(57)【要約】  都市廃棄物及びより広範な地域廃棄物の全ての有機フラクションを、輸送において使用するのに好適な燃料に総合的に変換し、全ての固体残渣を高栄養の堆肥に変換するための、完全に水性でエネルギー自給型の複合インライン廃棄物管理システムが提供される。このシステムは、アルカリ加水分解及びけん化を含む前処理；前処理された廃棄物の異なる流れへの三元分離（これらはそれぞれ、燃料生成（連続流触媒エステル化ユニットにおけるバイオディーゼル生成、及びメタン又は他の小分子バイオ燃料を生成するための嫌気性消化を含む）を含む好適な更なる処理に送られる）の組み合わせに基づく。残りの固体は、準連続プロセスで堆肥に変換される。【選択図】図１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物変換システムであって、
・少なくとも１つの連続流水蒸気爆砕反応器を含む、その少なくとも一部が有機廃棄物である廃棄物の流れを受容するための少なくとも１つの前処理ユニット；
・少なくとも１つのコンディショニングセクション、並びにコンディショニングされた廃棄物を少なくとも１つの脂肪／油成分及び少なくとも１つの水性成分に分離するための少なくとも１つの分離セクションを含む、前記前処理ユニットからの前処理された廃棄物の流れを受容するための少なくとも１つの分離ユニット；
・前記少なくとも１つの脂肪／油成分からバイオディーゼルを生成するための少なくとも１つのバイオディーゼル生成ユニット；
・前記少なくとも１つの水性成分の嫌気性消化及び／又は発酵のための少なくとも１つの消化ユニット；並びに
・固体有機材料から堆肥を生成するための少なくとも１つの堆肥化ユニット；
を含む上記システム。
【請求項２】
前記水蒸気爆砕反応器が高圧保持セクション及び圧力解放セクションを含み、前記高圧保持セクションが、前記セクションを通して前記廃棄物の流れを搬送するための少なくとも１つの可変速コンベヤを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記可変速コンベヤがスクリューコンベヤである、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記流れを前記セクションに供給するための前記高圧保持セクションの入口における回転供給バルブを含み、そして前記高圧保持セクションから材料を排出するための回転排出バルブを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
排出位置へのその回転の前に前記回転供給バルブの装填区画中に水蒸気を注入するための第１の水蒸気注入手段、及び水蒸気を圧力解放セクション中に排出した後で、その装填位置に回転して戻る前に、前記回転排出バルブの排出区画に水蒸気を注入するための第２の蒸気注入手段を含む、請求項４にシステムの装置。
【請求項６】
前記回転供給バルブ及び前記回転排出バルブと、前記高圧保持セクション内の搬送速度を同期させることによって、前記高圧保持セクション内の材料の保持時間を調整可能にする制御ユニットを更に含む、請求項４又は５に記載のシステム。
【請求項７】
前記前処理ユニットの前記高圧保持セクションを、約１０〜４０バールの範囲の圧力及び約１８０〜２５０℃の範囲の温度で運転する、請求項２〜６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記水蒸気爆砕反応器が、アルカリ水蒸気爆砕反応器として運転するように構成されている、請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記連続流アルカリ水蒸気爆砕反応器が、少なくとも１つの複合二酸化炭素スクラビングユニットを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記アルカリ水蒸気爆砕反応器が高圧保持セクション及び圧力解放セクションを含み、前記水蒸気爆砕反応器の前記圧力解放セクションは、同時に前記二酸化炭素スクラビングユニットとして働く、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記二酸化炭素スクラビングユニットの上部部分は、前記アルカリ水蒸気爆砕セクションの前記高圧保持セクションからの材料の流れの送達を前記二酸化炭素スクラビングユニットの中心軸に対して所定の角度で受容して、前記材料の流れを少なくとも１つの内部螺旋構造によってサイクロンパターンに導くように適合されている、請求項９又は１０にシステムの装置。
【請求項１２】
前記二酸化炭素スクラビングユニットが、前記スクラビングユニットの下部内に設けられた少なくとも１つの二酸化炭素入口を更に含み、それによって、前記高圧保持セクションからの材料のアルカリ性の流れが二酸化炭素に富む流れと接触して、二酸化炭素スクラビングを促進する、請求項９〜１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記二酸化炭素セクションが互いに対して垂直方向にオフセットしている２つの挿入された螺旋構造を含み、上部螺旋構造はスクラバーの内壁からクリアランスを有しており、一方で下部螺旋構造はクリアランスを有さず、これにより、カーボンスクラビングユニット内の前記廃棄物の流れの主サイクロンパターン流に垂直な部分速度成分が生成し、これは前記カーボンスクラビングユニットの内壁に沿って上部螺旋構造から下部螺旋構造に搬送される材料によって生成される、請求項１１又は１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記下部螺旋構造が、前記スクラバーの中心に向かって材料を部分的に案内する波形パターン、及び前記螺旋構造の内縁における突出リムを備え、これにより前記材料の垂直成分を飛散させて、前記スクラバーユニットの中心に向かって分散させる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記二酸化炭素スクラビングセクションを約１〜約５バールの範囲の圧力で運転する、請求項１０〜１４のいずれかに記載のシステム。
【請求項１６】
前記スクラバーユニットに、スクラビング媒体の冷却を与え、前記水蒸気爆砕から熱を回収する熱交換冷却部材が備えられており、この熱を好ましくは前記システムの蒸気ボイラーに供給される水を予熱するために用いる、請求項１０〜１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
前記圧力解放セクションが第１の二酸化炭素スクラバーとして働き、前記システムが、更なる二酸化炭素除去のために前記第１の二酸化炭素スクラバーからＣＯ２に乏しい気体流を受容する、スクラビング媒体として前記第１のスクラバーからの液体フラクションを供給され、昇圧又は減圧において従来のトップダウン噴霧構成で運転することができる第２のスクラバーを更に含む、請求項１０〜１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
前記システム内で生成された二酸化炭素を二酸化炭素スクラビングユニットに送る手段を更に含む、請求項９〜１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
前記前処理ユニットが、前記連続流水蒸気爆砕反応器の上流に配置された少なくとも１つの粉砕及び／又は均質化ユニットを更に含む、請求項１〜１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
前記前処理ユニットが、水蒸気爆砕の前に前記廃棄物の流れを湿潤及び混合し、場合によって前記流れのｐＨを調整するための、前記連続流水蒸気爆砕反応器の上流の湿潤及び混合セクションを更に含む、請求項１〜１９のいずれかに記載のシステム。
【請求項２１】
前記湿潤及び混合セクションが、ミキサー、並びに湿潤及び場合によってはｐＨ調整のために水又は水溶液を導入するための少なくとも１つのアーマチュア、並びにコンディショニングされた材料を排出するための排出バルブを有するチャンバーを含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記分離ユニットが、コンディショニングセクション、連続脂肪／油分離セクション、固液分離器、及び遠心分離精製器を含む、請求項１〜２１のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３】
前記連続脂肪／油分離セクションが、
・垂直に配置された細長いタンク；
・前記細長いタンク内の中央に同軸に配置された細長い管；
・それによってコンディショニングされた材料を前記分離ユニットの前記コンディショニングセクションから前記管中に排出することができる、前記管の入口に配置された排出バルブ；
・好ましくは１以上の微小気泡インジェクターを含む、前記管の下端付近の１以上の空気インジェクター；
・前記管上の出口バルブ；
・前記細長いタンク内の液面に蓄積した脂肪／脂質を脂肪／油緩衝タンク又は前記遠心分離精製器に供給する手段；
・前記遠心分離精製器から前記タンクの上部に水を供給するための管路；
を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記分離ユニットが、スクリューコンベヤデカンター及びディスク遠心分離機を含む１つの装置として遠心分離デカンターユニットを含む、請求項１〜２１のいずれかに記載のシステム。
【請求項２５】
前記遠心分離デカンターユニットが、アキシアルベアリングシャフト、前記アキシアルベアリングシャフト上で回転可能である前記スクリューコンベヤを同軸状に収容するデカンターハウス、前記スクリューコンベヤ中に材料を供給するための少なくとも１つの固定されて中心に配置された主材料入口、前記スクリューコンベヤの遠位端に近接する少なくとも１つの固体物質出口、前記ディスク遠心分離機を収容するディスク分離機ハウス、前記デカンターハウスと前記ディスク分離機ハウスとの間に配置された少なくとも１つのインペラー、重質相出口、及び軽質の相の出口を含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記デカンターハウス及び前記ディスク分離機ハウス、前記スクリューコンベヤ及び前記ディスク遠心分離機は、それぞれ独立して、前記アキシアルベアリングシャフトの周りを回転可能である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記バイオディーゼル反応器ユニットが、前記脂肪／油成分の連続流を受容し、それによってバイオディーゼルの連続流を生成するように構成された連続流反応器である、請求項１〜２６のいずれかに記載のシステム。
【請求項２８】
前記バイオディーゼル生成ユニットが、遊離脂肪酸のエステル化及び／又はグリセリドのトランスエステル化を触媒するためのエステル化及び／又はトランスエステル化触媒でコーティングされた複数の接触プレートを含むモジュール型連続流バイオディーゼル反応器、スペーサー、及び前記接触プレート間の間隔を調節し、これらの間の乱流混合を促進するためのスタティックミキサーを含む、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記連続流バイオディーゼル生成ユニットが、エステル化及び／又はトランスエステル化触媒で一方の側がコーティングされた複数の接触プレートを含み、それによって、互いに向かい合う２つのコーティングされた側と互いに向かい合う２つのコーティングされていない側が交互に配され、前記反応体媒体は、前記接触プレートのコーティングされた側の間を流れ、前記反応物質の温度制御のための熱媒体は、前記接触プレートのコーティングされていない側の間を流れる、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記バイオディーゼルユニットが、流入物としてトリグリセリド及び遊離脂肪酸のいずれか又は両方を収容し、前記ユニットが、グリセリドのトランスエステル化を触媒する少なくとも１つの触媒、及び遊離脂肪酸のエステル化を触媒する少なくとも１つの触媒を含む、請求項１〜２９のいずれかに記載のシステム。
【請求項３１】
遊離脂肪酸のエステル化を触媒する前記触媒が第１のセクション内に配置され、グリセリドのトランスエステル化を触媒する前記触媒が前記ユニットの第２のセクション内に配置される、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記連続流バイオディーゼルユニットが、いずれもコーティングされていない接触プレート、スペーサー、及びスタティックミキサーを含む少なくとも２つの反応器を含み、均一酸触媒によるエステル化が第１の反応器内で行われ、均一塩基触媒によるトランスエステル化が第２の反応器内で行われる、請求項２７及び３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記接触プレートが波形である、請求項２８〜３２のいずれかに記載のシステム。
【請求項３４】
精製及び水除去が、前記エステル化反応器と前記トランスエステル化反応器との間のフラッシュ蒸発及びイオン交換によって行われる、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３５】
前記連続流バイオディーゼル反応器ユニットが、前記反応器の高圧運転を可能にする差圧均圧化チャンバー内に収容されている、請求項２７〜３４のいずれかに記載のシステム。
【請求項３６】
前記消化ユニットが、メタン生成用に構成された少なくとも１つの第１のユニット、及びエタノール生成用の少なくとも１つの第２のユニットを含む、請求項１〜３５のいずれかに記載のシステム。
【請求項３７】
前記消化ユニットが、ユーザーの選択及び利用可能な廃棄物流の材料に応じてメタン生成又はエタノール生成に適応できるように構成された少なくとも１つのユニットを含む、請求項１〜３５のいずれかに記載のシステム。
【請求項３８】
前記堆肥化ユニットが、少なくとも１つのスクリューコンベヤ、及び前記分離ユニットから前記セクション中に材料を供給するための少なくとも１つの供給ポート、並びに排出ポートを含む開始セクション；チャンバー頂部に近接して配置された加湿噴霧器、及び好ましくは加圧空気に接続されたエアノズルである、少なくともチャンバーの底部に近接する強制曝気を与える手段を含むチャンバーを含むインキュベーションセクション；を含む、請求項１〜３７のいずれかにシステムの装置。
【請求項３９】
前記開始セクションが少なくとも２つの平行な区画を含み、それぞれが、それぞれの区画内の材料を撹拌し、材料を他の区画に少なくとも部分的に搬送する搬送ミキサーを含む、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
基質を前記開始セクションから前記インキュベーションセクションに搬送するための少なくとも１つのスクリューコンベヤを含み、前記スクリューコンベヤは約２０〜５０％の範囲の搬送方向に沿った直径の増加を有して、前記開始セクションから前記インキュベーションセクションへの基質の搬送中に水分調整材の添加を可能にしている、請求項３８又は３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記システムがエネルギー自給型であり、前記システムが運転中に外部エネルギー源を必要としないようになっている、請求項１〜４０のいずれかに記載のシステム。
【請求項４２】
前記前処理ユニットの上流にレンダリングユニットを更に含み、前記レンダリングユニットは、前記廃棄物の脂肪／油成分の少なくとも一部を流入する廃棄物流から分離し、前記脂肪／油成分の分離された部分を、前記前処理ユニットをバイパスして前記バイオディーゼルユニットに送るように構成されている、請求項１〜４１のいずれかに記載のシステム。
【請求項４３】
前記レンダリングユニットの分離セクションが、１つの装置として前記遠心分離デカンターユニットを含む、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
好ましくは前記システム内で生成された供給源燃料が供給される燃焼水蒸気発生器である、前記システム内に蒸気を供給するための少なくとも１つの水蒸気発生器を更に含む、請求項１〜４３のいずれかに記載のシステム。
【請求項４５】
廃棄物を処理及び変換する方法であって、
・少なくとも一部が有機廃棄物である廃棄物の流れを受容すること；
・前記廃棄物の流れ又はその少なくとも一部を湿潤及び混合セクション中に導入して、前記廃棄物を湿潤及び混合すること；
・前記湿潤及び混合セクションからの流れを連続流水蒸気爆砕反応器中に移して、それを水蒸気爆砕処理にかけること；
・前記水蒸気爆砕反応器内で処理された廃棄物の流れを分離ユニットに送って、前処理された廃棄物の流れを、少なくとも、脂肪及び／又は油を含む成分、有機物質の水性スラリーを含む成分、及び湿潤固体有機物質を含む成分に分離すること；
・前記脂肪及び／又は油成分をバイオディーゼル生成ユニット中に導入して、前記脂肪／油成分からバイオディーゼルを生成すること；
・水性スラリーを含む前記成分を消化及び／又は発酵ユニット中に導入して、嫌気性消化及び／又は発酵によって前記成分を消化及び／又は発酵させること；
・湿潤固体物質を含む前記成分を堆肥化ユニット中に導入すること；
を含む上記方法。
【請求項４６】
前記水蒸気爆砕処理を、約１０〜４０バールの範囲の圧力で行う、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記水蒸気爆砕処理を、約１８０〜約２５０℃の範囲の温度で行う、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記廃棄物の流れを高圧解放セクションにおいて水蒸気爆砕処理にかけて、それから前記材料の流れを、圧力の急速解放によって圧力解放セクションに移す、請求項４５〜４７のいずれかに記載の方法。
【請求項４９】
前記廃棄物の流れを、前記湿潤及び混合セクションにおいてアルカリ性水溶液と混合する、請求項４５に記載の方法。
【請求項５０】
前記水蒸気爆砕処理の後、前記廃棄物の流れを、前記圧力解放セクションと一体化された二酸化炭素スクラビングセクションにおいて二酸化炭素スクラビングのためのスクラビング媒体として利用する、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記廃棄物の流れを高圧保持セクションにおいて水蒸気爆砕処理にかけて、そこから前記材料の流れを、圧力の急速解放によって圧力解放セクションに移し、ここで、前記流れを、嫌気性消化からの二酸化炭素に富むメタン流から、及び／又はプロセスから発生する他の二酸化炭素に富む気体流から二酸化炭素を除去するためのスクラビング媒体として使用する、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記流れを前記高圧保持セクションから前記圧力解放セクション及びスクラバーユニット中に移し、前記流れが前記スクラバーユニットの中心軸に対して所定の角度で流入し、前記材料の流れが、サイクロンタイプの流れパターンを生成するように前記スクラバーユニット内に配置された少なくとも１つの螺旋構造に実質的に沿って流れるようにすること；及び
前記スクラバーユニットの下部内に設けられた少なくとも１つの入口を通して前記二酸化炭素を前記スクラバーユニット中に導入すること；
を含む、請求項５０〜５１のいずれかに記載の方法。
【請求項５３】
前記二酸化炭素スクラビングセクションに、前記プロセスの下流工程で生成された二酸化炭素を供給することを含む、請求項５０〜５２のいずれかに記載の方法。
【請求項５４】
前記二酸化炭素スクラビングセクション内の基質を熱交換冷却部材で冷却し、それによって前記水蒸気爆砕セクションから熱を回収し、好ましくは前記熱交換冷却部材を使用して前記システムの蒸気ボイラのための水を予熱することを更に含む、請求項５０〜５３のいずれかに記載の方法。
【請求項５５】
前記スクラビングユニットから、好ましくは昇圧及び低下した温度においてトップダウン噴霧構成で運転される第２のスクラバーセクションに液体材料を排出すること、及び第１のスクラバーの後に未だ残留する残留二酸化炭素を除去するために、第１のスクラバーからの排気を前記第２のスクラビングセクション中に供給することを更に含む、請求項５０〜５４のいずれかに記載の方法。
【請求項５６】
廃棄物を処理及び変換する方法であって、
・少なくとも一部が有機廃棄物である廃棄物の流れを受容すること；
・前記廃棄物の流れ、又はその少なくとも一部をレンダリングユニット中に導入すること；
・前記レンダリングユニット内の前記流れを、約８０〜１００℃の範囲、好ましくは約９０〜９５℃の範囲の温度における加熱にかけること；
・加熱された前記材料を、脂肪／脂質フラクション、及び固体材料を含むフラクション、並びに流出水溶液に分離すること；
・前記固体材料を含むフラクションを連続流水蒸気爆砕反応器中に移して、それを水蒸気爆砕処理にかけること；
・場合によっては、前記水蒸気爆砕反応器内で処理された廃棄物の流れを分離ユニットに移して、前記水蒸気爆砕処理された廃棄物流を、少なくとも、脂肪及び／又は油を含む成分、有機物質の水性スラリーを含む成分、及び固体有機材料を含む成分に分離すること；
・前記レンダリングユニットからの前記脂肪及び／又は油成分、及び場合により前記分離ユニットからの脂肪及び／又は油成分をバイオディーゼル生成ユニット中に導入して、前記脂肪／油成分からバイオディーゼルを生成すること；
・前記水性スラリーを消化及び／又は発酵ユニット中に導入して、前記成分をそれぞれメタン及び／又はエタノールに消化及び／又は発酵させること；
・湿潤固体材料を含む前記成分を堆肥化ユニット中に導入すること；
を含む上記方法。
【請求項５７】
前記分離ユニットにおいて分離する前記工程が、油／脂肪分離セクションの分離タンクに材料を供給すること、前記分離タンクに微小気泡を送ること、前記分離タンク内の液面上に蓄積する脂肪及び油を除去すること、及び前記分離タンクからの水性スラリーを固液分離器に供給すること、前記固液分離器から湿潤固体を含むフラクションを前記堆肥化ユニットに供給すること、及び有機材料含有量が高い水性フラクションを回収タンク或いは嫌気性消化ユニット及び／又は発酵ユニットに供給することを含む、請求項４５〜５６のいずれかに記載の方法。
【請求項５８】
前記固液分離器に供給される前記水性スラリーを、傾斜した円筒形ハウジング内に組み込まれた圧縮スクリューコンベヤにかけ、前記水性スラリーは前記円筒形ハウジングの下端においてスクリューコンベヤ中に供給し、前記スクリューコンベヤは、固体材料を、固体を含むフラクションのための出口ポートに向かって前記円筒形ハウジングを通って上向きに搬送する、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記分離する工程が、前記前処理された廃棄物流を遠心分離デカンターユニットに供給すること−これは前記流れを中心軸の入口を通して回転デカンターハウス内のスクリューコンベヤに供給することを含む、前記スクリューコンベヤによって固体を固体出口に向かって搬送すること、液体をインペラーを通してディスク遠心分離機を収容するディスク分離機ハウスに強制的に送ること、前記ディスク遠心分離機及び前記ディスク分離機ハウスを回転させて、それによって重質液の水相及び軽質液の脂肪及び／又は油相を分離すること、それぞれの相をそれぞれの出口に導くことを含む、請求項４５〜５６のいずれかに記載の方法。
【請求項６０】
前記分離する工程が、前記前処理ユニットから供給される材料をコンディショニングセクションにおいてコンディショニングすることを含み、前記コンディショニングは、酸性溶液と混合して前記材料のｐＨを低下させることを含む、請求項４９〜５９のいずれかに記載のプロセス。
【請求項６１】
前記バイオディーゼルを生成することが、前記脂肪／油成分及び熱媒体を、反応区域内においてエステル化／トランスエステル化触媒でコーティングされ、交互に並ぶ区画においてコーティングされていない複数の接触プレートによって画定された交互区画を通して供給すること、接触プレートのコーティングされていない側の間の前記交互区画の少なくとも一部を通して熱媒体を供給することを含む、請求項４５〜６０のいずれかに記載の方法。
【請求項６２】
前記バイオディーゼルを生成することが、最初に前記脂肪／油成分を、遊離脂肪酸のエステル化を触媒する触媒と接触させ、続いて、グリセリドのトランスエステル化を触媒する触媒と接触させることを含む、請求項４５〜６１に記載の方法。
【請求項６３】
複数の接触プレートから構成される別の連続流バイオディーゼル反応器中での均一酸触媒反応によって遊離脂肪酸をエステル化すること、及びそれに続いて複数の接触プレートから構成される第２の連続流バイオディーゼル反応器中でグリセリドを塩基触媒トランスエステル化することを含む、請求項４５〜６０のいずれかに記載の方法。
【請求項６４】
水の除去を、反応器の間及び／又はそれぞれの反応器の後のフラッシュ蒸発によって行う、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
エステル化及び／又はトランスエステル化を、前記それぞれの反応区域内の接触プレート間に配置されたスタティックミキサーによる乱流の誘導によって促進する、請求項４５〜６４のいずれかに記載の方法。
【請求項６６】
湿潤固体材料を含む前記成分を堆肥化ユニット中に導入する前記工程が、前記成分を約４０〜５０℃の範囲の温度において前記ユニットの開始セクションに供給して、基質を直接好熱性消化にかけ、中温段階堆肥化をバイパスすることによってプロセスを加速することを含む、請求項４５〜６５のいずれかに記載の方法。
【請求項６７】
下流の堆肥から種堆肥を加えることを含み、供給される堆肥は実質的にその好熱相のピークにある、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
材料を、前記開始セクション内において、約２〜６時間の範囲の時間、連続的又は半連続的に攪拌して保持することを含む、請求項６６〜６７のいずれかに記載の方法。
【請求項６９】
前記堆肥材料に炭素に富む原材料を添加して、前記堆肥材料のＣ：Ｎ比を増大させることを含む、請求項６６又は６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記炭素に富む原材料が、果実、ドウ、及びグリセロールのような容易に消化可能な炭素に富む廃棄物から選択され、好ましくは前記方法のバイオディーゼル生成からのグリセロールである、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
材料を、木材チップのような水分調整材を加えて前記開始セクションから第２段階インキュベーションセクションに移すこと、前記材料を前記インキュベーションセクション内において強制曝気によって曝気し、前記材料を加湿すること、前記材料を前記インキュベーションセクション内において約２４〜９６時間の範囲の時間インキュベートすることを含む、請求項６６又は７０に記載の方法。
【請求項７２】
材料を前記第２段階の前記インキュベーション段階から第３段階のエージング段階に移すこと、及び前記堆肥材料を前記第３段階において少なくとも約３ヶ月間熟成させることを更に含む、請求項６６〜７１のいずれかに記載の方法。
【請求項７３】
前記廃棄物の流れが、家庭廃棄物、屠畜場廃棄物、食品産業廃棄物、水産業廃棄物、植物油及び／又は魚油産業からの廃棄物、下水汚泥、下水グリース及び油、小麦藁又は他の藁のような農業廃棄物、米殻、大豆カード残渣、並びに草及び家畜糞尿、園芸廃棄物、並びに廃材の１以上を含む、請求項４５〜７２のいずれかに記載の方法。
【請求項７４】
前記前処理工程の上流で、前記廃棄物を粉砕及び／又は細断し、均質化する工程を更に含む、請求項４５〜７３のいずれかに記載の方法。
【請求項７５】
前記方法がエネルギー自給型で、前記方法が外部エネルギー源を必要としないようになっている、請求項４５〜７４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物管理及び廃棄物処理の分野であり、具体的には、バイオディーゼル並びにメタン及び／又はエタノールなどの価値のある生成物を製造するために、廃棄物流の好適な前処理、分離、及び変換によって有機廃棄物を処理することに関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物の管理及び処理は、人口が増加するのにつれて継続的な課題である。埋め立て地は土地を使い果たしており、一杯になるまでの寿命が限られており、継続する需要が生成し、一杯になったときには、低下した有用性及び潜在的な汚染の問題を有する土地空間が生成する。欧州連合では、２０２０年までに埋立を残留廃棄物（リサイクル不能及び回収不能な廃棄物）に限定することを目標とする政策が採択された（第７次環境行動プログラム（第７次ＥＡＰ））。焼却は土地利用の問題を解決するが、温室効果ガスを生成し、汚染物質の放出を防止するためには高温焼却が必要である。しかしながら、焼却は、現代の気象政策の地方的な環境品質、効率的な温室効果ガス削減、及びゼロ廃棄物の目標と相容れないことは文献において十分に立証されている。焼却炉は、多くの地方の状況において法外にコストがかかる投資であり、それらの収益モデルは、政府のエネルギー補助金、及び化石燃料を使用する長距離にわたる都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の輸送を仮定しても劣っている。焼却炉は、水銀、ダイオキシン、ＰＣＢのような有害な汚染物質の主要な発生源である。重要なことに、それらのエネルギー回収速度は低いことで悪名高く、得られるエネルギーは定置用途のためにのみ利用可能である。焼却後、元の廃棄物重量の約１５％は、依然として有害な灰として埋立てに委ねなければならない。嫌気性消化による埋立地からのメタンの生成／回収は多くの場所で小規模に行われているが、埋立地使用の一般的な欠点を軽減するものではない。燃料として燃焼させることができるか、又はガソリン若しくはエタノールなどの他の燃料に変換することができる中間体シンガス生成などによって廃棄物から燃料を製造するプロセスが開示され、実施されている。Enerkem(Montreal, カナダ)は、これもシンガスプロセスによって廃棄物からメタノールを（及び最終的にはエタノールも）製造するための燃料プラントを建設している（www.enerkem.comを参照）。Enerkemプロセスは周知のガス化プロセスの一例であり、ここでは、炭素に富むバイオマスが有機材料であり、これを、制御された量の酸素を用いて高温で一酸化炭素、水素、及び二酸化炭素（この混合物はシンガスと呼ばれる）に変換する。ガス化プロセスの別法はプラズマアークを使用するものであり、ここでは、高電圧電流をトーチに供給して高温アークを生成させる。これは、プラズマガス化装置と呼ばれ、InEnTecはこの技術を使用して１日当たり２５トンの廃棄物を処理することができる小規模プラントを建設し、実証している(InEnTec, Richland, WA, USA; www.inentec.com)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】www.enerkem.com
【非特許文献２】www.inentec.com
【発明の概要】
【０００４】
他の、より柔軟で、より少ないエネルギー及びシステムを必要とする解決策が歓迎されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１ａ】図１ａは、本発明のシステムの主要ユニットを示す概略図を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明のシステム全体の概略図を示す。
【図２】図２は、前処理ユニットの一部、具体的には湿潤及び混合セクション、並びに高圧加熱及び保持セクションの分解斜視図を示す。
【図３ａ】図３ａは、前処理ユニットの二酸化炭素スクラビングセクションの１つのバージョンの概略図を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、前処理ユニットの一実施形態の二酸化炭素スクラビングセクションの分解斜視図を示す。
【図４ａ】図４ａは、分離ユニットの一実施形態の主要セクションの概略図を示し、上部は、垂直に配置されたタンク内に中心同軸管を含む、脂肪／油分離セクションに導かれるコンディショニングセクションを示す。底部には、固液分離コンベヤが存在する。
【図４ｂ】図４ｂは、４ａの分離ユニットの実施形態の主要セクションの分解斜視図を示す。
【図４ｃ】図４ｃは、固液分離器から液体材料を受容するための、図４ａ及び４ｂからの固液分離コンベヤ、並びに回収／緩衝タンクの斜視図を示す。
【図５】図５ａは、３相分離ユニットの別の実施形態を示し、ここでは、３相分離は、１つの装置内にスクリューコンベヤデカンター及びディスク遠心分離機を適用することによって脂肪／油分離及び固液分離を組み合わせた単一の装置（以下、遠心分離デカンター或いは遠心分離デカンターユニット又は装置と呼ぶ）において行われる。  図５ｂは、図５ａからの３相分離器ユニットを示し、分離プロセスにおける材料の流れを更に詳述する。
【図６ａ】図６ａは、本発明の連続流バイオディーゼル反応器の概観斜視図を示す。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａからの連続流バイオディーゼル反応器の更なる詳細を示し、反応器部品の可能な積層、及び変換プロセスにおける材料流を示す。
【図６ｃ】図６ｃは、連続流バイオディーゼル反応器内のセルユニットの斜視図及び断面を示し、右側には波形接触プレート４１１０を示し、４１１１は表面コーティングを拡大断面で示しており、中央にはスタティックミキサー４１３０を示し、流れを攪乱する表面コーティング４１３１を拡大断面で示しており、左側には触媒表面コーティング４１２１を有するスペーサー４１２０が拡大断面で示されている。
【図６ｄ】図６ｄは、２つの反応器プレートによって画定されたスタティックミキサーから構成される連続流バイオディーゼル反応器の１つのセル内のフローラインの拡大断面の例を示す。全ての表面は、触媒材料で被覆されて示されている。セルはスペーサなしで示されている。
【図７】図７ａは、３段階加速堆肥化ユニットの２つの第１のセクション（開始セクション５１００及びインキュベーションセクション５２００）の概要を示す。  図７ｂは、加速堆肥化ユニットの開始セクション５１００の斜視図を示す。
【図８】図８は、本発明によるレンダリングユニットの可能な配置を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明は、都市廃棄物及びより広範な地域廃棄物の全ての有機フラクションを、輸送において使用するのに適した燃料に総合的に変換し、固体残渣を高栄養堆肥に変換するための、完全に水性のエネルギー自給型複合インライン廃棄物変換システムを含む。ここで、完全に水性とは、環境的に許容される水溶性の化学物質以外に有機溶媒も添加剤も必要としないシステムプロセスを指す。このシステムは、手短に言えば有機廃棄物のための完全な処理サイクルを提供し、下流での廃棄物の排出を最小にするか又は排除し、代わりに価値のある生成物を生成する。このシステムは、完全にエネルギー自給型で運転することができ、柔軟性を提供するのでこのシステムは非常に異なる廃棄物流に適応することができ、高温ガス化、水蒸気改質などのプロセスを必要としない。
【０００７】
このシステムは、本質的に、水蒸気爆砕加水分解及びけん化を伴う前処理；前処理された廃棄物を異なる流れに分離して、それぞれ燃料生成などの好適な更なる処理に送ること；連続流触媒エステル化ユニットにおけるバイオディーゼル生成を含む燃料生成；及び、メタン又は（発酵によって）エタノールなどの他の小分子のバイオ燃料を生成するための嫌気性消化；の柔軟な組み合わせに基づく。残りの固体は、準連続加速堆肥化プロセスで堆肥に変換される。したがって、このシステム及びプロセスは、有利には個々のプロセス工程の多く、特に、水蒸気爆砕処理などの前処理、３相分離、及びバイオディーゼル生成が連続モードであるか、又は連続モードで運転することができ、一方で例えば加速堆肥化のような幾つかの他の工程は半連続的に運転することができるように配置することができる。回収及び／又は緩衝タンク及び容器を主要なユニット及びプロセス工程の間に配置して、連続相及び工程と半連続相及び工程との間のような異なるユニット及びプロセス工程の間の材料の搬送、並びに隣接するユニット及び工程における排出体積及び流入体積の差に適合させることができる。
【０００８】
水蒸気爆砕処理を連続的又は半連続的に運転することは特に有利であり、これは、導入された材料を好ましくはアルカリ性又は酸性溶液中で高圧及び高温にかけること、及び材料を高圧ロータリー解放バルブなど（好適な配置は下記に記載する）による急速の圧力降下によって排出して、高圧及び高温保持セクションが高い運転圧力及び温度において維持される一方で、材料が、高圧及び高温保持セクションの圧力又は温度の解放を伴わずに連続的又は半連続的に導入及び排出されるようにすることを含む。これは、バッチ運転の水蒸気爆砕と比較して効率を増大させ、エネルギー需要を減少させる。
【０００９】
本システムは、好適にはモジュール形態で配置され、これにより所与の場所で処理される廃棄物の組成に応じたカスタマイズを可能にする。本システムは、本明細書で規定されるように完全又は実質的に水性であり、最も好ましくは、プロセスで使用される全てのエネルギーがプロセスで生成される燃料成分から生成されるように構成することができる。
【００１０】
本システムは、個々の部品間の相乗効果を現在の技術水準を超えて最大にし、エネルギー消費及びカーボンフットプリントを最小にし、環境的及び経済的な利益を最大にするように設計される。
【００１１】
本システムは、いかなる外部エネルギー投入もなく容易に運転することができ、エネルギーバランスの計算は、システムを概してエネルギーの純供出源として運転することができ、したがって、廃棄物流の含有エネルギーを利用することができることを示す。したがって、好ましい実施形態では、本発明のシステム及びプロセスはエネルギー自給型であり、これはかかる実施形態では外部エネルギーを追加する必要がないことを意味する。
【００１２】
本発明の一態様は、廃棄物変換システムであって、少なくとも１つの連続流水蒸気爆砕を含む、その少なくとも一部が有機廃棄物である廃棄物の流れを受容するための少なくとも１つの前処理ユニット；少なくとも１つのコンディショニングセクション、並びにコンディショニングされた廃棄物を、少なくとも１つの脂肪／油成分及び少なくとも１つの水性成分、並びに好ましくは更には少なくとも１つの湿潤固体成分に分離するための少なくとも１つの分離セクションを含む、前処理ユニットからの前処理された廃棄物の流れを受容するための少なくとも１つの分離ユニット；少なくとも１つの脂肪／油成分からバイオディーゼルを生成するための少なくとも１つのバイオディーゼル生成ユニット；メタンを生成するために少なくとも１つの水性成分を嫌気消化するための少なくとも１つの消化ユニット、及び／又は少なくとも１つの水性成分からエタノールを生成するための発酵ユニット；並びに、固体材料から堆肥を生成するための少なくとも１つの堆肥化ユニット；を含む上記システムを提供する。
【００１３】
本発明の別の態様は、廃棄物を処理及び変換する方法であって、少なくとも一部が有機廃棄物である廃棄物の流れを受容すること；廃棄物の流れ又はその少なくとも一部を前処理ユニットに導入して、廃棄物の流れを連続流水蒸気爆砕反応器中に導入すること；前処理された廃棄物の流れを分離ユニットに送って、少なくとも脂肪及び／又は油を含む成分、及び有機物質の水性スラリーを含む成分、及び好ましくは更には固体有機物質を含む成分に分離すること；脂肪及び／又は油成分をバイオディーゼル生成ユニット中に導入して、脂肪／油成分からバイオディーゼルを生成すること；水性スラリーを含むかかる成分を消化ユニット中に導入して、かかる成分を嫌気性消化によって消化してメタンを生成するか、又は発酵によってエタノールを生成すること；及び、残りの固体材料を加速堆肥化ユニット中に導入すること；を含む上記方法を示す。
【００１４】
別の態様は、高圧保持セクション及び圧力解放セクションを含み、高圧保持セクションは、かかるセクションを通って廃棄物流を搬送するための少なくとも１つの可変速コンベヤを含む、水蒸気爆砕反応器に関する。水蒸気爆砕反応器には、場合によって水蒸気爆砕反応器と同時に運転するよう構成することができる少なくとも１つの複合二酸化炭素スクラビングユニットを更に含ませることができる。
【００１５】
別の態様は、少なくとも１つの脂肪／油成分の連続流を受容し、それによってバイオディーゼルの連続流を生成するように構成合されたバイオディーゼル反応器に関する。バイオディーゼル反応器は、遊離脂肪酸のエステル化及び／又はグリセリドのトランスエステル化を触媒するためのエステル化及び／又はトランスエステル化触媒でコーティングされた複数の接触プレートを含む連続流バイオディーゼル反応器であってよい。バイオディーゼル反応器には、接触プレート間の間隔を調節し、乱流混合を促進するための１つ以上のスペーサー及び／又はスタティックミキサーを更に含ませることができる。
【００１６】
別の態様は、遠心分離デカンターユニットであって、アキシアルベアリングシャフト；アキシアルベアリングシャフト上で回転可能なスクリューコンベヤを同軸収容するデカンターハウス；スクリューコンベヤ中に材料を供給するための少なくとも１つの固定型の中央に配置された主材料入口；少なくとも１つの固体物質出口；ディスク遠心分離機を収容するディスク分離機ハウス；デカンターハウスとディスク分離機ハウスとの間に配置された少なくとも１つのインペラー；並びに重質相及びより軽質の相の出口；を含む遠心分離デカンターユニットに関する。
【００１７】
説明：
本発明の主要ユニットは図１ａ及び１ｂにおいて概略図で参照される。これらは、前処理ユニット（１０００）、分離ユニット（２０００）、燃料生成ユニット（３０００及び４０００）、加速堆肥化ユニット（５０００）、及び随意的なレンダリングユニット（６０００）を示している。各ユニットはその中に複数の構成要素及び部分を有していてよく、システムの主要部分はセクションと呼ぶ。図１ａはユニットの簡略化された概略フロー図を示し、一方、図１ｂは、ユニットのセクション及び構成要素を有するシステムのより詳細な概略フロー図の概要を示す。
【００１８】
「水性」という用語は、本発明のプロセス及びシステムのために有機溶媒が必要ないことを示す。しかしながら、幾つかの実施形態では、下記において更に記載するように、特にバイオディーゼル生成に必要なエタノール又はメタノール、並びに個々のプロセス工程を促進するための酸又は塩基のような環境的に許容される水溶性反応物質又は化学物質を適用することができる。「エネルギー自給型」という用語は、プロセスがエネルギーの正味の付加なしに運転することができること、並びにプロセス中のエネルギー放出工程によって、及び／又はプロセスのためのエネルギー源として生成した燃料を利用することによって、熱エネルギー及び電気エネルギーの両方の全ての必要なエネルギーを提供することができることを示す。幾つかの実施形態では、システムは、システムに電気エネルギーを供給するために外部電気系統に接続してもよいが、通常はかかるシステムへのエネルギー入力はシステムのエネルギー出力と釣り合う量を超えており、これはシステムの正味のエネルギー生成がプラスであることを意味する。「油／脂肪」という用語は、一般に、動物性油脂及び植物性油から誘導されるモノ−、ジ−、及びトリグリセリド、並びに同じ起源からの遊離脂肪酸、並びにこれらの任意の組み合わせを含む、受容した廃棄物からの任意の脂質を指す。「バイオディーゼル」という用語は、本明細書では当該技術において慣用されているように使用され、一般に、長鎖アルキル（メチル、エチル、及び／又はプロピル）エステルを含むリサイクルされた油／脂肪材料（石油系ではない）から誘導される燃料を指す。堆肥という用語は、当該技術において一般に知られている意味を有し、肥料及び土壌改良剤に分解された有機物質を指す。
【００１９】
言及したように、本発明のシステムは完全又は実質的に水性で構成することができることは有利である。これは、反応物質として必要な場合があり、それぞれの変換工程から完全に回収される必要な（環境的に許容される）水混和性溶媒、例えばバイオディーゼルを生成するためのプロセス工程におけるメタノール又はエタノールを除いて、全ての工程及びサブプロセスを、有機溶媒を加えることなく行うことができることを意味する。
【００２０】
本発明による前処理ユニットは、処理される廃棄物の流れを受容する。廃棄物の流れは異なる組成のものであってよく、本発明のシステム及びプロセスは、一般に、有機廃棄物、又は一般の家庭廃棄物からの有機廃棄物（しかしながらこれらに限定されない）のような大部分が有機物質を含む廃棄物（事前に分別されていてもいなくてもよい）を対象とする。したがって、処理のために受容される廃棄物材料は、次のもの：家庭廃棄物（ＨＨＷ）、屠畜場廃棄物（ＳＨＷ）、食品産業廃棄物（ＦｄＩＷ）、水産業廃棄物（ＦｈＩＷ）、植物油及び魚油産業からの廃棄物（ＯＩＷ）、下水汚泥、下水グリース及び油（ＳｗＷ）、小麦藁又は他の藁のような農業廃棄物、米殻、大豆カード残渣、並びに草及び家畜糞尿（ＡｃＷ）、並びに園芸廃棄物（ＧＷ）及び廃材（ＷＷ）の１以上、又は任意の組合せを含んでいてよいが、これらに限定されない。かかる廃棄材料流は、炭水化物（Ｃ）、脂肪（Ｆ）、及びタンパク質（Ｐ）に富む流れ、又はこれらの任意の組み合わせとして分類することができる。本明細書で使用される「脂肪」（Ｆ）、「脂肪／油」、及び「脂肪及び／又は油」の用語は、一般に、脂質に富む成分、例えば、グリセリド（モノ−、ジ−、トリグリセリド）、リン脂質、及び遊離脂肪酸、並びにそれらの任意の混合物の１以上を含む脂肪及び／又は油を指す。
【００２１】
（受容した廃棄物材料に応じて）有益であれば、本システムに、受容した混合廃棄物材料から、金属、ガラス、プラスチック、及び紙の成分、並びにそれらの任意の混合物の少なくとも１つの成分の少なくとも一部又は好ましくは実質的に全部を除去するための、前処理ユニットの上流の随意的な分離器ユニットを更に含ませることができる。好ましくは、処理される投入廃棄物材料は、家庭、産業、及び／又は一般的なプラスチック、金属、紙、及び有機廃棄物のビンなどに廃棄物を分別する事業所などからの事前に分別された廃棄物である。かかる分別された廃棄物から、有機フラクションを好適に受容して、本発明のシステムにおいて完全に処理し、変換することができる。
【００２２】
前処理ユニットは、その最も基本的な構成要素として少なくとも連続流水蒸気爆砕反応器を含み、これは、現在好ましい実施形態では、以下に詳細に説明するようにアルカリ水蒸気爆砕反応器として運転される。アルカリ性条件下で水蒸気爆砕プロセスを運転するこれらの実施形態においては、水蒸気爆砕反応器は、好ましくは、水蒸気爆砕反応器の高圧保持セクションから圧力解放によって排出された材料を受容する少なくとも１つの複合型二酸化炭素スクラビングユニットを含む。一実施形態では、連続流アルカリ水蒸気爆砕反応器は少なくとも１つの高圧保持セクションを含み、これは、それを通して材料の流れを急速な圧力解放によって高圧保持セクションから二酸化炭素スクラビングセクションへ送る圧力解放接続部を介して、複合型の二酸化炭素スクラビングセクションに接続される。高圧保持セクションは、一般に、約１０バール（１，０００ｋＰａ）、又は約１２バール、又は約１４バール、又は約１５バール、又は約１６バール、又は約１８バール、又は約２０バール、乃至約４０バール、又は約３８バール、又は約３６バール、又は約３４バール、又は約３２バール、例えば約３０バール、例えば約２８バール、又は約２７バール、又は約２６バール、又は約２５バール、又は約２４バールの範囲の圧力で運転する。幾つかの実施形態では、二酸化炭素スクラビングユニットは、約１バール、例えば約１．２バール、例えば約１．５バール、例えば約２バール、乃至約５バール、又は約４バールの範囲の圧力で運転し、或いは基質の温度を低下させ、水蒸気爆砕ユニットからの熱を再捕捉するための冷却部材を備える。
【００２３】
高圧保持セクション内の温度は、通常は約１８０〜２５０℃の範囲であり、選択される温度は通常は所望の圧力によって定まり、これは、圧力が水の蒸気圧付近又はそのすぐ上であるような関係で温度及び圧力を維持することを意味する。例えば、１８０℃の温度では、水の飽和蒸気圧は１０バールを少し超える値であり、２００℃では飽和蒸気圧は約１５．５バールであり、２２０℃では約２３．２バールであり、２５０℃では蒸気飽和圧は約４０バールである。幾つかの実施形態では、水蒸気爆砕反応器は、言及した範囲の温度において、それぞれの温度での水の飽和蒸気圧に相当するか又はそれに近い圧力で運転する。したがって、幾つかの実施形態では、水蒸気爆砕反応器は約１８０〜２００℃の範囲の温度及び約１０〜１６バールの範囲の圧力で運転し、幾つかの実施形態では、水蒸気爆砕反応器は約２００〜２２０℃の範囲の温度及び約１５〜２３バールの範囲の圧力、又は約２２０〜２４０℃の範囲及び約２３〜３３バールの範囲の圧力で運転する。
【００２４】
水蒸気爆砕反応器は、緻密な繊維材料の強固な構造の急激な崩壊を生じさせて、効率的な加水分解及びその後の発酵による分解をし易くする。水蒸気爆砕ユニットは、導入された有機廃棄物材料、例えばセルロース、リグニン、タンパク質、及び脂肪／油の加水分解及び／又はけん化、並びに廃棄物流中の可溶性炭化水素、アミノ酸又はペプチド、並びに脂肪酸及びその塩の抽出を行うのに更に役立つ。アルカリ性条件下で水蒸気爆砕を運転する場合、水性のアルカリ性抽出物及び固体基質は、その後に、本明細書において下記に記載する二酸化炭素スクラバー中でｐＨを低下させる。前処理プロセスは、（ｉ）緻密な繊維材料の構造の破壊、（ｉｉ）例えばリグニン及びセルロース材料のような低いバイオアベイラビリティーの材料の少なくとも部分的な分解、（ｉｉｉ）有機材料の予備加水分解、（ｉｖ）固体基質からの栄養の水性抽出、及び（ｖ）全ての材料の滅菌という複数の目的を果たす。
【００２５】
本方法における滅菌は、下流の生成物に関する有用性を広く高めるので非常に有利である。現在は、廃棄物が望ましくないバクテリアで汚染される可能性がある、例えば屠畜場施設又は魚又は食品加工プラントからの幾つかのの廃棄物流、並びにしばしば尿及び大便を含む使用済みのおむつを相当量含む家庭廃棄物を効果的に使用することが課題である。水蒸気爆砕処理は、材料の破砕及び加水分解に加えて、所望の滅菌を提供する。多くの国及び地域において、堆肥化などのために食品廃棄物又は他の潜在的に細菌性の廃棄物を使用するのには、オートクレーブ処理などによる滅菌が必要である。本システムは、堆肥材料のこのような必要な滅菌を提供し、したがってこれはより許容可能であり、より価値の高い生成物である。
【００２６】
本明細書から理解されるように、好ましい実施形態では、二酸化炭素スクラビングユニットは、水蒸気爆砕がアルカリ性条件下で運転される場合には、連続流水蒸気爆砕反応器の一体化された部分を構成する。二酸化炭素スクラビングユニットの上部は、好ましくは水蒸気爆砕ユニットの高圧保持セクションからの材料の流れが送られるように構成されていて、圧力解放による材料の流れが二酸化炭素スクラビングセクション内の廃棄物の流れのサイクロン様のパターンになるが、アルカリ性の水性廃棄材料の流れ（吸収体）がスクラビングされる二酸化炭素に富む流れと接触するスクラビングセクションの中心に向かう飛散及び分散を促進して、これによりスクラビング効率を向上させるようになっている。本明細書で使用されるサイクロンパターンという用語は、概して円形又は螺旋のパターンを指す。スクラバー内部の廃棄物流及び螺旋形状のガイドの入口角は、サイクロン様の流れを増大させる。幾つかの実施形態では、入口角は、水平から約５°〜３０°の範囲であり、即ち約５°又は約１０°、乃至約３０°又は約２５°、又は約２０°の範囲のような角度で水平から下方に傾斜している。同時に、これらは、サイクロン様の流れを部分的に混乱させて、スクラビングセクションの中心領域に向かう流入流の効果的な飛散及び分散を引き起こし、二酸化炭素に富む気体流との接触を最大にするように設計されている。したがって、幾つかの実施形態では、スクラビングユニットは、少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの螺旋形状のインサートを含む。一実施形態では、ユニットは、互いに対して垂直にオフセットされた２つの内部螺旋構造を含み、上部螺旋構造はスクラバーの内壁からのクリアランスを有し、一方で下部螺旋構造はクリアランスを有さない。この構成は、カーボンスクラビングユニット内の廃棄物流の主サイクロンパターン流に部分的に垂直な速度を生じさせるのに役立ち、これは、カーボンスクラビングユニットの内壁に沿って上方螺旋構造から下方螺旋構造へ搬送される材料によって生成する。下部螺旋構造には、材料をスクラバーユニットの中心に向かって部分的に誘導するための波形パターンを更に設けることができ、また、好ましくは材料の垂直成分を飛散させ、中心に向かって分散させる突出リムをその内縁に与えることもできる。
【００２７】
二酸化炭素を、好ましくは二酸化炭素スクラビングユニットの下部内に与えられた少なくとも１つの二酸化炭素入口を通って二酸化炭素スクラビングユニット中に流入させ、これによりスクラビングセクションを通って上昇させ、スクラビングセクション内を下方に移動する分散されたアルカリ性材料の流れと接触する前に、前処理のスクラビングセクションの底部にあるアルカリ性廃棄物材料蓄積物をバブリングする。場合によっては、スクラバーには、基質温度を低下させ、及び水蒸気爆砕からの熱を部分的に再捕捉するための熱交換冷却部材を備える。熱交換効率を最大にするために、かかる冷却部材は、スクラバーの底部の凝縮セクション内に、及び／又はスクラビングユニット内の誘導螺旋構造体と接触させて設置することができる。冷却部材は、有利には、本明細書で更に説明するシステムの水蒸気ボイラのための水を予熱するために使用することができる。
【００２８】
本明細書で使用される「二酸化炭素スクラバー」及び「二酸化炭素スクラビング」という用語は、吸着される二酸化炭素をスクラバー中に送る／注入することを指し、したがって、スクラバーは、ＣＯ２に富む流れからＣＯ２を除去又はその含量を減少させる一般的な機能を有する通常の二酸化炭素スクラバーとして機能するが；本プロセスでは、ＣＯ２を、ｐＨを低下させ、前処理プロセスで生成したアルカリ性基質／水性抽出物（吸収体）を緩衝し、そしてその後のメタン変換ユニット内でのメタン生成によって二酸化炭素のメタンへの嫌気性変換を増強する目的で抽出物の炭酸塩及び重炭酸塩濃度を増加させるために利用する。以下に更に記載するように、本システムは、有利には、システム内、例えばシステムの消化ユニット及び／又はボイラーユニットなどにおいて生成されるＣＯ２を二酸化炭素スクラバーに送ることによって運転される。
【００２９】
第２のスクラバーは、第１のスクラバーの沈降領域内に蓄積する予備濾過された液体フラクションが供給されるように設置することができ、従来のトップダウン噴霧の構成であってよく、昇圧及び低下した温度において、第１のスクラバーからのＣＯ２が乏しい排出物(exhorts)が底部から供給される。したがって、本システム内の第２のスクラバーは、幾つかの実施形態では、約５〜１５０バールの範囲の圧力、例えば約５、又は約１０、又は約１５、又は約２０、又は約３０、又は約４０、乃至約１５０、又は約１４０、又は約１３０、又は約１２０、又は約１１０、又は約１００、又は約９０、又は約８０、又は約７０、又は約６０、又は約５０バールの範囲の圧力値で運転することができ、温度は、好ましくは約５〜４０℃、例えば約５℃、又は約１０℃、又は約１５℃、又は約２０℃、乃至約５０℃、又は約４５℃、又は約４０℃、又は約３５℃、又は約３０℃の範囲である。
【００３０】
高圧水蒸気爆砕チャンバーに導入する前に、流入する材料は、好ましくは湿潤及び混合セクションを通して供給し、そこで所望の固体／液体比が得られるように水を流れに加えることができ、そして材料を混合し、特にその後のアルカリ水蒸気爆砕のためにｐＨを変化させることができ、この場合にはアルカリ性溶液を湿潤及び混合セクションにおいて流れの中に混合する。湿潤及び混合セクションは、好ましくは、トップフィード型搬送ミキサー、及び１以上の湿潤ノズルのような湿潤アーマチュア(armature)を含む。湿潤及び混合セクションの出口ポートは、好ましくは回転投与バルブを介して、より好ましくは回転投与バルブと高圧回転バルブの直列の組み合わせを介して水蒸気爆砕反応器に接続する。これは特定の実施形態を参照して下記において更に詳細に説明するが、本発明に一般的に適用可能である。湿潤及び混合セクションから水蒸気爆砕反応器の高圧保持セクションへ接続することにより、高圧保持セクション内で高圧を連続的に維持しながら、材料を周囲圧力の湿潤及び混合セクションから高圧保持セクションへ連続的又は半連続的に確実に送ることができる。
【００３１】
高圧保持セクションにおいて、装填された基質は、可変速コンベヤ、好ましくはスクリュコンベヤなど（しかしながらこれらに限定されない）によって、装填位置から排出位置まで好適な手段によって搬送する。このセクションには、少なくとも１つ、好ましくは２つ以上の水蒸気注入ポートを装備し、装填端部及び排出端部のロータリーバルブ（それぞれ、供給バルブ及び排出バルブと呼ぶ）には、好ましくはそれぞれ、水蒸気注入ポート及び圧力解放ポートを装備し、これらは有利には、高圧保持セクション内の圧力降下が運転中に最小になるように同期させ、高圧保持セクション内の保持時間は供給及び排出バルブの装填及び排出機構と同期して搬送速度を調整することによって広範囲にわたって調整可能である。同期は、有利にはＰＬＣシステムのような制御ユニットによって制御する。
【００３２】
高圧保持セクションの出口ポートは、好ましくは、実施例で更に記載するように、回転投与バルブ及び高圧ロータリー排出バルブに対して垂直に接続される。出口の時点では、基質は回転投与バルブによって、高圧ロータリー排出バルブの一区画（この時点で高圧保持セクションの出口ポートに面する）に搬送される。次に、ロータリーバルブを回転させて、加圧区画を圧力解放セクション（好ましくは二酸化炭素スクラバーである受容区画）の圧力まで解放し、水蒸気注入ポートを装備した再加圧位置まで回転する前に、水蒸気爆砕を可能にする。この区画は、この位置から充填位置に回転して戻る。
【００３３】
しかしながら、アルカリ水蒸気爆砕の代わりに酸水蒸気爆砕が適用される他の実施形態も本発明の範囲内にある。これらの実施形態では二酸化炭素スクラビングを適用せず、アルカリけん化の代わりに、流入する廃棄物流を、けん化ではなく、塩酸（しかしながらこれに限定されない）のような適当な酸溶液で酸性化して、脂肪／油成分からの遊離脂肪酸の形成を部分的に与えるので、これらの実施形態は実質的に同様の装置配置を多少のわずかな変更を伴って利用する。酸水蒸気爆砕の後で分離の前に、水蒸気爆砕処理された流れのｐＨは、好ましいようにアルカリと混合することによって上昇させる。
【００３４】
前処理ユニットは、幾つかの実施形態では、連続流水蒸気爆砕反応器の上流に配置された粉砕及び／又は均質化ユニットを更に含む。粉砕／均質化ユニットは、本発明による更なる処理の前に流入する材料を粉砕及び／又は細断などの機械的処理するための当業者に公知の任意の好適な機械式のものであってよい。
【００３５】
本明細書に開示される一般的な態様、及び記載され且つ企図される全ての実施形態の両方において、水蒸気爆砕反応器、特に複合型二酸化炭素スクラバーを有するアルカリ水蒸気爆砕反応器は、それ自体本発明の本質的な態様であり、またシステム全体の中の他のユニット及び他のユニットの構成要素とは独立している。したがって、水蒸気爆砕反応器は、本発明の完全なシステムとして本明細書に具体的に開示され、示されたもの以外の配置で提供し、使用することができる。
【００３６】
屠畜場廃棄物（ＳＨＷ）、又は植物油及び魚油産業からの廃棄物（ＯＩＷ）（しかしながらこれらに限定されない）のような脂肪／油に富む廃棄物流が受容される場合、そのような脂肪に富む流れは、幾つかの実施形態では、有利にはレンダリングユニットに送ることができ、そこで予備分離を行い、油状の材料を固体及び水性の材料から分離する。レンダリングユニットは、流入する流れから、流れの脂肪／油成分の少なくとも一部、好ましくは大部分を分離し、水除去によって残りの固体含有水性スラリーの体積を減少させるように構成される。これは実質的な体積減少をもたらし、そして残りのタンパク質／炭水化物含有スラリーフラクションは、他の有機廃棄物と混合して、前処理ユニットにおける処理（水蒸気爆砕）にかけることができる。しかしながら、レンダリングユニットから得られる脂肪／油成分は、下記に更に記載されるバイオディーゼルユニットに直接かけることができ、下水又は適用可能な廃棄物処理に送られる水性成分は、有機成分を十分に除去することができる。レンダリングユニットは、（有利な場合には粉砕後に）それぞれの水、油／脂肪、及びタンパク質成分に容易に分離することができる廃棄物流に適用可能であり、有用である。レンダリングは、通常は、大気圧において一定時間の適度な加熱（通常は約８０〜１００℃の範囲内、例えばより好ましくは約９０〜９５℃の範囲内で、例えば約３０〜６０分の範囲内の時間）を行った後に遠心分離することを含む。したがって、レンダリングユニットは、幾つかの実施形態では、加熱／保持タンク、デカンター、及び遠心分離機、又は３相分離ユニットの特別な実施形態において本明細書に記載されるデカンター及び遠心分離機の機能を含む複合ユニットを含む。次に、レンダリングユニットからの残りの固体含有フラクションは、有利には、上記の滅菌及び加水分解のために前処理ユニットに送られる。これは、前処理ユニットへの負荷を実質的に減少させることができるので、システムの効率を増加させる。
【００３７】
本発明によるシステムの分離ユニットは、幾つかの実施形態では、コンディショニングセクション、連続脂肪／油分離セクション、固液分離器、及び遠心分離精製器を含む。幾つかの実施形態では、分離ユニットのコンディショニングセクションは、ミキサー、及びチャンバ内に含まれる前処理された廃棄物材料のｐＨ調節などのための酸溶液（及び／又は他の溶液）を導入する手段（アーマチュアなど）を備えるチャンバ、及び更にコンディショニングされた材料を排出するための排出バルブを含む。コンディショニングユニット内のミキサーは、当業者に公知の好適なミキサーの任意の選択子であってよく、幾つかの実施形態においては、ミキサーは搬送ミキサーである。連続脂肪／油分離セクションは、好ましい実施形態では垂直に配置された細長いタンクを含み、その中に細長い管が中心に同軸に配置される。放出バルブは好ましくはかかる中央の管の入口に配置され、それによって、コンディショニングされた材料をユニットのコンディショニングセクションから管の中に排出することができる。管又はタンクは、好ましくは、管の下端付近の１以上の微細気泡インジェクター、及び出口バルブを含む。脂肪／油分離セクションは、タンク内の液面上に蓄積した脂肪／脂質を、サーフェスポンプ及び／又はオーバーフロードレンポケットなど（しかしながらこれらに限定されない）の脂肪／油緩衝タンク又は遠心分離精製器に供給する手段を更に含む。固液分離器は、幾つかの実施形態では、所定の角度で配置された円筒形ハウジング内のスクリューコンベヤのように、ハウジング内に収容されたコンベヤ（例えばスクリューコンベヤ）として構成され；それから脂肪及び油が分離された水性スラリは、円筒形ハウジングの下端付近の入口においてスクリューコンベヤ中に供給され、スクリューコンベヤは、固体材料を、固体を含むフラクションのための出口ポートに向かってハウジングを通って上方に搬送し、出口ポートはハウジング／コンベヤの上端又はその付近にある。コンベヤ及びハウジングは、約５°〜４５°の範囲の角度、例えば約５°、又は約７°、又は約１０°、又は約１２°、乃至約４５°、又は約４０°、又は約３５°、又は約３０°、又は約２５°の範囲の角度で配置することができる。
【００３８】
複合型二酸化炭素スクラバーを用いるアルカリ水蒸気爆砕が適用される場合、二酸化炭素スクラバーから排出されるスラリーはコンディショニングセクションに流入し、通常は更にｐＨ調整される（ｐＨは、スクラバー内でＣＯ２によって低下している）。第２のスクラバーが設置される場合、第２のスクラバーからの流出流は、このｐＨ調整の前に第１のスクラバーからのスラリーと混合する。ｐＨ調整によって、脂肪酸のアルカリ性塩が遊離脂肪酸に変換され、従って浮遊により水相から分離することができる。これは、連続脂肪／油分離セクション内で行われる。したがって、３相分離セクションは、（ｉ）残留する加水分解されていない脂肪及び油と共に遊離脂肪酸を含むフラクション；（ｉｉ）好ましくは１５％未満の懸濁固形分、より好ましくは１２％未満又は１０％未満の懸濁固形分、更により好ましくは８％未満又は６％未満の固形分を有する水性抽出物を含むフラクション；及び（ｉｉｉ）一般に、好ましくは少なくとも２５％の乾燥材料含量、より好ましくは、少なくとも２８％、又は少なくとも３０％、更により好ましくは少なくとも３５％、又は少なくとも４０％、より好ましくは少なくとも４５％、又は少なくとも５０％、例えば少なくとも５５％、又は少なくとも６０％のようなより高い乾燥材料含量を有するフラクションを指す、固体基質を含むフラクション；を与える。固体基質の乾燥材料含量及び水相中の懸濁固体フラクションは、以下に更に記載されるように、固液分離セクションの有孔底板の大きさ及び孔密度並びに孔サイズの調節などによって調節可能である。
【００３９】
最初に述べた脂肪／油フラクションは、有利にはバイオディーゼルユニットに送って、エステル化及び／又はトランスエステル化にかけることができる。上述のように、バイオディーゼルユニットは、有利には分離ユニットからの脂肪／油成分の連続流を受容し、連続流バイオディーゼル生成ユニットとして機能するように構成される。これは、バイオディーゼルの実質的に連続の流れを生成するユニットを意味する。
【００４０】
本発明による好ましい実施形態では、分離セクションは、３相分離ユニットの全てのセクションを１つの同じ機器内で組み合わせた遠心分離デカンターユニットを含む。このようなユニットは一般に、組み合わされたスクリューコンベヤデカンター及びディスク遠心分離機（円錐プレート遠心分離機、ディスクボウル遠心分離機、及びディスクスタック分離機とも呼ばれ、これらの用語は、本明細書中の文脈において同義である）を含む。これらの機能構成要素は、それぞれデカンターセクション及び遠心分離セクションを形成する。遠心分離デカンターは、一般にスクリューコンベヤを収容するデカンターハウスを含み、デカンターハウス及びコンベヤは、アキシアルベアリングシャフト上で独立して回転可能である。デカンターセクションは、アキシアルベアリングシャフトの内側に、好ましくは固定して且つ軸方向に配置された少なくとも１つの入口を更に含む。入口は、材料をデカンターハウス中に供給する。固形物質出口は、スクリューコンベヤの遠位端（遠心分離セクションから離れた端部）に近接して配置される。ユニットは、上述のディスク遠心分離機を収容するディスク分離機ハウスを更に含む。少なくとも１つのインペラーがデカンターハウスとディスク分離機ハウスの間に配置され、これにより液体を重質相出口及びより軽質び相の出口を通して搬送し、インペラーは好ましくは固定型である。本明細書に記載され、実施例において更に詳細に記載される遠心分離デカンターユニットは、それ自体、水、油、及び固体物質を有する有機流の所望の分離のために独立して機能することができ、特定の態様では本明細書に開示されるようなシステムに適した独立したユニットとして与えることができるが、異なるシステム及び用途においても与えることができる。
【００４１】
本発明によれば、バイオディーゼル生成ユニットは、好ましい実施形態において、遊離脂肪酸のエステル化を触媒するため、及び／又はグリセリドのトランスエステル化のためのエステル化触媒でコーティングされた接触プレートを含むモジュール式連続流バイオディーゼル反応器を含む。「接触プレート」という用語は、プレートが導入された脂肪／脂質材料と接触することを示す。プレートは、幾つかの実施形態では、表面積を増大させ、流動性及び接触性を改善するために波形である。好ましくは、接触プレートの一方又は両方の側は、流れの構成に応じて固定化された触媒材料でコーティングする。エステル化触媒はそれ自体当該技術において公知であり、好適な触媒は当業者によって選択することができる。触媒は、幾つかの実施形態では固体触媒であるか、又は他の実施形態では固体基材上に固定化されていてもされていなくてもよい酵素触媒であってよい。反応器は接触プレートの調節可能な分離のためのスペーサーを更に含んでいてよく、スペーサーは更に触媒でコーティングされてもよく、好ましくはスペーサーは乱流及び効率的な混合を増強するために流れを攪乱する内表面を有する。好ましくは、１以上のスタティックミキサーなど（しかしながらこれに限定されない）のミキサーが、反応器内の接触プレート間に配置される。好ましくは複数のスタティックミキサーが接触プレート間に配置され、これらは、Ｖ字形の外形、湾曲した外形、バー、メッシュ等のような垂直に伸びる外形の部材であってよいが、これらに限定されない。
【００４２】
幾つかの実施形態では、反応器内の接触プレートは、一方の側に触媒が配置され、プレートはコーティングされた側が互いに向き合うように配置され、材料流は反応媒体が触媒コーティングされた側の間を流れ、熱媒体がコーティングされていない側の間のチャネル内を流れるように、反応器を通って導かれる。
【００４３】
幾つかの実施形態において、少なくとも１つの均一触媒が適用され、これは酸性触媒、例えば硫酸、又はアルカリ触媒、例えば、水酸化ナトリウム、ナトリウムメトキシド、又は水酸化カリウム、又はカリウムメトキシドであってよいが、これらに限定されない。しかしながら、従来の均一アルカリ性触媒は、かなりの量の遊離脂肪酸を含む原材料には適用できない。したがって、幾つかの実施形態では、当該技術において公知のような有機又は無機触媒又は酵素触媒であってよい少なくとも１つの不均一触媒が適用される。以下に更に記載されるような幾つかの実施形態においては、触媒の組み合わせを別々の反応器又は別々の反応器セクションにおいて使用し、ここで、第１の触媒は遊離脂肪酸のエステル化を触媒し、そして第２の触媒は第２のセクションにおいてグリセリドのトランスエステル化を触媒する。触媒の組み合わせを別の反応器内で用いる場合、フラッシュ蒸発又は樹脂による中間精製を反応器間に導入することができる。単一の触媒又は複数の触媒の組み合わせを単一の反応器配置において使用する場合には、中間樹脂精製を導入することもできる。
【００４４】
反応器は、好ましくは反応器中への注入（生成反応において必要なアルコール（メタノール／エタノール）の添加を含む）の前に反応物質の効果的な混合を可能にするための入口システムを装備する。幾つかの実施形態では、システム内で生成されたエタノールをバイオディーゼル生成における反応物質として用いる。幾つかの実施形態では、追加の均一触媒を入口を通して加えることができる。このような追加の触媒は、追加の触媒として、及び／又は反応器中のプレート上の固体触媒を活性化するために加えられる液体触媒であってよい。入口システムには、コンディショニングされた反応物質材料を共溶媒と混合し、及び／又は硫酸のような追加の触媒を共溶媒と混合するためのプレミキサーを含ませることができる。有用な共溶媒はメチルエステルを含み、好ましくは、生成されたバイオディーゼルの部分的な循環によって与えることができる。プレミキサーは二段階であってよく、これは第１段階で幾つかの材料を混合し、第２段階で、これらの材料を、追加のプレミキサーで予備混合されてもされなくてもよい他の１つ又は複数の物質と混合することを意味する。反応器において、プレートは、好ましくは、互いに向かい合う２つのコーティングされた表面と、互いに向かい合う２つのコーティングされていない表面とを交互にして積層する。有利な場合には、任意の他の積層順序が可能である。
【００４５】
幾つかの実施形態では、連続流バイオディーゼル反応器は外部筺体内に密閉され、特に高圧運転が所望される場合には、筺体は例えば密閉ケーシングを含む差圧均圧化器であってよい。反応器の入口ポート及び出口ポート（反応物質及び／又は熱流体用）は、幾つかの実施形態では、高圧管状シールを介してケーシングの外側に延在させることができる。
【００４６】
幾つかの実施形態では、反応器は、ＦＦＡのエステル化及びグリセリドフラクションのトランスエステル化を別々に行うことが有利である場合には、複数のセクションに分割される。このような構成では、１つ又は両方のセクションを、中間工程として、適当な精製／コンディショニングを伴って均一触媒を用いて運転することができる。したがって、幾つかの実施形態では、バイオディーゼルは、少なくとも２つの直列に接続された反応器又は反応器セクションを含む。１つのそのような実施形態において、均一酸触媒によるエステル化は第１の反応器／反応器セクションにおいて行われ、均一塩基触媒によるトランスエステル化は第２の反応器／反応器セクションにおいて行われる。分離をエステル化とトランスエステル化の間に適用する場合、精製及び水除去は、かかるエステル化とトランスエステル化の反応器又はセクションの間のフラッシュ蒸発及びイオン交換によって行うことができる。
【００４７】
固体触媒が好ましい場合に触媒表面を生成するために、連続流バイオディーゼル反応器の反応チャネルを画定する表面は、例えば、沈殿及びか焼、溶射コーティング、化学蒸着、反応性コーティング、原子層堆積、又は任意の他のコーティング方法、或いはこれらの任意の組み合わせによって、１以上の工程でコーティングして、表面から突き出る粗い高表面積のコーティングを与えることができる。
【００４８】
適用可能な場合には、金属スポンジ（例えば、チタン又はジルコニウム）或いは多孔質構造体を、表面上に直接成長させるか、又はそれぞれの金属スポンジの粉末から表面上に運ぶことができる。
【００４９】
有利な場合には、ドーピングを、同じ工程で、又は例えば化学蒸着によって行うことができる。次いで、気体又は液体形態の適当な酸化媒体、例えば、空気、酸素、金属塩又は酸化物の酸化性溶液へ曝露することによって、制御された酸化を、熱によって補助するか又は補助しないで進行させることができる。酸化物の直接コーティングは、未処理又は前処理された表面上に直接析出させて、続けて焼成することによって行うこともできる。
【００５０】
コーティングは、同時に所望の触媒活性及び高剪断表面における効率的な微視的混合を提供する。
酵素触媒を適用する場合、固定化は、好ましくはシリカ又は酸化アルミニウムなどの大きな表面積を有する無機基材への共有結合によって行うが、物理吸着又は封入によって行うこともでき、有利な場合には、基材は例えばデンプン又はコラーゲンなどの有機材料であってよい。
【００５１】
本明細書に記載されるバイオディーゼル反応器及びその全ての実施形態（実施例において更に詳細に例示される実施形態を含むが、これらに限定されない）は、それ自体任意のバイオディーゼル生成のために独立して機能させることができ、本明細書に開示される廃棄物変換システムにおける運転に限定されず、任意の一般的なバイオディーゼル生成においても運転することができる。
【００５２】
３相分離ユニットからの水性抽出物フラクションは、好ましくは以下に更に詳細に記載されるように、メタン生成のための好熱性嫌気性消化、及び／又はシステムの消化ユニットにおけるエチルアルコールの生成のための発酵に直接かけられる。両方のプロセスとも、それ自体当該技術において周知である。一般に、発酵によるエタノール生成は、炭水化物に富む水性流がその中に供給される発酵タンク中に活性酵母を加えるか又は維持することを含む。本発明の幾つかの実施形態では、単一のユニットはメタン又はエタノールのいずれかを生成することができるように構成され、ユーザは投入される廃棄物流に応じて２つの生成モードの間で切り替えることができる。これは簡単に言えば、ユニットを洗浄することによって行われ、メタン生成を開始する場合には供給細菌を含む原材料が導入され、一方でエタノール生成の場合には酵母を含む原材料が導入される。他の実施形態では、２つのユニットは、一方がメタン生成用であり、他方が発酵によるエタノール生成用であるように配置することができる。
【００５３】
３相分離ユニットからの固体基質を含むフラクションは、システムの加速堆肥化ユニットに送られる。加速堆肥化ユニットは、好ましくは３段階半連続ユニットである。本発明によるこのような３段階半連続ユニットでは、第１段階は混合及び開始の機能を果たし、新しい基質を種堆肥と混合する。３相分離ユニットから排出される基質は、好ましくはこの段階で約４０〜５０℃の範囲の温度であり、従って、中温段階をバイパスして、好熱性堆肥化に直接かけることができる。更に、高密度セルロース又はリグニンに富む材料の構造の破壊、セルロース及びリグニン材料の予備加水分解、並びに水蒸気爆砕前処理ユニットにおけるタンパク質成分のより短いペプチド及びアミノ酸への分解によって、好熱性消化は相当に加速され、Ｃに富む材料の高い消化性は、開始段階において比較的低いＣ：Ｎ比を可能にする。この相は、好ましくは、第２段階に移す前に、連続又は半連続混合下に、好ましくは約２〜約６時間の範囲、より好ましくは約３〜約６時間の範囲、例えば約３〜５時間の範囲、又は約４〜６時間の範囲、例えば約３時間、約４時間、約５時間、又は約６時間の間維持する。
【００５４】
堆肥化ユニットに移された有機材料は、水蒸気爆砕処理にかけて、潜在的病原性物質の滅菌、及び炭素に富むセルロース材料、紙、おむつなどの増加した消化性を与えるので、本発明の堆肥化プロセスは、従来の堆肥化よりも広い炭素：窒素比（Ｃ：Ｎ）に適応させることができる。しかしながら、幾つかの実施形態では、Ｃ：Ｎは投入される廃棄物流に基づいて監視及び評価し、堆肥化材料のＣ：Ｎ比は、園芸廃棄物、グリセロール（例えばシステムのバイオディーゼル生成から）、小麦粉、ドウ、果実、及び食品産業からの他の炭素に富む廃棄物、並びに他の供給源からの高糖含量の固形廃棄物など（しかしながらこれらに限定されない）の炭素に富む物質で調整する。開始工程におけるＣ：Ｎ比は、好ましくは、約１０〜約２０の範囲、好ましくは約１５〜約２０の範囲の比を達成するようにバランスをとるが、約１０〜約１５の範囲のＣ：Ｎで運転することもできる。
【００５５】
第１段階の混合及び開始工程では、幾つかの実施形態では嫌気性消化及び／又は発酵から取り出されたスラッジのフラクションを、堆肥基質中に有利に混合することができる。
第１工程の後、堆肥基質は、好ましくはその好熱性段階のピーク又はその付近であり、次いで第２の段階に移し、木材チップのような水分調整材(bulking material)（好ましくは前のバッチの第３のエージング工程の後に再生されるものであるが、又は、或いはこれに代えて園芸廃棄物などからの他の起源のものであってもよい）の添加下で第２段階に移す。水分調整材は、好ましくは、第１（開始）段階から第２（インキュベーション）段階への基質の搬送中に、例えば好ましくはその容積が搬送方向に沿って好適に増加するように構成されている円錐スクリューコンベヤ中で基質と連続的に混合される。したがって、幾つかの実施形態では、基質は、スクリューコンベヤなどのコンベヤを用いて開始セクションからインキュベーションセクションに搬送し、ここでコンベヤは、円錐スクリューコンベヤなどによって、好ましくは直径又は容積が約２０〜５０％の範囲の係数で増加するように、セクションにおいて搬送方向に沿って容積／直径が増加する。コンベヤに水分調整材を供給するために、ホッパーのような好適なフィーダーを配置して、コンベヤの広がっている部分に接合することができる。第２段階であるインキュベーション段階は、幾つかの実施形態では撹拌を伴わないが、好ましくは能動的（強制）曝気及び加湿を伴う。この第２段階では、好熱段階は好ましくは約２４〜約９６時間の範囲の時間で完了又はほぼ完了し、その後、基質はエージング段階と呼ばれる第３段階に移す。第３段階では、基質は、通常は約３ヶ月〜約１年の範囲の期間、例えば屋外パイル又は他の好適かつ適切な配置で適切な熟成にかける。
【００５６】
詳細な説明：
以下において、本発明の代表的な実施形態を図面を参照しながら記載する。これらの例は本発明の更なる理解を与えるために提供するものであり、その範囲を限定しない。
【００５７】
以下の記載では、一連の工程を記載する。当業者であれば、文脈によって必要でない限りにおいて、工程の順序は、得られる構成及びその効果にとって重要ではないことを認識する。更に、工程の順序にかかわらず、記載された工程の一部又は全部の間に工程間の時間遅延が存在するか又は存在しないことは当業者には明らかであろう。
【００５８】
本システムは、完全な有機廃棄物処理の解決策を提供し、（ｉ）有機廃棄物の異なる流れの前処理（１０００、図２及び３）、（ｉｉ）かかる前処理された有機廃棄物の、更なる処理のために好適な成分への分離（２０００、図４及び５）、（ｉｉｉ）かかる成分の、輸送目的のために好適な燃料への変換（３０００及び４０００、図６）、及び（ｉｖ）固体残渣の高栄養堆肥への変換（５０００、図７）のための主要モジュールユニットを含む。
【００５９】
システムの個々のモジュール及び構成要素は、現在の技術水準を超えて増加した機能性を与え、エネルギー消費及びカーボン・フットプリントを最小にし、環境的及び経済的利益を最大にするように設計される。
【００６０】
本システムは、異なる廃棄材料流及びこれらの組み合わせの完全な変換を与える。
本方法で生成することができる異なる燃料は、メタン、エタノール、及び脂肪酸のメチル、エチル、及びプロピルエステル（以下、バイオディーゼルと呼ぶ）である。
【００６１】
これらの生成物及び中間生成物はまた、他の燃料又は他の価値のある化学物質の合成のための原材料を構成することができる。
本システムは、全体として、個々の構成要素の最大の相乗効果を確実にするように構成される。このシステムは、都市廃棄物及びより広範な地域廃棄物の有機成分の環境に注意した管理における現在のアプローチよりも人間工学的及び経済的に有利である。
【００６２】
これは、エネルギー消費とカーボンフットプリントの両方を最小にし、且つ有機廃棄物の焼却及び埋立処分の必要性を低減するように設計される。
本システムは、好ましくは都市廃棄物集中管理施設に設置され、モジュール式ユニットから構成され、その組み合わせは各施設又は場所の具体的な要件に適合させることができる。
【００６３】
しかしながら、個々の構成要素又はこれらの任意の組み合わせは、それぞれの廃棄物の発生場所、又は個々の構成要素を既存の廃棄物管理システムに有利に統合する観点から有機廃棄物の成分を処理、輸送、又は取り扱う任意の施設に、又は有利な場合には「独立型」ユニットとして設置することができる。
【００６４】
構成要素又はそれらの組み合わせはまた、単独か又は好ましい場合には燃料生成と組み合わせて、個々の廃棄物流から高価値の人間の食事又は動物飼料を生産するように調整することもできる。
【００６５】
したがって、この解決策は柔軟であり、それぞれの場合に人間工学的及び経済的利益を最大にする目的で、廃棄物流の異なる放出点及び異なる廃棄物管理施設における異なる組成の廃棄物流の異なる組成に適応させることができる。
【００６６】
本発明において、有機廃棄物流は、炭水化物（Ｃ）、脂肪（Ｆ）、及びタンパク質（Ｐ）に富む流れ、又はこれらの任意の組み合わせとして分類される。
本システムの解決策は、モジュール式の前処理、分離、及び変換ユニットの組み合わせであり、それぞれは、好ましくは所与のＣ、Ｆ、及び／又はＰに富む廃棄物流、又はこれらの所与の組成物を処理するように最適化される。
【００６７】
好ましい実施形態において、全ての有機成分は、必要に応じて粉砕及び均質化の後に混合して前処理する。
前処理プロセス（１０００）は、リグニン及びセルロース成分（Ｃ）のより容易に生分解可能な物質への分解及び加水分解、並びに同時にタンパク質成分（Ｐ）のより小さなペプチド及びアミノ酸への加水分解、並びに脂肪及び油（Ｆ）の加水分解及び／又はけん化に作用するように働く。
【００６８】
この好ましい方法における前処理プロセスは、連続流水蒸気爆砕（１２００、１３００）に基づく。水蒸気爆砕反応器は、好ましくはアルカリ条件下で運転して、同時に可溶性炭化水素、アミノ酸又はペプチド、並びに脂肪酸及びその塩の抽出と組み合わせて、全ての有機廃棄物成分のアルカリ加水分解又はけん化を生じさせる。
【００６９】
水蒸気爆砕をアルカリ性媒体中で運転する場合、水性アルカリ性抽出物及び固体基質は、その後、それぞれ、下流の嫌気性バイオガス生成から、或いはメタン又はエタノールを生成させる場合には発酵ユニット（３０００）から発生するＣＯ２（Ｓ０１）によってｐＨを低下させる。これは、前処理ユニットの水蒸気爆砕セクションの圧力解放セクションを、同時に複合型ＣＯ２スクラビングセクション（１４００）として適切に機能させ、これが、サイクロン様の流れへ基質を送るが、同時に物質のフラクションを圧力解放二酸化炭素スクラビングセクションの中心に向かって内側に送って分散させるのに必要な角度のある入口及び螺旋インサートを含むように構成することによって達成される。第２のスクラバーを設置する場合、第２のスクラバーからの流出物は、このｐＨ調整の前に、第１のスクラバーからのスラリーと混合する。
【００７０】
前処理プロセス（１０００）は、嫌気性消化におけるメタン生成のために、又はエタノールを生成するための発酵のために好適な高いバイオアベイラビリティを有する無菌の高栄養溶液又は懸濁液を生成させるように働く。これに加えて、前処理プロセスは、水蒸気爆砕をアルカリ性条件下で運転するには、固形基質から抽出された栄養素の嫌気性消化（Ｓ０１）によって下流で生成されたバイオガスからＣＯ２を除去する（１４００）ため、又はエタノールを生成するための基質（抽出物）の発酵からＣＯ２を除去する（Ｓ０１）ため、及び／又はプロセスのための高圧水蒸気を与えるボイラから排気される煙道ガスからＣＯ２を除去する（Ｕ０１、Ｓ０２）のためのスクラバーとして働くように設計される。
【００７１】
ＣＯ２スクラバーとしての前処理ユニットの利用は、３つの異なる目的：
（ｉ）前処理プロセスで生成された水性抽出物の嫌気性消化（Ｓ０１）によって下流で生成されるバイオガスからか、又はエタノールを生成する場合には発酵ユニット（Ｓ０１）からのＣＯ２の除去、並びに式１ａ、ｂ、及びｃに従う高圧蒸気ボイラ（Ｕ０１、Ｓ０２）からのＣＯ２の除去；
【００７２】
【化１】
2020534153.tif 000003
【００７３】
（ｉｉ)前処理プロセスで生成する基質／水性抽出物の、即ちそれを嫌気性消化によるメタン生成（Ｓ０４）において用いられる水性抽出物に関する３相分離、又は発酵（３０００）によるアルコール生成にかける前のｐＨ低下・緩衝；及び
（ｉｉｉ）メタン生成による二酸化炭素のメタンへの嫌気性変換を促進するための抽出物の炭酸塩及び重炭酸塩濃度の増加；
を果たす。
【００７４】
その結果、前処理プロセスは全体として同時に、滅菌のため、緻密な繊維材料の構造的破壊によって有機廃棄物材料のバイオアベイラビリティを増大させるため、予備加水分解ユニットとして、抽出ユニットとして、及びＣＯ２スクラバーとして機能する。これは、バイオガス生成の収率及び処理量を現在の技術水準を超えて増加させ、及び同時にバイオガスを燃料グレードのメタンに改質する負担を減少させるように設計されている。
【００７５】
バイオガスのＣＯ２スクラビングによってｐＨを低下させ、それにより（上記において式１ａ〜ｃで概説したように）ＣＯ２の炭酸、重炭酸塩、及び炭酸塩への変換を行った後、液体抽出物及び固体基質を、分離ユニット（２０００）のコンディショニングセクション（２１００）において更にｐＨ調整し、ｐＨ調整によって、脂肪酸のアルカリ塩を遊離脂肪酸に変換し、浮選（２２００）によって液相から分離することができる。３相分離／コンディショニングプロセス（２０００）は、（ｉ）残留する加水分解されていない脂肪及び油と共に遊離脂肪酸を含むフラクション（Ｓ０５）、（ｉｉ）１５％未満の懸濁固体を有する水性抽出物を含むフラクション（Ｓ０６）、及び（ｉｉｉ）固体基質（Ｓ０７）を生成させる。
【００７６】
あるいは、遊離脂肪酸及び／又はモノ−、ジ−、及びトリ−グリセリドの形態の全ての脂肪／油の内容物を、他の供給流と一緒に嫌気性消化にかける（Ｓ０８）。
上述のように、幾つかの実施形態における３相分離ユニットは、別の脂肪／油分離セクション、及び別の固液分離セクションを含む。好ましい実施形態では、３相分離セクションは、１つの遠心分離デカンター装置内で組み合わされる。代表的な実施形態をそれぞれ図４ａ〜４ｃ並びに図５ａ及び５ｂを参照して例において詳細に記載し、複合遠心分離デカンターの作動原理を下記に詳述する。
【００７７】
本発明の複合遠心分離デカンターは、デカンターハウス及び円錐ディスク分離ハウスを含み、これらは両方とも共通のベアリングシャフト上に回転可能に取り付けられている。ハウスは独立して回転させることができる。デカンターハウス内部のスクリューコンベヤは、同じシャフトの周りで回転可能である。中央に軸方向に配置された固定入口によって、材料をデカンターハウス中に供給する。デカンターハウスと円錐ディスク分離ハウスとの間に、固定ポンプインペラーが配置されている。円錐ディスク分離ハウスは、内側シャフト上で回転可能な分配ディスク及び分離ディスクを含むディスク分離機を収容する。分離ディスクの頂部には軽質相のための出口管をその中心に有する頂部ディスクがあり、円錐形分離ハウスの端部には重質相のための出口管がある。
【００７８】
複合遠心分離デカンターの動作原理：
分離器は、２つの周知の分離原理であるスクリューコンベヤデカンター（デカンターセクション）及びディスク遠心分離機（遠心分離機セクション）に基づく。目的は、１つの単一の機械で固体フラクション（＞２５％の乾燥物質から構成される液体）、重質液相（水相）、及び軽質液相（脂肪／油相）を分離することである。
【００７９】
デカンターハウスは、好ましくは少なくとも３，８００ｒｐｍの速度で回転し、内部のスクリューは僅かに遅い速度で回転する。図５ａ及び図５ｂを参照すると、原材料は、入口管（２５０４）を通ってポンプ搬送され、出口孔（２５０９）及び（２５１７）を通ってデカンター内に分配される。遠心力のために、最も重い物質（乾燥物質）はデカンターの周縁に押し出され、スクリュコンベヤによってデカンターの出口（２５１０）に搬送される。液相は、デカンターの内側のドラム形状体内に配置され、水ドラム形状体の内側周縁が出口孔（２５１０）に到達する前に、この相は固定インペラー（２５１１）の外周縁に流入し、これにより液相における速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、液体がインペラーの中心に向けて押し出され、そこでセパレータのディスク遠心分離部の中にポンプ搬送される。それは、中心から分配ディスク（２５１２）中に流入し、分離ディスク（２５１３）の孔を通して均等に分配される。液体の重質相（例えば水）及びより軽質の相（例えば油／脂肪）への分離は分離ディスクの表面上で起こり、能力及び分離速度は、ディスクの全表面積によって定まる。より重質の相は、それに同伴する可能性がある乾燥物質の残りと共に周縁に向かって押し出されて分離機ハウスを充填し、より軽質の相の材料を遠心分離器の中心に向かって押出し、より軽質の相がそこに到達したら、より軽質の相のための出口管（２５２０）に供給される。軽質相と重質相の間の分割／分離は、２つの相の比重の差に依存する。より重質の相は、出口管（２５２１）を通って押し出される。少量の乾燥物質は、遠心分離ハウスの周縁に押し出され、その円錐形状及び遠心力のために、乾燥物質は、分離機のデカンター部分へ向かう方向に移動する。固定プレート（２５１４）及び固定プレート（２５０７）上には周縁に小さな孔があり、これにより乾燥物質を少量の重質液相と一緒に通過させ、セパレーターのデカンター部分に流入させることができる。固体物質はコンベヤスクリュー（２５１６）によって回収され、出口（２５１０）に搬送され、これに対して液体は固定インペラー（２５１１）によって再び遠心分離機に循環される。固定プレート上の小さな孔によって小さな内部漏れが引き起こされるが、孔における圧力降下によって、デカンター部分よりも遠心分離部分においてより高い圧力が確実に形成され、清浄なより重質の相が出口管（２５２１）を通過し、より軽質の相が出口管（２５２０）を通過することが保証される。
【００８０】
脂肪／油成分を水溶液／懸濁液から分離する場合、これらは、バイオディーゼルの生成のために好適なように、好ましくは連続流バイオディーゼル生成ユニット（４０００）（これは本発明の一部であり、独立していて、独立して運転することもできる）において、エステル化及び／又はトランスエステル化にかける。あるいは、この連続流バイオディーゼルユニットは、脂肪のトランスエステル化又はエステル化がプロセスの不可欠な部分を構成する食品又は飼料グレードの生産設備、例えば魚油産業における脂肪酸エチルエステル生成に適応させることができる。
【００８１】
好ましい実施形態では、連続流バイオディーゼル生成ユニットは、ＦＦＡとグリセリドとの任意の組み合わせに調節可能であり、水に対して高い許容性を有する一工程連続流システム（４０００）を構成する。典型的には、このシステムは、高剪断積層触媒変換プレート及び静的乱流プレートミキサー（４１１１及び４１３１）上に固定された固体触媒を与える。しかしながら、連続流バイオディーゼル生成ユニットはまた、均一酸及び塩基触媒エステル化又はトランスエステル化の従来の組合せ、或いはこれらの直列の組合せのために設計され、その場合には２つの反応器及び最終的な中間体精製工程を必要とする。
【００８２】
３相分離ユニットからの水性抽出物は、好ましくはメタン生成のための好熱性嫌気性消化、又はエチルアルコール生成のための発酵に直接かけられる。
現在好ましい実施形態では、メタン消化槽を、エチルアルコールを生成するための発酵システムと組み合わせる。この実施形態では、消化槽及び発酵システムは、個々の製品に関する生産人間工学、物流、及び顕著な需要に応じて、メタン又はエタノール生成のために互換的に使用することができる１つの生成ユニットを構成する。
【００８３】
本システムはまた、嫌気性消化によるメタン生成又は発酵によるエタノール生成のいずれかのための専用ユニットから構成することもできる。
好熱性嫌気性消化は、好ましくは、低い水力学的保持時間（ＨＲＴ）であるが、より高いスラッジ保持時間（ＳＲＴ）を有する高速嫌気性消化システムにおいて行う。このようなシステムとしては、上昇流−嫌気性及び膨張粒状スラッジベッド（ＵＡＳＢ及びＥＧＳＢシステム）、並びに固定フィルム反応器及びこれらの改良型が挙げられるが、これらに限定されず、これらは全て本システムの一部として構成することができる。
【００８４】
あるいは、嫌気性消化によるメタン生成は、中温性条件又は中温性及び好熱性条件の組み合わせ下で、及び／又は約３０％以下の高い全固形分含量を用いる低負荷湿式反応器中で、又は３０％を超える全固形分を用いる乾式発酵において行うことができる。
【００８５】
エチルアルコールの生成のための発酵はまた、任意の従来の発酵装置において行うこともでき、そして基質の更なる酵素的分解、及び有利な場合には利用可能な糖源との更なる平衡化を含めることができる。
【００８６】
３相分離ユニットからの残りの固体基質（Ｓ０７）は、高処理量の半連続式３段階加速堆肥化ユニット（５０００）の第１段階（５１００）に送る。混合及び開始工程として働く第１段階（５１００）では、基質は、プロセスを加速するために中温相をバイパスして、好熱性消化に直接かける。これを達成するために、３相分離ユニット（２０００）からの殺菌された基質は、開始プロセスの完了時、すなわち、その好熱性段階の頂部又はその付近において種堆肥と連続的に混合される。更に、３相分離ユニットからの基質は典型的にはこの段階で４０〜５０℃の範囲の温度であり、これは好熱性消化に最適であり、これらの条件下では、前処理プロセスによって与えられる容易に消化可能な炭素の高い含有量によっても促進される。第１の相である開始相は、連続混合下で、典型的には２〜６時間の範囲の時間維持され、その後、水分調整材（これは同時に追加の炭素源として働く）を同時に加えながら第２段階（５２００）に送る。
【００８７】
第１段階の混合及び開始工程（５１００）では、嫌気性消化から取り出されたスラッジのフラクションも堆肥基質（Ｓ０９）中に混合することができる。また、嫌気性消化にかけられていないこの時点で高いバイオアベイラビリティの炭素源を、堆肥化プロセスを促進し、そして平衡化させるために加えることができる。これらとしては、グリセロール（例えば、バイオディーゼル生成から)(Ｓ１０）、小麦粉、ドウ、果実、及び食品産業からの他の炭素に富む廃棄物、並びに他の供給源からの高糖含量の固形廃棄物を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００８８】
前処理プロセスからの高栄養抽出物を発酵によるエタノール生成のために用いる場合、発酵プロセスからの沈殿物は、堆肥化ユニット（Ｓ０９）の混合工程に加えることもできる。
【００８９】
混合及び開始工程の後、堆肥基質はその好熱性段階のピーク又はその付近であり、攪拌を伴わないが、能動的（強制）曝気及び加湿を伴う第２の段階（５２００）に移す。この第２段階では、好熱段階は、好ましくは基質が第３段階（Ｓ１３）のエージング段階（Ｕ０２）に移される前に２４〜９６時間の範囲の時間に完了するか、又はほぼ完了する。
【００９０】
水分調整材は、第１段階から第２段階（５１００及び５２００）への遷移工程において、基質中に投入して混合する。好ましくは、水分調整材は、前段のバッチ（Ｓ１４）のエージング工程から得られる１０〜５０ｍｍの範囲のサイズ分布を有する木材チップ、他の起源の新しい木材チップ又は経時変化した木材チップ、又はこれらの任意の混合物である。
【００９１】
堆肥化プロセスの第２段階（５２００）における曝気及び湿度調節による水分損失の補填は、嫌気性消化（Ｓ１５）からの流出液を加えることによって少なくとも部分的に達成することができる。
【００９２】
第３工程のエージング（Ｕ０２）では、基質は、必要に応じて、典型的には３ヶ月〜１年の期間、屋外パイル又は他の好適且つ適切な配置で熟成にかける。
別の好ましい実施形態において、ＳＨＷ、ＦＩＷ、ＥＯＩＷ、及びＳｗＷなど（しかしながらこれらに限定されない）の高脂肪／油成分の廃棄物は、脂肪及び油成分の大部分を単離するため、並びに水除去によって体積を減少させるために、下記に更に詳細に記載されるレンダリングユニットにおいて別に処理される。この構成において、脂肪／油成分を直接バイオディーゼル生成にかけることができ、水成分を排出することができる。脂肪／油の分離及び水の減少後に残存する固体基質は、一般に、高タンパク質成分、特にＳＨＷ及びＦＩＷから得られるものであるが、それらは例えばＥＯＩＷ及びＳｗＷからのかなりの炭水化物成分を含む場合もある。これらの固体残渣は、他の廃棄材料と組み合わせることができる。次に、混合した流れをアルカリ水蒸気爆砕及びアルカリ加水分解にかけ、同時に水溶性の栄養成分を抽出し、続いて、上記に記載し、図３に示すように、メタン生成からのＣＯ２スクラビングによるｐＨ調節及び緩衝にかける。ＦＦＡ、脂肪及び油のフラクションは、上記のようにエステル化及びトランスエステル化にかける。
【００９３】
例：
下記は、本発明の特定の実施形態を示すものであり、限定として解釈すべきではない。システム全体は、都市廃棄物及びより大きな地域廃棄物の全ての有機成分を、輸送目的のために好適な燃料にインラインで変換し、プロセスで生成した全ての残留固体フラクションを堆肥に変換するためのシステム及び技術を構成する。
【００９４】
図１ｂに概略的なフロー図の概要を示すシステムは、個々の構成要素間の相乗効果を現在の技術水準を超えて最大にし、エネルギー消費及びカーボン・フットプリントを最小にし、環境的及び経済的利益を最大にするように設計される。システムの個々の構成要素は、現在の技術水準を超えて機能性を向上させ、エネルギー消費及びカーボンフットプリントを最小にし、環境的及び経済的利益を最大にするように設計される。
【００９５】
この例示的な実施形態では、本システムは、
・連続流アルカリ水蒸気爆砕反応器、及び統合されたＣＯ２スクラビングユニット（１０００）
・コンディショニング及び分離ユニット（２０００又は２５００）；
・メタン生成ユニット（これは、或いはエタノール生成ユニット（３０００）と組み合わされるか、又はそれで置き換えられる）；
・任意の遊離脂肪酸及びグリセリドの組成に調整可能であり、かつ高い水許容性を有する連続流バイオディーゼル生成ユニット（４０００）（これは、或いは他の連続流構成又は従来のバッチシステムで置き換えられる）；及び
・準連続堆肥化ユニット（５０００）；
を含む。
【００９６】
場合によっては、本システムは、高い脂肪／油成分の廃棄物を別に処理するためのコンパクトな湿潤レンダリングユニット（６０００）も備える。
組み合わせると、本システムは、有機廃棄物及びこれらの組み合わせを含む異なる廃棄物材料流の、輸送目的のために好適な燃料への完全な変換、及びプロセスの全ての固体残渣の堆肥への変換を提供する。
【００９７】
本方法における変換のために好適な廃棄物材料流としては、家庭廃棄物（ＨＨＷ）、屠畜場廃棄物（ＳＨＷ）、食品産業廃棄物（ＦｄＩＷ）、水産業廃棄物（ＦｈＩＷ）、植物油及び魚油産業からの廃棄物（ＯＩＷ）、下水汚泥、下水グリース及び油（ＳｗＷ）、麦藁又は他の藁のような農業廃棄物、米殻、大豆カード残渣、並びに草及び家畜糞尿（ＡｃＷ）、並びに園芸廃棄物（ＧＷ）及び廃材（ＷＷ）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００９８】
本プロセスからの生成物は、
・メタン、バイオディーゼル、及び堆肥；
・エタノール、バイオディーゼル、及び堆肥；又は
・これらの燃料及び堆肥の１つ；
の組合せであってよい。
【００９９】
連続流アルカリ水蒸気爆砕・ＣＯ２スクラビングユニット：
連続流アルカリ水蒸気爆砕及びＣＯ２スクラビングユニットは、粉砕及び均質化セクション（１１００）、湿潤及び混合セクション（１２００）（コンディショニングセクション（又は特に前処理コンディショニングセクション）とも呼ぶ）、高圧加熱保持セクション（１３００）、並びに爆砕圧力解放及びＣＯ２スクラビングセクション（１４００）を含む。
【０１００】
水蒸気爆砕及びＣＯ２スクラビングユニットの爆砕圧力解放及びＣＯ２スクラビングセクションは、水蒸気爆砕セクションの圧力解放セクションとして働き、同時に、嫌気性消化（Ｓ０１）メタン／ＣＯ２混合物、又は発酵工程（Ｓ０１）からのＣＯ２、並びにシステム蒸気ボイラ（Ｕ０１）からの煙道ガス（Ｓ０２）からのＣＯ２をＣＯ２スクラビングするための吸収器として働く。
【０１０１】
湿潤及び混合セクション（１２００）は、好ましくはトップダウン噴霧構成の一体型湿潤アーマチュア（１２０２）を備えたトップフィード搬送ミキサー（１２０１）を構成する。
【０１０２】
処理される有機廃棄物を含み、好ましくは上述の上流の粉砕及び均質化セクションで細断された廃棄物流は、湿潤及び混合セクション（１２０３）の遠位端中に供給し、混合下でその出口点（１２０４）に向かって搬送する。この工程の間、固体基質は湿潤されて（１２０２）、水蒸気爆砕プロセスのために最適な所望の含水量（Ｓ２２）を達成し、同時にｐＨ調整が達成される。
【０１０３】
この好ましい実施形態に記載されるＣＯ２スクラビングと統合されたアルカリ水蒸気爆砕に関しては、水溶液は、好ましくは水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムの溶液（Ｓ２３）を液／液ミキサー（１２０５）中で湿潤水に加えることによってアルカリ性である。
【０１０４】
水蒸気爆砕ユニットはまた、独立型ユニットとして、又は他の組み合わせで作動させることもでき、ｐＨが中性又は酸性の供給物、ｐＨ調整されていない供給物、又は所期のプロセスを促進するのに好適な任意の他の添加剤と混合された供給物を用いて運転することができる。
【０１０５】
湿潤及び混合セクションの出口ポート（１２０４）は、回転投与バルブ（１２０６）及び高圧回転バルブ（１３０１）（これは有利には容積式構成であってよい）を介して水蒸気爆砕セクションに垂直に接続される。
【０１０６】
湿潤及び混合ユニットの出口点（１２０４）において、基質は、基質を高圧ロータリーバルブ（１３０１）の周囲圧区画中に投与する回転投与バルブ（１２０６）に流入する。回転投与バルブは、高圧シールに不必要な歪みを引き起こす高圧ロータリーバルブの過負荷を回避するように働く。周囲圧力で装填した後、高圧バルブは密閉位置まで回転して、水蒸気注入によって、所望の圧力（好ましくは１０〜３０バールの範囲、通常は加熱保持ユニットの圧力より約１バール高い圧力）、及び温度（典型的には１８０〜２５０℃)にされる(１３０２）。次いで、高圧回転バルブは、加熱−保持ユニットの入口ポートの上方の垂直位置まで更に回転する。
【０１０７】
プロセス全体で生成される燃料によって運転されるボイラー（Ｕ０１、Ｓ１８）によって、高圧水蒸気が供給される。これは、嫌気性消化ユニットからの純粋なメタン又は任意のメタン／ＣＯ２混合物（Ｓ１９）、バイオディーゼル（Ｓ２０）、又はそれらのエステル化又はトランスエステル化の前の脂肪、油、又は脂肪酸の任意の混合物（Ｓ２１）であってよい。
【０１０８】
差圧及び重力によって補助されて、この時点で加圧状態のチャンバーは、圧力が解放される第２の密封位置（１３０３）に更に回転する前に、水蒸気爆砕ユニットの加熱保持セクション（１３００）中に放出される。
【０１０９】
回転バルブ上の圧力歪みは、より多くの区画を有する回転バルブを使用し、入口システム内の個々の区画内の圧力を徐々に増加させ、それらの間の差圧を低下させることによって減少させることができる。
【０１１０】
幾つかの実施形態で適用される容積式の構成では、加圧及び減圧は、ロータリーサイクルによるそれぞれのチャンバ容積の変動によって補助される。
高圧加熱保持セクション（１３００）では、装填された基質を、可変速スクリューコンベヤ（１３０４）によって装填位置から排出位置まで搬送して、保持時間を広い時間範囲に亘って連続的に調整可能にすることができる。このユニットは、適切な圧力及び温度を達成するため、及び補給注入によってそれを維持するために、水蒸気注入ポート（１３０５）を備える。このような２つの注入点は、図２に例として示されている（１３０５）。
【０１１１】
高圧加熱及び保持セクションの出口ポートは、回転投与バルブ（１３０６）及び高圧ロータリー解放バルブ（１３０７）に垂直に接続される。出口点では、基質が回転投与バルブ（１３０６）によって高圧ロータリー解放バルブの区画（この区画は、その時点で、高圧加熱及び保持セクションの出口ポートに面する）に搬送される。
【０１１２】
次に、ロータリーバルブ（１３０７）が回転して、加圧された区画を周囲圧力まで開放し、再加圧位置まで回転する前に水蒸気爆砕を可能にし、この区画は水蒸気注入ポートを備える。この区画は、この位置から充填位置に回転して戻る。
【０１１３】
この構成では、高圧供給ロータリーバルブ、高圧ロータリー開放バルブの加熱保持セクション及び再加圧セクションへの水蒸気注入の動的同期によって、熱効率が最大になる。全ての注入は個別に制御される。これは、解放側及び入口側で引き起こされる圧力及び温度の変動に応答して、及び熱損失によって行われる。圧力及び温度は、高圧加熱及び保持セクション（１３０９）に沿って連続的に監視して、セクション（ＤＳ０１）に沿って個々のデータを供給する。このデータはＰ／Ｔ処理ユニット（１３１０）に供給して、蒸気注入ポート（ＤＳ０２）に制御信号を供給する。これらは、高圧加熱及び保持セクションに沿ってこの信号に同期されて、一定状態付近に維持される。追加の信号（ＤＳ０２）は、回転コンベヤ（１３０４）の速度を調整するために供給される。図２には、３つのＰ／Ｔ監視ポイントが例として示されている（１３０９）。
【０１１４】
幾つかの実施形態では、押出している材料の更なる機械的な表面粗化／細断のために水蒸気爆砕における機械的力を利用するために、出口ロータリーバルブの押出ポートを好適な構造で部分的に閉塞することが有利であることが見出されている。これは、図２において、木材チップの更なる表面粗化を意図したシュレッダの歯の配列（１３１０）によって例示される。
【０１１５】
水蒸気爆砕装置をアルカリ性条件下で運転し、ＣＯ２スクラビングユニットの一体部分を構成する場合、ＣＯ２スクラバー（１４００）の上部部分は、アルカリ性物質とＣＯ２に富む排出物の向流との最適な接触のために、スクラバーの中心に向かって縦方向の分散を促進するように設計されたサイクロン型構成である。
【０１１６】
高圧ロータリ出口バルブの装填されたチャンバーは、複合型の解放及びＣＯ２スクラビング区画（１４００）の上部部分において適切な角度（１４０１）で排出して、第１のスクラバー区画の内壁からのクリアランスを有するサイクロンタイプの螺旋構造体（１４０２）上に高速水蒸気／基質を下向きに送る。例示的な構成を図３に示す。排出される材料の高い速度によって、より重質のフラクション及び凝縮水蒸気は、入口の当初の角度（１４０１）によって与えられる下向きの速度成分（１４０３）で、スクラバー／サイクロン区画の内壁に向かって押出される。このフラクションは、壁のクリアランスを有するサイクロン螺旋構造体の下方でそれに平行な波形螺旋プレート（１４０４）によって捕捉される。
【０１１７】
波板（１４０５）、螺旋プレート（１４０４）の下向きの傾斜、及び基質／凝縮物（１４０３）の下向きの速度によって、それが部分的に下部螺旋プレート（１４０４ａ）の表面に沿って中心に向けて送られ、そこで螺旋プレートの内側を終端する上向きの突起（１４０４ｂ）によって分散され、これにより、アルカリ性懸濁液と、スクラバーを通って上昇するＣＯ２の向流との接触が増大する。分散している基質／凝縮物（１４０６）は、中央領域内及び脱ミスト器（１４０７）において凝縮する水蒸気と共にスクラバー／サイクロン区画の中心から落下して、スクラバー／サイクロンの沈降領域（１４０８）内に蓄積される。
【０１１８】
あるいは、沈降領域は、水蒸気爆砕からの熱を部分的に再捕捉し、それにより基質温度を低下させ、システムに与えられる水蒸気発生ボイラのために投入される水を予熱するための冷却螺旋構造体又は他の熱交換部材を備える。そのような冷却部材はまた、スクラビングユニットの上部に設置又は延在させることもでき、好ましくは誘導螺旋構造体と接触させて、スクラバーの上部セクションに既に存在する基質の急速な冷却を達成する。
【０１１９】
排出管（１４０１）の水平／傾斜の部分は、排気ポートの下方のガス間隙セクションから、脱ミストメッシュ（１４０７）で分離されている。
ＣＯ２を含む排気（Ｓ０１及びＳ０２）は、微細気泡ディスペンサ（１４０９）を通して底部から供給される。これは、好ましくは、傾斜した横方向配置のアスピレータ（１４０９）を通って、懸濁セクションの上部から採取される低固形分の水性懸濁液の循環によって駆動される。この配置では、アスピレータは、同時に、液体−固体懸濁液を撹拌して、セクションの出口ポートにおいて安定な組成を達成し、閉塞を回避するのに役立つ。あるいは、ＣＯ２を含む排気（Ｓ０１及びＳ０２）は、微小気泡又は他の受動的な分散装置（１４０９）を通して供給される。
【０１２０】
ＣＯ２を含む排気は、基質沈降区域（１４０８）を通り、スクラバーの凝縮セクションの上部の中央部分のアルカリ性吸着懸濁液と更に接触し、その後、凝縮器の気体出口ポート（１４１１）で凝縮器（１４１０）を通って水蒸気の乾燥フラクションと共に排出される。
【０１２１】
残りの水蒸気は、凝縮器（１４１０）内で除去され、ＣＯ２が希薄なガス（ＣＯ２／ＣＨ４のスクラビングの場合はＣＨ４）はガス出口ポート（１４１１）から排出され、凝縮液はドレンポート（１４１２）から排出される。凝縮熱は、湿潤ユニットへの水性供給物を予熱するために使用される。
【０１２２】
あるいは、ガス出口ポート（１４１１）は、昇圧下及び低下した温度で運転することができる第２のスクラバーにつながる。第２のスクラバーには、第１の吸収スクラバーの好ましくは冷却された液体フラクションを、頂部から従来の噴霧構成で供給し、第１のスクラバーからのＣＯ２が希薄な排気を底部から供給する。
【０１２３】
前処理ユニットのスクラビングセクションは、有利には、嫌気性消化プロセスで生成された未処理のＣＯ２／ＣＨ４混合物からのＣＯ２、又は発酵プロセスで生成されたＣＯ２を除去するため、及び／又はシステム（Ｕ０１）に与えられる水蒸気ボイラからの煙道ガスからのＣＯ２を除去するように働く。
【０１２４】
液体−固体懸濁液は、解放及びＣＯ２スクラビングセクション（１４１３）の底部の排出バルブを通してフラクションとして定期的に放出される。これらのフラクションは、コンディショニング及び分離ユニット（２０００）にかけられ、それらの回収は、プロセスにおいて連続的な負荷条件を達成するように、水蒸気爆砕ユニットからの排出と同期される。
【０１２５】
３相分離ユニット：
３相分離ユニット（２０００、図４及び５）は、（ｉ）閉じられたコンディショニングセクション（２１００）、（ｉｉ）連続脂肪／油分離セクション（２２００）、（ｉｉｉ）固液分離器（２３００）、及び（ｉｖ）遠心分離精製機（２４５０）に供給する脂肪／油緩衝タンク（２４００）から構成される。システムが全体として提供されるこの好ましい実施形態では、このユニットは、前処理された有機廃棄物から脂肪及び油の含有物を分離及び清浄化し、残りの水相及び固相を分離するように働く。
【０１２６】
固体フラクションは、好ましくは、堆肥化のために好適な湿度（４０〜７０％の範囲）を維持し、液相は、嫌気性メタン生成（１０〜１５％）、又はその代わりに発酵（３０００）によるエタノール生成をサポートするのに好適な固体懸濁液を含む。
【０１２７】
コンディショニング及び脂肪／油分離セクション（２１００及び２２００）は、前処理ユニット（１４００）の圧力解放及びＣＯ２スクラビングセクションの排出ポート（１４１３）で回転バルブ又は他の好適なバルブを通して材料が供給されるコンディショニングセクション（２１００）を含む。好ましくは搬送ミキサー（２１０１）によってコンディショニングセクションにおける連続撹拌が与えられ、基質のｐＨは、２つの噴霧アーマチュア（２１０２）を通した酸注入によって調整される。噴霧アーマチュアは、能動的混合下でのｐＨ調整のために、搬送される基質へ酸及び／又は更なる水溶液を制御して加えるように働く。この好ましい実施形態では、ｐＨ調整は、コンディショニングセクション（２１００）の上部を通して設置された噴霧ユニット（２１０２）を通して２段階で進行する。両方の噴霧アーマチュア（２１０２）は、コンディショニングセクション（２１００）の頂部から搬送方向に対して垂直に設置することができる。第１のものは、入口ポートの直後の遠位端に設置される。第２の噴霧アーマチュアは、約２／３の下流に設置される。運転中、ｐＨの読み値（ＤＳ０３）が、前処理ユニット（１４００）のＣＯ２スクラビングセクション（１４１４）の沈降／凝縮部分から噴霧アーマチュア（２１０３）の制御部に送られる。この読み値は、第１のアーマチュア（２１０２）からの放出を制御する。第２の読み値（２１０４、ＤＳ０４）は、混合／コンディショニングユニットの約半分の下流から噴霧アーマチュアの制御部（２１０３）に送られる。この読み値は、第２の噴霧アーマチュアを制御する。
【０１２８】
分離ユニットのコンディショニングセクション（２１００）は、排出バルブ（２１０５）を通してその脂肪／油分離セクション（２２００）中に連続的に排出し、中央の円筒管（２２０１）中に排出する。中央円筒管の出口（２２０２）は、分離ユニットの脂肪／油分離セクション内の微小気泡注入ポート又はノズル（２２０３）の下方に保持される。
【０１２９】
脂肪／油分離セクション内の表面レベルは、液体レベルの読み値（２２０５、ＤＳ０６）に応答して、その排出の能動制御（２２０４、ＤＳ０７）によって維持される。水性及び固体フラクションからの脂肪及び油の分離を促進するために、微小気泡を、ポート（２２０３）を通して中央供給管の上方の油／脂肪分離セクションの底部において注入する。好ましい実施形態では、微小気泡は、遠心ポンプ（２２０６）によって生成された飽和水流中で供給管に対して垂直に、又は図４に示されるようなアスピレータ（２２０３）を通して注入される。水は、遠心分離精製器（図示せず）及び／又は脂肪／油分離器の上部水性セクション（２２０７）から与えられる。これは、微小気泡の上昇及び沈降物の降下（２２０８）に垂直な対流を与える。有利な場合には、微小気泡の生成は、脂肪／油分離セクションの底部の有孔アーマチュアを通して加圧空気を注入することによっても達成することができる。微小気泡の上昇は、浮遊による水性／固体懸濁液からの脂肪及び油の分離を促進し、適切な材料の対流及び空気飽和水注入が適用される場合には更なる垂直対流を確実にする（２２０８）。脂肪／油分離ユニットの脂肪／油セクションにおける対流及び混合を抑制するために、このセクションは、好ましくは分離ユニットの高さの約３／４に垂直に配置された２つのメッシュ（２２０９）によって水性懸濁セクションから分離される。メッシュは、好ましくは約５０ｍｍだけ離間され、それらの主メッシュ線に対して４５°回転される。
【０１３０】
脂肪及び油は連続的に表面（２２１０）に蓄積し、自動化された調節可能な表面ポンプ（２２１１）を通って、又はその代わりにオーバーフロードレンポケット（２２１２）を通って連続的に排出される。除去された油／脂肪フラクションは、遠心分離精製器に供給される緩衝タンクにポンプ搬送され、そこで残留する水及び固体残渣が除去される。清浄化された水フラクションは、必要に応じて微小気泡インジェクターに戻されるか、又は嫌気性消化若しくは発酵ユニットに供給される。これは、固液分離ユニットからの供給ラインに沿った任意の場所で、又は有益な場合には直接進行させることができる。精製された脂肪及び油フラクションは、バイオディーゼルユニット（４０００）におけるバイオディーゼルの生成に好適な場合には、エステル化又はトランスエステル化にかけられる。分離ユニットの脂肪／油分離セクションから固液分離セクションへの水性懸濁液及び基質の排出は、排出バルブ（２２１３、ＤＳ０７）の能動的制御によって表面レベルと同期される。
【０１３１】
固液分離セクションは、この実施形態では、図４ｃに示すように、上部セクション（２３０２）に圧縮ゾーンを有する圧縮スクリューコンベヤ（２３０１）から構成される。スクリューコンベヤは、円筒形ハウジング（２３０３）内に組み込まれ、下部の２０〜６０％のセクションは液体懸濁液のためのドレンを構成する有孔底板（２３０４）を含む。完全な分離ユニットは、固液分離に関して最適な性能を達成するように調整可能に傾けられる。
【０１３２】
スクリューコンベヤハウジングの穿孔セクションはメンテナンスのために交換可能であり、水性懸濁液中の固体成分の粒径及び量の調整を可能にするために、長さ及び穿孔サイズ及び密度が調整可能である。
【０１３３】
水性懸濁液は、コンベヤハウジング（２３０５）の穿孔セクションを画定するシュートに沿ってコンベヤから排出される。それはその下端で固液分離セクションから排出され、中間緩衝タンク（２３０６）内に蓄積され、そこから消化又は発酵ユニット、又は好適であれば更なる貯蔵へポンプ搬送される（２３０７）。適宜、すすぎ及び洗浄を行うために、洗浄水ノズルがシュートの上端に設置される（２３０８）。固体フラクションはスクリューコンベヤの上端（２３０９）から排出されて、そこから３段階堆肥化ユニット（５０００）に移される。
【０１３４】
別の分離ユニット、遠心分離デカンター２５００：
図５ａ及び５ｂは、本発明のために開発された別の実施形態を示す。デカンターハウス（２５０１）（２５０２）及び円錐ディスク分離ハウス（２５０３）は、ユニットボス（２５０６）及びベアリングシャフト（２５１５）内のベアリングによって接合され、適所に保持される。ハウジングは、ウェッジベルト駆動装置（図示せず）を有する主駆動装置によって少なくとも約３８００ｒｐｍで回転する。スクリューコンベヤ（２５１６）は、デカンタースクリューコンベヤ（２５０５）のためのベアリングハブ、及び内側ベアリング（２５０７）のためのハブの上のベアリング上に載置される。スクリューコンベヤ（２５１６）はハウジングよりも低速で回転し、ウェッジベルト駆動装置（図示せず）を有する補助駆動装置によって駆動される。入口管（２５０４）は固定されており、入口端部の位置決めトレスル上、及びデカンター内部の位置決めベアリング（図示せず）上に載置される。入口管は、材料をスクリューコンベヤ（２５１６）上の出口孔（２５１７）を通ってデカンター中に流入させるための出口孔（２５０９）を備えている。その他方の端部において、入口管は、固定ポンプインペラー（２５１１）に接合される。入口管及び固定インペラーは、分配リング（２５１４）のためのプレート上に固定されたベアリング（図示せず）上に載置される。内側シャフト（２５１９）は分配ディスク（２５１２）に固定され、分離ディスク（２５１３）は内側シャフト（２５１５）上に配置される。分離ディスクの頂部上には、頂部ディスク（２５１８）がある。頂部ディスク（２５１８）の中心には、より軽質の相のための出口管（２５２０）があり、円錐分離ハウス（２５０３）の端部上には重質相のための出口管（２５２１）がある。重質相用の出口管（２５２１）の外側は、内側シャフト（２５２２）及び出口管（２５２３）用の支持体を備えたベアリングハブ（２５１５）を形成する。
【０１３５】
連続流バイオディーゼル反応器：ユニット４０００：
分離ユニットの脂肪／油分離からの脂肪／油成分は、遊離脂肪酸の相当なフラクション、通常は３０〜６０％の範囲で構成され、残りは前処理工程における不完全なけん化から生じるモノ−、ジ−、及びトリグリセリドである。脂肪／油成分をアルカリ水蒸気爆砕の前にコンパクトレンダリングユニット（６０００）において特定の脂肪に富む廃棄物流から分離する場合、ＦＦＡフラクションは通常は１０〜３０％である。
【０１３６】
好ましい実施形態において、遠心分離精製からの脂肪／油成分は、任意のＦＦＡ及びグリセリドの組成、並びに比較的高い含水量に適応可能であるように設計されたモジュラー型フロー反応器（４１００）において、ＦＦＡの単一段階又は多段階エステル化及びグリセリドのトランスエステル化にかける。連続流反応器は、ＦＦＡとグリセリドの比が０〜１の範囲の可変組成の低グレードの供給材料の柔軟で有効かつ経済的な変換を可能にするように明確に構成される。
【０１３７】
本発明のバイオディーゼルユニットは、（ｉ）広範囲の処理量及び触媒接触時間の要件、（ｉｉ）大きな圧力及び温度範囲、並びに効率的な熱伝達、（ｉｉｉ）触媒の組成及び構造における高度の柔軟性、（ｉｖ）配置、維持、及び触媒再生における高度の柔軟性に適用可能な連続流反応システムを提供する。かかる連続流反応器はモジュール式であり、３つの主要な構成要素：（ｉ）一方の側が触媒材料（４１１０）でコーティングされている波形接触プレート、（ｉｉ）触媒及び流れ攪乱内表面（４１２０）を有するスペーサ、及び（ｉｉｉ）触媒表面を有するスタティックミキサー（４１３０）から構成される。
【０１３８】
反応器は、反応器内の注入の前又は注入中に反応物質を効果的に混合し、あるいは均一触媒を更に加え、必要に応じて共溶媒を加えることができるように構成された入口システムを備える。このような共溶媒は、好ましくは本プロセスにおいて生成し、部分的に再循残りは前処理工程における不完全な環され、メタノール、グリセリド、及びＦＦＡの均質反応混合物の形成を促進するメチルエステルである。プレミキサーの利用例を図６ａに示す（４１０１）。この例では、硫酸を、均一触媒として、又は固体触媒の活性化のためにメタノールと予備混合する。これは、同時に、このプロセスにおいて放出される溶媒和エネルギーを回収するように働く。別のプレミキサーにおいては、遊離脂肪酸及びグリセリドを、本プロセスにおいて生成することができる類似の脂肪酸メチルエステル、又は他の共溶媒と混合する。次に、それぞれのブレンドを第３のプレミキサー内で混合する。
【０１３９】
好ましい実施形態では、図６ａにおいて完全なものとして示される連続流バイオディーゼル反応器は、ＦＦＡのエステル化及びグリセリドのトランスエステル化を単一工程で可能にするように構成される。
【０１４０】
本実施形態では、連続流バイオディーゼル生成ユニットは、触媒表面を与える￥固体触媒（４１１１）で一方の側がコーティングされた波形プレート（４１１０）を含む。あるいは、波形接触プレートは、一方の側の上に、遊離脂肪酸の触媒変換及び／又はグリセリドのトランスエステル化のための固定化触媒、好ましくは酵素を有する表面層を含む。プレートは、好ましくは、互いに向かい合う２つのコーティングされた表面と、互いに向かい合う２つのコーティングされていない表面とを交互にして積層する。有利であれば、任意の他の積層順序が随意である。プレート間の間隔はスペーサ（４１２０）によって調節可能であり、反応器の流動様式の縁部で乱流及び効率的な混合を増大させるために、流れを攪乱させる内面を有する。触媒接触プレート間の距離は、スペーサの幅を適切に選択することによって、望ましいように構成することができる。
【０１４１】
好ましくは、スペーサーの内面もまた、適切な固体又は酵素触媒（４１２１）でコーティングされる。スペーサは密封ガスケットを有し、個々の波形接触板の間に間隙を形成する。この構成では、コーティングされていない表面の間の間隙は、水蒸気、油、水、冷却剤などの熱交換媒体のためのチャネルを提供する。触媒表面間の間隙は、連続流反応器の反応区域を提供する（図６ｂ）。あるいは、スタティックミキサープレート（４１３０）が触媒接触プレートの間に設置されて、スペーサーがスタティックミキサープレートとこれらを囲む触媒接触プレートとの間の間隙を規定する（図６ｃ）。
【０１４２】
スタティックミキサーは、好ましくは接触プレート（４１３１）と同じ触媒でコーティングする。従って、このようなスタティックミキサーは、触媒表面の範囲を増加させ、反応器を通る巨視的な流れのより良好な制御を可能にし、そして全ての触媒表面での材料の効果的な混合及び交換を与える。明確にするために、反応セルのスタティックミキサーセクションを通る断面の非限定的な例を、反応物質のフローライン（４１３３）と共に図６ｄに示す。
【０１４３】
この例では、部分流が、ミキサーの出口区画側でより短い向流フィンで終端する角度のついた向流スリットによって入口区画から誘導される。出口区画中への直接流を制限することによって、それぞれの反応セルの出口ポートに向かう正味の流体抵抗（図６ｄにおいて下向き）を確実にし、反応セルの出口セクションにおける乱流混合を確実にする。
【０１４４】
出口ポートに向かう更なる正味の流体抵抗及び増大した乱流は、向流スリット間に設けられた主流方向に向けられた追加の制限された流れスリットによって達成することができる。主流方向に沿って２つの制限された流路を与えるこの構成の例を図６ｄに示す。それぞれの間隙は、それぞれ反応区域及び熱交換区域を通る連続流を可能にするように直列に接続される。これらの流動様式は、所望の熱勾配に応じて、並流構成であっても、向流構成であってもよい。交互の接触プレート及びスペーサ並びに静的プレートミキサーは、横方向トラック上に適切な順序で積層され、独立したスライダ上の剛性エンドプレートによって圧縮される。エンドプレート間に収容することによって、エンドプレートの仕様によってのみ制限される高い横方向動作圧力を可能にする。
【０１４５】
ガスケットの横方向の許容範囲を超える高圧又は超高圧の用途に関しては、連続流バイオディーゼル反応器は差圧均圧化器内に収容される。差圧均圧化器は、高圧密封ケーシング（４１０２）を含み、主として、反応器ガスケットに対する横方向の圧力歪みを低減するように働く。反応器の入口及び出口ポート（反応物質及び熱流体）は、高圧管状シール（４１０３）又は他の高圧シールを通ってケーシングの外側に延在する。
【０１４６】
反応物質の供給流を、スタティックプレミキサー（４１４０）の後に設置されている好ましくは空気駆動の高圧液体ポンプ（４１０４ａ）によって供給し、圧力は反応物質変換路（４１０５ａ）の出口ポートにおいて背圧調整器によって制御する。同様に、熱液体は、好ましくは空気駆動の高圧液体ポンプ（４１０４ｂ）によって供給し、圧力は、熱媒体路（４１０５ｂ）の出口ポートにおいて背圧調整器によって制御する。始動中の熱セクション及び変換セクションにおける圧力上昇、その維持、及び運転停止時のその低下は、熱媒体及び反応物質供給流（ＤＳ１２ａ及びｂから４１０４ａ及びｂ）のための高圧ポンプを同期させる制御ユニット（ＤＳ０８及びＤＳ０９から４１０６）に供給される両方の背圧調整器（４１０５ａ及びｂ）からの読み値を用いて能動的に同期される。
【０１４７】
差圧均圧化器内での運転において、ケーシングは、反応器の運転圧力に匹敵するか又はそれよりわずかに低い圧力に維持される。好ましくは、反応圧力、熱媒体圧力、及びケーシング圧力は、空気駆動の高圧又は超高圧液体ポンプ（４１０４ａ、ｂ、及びｃ）によって達成され、維持される。加圧液体は、好ましくは本プロセスで生成されるか、又は生成されるバイオディーゼルの鎖長に匹敵する鎖長を有する脂肪酸メチルエステルであるが、好ましくは不活性で低圧縮性の他の媒体であってもよい。
【０１４８】
あるいは、加熱セクションは２以上の加熱区域に分割することができ、ここで、別の区域は異なる媒体（例えば、油及び水蒸気）で加熱することができる。そのような分離はまた、例えば、同じ加熱媒体を反応器システムの異なる区域中に並行して注入することによって熱勾配を最小にするように働かせることもできる。同様に、反応区域を積層して、明らかに異なる反応条件を有する異なるセクションを与えることができる。バイオディーゼル生成のためには、これらは、例えば、触媒表面が主にＦＦＡエステル化に適合した第１のセクション、及び触媒表面が主に供給流のグリセリドフラクションのトランスエステル化に適合した第２のセクションを構成していてよい。これらは、例えば、それぞれ酸性及び塩基性の固体触媒、又は異なる酵素触媒であってよい。有利な場合には、これらのセクションは、イオン交換セクション又は脱水セクションによって更に分離することができ、ここでは、脱水又はイオン交換材料は、それぞれの積層可能なプレートの表面上に固定化され、反応器を取り外すことなく、熱又は化学処理によって再生することができる。これは、触媒表面の活性が触媒表面の活性を維持するための均一な触媒又は媒体の同時注入によって高められる場合に特に有利であり得る。そのような媒体が有利である可能性がある例は、硫酸化ジルコニウム酸化物又は他の硫酸化金属酸化物を使用する場合である。ここでは、同時注入された硫酸は、同時に均一触媒として働き、触媒表面の活性を維持するように働くことができる。塩基性触媒表面が適用されるアルカリ水酸化物又は他の塩基性媒体の同時注入に関して、同様の状況を適用することができる。
【０１４９】
あるいは、反応器は、ＦＦＡのエステル化及びグリセリドフラクションのトランスエステル化を別々に運転することが有利である場合には、複数のセクションに分割することができる。このような構成では、１つ又は両方のセクションを、均一系触媒を用いて、中間工程として適切な精製／コンディショニングを伴って運転することができる。これらとしては、フラッシュ蒸発、脱水、又はイオン交換を挙げることができるが、これらに限定されない。
【０１５０】
半連続堆肥化ユニット（５０００）：
半連続堆肥化ユニット（５０００）は３段階加速堆肥化プロセスを含み、第１工程は加速開始工程（５１００）を構成し、これは高い消化性の炭素含有物によって低いＣ：Ｎ比を許容し、高い当初基質温度、高い植種比、炭素フラクションの高い消化性、及び有効な混合及び曝気によって中温相をバイパスする。第２工程は、高いＣ：Ｎ比の、より低い消化性の通常の炭素含有物（これは同時に水分調整材として機能する）によるインキュベーション工程（５２００）である。第３工程は、エージングプロセスであり、これは通常は従来のパイルで進行する。
【０１５１】
開始セクション（５１００）は、個々のモーター（５１０４ａ及びｂ）によって駆動される反対の搬送方向を有する２つの平行な区画（５１０２）に分離されたコンベヤミキサー（５１０１）から構成される。第１のミキサー区画は、開始セクションの入口を画定する頂部装填供給ポート（５１０５）を備える。開始／ミキサーセクションは、スクリューコンベヤ（５１０７ａ）により３相分離ユニットから固体基質を連続的に供給される予備混合サイロ（５１０６）によって供給され、第２スクリューコンベヤ（５１０７ｂ）によって、例えばバイオディーゼル生成からのグリセロール、製パン又は果物産業からの廃棄物などの非常に入手しやすい炭素に富む補給材料を加えることができる。このような補給材料はまた、基質の多孔質を増大させるか、又は生成される堆肥の特性を調節するように働かせることもできる。このような材料の例は、使用済の漂白土、従来のバイオディーゼル生成からのカリウム、又は本明細書中において上記に記載した前処理及び分離プロセスにかけられていない任意の他の好適な有機廃棄物である。第２のミキサー区画は、その端部、即ちミキサーの出口に排出ポート（５１０８）を備える。排出ポートは、第２の混合セクションの遠位端の底部にある。両方の区画には別々に駆動されるシャフトが備えられていて、低クリアランスで終端している傾斜パドルブレード（５１０９）が与えられている。
【０１５２】
パドルブレード軸は、ここでは、垂直な、即ち駆動シャフトに平行な垂直レーキブレード（５１１０）を備えて示されている。２つの区画はＵ字形（５１１１）であり、パドルプレートの比較的小さいクリアランスを有しており、第１の区画の遠位端が第２の区画の始点と接する箇所を除いて、分離プレート（５１１２）によって分割されている。この点において、基質は、第１の区画の端部におけるシャッフルブレードによって第１の区画から第２の区画へ搬送される。第２の区画の端部セクションはシャッフルブレードによって終端しており、このセクションにおいて、分離プレートは高さが調節可能であり、通常は中央分離プレートの高さの１／２〜２／３である。従って、通常はその全長の約１／８である排出セクション内では、基質の一部が分離プレートの上方の第２の区画から第１の区画に戻される。この部分は植種材料として機能し、一方で残りは堆肥化ユニットのインキュベーションセクションに移される。新しい基質の植種のために搬送される材料と、インキュベーションセクションに搬送される材料との比は、分離プレートの高さを好適に調節することによって調節することができる。あるいは、バッチ生成及び混合時間の延長のために、出口ポートを閉じて分離プレートを取り外すことができる。この構成では、バッチ間でミキサーを空にするために排出ポートが開放される。バッチ生産においては、ミキサーは、次のバッチのための十分な種を与える程度までのみ空にされる。いずれの構成においても、ミキサーの排出ポートは、排出ポート（５１０８）の下方に配置されたスクリューコンベヤ（５１１５）に直接接続される。
【０１５３】
スクリューコンベヤ（５１１５）は、基質を堆肥化ユニットの開始セクションからインキュベーションセクションに搬送するように働くが、同時に、インキュベーション段階の前に加えられる水分調整材のための混合ユニットとして働く。
【０１５４】
これは、ミキサーからインキュベーションセクション／容器への経路上でスクリューコンベヤの直径を５０％増加させることによって達成される。
水分調整材を加えるための頂部装填ポート（５１１６）は、スクリューコンベヤの直径が増加する位置から約０．５〜１．０ｍ下流の、供給サイロ（５１１８）の中を通るスクリューコンベヤ（５１１７）によって供給される。スクリューコンベヤは、インキュベーションセクション（５２００）の頂部上の放出アーマチュア（５２０１）に接続され、それからの放出は、インキュベーションセクション（５２０２）に沿った別個の位置において取り外し可能な底部ハッチによって行うことができる。インキュベーションセクションは、頂部セクションに設けられた加湿噴霧器（５２０３）、及び底部セクションに設けられた加圧空気による強制曝気（５２０４）を有する２０フィート又は４０フィートの輸送容器内に好適に配置することができる。
【０１５５】
ＳＨＷがこのプロセスにおいて与えられて、減少した含水量を有する脂肪及びタンパク質成分に分離される場合、タンパク質フラクションは、２〜４のＣ：Ｎ比を有すると予想することができる。家庭廃棄物の有機フラクションの大部分を構成する食品廃棄物は、通常は８〜１０の範囲である。システムが全体として提示されるこの好ましい実施形態では、堆肥化にかけられる有機フラクションは、水蒸気爆砕及び分離ユニットを通過し、これにより潜在的な病原性材料の滅菌、並びにＨＨＷのかなりの割合を構成し得る炭素に富むセルロース材料、例えば紙及びおむつの消化性の増大が与えられる。水蒸気爆砕ユニット内における加熱による滅菌は、これが規制によって要求され、そうでなければ生成された堆肥の使用が制限されるＳＨＷ廃棄物の場合に特に有利である可能性がある。これはまた、家庭廃棄物の場合、特にかかる廃棄物がほとんどの都市部に関する場合のようにかなりの割合の使用済みおむつを含む場合にも当てはまる。そのようにして得られた堆肥化材料は、園芸廃棄物、及びグリセロール（例えば、バイオディーゼル生成から）、小麦粉、ドウ、果実、及び食品産業からの他の炭素に富む廃棄物、並びに他の供給源からの高糖含量の固体廃棄物と平衡化させることができる。開始工程におけるＣ：Ｎ比は、好ましくは１５〜２０の範囲の比を達成するように平衡化することができるが、１０〜１５の範囲で運転することもできる。
【０１５６】
随意的な湿潤レンダリングユニット（６０００）：
上述のように、屠畜場廃棄物（ＳＨＷ）、又は植物油及び魚油産業からの廃棄物（ＯＩＷ）などの脂肪及び／又は油に富む廃棄物流については、本システム及びプロセスには随意的なレンダリングユニットを含ませることができ、これは本発明の一部である。本発明のこのようなユニットの構成の一例を図８に示し、この実施形態では、ユニットは受容セクション（６１００）を含み、これから材料が、粉砕機（６２００）を通ってヒータまで前方に供給されて、流れの温度を上昇させる。加熱された流れは、溶融タンク（６４００）に供給され、その中で基質を更に崩壊させて、タンパク質を凝固させる。基質は、８０〜１００℃の範囲の温度、例えばより好ましくは約９０〜９５℃の範囲の温度において、通常は３０〜６０分の範囲の時間維持され、実際の時間はレンダリングされる材料の組成に依存し得る。加熱／溶融した後、基質はデカンター（６５００）に移され、そこで油／脂肪相を水性スラリーから分離し、次いで水性スラリーを遠心分離機（６６００）における遠心分離によって更に分離し、そこから好ましくは少なくとも３０〜４０％又はそれ以上の乾燥物質の固体材料を有するフラクションが得られ、次いでこのフラクションを水蒸気爆砕処理のための前処理ユニットに送ることができる。レンダリングからの水相は、好ましくは十分に低い固形分含量を有しているので、局所的な要件に応じて、下水に廃棄するか、又は水処理にかけることができる。
【０１５７】
エネルギー及び材料バランス：
以下の実施例は、そのエネルギー自給性を立証する目的で、システム全体のエネルギー及び質量バランスの計算を与える。これらの計算は例示的なものであり、メタン及びバイオディーゼルの生成に適用され、下記に詳述する一連の前提に基づいている。簡略化のために、システムの熱エネルギーループにおいては熱損失も熱回収も考慮しないが、燃料から電気への変換効率は、このプロセスにおける熱回収を含めて８０％に設定する。前提の組をシステムに合理的に適用されるものとして再規定して、当業者が異なる運転条件下でシステムの自給率を検証することを可能にすることができる。
【０１５８】
材料及び組成：
計算は、１０，０００ｋｇ／時、又は２．７８ｋｇ／秒の物質流量に基づいている。
平均流入廃棄物流は、以下の基本組成を有する：水：６０％；脂肪及び／又は油：１５％；乾燥物質：２５％。
【０１５９】
材料変換効率：
メタンに変換された固体の割合：２０％
バイオディーゼルに変換された脂肪及び／又は油の割合：８０％
比熱及び蒸発熱：
水の比熱：４．２ｋＪ／ｋｇ・℃
乾燥物質の比熱：２．１ｋＪ／ｋｇ・℃
脂肪／油の比熱：２．０ｋＪ／ｋｇ・℃
加重平均比熱：３．３ｋＪ／ｋｇ・℃
バイオディーゼル蒸発熱：３６０ｋＪ／ｋｇ・℃。
【０１６０】
燃焼熱：
メタン燃焼熱５５．７ＭＪ／ｋｇ
バイオディーゼル燃焼熱４０ＭＪ／ｋｇ
主なエネルギー投入量：
熱；
水蒸気爆砕のために材料を０℃から２１２℃に加熱；３．３（ｋＪ／ｋｇ・℃）×１０，０００（ｋｇ／時）×２１２（℃)=７，０００ＭＪ。
【０１６１】
水蒸気爆砕後で３相分離の前に材料を４０℃から９５℃に再加熱；３．３（ｋＪ／ｋｇ・℃)×１０，０００(ｋｇ/時)×５０（℃)=１，６５０ＭＪ
脂肪／油のバイオディーゼルへの変換のために材料を０℃から６０℃まで加熱；２．０（ｋＪ／ｋｇ・℃）×０．１５×１０，０００（ｋｇ／時）×６０（℃)=１８０ＭＪ。
【０１６２】
バイオディーゼルを蒸留のための０℃から１８０℃へ加熱；２．０（ｋＪ／ｋｇ・℃）×０．１５×１０，０００（ｋｇ／時）×１８０（℃)=５４０ＭＪ。
バイオディーゼル蒸発熱；３６０（ｋＪ／ｋｇ・℃）×０．１５×１０，０００(ｋｇ/時)=５７０ＭＪ。
【０１６３】
熱回収なしの総熱エネルギー投入量：７０００＋１，６５０＋１８０＋５４０＋５７０＝９，９４０ＭＪ／ｈ。
電力；
電気投入量は８００ＭＪ／時と見積もられ、これは熱エネルギー投入量の約８％に達する。変換効率は、蒸気ボイラのための水を加熱するための発電機からの効率的な熱回収を仮定して、発電に使用される燃料とは無関係に概して８０％と設定する。
【０１６４】
熱回収を伴う総電気エネルギー投入量：１００×８００／８０＝１０００ＭＪ／時。
システムへの総エネルギー投入量＝１１，０００ＭＪ／時。
燃料生成：
メタン生成； １０，０００ｋｇ／時×０．２５×０．２＝５００ｋｇ／時
バイオディーゼル生成；１０，０００ｋｇ／時×０．１５×０．８＝１２００ｋｇ／時。
【０１６５】
燃焼熱：
メタン燃焼の総熱量：５００ｋｇ／時×５５．７ＭＪ／ｋｇ＝２７，８００ＭＪ／時。
バイオディーゼル燃焼の総熱量：１２００ｋｇ／時×４０ＭＪ／ｋｇ＝４８，０００ＭＪ／時。
【０１６６】
システムへの総エネルギー投入量：１１，０００ＭＪ／時。
システム内で生成される燃焼燃料の総利用可能熱量：７５，８００ＭＪ／時。
システムのトータルの正味エネルギーバランスは、システムへの総エネルギー投入量と、プロセスにおいて生成される燃料の燃焼の総熱量との間の差として表すことができる。この例では、システムの正味エネルギーバランスは７５，８００ＭＪ／時−１１，０００ＭＪ／時＝６４，８００ＭＪ／時である。
【図１ａ】
2020534153.tif 000004
【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図７ａ】
2020534153.tif 000018
【図７ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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