Способ и устройство для непрерывного теплового гидролиза при рециркуляции рекуперированного водяного пара

Способ и устройство для непрерывного теплового гидролиза при рециркуляции рекуперированного водяного пара

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для непрерывного теплового гидролиза шламов, содержащих органическое вещество, смешанных или не смешанных с другими отходами, содержащими органическое вещество. Такие шламы или отходы могут образовываться, например, в ходе обработки бытовых сточных вод (шламы, сброженные или несброженные, образующиеся при очистке, жирные, образующиеся при предварительной обработке) или промышленных стоков (например, промышленность по переработке сельхозпродукции, скотобойни, производство патоки) или представлять собой отходы типа бытовых отбросов, содержащих органическое вещество, или же веществ, остающихся после опорожнения емкостей из-под жиров. В данном описании будет использован ниже термин «шлам».

Уровень техники

Образующиеся при обработке сточных вод шламы, будь то бытовые или промышленные или сельскохозяйственные сточные воды, могут обрабатываться биологическим способом, в частности, путем анаэробного разложения (сбраживания).

Целью биологической обработки является разложение содержащегося в этих шламах органического вещества. Такое разложение может иметь своим назначением стабилизацию шламов, возможность получения энергии (через производство биогаза) и/или также снижение объемов шламов. Однако некоторые органические соединения более трудно разлагаются биологическим способом по сравнению с другими, и, как известно, используется предварительная обработка посредством теплового гидролиза, позволяющая ускорить процесс биологического разложения. Как правило, такая тепловая обработка проводится под давлением и при температуре свыше 100°С, на практике до 220°С, в течение заданного временного периода, на практике, как правило, в течение получаса. Благодаря такой обработке тепловым гидролизом биологически трудно разлагаемое органическое вещество превращается в соединения, которые впоследствии более легко разлагаться биологически.

Традиционно такое последующее биологическое разложение может происходить в результате разложения внутри закрытого анаэробного реактора, называемого автоклавом. Такие анаэробные автоклавы могут работать надлежащим образом только в том случае, если в них используется соответствующая постоянная температура, что требует, как правило, наличия нагревательной системы, и если в них производится надлежащее перемешивание. Это перемешивание тем легче, чем жиже задаваемые в автоклав шламы, т.е. чем меньше их вязкость.

В уровне технике известны разные способы теплового гидролиза, при этом некоторые из них осуществляются так, что заданные, подлежащие гидролизу количества шламов обрабатываются последовательно, т.е. периодически («периодический» режим работы), в то время как другие способы созданы для обеспечения непрерывной или по меньшей мере полунепрерывной обработки подлежащих гидролизу шламов.

В отношении известных из уровня техники устройств и способов теплового гидролиза можно указать, в частности, на патентные документы WO 96/09882 и WO 2006/027062, оба из которых касаются периодических способов обработки.

Такие периодические способы имеют свои недостатки, заключающиеся в необходимости управления циклами обработки разных партий шламов, подлежащих обработке, и в повторяющейся работе некоторых видов оборудования, например, открытие-закрытие клапанов, что может вызывать преждевременный износ.

Из способов обработки шламов непрерывным или полунепрерывным тепловым гидролизом можно указать на способы, раскрытые в патентных документах ЕР 1198424 и WO 2009/121873.

Согласно способу, описанному в ЕР 1198424, шламы поступают в реактор, через который они перемещаются в течение от 5 до 60 минут при температуре от 130 до 180°С. Гидролизованные такой обработкой шламы затем охлаждаются посредством теплообменника настолько, чтобы их температура была достаточно низкой для обеспечения совместимости с работой расположенного ниже по потоку автоклава и для предотвращения распада биомассы в нем. Рекуперированная при этом энергия позволяет предварительно нагревать шламы перед их поступлением в реактор для теплового гидролиза. Однако в этом способе теплообменники используют на не гидролизованных концентрированных шламах с содержанием твердых веществ свыше 10%, осуществление чего на практике может оказаться для пользователя затруднительным и вынужденным, поскольку требуются перерывы для технического обслуживания и очистки. С другой же стороны, при такой компоновке используется насос, в данном случае насос 11 на фиг. 1 документа ЕР 1198424, работающий на очень горячих шламах (130-180°С), что на основании опыта позволяет сделать вывод о его коротком сроке службы. Наконец такая компоновка имеет ограничение с точки зрения концентрации обрабатываемых шламов в том отношении, что она не позволяет обрабатывать шламы с содержанием твердых веществ свыше 20%. Также она не оптимальна с точки зрения потребления энергии, так как, если бы шламы были еще более концентрированными (т.е. имели содержание твердых веществ свыше 20% и, следовательно, содержание влаги менее 80%), то потребность в водяном паре сократилась бы еще больше, учитывая, что объем (содержащейся в шламах) воды, подлежащей нагреву водяным паром, снизился бы.

Согласно способу, описанному в патентном документе WO 2009/121873, шламы непрерывно обрабатываются в реакторе для теплового гидролиза, имеющем трубчатую форму, в который водяной пар инжектируется непосредственно.

Этот способ имеет то преимущество, что он является действительно непрерывным. Однако, хотя он существенно усовершенствовал обработку шламов тепловым гидролизом по отношению к другим имеющимся на рынке способам, ему все еще присущи некоторые ограничения.

Во-первых, в том случае, когда вязкость подлежащих гидролизу шламов, введенных в реактор, является слишком высокой, то инжекция водяного пара в них может оказаться затруднительной. На практике этим способом могут обрабатываться шламы с высоким содержанием твердого вещества. Свыше определенных показателей содержания твердого вещества тепловой гидролиз может оказаться не оптимальным, что ограничит производительность анаэробного разложения, осуществляемого ниже по потоку от теплового гидролиза.

Во-вторых, проведенные заявителем опыты показали, что тепловые и механические напряжения в реакторе для теплового гидролиза, используемом в рамках описанного в источнике WO 2009/121873 способа, могут потребовать использование специальных устройств. Было отмечено, что не все количество инжектированного водяного пара полностью конденсируется в шламах, содержание твердых веществ которых превышает определенное значение. На практике инжектированный в реактор водяной пар выбирает предпочтительные пути. В частности, эта проблема затронута в патентном документе WO 2009/121873, а именно в первом абзаце на странице 5, где говорится о том, что, когда реактор содержит горизонтальную часть, водяной пар и шламы имеют тенденцию разделяться на два слоя, а именно, на верхний, содержащий водяной пар, и нижний, содержащий шламы.

Однако для всех способов теплового гидролиза и, в частности, для непрерывных, критической фазой является подача водяного пара в шлам и конденсация в нем. Действительно, если этот этап не прошел правильно, то результаты способа теплового гидролиза могут существенно снизиться как с точки зрения химической реакции, так и с экономической точки зрения, поскольку количество водяного пара, которое будет необходимо использовать, будет более значительным.

Однако способам теплового гидролиза обезвоженных шламов присуща трудность, состоящая в эффективной инжекции водяного пара в шламы и следовательно в обеспечении их смешивания в том случае, когда эти шламы являются излишне вязкими. Поскольку по своей природе шламы являются вязкими, то чем больше их содержание твердого вещества, тем труднее инжектировать в них водяной пар, перемешать их и сообщать им энергию за счет конденсации для обеспечения теплового гидролиза трудно биоразложимых соединений.

Для периодических способов обработки рекомендуется использовать перемешивание в обрабатывающих емкостях для получения однородной смеси из водяного пара и обрабатываемых шламов. Благодаря такому перемешиванию в обрабатывающих емкостях смесь из шламов и водяного пара становится однородной и водяной пар способен быстро отдавать свою энергию шламам при конденсации. Однако при использовании как непрерывных, так и периодических способов, известных из уровня техники, на практике шламы не могут быть эффективно гидролизованы по меньшей мере при промышленной переработке на основе описанных способов, заявленных в приведенных выше патентных документах, как только их содержание твердых веществ составит более 20%. Это делает необходимым, чтобы содержание твердого вещества в шламах было ограничено 20 вес. %.

В патентном документе WO 2009/121873 рекомендуется использовать статические или динамические смесители в реакторе с целью улучшения смешивания водяного пара со шламом. Это указано в последнем абзаце на стр. 5 описания изобретения к патентному документу WO 2009/121873. Такие смесители рекомендованы, в частности, в том случае, когда водяной пар инжектируется в горизонтальную часть реактора, поскольку она отождествляется, как уже упоминалось выше, в качестве зоны, в которой водяной пар обладает особой склонностью к отысканию предпочтительного пути выхода, не полностью смешивается со шламом и, следовательно, не отдает ему энергию надлежащим образом, причем эта склонность ведет к снижению производительности реактора для теплового гидролиза. Однако необходимо отметить, что, насколько известно заявителю, никакая промышленная компоновка с использованием таких динамических или статических смесителей эффективно не применялась до настоящего времени при обработке шламов в стандартных установках.

Цели изобретения

Целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для осуществления этого способа, которые позволяют согласно по меньшей мере одному варианту осуществления улучшить показатели технологии, раскрытой в WO 2009/121873 и считающейся наиболее близким аналогом по отношению к описываемому ниже изобретению.

В частности, целью настоящего изобретения является описание способа и устройства, которые позволяют согласно по меньшей мере одному варианту осуществления обрабатывать шламы, подлежащие тепловому гидролизу и обладающие уровнем содержания твердых веществ, превышающим максимальное содержание твердых веществ, которое могло эффективно использоваться до настоящего времени в уровне технике, при этом без снижения показателей разложения шламов, которые обычно присущи тепловому гидролизу.

Также целью настоящего изобретения является создание способа и устройства, которые позволяют согласно по меньшей мере одному варианту осуществления получать однородные температуры в смеси из шлама и водяного пара в реакторе для достижения высоких показателей теплового гидролиза и следовательно исключить механические напряжения, воздействующие на реакторы, обусловленные неоднородными температурами.

Другой целью изобретения является создание способа, который позволяет согласно по меньшей мере одному варианту осуществления снизить расход энергии при его выполнении.

В частности, целью изобретения является раскрытие способа и устройства, которые позволяют согласно по меньшей мере одному варианту осуществления снизить расход водяного пара при гидролизе шламов.

Еще одной целью изобретения является описание способа и устройства, которые согласно по меньшей мере одному варианту осуществления позволяют использовать реакторы с меньшим объемом, в частности, с меньшей длиной, по сравнению с известными из уровня техники реакторами, при обеспечении оптимальной конденсации водяного пара в шламе.

Другой целью изобретения является описание способа и устройства, которые позволяют согласно по меньшей мере одному варианту осуществления обеспечить гигиенизацию шламов.

Раскрытие изобретения

Все или некоторые из этих целей достигаются благодаря изобретению, которое относится, во-первых, к способу непрерывного теплового гидролиза подлежащих обработке шламов, содержащих органическое вещество, который включает в себя следующие стадии, на которых:

- одновременно осуществляют инжекцию рекуперированного водяного пара в шлам и перемешивание указанного шлама с указанным рекуперированным водяным паром посредством первичного динамического инжектора-смесителя для получения первичной однородной смеси предварительно нагретого шлама;

- одновременно осуществляют инжекцию свежего водяного пара в указанную первичную однородную смесь и перемешивание указанной первичной однородной смеси с указанным свежим водяным паром посредством вторичного динамического инжектора-смесителя для получения вторичной однородной смеси из шлама, нагретого до требуемой температуры теплового гидролиза;

- подают указанную вторичную однородную смесь в трубчатый реактор под давлением и обеспечивают по существу поршневой режим потока указанной вторичной однородной смеси в реакторе в течение времени пребывания и при температуре, достаточных для теплового гидролиза органического вещества, содержащегося во вторичной однородной смеси;

- получают указанный рекуперированный водяной пар с помощью средств получения рекуперированного водяного пара из указанной вторичной однородной смеси, полученной на выходе из указанного трубчатого реактора;

- охлаждают указанную вторичную однородную смесь на выходе из указанных средств получения рекуперированного водяного пара до температуры, позволяющей осуществлять последующее разложение содержащегося в ней гидролизованного органического вещества.

Следует отметить, что в данном описании под термином «динамический инжектор-смеситель» подразумевается любой смеситель, образованный из камеры и средств для перемешивания, за счет приводимых в действие двигателем механических средств, различных фаз, поступающих в эту камеру, для получения на выходе однородной смеси. Такими средствами могут быть, например, лопатки или шнеки, приводимые в действие ротором, или любое другое смесительное средство, также приводимое в действие ротором.

Под термином «поршневой режим потока» понимают поток, внутри которого все частицы движутся с одинаковой скоростью.

В контексте изобретения:

- рекуперированный водяной пар - это водяной пар под давлением, произведенный за счет тепла гидролизованного шлама на выходе из реактора;

- свежий водяной пар - это водяной пар под давлением, произведенный предусмотренным для этой цели вспомогательным устройством, таким, как, например, котел, система когенерации или любая другая соответствующая система.

Охлаждение вторичной однородной смеси имеет целью снижение ее температуры. Это может быть достигнуто, например, пропусканием ее через один или несколько теплообменников и/или разбавлением ее водой и/или свежим шламом. В случае разбавления шламом это повлекло бы за собой изменение их сухости и снижение их температуры.

Таким образом, изобретением предложено осуществлять первичное перемешивание рекуперированного водяного пара с подлежащим гидролизу шламом для получения совершенной однородной первичной смеси предварительно нагретого шлама, затем осуществлять вторичное перемешивание свежего водяного пара с первичной смесью для получения совершенной однородной смеси вторично нагретого шлама выше по ходу потока от стадии теплового гидролиза, осуществляемой после этого в трубчатом реакторе. Стадия получения рекуперированного водяного пара из вторичной однородной смеси, полученной на выходе из указанного трубчатого реактора, также используется для обеспечения питания рекуперированным водяным паром на стадии первичного смешивания.

Таким образом, согласно изобретению фазы первичного и вторичного смешивания шлама с рекуперированным водяным паром и свежим водяным паром четко отличаются от фазы теплового гидролиза, при этом указанные фазы смешивания и фаза теплового гидролиза проводятся в разных устройствах.

Однородная смесь из первичной и вторичной однородных смесей, полученная до проведения теплового гидролиза, позволяет водяному пару сконденсироваться в шламе на участке динамических инжекторов-смесителей и, таким образом, нагреть шлам. После этого эта однородная смесь поступает в реактор, в котором она может двигаться в виде потока, насколько возможно приближенного к поршневому режиму. Будучи однородной монофазной жидкой фазой, смесь поступает в реактор при однородной температуре, при которой тепловой гидролиз биологически трудно разложимых соединений может протекать эффективно и оптимально.

Обычно на выходе из трубчатого реактора такая однородная смесь, содержащая гидролизованное органическое вещество, при необходимости доводится до температуры и/или концентрации, при необходимости, путем разбавления, которые позволяют осуществлять последующее разложение.

Таким образом изобретение явно отличается от предшествующего уровня техники и, в частности, от патентного документа WO 2009/121873, наличием признака, согласно которому смешивание подлежащего гидролизу шлама с водяным паром, в данном случае, с рекуперированным водяным паром и затем со свежим водяным паром, проводится выше по ходу потока от реактора для теплового гидролиза, а не внутри него.

Такая опция не имеет ничего общего с техническим решением указанного документа предшествующего уровня техники, согласно которому возможно использовать статический или динамический смеситель, встроенный в реактор. Однако это решение предшествующего уровня техники не позволяет получать достаточно однородную смесь, обеспечивающую оптимизацию теплового гидролиза. Настоящим изобретением данная проблема решается путем осуществления перемешивания выше по ходу потока от реактора, в результате чего поступающая в реактор фаза является полностью однородной и энергия водяного пара внутри этой смеси может полностью передаваться шламу таким образом, что любое пригодное для теплового гидролиза вещество может быть подвергнуто ему, если предусмотрено достаточное время пребывания, т.е. достаточная длина реактора.

Благодаря однородности смеси из шлама и водяного пара, проходящей через реактор, а также благодаря тому, что все количество водяного пара сконденсировано в шламе в результате эффективной работы динамического инжектора-смесителя, может достигаться однородная температура смеси. Такая однородная температура позволяет предотвратить появление предпочтительных путей движения водяного пара в реакторе и следовательно исключить тепловые и механические напряжения при появлении таких предпочтительных путей движения.

В частности, совершенная однородная смесь из водяного пара и шлама позволяет равномерно уменьшать вязкость смеси и, следовательно, предотвращать механические эффекты, связанные со сдвиговой деформацией шлама.

Получение однородной смеси нагретого шлама выше по ходу потока от реактора, приготовленной из подлежащего гидролизу шлама и рекуперированного водяного пара и затем свежего водяного пара в первичном и вторичном динамических инжекторах-смесителях, обеспечивает то преимущество, что могут обрабатываться подлежащие гидролизу шламы, имеющие высокое содержание твердого вещества, превышающее, в частности, 20%.

Использование этого способа позволяет также снизить количество свежего водяного пара, необходимого для теплового гидролиза шлама. Действительно, произведенный и инжектированный в шлам рекуперированный водяной пар частично замещает свежий водяной пар, введенный в шлам для его гидролиза. Таким образом возможно уменьшение количества энергии, необходимой для производства свежего водяного пара, и, следовательно, достижения экономии в отношении расхода энергии.

Кроме того, гидролизованный шлам, полученный в результате осуществления способа по изобретению, в большинстве случаев подвергают впоследствии разложению. Осуществление такого разложения позволяет производить биогаз, используемый по меньшей мере в значительной части, для питания котла или одного или нескольких узлов когенерации для получения свежего водяного пара для теплового гидролиза шлама. Следовательно, получение рекуперированного водяного пара и его инжекция в подлежащий гидролизу шлам позволяет ограничить потребность в свежем водяном паре и таким образом уменьшить долю произведенного биогаза, предназначенную для выработки свежего водяного пара для гидролиза шлама. Следовательно, возможно получение избыточной энергии (например, электрической энергии, тепла, подаваемого в сеть биологического метана и пр.) из этого биогаза, который может быть использован в других целях, отличных от гидролиза шлама, или по меньшей мере можно увеличить количество производимой энергии.

Согласно первому предпочтительному варианту осуществления, упомянутая стадия получения рекуперированного водяного пара включает в себя:

- стадию подачи указанной вторичной однородной смеси от выхода из указанного трубчатого реактора на вход теплообменника;

- стадию подачи воды на другой вход этого теплообменника,

при этом указанная вторичная однородная смесь отдает по меньшей мере часть своего тепла указанной воде для косвенного получения указанного рекуперированного водяного пара.

В этом случае тепло из гидролизованного шлама используется для косвенного получения рекуперированного водяного пара, образуемого из воды, поданной в теплообменник, внутри которого проходит гидролизованный шлам. Согласно этому варианту рекуперированный водяной пар производится косвенно из вторичной однородной смеси. Такое осуществление позволяет получать «чистый» рекуперированный водяной пар, т.е. водяной пар, который по существу не содержит таких элементов, как пена, частицы, неконденсирующиеся вещества и прочее, как это имеет место в случае получения водяного пара однократного испарения.

Согласно второму предпочтительному варианту осуществления стадия получения рекуперированного водяного пара включает в себя стадию подачи вторичной однородной смеси от выхода из указанного трубчатого реактора в реактор однократного испарения, в котором быстро снижают давление и температуру вторичной однородной смеси для получения водяного пара однократного испарения, причем этот пар служит в качестве указанного рекуперированного водяного пара.

В этом случае тепло из гидролизованного шлама используется для прямого получения рекуперированного водяного пара в виде водяного пара однократного испарения, который будет смешан с подлежащим гидролизу шламом в первичном инжекторе-смесителе для повышения его температуры: таким образом достигается предварительное повышение температуры подлежащего обработке шлама. Согласно этому варианту рекуперированный водяной пар получают непосредственно из вторичной однородной смеси.

Давление рекуперированного водяного пара составляет предпочтительно от 1 до 10 бар абс. Следует отметить, что в рамках настоящего изобретения единица давления выражается в абсолютных барах (бар абс.).

Температура рекуперированного водяного пара составляет предпочтительно от 100 до 180°С.

Температура подаваемого на вход первичного инжектора-смесителя шлама составляет предпочтительно менее 60°С.

Способ согласно изобретению позволяет обрабатывать относительно свежие шламы, т.е. шламы с температурой, близкой к комнатной температуре или к температуре разложившихся шламов. Следовательно отпадает необходимость в предварительном нагреве шлама выше по ходу потока, например, с помощью дополнительного теплообменника. Это обеспечивает преимущество, в частности, в отношении технического обслуживания, поскольку техническое обслуживание теплообменников является относительно сложным и дорогостоящим.

Температура первичной однородной смеси на выходе из указанного первичного динамического инжектора-смесителя составляет предпочтительно менее 100°С.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения температура вторичной однородной смеси на выходе из вторичного инжектора-смесителя составляет от 100 до 200°С (в частности, температура внутри реактора позволяет осуществлять тепловой гидролиз органического вещества, содержащегося в шламе), давление - от 1 до 22 бар абс.

Предпочтительно температура вторичной однородной смеси на выходе из указанного вторичного инжектора-смесителя составляет от 150 до 170°С (т.е. температура внутри реактора позволяет осуществлять тепловой гидролиз органического вещества, присутствующего в шламе), давление - от 5 до 15 бар абс.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения температура свежего водяного пара, используемого для получения вторичной однородной смеси из свежего водяного пара и первичной однородной смеси, составляет от 100 до 220°С, давление - от 1 до 23 бар абс. Предпочтительно температура этого водяного пара должна составлять от 180 до 200°С, давление - от 10 до 16 бар абс.

Количество введенного при этом в шлам свежего водяного пара зависит от их содержания твердого вещества, а также от содержания в них органического вещества, подлежащего гидролизу.

Время пребывания вторичной однородной смеси внутри реактора, как будет указано ниже, достаточно для осуществления теплового гидролиза органического вещества, но в принципе составляет от 10 минут до 2 часов, предпочтительно от 20 до 40 минут.

Предпочтительно время пребывания вторичной однородной смеси в реакторе составляет по меньшей мере 20 минут, температура вторичной однородной смеси внутри реактора составляет по меньшей мере 100°С с тем, чтобы способом согласно изобретению можно было обеспечить также гигиенизацию указанного шлама, причем весь этот излом находится при соответствующей температуре (>100°С) в течение достаточно длительного времени. Для гигиенизации шлама требуется температура свыше 70°С в течение по меньшей мере 20 минут.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения на стадии охлаждения вторичной однородной смеси ниже по ходу потока от трубчатого реактора до температуры, позволяющей осуществлять последующее разложение содержащегося в ней гидролизованного органического вещества, предусмотрено по меньшей мере одно разбавление водой и/или свежим шламом и/или по меньшей мере одна стадия теплообмена внутри по меньшей мере одного теплообменника. Под свежим шламом понимается не гидролизованный шлам.

Таким образом возможно снижение температуры шлама и/или изменение его концентрации для обеспечения его совместимости (по температуре и/или концентрации) с биологическими процессами, протекающими в последующем процессе разложения, если он имеет место.

Выбор охлаждения и/или разбавления зависит от природы подлежащего разложению гидролизованного шлама.

Такое разбавление может оказаться необходимым для обеспечения последующего надлежащего разложения подвергнутого тепловому гидролизу шлама. Тогда температура смеси станет достаточно низкой и эта смесь будет достаточно разбавленной для соответствия биологическим процессам в автоклаве.

Также предпочтительно, чтобы способ согласно изобретению включал предварительные стадии обезвоживания и гомогенизации подлежащего обработке шлама для его подачи в первичный динамический инжектор-смеситель, причем эти предварительные стадии обеспечивают получение шлама с содержанием твердых веществ от 15 до 50%, предпочтительно от 15 до 35%, более предпочтительно от 20 до 35%. Для сведения следует напомнить, что на практике известные из уровня техники устройства не позволяют эффективно гидролизовать шламы со степенью содержания твердых веществ свыше 20%.

Согласно предпочтительному варианту осуществления способа по изобретению он включает в себя стадию адаптации условий применения первичного и вторичного динамических инжекторов-смесителей к содержанию твердых веществ шлама. Таким образом в том случае, когда динамический или динамические инжекторы-смесители содержат ротор с лопатками, скорость вращения этих лопаток может быть задана с учетом содержания твердых веществ так, чтобы можно было получить однородную смесь даже в случае высокого содержания твердых веществ.

Согласно другому аспекту изобретения последнее относится также к любому устройству для осуществления способа согласно любому из приведенных выше вариантов осуществления.

Согласно изобретению такое устройство содержит:

- по меньшей мере один первичный динамический инжектор-смеситель с выходом для первичной однородной смеси;

- средства для подачи подлежащего обработке шлама, содержащего органическое вещество, в указанный первичный динамический инжектор-смеситель;

- средства для подачи рекуперированного водяного пара в указанный первичный динамический инжектор-смеситель;

- по меньшей мере один вторичный динамический инжектор-смеситель с выходом для вторичной однородной смеси;

- средства для подачи указанной первичной однородной смеси в указанный вторичный динамический инжектор-смеситель;

- средства для подачи свежего водяного пара в указанный вторичный динамический инжектор-смеситель;

- трубчатый реактор для теплового гидролиза;

- средства для подачи указанной вторичной однородной смеси в указанный трубчатый реактор для теплового гидролиза;

- средства для получения рекуперированного водяного пара из указанной вторичной однородной смеси, полученной на выходе из указанного трубчатого реактора, причем эти средства содержат выход для рекуперированного водяного пара, сообщающийся с указанными средствами для подачи рекуперированного водяного пара;

- средства для охлаждения указанной вторичной однородной смеси, поступающей из указанных средств для получения рекуперированного водяного пара, до температуры, позволяющей осуществлять последующее разложение содержащегося в ней гидролизованного органического вещества.

Такое устройство согласно изобретению существенно отличается от описанного в WO 2009/121873 устройства своим признаком, согласно которому первичный и вторичный динамические инжекторы-смесители обеспечены выше по ходу потока от трубчатого реактора для теплового гидролиза, а не интегрированы внутри него. Как отмечалось выше, использование оборудования для смешивания подлежащего тепловому гидролизу шлама с водяным паром, а именно динамических инжекторов-смесителей, и отдельного устройства для теплового гидролиза содержащихся в шламе гидролизуемых тепловым способом соединений, а именно трубчатого реактора, позволяет оптимизировать работу этого трубчатого реактора для теплового гидролиза. Такая оптимизация выражается в получении гидролизованного шлама с более высоким содержанием гидролизованных соединений, легко разложимых в автоклаве, а также в возможности выполнения такого трубчатого реактора с меньшим объемом.

Следовательно, устройство согласно изобретению позволяет обрабатывать тепловым гидролизом шлам в реакторе меньшего объема, благодаря чему достигается немаловажное экономическое преимущество по сравнению с предшествующим уровнем техники.

Как уже отмечалось, возможно использование разных типов динамических инжекторов-смесителей для осуществления настоящего изобретения. Однако устройство согласно настоящему изобретению предпочтительно снабдить динамическими инжекторами-смесителями, имеющими камеру, содержащую ротор с лопатками или шнеками, скорость вращения которого может регулироваться в зависимости от степени содержания твердых веществ шлама, как уже отмечалось ранее. Следует сказать, что геометрия самих лопаток может быть выбрана с учетом степени содержания твердого вещества и вязкости шламов.

В наиболее близком аналоге согласно патентному документу WO 2009/121873, в его общей описательной части, предусмотрены практически любые виды возможного трубчатого реактора. Однако вариантами выполнения этого реактора, приведенными в этом источнике, предусмотрено горизонтальное выполнение реактора. Согласно варианту осуществления, раскрытому в патентном документе WO 2009/121873, на конце трубчатого реактора предусмотрен вход для шлама, вблизи от этого конца инжектируется водяной пар, причем выход для гидролизованного шлама предусмотрен на другом конце трубчатого реактора, средства инжекции охлаждающей воды находятся на участке второго конца. Согласно другому варианту осуществления, раскрытому в патентном документе WO 2009/121873, трубчатый реактор для теплового гидролиза содержит первую вертикальную часть, продолженную второй более длинной горизонтальной частью. Причина, по которой в каждом из этих предпочтительных вариантов осуществления предусмотрена горизонтальная, относительно длинная часть, состоит в необходимости приведения в контакт шлама с водяным паром в течение достаточно длительного времени пребывания с тем, чтобы произошел не только тепловой гидролиз, но и чтобы перед этим тепловым гидролизом в трубчатом реакторе поданный в его начальную часть водяной пар смог сконденсироваться в шламе для передачи им энергии, необходимой для их гидролиза.

Согласно изобретению, поскольку инжекция водяного пара осуществляется выше по ходу потока от реактора, благодаря использованию динамических инжекторов-смесителей, совершенно перемешанная однородная смесь поступает в реактор, так что этот реактор больше не играет роль конденсатора, а служит только для теплового гидролиза. Следовательно, его объем может быть уменьшен по сравнению с объемом наиболее близкого аналога. Действительно, в предшествующем уровне техники реактор одновременно служит и конденсатором, и реактором, что предопределяет его более значительный объем, в частности, более значительную длину по сравнению с настоящим изобретением.

Кроме того, тепло гидролизованного шлама используется на выходе из трубчатого реактора для получения так называемого рекуперированного водяного пара, который инжектируется и смешивается с подлежащим обработке шламом посредством первичного динамического инжектора-смесителя, установленного выше по ходу потока от вторичного динамического инжектора-смесителя, в котором шлам смешивают со свежим водяным паром под давлением. Это позволяет уменьшить количество свежего водяного пара под давлением, инжектируемого в подлежащий гидролизу шлам, и при необходимости сократить долю биогаза, производимого последующим разложением гидролизованного шлама, используемую для получения свежего водяного пара, в связи с этим увеличить долю биогаза, используемую для иных целей, нежели для осуществления способа гидролиза шлама, например, для получения избыточной энергии, как, например, тепло или электричество, подача биологического метана в сеть и т.п.

Согласно первому предпочтительному варианту осуществления указанные средства для получения рекуперированного водяного пара включают в себя по меньшей мере один теплообменник, содержащий вход, сообщающийся с выходом трубчатого реактора, вход для охлаждающей воды, сообщающийся со средствами для подачи воды, выход для рекуперированного водяного пара и выход для охлажденного гидролизованного шлама.

Это позволяет косвенно производить более чистый рекуперированный водяной пар, т.е. пар без примеси элементов, таких, как пена, частицы, неконденсирующиеся вещества и пр., присутствие которых может вызвать необходимость использования определенных средств удаления.

Согласно второму предпочтительному варианту осуществления указанные средства для получения рекуперированного пара содержат по меньшей мере один реактор для получения пара однократного испарения, вход которого сообщается с выходом указанного трубчатого реактора.

Это позволяет непосредственно получать рекуперированный водяной пар в виде пара однократного испарения путем использования тепла гидролизованного шлама без использования теплообменника, чем достигается преимущество, касающееся, в частности, технического обслуживания.

Согл