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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-27
(45)【発行日】2024-01-11
(54)【発明の名称】２ｘ２タンクプロセスおよびシステム
(51)【国際特許分類】
C02F 11/08 20060101AFI20231228BHJP
B01J 3/00 20060101ALI20231228BHJP
B01J 3/02 20060101ALI20231228BHJP
B01D 5/00 20060101ALI20231228BHJP
C10L 3/08 20060101ALI20231228BHJP
【ＦＩ】
C02F11/08
B01J3/00 B
B01J3/00 J
B01J3/02 101A
B01J3/02 101J
B01D5/00 Z
C10L3/08
【請求項の数】
21
(21)【出願番号】P 2021533852
(86)(22)【出願日】2019-11-28
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-09
(86)【国際出願番号】 EP2019082945
(87)【国際公開番号】W WO2020126397
(87)【国際公開日】2020-06-25
【審査請求日】2022-07-11
(31)【優先権主張番号】18213186.2
(32)【優先日】2018-12-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】521213211
【氏名又は名称】キャンビ テクノロジー エイエス
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ホルテ、ハンス ラスマス
(72)【発明者】
【氏名】リレベ、アンドレアス ヘランド
【審査官】相田 元
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０５１９４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５２５５５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００４－５２５７５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平１０－５０６０５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／００６８５４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／００６１３１８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０２Ｆ １１／００－１１／２０
Ｂ０１Ｊ ３／００
Ｂ０１Ｊ ３／０２
Ｂ０１Ｄ ５／００
Ｃ１０Ｌ ３／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
乾燥固形分含有量２～３０％および温度５０℃未満を有する液体基質の熱加水分解方法であって、前記液体基質は、その後、１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））内でメタンを生成もしくは抽出することを目的とした嫌気性発酵又は消化プロセスで使用され、前記方法は、・同数のフラッシュタンクとパルパーが使用されることと、
・直列の少なくとも第１および第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、直列の少なくとも第１および第２のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ）およびＦ２（ｂ））が段階的な予熱および減圧にそれぞれ使用されることと、
ａ）前記液体基質は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に移送され、予熱され、混合され、前記第１のパルパーは、下流の前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作し、前記フラッシュタンクは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））よりも高い圧力で動作することと、
ｂ）前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作する前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡは、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されていない凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用する真空システム（Ｖ（ｃ））によって維持されていることと、
ｃ）前記予熱された液体基質は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））から、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に移送され、前記液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））よりも高い圧力で動作する下流の前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することによって、さらなる混合および予熱を受けることと、
ｄ）前記さらに予熱された液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））から、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に移送され、前記液体基質は、１４０℃～２２０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡの圧力に加熱されることと、
ｅ）前記液体基質は、直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から、温度１００℃～１４０℃および圧力１～３．６ｂａｒＡで動作する前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））に移送され、それにより圧力低下が発生し、前記圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に移送されることと、
ｆ）前記液体材料は、前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から、温度７０℃～１００℃および圧力０．３５～１ｂａｒＡで動作する前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））に移送され、それにより、さらなる圧力低下が起こり、前記第２フラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））における前記さらなる圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、前記真空システムによって、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に移送されることと、
を特徴とする、方法。
【請求項2】
乾燥固形分含有量２～３０％および温度５０℃未満を有する液体基質の熱加水分解方法であって、前記液体基質は、その後、１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））内でメタンを生成もしくは抽出することを目的とした嫌気性発酵又は消化プロセスで使用され、前記方法は、・同数のフラッシュタンクとパルパーが使用されることと、
・直列の少なくとも第１および第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、直列の少なくとも第１および第２のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ）およびＦ２（ｂ））が段階的な予熱および減圧にそれぞれ使用されることと、
ａ）前記液体基質は第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に移送され、予熱され、混合され、前記第１のパルパーは、下流の前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度９０℃～１１５℃および圧力１～１．８ｂａｒＡで動作し、前記フラッシュタンクは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））よりも高い圧力で動作することと、
ｂ）前記予熱された液体基質は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））から、温度１３７℃～１７４℃および圧力３．３～８．７ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に移送され、前記液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））よりも高い圧力で動作する下流の前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することによって、さらなる混合および予熱を受けることと、
ｃ）前記さらに予熱された液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））から、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に移送され、前記液体基質は、１８０℃～２２０℃の範囲の温度および７～２３．２ｂａｒＡの圧力に加熱されることと、
ｄ）前記液体基質は、直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から、温度１４０℃～１７６℃および圧力３．６～９ｂａｒＡで動作する前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））に移送され、それにより圧力低下が発生し、前記圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、温度１３７℃～１７４℃および圧力３．３～８．７ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に移送されることと、
ｅ）前記液体材料は、前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から、温度１００℃～１１９℃および圧力１～２ｂａｒＡで動作する前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））に移送され、それにより、さらなる圧力低下が起こり、前記第２フラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））における前記さらなる圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、温度９０℃～１１５℃および圧力１～１．８ｂａｒＡで動作する前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に移送されることと、
を特徴とする、方法。
【請求項3】
乾燥固形分含有量２～３０％および温度５０℃未満を有する液体基質の熱加水分解方法であって、前記液体基質は、その後、１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））内でメタンを生成もしくは抽出することを目的とした嫌気性発酵又は消化プロセスで使用され、前記方法は、・使用されるフラッシュタンクの数が、使用されるパルパーの数より１つ少ないことと、
・直列の少なくとも第１のパルパーおよび第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、少なくとも１つのフラッシュタンクＦが、段階的な予熱および減圧にそれぞれ使用されることと、
ａ）前記液体基質は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に移送され、予熱され、混合され、前記第１のパルパーは、下流の前記フラッシュタンク（Ｆ）から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作し、前記フラッシュタンクは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））よりも高い圧力で動作することと、
ｂ）前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作する前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡは、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されていない凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用する真空システム（Ｖ（ｃ））によって維持されていることと、
ｃ）前記予熱された液体基質は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））から、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に移送され、前記液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））よりも高い圧力で動作する前記１つ以上の下流の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することによって、さらなる混合および予熱を受けることと、
ｄ）前記さらに予熱された液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））から、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に移送され、前記液体基質は、１４０℃～２２０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡの圧力に加熱されることと、
ｅ）並列または直列で動作する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））は、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））の圧力が平衡状態になるまで、前記反応器のヘッドスペースから前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に蒸気を移送することによって減圧され、その後、前記液体基質は、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から前記下流のフラッシュタンク（Ｆ）に移送されることと、
を特徴とする、方法。
【請求項4】
乾燥固形分含有量２～３０％および温度５０℃未満を有する液体基質の熱加水分解方法であって、前記液体基質は、その後、１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））内でメタンを生成もしくは抽出することを目的とした嫌気性発酵又は消化プロセスで使用され、前記方法は、・使用されるフラッシュタンクの数が、使用されるパルパーの数より１つ少ないことと、
・直列の少なくとも第１のパルパーおよび第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、少なくとも１つのフラッシュタンクＦが、段階的な予熱および減圧にそれぞれ使用されることと、
ａ）前記液体基質は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に移送され、予熱され、混合され、前記第１のパルパーは、下流の前記フラッシュタンク（Ｆ）から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度９０℃～１１５℃および圧力１～１．８ｂａｒＡで動作し、前記フラッシュタンクは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））よりも高い圧力で動作することと、
ｂ）前記予熱された液体基質は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））から、温度１３７℃～１７４℃および圧力３．３～８．７ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に移送され、前記液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））よりも高い圧力で動作する前記１つ以上の下流の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することによって、さらなる混合および予熱を受けることと、
ｃ）前記さらに予熱された液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））から、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に移送され、前記液体基質は、１８０℃～２２０℃の範囲の温度および７～２３．２ｂａｒＡの圧力に加熱されることと、
ｄ）並列または直列で動作する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））は、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））の圧力が平衡状態になるまで、前記反応器のヘッドスペースから前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に蒸気を移送することによって減圧され、その後、前記液体基質は、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から前記下流のフラッシュタンク（Ｆ）に移送されることと、
を特徴とする、方法。
【請求項5】
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））と前記真空システム（Ｖ（ｃ））との間に相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））が、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作している温度未満で凝縮可能な蒸気を凝縮して除去するように機能することをさらに特徴とする、請求項１または３に記載の方法。
【請求項6】
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））でも前記相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））でも凝縮されない前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））のヘッドスペースからの残留非凝縮性蒸気を圧縮することを目的とするステップと、前記圧縮された非凝縮性蒸気を嫌気性消化器に注入することを目的とするステップとを含むことをさらに特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
パルパー、反応器、フラッシュタンクなどの間の前記液体基質の移送が、少なくとも部分的に気圧ポンピングによって達成される、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
乾燥固形分含有量２～３０％および温度５０℃未満を有する液体基質の熱加水分解プラントであって、前記液体基質はその後、メタンの生成もしくは抽出を目的とした嫌気性発酵又は消化プロセスで使用され、前記プラントは、・同数のフラッシュタンクおよびパルパーと、
・直接または間接的に直列に相互接続されている少なくとも第１および第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、
・前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に配管によって相互接続された真空システム（Ｖ（ｃ））と、
・並列または直列で作動し、配管によって前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に相互接続され、前記真空システム（Ｖ（ｃ））には相互接続されていない１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と、
・少なくとも第１および第２のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ）およびＦ２（ｂ））であって、
直接的または間接的に直列に相互接続され、
そのうちの１つ（Ｆ１（ｊ））は、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に配管によって相互接続され、
そのうち、Ｆ２（ｂ）は、Ｐ１（ａ）に配管によって個別に相互接続され、Ｆ１（ｊ）は、Ｐ２（ｅ）に配管によって個別に相互接続され、
各々は、配管によって個別に相互接続されている前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））の１つよりも高い圧力で個別に動作可能である、
少なくとも２つのフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ）およびＦ２（ｂ））と
を含み、
ａ）前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））は、個別に相互接続されている下流の前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））から、液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～１１５℃および圧力０．２～１．８ｂａｒＡで動作することができ、
ｂ）前記真空システムは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が周囲圧力未満で動作するときに圧力０．２～０．９ｂａｒＡを維持することができ、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用することができ、
ｃ）前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））は、個別に相互接続されている下流の前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度９０℃～１７４℃および圧力０．７～８．７ｂａｒＡで動作することができ、
ｄ）並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））は、１４０℃～２２０℃の範囲の温度および３．６～２３．２ｂａｒＡの圧力で動作することができ、
ｅ）前記液体基質は、直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から、温度１００℃～１７６℃および圧力１～９ｂａｒＡで動作する前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））に移送され得、それにより圧力低下が起こり、前記圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、温度９０～１７４℃および圧力０．７～８．７ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパー（Ｆ２（ｂ））に移送され得、
ｆ）前記液体材料は、前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から、温度７０℃～１１９℃および圧力０．３５～２ｂａｒＡで動作する前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））に移送され得、それにより、さらなる圧力低下が起こり、前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））における前記さらなる圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は温度４０℃～１１５℃および圧力０．２～１．８ｂａｒＡで動作する前記第１のパルパーに移送され得る、
プラント。
【請求項9】
乾燥固形分含有量２～３０％および温度５０℃未満を有する液体基質の熱加水分解プラントであって、前記液体基質は、メタンの生成もしくは抽出を目的とした嫌気性発酵又は消化プロセスで使用され、前記プラントは、・フラッシュタンクよりも１つ多いパルパーと、
・直接または間接的に直列に相互接続されている少なくとも第１および第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、
・前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に配管によって相互接続された真空システム（Ｖ（ｃ））と、
・並列または直列で作動し、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に配管によって相互接続され、前記真空システム（Ｖ（ｃ））には相互接続されていない１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と、
・少なくとも１つのフラッシュタンク（Ｆ）であって、
並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に配管によって相互接続され、
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に配管によって相互接続され
配管によって個別に相互接続されている、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））よりも高い圧力で動作可能である
フラッシュタンク（Ｆ）と
を含み、
ａ）前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））は、相互接続されている前記下流のフラッシュタンク（Ｆ）から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～１１５℃および圧力０．２～１．８ｂａｒＡで動作することができ、
ｂ）前記真空システムは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が周囲圧力未満で動作するときに圧力０．２～０．９ｂａｒＡを維持することができ、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用することができ、
ｃ）前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））は、温度９０℃～１７４℃および圧力０．７～８．７ｂａｒＡで動作することができ、
ｅ）並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））は、１４０℃～２２０℃の範囲の温度、および３．６～２３．２ｂａｒＡの圧力で動作することができ、
ｆ）並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））の圧力が平衡状態になり、その後、前記液体基質が、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から前記フラッシュタンク（Ｆ）に移送され得るまで、前記反応器のヘッドスペースから前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に蒸気を移送することによって、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））を減圧することによって、前記液体基質は、直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から前記フラッシュタンク（Ｆ）に移送され得る、プラント。
【請求項10】
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））と前記真空システム（Ｖ（ｃ））との間に相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））をさらに含み、前記蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））の作動温度より低い温度で動作することができ、それによって前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））で凝縮しない凝縮性蒸気の除去を可能にする、請求項８または９に記載のプラント。
【請求項11】
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））でも前記相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））でも凝縮されない、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））のヘッドスペースからの残留非凝縮性蒸気を圧縮するための手段と、前記圧縮された非凝縮性蒸気を嫌気性消化器に注入するための手段とを含むことをさらに特徴とする、請求項１０に記載のプラント。
【請求項12】
気圧ポンピングによる前記液体基質の少なくとも部分的な移送に使用される容器をさらに含む、請求項８～１１のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項13】
乾燥固形分含有量２～３０％および温度５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかに直接移送することを可能にする配管であって、前記配管は、乾燥固形分含有量２～３０％および温度５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のどちらに移送すべきかの選択を可能にする１つ以上の閉鎖弁を備えている、配管と、前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかから前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかへの換気を可能にする配管による接続と、
前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記１つ以上のフラッシュタンクのいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
前記真空システム（Ｖ（ｃ））のバイパスを可能にする配管による接続と
をさらに含む、請求項８～１１のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項14】
乾燥固形分含有量２～３０％および温度５０℃未満を有する液体基質の既存の加水分解プラントの改造方法であって、前記液体基質は、メタンを生成もしくは抽出することを目的とした嫌気性発酵又は消化プロセスで使用され、前記改造によって、前記プラントが少なくとも請求項８に記載のプラントの特徴を含む、改造方法。
【請求項15】
乾燥固形分含有量２～３０％および温度５０℃未満を有する液体基質の既存の加水分解プラントの改造方法であって、前記液体基質は、メタンの生成もしくは抽出を目的とした嫌気性発酵又は消化プロセスで使用され、前記改造によって、前記プラントが少なくとも請求項９に記載のプラントの特徴を含む、改造方法。
【請求項16】
前記プラントは前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））と前記真空システム（Ｖ（ｃ））との間に相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））を備え、前記蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））の動作温度より低い温度で動作することができ、それによって前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））で凝縮しない凝縮性蒸気の除去を可能にする、請求項１４または１５のいずれか一項に記載の改造方法。
【請求項17】
前記プラントは前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））内でも前記相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））内でも凝縮されない、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））のヘッドスペースからの残留非凝縮性蒸気を圧縮するための手段と、前記圧縮された非凝縮性蒸気を嫌気性消化器に注入するための手段とを備える、請求項１６に記載の改造方法。
【請求項18】
前記液体基質の前記移送は、熱伝達および混合ユニットによる気圧ポンピングによって少なくとも部分的に達成され、前記熱伝達および混合ユニットは、前記ユニットの前記容器を加圧する生蒸気システムに接続され、場合によっては前記ユニットの前記容器の充填率を高めるために真空を生成するシステムに接続され、前記ユニットの前記容器は、前記液体基質を反応器に排出するか、または前記基質を予熱容器に戻すように備えられている、請求項１４～１７のいずれか一項に記載の改造方法。
【請求項19】
前記熱伝達および混合ユニットの容積は、所望の反応器充填容積に等しいことをさらに特徴とする、請求項１８に記載の改造方法。
【請求項20】
前記熱伝達および混合ユニットは、反応器の充填を測定するために使用されることをさらに特徴とする、請求項１９に記載の改造方法。
【請求項21】
前記プラントが乾燥固形分含有量２～３０％および温度５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかに直接移送することを可能にする配管であって、前記配管は、乾燥固形分含有量２～３０％および温度５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のどちらに移送すべきかの選択を可能にする１つ以上の閉鎖弁を備えている、配管と、
前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかから前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかへの換気を可能にする配管による接続と、
前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記１つ以上のフラッシュタンクのいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
前記真空システム（Ｖ（ｃ））のバイパスを可能にする配管による接続と
を含む、請求項１４～１６のいずれか一項に記載の改造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、予熱および減圧のためにそれぞれパルパーおよびフラッシュタンクを利用する熱加水分解プロセス（ＴＨＰ）を使用する方法およびプラントに関する。本発明はまた、熱加水分解プロセス（ＴＨＰ）を使用して既存のプラントを改造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
熱加水分解プロセス（ＴＨＰ）は、濡れたまたは湿った材料が典型的には１４０～２２０℃の高温で処理され、続いて蒸気の分圧の急速な低下による蒸気爆発が起こり得るプロセスである。
【0003】
ＴＨＰとそれに続く蒸気爆発は、主に、嫌気性消化の前のバイオ固形分の前処理に使用される。しかしながら、他の材料も同様に前処理することができ、その後、広範囲の他の下流プロセスを介してさらに処理することができる。
【0004】
熱加水分解プロセス（ＴＨＰ）は、バッチモードまたは連続モードのいずれかのために設計することができる。本発明の方法およびプラントは、バッチ用に設計されたＴＨＰおよび連続モード用に設計されたＴＨＰの両方に関連する。さらに、本発明の方法は、新規プラントで使用することも、関連する追加の設備を設置し、関連する修正を行うことを含む改造によって既存プラントに実装することもできる。
【0005】
ＴＨＰ中で処理される材料は、「基質」と呼ぶことができる。基質は、所望の蒸気分圧で処理される。バッチプロセスでは、基質が反応器内で所望の条件に維持される時間は、「保持時間」と呼ばれる。連続プロセスの場合、平均反応器滞留時間は、プロセス全体のスループットから計算することができる値である。
【0006】
基質は、ＴＨＰ反応器からノズルを通ってフラッシュタンクに排出されるとき、急速な圧力低下を受け、蒸気爆発を受ける。これは、細胞壁を開き、有機材料を分解し、基質の粒径および粘度を減少させる。蒸気爆発から生じるフラッシュ蒸気は、圧力容器内の基質を予熱するために使用することができ、圧力容器は、パルパーと呼ぶことができる。反応器処理の前に基質を予熱するためのフラッシュ蒸気の使用は、高いエネルギー効率および低い蒸気消費量を達成するために重要である。
【0007】
国際公開第１９９６／００９８８２号パンフレット（米国特許第５８８８３０７号明細書）は、有機材料の加水分解のための方法および手段を記載している。記載されたプロセスは、真空の使用、周囲圧力未満でのフラッシング、および流入供給物を予熱するための直接蒸気注入のための任意のそのようなプロセスから得られたフラッシュ蒸気の使用を含まない。
【0008】
国際公開第２０１１／００６８５４号パンフレットは、ＴＨＰおよび水蒸気爆発を伴う有機材料の加水分解のための方法および手段を記載しており、この方法および手段では、フラッシュから生じる蒸気は予熱タンクに戻される。国際公開第２０１１／００６８５４号パンフレットに記載されているプロセスは、高圧の液体または蒸気のいずれかを使用してエジェクタ内に動力流を生成し、負圧側に入る蒸気を、周囲圧力またはより高い圧力で容器に排出される主流に混合する。
【0009】
真空を生成するために使用されるシステムは、蒸気ではなく、非凝縮性ガスでのみ機能するため、本発明に記載のプロセスは異なる。これにより、本発明で真空を生成するために使用されるシステムは、国際公開第２０１１／００６８５４号パンフレットに記載されているプロセスと比較して、より低い圧力、温度、体積流量および質量流量で動作することが可能になる。これは、国際公開第２０１１／００６８５４号パンフレットに記載されているプロセスと比較して、本発明に記載されているシステムをよりエネルギー効率的にし、より堅牢にし、より容易に動作させる。
【0010】
国際公開第２０１４／１２３４２６号パンフレットには、ＴＨＰおよび水蒸気爆発を伴う有機材料の加水分解のためのさらなる方法および手段が記載されている。国際公開第１９９６／００９８８２号パンフレット（米国特許第５８８８３０７号明細書）と同様に、このプロセスは、周囲圧力未満でフラッシュする真空の使用も、流入供給物を予熱するための直接蒸気注入のための任意のそのようなプロセスから得られたフラッシュ蒸気の使用も含まない。
【0011】
米国特許第２００３１２１８５１号明細書は、ＫＯＨの添加およびＴＨＰ後の脱水ステップを含む有機材料の加水分解のための方法および手段を記載している。フラッシュ蒸気回収は、国際公開第１９９６／００９８８２号パンフレットに記載されているものと同様であり、その結果、真空の使用、周囲圧力未満でのフラッシュ、および流入供給物を予熱するための直接蒸気注入のための任意のそのようなプロセスから得られたフラッシュ蒸気の使用を含まない。
【0012】
米国特許第６２８１３００号明細書は、有機材料の加水分解のための方法および手段を記載している。記載されるプロセスは、真空の使用を含まない。さらに、このプロセスは、本発明の目的ではないポリマーの製造のために特別に設計されている。ポリマーは、本発明で処理される基質の一部であり得、さらにいくらかの重合が起こり得る。しかしながら、本発明の主な目的は、下流の処理の前に加水分解および蒸気爆発することである。下流処理の例には、脱水、酵素処理、嫌気性消化および発酵が含まれるが、これらに限定されない。
【0013】
米国特許第２０１４１２０５９４号は、有機材料の加水分解のための方法および手段を記載しており、「アルコール」に発酵される糖の製造のための木質供給原料の前処理に焦点を当てている。プロセスは最大８つのフラッシング段階を有することができ、フラッシュ蒸気を予熱に使用することができることが記載されている。真空および周囲より低い圧力が言及されている場合でも、これは、処理された材料を濃縮しようとする蒸発器に関連しており、したがって、供給物の予熱のための直接蒸気注入のためのものではない。
【0014】
米国特許第２０１８２０１５１７号明細書は、有機材料の加水分解のための方法および手段を記載しており、加水分解された基質を廃熱ボイラーに通して蒸気を生成することができると述べている。真空の使用は言及されておらず、記載されたプロセスは、粘性加水分解された基質による不十分な熱伝達、スケーリングおよび汚染の問題のために大きな加熱表面を必要とする。さらに、記載されたプロセスは、周囲よりも低い圧力で蒸気の生成を可能にしない。比較すると、本発明は、直接蒸気注入を利用することによって熱伝達の問題およびスケーリングおよび汚損のリスクを克服し（またはむしろバイパスし）、周囲よりも低い圧力の蒸気を使用して基質を予熱することも可能にする。
【0015】
米国特許第２００９０３２４６４号明細書は、有機材料の加水分解のための方法および手段を記載しており、フラッシングが真空条件下で起こり得ることについて述べている。しかしながら、記載されたプロセスでは、フラッシュ蒸気は熱交換器に送られ、熱交換器は凝縮器冷却器として機能する可能性がある。また、基質の予熱および乾燥目的のために熱を回収するための循環冷却／加熱媒体を有する閉ループも記載されている。対照的に、本発明は、直接蒸気注入による供給物の予熱にフラッシュ蒸気を利用することを企図している。
【0016】
カナダ特許第２９９２６５７号明細書には、少なくとも３つのＴＨＰ反応器を並行して使用する、基質の熱加水分解のためのプロセスが記載されている。真空の使用は言及されておらず、記載されたプロセスは、パルパー内の流入供給物を予熱するための直接蒸気注入のための任意のそのようなプロセスから得られたフラッシュ蒸気の使用を含まない。
【0017】
国際公開第２０１３１６３９９８（Ａ１）号パンフレットは、嫌気性消化の前に高圧で生物学的材料を連続的に処理する方法を記載しており、この方法では、圧力差または重力によって生物学的材料が送り込み装置から反応器に移送される。真空の使用は言及されておらず、記載されたプロセスは、パルパー内の流入供給物を予熱するための直接蒸気注入のためのそのようなプロセスから得られたフラッシュ蒸気の使用を含まない。
【0018】
上記の関連する従来技術から知られている方法およびプラントから分かるように、大部分は、１つの予熱ステップおよび１つのフラッシングステップを有するものとして説明されており、プロセスに供給される基質は、約１０～３０℃、最も一般的には約１５℃である。また、複数のフラッシュタンクおよび真空および周囲未満の圧力が従来技術で言及されている場合でも、これは、処理された材料を濃縮する試みで使用される凝縮器冷却器または蒸発器に関連しており、したがって、周囲圧力未満に維持された予熱容器内の供給物の予熱のための直接蒸気注入には関連していない。したがって、従来技術は、周囲圧力未満でフラッシュし、得られたフラッシュ蒸気を直接蒸気注入に使用して、フラッシュ蒸気移送を容易にするために周囲圧力未満に維持された予熱容器内の流入供給物を予熱することを含む方法を包含しない。
【0019】
従来技術とは対照的に、本発明は、真空システムと直列の少なくとも２つのパルパーおよび２つのフラッシュタンクを使用して、非凝縮性ガスを除去することによって、システムの部品を周囲圧力未満に維持することに依存し、両方のパルパーの液面より下にフラッシュ蒸気を注入することによって、それぞれ段階的な予熱および圧力低減を行う。あるいは、システムは、液体内容物をフラッシュタンクに排出する前に反応器およびパルパーが平衡状態になるまで反応器のヘッドスペースから最高温度で動作するパルパーにフラッシュ蒸気を移送することによって反応器を減圧することができる場合、パルパーの数よりも１つ少ないフラッシュタンクを備えることができるが、最小２つのパルパーおよび１つのフラッシュタンクを備えることができる。それにより、本発明は、例えば国際公開第２０１１／００６８５４号パンフレットに記載されているプロセスによって例示されるように、従来技術のプロセスと比較してより低い蒸気消費量を達成することによって、エネルギー消費量の最適化の必要性の高まりを満たす。
【発明の概要】
【0020】
上記のように、従来技術から知られているＴＨＰプラントは、大部分が、１つの予熱容器および１つのフラッシュ容器を有し、予熱システムを使用して供給物を５０℃もの高い温度に予熱しない限り、ＴＨＰに供給される基質は約５～３０℃、最も一般的には約１５℃である。フラッシュタンク内の蒸気爆発からのフラッシュ蒸気は、したがって、通常、パルパーを約８５～１００℃、最も一般的には約９０℃に加熱する。
【0021】
さらに、パルパーは通常、周囲圧力に維持されるため、特定のプロセスの比熱損失に依存する特定の温度である約２３～２５℃を超える供給温度は、パルパーの沸騰および熱エネルギーの損失をもたらす。あるいは、パルパーとフラッシュタンクの両方を周囲圧力よりも高く維持して、パルパーでの沸騰を防止するが、これはまた、ＴＨＰから排出される処理された基質のより高い温度に起因する熱エネルギーの損失をもたらす。そうでなければ廃棄されるであろう大量の低温熱が利用可能なまれな場合には、ＴＨＰでの処理前に食品廃棄物などのバイオ廃棄物を希釈するために温水を使用することが有益であり得る。パルパーが沸騰するのを回避するために、冷却器をフラッシュタンクに設置して、パルパーに戻されるフラッシュ蒸気の量を減らすことができる。これにより、パルパーの沸騰を防止しながら、ＴＨＰ処理前のより高い基質温度から生じるより低い基質粘度から利益を得ることが可能になる。
【0022】
対照的に、本発明は、それぞれ段階的な予熱および圧力低下のために、直列の少なくとも２つの予熱容器および直列の２つのフラッシュ容器を利用する。これらの容器内の最適な温度および圧力は、ＴＨＰへの供給の温度に依存する。したがって、約５０℃未満の供給温度、反応器内の１６５℃、特定の保持圧力、およびパルパー容器内の約３メートルのフラッシュ蒸気ランスの浸漬では、第２のフラッシュタンクと第１のパルパーの両方の圧力は、第１のパルパーに接続された真空システムを使用することによって周囲よりも低く維持される。しかしながら、本発明はまた、第１の予熱容器内の圧力が周囲圧力を下回る一方で、第２の予熱容器内の圧力が周囲圧力を上回るプロセスも企図する。したがって、例えば、第２の予熱容器の圧力は１．１ｂａｒＡの圧力であってもよく、第１の予熱容器は０．８ｂａｒＡの圧力であってもよい。そのようなシナリオは、本発明のプロセスの良好な使用を依然として維持しながら、５０℃を幾分上回る供給温度を可能にする。したがって、本発明の方法およびプラントの真空システムは、２つの予熱容器および２つのフラッシュ容器を直列に使用することによって蒸気消費量の低減を達成するために不可欠である。基質が常温範囲（１０～３０℃）にある場合、第１の予熱容器は、第２のフラッシュ容器から第１の予熱容器への低温蒸気の移送を可能にするために周囲圧力よりも十分に低く維持される。これは、沸騰を防止するために両方の予熱容器内の圧力を制御しながら行われる。
【0023】
フラッシュ蒸気は、典型的には、両方の予熱容器において液面より下に注入される。これにより、他の非凝縮性ガスが液体を通過してヘッドスペースに入る間に、蒸気が液体内で凝縮することが保証される。慎重に設計された注入点を通してフラッシュ蒸気を注入することは、予熱プロセス中に基質を混合することに寄与する。しかしながら、機械的混合などの蒸気注入の他の手段も可能である。そのような方法は、例えば、すべての蒸気の完全な凝縮を確実にするために、配管への蒸気注入とそれに続く機械的ミキサーに依存する。しかしながら、後のシステムは、漏れ、摩耗、および裂けが生じやすいことが知られており、Ｈ２Ｓおよびチオールの存在を考慮すると、パルパー内の液面より下のフラッシュ蒸気注入に依存する前者の方法が好ましい。温度および圧力トランスミッタは、予熱容器のヘッドスペース内の蒸気および他の非凝縮性ガスの分圧を計算するために使用される。これらの機器からの入力は、容器からガスを放出する弁を制御するために使用される。第２の（高温）予熱容器からのガスは、第１の（低温）予熱容器内の液面より下に排出される。これにより、プロセスガスと共に運ばれる蒸気が第１の容器内の予熱に使用されることが保証される。第１の予熱容器内の非凝縮性ガスの分圧は、所望のレベルに維持される。第１の予熱容器のヘッドスペース内の非凝縮性ガスの所望の分圧は、使用される特定の基質および供給温度に依存する。予熱容器内の全圧が低いと、接続されたフラッシュタンクからより多くのフラッシュ蒸気が回収されるが、蒸気と非凝縮性ガスとの比が増加するため、より多くの熱が真空システムに失われる。ＴＨＰ処理中に異なる供給原料から放出される非凝縮性ガスの量の測定値は、最適な非凝縮性ガスの体積パーセントがほとんどの場合１０～３５％であることを示している。この最適値では、真空システムへの熱損失および接続されたフラッシュタンクから回収されるエネルギーを記述する関数について、導関数は０である。プロセスをシミュレートし、適用可能なプラントからのリアルタイムデータで作動するモデルを使用して、プロセス設定点を連続的に調整して、最適なプラント性能を確保することができる。
【0024】
したがって、本発明の目的は、ＴＨＰおよび蒸気爆発を伴うプロセスの文脈において、従来技術のプロセスと比較してより低い蒸気消費量を達成することによって蒸気消費量の最適化を可能にするプロセスおよびプラントを提供することである。
【0025】
本発明のさらに別の目的は、ＴＨＰおよび蒸気爆発を伴うプロセスの文脈において、従来技術のプロセスと比較してより低い蒸気消費量を達成することによって蒸気消費量の最適化を可能にし、改造によって既存の廃水処理プラントに統合するのが簡単で容易なプロセスおよびプラントを提供することである。
【0026】
最後に、本発明の目的は、冷供給液および温排出液による任意の熱加水分解プロセスに後付けすることによって、本発明の方法をアドオンとして使用することによる。したがって、本発明の方法は、例えば国際公開第２０１１／００６８５４号パンフレットおよび国際公開第２０１４／１２３４２６号パンフレットに記載されているプロセス、ならびに熱回収を改善し、全体的なエネルギー消費を低減することを目的とした他の同様の熱加水分解プロセスと組み合わせることができる。
【0027】
これらおよび他の目的は、本発明によって解決される。
【0028】
したがって、本発明の第１の態様では、乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度１０～３０℃を有する液体基質の加水分解方法が提供され、液体基質は、メタンもしくはその他の有価物質の生成もしくは抽出を目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、
ａ）前記液体基質は、下流のフラッシュタンクからフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する第１のパルパーに移送され、予熱され、混合され、
ｂ）第１のパルパーが動作する前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡは、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用する真空システムによって維持され、
ｃ）前記真空システムはさらに、任意の残留非凝縮性蒸気の圧縮を最大化することができ、前記非凝縮性蒸気を下流の嫌気性消化槽、発酵槽、または任意の他のプロセスガス処理システムに注入できる注入ユニットに接続され、
ｄ）前記予熱された液体基質は、前記第１のパルパーから、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する第２のパルパーに移送され、前記液体基質は、下流のフラッシュタンクからフラッシュ蒸気を注入することにより、さらに混合され、予熱され、
ｅ）前記さらに予熱された液体基質は、前記第２のパルパーから、並列または直列で作動する１つ以上の反応器に移送され、前記液体基質は、１４０℃～１８０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡの圧力に加熱され、
ｆ）前記液体基質は、直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器から、温度１００℃～１４０℃および圧力１～３．６ｂａｒＡで動作する第１のフラッシュタンクに移送され、それにより圧力低下が起こり、前記圧力低下により生じたフラッシュ蒸気は、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパーに移送され、
ｇ）前記液体材料は、前記第１のフラッシュタンクから、温度７０℃～１００℃および圧力０．３５～１ｂａｒＡで動作する第２のフラッシュタンクに移送され、それによりさらなる圧力低下が起こり、前記第２のフラッシュタンク内の前記さらなる減圧から生じるフラッシュ蒸気は、前記真空システムにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する第１のパルパーに移送される
ことを特徴とする。
ａ）前記液体基質は、下流のフラッシュタンクからフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する第１のパルパーに移送され、予熱され、混合され、
ｂ）第１のパルパーが動作する前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡは、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用する真空システムによって維持され、
ｃ）前記真空システムはさらに、任意の残留非凝縮性蒸気の圧縮を最大化することができ、前記非凝縮性蒸気を下流の嫌気性消化槽、発酵槽、または任意の他のプロセスガス処理システムに注入できる注入ユニットに接続され、
ｄ）前記予熱された液体基質は、前記第１のパルパーから、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する第２のパルパーに移送され、前記液体基質は、下流のフラッシュタンクからフラッシュ蒸気を注入することにより、さらに混合され、予熱され、
ｅ）前記さらに予熱された液体基質は、前記第２のパルパーから、並列または直列で作動する１つ以上の反応器に移送され、前記液体基質は、１４０℃～１８０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡの圧力に加熱され、
ｆ）前記液体基質は、直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器から、温度１００℃～１４０℃および圧力１～３．６ｂａｒＡで動作する第１のフラッシュタンクに移送され、それにより圧力低下が起こり、前記圧力低下により生じたフラッシュ蒸気は、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパーに移送され、
ｇ）前記液体材料は、前記第１のフラッシュタンクから、温度７０℃～１００℃および圧力０．３５～１ｂａｒＡで動作する第２のフラッシュタンクに移送され、それによりさらなる圧力低下が起こり、前記第２のフラッシュタンク内の前記さらなる減圧から生じるフラッシュ蒸気は、前記真空システムにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する第１のパルパーに移送される
ことを特徴とする。
【0029】
この方法は、従来技術のプロセスと比較してより低い蒸気消費量を達成することによって蒸気消費量を向上および／または最適化する。上記ａ）、ｂ）、ｄ）、ｅ）およびｆ）で示された温度および圧力に関して、当業者は、理想的なシナリオでは、例えば４０℃、９０℃および１４０℃での蒸気の分圧がそれぞれ０．０７ｂａｒＡ、０．７ｂａｒＡおよび３．６ｂａｒＡであることを容易に理解するであろう。同様に、理想的なシナリオでは、蒸気の分圧は１３５℃ではなく１３７℃で３．３ｂａｒＡである。すなわち、示された温度および圧力は蒸気の飽和線に従わない。しかしながら、本発明のプロセスおよび方法は、多くの実施形態では他の非凝縮性ガスの存在も含むので、上記ａ）、ｂ）、ｄ）、ｅ）およびｆ）で示された圧力および温度は、任意のそのような他の非凝縮性ガスの存在の可能性も考慮に入れるために、ある程度四捨五入されなければならない。
【0030】
本発明の第１の態様の一実施形態では、この方法は、相互接続された蒸気冷却器が、前記第１のパルパーの作動温度未満で凝縮可能な任意の蒸気を除去するように機能すること、および前記真空システムが、前記第１のパルパー内および前記相互接続された蒸気冷却器内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮可能な蒸気の凝縮を最大にするように機能することをさらに特徴とする。
【0031】
この実施形態は、従来技術のプロセスと比較してより低い蒸気消費量を達成することによって蒸気消費量をさらに向上および／または最適化する。
【0032】
本発明の第２の態様では、乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度１０～３０℃を有する液体基質の加水分解プラントが提供され、液体基質は、メタンもしくはその他の有価物質の生成もしくは抽出を目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、前記プラントは、
ａ）前記液体基質が移送されて、下流のフラッシュタンクからフラッシュ蒸気を注入することによって温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する、前記液体基質を混合し予熱するための第１のパルパーと、
ｂ）前記第１のパルパーが動作する前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡを維持するための真空システムであって、この真空システムは、
－前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化し、
－任意の残留非凝縮性蒸気および残留凝縮性蒸気の圧縮を最大化する
ように作動する、真空システムと、
ｃ）前記非凝縮性蒸気を下流の嫌気性消化槽または前記真空システムに接続されているプロセスガス処理装置に注入できる注入ユニットと、
ｄ）前記予熱された液体基質が前記第１のパルパーから移送され、下流のフラッシュタンクからフラッシュ蒸気を注入することによって前記液体基質がさらに混合および予熱される、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する第２のパルパーと、
ｅ）前記さらに予熱された液体基質が前記第２のパルパーから移送され、前記液体基質が１４０℃～１８０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡ圧力に加熱される、並列または直列で作動する１つ以上の反応器と、
ｆ）直列または並列で作動する１つ以上の反応器から前記液体基質が移送される第１のフラッシュタンクであって、前記第１のフラッシュタンクが温度１００℃～１４０℃および圧力１～３．６ｂａｒＡで動作することにより、圧力低下が起こり、前記圧力低下から生じるフラッシュ蒸気が、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパーに移送される、第１のフラッシュタンクと、
ｇ）前記液体材料が前記第１のフラッシュタンクから移送される第２のフラッシュタンクであって、前記第２のフラッシュタンクが温度７０℃～１００℃および圧力０．３～１ｂａｒＡで動作することにより、さらなる圧力低下が起こり、前記第２のフラッシュタンク内の前記さらなる圧力低下から生じるフラッシュ蒸気が、前記真空システムによって温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する前記第１のパルパーに移送される、第２のフラッシュタンクと
を含む。
ａ）前記液体基質が移送されて、下流のフラッシュタンクからフラッシュ蒸気を注入することによって温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する、前記液体基質を混合し予熱するための第１のパルパーと、
ｂ）前記第１のパルパーが動作する前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡを維持するための真空システムであって、この真空システムは、
－前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化し、
－任意の残留非凝縮性蒸気および残留凝縮性蒸気の圧縮を最大化する
ように作動する、真空システムと、
ｃ）前記非凝縮性蒸気を下流の嫌気性消化槽または前記真空システムに接続されているプロセスガス処理装置に注入できる注入ユニットと、
ｄ）前記予熱された液体基質が前記第１のパルパーから移送され、下流のフラッシュタンクからフラッシュ蒸気を注入することによって前記液体基質がさらに混合および予熱される、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する第２のパルパーと、
ｅ）前記さらに予熱された液体基質が前記第２のパルパーから移送され、前記液体基質が１４０℃～１８０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡ圧力に加熱される、並列または直列で作動する１つ以上の反応器と、
ｆ）直列または並列で作動する１つ以上の反応器から前記液体基質が移送される第１のフラッシュタンクであって、前記第１のフラッシュタンクが温度１００℃～１４０℃および圧力１～３．６ｂａｒＡで動作することにより、圧力低下が起こり、前記圧力低下から生じるフラッシュ蒸気が、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパーに移送される、第１のフラッシュタンクと、
ｇ）前記液体材料が前記第１のフラッシュタンクから移送される第２のフラッシュタンクであって、前記第２のフラッシュタンクが温度７０℃～１００℃および圧力０．３～１ｂａｒＡで動作することにより、さらなる圧力低下が起こり、前記第２のフラッシュタンク内の前記さらなる圧力低下から生じるフラッシュ蒸気が、前記真空システムによって温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する前記第１のパルパーに移送される、第２のフラッシュタンクと
を含む。
【0033】
このプラントは、従来技術のプロセスと比較してより低い蒸気消費量を達成することによって蒸気消費量を向上および／または最適化する。上記ａ）、ｂ）、ｄ）、ｅ）およびｆ）の下で示された温度および圧力に関して、当業者は、理想的なシナリオでは、例えば４０℃、９０℃および１４０℃での蒸気の分圧がそれぞれ０．０７ｂａｒＡ、０．７ｂａｒＡおよび３．６ｂａｒＡであることを容易に理解するであろう。同様に、理想的なシナリオでは、蒸気の分圧は１３５℃ではなく１３７℃で３．３ｂａｒＡである。すなわち、示された温度および圧力は蒸気の飽和線に従わない。しかしながら、本発明のプロセスおよび方法は、多くの実施形態では他の非凝縮性ガスの存在も含むので、上記ａ）、ｂ）、ｄ）、ｅ）およびｆ）で示された圧力および温度は、任意のそのような他の非凝縮性ガスの存在の可能性も考慮に入れるために、ある程度四捨五入されなければならない。
【0034】
本発明の第２の態様の一実施形態では、プラントは、前記第１のパルパーの作動温度未満で凝縮可能な任意の蒸気を除去するように作動する相互接続された蒸気冷却器をさらに備え、前記真空システムは、
－前記第１のパルパーの作動温度未満で凝縮可能な任意の蒸気を除去するために、前記第１のパルパー内および前記相互接続された蒸気冷却器内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮可能な蒸気の凝縮を最大化し、
－残留非凝縮性蒸気の圧縮を最大にする
ように作動する。
－前記第１のパルパーの作動温度未満で凝縮可能な任意の蒸気を除去するために、前記第１のパルパー内および前記相互接続された蒸気冷却器内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮可能な蒸気の凝縮を最大化し、
－残留非凝縮性蒸気の圧縮を最大にする
ように作動する。
【0035】
この実施形態は、従来技術のプロセスと比較してより低い蒸気消費量を達成することによって蒸気消費量をさらに向上および／または最適化する。
【0036】
本発明の第１の態様の実施形態のいずれかは、第２の態様の実施形態のいずれかと組み合わせることができる。
【0037】
本発明の第３の態様では、乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度１０～３０℃を有する液体基質の既存の熱加水分解プラントの改造方法が提供され、液体基質はメタンもしくはその他の有価物質の生成もしくは抽出を目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、前記改造は、前記プラントが、
ａ）前記液体基質が移送されて、下流のフラッシュタンクからフラッシュ蒸気を注入することによって、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する、前記液体基質を混合し予熱するための第１のパルパーと、
ｂ）前記第１のパルパーが動作する前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡを維持するための真空システムであって、この真空システムが、
－前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化し、
－任意の残留非凝縮性蒸気の圧縮を最大化する
ように作動する、真空システムと、
ｃ）前記非凝縮性蒸気を下流の嫌気性消化槽または前記真空システムに接続されているプロセスガス処理装置に注入できる注入ユニットと、
ｄ）前記予熱された液体基質が前記第１のパルパーから移送され、下流のフラッシュタンクからフラッシュ蒸気を注入することによって前記液体基質がさらに混合および予熱される、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する第２のパルパーと、
ｅ）前記さらなる予熱された液体基質が前記第２のパルパーから移送され、前記液体基質が１４０℃～１８０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡ圧力に加熱される、並列または直列で作動する１つ以上の反応器と、
ｆ）直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器から前記液体基質が移送される第１のフラッシュタンクであって、前記第１のフラッシュタンクが温度１００℃～１４０℃および圧力１～３．６ｂａｒＡで動作することにより、圧力低下が起こり、前記圧力低下から生じるフラッシュ蒸気が、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパーに移送される、第１のフラッシュタンクと、
ｇ）前記液体材料が前記第１のフラッシュタンクから移送される第２のフラッシュタンクであって、前記第２のフラッシュタンクが温度７０℃～１００℃および圧力０．３～１ｂａｒＡで動作することにより、さらなる圧力低下が起こり、前記第２のフラッシュタンク内の前記さらなる圧力低下から生じるフラッシュ蒸気が、前記真空システムによって温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する前記第１のパルパーに移送される、第２のフラッシュタンクと
を少なくとも含むことを確実にする。
ａ）前記液体基質が移送されて、下流のフラッシュタンクからフラッシュ蒸気を注入することによって、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する、前記液体基質を混合し予熱するための第１のパルパーと、
ｂ）前記第１のパルパーが動作する前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡを維持するための真空システムであって、この真空システムが、
－前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化し、
－任意の残留非凝縮性蒸気の圧縮を最大化する
ように作動する、真空システムと、
ｃ）前記非凝縮性蒸気を下流の嫌気性消化槽または前記真空システムに接続されているプロセスガス処理装置に注入できる注入ユニットと、
ｄ）前記予熱された液体基質が前記第１のパルパーから移送され、下流のフラッシュタンクからフラッシュ蒸気を注入することによって前記液体基質がさらに混合および予熱される、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する第２のパルパーと、
ｅ）前記さらなる予熱された液体基質が前記第２のパルパーから移送され、前記液体基質が１４０℃～１８０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡ圧力に加熱される、並列または直列で作動する１つ以上の反応器と、
ｆ）直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器から前記液体基質が移送される第１のフラッシュタンクであって、前記第１のフラッシュタンクが温度１００℃～１４０℃および圧力１～３．６ｂａｒＡで動作することにより、圧力低下が起こり、前記圧力低下から生じるフラッシュ蒸気が、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパーに移送される、第１のフラッシュタンクと、
ｇ）前記液体材料が前記第１のフラッシュタンクから移送される第２のフラッシュタンクであって、前記第２のフラッシュタンクが温度７０℃～１００℃および圧力０．３～１ｂａｒＡで動作することにより、さらなる圧力低下が起こり、前記第２のフラッシュタンク内の前記さらなる圧力低下から生じるフラッシュ蒸気が、前記真空システムによって温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する前記第１のパルパーに移送される、第２のフラッシュタンクと
を少なくとも含むことを確実にする。
【0038】
この改造方法は、従来技術のプロセスと比較してより低い蒸気消費量を達成することによって蒸気消費量を向上および／または最適化する。上記ａ）、ｂ）、ｄ）、ｅ）およびｆ）の下で示された温度および圧力に関して、当業者は、理想的なシナリオでは、例えば４０℃、９０℃および１４０℃での蒸気の分圧がそれぞれ０．０７ｂａｒＡ、０．７ｂａｒＡおよび３．６ｂａｒＡであることを容易に理解するであろう。同様に、理想的なシナリオでは、蒸気の分圧は１３５℃ではなく１３７℃で３．３ｂａｒＡである。すなわち、示された温度および圧力は蒸気の飽和線に従わない。しかしながら、本発明のプロセスおよび方法は、多くの実施形態では他の非凝縮性ガスの存在も含むので、上記ａ）、ｂ）、ｄ）、ｅ）およびｆ）で示された圧力および温度は、任意のそのような他の非凝縮性ガスの存在の可能性も考慮に入れるために、ある程度四捨五入されなければならない。
【0039】
本発明の第３の態様の一実施形態において、改造方法は、前記プラントが、前記第１のパルパーの作動温度未満で凝縮可能な任意の蒸気を除去するように作動する相互接続された蒸気冷却器を備えること、および前記真空システムが、
－前記第１のパルパー内、または前記第１のパルパーの作動温度未満で凝縮可能な任意の蒸気を除去するために作動する前記相互接続された蒸気冷却器内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない凝縮性蒸気の凝縮を最大化し、
－任意の残留非凝縮性蒸気の圧縮を最大化する
ように作動することを確実にすることをさらに含む。
－前記第１のパルパー内、または前記第１のパルパーの作動温度未満で凝縮可能な任意の蒸気を除去するために作動する前記相互接続された蒸気冷却器内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない凝縮性蒸気の凝縮を最大化し、
－任意の残留非凝縮性蒸気の圧縮を最大化する
ように作動することを確実にすることをさらに含む。
【0040】
この改造方法は、従来技術のプロセスと比較してより低い蒸気消費量を達成することによって、蒸気消費量をさらに向上および／または最適化する。
【0041】
本発明の第１の態様および第２の態様の実施形態のいずれかは、第３の態様の実施形態のいずれかと組み合わせることができる。
本発明の一態様を以下に示すが、本発明はそれに限定されない。
［発明１］
乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度約５０℃未満、好ましくは１０～３０℃を有する液体基質の熱加水分解方法であって、前記液体基質は、その後、１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））内でメタンもしくはその他の有価物質を生成もしくは抽出することを目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、前記方法は、同数のフラッシュタンクとパルパーが使用されることと、直列の少なくとも第１および第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、直列の少なくとも第１および第２のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ）およびＦ２（ｂ））が段階的な予熱および減圧にそれぞれ使用されることと、
ａ）前記液体基質は、第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に移送され、予熱され、混合され、前記第１のパルパーは、下流のフラッシュタンク、例えば前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作し、前記フラッシュタンクは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））よりも高い圧力で動作することと、
ｂ）前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作する前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡは、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されていない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用する真空システム（Ｖ（ｃ））によって維持されていることと、
ｃ）前記予熱された液体基質は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））から、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に移送され、前記液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））よりも高い圧力で動作する下流のフラッシュタンク、例えば前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することによって、さらなる混合および予熱を受けることと、
ｄ）前記さらに予熱された液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））から、並列または直列で作動する１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に移送され、前記液体基質は、１４０℃～２２０℃の範囲、好ましくは１４０℃～１８０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡの圧力に加熱されることと、
ｅ）前記液体基質は、直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から、温度１００℃～１４０℃および圧力１～３．６ｂａｒＡで動作する前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））に移送され、それにより圧力低下が発生し、前記圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に移送されることと、
ｆ）前記液体材料は、前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から、温度７０℃～１００℃および圧力０．３５～１ｂａｒＡで動作する前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））に移送され、それにより、さらなる圧力低下が起こり、前記第２フラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））における前記さらなる圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、前記真空システムによって、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に移送されることと
を特徴とする、方法。
［発明２］
乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度約５０℃未満、好ましくは１０～３０℃を有する液体基質の熱加水分解方法であって、前記液体基質は、その後、１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））内でメタンもしくはその他の有価物質を生成もしくは抽出することを目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、前記方法は、使用されるフラッシュタンクの数が、使用されるパルパーの数より１つ少ないことと、直列の少なくとも第１のパルパーおよび第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、少なくとも１つのフラッシュタンクＦが、段階的な予熱および減圧にそれぞれ使用されることと、
ａ）前記液体基質は、第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に移送され、予熱され、混合され、前記第１のパルパーは、下流のフラッシュタンク（Ｆ）から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作し、前記フラッシュタンクは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））よりも高い圧力で動作することと、
ｂ）前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作する前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡは、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されていない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用する真空システム（Ｖ（ｃ））によって維持されていることと、
ｃ）前記予熱された液体基質は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））から、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に移送され、前記液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））よりも高い圧力で動作する１つ以上の下流の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することによって、さらなる混合および予熱を受けることと、
ｄ）前記さらに予熱された液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））から、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に移送され、前記液体基質は、１４０℃～２２０℃の範囲、好ましくは１４０℃～１８０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡの圧力に加熱されることと、
ｅ）並列または直列で動作する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））は、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））の圧力が平衡状態になるまで、前記反応器のヘッドスペースから前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に蒸気を移送することによって減圧され、その後、前記液体基質は、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から前記下流のフラッシュタンク（Ｆ）に移送されることと
を特徴とする、方法。
［発明３］
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））と前記真空システム（Ｖ（ｃ））との間に相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））が、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作している温度未満で凝縮可能な任意の蒸気を凝縮して除去するように機能することをさらに特徴とする、発明１または２に記載の方法。
［発明４］
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））でも前記相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））でも凝縮されない前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））のヘッドスペースからの残留非凝縮性蒸気を圧縮することを目的とするステップと、前記圧縮された非凝縮性蒸気を嫌気性消化器またはガス処理のための任意の他の手段に注入することを目的とするステップとを含むことをさらに特徴とする、発明１～３のいずれか一に記載の方法。
［発明５］
パルパー、反応器、フラッシュタンクなどの間の前記液体基質の移送が、少なくとも部分的に気圧ポンピングによって達成される、発明１～４のいずれか一に記載の方法。
［発明６］
乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度約５０℃未満、好ましくは１０～３０℃を有する液体基質の熱加水分解プラントであって、前記液体基質はその後、メタンもしくはその他の有価物質の生成もしくは抽出を目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、前記プラントは、同数のフラッシュタンクおよびパルパーと、
直接または間接的に直列に相互接続されている少なくとも第１および第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、
前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ））の１つに配管によって相互接続された真空システム（Ｖ（ｃ））と、
並列または直列で作動し、配管によって前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ２（ｅ））の１つに相互接続され、前記真空システム（Ｖ（ｃ））には相互接続されていない１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と、
少なくとも第１および第２のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ）およびＦ２（ｂ））であって、
直接的または間接的に直列に相互接続され、
そのうちの１つ（Ｆ１（ｊ））は、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に配管によって相互接続され、
各々は、前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））の１つに配管によって個別に相互接続され、
各々は、配管によって個別に相互接続されている前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））の１つよりも高い圧力で個別に動作可能である、
少なくとも２つのフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ）およびＦ２（ｂ））と
を含み、
ａ）前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））は、個別に相互接続されている前記少なくとも２つの下流のフラッシュタンクの１つ、例えば前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））から、液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作することができ、
ｂ）前記真空システムは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作し、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用することができる、上記圧力０．２～０．９ｂａｒＡを維持することができ、
ｃ）前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））は、個別に相互接続されている前記少なくとも２つの下流のフラッシュタンクの１つ、例えば前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作することができ、
ｄ）並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））は、１４０℃～１８０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡの圧力で動作することができ、
ｅ）前記液体基質は、直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から、温度１００℃～１４０℃および圧力１～３．６ｂａｒＡで動作する前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））に移送され得、それにより圧力低下が起こり、前記圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、温度９０～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパー（Ｆ２（ｂ））に移送され得、
ｆ）前記液体材料は、前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から、温度７０℃～１００℃および圧力０．３５～１ｂａｒＡで動作する前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））に移送され得、それにより、さらなる圧力低下が起こり、前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））における前記さらなる圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、前記真空システムによって、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する前記第１のパルパーに移送され得る、プラント。
［発明７］
乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度約５０℃未満、好ましくは１０～３０℃を有する液体基質の熱加水分解プラントであって、前記液体基質は、メタンもしくはその他の有価物質の生成もしくは抽出を目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、前記プラントは、フラッシュタンクよりも１つ多いパルパーと、
直接または間接的に直列に相互接続されている少なくとも第１および第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、
前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ））の１つに配管によって相互接続された真空システム（Ｖ（ｃ））と、
並列または直列で作動し、前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ２（ｅ））の１つに配管によって相互接続され、前記真空システム（Ｖ（ｃ））には相互接続されていない１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と、
少なくとも１つのフラッシュタンク（Ｆ）であって、
並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に配管によって相互接続され、
前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ））の１つに配管によって相互接続され
配管によって個別に相互接続されている、前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ））の１つよりも高い圧力で動作可能である
フラッシュタンク（Ｆ）と
を含み、
ａ）前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））は、相互接続されている前記下流のフラッシュタンク（Ｆ）から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作することができ、
ｂ）前記真空システムは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作し、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用することができる前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡを維持することができ、
ｃ）前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））は、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作することができ、
ｅ）並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））は、１４０℃～２２０℃の範囲、好ましくは１４０℃～１８０℃の範囲の温度、および３．６～１０ｂａｒＡの圧力で動作することができ、
ｆ）並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））の圧力が平衡状態になり、その後、前記液体基質が、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から前記フラッシュタンク（Ｆ）に移送され得るまで、前記反応器のヘッドスペースから前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に蒸気を移送することによって、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））を減圧することによって、前記液体基質は、直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から前記フラッシュタンク（Ｆ）に移送され得る、プラント。
［発明８］
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））と前記真空システム（Ｖ（ｃ））との間に相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））をさらに含み、前記蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））の作動温度より低い温度で動作することができ、それによって前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））で凝縮しない凝縮性蒸気の除去を可能にする、発明６または７に記載のプラント。
［発明９］
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））でも前記相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））でも凝縮されない、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））のヘッドスペースからの残留非凝縮性蒸気を圧縮するための手段と、前記圧縮された非凝縮性蒸気を嫌気性消化器またはガス処理のための任意の他の手段に注入するための手段とを含むことをさらに特徴とする、発明６～８のいずれか一に記載のプラント。
［発明１０］
気圧ポンピングによる前記液体基質の少なくとも部分的な移送に使用される容器をさらに含む、発明６～９のいずれか一に記載のプラント。
［発明１１］
乾燥固形分含有量２～３０％および温度約５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかに直接移送することを可能にする配管であって、前記配管は、乾燥固形分含有量２～３０％および温度約５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のどちらに移送すべきかの選択を可能にする１つ以上の閉鎖弁を備えている、配管と、
前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかから前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかへの換気を可能にする配管による接続と、
前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記１つ以上のフラッシュタンクのいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
前記真空システム（Ｖ（ｃ））のバイパスを可能にする配管による接続と
をさらに含む、発明６～１０のいずれか一に記載のプラント。
［発明１２］
乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度約５０℃未満、好ましくは１０～３０℃を有する液体基質の既存の加水分解プラントの改造方法であって、前記液体基質は、メタンもしくは他の有価物質を生成もしくは抽出することを目的とした嫌気性発酵、消化または別のプロセスで使用され、それによって前記改造は、前記プラントが少なくとも発明６に記載のプラントの特徴を含むことを確実にする、改造方法。
［発明１３］
乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度約５０℃未満、好ましくは１０～３０℃を有する液体基質の既存の加水分解プラントの改造方法であって、前記液体基質は、メタンもしくは他の有価物質の生成もしくは抽出を目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、それによって前記改造は、前記プラントが少なくとも発明７に記載のプラントの特徴を含むことを確実にする、改造方法。
［発明１４］
前記プラントは前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））と前記真空システム（Ｖ（ｃ））との間に相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））を備えることを確実にすることをさらに含み、前記蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））の動作温度より低い温度で動作することができ、それによって前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））で凝縮しない凝縮性蒸気の除去を可能にする、発明１２または１３のいずれか一に記載の改造方法。
［発明１５］
前記プラントは前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））内でも前記相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））内でも凝縮されない、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））のヘッドスペースからの残留非凝縮性蒸気を圧縮するための手段と、前記圧縮された非凝縮性蒸気を嫌気性消化器またはガス処理のための任意の他の手段に注入するための手段とを備えることを確実にすることをさらに含む、発明１２～１４のいずれか一に記載の改造方法。
［発明１６］
前記液体基質の前記移送は、熱伝達および混合ユニットによる気圧ポンピングによって少なくとも部分的に達成され、前記熱伝達および混合ユニットは、前記ユニットの前記容器を加圧する生蒸気システムに接続され、場合によっては前記ユニットの前記容器の充填率を高めるために真空を生成するシステムに接続され、前記ユニットの前記容器は、前記液体基質を反応器に排出するか、または前記基質を予熱容器に戻すように備えられている、発明１１～１５のいずれか一に記載の改造方法。
［発明１７］
前記熱伝達および混合ユニットの容積は、所望の反応器充填容積に等しいことをさらに特徴とする、発明１６に記載の改造方法。
［発明１８］
前記熱伝達および混合ユニットは、反応器の充填を測定するために使用されることをさらに特徴とする、発明１７に記載の改造方法。
［発明１９］
前記プラントが
乾燥固形分含有量２～３０％および温度約５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかに直接移送することを可能にする配管であって、前記配管は、乾燥固形分含有量２～３０％および温度約５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のどちらに移送すべきかの選択を可能にする１つ以上の閉鎖弁を備えている、配管と、
前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかから前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかへの換気を可能にする配管による接続と、
前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記１つ以上のフラッシュタンクのいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
前記真空システム（Ｖ（ｃ））のバイパスを可能にする配管による接続と
を含むことを確実にすることをさらに含む、発明１２～１４のいずれか一に記載の改造方法。
本発明の一態様を以下に示すが、本発明はそれに限定されない。
［発明１］
乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度約５０℃未満、好ましくは１０～３０℃を有する液体基質の熱加水分解方法であって、前記液体基質は、その後、１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））内でメタンもしくはその他の有価物質を生成もしくは抽出することを目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、前記方法は、同数のフラッシュタンクとパルパーが使用されることと、直列の少なくとも第１および第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、直列の少なくとも第１および第２のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ）およびＦ２（ｂ））が段階的な予熱および減圧にそれぞれ使用されることと、
ａ）前記液体基質は、第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に移送され、予熱され、混合され、前記第１のパルパーは、下流のフラッシュタンク、例えば前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作し、前記フラッシュタンクは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））よりも高い圧力で動作することと、
ｂ）前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作する前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡは、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されていない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用する真空システム（Ｖ（ｃ））によって維持されていることと、
ｃ）前記予熱された液体基質は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））から、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に移送され、前記液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））よりも高い圧力で動作する下流のフラッシュタンク、例えば前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することによって、さらなる混合および予熱を受けることと、
ｄ）前記さらに予熱された液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））から、並列または直列で作動する１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に移送され、前記液体基質は、１４０℃～２２０℃の範囲、好ましくは１４０℃～１８０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡの圧力に加熱されることと、
ｅ）前記液体基質は、直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から、温度１００℃～１４０℃および圧力１～３．６ｂａｒＡで動作する前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））に移送され、それにより圧力低下が発生し、前記圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に移送されることと、
ｆ）前記液体材料は、前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から、温度７０℃～１００℃および圧力０．３５～１ｂａｒＡで動作する前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））に移送され、それにより、さらなる圧力低下が起こり、前記第２フラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））における前記さらなる圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、前記真空システムによって、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に移送されることと
を特徴とする、方法。
［発明２］
乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度約５０℃未満、好ましくは１０～３０℃を有する液体基質の熱加水分解方法であって、前記液体基質は、その後、１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））内でメタンもしくはその他の有価物質を生成もしくは抽出することを目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、前記方法は、使用されるフラッシュタンクの数が、使用されるパルパーの数より１つ少ないことと、直列の少なくとも第１のパルパーおよび第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、少なくとも１つのフラッシュタンクＦが、段階的な予熱および減圧にそれぞれ使用されることと、
ａ）前記液体基質は、第１のパルパー（Ｐ１（ａ））に移送され、予熱され、混合され、前記第１のパルパーは、下流のフラッシュタンク（Ｆ）から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作し、前記フラッシュタンクは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））よりも高い圧力で動作することと、
ｂ）前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作する前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡは、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されていない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用する真空システム（Ｖ（ｃ））によって維持されていることと、
ｃ）前記予熱された液体基質は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））から、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に移送され、前記液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））よりも高い圧力で動作する１つ以上の下流の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することによって、さらなる混合および予熱を受けることと、
ｄ）前記さらに予熱された液体基質は、前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））から、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に移送され、前記液体基質は、１４０℃～２２０℃の範囲、好ましくは１４０℃～１８０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡの圧力に加熱されることと、
ｅ）並列または直列で動作する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））は、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））の圧力が平衡状態になるまで、前記反応器のヘッドスペースから前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に蒸気を移送することによって減圧され、その後、前記液体基質は、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から前記下流のフラッシュタンク（Ｆ）に移送されることと
を特徴とする、方法。
［発明３］
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））と前記真空システム（Ｖ（ｃ））との間に相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））が、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作している温度未満で凝縮可能な任意の蒸気を凝縮して除去するように機能することをさらに特徴とする、発明１または２に記載の方法。
［発明４］
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））でも前記相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））でも凝縮されない前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））のヘッドスペースからの残留非凝縮性蒸気を圧縮することを目的とするステップと、前記圧縮された非凝縮性蒸気を嫌気性消化器またはガス処理のための任意の他の手段に注入することを目的とするステップとを含むことをさらに特徴とする、発明１～３のいずれか一に記載の方法。
［発明５］
パルパー、反応器、フラッシュタンクなどの間の前記液体基質の移送が、少なくとも部分的に気圧ポンピングによって達成される、発明１～４のいずれか一に記載の方法。
［発明６］
乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度約５０℃未満、好ましくは１０～３０℃を有する液体基質の熱加水分解プラントであって、前記液体基質はその後、メタンもしくはその他の有価物質の生成もしくは抽出を目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、前記プラントは、同数のフラッシュタンクおよびパルパーと、
直接または間接的に直列に相互接続されている少なくとも第１および第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、
前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ））の１つに配管によって相互接続された真空システム（Ｖ（ｃ））と、
並列または直列で作動し、配管によって前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ２（ｅ））の１つに相互接続され、前記真空システム（Ｖ（ｃ））には相互接続されていない１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と、
少なくとも第１および第２のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ）およびＦ２（ｂ））であって、
直接的または間接的に直列に相互接続され、
そのうちの１つ（Ｆ１（ｊ））は、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に配管によって相互接続され、
各々は、前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））の１つに配管によって個別に相互接続され、
各々は、配管によって個別に相互接続されている前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））の１つよりも高い圧力で個別に動作可能である、
少なくとも２つのフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ）およびＦ２（ｂ））と
を含み、
ａ）前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））は、個別に相互接続されている前記少なくとも２つの下流のフラッシュタンクの１つ、例えば前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））から、液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作することができ、
ｂ）前記真空システムは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作し、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用することができる、上記圧力０．２～０．９ｂａｒＡを維持することができ、
ｃ）前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））は、個別に相互接続されている前記少なくとも２つの下流のフラッシュタンクの１つ、例えば前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作することができ、
ｄ）並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））は、１４０℃～１８０℃の範囲の温度および３．６～１０ｂａｒＡの圧力で動作することができ、
ｅ）前記液体基質は、直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から、温度１００℃～１４０℃および圧力１～３．６ｂａｒＡで動作する前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））に移送され得、それにより圧力低下が起こり、前記圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、温度９０～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作する前記第２のパルパー（Ｆ２（ｂ））に移送され得、
ｆ）前記液体材料は、前記第１のフラッシュタンク（Ｆ１（ｊ））から、温度７０℃～１００℃および圧力０．３５～１ｂａｒＡで動作する前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））に移送され得、それにより、さらなる圧力低下が起こり、前記第２のフラッシュタンク（Ｆ２（ｂ））における前記さらなる圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、前記真空システムによって、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作する前記第１のパルパーに移送され得る、プラント。
［発明７］
乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度約５０℃未満、好ましくは１０～３０℃を有する液体基質の熱加水分解プラントであって、前記液体基質は、メタンもしくはその他の有価物質の生成もしくは抽出を目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、前記プラントは、フラッシュタンクよりも１つ多いパルパーと、
直接または間接的に直列に相互接続されている少なくとも第１および第２のパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））と、
前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ））の１つに配管によって相互接続された真空システム（Ｖ（ｃ））と、
並列または直列で作動し、前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ２（ｅ））の１つに配管によって相互接続され、前記真空システム（Ｖ（ｃ））には相互接続されていない１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と、
少なくとも１つのフラッシュタンク（Ｆ）であって、
並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））に配管によって相互接続され、
前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ））の１つに配管によって相互接続され
配管によって個別に相互接続されている、前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ））の１つよりも高い圧力で動作可能である
フラッシュタンク（Ｆ）と
を含み、
ａ）前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））は、相互接続されている前記下流のフラッシュタンク（Ｆ）から液面より下にフラッシュ蒸気を注入することにより、温度４０℃～９０℃および圧力０．２～０．９ｂａｒＡで動作することができ、
ｂ）前記真空システムは、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））が動作し、前記第１のパルパー内の前記液体基質を通過するときに凝縮されない任意の凝縮性蒸気の凝縮を最大化するように作用することができる前記圧力０．２～０．９ｂａｒＡを維持することができ、
ｃ）前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））は、温度９０℃～１３５℃および圧力０．７～３．３ｂａｒＡで動作することができ、
ｅ）並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））は、１４０℃～２２０℃の範囲、好ましくは１４０℃～１８０℃の範囲の温度、および３．６～１０ｂａｒＡの圧力で動作することができ、
ｆ）並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））と前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））の圧力が平衡状態になり、その後、前記液体基質が、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から前記フラッシュタンク（Ｆ）に移送され得るまで、前記反応器のヘッドスペースから前記第２のパルパー（Ｐ２（ｅ））に蒸気を移送することによって、並列または直列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））を減圧することによって、前記液体基質は、直列または並列で作動する前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））から前記フラッシュタンク（Ｆ）に移送され得る、プラント。
［発明８］
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））と前記真空システム（Ｖ（ｃ））との間に相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））をさらに含み、前記蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））の作動温度より低い温度で動作することができ、それによって前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））で凝縮しない凝縮性蒸気の除去を可能にする、発明６または７に記載のプラント。
［発明９］
前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））でも前記相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））でも凝縮されない、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））のヘッドスペースからの残留非凝縮性蒸気を圧縮するための手段と、前記圧縮された非凝縮性蒸気を嫌気性消化器またはガス処理のための任意の他の手段に注入するための手段とを含むことをさらに特徴とする、発明６～８のいずれか一に記載のプラント。
［発明１０］
気圧ポンピングによる前記液体基質の少なくとも部分的な移送に使用される容器をさらに含む、発明６～９のいずれか一に記載のプラント。
［発明１１］
乾燥固形分含有量２～３０％および温度約５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかに直接移送することを可能にする配管であって、前記配管は、乾燥固形分含有量２～３０％および温度約５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のどちらに移送すべきかの選択を可能にする１つ以上の閉鎖弁を備えている、配管と、
前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかから前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかへの換気を可能にする配管による接続と、
前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記１つ以上のフラッシュタンクのいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
前記真空システム（Ｖ（ｃ））のバイパスを可能にする配管による接続と
をさらに含む、発明６～１０のいずれか一に記載のプラント。
［発明１２］
乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度約５０℃未満、好ましくは１０～３０℃を有する液体基質の既存の加水分解プラントの改造方法であって、前記液体基質は、メタンもしくは他の有価物質を生成もしくは抽出することを目的とした嫌気性発酵、消化または別のプロセスで使用され、それによって前記改造は、前記プラントが少なくとも発明６に記載のプラントの特徴を含むことを確実にする、改造方法。
［発明１３］
乾燥固形分含有量２～３０％、好ましくは１４～２０％、および温度約５０℃未満、好ましくは１０～３０℃を有する液体基質の既存の加水分解プラントの改造方法であって、前記液体基質は、メタンもしくは他の有価物質の生成もしくは抽出を目的とした嫌気性発酵、消化、または別のプロセスで使用され、それによって前記改造は、前記プラントが少なくとも発明７に記載のプラントの特徴を含むことを確実にする、改造方法。
［発明１４］
前記プラントは前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））と前記真空システム（Ｖ（ｃ））との間に相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））を備えることを確実にすることをさらに含み、前記蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））は、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））の動作温度より低い温度で動作することができ、それによって前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））で凝縮しない凝縮性蒸気の除去を可能にする、発明１２または１３のいずれか一に記載の改造方法。
［発明１５］
前記プラントは前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））内でも前記相互接続された蒸気冷却器（ＶＣ（ｄ））内でも凝縮されない、前記第１のパルパー（Ｐ１（ａ））のヘッドスペースからの残留非凝縮性蒸気を圧縮するための手段と、前記圧縮された非凝縮性蒸気を嫌気性消化器またはガス処理のための任意の他の手段に注入するための手段とを備えることを確実にすることをさらに含む、発明１２～１４のいずれか一に記載の改造方法。
［発明１６］
前記液体基質の前記移送は、熱伝達および混合ユニットによる気圧ポンピングによって少なくとも部分的に達成され、前記熱伝達および混合ユニットは、前記ユニットの前記容器を加圧する生蒸気システムに接続され、場合によっては前記ユニットの前記容器の充填率を高めるために真空を生成するシステムに接続され、前記ユニットの前記容器は、前記液体基質を反応器に排出するか、または前記基質を予熱容器に戻すように備えられている、発明１１～１５のいずれか一に記載の改造方法。
［発明１７］
前記熱伝達および混合ユニットの容積は、所望の反応器充填容積に等しいことをさらに特徴とする、発明１６に記載の改造方法。
［発明１８］
前記熱伝達および混合ユニットは、反応器の充填を測定するために使用されることをさらに特徴とする、発明１７に記載の改造方法。
［発明１９］
前記プラントが
乾燥固形分含有量２～３０％および温度約５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかに直接移送することを可能にする配管であって、前記配管は、乾燥固形分含有量２～３０％および温度約５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のどちらに移送すべきかの選択を可能にする１つ以上の閉鎖弁を備えている、配管と、
前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかから前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかへの換気を可能にする配管による接続と、
前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記１つ以上のフラッシュタンクのいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
前記真空システム（Ｖ（ｃ））のバイパスを可能にする配管による接続と
を含むことを確実にすることをさらに含む、発明１２～１４のいずれか一に記載の改造方法。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明による方法を実行するための本発明によるプラントの実施形態を示す図である。
【図2】本発明による方法を実行するための本発明によるプラントの異なる実施形態を示す図である。
【図3】気圧ポンピングを利用する、本発明による方法を実行するための本発明によるプラントの特に好ましい実施形態を示す図である。
【図4】気圧ポンピングを利用する、本発明による方法を実行するための本発明によるプラントの異なる特に好ましい実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0043】
【0044】
本発明は、予熱および減圧のためにそれぞれパルパーおよびフラッシュタンクを利用する、蒸気爆発と組み合わせて熱加水分解プロセス（ＴＨＰ）を使用する方法およびプラントに関する。本発明はまた、熱加水分解プロセス（ＴＨＰ）を使用して既存のプラントを改造する方法に関する。
【0045】
すでに上述したように、本発明は、それぞれ段階的な予熱および圧力低減のために、直列の少なくとも２つのパルパーおよび２つのフラッシュタンクと組み合わせて真空を利用する。
【0046】
本発明による方法またはプラントにおける個々の容器の最適な温度および圧力は、ＴＨＰへの供給物の温度に依存する。約５０℃未満の供給温度では、第２のフラッシュタンクおよび第１のパルパー内の圧力は、第１のパルパーに接続された真空システムを使用することによって周囲よりも低く維持される。典型的には、ＴＨＰへの供給物の温度は約１５℃であり、正常範囲は１０～３０℃、例えば１５～２５℃である。これにより、真空システムは、２つのパルパーおよび２つのフラッシュタンクを使用することによって蒸気消費量の低減を達成するために不可欠となる。基質が常温範囲内にある場合、第１のパルパーは、第２のフラッシュタンクから第１のパルパーへの低温蒸気の移送を可能にするために周囲圧力よりも十分に低く維持される。これは、沸騰を防ぐために両方のパルパー容器内の圧力を制御しながら行われる。
【0047】
フラッシュ蒸気は、好ましくは、両方のパルパーにおいて液面より下に注入される。これにより、他の非凝縮性ガスが液体を通過してヘッドスペースに入る間に、蒸気が液体内で凝縮することが保証される。温度および圧力トランスミッタは、パルパー容器のヘッドスペース内の蒸気および他の非凝縮性ガスの分圧を計算するために使用される。これらの機器からの入力は、容器からガスを放出する弁を制御するために使用される。第２の（比較的高温の）パルパーからのガスは、第１の（比較的低温の）パルパー内で液面より下に排出される。これにより、プロセスガスと共に運ばれる蒸気が第１のパルパーにおける予熱に使用されることが保証される。第１のパルパー内の非凝縮性ガスの分圧は、所望のレベルに維持される。第１のパルパーのヘッドスペース内の非凝縮性ガスの最適分圧は、使用される特定の基質に依存する。
【0048】
典型的には、本発明による方法またはプラントにおいて第１のパルパーに供給される液体基質の温度は、１０～３０℃、例えば１５～２５℃、例えば２０～２５℃の範囲内であり、第２のパルパーの下流で並列または直列で作動する１つ以上の反応器に適用される加水分解温度は、周囲温度および供給原料に応じて１４０～１８０℃の範囲、例えば１５５～１６５℃、例えば約１６０℃である。
【0049】
上記から明らかなように、第１のパルパーが真空システムに接続されている、２つのパルパーおよび２つのフラッシュタンクを有するシステムに依存する方法およびプラント（新規または改造）を提供することが、本発明の特に好ましい実施形態である。しかしながら、当業者は、本発明の好ましい方法およびプラント（新規または改造）、すなわち、第１のパルパーが真空システムに接続されている２つのパルパーおよび２つのフラッシュタンクを有するシステムに依存するものに対するわずかな変更によって、同じ技術的特徴を特徴とする特定の他の実施形態を容易に得ることができることを容易に理解するであろう。同様に本発明に含まれるこれらの追加の実施形態のいくつかは、以下で幾分さらに詳細に説明される。
【0050】
第１の追加の実施形態は、２つのパルパーと２つのフラッシュタンクとを有し、第１のパルパーが真空システムに接続されているシステムに依存する上記の好ましい実施形態で説明したように、同等に低い蒸気消費量を達成するために、２つのパルパーに依存するが、１つのフラッシュタンクのみに依存するシステムである。これは、第１のパルパーが真空システムに接続されること、および反応器のヘッドスペースを第２のパルパーに接続するラインが、反応器からフラッシュタンクに液体基質を移送する前に、反応器と第２のパルパーとが平衡状態になるまで反応器を減圧するために使用されることを必要とする。このようなシステムでは、反応器が、同数のパルパーおよびフラッシュタンクを有するシステムにおける第１のフラッシュタンクと同様の役割を果たすため、パルパーの数よりも１つ少ないフラッシュタンクで動作することが可能であり、液体基質は最大圧力で反応器から移送される。そのようなシステムでは、反応器内の液体基質は、パルパー内の基質を予熱するために反応器から蒸気が移送されるときに沸騰する。したがって、液体がフラッシュ蒸気システムに入るのを防ぐために、そのようなシステムの反応器内のヘッドスペース容積が大きく、蒸気移送速度が低いことが重要である。必要とされる大きなヘッドスペース容積は、利用可能な反応器容積の使用効率を低下させ、低い蒸気移送速度は、各反応器のサイクル時間を増加させる。これらの両方の効果は、システムの能力を低下させる。このため、同数のパルパーおよびフラッシュタンクを使用し、最大圧力で反応器から基質を排出することがより効率的である。
【0051】
フラッシング段階の数を増やすと、全体的な蒸気消費量が少なくなる。ａ）１５℃および１６．５％の乾燥固形分含有量を有する供給物、ｂ）液面より２メートル下に沈められたフラッシュ蒸気のすべての注入点、ｃ）１６５℃の反応器温度、ｄ）第１のパルパーに０．１ｂａｒの部分的な成分を有する非凝縮性ガス、およびｃ）周囲への熱損失がないことに依存するプロセスでは、３つのフラッシング段階が使用される場合、全体の蒸気消費量は、処理される乾燥固形分１トン当たり約５３０ｋｇの蒸気となる。比較すると、２つのフラッシング段階または１つのフラッシング段階を有するプロセスは、それぞれ処理される乾燥固形分１トン当たり１４ｂａｒＡの圧力で６４０ｋｇおよび９００ｋｇの飽和蒸気を消費する。上記と同様の条件のプロセスでは、３つのフラッシング段階が使用される場合、第１のパルパーの温度は約４３℃であり、２つのフラッシング段階が使用される場合には約６４℃である。
【0052】
ほとんどの液体基質の粘度は、温度の上昇と共に低下し、乾燥固形分含有量の増加と共に上昇する。例えば、廃水処理プラントからのスラッジなどの基質の場合、粘度は、通常、周囲温度から約６０℃まで材料を加熱することによって大幅に低下する。粘度は、より高い温度まで加熱することによって低下し続けるが、より小さな程度で低下する。第１のパルパーの温度が低いと、粘度を管理可能なレベルに維持するために、供給物の乾燥固形分含有量をより低くしてプロセスを動作させる必要が生じる可能性がある。上述のプロセス条件と同様のプロセス条件で、２つまたは３つのフラッシング段階を有するプロセスは、供給物中の乾燥固形分含有量がそれぞれ１３．８％および１６．５％である場合、処理される乾燥固形分１トン当たりの蒸気消費量が等しい。このため、粘度を管理可能なレベルに維持するために供給物中の乾燥固形分含有量を減少させることが必要になる場合、３つのフラッシング段階を使用することの利点は失われる可能性がある。
【0053】
また、当業者が知っているように、希釈用の熱水、熱交換器などを使用することによって、流入する液体基質を予熱することが可能である。このような状況では、すなわち、第１のパルパーへの液体基質供給の温度と、第２のパルパーの下流で並列または直列で作動する１つ以上の反応器に適用される加水分解温度の両方が十分に高い場合には、第１のパルパーの作動圧力は、通常、１ｂａｒＡを超える。この一例は、液体基質が少量の非凝縮性ガスで４０℃の温度に予熱され、加水分解が温度２２０℃（および２３．２ｂａｒＡ）で行われるプロセスである。この場合、第１のパルパーは、典型的には、１１５℃および約１．８ｂａｒＡで動作する。また、そのような動作条件に依存する実施形態では、本発明の利点の少なくともいくつかが依然として得られることが当業者には直ちに明らかである。したがって、本発明はまた、直列の２つのパルパーおよび２つのフラッシュタンク、ならびに第１のパルパーが周囲圧力を超えて作動するのに十分高い温度を有する供給物に依存する方法および／またはプラントにも関連する。そのような方法および／またはプラントの別の例は、温度約６５～７０℃の供給物および約７ｂａｒＡの反応器保持圧力に依存する方法／プラントであろう。さらに、そのようなシナリオでは、各々２つではなく、３つのパルパーおよび３つのフラッシュタンクを直列に使用することが有益であり得、これにより、そのような状況でも、流入する液体基質を予熱するために周囲圧力未満の蒸気を利用することが可能になるためである。本発明はまた、任意のそのような方法および／またはプラントにも関連する。
【0054】
しかしながら、本発明による方法またはプラントにおける大部分の状況では、液体基質温度および加水分解温度がそれぞれ４０℃および１８０℃未満であるため、３つ以上のパルパーおよび２つのフラッシュタンクを直列で使用することは関連しない。
【0055】
従来技術のプロセスでは、従来の真空冷却器は、真空圧縮機を利用して凝縮器冷却器の下流に真空を作り出す。次いで、凝縮器冷却器は、真空圧縮機が、しばしば非凝縮性ガスと呼ばれる残留ガスで動作するように、凝縮性蒸気を除去する。本発明による方法またはプラントでは、真空圧縮機は、すべての蒸気を処理する必要はなく、非凝縮性ガスに作用するだけであり、したがって最小限の仕事を実行する必要がある。本発明による方法またはプラントで使用するための凝縮器冷却器は、様々な方法で設計することができ、例えば、プレート熱交換器、垂直または水平管熱交換器、流下フィルム、または真空蒸発器など、凝縮器技術で周知の他の解決策が挙げられる。これらの解決策に共通するのは、蒸気を間接的に冷却して凝縮させるために、冷却剤が熱表面を冷却する必要があることである。したがって、本発明は、低温基質と凝縮性蒸気との間の直接接触を可能にする１つ以上の追加のパルパーを利用することによって、凝縮器冷却器の必要性を大幅に回避する。パルパー内部のこの直接接触凝縮により、スケーリングを受けることが知られている熱表面なしで低温基質が予熱される。さらに、本発明は、熱交換器のスケーリングによる熱伝達の減少の問題を回避する。さらに、熱表面がないため、熱伝達の問題が最小限に抑えられる。さらに、本発明は、メタン生成のための嫌気性消化などの発酵プロセスの前に、温かい加水分解された基質上の伝統的な冷却器の必要性を最小限に抑える。
【0056】
本発明の重要な態様は、既存のＴＨＰプラントが動作する条件と比較して低い温度で熱を回収することである。予熱容器に戻されたすべての蒸気が、予熱される基質に凝縮することが重要である。これは、最低温度で動作する第１のパルパーでは、温度が低下するにつれて粘度が増加するため、非常に困難になる。しかしながら、注入点から液体表面を通って移動する蒸気を特徴とする、いわゆる蒸気トンネリングは、予熱容器内の基質の効率的な混合を確実にすることによって回避することができる。蒸気の密度は、圧力が低下するにつれて低下する。結果として、第１の予熱容器に移送される蒸気の量は、ほとんどのシナリオで大きくなる。この効果を、慎重に設計された注入点で蒸気を注入することによって予熱容器内で基質を混合するために利用し、使用することができる。これにより、既存の熱加水分解プロセスと比較してより低い温度にもかかわらず、１０％を超えるような高い乾燥固形分含有量を有する高粘度基質を処理することが可能になる。効率的な混合は、予熱容器に戻されるすべての蒸気の凝縮を確実にするためだけでなく、さらなる処理の前に基質を均質化するためにも重要である。したがって、反応器での処理の前に基質を均質化することによって、より完全な加水分解も確実になる。低温基質へのＨ２Ｏ蒸気の凝縮は、内破による激しい振動を引き起こす可能性がある。内破の激しさは、蒸気相の圧力および温度、ならびに蒸気泡の大きさ、および基質の温度の結果である。大きな温度差および圧力差は、最も激しい振動を引き起こす。蒸気と液体との間の温度および圧力差を減少させるための通常の方法は、減圧弁、制御弁、または蒸気供給ライン内の圧力降下を引き起こす任意の他の種類の制限などの減圧機構を用いて蒸気内の圧力を減少させることである。フラッシュタンク内でフラッシュされた蒸気は、清浄な水蒸気ではなく、そのような制限においてスケーリングおよび閉塞を引き起こすことが知られている成分を含む。代わりに、本発明による方法またはプラントは、Ｈ２Ｏ蒸気および汚染物質がパルパーを通って凝縮および注入によって除去され、３、５～８、５の範囲のｐＨを有する低温基質と直接接触した後、真空圧縮機を使用して圧力を低下させ、真空を作り出す。それにより、本発明による方法またはプラントは、蒸気相でそのような減圧メカニズムが発生することなく蒸気圧を減少させ、パルパーが比較的低い温度、典型的には４０～８５℃、より典型的には５０～７０℃、さらにより典型的には５８～６８℃の範囲で、最小限の振動で動作することができ、大きな熱回収を可能にする程度まで、蒸気圧を減少させる。本発明による方法またはプラントの特定の有用な実施形態の一例は、７、０～８、５の範囲のｐＨを有するアルカリ性基質の処理であろう。本発明による方法またはプラントの特定の有用な実施形態の別の例は、３、５～７、０の範囲のｐＨを有する基質の処理であろう。
【0057】
ほとんどの関連する基質について、粘度は乾燥固形分濃度と共に増加するが、粘度は温度の上昇と共に減少する。スラッジなどの原料基質の粘度は、通常、周囲温度から約６０～６５℃まで加熱すると大幅に低下する。さらに高い温度まで加熱すると、粘度がさらに低下する。本発明は、高い乾燥固形分濃度での操作を可能にする。当業者に知られているように、高い乾燥固形分濃度は、それ自体、基質特性に応じて約１０％～３０％の規模で蒸気消費量の低減に寄与する。さらに、２つのパルパーおよび２つのフラッシュタンクを有する本発明による方法またはプラントは、従来技術のＴＨＰ技術と比較して、ＴＨＰへの供給物の温度に応じて２５～４０％全体的な蒸気消費量を減少させる。
【0058】
本発明のさらに好ましい実施形態は、パルパーが、真空条件で大量の蒸気を使用することによって高強度の混合を可能にする蒸気導入システムを含むことである。これは、第２のパルパーが、予熱された供給物を約５０～８０℃、より正確には６０～７０℃で受け取るため、混合要件が低減され、従来のＴＨＰシステムのパルパーと比較して設計容積が低減されるという点で、本発明のさらなる利点をもたらす。さらに、このような機械的混合の必要性が低減される。特定の実施形態では、いずれの混合手段が使用されても、ランスの最適化された配向および追加のポンピングによって混合の向上を達成することができる。典型的なシナリオでは、第１のパルパーは、典型的には約１５℃で供給物を受け取り、それが約６５℃に加熱される。次に、第２のパルパーは、約６５℃で供給物を受け取り、供給物はその後、１００℃超にさらに加熱される。
【0059】
本発明による方法またはプラントのさらに特に好ましい実施形態は、圧力差を使用して、液体基質を第１のパルパー内および異なる下流容器間の両方に移動させること、すなわちいわゆる気圧ポンピングを含む。特定の実施形態では、気圧ポンピングは、液体基質の第１のパルパーへのおよび異なる下流容器間の移送を含むすべてのステップで使用され、他の実施形態では、気圧ポンピングは、液体基質の第１のパルパーへのおよび／または異なる下流容器間の移送を含むステップの一部でのみ使用される。後者の場合、液体基質の移送は、したがって、通常のポンプ（遠心式または順送式キャビティポンプ）によって部分的に達成されてもよい。
【0060】
【0061】
本発明による方法またはプラントの文脈において、気圧ポンピングは、圧力差によって基質を圧送するために使用される加圧された第１の容器として理解されるべきである。第１の容器は、圧送される基質で満たされ、続いてガスで加圧される。これにより、配管が第１の容器の圧力より低い圧力を有する第２の容器に相互接続されている場合、基質は、容器の底部の配管を通って第１の容器から押し出される。本発明による方法またはプラントでは、そのような設計は、機械的ポンピングと比較して特定の利点を提供する。
【0062】
気圧ポンピングの一般的な圧送の利点には、以下が含まれる。
ａ．機械的エネルギーを必要としない。
ｂ．可動部分が基質と接触しないため、摩耗が少なくなり、シール材などからの漏れのリスクが低減される。
ｃ．比較的高い圧力（５ｂａｒＡを超える）を容易に得ることができ、それにより、より高い流量が可能になる。
ａ．機械的エネルギーを必要としない。
ｂ．可動部分が基質と接触しないため、摩耗が少なくなり、シール材などからの漏れのリスクが低減される。
ｃ．比較的高い圧力（５ｂａｒＡを超える）を容易に得ることができ、それにより、より高い流量が可能になる。
【0063】
ＴＨＰ構成に関係なく、気圧ポンピングのさらなる利点には、以下が含まれる。
ａ．バッチ式ＴＨＰでは、基質は加圧容器間で不連続的に移動する。したがって、気圧ポンピングが通常は一定の流れを生成できないことは不利ではない。
ｂ．気圧ポンピングに使用される加圧容器の容積は、所望の反応器充填量に等しくてもよく、したがって既知の容積が反応器に投入される。これは、ＴＨＰの計装に取って代わり、正確な反応器充填量を保証する。
ｃ．気圧ポンピングに使用される加圧容器を加圧するために使用される蒸気は、下流の反応器内の蒸気と置き換わる。この結果、下流反応器の上流の気圧ポンピングは、ＴＨＰプロセスの総蒸気消費量に影響を及ぼさない。
ｄ．大きなパルパー容積では、温度変動を均等化することが有利である。気圧ポンピングに使用される加圧容器の容積は、パルパー容積の一部と考えることができる。より大きなパルプの利点は、より安定した温度およびパルス中の滞留時間の増加である。スラッジなどの基質の粘度は、パルパー中の滞留時間が増加するにつれて低下する。
ｅ．既存のＴＨＰプロセスで使用される機械式ポンプで可能であるよりも速く反応器を充填することができるため、ＴＨＰプラントの能力が向上する。
ｆ．気圧ポンピングにより達成できるより高い流量は、パルパーの内容物をより良好に混合することを可能にする。バロメトリックエッグ（ｂａｒｏｍｅｔｒｉｃ ｅｇｇ）を使用すると、パルパー内の温度の効果的な混合およびレベリングをもたらす強力なパルス撹拌を達成することができる。
ｇ．ＴＨＰプロセスは、沸点付近の液体で動作する。したがって、ポンプの吸入側でのキャビテーションが課題である。気圧ポンピングは、機械式ポンプと同じキャビテーションの課題を有していない。
ｈ．気圧ポンピングに使用される加圧容器を真空システムに短時間接続することにより、加圧容器はより速く充填される。
ａ．バッチ式ＴＨＰでは、基質は加圧容器間で不連続的に移動する。したがって、気圧ポンピングが通常は一定の流れを生成できないことは不利ではない。
ｂ．気圧ポンピングに使用される加圧容器の容積は、所望の反応器充填量に等しくてもよく、したがって既知の容積が反応器に投入される。これは、ＴＨＰの計装に取って代わり、正確な反応器充填量を保証する。
ｃ．気圧ポンピングに使用される加圧容器を加圧するために使用される蒸気は、下流の反応器内の蒸気と置き換わる。この結果、下流反応器の上流の気圧ポンピングは、ＴＨＰプロセスの総蒸気消費量に影響を及ぼさない。
ｄ．大きなパルパー容積では、温度変動を均等化することが有利である。気圧ポンピングに使用される加圧容器の容積は、パルパー容積の一部と考えることができる。より大きなパルプの利点は、より安定した温度およびパルス中の滞留時間の増加である。スラッジなどの基質の粘度は、パルパー中の滞留時間が増加するにつれて低下する。
ｅ．既存のＴＨＰプロセスで使用される機械式ポンプで可能であるよりも速く反応器を充填することができるため、ＴＨＰプラントの能力が向上する。
ｆ．気圧ポンピングにより達成できるより高い流量は、パルパーの内容物をより良好に混合することを可能にする。バロメトリックエッグ（ｂａｒｏｍｅｔｒｉｃ ｅｇｇ）を使用すると、パルパー内の温度の効果的な混合およびレベリングをもたらす強力なパルス撹拌を達成することができる。
ｇ．ＴＨＰプロセスは、沸点付近の液体で動作する。したがって、ポンプの吸入側でのキャビテーションが課題である。気圧ポンピングは、機械式ポンプと同じキャビテーションの課題を有していない。
ｈ．気圧ポンピングに使用される加圧容器を真空システムに短時間接続することにより、加圧容器はより速く充填される。
【0064】
特に２つのパルパーおよび２つのフラッシュタンクを用いるＴＨＰプロセスのための気圧ポンピングの利点は、以下を含むであろう。
ａ．沸点の中心で周囲圧力より低い圧力と高い圧力の両方で交互に作動するポンプの回転軸の周りにガスケットを見つけることは困難である。気圧ポンピングによる動作は、シーリングの品質に関してそれほど要求が厳しくなく、したがって、困難な動作条件は、機械的圧送の場合と同程度にシステムの全体的なコストに影響を及ぼさない。
ｂ．２つのパルパーでは、第１のパルパーの温度が低い。低温（第１のパルパー）では、粘度がより高く、気圧ポンピングを伴う解決策は、スラッジなどの高粘性基質を圧送するのにより適している。
ｃ．２パルパーシステムでは、通常のシステムよりも温度が高い。第２のパルパー（１１０～１３０℃）の高温に耐えるエラストマー（容積式ポンプに使用される）を見つけることは困難である。気圧ポンピングでは、これは課題ではない。これにより、反応器供給ポンプの必要性が低下するというさらなる利点がもたらされる。
ａ．沸点の中心で周囲圧力より低い圧力と高い圧力の両方で交互に作動するポンプの回転軸の周りにガスケットを見つけることは困難である。気圧ポンピングによる動作は、シーリングの品質に関してそれほど要求が厳しくなく、したがって、困難な動作条件は、機械的圧送の場合と同程度にシステムの全体的なコストに影響を及ぼさない。
ｂ．２つのパルパーでは、第１のパルパーの温度が低い。低温（第１のパルパー）では、粘度がより高く、気圧ポンピングを伴う解決策は、スラッジなどの高粘性基質を圧送するのにより適している。
ｃ．２パルパーシステムでは、通常のシステムよりも温度が高い。第２のパルパー（１１０～１３０℃）の高温に耐えるエラストマー（容積式ポンプに使用される）を見つけることは困難である。気圧ポンピングでは、これは課題ではない。これにより、反応器供給ポンプの必要性が低下するというさらなる利点がもたらされる。
【0065】
したがって、本発明は、それぞれフラッシュ蒸気の注入を使用し、蒸気フラッシングを促進することによる段階的な予熱および冷却を使用することによる、材料の連続的またはバッチ加水分解のための方法を提供する。さらに、少なくとも１つの予熱容器および少なくとも１つの温度低下容器は、相互接続配管を介して周囲圧力未満に維持される。これにより、予熱タンク内の流入材料を予熱するために１００℃未満の温度でフラッシュ蒸気を移送することが可能になる。本発明による方法またはプラントの特に好ましい実施形態では、液体基質の移送は、気圧ポンピングによって達成される。
【0066】
要するに、本発明による方法は、次のように特徴付けることができる。
ａ）液体基質は、真空システムを使用して周囲圧力より低く維持されたパルパーにフラッシュ蒸気を注入することによって移送され、予熱される。
ｂ）真空システムは、予熱パルパー内の液体を通過するときに凝縮されない蒸気に対して動作する任意のタイプの真空コンプレッサーまたは真空ポンプと、パルパー温度未満で蒸気を除去することを目的とした蒸気冷却器で構成される。
ｃ）真空システムも非凝縮性蒸気を圧縮し、非凝縮性ガスを下流の嫌気性消化槽または他の生物処理に注入するユニットに接続されている。
ｄ）周囲圧力よりも高い圧力に維持された第２の予熱パルパーに基質を移送する。
ｅ）基質が１４０℃～２２０℃の範囲の温度で処理される１つ以上の反応器。バッチモードで動作するプラントでは、周囲圧力未満に維持される予熱パルパーに反応器を接続するラインを使用して、反応器を断続的に真空下に置くことができる。第２の予熱パルパーは、周囲圧力よりも高い圧力で動作する。より高い圧力は、パルパー内部の高温を可能にし、粘度の低下をもたらす。結果として生じる圧力差は、ポンプを使用せずに液体材料を反応器に移送するために許容可能な粘度で使用することができる。しかしながら、基質の粘度が高すぎる場合に配管摩擦損失を克服するために、ポンプを使用することが実用的であり得る。機械式ポンプの代わりに、パルパー循環および反応器への基質の移送のために、気圧ポンピングが使用されることが好ましい。
ｆ）反応器内での処理後、基質は、２つの減圧フラッシュタンクのうちの第１の減圧フラッシュタンクに移送される。圧力の低下から生じるフラッシュ蒸気は、２つの予熱パルパーのうち、周囲圧力またはより高い圧力に維持された第２のパルパーに伝達される。
ｇ）第１の減圧フラッシュタンクからの基質は、周囲圧力未満に維持される第２の減圧フラッシュタンクに移送される。第２のフラッシュタンク内の圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、真空を生成するための機器を使用することによって周囲よりも低い圧力に維持される第１の予熱パルパーに移送される。
ａ）液体基質は、真空システムを使用して周囲圧力より低く維持されたパルパーにフラッシュ蒸気を注入することによって移送され、予熱される。
ｂ）真空システムは、予熱パルパー内の液体を通過するときに凝縮されない蒸気に対して動作する任意のタイプの真空コンプレッサーまたは真空ポンプと、パルパー温度未満で蒸気を除去することを目的とした蒸気冷却器で構成される。
ｃ）真空システムも非凝縮性蒸気を圧縮し、非凝縮性ガスを下流の嫌気性消化槽または他の生物処理に注入するユニットに接続されている。
ｄ）周囲圧力よりも高い圧力に維持された第２の予熱パルパーに基質を移送する。
ｅ）基質が１４０℃～２２０℃の範囲の温度で処理される１つ以上の反応器。バッチモードで動作するプラントでは、周囲圧力未満に維持される予熱パルパーに反応器を接続するラインを使用して、反応器を断続的に真空下に置くことができる。第２の予熱パルパーは、周囲圧力よりも高い圧力で動作する。より高い圧力は、パルパー内部の高温を可能にし、粘度の低下をもたらす。結果として生じる圧力差は、ポンプを使用せずに液体材料を反応器に移送するために許容可能な粘度で使用することができる。しかしながら、基質の粘度が高すぎる場合に配管摩擦損失を克服するために、ポンプを使用することが実用的であり得る。機械式ポンプの代わりに、パルパー循環および反応器への基質の移送のために、気圧ポンピングが使用されることが好ましい。
ｆ）反応器内での処理後、基質は、２つの減圧フラッシュタンクのうちの第１の減圧フラッシュタンクに移送される。圧力の低下から生じるフラッシュ蒸気は、２つの予熱パルパーのうち、周囲圧力またはより高い圧力に維持された第２のパルパーに伝達される。
ｇ）第１の減圧フラッシュタンクからの基質は、周囲圧力未満に維持される第２の減圧フラッシュタンクに移送される。第２のフラッシュタンク内の圧力低下から生じるフラッシュ蒸気は、真空を生成するための機器を使用することによって周囲よりも低い圧力に維持される第１の予熱パルパーに移送される。
【0067】
従来の機器を使用して、非凝縮性ガスおよび蒸気に真空を作り出し、周囲よりも低い圧力でフラッシュ蒸気を熱加水分解プロセスで予熱パルパーに移送することを容易にすることができる。
【0068】
低圧予熱パルパーの真空システムは、非凝縮性ガスを嫌気性消化器またはプロセスガスの他の処理に注入するユニットに接続することができる。
【0069】
本発明による方法またはプラントのさらに好ましい実施形態では、振動を最小にし、熱回収および混合を最大にするために、大量の低圧蒸気泡は大気圧よりも低く、サイズが縮小されて、１～５０ｍｍの範囲、好ましくは２５ｍｍ未満、より好ましくは１０ｍｍ未満のサイズの小さなサイズの泡になる。
【0070】
本発明による方法またはプラントのさらに好ましい実施形態では、両方の予熱パルパーは、並外れた高粘度の場合にさらに混合するためのポンプまたは攪拌機を備えてもよい。
【0071】
本発明による方法またはプラントのさらに好ましい実施形態では、両方の予熱パルパーは、第１または第２の減圧フラッシュタンクからの再循環フラッシュ蒸気の注入点よりも高い高さに基質出口を備える。
【0072】
本発明による方法またはプラントのさらに好ましい実施形態では、予熱パルパー供給物は、予熱パルパーの底部に導入されるか、または低温基質の比表面積を増加させる基質サイズ縮小分配システムと組み合わせて予熱パルパーの液面より上に、または低温基質の比表面積を増加させる基質サイズ縮小分配システムと組み合わせて予熱パルパーの液面より下に導入される。
【0073】
本発明による方法またはプラントのさらに好ましい実施形態では、パルパー内の不活性ガスの含有量は、制御システムを介して温度、圧力を監視し、「偽圧」が計算されたとき、すなわち蒸気飽和ラインから逸脱しているときに弁を開くことによって制御される。
【0074】
本発明による方法またはプラントのさらに好ましい実施形態では、熱混合移送ユニットは、２つのパルパーであるパルパーａとパルパーｅとの間の基質の移送に使用され、また、パルパーｅから下流の反応器への移送にも使用され得る。
【0075】
本発明による方法またはプラントの特に好ましい実施形態では、そのような熱混合伝達ユニットは、
Ａ）反応器内に基質を移送して充填するために使用される充填容積を有する容器と、
Ｂ）圧力を高めるために容器の上部に加えられる蒸気と、
Ｃ）パルパーからの供給を閉じるための弁と、
Ｄ）排出物を次の容器に分配するための弁と、
Ｅ）排出物をパルパーの底部に分配してパルパーを混合するための弁と、
Ｆ）ポンプを使用せずに基質を混合するために、５０％を超える充填レベル、より好ましくは６０％を超える充填レベル、さらにより好ましくは７０％を超える充填レベルのパルパーの高レベルから、パルパーの底部のより冷たい基質に温かい基質をもたらす手段と
を含み得る。
Ａ）反応器内に基質を移送して充填するために使用される充填容積を有する容器と、
Ｂ）圧力を高めるために容器の上部に加えられる蒸気と、
Ｃ）パルパーからの供給を閉じるための弁と、
Ｄ）排出物を次の容器に分配するための弁と、
Ｅ）排出物をパルパーの底部に分配してパルパーを混合するための弁と、
Ｆ）ポンプを使用せずに基質を混合するために、５０％を超える充填レベル、より好ましくは６０％を超える充填レベル、さらにより好ましくは７０％を超える充填レベルのパルパーの高レベルから、パルパーの底部のより冷たい基質に温かい基質をもたらす手段と
を含み得る。
【0076】
本発明による方法またはプラントの反応器は、直列または並列であり得る。
【0077】
本発明の特に好ましい実施形態では、真空を生成し、非凝縮性ガスを圧縮するための体積を最小にするために、すべての凝縮性ガスが、最初に基質を予熱するための高温パルパー、続いて低温基質を予熱するための低温パルパー、および（任意選択的に）蒸気ガス冷却器で凝縮された後に、非凝縮性ガス上に真空が生成される。
【0078】
例１
本発明の好ましい実施形態によるプラントは、少なくとも２つの真空容器を備え、容器の１つはＴＨＰの上流にあり（パルパー１（ａ））、１つはＴＨＰの下流にある（フラッシュタンク２（ｂ））。２つの容器は、パルパー１（ａ）に分配されたランスを介して、フラッシュタンク２（ｂ）の上部から管に接続される。パルパー１（ａ）のヘッドスペースに接続された真空圧縮機（ｃ）、例えば液体リング圧縮機は、パルパーのヘッドスペースに真空を生成する。真空圧縮機によって生成される仕事は、パルパー１（ａ）および後続の凝縮器冷却器（ｄ）で凝縮されないガスに対して行われる。フラッシュタンク２（ｂ）からのフラッシュ蒸気は、パルパー１（ａ）を通って引っ張られ、フラッシュ蒸気ランスを通ってパルパー１（ａ）内の液相に入ると凝縮する。パルパー１の蒸気分圧は約０．２ｂａｒであり、これは約６０℃の沸点を意味するが、他の非凝縮性ガスの存在により全圧は幾分高くなる可能性がある。一部の蒸気は、非凝縮性ガスに追従してパルパー１（ａ）を出て、真空圧縮機（ｃ）の上流の小さな凝縮器冷却器で凝縮される。これにより、非凝縮性ガスに作用するだけでよいため、真空圧縮機（ｃ）によって行われる必要な仕事が最小限に抑えられる。
本発明の好ましい実施形態によるプラントは、少なくとも２つの真空容器を備え、容器の１つはＴＨＰの上流にあり（パルパー１（ａ））、１つはＴＨＰの下流にある（フラッシュタンク２（ｂ））。２つの容器は、パルパー１（ａ）に分配されたランスを介して、フラッシュタンク２（ｂ）の上部から管に接続される。パルパー１（ａ）のヘッドスペースに接続された真空圧縮機（ｃ）、例えば液体リング圧縮機は、パルパーのヘッドスペースに真空を生成する。真空圧縮機によって生成される仕事は、パルパー１（ａ）および後続の凝縮器冷却器（ｄ）で凝縮されないガスに対して行われる。フラッシュタンク２（ｂ）からのフラッシュ蒸気は、パルパー１（ａ）を通って引っ張られ、フラッシュ蒸気ランスを通ってパルパー１（ａ）内の液相に入ると凝縮する。パルパー１の蒸気分圧は約０．２ｂａｒであり、これは約６０℃の沸点を意味するが、他の非凝縮性ガスの存在により全圧は幾分高くなる可能性がある。一部の蒸気は、非凝縮性ガスに追従してパルパー１（ａ）を出て、真空圧縮機（ｃ）の上流の小さな凝縮器冷却器で凝縮される。これにより、非凝縮性ガスに作用するだけでよいため、真空圧縮機（ｃ）によって行われる必要な仕事が最小限に抑えられる。
【0079】
２つの容器（パルパー１およびフラッシュタンク２）は、絶対に必要ではないがコンパクトで費用効果の高い解決策を達成するために、互いに重ねて構築されてもよい。さらに、互いの上に構築することにより、以下のような重要なプロセス上の利点が可能になる。
－上昇したフラッシュタンク２は、フロアレベルに配置されたときに、消化器供給ポンプ（ｏ）の入口で上昇した圧力を提供する。
－あるいは、上昇したパルパー１は、パルパー１からパルパー２に基質を移送するように作られたポンプシステムへの入口で上昇した圧力を提供する。
－短距離であり、接続配管内の圧力降下が少ない
－上昇したフラッシュタンク２は、フロアレベルに配置されたときに、消化器供給ポンプ（ｏ）の入口で上昇した圧力を提供する。
－あるいは、上昇したパルパー１は、パルパー１からパルパー２に基質を移送するように作られたポンプシステムへの入口で上昇した圧力を提供する。
－短距離であり、接続配管内の圧力降下が少ない
【0080】
図１および図２は、熱加水分解プロセスとの統合の程度が異なる２つの異なる技術的解決策を示す。図２は、容器間で基質を移動させ、したがってポンプを排除するために真空の使用を可能にする。ポンプが排除される場合、圧力差による徹底的な制御が必要になる。さらに、良好に混合されたパルパー容器を達成するために、蒸気ランスを最適化する必要がある。これは、パルパー１（ａ）とパルパー２（ｅ）の両方に当てはまる。反応器供給ポンプ（ｎ）はまた、排除されてもよく、反応器の充填はまた、反応器のヘッドスペースが弁（ｔ）を介して真空圧縮機（ｃ）と接続されている場合、基質充填時間中の反応器内の圧力を最小限に抑えるために排除されてもよい。
【0081】
基質のレオロジーは基質の温度に影響される。基本的に、粘度は温度の上昇と共に低下する。本発明によるプラントを動作させる結果、高温材料がパルパー２（ｅ）に供給される。パルパー２の供給温度が上昇した結果、動作中にパルパー２（ｅ）内の温度が上昇する。より高い温度では、流体は容器間を移動しやすくなり、より短い反応器（ｇ）供給時間を達成することができる。反応器供給時間はＴＨＰ総サイクル時間のかなりの部分であるため、全体的なＴＨＰの能力が同等に上昇する。高温で動作することの別の利点は、パルパー２（ｅ）の混合がより容易になることである。
【0082】
パルパー２（ｅ）は、反応器（ｇ）に供給するときに不連続な排出を伴う連続供給容器である。不連続な排出は、サイクル中のパルパー２（ｅ）レベルのいくらかの変動を可能にすることを必要とする。
【0083】
フラッシュタンク１（ｊ）は、パルパー２（ｅ）よりもわずかに高い圧力で動作する。圧力差は、基本的に、パルパー２（ｅ）内のフラッシュ蒸気ランス（ｑ）の上昇、ならびにフラッシュ蒸気ライン（ａｃ）およびフラッシュ蒸気ランス（ｑ）の圧力降下によって決定される。
【0084】
フラッシュタンク２（ｂ）は、パルパー１（ａ）よりもわずかに高い圧力で動作する。圧力差は、基本的に、パルパー１（ａ）内のフラッシュ蒸気ランス（ｓ）の上昇、ならびにフラッシュ蒸気ライン（ａｂ）およびフラッシュ蒸気ランス（ｓ）の圧力降下によって決定される。
【0085】
例２
この例では、本発明による方法またはプラントで必要とされる追加のパルパーおよびフラッシュタンクは、それぞれパルパーａおよびフラッシュタンクｂと呼ばれる。本発明によるＴＨＰプラントはまた、既存のＴＨＰプラントの容器と同様のパルパーｅおよびフラッシュタンクｊを含む。主なプロセスフローを以下の図に示す。
この例では、本発明による方法またはプラントで必要とされる追加のパルパーおよびフラッシュタンクは、それぞれパルパーａおよびフラッシュタンクｂと呼ばれる。本発明によるＴＨＰプラントはまた、既存のＴＨＰプラントの容器と同様のパルパーｅおよびフラッシュタンクｊを含む。主なプロセスフローを以下の図に示す。
【0086】
【0087】
パルパーａ
パルパーｅからの非凝縮性ガスの換気のためのすべてのラインは、パルパーａ内の液面より下になる。パルパーａには真空ポンプが取り付けられ、システム内で最も低い圧力にある。パルパーａのヘッドスペース内の温度および圧力を測定して、蒸気および他のガスの分圧を計算する。目標は、非凝縮性ガスの濃度を低いレベルに維持しながら、基質が沸騰するのを防ぐために、パルパーａ内の全圧を制御することである。フラッシュタンクｂのヘッドスペースからパルパーａ内の液面より下までラインが存在する。これは、フラッシュ蒸気を移送して、パルパーａ内の基質を予熱するためである。通常運転中およびパルパー供給温度が約５０℃未満の場合、パルパーａとフラッシュタンクｂの両方が周囲圧力未満に維持される。予熱された基質は、パルパーａからパルパーｅに移送される。低粘度材料の場合、ポンプが使用され得る。しかしながら、キャビテーションの危険性は著しく、ポンプの上昇は重要である。この問題は、高粘度基質で顕著になる。本発明は、ポンプに取って代わる熱伝達および混合ユニットを含む。しかしながら、基質をパルパーａからパルパーｅに移送するための任意の手段を、プロセス全体に悪影響を及ぼすことなく使用することができる。
パルパーｅからの非凝縮性ガスの換気のためのすべてのラインは、パルパーａ内の液面より下になる。パルパーａには真空ポンプが取り付けられ、システム内で最も低い圧力にある。パルパーａのヘッドスペース内の温度および圧力を測定して、蒸気および他のガスの分圧を計算する。目標は、非凝縮性ガスの濃度を低いレベルに維持しながら、基質が沸騰するのを防ぐために、パルパーａ内の全圧を制御することである。フラッシュタンクｂのヘッドスペースからパルパーａ内の液面より下までラインが存在する。これは、フラッシュ蒸気を移送して、パルパーａ内の基質を予熱するためである。通常運転中およびパルパー供給温度が約５０℃未満の場合、パルパーａとフラッシュタンクｂの両方が周囲圧力未満に維持される。予熱された基質は、パルパーａからパルパーｅに移送される。低粘度材料の場合、ポンプが使用され得る。しかしながら、キャビテーションの危険性は著しく、ポンプの上昇は重要である。この問題は、高粘度基質で顕著になる。本発明は、ポンプに取って代わる熱伝達および混合ユニットを含む。しかしながら、基質をパルパーａからパルパーｅに移送するための任意の手段を、プロセス全体に悪影響を及ぼすことなく使用することができる。
【0088】
熱伝達および混合ユニットは、パルパーａから高温基質を受け取る容器である。冷たい基質は温かい基質よりも高い比密度を有するため、最も温かい基質はパルパーの上部に見出される。その理由から、パルパーａから熱伝達および混合ユニットへの出口は、パルパー内で最大液位のすぐ下の高位にある。温かい基質は、熱伝達および混合ユニットに流れる。混合ユニットが充填されると、容器を閉じ、加圧のために蒸気を上部に加えることができる。加圧されると、選択された反応器に温かい基質が移送され得る。温かい基質はまた、パルパーを混合するためにパルパーａに再利用することができる。
【0089】
熱伝達および混合ユニットは、パルパーが充填されていない場合でも充填を可能にするために、また熱伝達および混合ユニットを最大レベルまで充填することなくより低いレベルでの混合を可能にするために、より低いパルパーレベルからの第２の入口を有することができる。
【0090】
熱伝達および混合ユニットは、反応器へのバッチ処理によって反応器を充填するときに流量制御に使用される既知の容積を有する。
【0091】
パルパーｅ
反応器からの非凝縮性ガスの換気のためのすべてのラインは、パルパーｅ内の液面より下になる。パルパーｅは、パルパーａから基質を受け取り、フラッシュタンクｊからフラッシュ蒸気を受け取る。パルパーｅで予熱された基質は、反応器に供給される。パルパーｅのヘッドスペース内の温度および圧力を測定して、蒸気および他のガスの分圧を計算する。パルパーｅのヘッドスペースからパルパーａ内の液面より下までガスを換気するためにラインが設置されている。目標は、他のガスの濃度を低いレベルに維持しながら、沸騰を防ぐためにパルパーｅ内の全圧を制御することである。パルパーｅの温度および圧力は、パルパーａへの供給物の温度および選択された反応器温度に依存する。しかしながら、通常動作中、温度は１００℃をはるかに超え、全圧は周囲圧力を超える。
反応器からの非凝縮性ガスの換気のためのすべてのラインは、パルパーｅ内の液面より下になる。パルパーｅは、パルパーａから基質を受け取り、フラッシュタンクｊからフラッシュ蒸気を受け取る。パルパーｅで予熱された基質は、反応器に供給される。パルパーｅのヘッドスペース内の温度および圧力を測定して、蒸気および他のガスの分圧を計算する。パルパーｅのヘッドスペースからパルパーａ内の液面より下までガスを換気するためにラインが設置されている。目標は、他のガスの濃度を低いレベルに維持しながら、沸騰を防ぐためにパルパーｅ内の全圧を制御することである。パルパーｅの温度および圧力は、パルパーａへの供給物の温度および選択された反応器温度に依存する。しかしながら、通常動作中、温度は１００℃をはるかに超え、全圧は周囲圧力を超える。
【0092】
バッチプロセスでは、反応器内の全圧は、パルパーｅから基質を受け取る前に周囲圧力未満に低下させることができる。これは、反応器のヘッドスペースからパルパーａ内の液面より下までの通気ラインによって行われる。得られたパルパーｅと反応器との間の圧力差を使用して、ポンプを使用せずに液体基質を反応器に移送することができる。必要に応じて、また反応器サイクル時間がそれを可能にする場合、パルパーｅのヘッドスペースを蒸気で加圧して、パルパーｅと液体基質を受け取る反応器との間の圧力差を増加させて、反応器の充填を容易にすることができる。必要に応じて、プロセスの残りの部分に悪影響を及ぼすことなく、ポンプを反応器充填に使用することができる。通常のポンプの代わりに、例えば各パルパーに取り付けられた１つのバロメトリックエッグを用いて、パルパーの循環および反応器の供給にバロメトリックエッグを使用することもできる。そのようなシナリオでは、弁は、バロメトリックエッグが反応器に供給するか、または混合のために基質をパルパーに再循環させるかを制御する。バロメトリックエッグの充填中、バロメトリックエッグのヘッドスペースを真空システムに接続して充填速度を加速することができる。バロメトリックエッグのヘッドスペースは、内容物を反応器に排出するため、または混合目的でパルパーに戻すために蒸気によって加圧される。バロメトリックエッグを充填し、パルパーを混合し、反応器を供給するシーケンスは、連続的な段階的プロセスとなる。
【0093】
起動中または他の通常の状況から外れている間、パルパーｅ内の液体基質を予熱するか、または反応器に基質を移送するために容器のヘッドスペースを加圧することが必要な場合がある。このため、液面より下および上の生蒸気注入用のパルパーｅを準備することが有益であり得る。
【0094】
反応器ｆ、ｇ、ｈ、ｉ
反応器は、液体基質に生蒸気を注入するための蒸気ランスを備えている。さらに、反応器は、ヘッドスペースからパルパーａにガスを換気するための弁およびラインを備えている。この同じラインを使用して、反応器充填前に反応器を周囲圧力未満にすることができる。
反応器は、液体基質に生蒸気を注入するための蒸気ランスを備えている。さらに、反応器は、ヘッドスペースからパルパーａにガスを換気するための弁およびラインを備えている。この同じラインを使用して、反応器充填前に反応器を周囲圧力未満にすることができる。
【0095】
総合性能
実際の蒸気消費量、温度および圧力は、いくつかの要因に依存する。これらのいくつかは、供給物の温度および組成、選択された反応器の温度および圧力、パルパー蒸気ランスを超える液位、配管内の圧力損失、周囲への熱の損失および動的効果である。しかし、十分な精度で総合性能を算出することができる。
実際の蒸気消費量、温度および圧力は、いくつかの要因に依存する。これらのいくつかは、供給物の温度および組成、選択された反応器の温度および圧力、パルパー蒸気ランスを超える液位、配管内の圧力損失、周囲への熱の損失および動的効果である。しかし、十分な精度で総合性能を算出することができる。
【0096】
以下の表では、典型的な容器の温度および圧力を近似値として示す。計算の基礎として、供給物中の乾燥固形分含有量１６．５％、供給温度５℃、１５℃および４０℃、ならびに反応器温度１４０℃、１６５℃および２２０℃が想定される。
【0097】
配管における典型的な圧力損失、非凝縮性ガスの影響、および蒸気注入点における水圧が計算に含まれる。より低い損失では、パルパー１および２の温度および圧力は幾分高くなるが、フラッシュタンク１および２の温度および圧力は低くなる。より高い損失では、パルパー１および２の温度および圧力は幾分低くなり、一方、フラッシュタンク１および２の温度および圧力は幾分高くなる。さらに、所望であれば、蒸気をパルパー２からパルパー１に放出して、パルパー１をより高温に加熱することができる。これは、他の容器の温度および圧力に影響を及ぼす。以下に示す数字は、プラントが定常状態動作中の現実的な平均温度および圧力の例である。なお、表示される圧力は非凝縮性ガスの存在を含み、温度は最も近い整数に四捨五入され、圧力は小数点以下１桁のみを含むように四捨五入されることに留意されたい。
【表1-1】
【表1-2】
【表1-3】
【0098】
最も典型的な条件である供給温度１５℃および反応器温度１６５℃では、全蒸気消費量は、それぞれｋｇ／ｔＤＳまたはｋｇ／ｍ３供給として報告される約６４０または１００である。これは、熱伝達のために生蒸気注入を利用する蒸気爆発を伴う他の既存の熱加水分解プロセスよりも低い。予熱のために周囲圧力未満のフラッシュ蒸気を使用することによって、低い蒸気消費量が可能になる。さらに、反応器充填のためにポンプの代わりに圧力差またはバロメトリックエッグを使用することにより、充填時間の短縮が容易になる。さらに、より高い温度への予熱は、反応器における蒸気注入時間を短縮する。これら２つの要因は、既存のＴＨＰプラントと比較して反応器容積当たりの能力を増加させるのに寄与する。
【0099】
例３
世界中のほとんどの管轄区域では、圧力容器を含むプラントまたはシステムは、圧力容器を含む産業施設（例えば、本発明によるプラントまたはシステム）の認証の一部として、定期的に、例えば毎年検査する必要がある。国または地域の規制が、必要な特定の検査頻度を規制している場合がある。そのような検査に必要な時間の結果として、例１および２に記載されているような本発明によるプラントには、液体基質を処理する能力の低下につながる特定のダウンタイム期間がある。そのような状況では、上記の例１または２のいずれかによるプラントまたはシステムの安定したプラント動作は、ａ）１つ以上のパルパーおよび／またはフラッシュタンクユニットの各々の安全な隔離を可能にし、それによって安全な条件下で各パルパーおよび／またはフラッシュタンクユニットの個々の検査を可能にする低減された動作モードを可能にする、追加の要素／特徴を実装すること、およびｂ）例えば配管によって追加のバイパス経路を導入し、各個々のパルパーおよび／またはフラッシュタンクユニットを動作から除外することを可能にすることによって達成することができる。１つ以上のパルパーおよび／またはフラッシュタンクの故障または計画停止のいずれかの場合に、上記の例１または２のいずれかに従ってプラントの継続運転を可能にする、そのような追加の要素／機能、および例えば配管による、付随するバイパスルートの可能な実装は、
－乾燥固形分含有量２～３０％および温度約５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかに直接移送することを可能にする配管であって、前記配管が、乾燥固形分含有量２～３０％および温度約５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のうちのどちらに移送すべきかの選択を可能にする１つ以上の閉鎖弁を備える、配管と、
－前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかから前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかに前記液体基質を移送することを可能にする配管による接続と、
－前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから少なくとも前記２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかへの換気を可能にする配管による接続と、
－前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記１つ以上のフラッシュタンクのいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
－前記真空システム（Ｖ（ｃ））のバイパスを可能にする配管による接続と
を含み得る。
世界中のほとんどの管轄区域では、圧力容器を含むプラントまたはシステムは、圧力容器を含む産業施設（例えば、本発明によるプラントまたはシステム）の認証の一部として、定期的に、例えば毎年検査する必要がある。国または地域の規制が、必要な特定の検査頻度を規制している場合がある。そのような検査に必要な時間の結果として、例１および２に記載されているような本発明によるプラントには、液体基質を処理する能力の低下につながる特定のダウンタイム期間がある。そのような状況では、上記の例１または２のいずれかによるプラントまたはシステムの安定したプラント動作は、ａ）１つ以上のパルパーおよび／またはフラッシュタンクユニットの各々の安全な隔離を可能にし、それによって安全な条件下で各パルパーおよび／またはフラッシュタンクユニットの個々の検査を可能にする低減された動作モードを可能にする、追加の要素／特徴を実装すること、およびｂ）例えば配管によって追加のバイパス経路を導入し、各個々のパルパーおよび／またはフラッシュタンクユニットを動作から除外することを可能にすることによって達成することができる。１つ以上のパルパーおよび／またはフラッシュタンクの故障または計画停止のいずれかの場合に、上記の例１または２のいずれかに従ってプラントの継続運転を可能にする、そのような追加の要素／機能、および例えば配管による、付随するバイパスルートの可能な実装は、
－乾燥固形分含有量２～３０％および温度約５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかに直接移送することを可能にする配管であって、前記配管が、乾燥固形分含有量２～３０％および温度約５０℃未満の前記液体基質を前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のうちのどちらに移送すべきかの選択を可能にする１つ以上の閉鎖弁を備える、配管と、
－前記少なくとも２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかから前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかに前記液体基質を移送することを可能にする配管による接続と、
－前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから少なくとも前記２つのパルパー（Ｐ１（ａ）およびＰ２（ｅ））のいずれかへの換気を可能にする配管による接続と、
－前記１つ以上の反応器（Ｒ（ｆ～ｉ））のいずれかから前記１つ以上のフラッシュタンクのいずれかへの前記液体基質の移送を可能にする配管による接続と、
－前記真空システム（Ｖ（ｃ））のバイパスを可能にする配管による接続と
を含み得る。
【0100】
本発明によるプラントまたはシステムがそのような低減された動作モードで動作する場合、プラント性能は（２つのパルパーを有するシステムまたはプラントについて）従来の１つのパルパーおよび１つのフラッシュタンクのシステムの性能と同一であり得る。
【0101】
このような低減された動作モードを有する別の選択肢は、任意の単一の反応器を動作から除外することができ、これにより、プラントが低減された容量で機能し続けることである。それにもかかわらず、動作原理は、例１および２に記載されたものと同様のままである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
