と反応器との間の送り装置上の位置に画分を送るための再循環装置の例は、図１ａおよび図２ａに示されている。そのような例によれば、湿式酸化された画分は、反応器の上流であるが予熱装置の下流で予熱された汚泥と混合／融合される。
【００４４】
上記の説明から、送り装置は、予熱装置の下流に配置されたＴ型接続または別の混合装置を含み得ることがわかる。そのような場合、送り装置は、混合装置のＴ型接続に接続される。
【００４５】
画分を反応器に送るための再循環装置の例は、図１ｂおよび図２ｂに示されている。そのような例によれば、湿式酸化された画分は、反応器内で予熱された汚泥と混合される。
【００４６】
予熱装置と反応器との間の送り装置上の位置に画分を送ることは、実用的な混合を可能にし、したがって、画分を反応器に送るよりも好ましい。
【００４７】
当業者には理解されるように、本システムは連続プロセスに適合しており、反応器は連続反応器である。
【００４８】
酸化剤は好ましくは酸素ガスであり、ミキサーは好ましくは酸素ガスミキサーである。向流または並流反応器または吸収塔などの他のタイプの酸化装置も使用することができる。
【００４９】
本システムは、
・ＨＴＣ処理された汚泥の第２の画分をフラッシングに供して、冷却された第２の画分と少なくとも１つの蒸気画分を得るためのフラッシング装置と、
・少なくとも１つの蒸気画分を予熱装置に送るための蒸気送り装置とをさらに含むことができる。
【００５０】
フラッシング装置は、異なる温度の蒸気画分を提供するために直列に配置された少なくとも２つ、例えば少なくとも３つのフラッシング容器を含み得る。さらに、予熱装置は、直列に配置された少なくとも２つ、例えば少なくとも３つの蒸気ミキサーを含み得る。蒸気送り装置は、汚泥を段階的に予熱できるように、フラッシング容器を蒸気ミキサーに接続することが好ましい。
【００５１】
蒸気ミキサーはベンチュリミキサーとすることができる。
【００５２】
一実施形態では、反応器は、第１の画分用の第１の出口と、第２の画分用の第２の出口とを含み、第１の出口は第２の出口の上方に配置される。そのような反応器は、反応器の上部に配置され、送り装置に接続される反応器入口と、材料を入口から反応器の底部に案内するために反応器入口から下向きに延びる第１のチャネルと、再循環装置に接続された、底部から第１の出口まで上方に延びる第２のチャネルと、フラッシング装置に接続され得る第２の出口とを含み得る。
【００５３】
上記のように、本開示の湿式酸化は、別個の反応器を必要としない。したがって、第２の態様の一実施形態では、第１の画分を酸化剤と混合するためのミキサーの下流の再循環装置内に配置された反応器はない。
【００５４】
そうでなければ、第１の態様の実施形態は、必要な変更を加えて、第２の態様に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１ａ】本開示に係る汚泥処理のためのシステムの異なる例示的実施形態を示す。
【図１ｂ】本開示に係る汚泥処理のためのシステムの異なる例示的実施形態を示す。
【図２ａ】本開示に係る汚泥処理のためのシステムの異なる例示的実施形態を示す。
【図２ｂ】本開示に係る汚泥処理のためのシステムの異なる例示的実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本開示に係るシステム１００の第１の例示的な実施形態が、図１ａに概略的に示されている。システム内のプロセスの場合、汚泥は地方自治体の廃水処理プラント、工業プロセス、または農業や畜産の施設であり得る発生源から受け取る（Ａ）。汚泥は、プラントから直接、またはシステムの一部を形成する貯蔵タンクから受け取ることができる。汚泥は、典型的には、約３０℃の初期温度と約３０％の乾物含有量を有する。例えば同じプロセス／システムからの液体流による任意の初期加熱（図示せず）の後、汚泥は予熱装置１０１内で予熱される。予熱は、好ましくは、直列に配置された第１の蒸気ミキサー１０２、第２の蒸気ミキサー１０３、第３の蒸気ミキサー１０４などの蒸気の段階的追加により行われる。各蒸気ミキサー１０２、１０３、１０４の下流には、ポンプ１０２ｐ、１０３ｐ、１０４ｐが配置されている。最後のポンプは、圧力を以下で説明するＨＴＣ反応の圧力まで上げる。予熱装置１０１の後、約１７５℃の温度を有する予熱された汚泥が得られる。Ｔ型接続１０５（または２つの流れを混合するためのより高度な装置）では、予熱された汚泥が湿式酸化された画分と合流して反応混合物を形成し、それが垂直反応器１０６に、好ましくは反応器１０６の底部に配置された入口１０７を通して供給される。反応器１０６では、反応混合物は、水熱炭化（ＨＴＣ）を受ける。汚泥の温度は、発熱反応（例えば、以下で論じられるＨＴＣ反応および湿式酸化）および熱損失のために、反応器１０６の異なる位置の間で変動する可能性がある。ＨＴＣ処理された汚泥は、好ましくは、反応器１０６の頂部に配置された出口１０８を通って、反応器１０６から回収される。反応器１０６から回収されたとき、熱処理された汚泥の温度は、２００〜２１５℃である。
【００５７】
画分は、ＨＴＣ処理された汚泥から分離される（１０９）。画分の圧力は、ポンプ１１０によってわずかに増加する。次に、酸素ガスが酸素ガスミキサー１１１内の画分に追加され、「湿式酸化された画分」が得られる。酸素ガスミキサーは、酸素タンク（図示せず）に接続されている。酸素ガスの量は、システムで処理される乾燥汚泥１トンあたり約１３０ｋｇとすることができる。湿式酸化は瞬間的ではない。むしろ、画分が酸素ガスミキサー１１１の下流に流れるとき、そしておそらく予熱された汚泥との合流後にも、それは継続している。
【００５８】
画分の体積流量は、予熱された汚泥の体積流量の１０〜５０％である。
【００５９】
残りのＨＴＣ処理された汚泥は、再循環される代わりにフラッシング装置１１２でフラッシングに供される第２の画分を形成し、これは、予熱装置１０１で汚泥を予熱するために使用される少なくとも１つの蒸気画分を生成する。好ましくは、フラッシング装置１１２は、異なる温度の蒸気画分を生成するために直列に配置されたいくつかのフラッシング容器を含む。例えば、フラッシング装置１１２は、予熱装置１０１の第３の蒸気ミキサー１０４に送られる比較的高温の蒸気画分を生成する第１のフラッシング容器１１３と、予熱装置１０１の第２の蒸気ミキサー１０３に送られる中程度の温度の蒸気画分を生成する第２のフラッシング容器１１４と、予熱装置１０１の第１の蒸気ミキサー１０２に送られる比較的低温の蒸気画分を生成する第３のフラッシング容器１１５とを含むことができる。
【００６０】
フラッシング装置１１２の下流で得られた冷却されたスラリーは、脱水され（図示せず）、少なくとも１つの液体流（流入する汚泥の初期の加熱および／または希釈に使用できる）およびＨＴＣ石炭を含む濃厚な画分が得られる。
【００６１】
システム１００は、プロセスをコールドスタートするために、電気ヒーターなどの外部熱を使用するヒーター１１６を含むことができる。加熱器１１６は、好ましくは、合流点１０５の下流であるが、反応器１０６の上流に配置される。
【００６２】
第１の実施形態の変形例が、図１ｂに示されている。図１ｂと図１ａの違いは、湿式酸化された画分が反応器１０６の上流の位置で予熱された汚泥と合流しないことである。図１ｂでは、湿式酸化された画分と予熱された汚泥が代わりに反応器１０６の上流部分に別々に追加され、したがって反応器１０６内で混合されて反応混合物を形成する。
【００６３】
本開示に係るシステム２００の第２の例示的な一実施形態が、図２ａに概略的に示されている。システム内のプロセスの場合、汚泥は地方自治体の廃水処理プラント、工業プロセス、または農業や畜産の施設であり得る発生源から受け取る（Ａ）。汚泥は、プラントから直接、またはシステムの一部を形成する貯蔵タンクから受け取ることができる。汚泥は、典型的には、約３０℃の初期温度と約３０％の乾物含有量を有する。例えば同じプロセス／システムからの液体流による任意の初期加熱（図示せず）の後、汚泥は予熱装置２０１内で予熱される。予熱は、好ましくは、直列に配置された第１の蒸気ミキサー２０２、第２の蒸気ミキサー２０３、第３の蒸気ミキサー２０４などの蒸気の段階的追加により行われる。各蒸気ミキサー２０２、２０３、２０４の下流には、ポンプ２０２ｐ、２０３ｐ、２０４ｐが配置されている。最後のポンプは、圧力を以下で説明するＨＴＣ反応の圧力まで上げる。予熱装置２０１の後、約１７５℃の温度を有する予熱された汚泥が得られる。Ｔ型接続２０５（または２つの流れを混合するためのより高度な装置）では、予熱された汚泥が湿式酸化された画分と合流して反応混合物を形成し、それが垂直反応器２０６に供給され、そこで反応混合物は水熱炭化（ＨＴＣ）に供され、ＨＴＣ処理された汚泥は粒子の少ない画分と粒子の多い画分に分離される。反応器２０６は、反応器２０６の頂部に配置された反応器入口２０７と、反応混合物を入口２０７から反応器２０６の底部に案内するために反応器入口２０７から下方に延びる第１のチャネル２０６ｃ１と、粒子の少ない画分を回収するために、底部から再循環出口２０８まで上向きに延びる第２のチャネル２０６ｃ２と、粒子の多い画分を回収するための下部出口２０９とを含む。反応器２０６の設計は、粒子の少ない画分と粒子の多い画分への分離を促進する流動化を可能にする（特許文献１を参照）。
【００６４】
好ましくは、粒子の少ない流れの一部は、反応器２０６の底部入口２０７ｂに再循環される。そのような底部入口を通る流れは、流動化を助ける。
【００６５】
底部入口への再循環が省略される場合は、酸素ガスが粒子の少ない画分の他の部分またはそのすべてに追加される。酸素追加により、「湿式酸化された画分」が得られる。追加は、酸素タンク（図示せず）に接続された酸素ガスミキサー２１１によって行われる。システムで処理される乾燥汚泥１トンあたりの酸素ガスの量は、約１３０ｋｇである。湿式酸化は瞬間的ではない。むしろ、画分が酸素ガスミキサー２１１の下流に流れるとき、そしておそらく予熱された汚泥との合流後も、それは継続している。酸素ガスミキサー２１１の前に、粒子の少ない画分の圧力は、ポンプ２１０によってわずかに増加する。
【００６６】
湿式酸化された画分の体積流量は、予熱された汚泥の体積流量の１０〜５０％である。
【００６７】
温度は、発熱反応（例えば、ＨＴＣ反応および湿式酸化）および熱損失のために、反応器２０６の異なる位置の間でわずかに変化する。粒子の少ない画分および粒子の多い画分は、それらが反応器２０６から回収されたとき、２００〜２１５℃の範囲内の温度を有する。
【００６８】
粒子が多い画分は、フラッシング装置２１２でフラッシングに供され、フラッシング装置２１２は、予熱構成２０１で汚泥を予熱するために使用される少なくとも１つの蒸気画分を生成する。好ましくは、フラッシング装置２１２は、異なる温度の蒸気画分を生成するために直列に配置されたいくつかのフラッシング容器を含む。例えば、フラッシング装置２１２は、予熱構成２０１の第３の蒸気ミキサー２０４に送られる比較的高温の蒸気画分を生成する第１のフラッシング容器２１３と、予熱装置２０１の第２の蒸気ミキサー２０３に送られる中程度の温度の蒸気画分を生成する第２のフラッシング容器２１４と、予熱装置２０１の第１の蒸気ミキサー２０２に送られる比較的低温の蒸気画分を生成する第３のフラッシング容器２１５とを含むことができる。
【００６９】
フラッシング装置２１２の下流で得られた冷却されたスラリーは、脱水され（図示せず）、少なくとも１つの液体流（流入する汚泥の初期の加熱および／または希釈に使用できる）およびＨＴＣ石炭を含む濃厚な画分が得られる。
【００７０】
システム２００は、プロセスをコールドスタートするために、電気ヒーターなどの外部熱を使用するヒーター２１６を含むことができる。ヒーター２１６は、好ましくは、合流点２０５の下流であるが、反応器２０６の上流に配置される。
【００７１】
第２の例示的な実施形態の変形例が図２ｂに示されている。図２ｂと図２ａの違いは、湿式酸化された画分が反応器２０６の上流の位置で予熱された汚泥と合流しないことである。図１ｂでは、湿式酸化された画分と予熱された汚泥が代わりに反応器２０６の上流部分に別々に追加され、したがって反応器２０６内で混合されて反応混合物を形成する。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【国際調査報告】
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