NO300094B1 - Fremgangsmate og anordning ved hydrolyse av organisk materiale under reduserende betingelser - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrarer en fremgangsmåte og anordning ved hydrolyse av organisk materiale under reduserende betingelser.

Fra norsk patent uti. skrift nr. 160907 er det kjent en fremgangsmåte ved fremstilling av et reaksjonsprodukt, samt en anordning for utførelse av fremgangsmåten. Denne publikasjonen beskriver en prosess hvor to autoklaver/trykk-beholdere er koblet sammen. For å oppnå en god varmeøkonomi benyttes det varmevekslere som for eksempel varmer opp vann som skal blandes inn med kjemikalier i tanken 10. Når materialet skal overføres fra tanken 10 til tanken 12, skjer dette ved at trykket i tanken 12 teves, slik at trykkdifferansen mellom de to tankene blir gi r: st mulig. Hensikten med dette, er å oppnå en skånsom og fortrinnsvis laminær overføring fra tanken 10 til tanken 12, da produktet ellers ville bli ødelagt. Fremgangsmåter som er beskrevet i denne publikasjonen er spesielt ment for fremstilling av kalsiumsi-likat og er helt uegnet til å foreta en hydrolyse av organisk materiale.

Fra norsk patent uti. skrift 173372 er det kjent en fremgangsmåte og anordning for fremstilling av et reaksjonsprodukt, som synes å være en videreutvikling av fremgangsmåten og anordning beskrevet i norsk patent 160907. Prinsippet ved fremgangsmåten i henhold til disse to patentene synes i utgangspunktet å være likt.

Fra US 3.525.596 og GB 1.375.741 er det kjent å sluse ut fast stoff ved en høytrykksprosess fra en væskestrøm ved å anvende sammenkoblede tanker, som ved behov kan trykksettes for utslusing med minimal slitasje på ventiler. Ingen av disse publikasjonene evner imidlertid å oppnå hensiktene med foreliggende patentsøknad.

Fra litteraturen er det kjent at varmebehandling av organisk materiale i temperaturområcet fra lo0'C til 240°C gjør at en betydelig del av det organiske materialet hydrolyseres (går i løsning i vann). Det er på dette grunnlag utviklet en termisk forbehandling av organisk materiale som f.eks. kloakkslam, søppel, våtorganisk avfall, trevirke og andre organiske materialer. Denne fremgangsmåten benytter en regenerativ hydrolysereaktor hvor man benytter en trinnvis oppvarming der høytrykksdamp blir utnyttet to ganger for å minimalisere energiforbruket.

Forholdsvis korte oppholdstider i forbehandlingen (5-120 minutter) gjør at det ikke er nødvendig med store tankvolumer og man får derved en lavere energikostnad. Man kan dermed behandle store mengder organisk materiale på et forholdsvis lite bygningsmessig volum.

Ved forbehandlingen av f.eks. slam, vil man få en nedbrytning av organisk materiale til mindre partikler, noe som gjør det mulig å utråtne slammet ved høye tørrstoffinnhold. Forbehandlingen gjør også at næringsstoffene blir lettere tilgjengelig for bakterier.

Ved bruk av denne forbehandlingen i slambehandlingsanlegg får man en samtidig pasteurisering og hygienisering av slammet. Man vil da også kunne redusere mengden restslam etter utråtningen.

En termisk hydrolyse av organisk materiale kan utføres på to måter. Prosessen kjøres enten ved indirekte oppvarming eller ved direkte oppvarming med f.eks. damp. Det er også blitt tilsatt syre i noen tilfeller for å få en økt hydrolyse.

I anlegg for indirekte oppvarming skjer varmebehandlingen i varmevekslere. Termodynamisk sett er dette en god metode, da det er enkelt å få til en god varmeveksling. I praksis gir metoden driftsproblemer på grunn av beleggoppbygging på varmeoverflaten, samt slitasjeproblemer i trykkreduksjonsven-tiler .

Den direkte prosessen er på mange måter enklere. en trykktank fylles med organisk materiale og vann. I bunnen av tanken slippes damp inn og hever temperaturen til ønsket nivå. Ved ønsket prosesstid åpnes bunnventilen og prossesert masse slippes ut. Fordelen ved denne teknikken er at utstyret er enkelt, men man har problemer med å få til en god varmegjenvinning samt at utslåsningstrykket og dermed slitasjoen på utblåsningsventilen blir høy.

Utbredelsen av hydrolyseprosesser hindres derfor fordi indirekte systemer gir store vedlikeholdsproblemer og direkte systemer har lett for å gi høyt energiforbruk.

Foreliggende oppfinnelse har derfor til hensikt å tilveiebringe en fremgangsmåte og anordning hvor ovennevnte problemer" er eliminert.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hydrolyse av organisk materiale hvor ventilslitasjen forårsaket av overføring av det organiske materialet på grunn av et stort differansetrykk mellom to reaksjonsbeholdere er minimalisert.

En an r: en hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hydrolyse av organisk materiale hvor forbruket av energi er optimalisert.

Nok en hensikt med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en anordning for utøvelse av fremgangsmåten.

Dette oppnås med en fremgangsmåte ved hydrolyse av organisk materiale under reduserende betingelser som er kjennetegnet vec at fremgangsmåten innbefatter følgende trinn: a) en blanding av forvarmet organisk materiale og eventuelt vann tilføres til en reaksjonsbeholder, hvoretter blandingen av det organiske materialet oppvarmes ytterligere ved at det tilføres damp fra en etterfølgende reaksjonsbeholder med et høyere trykk ved at en ventil mellom reaksjonsbeholderne åpnes, b) ventilen stenges når trykket i reaksjonsbeholderen når en forutbestemt verdi eller trykkdifferansen mellom reaksjonsbeholderne er tilnærmet lik null, c) trykket i reaksjonsbeholderen reduseres ytterligere ved hjelp av en ventil, d) blandingen av organisk materiale i reaksjonsbeholderen overføres til reaksjonsbeholderen ved hjelp av trykkdifferansen mellom reaksjonsbeholderne, eller ved hjelp av pumpe, e) reaksjonsbeholderen trykksettes igjen ved tilførsel av damp,

f) trinn a)-e) gjentas.

Trykket i den andre reaksjonsbeholderen før avspenningen er

fortrinnsvis i størrelsesorden 10-25 bar.

Trykket i den første reaksjonsbeholderen er fortrinnsvis i størrelsesorgen 2-4 bar etter avspenning av trykket fra den andre reaksjonsbeholderen.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter også en anordning for hydrolyse av organisk materiale udner reduserende betingelser som er kjennetegnet ved at den innbefatter minst to reaksjonsbeholdere med hvert sitt innløp og utløp, at reaksjonsbeholderne er forbundet med en ledning med en ventil for overføring av organisk materiale fra en første reaksjonsbeholder til en andre reaksjonsbeholder, at reaksjonsbeholderne er forbundet med en ledning med en ventil for avspenning av damp fra den andre reaksjonsbeholderen til den første reaksj onsbeholderen.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli mer detaljert beskrevet med henvisning til den medfølgende figuren, som skjematisk viser utførelseseksempel på et anlegg for utøvelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

I figuren er det vist et anlegg for hydrolyse av organisk materiale bestående av fire reaksjonsbeholdere 1, 2, 3 og 4. Det forutsettes at anlegget er igangkjørt. Til den første reaksjonsbeholderen 1 tilføres en blanding 5 av organisk materiale og eventuelt vann. Reaksjonsbeholderen 1 tilføres også damp 6, for eksempel fra et senere prosesstrinn eller fra en ytre kilde (ikke vist). Når temperaturen til blandingen i reaksjonsbeholderen 1 har nådd ønsket verdi, f.eks. 80°C, åpnes ventilen 7 og blandingen overføres til reaksjonsbeholderen 2, f.eks. ved hjelp av en pumpe (ikke vist).

Når nivået til reaksjonsbeholderen 2 har nådd ønsket verdi, stanses tilførselen av blandingen. I praksis styres innpumpingshastigheten slik at pumpingen skjer kontinuerlig.

Blandingen i reaksjonsbeholderen 2 varmes opp til f.eks. 130° C ved at avspenningsdamp fra reaksjonsbeholderen 3 slippes inn i reaksjonsbeholderen 2 ved at ventilen 8 åpnes. Avspenningen i reaksjonsbeholderen 3 er ferdig når trykket i denne har sunket til 2-5 bar (tilsvarende 120-150°C). Deretter stenges ventilen 8. Den hydrolyserte massen i reaksjonsbeholderen 3 overføres deretter til reaksjonsbeholderen 4 ved at ventilen 9 åpnes og reaksjonsbeholderen 3 tømmes.

Det organiske materialet i reaksjonsbeholderen 2, som er blitt forvarmet til ca. 120-140°C, overføres fra reaksjonsbeholder 2 til reaksjonsbeholder 3 ved at ventilen 10 åpnes. Trykkdifferansen mellom reaksjonsbeholder 2 og reaksjonsbeholder 3 er i størrelsesorden 2-4 bar i det øyeblikket ventilen 10 åpnes. Overføringen kan også skje ved hjelp av en pumpe.

Ventilen 10 holdes åpen til riktig nivå i reaksjonsbeholder er nådd. Deretter stenges ventilen 10. Reaksjonsbeholderen 3 tilføres damp ved å holde ventilen 11 åpen inntil ønsket trykk/temperatur er nådd, f.eks. 10-25 bar. Deretter stenges ventilen 11. Når prosesstiden er omme (f.eks. 5-60 minutter) åpnes ventilen 8 og avspenningsdamp slippes inn i reaksjonsbeholder 2 for å varme opp massen i denne. Reaksjonsbeholder 2 er i mellomtiden fylt med organisk materiale og eventuelt vann. Ventilen 8 kan stå åpen til trykket er like stort i reaksjonsbeholder 2 og reaksjonsbeholder 3 og deretter stenges.

Ventilen 8 kan også stenges når trykket i reaksjonsbeholder 3 er på ønsket verdi, dersom dette trykket er høyere enn utjevningstrykket. Deretter åpnes ventilen 9 og den hydrolyserte massen overføres til reaksjonsbeholderen 4 på grunn av trykkforskjellen mellom reaksjonsbeholder 3 og reaksjonsbeholder 4. Denne trykkforskjellen er i størrelses-orden 2-4 bar. Massen vil da bli utsatt for en dampeksplo-sjon som ytterligere vil finfordele massen.

Prosessen gjentas ved at en ny mengde organisk materiale og eventuelt vann tilføres reaksjonsbeholder 1 via ventil 5.

Hydrolysatet når reaksjonsbeholderen 4 med en temperatur i størrelsesorden 100°C. Hydrolysatet kan om ønskelig avkjøles og den tilførte massen kan forvarmes til ca. 80-90°C, f.eks. ved at hydrolysatet fra reaksjonsbeholderen 4 varmeveksles med tilført masse til reaksjonsbeholder 1. En slik varmeveksling vil da foregå i et temperaturområde hvor belegnings-problematidden er liten.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte ved hydrolyse av organisk materiale under reduserende betingelser, karakterisert ved at fremgangsmåten innbefatter følgende trinn: a) en blanding av forvarmet organisk materiale og eventuelt vann tilføres til en reaksjonsbeholder (2), hvoretter blandingen av det organiske materialet oppvarmes ytterligere ved at det tilføres damp fra en etterfølgende reaksjonsbeholder (3) med et høyere trykk ved at en ventil (8) mellom reaksjonsbeholderne (2, 3) åpnes, b) ventilen (8) stenges når trykket i reaksjonsbeholderen (3) når en forutbestemt verdi eller trykkdifferansen mellom reaksjonsbeholderne (2, 3) er tilnærmet lik null, c) trykket i reaksjonsbeholderen (3) reduseres ytterligere ved hjelp av en ventil (9), d) blandingen av organisk materiale i reaksjonsbeholderen (2) overføres til reaksjonsbeholderen (3) ved hjelp av trykkdifferansen mellom reaksjonsbeholderne (2, 3), eller ved hjelp av pumpe, e) reaksjonsbeholderen (3) trykksettes igjen ved tilførsel av damp, f) trinn a)-e) gjentas.
2. 2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at trykket i reaksjonsbeholderen (3) før avspenningen er i størrelsesorden 10-25 bar.
3. 3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-2, karakterisert ved at trykket i reaksjonsbeholderen (2) er i størrelsesorden 2-4 bar etter avspenning av trykket fra reaksjonsbeholderen (3). 4.

   Anordning for hydrolyse av organisk materiale under reduserende betingelser, karakterisert ved at den innbefatter minst to reaksjonsbeholdere (2, 3) med hvert sitt innløp og utløp, at reaksjonsbeholderne (2, 3) er forbundet med en ledning med en ventil (10) for overføring av organisk materiale fra reaksjonsbeholderen (2) til reaksjonsbeholderen (3), at reaksjonsbeholderne (2, 3) er forbundet med en ledning med en ventil (8) for avspenning av damp fra reaksjonsbeholderen (3) til reaksjonsbeholderen (2).