способ и установка для получения продуктов разложения с использованием воды при докритических параметрах

Формула изобретения

1. Способ получения продуктов разложения в воде с докритическими параметрами, включающий

непрерывную подачу исходного перерабатываемого материала в реактор через предусмотренную для реактора впускную трубу, внутренний объем которого поддерживают при докритических параметрах воды, и непрерывный отвод жидкости, содержащей продукт разложения, через любую одну из большого количества выпускных труб, расположенных на различном расстоянии от места расположения впускной трубы реактора с тем, чтобы регулировать время нахождения в реакторе жидкости, содержащей продукты разложения и воду с докритическими параметрами.

2. Способ по п.1, в котором температура реакции разложения в воде с докритическими параметрами находится в интервале от 130 до 374°С, а давление реакции больше или равно давлению насыщенного водяного пара при температуре реакции.

3. Способ по п.1, в котором перерабатываемый материал представляет собой, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей пищу, продукты животноводства, сельскохозяйственные продукты, морские продукты, древесину, природные органические вещества, пластмассы, хлорированные органические соединения, резину, волокно, и их отходы, а также отходы, образующиеся при очистке бытовых нечистот и сточных вод.

4. Способ получения продуктов разложения в воде с докритическими параметрами, включающий

непрерывную подачу исходного перерабатываемого материала в реактор, внутренний объем которого поддерживают при докритических параметрах воды, через впускную трубу, и

непрерывный отвод жидкости, содержащей продукт разложения, через любую одну из большого количества выпускных труб, расположенных на различном расстоянии от места расположения впускной трубы реактора, и отвод целевого продукта разложения через любую одну выпускную трубу, выбранную из имеющегося большого количества выпускных труб, расположенных на том уровне, где имеет место высокая концентрация целевого продукта разложения.

5. Способ по п.4, в котором температура реакции разложения в воде с докритическими параметрами находится в интервале от 130 до 374°С, а давление реакции больше или равно давлению насыщенного водяного пара при температуре реакции.

6. Способ по п.4, в котором перерабатываемый материал представляет собой, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей пищу, продукты животноводства, сельскохозяйственные продукты, морские продукты, древесину, природные органические вещества, пластмассы, хлорированные органические соединения, резину, волокно, и их отходы, а также отходы, образующиеся при очистке бытовых нечистот и сточных вод.

7. Способ получения продуктов разложения в воде с докритическими параметрами, включающий непрерывную подачу перерабатываемого материала, содержащего твердое вещество, характеризующееся низкой скоростью разложения в воде с докритическими параметрами и плотностью, отличающейся от плотности воды с докритическими параметрами, в реактор вертикального расположения, внутренний объем которого поддерживают при докритических параметрах для воды, через впускную трубу реактора;

выбор количества и местоположения выпускных труб, расположенных на различных уровнях по высоте реактора относительно уровня расположения впускной трубы реактора, из которых осуществляют отвод жидкости, содержащей продукт разложения, для создания установившегося течения при нахождении воды с докритическими параметрами в установившемся состоянии, при этом обеспечивают протекание установившегося потока в направлении, противоположном направлению, в котором опускается или всплывает твердое вещество, и со скоростью меньшей, чем скорость опускания или скорость всплытия твердого вещества;

формирование в установившемся потоке, в направлении вниз по ходу движения потока, в нижеследующем порядке, по меньшей мере, псевдоожиженного слоя, в котором твердое вещество разрушается на мелкие частицы за счет взаимодействия с водой, находящейся в докритическом состоянии, при этом указанные мелкие частицы ожижаются в потоке, и слоя жидкости, содержащей продукт разложения в воде с докритическими параметрами, в котором частицы перерабатываемого материала превращаются в еще более мелкие частицы или полностью превращаются в растворимый материал и перемещаются в потоке вместе с водой, находящейся в докритическом состоянии; последующее формирование, в зависимости от типа перерабатываемого материала, неподвижного слоя, в котором твердое вещество остается в неподвижном состоянии даже при наличии потока, при этом неподвижный слой образуется выше по ходу движения потока от псевдоожиженного слоя; и

отвод жидкости, содержащей целевой продукт разложения, из реактора посредством одной или большого количества выпускных труб из имеющегося большого количества выпускных труб.

8. Способ по п.7, в котором температура реакции разложения в воде с докритическими параметрами находится в интервале от 130 до 374°С, а давление реакции больше или равно давлению насыщенного водяного пара при температуре реакции.

9. Способ по п.7, в котором перерабатываемый материал представляет собой, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей пищу, продукты животноводства, сельскохозяйственные продукты, морские продукты, древесину, природные органические вещества, пластмассы, хлорированные органические соединения, резину, волокно, и их отходы, а также отходы, образующиеся при очистке бытовых нечистот и сточных вод.

10. Способ получения продуктов разложения в воде с докритическими параметрами, включающий

подачу продукта, содержащего твердое вещество и воду с докритическими параметрами, в контейнер и

создание вынужденного установившегося потока смеси с водой, находящейся в докритическом состоянии, протекающего в направлении, противоположном направлению перемещения твердого вещества; формирование в установившемся потоке, в направлении вниз по ходу движения потока, в нижеследующем порядке, по меньшей мере, псевдоожиженного слоя, в котором твердое вещество за счет взаимодействия с водой, находящейся в докритическом состоянии, распадается на мелкие частицы, которые ожижаются в потоке, и слоя жидкости, содержащей продукты разложения в воде с докритическими параметрами, в котором частицы перерабатываемого материала превращаются в еще более мелкие частицы или полностью превращаются в растворимый материал и перемещаются в потоке с водой, находящейся в докритическом состоянии;

последующее формирование, в зависимости от типа перерабатываемого материала, неподвижного слоя, в котором твердое вещество остается в неподвижном состоянии даже при наличии потока, при этом неподвижный слой образуется выше по ходу движения потока от псевдоожиженного слоя; и

регулирование расстояния, которое проходит слой жидкости, содержащей продукты разложения вещества в воде с докритическими параметрами, с целью изменения соотношения времени нахождения твердого вещества и времени нахождения воды при докритических параметрах в реакторе и регулирования степени разложения компонентов перерабатываемого материала, которые растворимы в воде с докритическими параметрами, с получением в результате целевого продукта процесса разложения.

11. Способ по п.10, в котором твердое вещество осаждается в смеси, находящейся в установившемся состоянии, а поток смеси протекает в направлении, противоположном действию сил тяжести.

12. Способ по п.10, в котором твердое вещество всплывает в смеси, находящейся в установившемся состоянии, а поток смеси протекает в направлении действия сил тяжести.

13. Способ по п.10, в котором при нахождении смеси в установившемся состоянии скорость смеси меньше, чем скорость оседания или всплывания твердого вещества в смеси.

14. Способ по п.10, в котором указанная смесь представляет собой суспензию.

15. Способ по п.10, в котором температура реакции разложения в воде с докритическими параметрами находится в интервале от 130 до 374°С, а давление реакции больше или равно давлению насыщенного водяного пара при температуре реакции.

16. Способ по п.10, в котором перерабатываемый материал представляет собой, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей пищу, продукты животноводства, сельскохозяйственные продукты, морские продукты, древесину, природные органические вещества, пластмассы, хлорированные органические соединения, резину, вещества, пластмассы, хлорированные органические соединения, резину, волокно, и их отходы, а также отходы, образующиеся при очистке бытовых нечистот и сточных вод.

17. Установка для переработки материала путем разложения с помощью воды с докритическими параметрами, содержащая реактор для разложения перерабатываемого материала с использованием воды с докритическими параметрами,

средства нагрева, предназначенные для нагревания смеси, образованной из воды и перерабатываемого материала, с созданием и поддержанием докритических параметров воды, и

средства сжатия, предназначенные для создания давления смеси,

средства ввода, предназначенные для ввода перерабатываемого материала в реактор;

впускную трубу для ввода перерабатываемого материала в реактор,

выпускные трубы для отвода из реактора смеси, состоящей из продукта разложения и воды,

при этом выпускные трубы расположены в местах, отличающихся от места расположения впускной трубы.

18. Установка для переработки материала путем разложения в воде с докритическими параметрами, содержащая

реактор вертикального типа, предназначенный для разложения перерабатываемого материала с использованием воды при докритических параметрах;

средства для нагревания смеси, образованной из воды и перерабатываемого материала, и средства сжатия для создания давления смеси, предназначенные для создания и поддерживания докритических параметров воды;

средства ввода, предназначенные для ввода перерабатываемого материала в реактор;

впускную трубу для ввода перерабатываемого материала в реактор;

выпускную трубу для выпуска смеси продукта разложения и воды из реактора;

причем реактор расположен, по существу, вертикально, а выпускная труба установлена, по меньшей мере, в верхней концевой части или нижней концевой части реактора для обеспечения вынужденного течения введенной исходной смеси перерабатываемого материала и воды с докритическими параметрами, при нахождении воды с докритическими параметрами в установившемся состоянии, в направлении, противоположном направлению, в котором перемещается твердое вещество, с образованием в потоке, в направлении вниз по ходу его течения в нижеследующем порядке, по меньшей мере, псевдоожиженного слоя, в котором твердое вещество при взаимодействии с водой с докритическими параметрами разрушается на мелкие частицы, которые ожижаются в потоке, и слоя жидкости, содержащей продукты разложения в воде с докритическими параметрами, где частицы перерабатываемого материала превращаются в еще более мелкие частицы или полностью превращаются в растворимый материал и перемещаются в потоке с водой, находящейся в докритическом состоянии, с последующим формированием, в зависимости от типа перерабатываемого материала, неподвижного слоя, в котором твердое вещество остается в неподвижном состоянии даже при наличии потока, при этом неподвижный слой образуется выше по ходу движения потока от псевдоожиженного слоя; причем выпускная труба выполнена с возможностью регулирования ее местоположения для выведения слоя жидкости, содержащей продукты разложения в воде с докритическими параметрами, и регулирования расстояния, которое проходит указанный слой жидкости, содержащей продукты разложения в воде с докритическими параметрами.

19. Установка по п.18, содержащая дополнительные выпускные трубы, расположенные в нескольких местах на боковой стенке реактора вдоль направления течения потока.

20. Установка по п.18, в которой выпускная труба представляет собой подвижную трубу, выполненную с возможностью перемещения вдоль направления потока.

21. Установка по п.18, в которой реактор вертикального расположения может быть снабжен средствами, с помощью которых внутреннее пространство реактора может быть видимым.

22. Установка по п.18, в которой реактор вертикального расположения представляет собой цилиндрический резервуар, впускная труба выполнена с круговым сечением, а отношение внутреннего диаметра впускной трубы к внутреннему диаметру цилиндрического реактора вертикального расположения находится в интервале величин от 1/5 до 1/15.

23. Установка по п.18, отличающаяся тем, что содержит трубчатый реактор для проведения вторичной реакции, присоединенный к выпускной трубе реактора вертикального расположения, а

отношение внутреннего диаметра трубчатого реактора для проведения вторичной реакции к внутреннему диаметру реактора вертикального расположения, выполненного в виде цилиндрического реактора, составляет от 1 до 1/5.

24. Установка по п.23, отличающаяся тем, что

для проведения вторичной реакции используется большое количество трубчатых реакторов,

при этом трубчатые реакторы для проведения вторичной реакции соединены друг с другом последовательно и/или параллельно.

25. Установка по п.23, отличающаяся тем, что содержит средства нагревания или охлаждения, служащие для регулирования температуры реакции в трубчатом реакторе для проведения вторичной реакции.

26. Установка п.24, отличающаяся тем, что она содержит средства нагревания и охлаждения, служащие для регулирования температуры реакции в трубчатом реакторе для проведения вторичной реакции.

27. Установка по п.26, отличающаяся тем, что реактор вертикального расположения снабжен обратным клапаном, и давление реакции в реакторе вертикального расположения регулируют с помощью обратного клапана.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу получения продуктов разложения с использованием воды при докритических параметрах и к установке для получения продуктов разложения с использованием воды при докритических параметрах.

Уровень техники

Известно использование реакций разложения в воде с докритическими/сверхкритическими параметрами в качестве способа извлечения полезных веществ из отходов, таких, как пищевые отходы и древесные отходы. Например, известен способ, в соответствии с которым реакциям разложения в воде с докритическими/сверхкритическими параметрами подвергают целлюлозу, крахмал и тому подобные вещества, содержащиеся в большом количестве в биомассе, с целью их разложения на моносахариды или олигосахариды, после чего эти продукты разложения извлекают. Полученные в результате моносахариды и олигосахариды, кроме того, подвергают спиртовой ферментации или сбраживанию с выделением метана для превращения их в газообразный этанол или метан, который легче использовать (см. ссылочный патентный документ JP 2001-262162 А). В известном способе отходы, например древесные отходы, предварительно измельчают на мелкие частицы, после чего измельченную фракцию смешивают с водой для образования суспензии (пульпы), и затем осуществляют реакцию разложения в воде, находящейся при докритических/сверхкритических параметрах.

В этом известном способе реакцию разложения трудно контролировать. Если реакция происходит слишком, активно, бурно, отходы будут разлагаться на двуокись углерода и воду, и полезные вещества не могут быть извлечены. Наоборот, если реакция протекает в недостаточной степени, то будет оставаться большое количество остатка, что ухудшает эффективность технологического процесса. Считают, что причина, по которой с помощью этого способа трудно контролировать реакционный процесс разложения, заключается в том, что реакция гидролиза с использованием воды при докритических параметрах протекает на поверхности твердых компонент отходов. Например, при разложении целлюлозы в воде с докритическими или сверхкритическими параметрами скорость реакции разложения получаемых продуктов разложения, т.е. моносахаридов и олигосахаридов, превышает скорость реакции разложения самой целлюлозы. По этой причине моносахариды и олигосахариды разлагаются на органические кислоты, двуокись углерода или воду; или же они карбонизируются путем полимеризации.

Для решения отмеченной выше проблемы был предложен следующий способ (см. ссылочный патентный документ JP H10-327900 A). В соответствии с этим способом сначала целлюлозу в виде порошка подают в трубу, оборудованную спеченными фильтрами с размерами пор 5 мкм, прикрепленными к обоим концам трубы, и во время непрерывного протекания воды в докритическом состоянии через трубу извлекают олигосахариды, получаемые на поверхности порошка целлюлозы, посредством разложения с использованием воды при докритических параметрах. Затем воду, находящуюся в докритическом состоянии, отводят из реактора, в то же время, обеспечивая ее охлаждение с целью предотвращения протекания реакции, например, разложения олигосахарида. Однако согласно этому способу реакцию осуществляют с периодической порционной загрузкой исходного материала, и поэтому он неприемлем для проведения крупномасштабного производства. Кроме того, существует проблема, которая заключается в том, что поры в спеченных фильтрах имеют тенденцию к закупорке различными продуктами реакции.

Другой предложенный способ включает разложение и растворение остатков электронных приборов, пластмассовых отходов и тому подобного сырья в воде, находящейся в сверхкритическом состоянии, проводимые в псевдоожиженном слое особой формы для отделения твердого неорганического вещества, после чего осуществляют полное разложение полученного продукта на газы и минеральные соли в реакторе высокого давления (см. ссылочный патентный документ JP 2002-210348 А). Используемая для осуществления этого способа аппаратура включает колоннообразный реактор псевдоожиженного слоя, внутри которого установлена вертикальная разделительная перегородка. Вода в сверхкритическом состоянии поступает под давлением в нижнюю часть реактора, в то время как суспензию, в которой измельченные отходы диспергированы в воде сверхкритических параметров, нагнетают в реактор через его верхнюю часть. В результате такой организации ввода и наличия перегородки отходы, содержащие органические вещества, опускаются внутри реактора вниз, затем проходят под вертикальной разделительной перегородкой и далее втекают в противоположную сторону реактора, находящуюся по другую сторону от перегородки. При этом органические вещества растворяются в воде со сверхкритическими параметрами и таким путем вытекают из верхней части реактора. К органическим компонентам, растворенным в воде, находящейся при сверхкритических параметрах, в реактор высокого давления затем добавляют окислитель с тем, чтобы происходило их полное разложение на газы, такие как двуокись углерода, и минеральные соли. Порошок неорганического материала, например, керамического, который содержится в отходах, выгружают из верхней части реактора с псевдоожиженным слоем. Согласно данному способу органическое вещество разлагают и растворяют с помощью воды сверхкритических параметров, по мере транспортирования отходов по предварительно заданному пути в реакторе псевдоожиженного слоя. В качестве растворителя для реакции и экстракции известный способ использует воду в сверхкритическом состоянии, которая имеет низкую плотность и, следовательно, приемлема для полного разложения керамики, пластмассовых отходов и тому подобного сырья, имеющего высокую плотность, на газы и минеральные соли, или для отделения твердых неорганических веществ.

Тем не менее, поскольку органические отходы, содержащие твердое вещество с высоким содержанием воды, имеют плотность, близкую к плотности воды в сверхкритическом состоянии, применение данного способа затруднено в том случае, когда необходимо регулировать протекание реакции разложения или когда необходимо получить определенный продукт разложения с высокой степенью извлечения. Кроме того, данный способ требует усложнения конструкции установки в связи с тем, что сверхкритическую воду и органические отходы подают в псевдоожиженный слой под давлением через различные загрузочные отверстия. Для их принудительной подачи необходимы, по меньшей мере, два аппарата создания высокого давления (средства создания давления), которые являются дорогостоящими. Кроме того, необходимо, чтобы материал реактора был стойким к коррозийному воздействию воды в сверхкритическом состоянии, и поэтому в качестве материалов для изготовления реактора необходимо использовать дорогостоящие материалы, например, сплавы Хастеллой и Инконель. Это увеличивает стоимость оборудования.

Предложен еще один способ, согласно которому для переработки органических отходов посредством разложения перемешанную суспензию, состоящую из воды докритических параметров и органических отходов, вводят в реактор, стойкий к действию высокого давления, путем ее разбрызгивания через верхний торец реактора (см. патентный документ JP 2001-246239 А). Однако даже при использовании вышеупомянутого способа трудно управлять процессом разложения отходов органического материала.

Раскрытие изобретения

В связи с вышеизложенным задача настоящего изобретения заключается в обеспечении способа и установки для непрерывного эффективного получения полезных веществ путем осуществления реакции разложения с использованием воды при докритических параметрах.

Другая задача данного изобретения заключается в том, чтобы в области техники, относящейся к непрерывной переработке материала, содержащего твердое вещество, путем его разложения с использованием воды при докритических параметрах, обеспечить способ и установку для получения необходимых полезных веществ селективно с высокой степенью извлечения, в соответствии с которыми можно регулировать реакцию разложения перерабатываемого материала и обеспечить возможность проведения крупномасштабных производственных процессов при низкой стоимости используемого оборудования.

Автор данного изобретения изучил механизм разложения твердого вещества при докритических параметрах, и в результате предложил раскрытые ниже способ и установку. Далее настоящее изобретение описано более подробно.

При докритических параметрах воды процесс разложения происходит весьма активно, хотя не так активно, как при сверхкритических параметрах. Когда подлежащий переработке материал, поступающий из впускной трубы, контактирует с водой в реакторе при докритических условиях, процесс разложения происходит с течением времени. Другими словами, разрушение молекул происходит в соответствии с продолжительностью обработки материала. Если процесс разложения перерабатываемого материала протекает слишком активно, органическое вещество разлагается на двуокись углерода и воду, и становится невозможным извлечь некоторые вещества, которые могут быть получены в процессе разложения, например, органические кислоты и аминокислоты. По этой причине, для извлечения полезных веществ необходимо отводить из реактора жидкость, содержащую желательные продукты разложения, именно в то время, когда разложение достигает необходимой степени, и перерабатываемый материал разлагается на желательные полезные продукты. Когда жидкость, которая подвергалась разложению до необходимой кондиции, отводится из реактора и переводится из докритического состояния в нормальное, растворяющая способность воды уменьшается. Соответственно, полученные вещества разделяют на фазы так, что компоненты с меньшей гидрофильностью находятся в маслянистой фазе, в то время как компоненты с большей гидрофильностью находятся в водяной фазе. В результате полезные вещества могут быть эффективно извлечены.

В настоящем изобретении жидкость, содержащая продукты разложения, непрерывно отводится через одну или большее количество выпускных труб реактора с образованием в реакторе стационарных или псевдостационарных профилей концентрации продуктов. Время переработки материала в реакторе определяется расстоянием от входа и величиной расхода материала. В соответствии с конструктивным выполнением согласно настоящему изобретению желательный продукт разложения отводят через выпускную трубу, расположенную от входа на таком расстоянии, где концентрация желательного продукта разложения наиболее высокая или близка к самой высокой. Следовательно, полезные вещества могут быть извлечены эффективно. Возможны случаи, в которых установившиеся профили концентрации не формируются. Например, если при разложении органическое вещество прилипает к грязи или песку, то песок или грязь которые не могут быть разложены, будут накапливаться в виде неподвижного слоя или псевдоожиженного слоя в нижней части химического реактора. Во избежание такой ситуации в днище реактора выполняют отверстие для удаления твердого вещества с тем, чтобы твердые частицы, в случае их накопления, периодически можно было удалять из нижней части колонны.

Когда жидкость, содержащая продукты разложения, отводят из реактора, то она уже не будет находиться в докритическом состоянии, и поэтому процесс разложения прекратиться. Однако на самом деле разложение продолжается до тех пор, пока не завершится. По этой причине предпочтительно, чтобы жидкость, содержащая продукт разложения, выводилась из реактора в месте, находящемся немного ближе к впускной трубе от того места, где концентрация желательного вещества достигает своего пика. Кроме того, в том случае, когда в течение всего времени разложению подвержен один и тот же материал, выпускную трубу устанавливают в оптимальном положении, в то время как при необходимости обработки различных материалов, положение конкретной выпускной трубы выбирают, исходя из количества имеющихся выпускных труб и величины перепада давления.

Наиболее существенная особенность настоящего изобретения заключается в том, что время нахождения в реакторе как перерабатываемого материала, так и жидкости, можно регулировать независимо. Для обеспечения достаточной степени разложения перерабатываемого материала твердое органическое вещество, содержащееся в материале, можно удерживать в реакторе до тех пор, пока оно не разложится полностью. Если исходный твердый материал состоит из органического вещества и неорганического вещества, например, в случае переработки костей, он может удерживаться в реакторе до тех пор, пока органическое вещество, содержащееся в твердом исходном материале, не перестанет существовать полностью. Время нахождения жидкости в реакторе регулируется только за счет скорости потока, и оно меньше времени нахождения (продолжительности обработки) твердого материала. Чрезмерное разложение или карбонизация тех содержащихся в перерабатываемом материале компонент, которые растворены в воде при докритических параметрах, или небольших молекул, полученных посредством гидролиза органических веществ, содержащихся в обрабатываемом материале, могут быть предотвращены путем осуществления пиролиза. В соответствии с настоящим изобретением скорость потока в реакторе меньше, чем во впускной трубе, поскольку диаметр впускной трубы для исходного материала меньше диаметра реактора. В зависимости от диаметра частиц перерабатываемого твердого вещества и за счет использования силы тяжести и удельного веса твердого вещества, частицы твердого вещества образуют в реакторе неподвижный слой, псевдоожиженный слой и слой распада вещества в воде с докритическими параметрами (в котором реализуется поршневой режим течения). Когда диаметр частицы уменьшается за счет разложения, частица перемещается из неподвижного слоя в псевдоожиженный слой и, последовательно, в слой распада вещества в воде с докритическими параметрами. По меньшей мере, псевдоожиженный слой и слой распада вещества в воде с докритическими параметрами формируются в определенном порядке. Для участка потока, представляющего собой слой распада вещества в воде с докритическими параметрами, регулируют расстояние транспортирования и скорость потока с целью изменения соотношения времени нахождения твердого вещества и воды с докритическими параметрами в реакторе для регулирования степень разложения перерабатываемого материала и извлечения в результате целевого продукта разложения.

При этом твердое вещество, которое разложилось недостаточно, остается в неподвижном слое и разлагается в воде с докритическими параметрами. В то же время, компоненты, полученные путем разложения, растворяются в воде, находящейся в докритическом состоянии, и находятся в слое распада вещества в воде с докритическими параметрами. Указанный слой с докритическими параметрами протекает в реакторе в направлении стороны, расположенной ниже по потоку. Следовательно, путем регулирования расстояния и скорости, можно регулировать продолжительность реакции разложения. Когда некоторая порция или весь слой распада вещества в воде с докритическими параметрами, который протекает через реактор, отводится из реактора на соответствующем расстоянии от входа, реакция разложения прекращается и какое-либо разложение далее не происходит, поэтому можно извлечь целевой продукт разложения. Например, в том случае, когда твердое вещество является не полностью органическим материалом, но в его состав входит также неорганическое вещество, содержащее органическое вещество, например, в случае костей, органическое вещество в костях разлагается и растворяется водой в докритическом состоянии, и в результате частицы уменьшаются до частиц меньшего размера и, в конце концов, превращаются в порошок фосфата кальция. Во время этого процесса формируются три слоя, а именно, неподвижный слой из частиц, размер которых превышает минимальный необходимый для ожижения частицы; псевдоожиженный слой, образованный из частиц, имеющих размер, меньший минимального для псеводоожижения; и слой распада вещества в воде с докритическими параметрами, включающий порошкообразный фосфат кальция, который превращается в тонкодисперсные частицы и достигает такой же скорости, что и вода с докритическими параметрами, т.е. реализуется режим поршневого течения. Путем регулирования расстояния, которое проходит в реакторе поток воды с докритическими параметрами, можно регулировать степень разложения органического вещества и извлекать целевой продукт разложения. Необходимо отметить, что даже в том случае, если содержащееся в костях органическое вещество включает токсичные вещества или патогенные вещества, например, патогенные прионы, они могут разлагаться при проведении процесса разложения. Кроме того, и в тех случаях, когда разрушенные частицы становятся меньше за счет разложения в воде с докритическими параметрами, например, в случае переработки пластмасс, также реализуются режимы с неподвижным слоем, псевдоожиженным слоем и поршневым режимом течения, как и описанном выше случае. Данный способ позволяет проводить технологический процесс в непрерывно работающей установке, которая является эффективней установки, функционирующей с периодической загрузкой сырья.

Ниже раскрыты конкретные способы и устройства (установки), соответствующие данному изобретению.

В соответствии с настоящим изобретением способ получения продуктов разложения в воде докритических параметров включает в себя: (1) непрерывную подачу исходного перерабатываемого материала в реактор, внутренний объем которого поддерживают при докритических параметрах воды, через предусмотренную для реактора впускную трубу, и (2) непрерывный отвод жидкости, содержащей продукт разложения с помощью одной или большего количества выпускных труб, расположенных на различном расстоянии от места расположения впускной трубы реактора с тем, чтобы регулировать время нахождения в реакторе жидкости, содержащей продукт разложения.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает способ получения продуктов разложения в воде с докритическими параметрами, включающий: (1) непрерывную подачу исходного перерабатываемого материала в реактор, внутренний объем которого поддерживают при докритических параметрах воды, через предусмотренную для реактора впускную трубу, и (2) непрерывный отвод жидкости, содержащей продукт разложения, через одну или большее количество выпускных труб, размещенных на различном расстоянии от места расположения впускной трубы реактора, для формирования желательных установившихся профилей концентрации продукта разложения в реакторе, и (3) отвод желательного продукта разложения через одну или большее количество выпускных труб, выбранных из имеющихся одной или большего количества выпускных труб, расположенных на том уровне, где имеет место высокая концентрация желательного продукта разложения. Необходимо отметить, что термин "непрерывно" здесь подразумевает включение в него значения "периодически".

Настоящее изобретение обеспечивает также способ получения продуктов разложения в воде с докритическими параметрами, включающий: (1) непрерывную подачу перерабатываемого материала, содержащего твердое вещество, характеризующееся низкой скоростью разложения в воде с докритическими параметрами и плотностью, отличающейся от плотности воды с докритическими параметрами, в реактор вертикального расположения, внутренний объем которого поддерживают при докритических параметрах для воды, через впускную трубу реактора; (2) регулирование за счет использования одной или большего количества выпускных труб, расположенных на различных уровнях по высоте реактора относительно уровня расположения впускной трубы реактора, положения выпускной трубы, из которой осуществляют отвод жидкости, содержащей продукт разложения, и количества труб, из которых осуществляют отвод жидкости, с формированием установившегося потока воды с докритическими параметрами, находящейся в установившемся состоянии, при этом установившийся поток протекает в направлении, противоположном направлению, в котором опускается или всплывает твердое вещество, и протекает со скоростью меньшей, чем скорость опускания или скорость всплытия твердого вещества; (3) формирование в установившемся потоке, в направлении вниз по ходу движения потока, в нижеследующем порядке, по меньшей мере, псевдоожиженного слоя, в котором твердое вещество разрушается с образованием мелких частиц за счет взаимодействия с водой, находящейся в докритическом состоянии, при этом указанные мелкие частицы сжижаются в потоке, и слоя распада вещества в воде с докритическими параметрами, в котором частицы перерабатываемого материала превращаются в еще более мелкие частицы или полностью превращаются в растворимый материал и перемещаются в потоке вместе с водой, находящейся в докритическом состоянии; (4) последующее формирование, в зависимости от типа перерабатываемого материала, неподвижного слоя, в котором твердое вещество остается в неподвижном состоянии даже при наличии потока, при этом неподвижный слой образуется выше по ходу движения потока от псевдоожиженного слоя; и (5) отвод жидкости, содержащей желательный продукт разложения, из реактора, причем из слоя распада вещества в воде с докритическими параметрами, используя одну или большее количество выпускных труб из имеющихся одной или большего количества выпускных труб.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает способ получения продуктов разложения в воде с докритическими параметрами, включающий в себя: (1) создание вынужденного установившегося потока смеси перерабатываемого материала, содержащей твердое вещество и воду с докритическими параметрами, при нахождении воды в докритическом состоянии, протекающего в направлении, противоположном направлению движения твердого вещества; (2) формирование в установившемся потоке, в направлении вниз по ходу движения потока, в нижеследующем порядке, по меньшей мере, псевдоожиженного слоя, в котором твердое вещество за счет взаимодействия с водой, находящейся в докритическом состоянии, распадается на мелкие частицы, которые сжижаются в потоке, и слоя распада вещества в воде с докритическими параметрами, в котором частицы перерабатываемого материала превращаются в еще более мелкие частицы или полностью превращаются в растворимый материал и перемещаются в потоке с водой, находящейся в докритическом состоянии; (3) последующее формирование, в зависимости от типа перерабатываемого материала, неподвижного слоя, в котором твердое вещество остается в неподвижном состоянии даже при наличии потока, при этом неподвижный слой образуется выше по ходу движения потока от псевдоожиженного слоя; и (4) регулирование расстояния, которое проходит слой распада вещества в воде с докритическими параметрами, с целью изменения соотношения времени нахождения твердого вещества и времени нахождения воды при докритических параметрах и регулирования степени разложения компонентов перерабатываемого материала, которые растворимы в воде с докритическими параметрами, с получением в результате целевого продукта процесса разложения.

Такая совокупность признаков также позволяет извлекать целевые продукты разложения, как и вышеизложенный способ.

В описанном выше способе получения продуктов твердое вещество может оседать в смеси, находящейся в установившемся состоянии, а поток смеси может протекать в направлении, противоположном направлению действия сил тяжести; в качестве альтернативы, твердое вещество при нахождении смеси в установившемся состоянии может всплывать, а смесь может протекать в направлении действия сил тяжести. В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы поток смеси протекал в направлении, противоположном действию сил тяжести при оседании твердой фазы в смеси, находящейся в установившемся состоянии. Вместе с тем, предпочтительно, чтобы поток смеси протекал в направлении действия сил тяжести, когда твердое вещество всплывает в смеси, находящейся в установившемся состоянии.

В раскрытом выше способе получения продуктов предпочтительно, чтобы при нахождении смеси в установившемся состоянии скорость течения смеси была меньше скорости оседания или всплывания твердого вещества в смеси.

Предпочтительно смесь представляет собой суспензию.

В описанном выше способе получения продуктов предпочтительно, чтобы температура реакции разложения в воде с докритическими параметрами находилась в интервале от 130°С до 374°С, а давление реакции было равным или большим, чем давление насыщенного водяного пара при температуре реакции.

В соответствии с настоящим изобретением вместо использования воды только с докритическими параметрами возможно использование воды при докритических параметрах и воды при сверхкритическим параметрах. Температура реакции воды в докритическом состоянии может составлять, например, от 130°С до 374°С, а давление от 0,3 МПа до 100 МПа, более предпочтительно температура составляет от 150°С до 350°С, а давление от 0,5 МПа до 100 МПа, еще более предпочтительно температура находится в интервале от 170°С до 300°С, а давление в интервале от 0,8 МПа до 100 МПа.

Предпочтительно, чтобы перерабатываемым материалом был материал, выбранный из группы, включающей в себя пищу, продукты животноводства, сельскохозяйственные продукты, морские продукты, древесина, природные органические вещества, пластмассы, хлорированные органические соединения, резина, волокно, и их отходы, а также отходы, образующиеся при очистке бытовых нечистот и сточных вод.

Раскрытые выше способы производства продуктов разложения с помощью воды докритических параметров могут осуществляться с использованием установки, такой, как описана ниже.

В соответствии с настоящим изобретением установка для переработки материала путем разложения с использованием воды докритических параметров содержит: реактор, сконфигурированный для разложения перерабатываемого материала с использованием воды докритических параметров; средства нагрева, предназначенные для нагревания смеси, образованной из воды и перерабатываемого материала, с созданием и поддерживанием докритических параметров воды, и средства сжатия, предназначенные для создания давления смеси; средства ввода, предназначенные для ввода перерабатываемого материала в реактор; впускную трубу для ввода перерабатываемого материала в реактор, выпускную трубу для отвода из реактора смеси, состоящей из продукта разложения и воды, при этом выпускная труба расположена в определенном месте или местах, отличающихся от места расположения впускной трубы, так, что возможно большое количество мест расположения выпускной трубы.

Кроме того, установка для проведения процесса разложения в воде с докритическими параметрами в соответствии с настоящим изобретением может содержать: реактор вертикального расположения, сконфигурированный для разложения перерабатываемого материала с использованием воды при докритических параметрах; средства нагрева, предназначенные для нагревания смеси, образованной из воды и перерабатываемого материала, и средства сжатия, предназначенные для создания давления смеси, обеспечивающие создание и поддерживание докритических параметров воды; средства ввода, предназначенные для ввода перерабатываемого материала в реактор; впускную трубу для ввода перерабатываемого материала в реактор и выпускную трубу для отвода смеси, состоящей из продукта разложения и воды, из реактора, при этом реактор расположен по существу вертикально, выпускная труба установлена, по меньшей мере, в верхней концевой части или нижней концевой части реактора; при этом создают вынужденное течение введенной исходной смеси перерабатываемого материала и воды с докритическими параметрами, при нахождении воды с докритическими параметрами в установившемся состоянии, в направлении, противоположном направлению перемещения твердого вещества, с образованием в потоке, в направлении вниз по ходу его течения в нижеследующем порядке, по меньшей мере, псевдоожиженного слоя, в котором твердое вещество при взаимодействии с водой с докритическими параметрами распадается на мелкие частицы, которые сжижаются в потоке, и слоя распада вещества в воде с докритическими параметрами, где частицы перерабатываемого материала превращаются в еще более мелкие частицы или полностью превращаются в растворимый материал и перемещаются в потоке с водой, находящейся в докритическом состоянии; в последующем формируется, в зависимости от типа перерабатываемого материала, неподвижный слой, в котором твердое вещество остается в неподвижном состоянии даже при наличии потока, при этом неподвижный слой образуется выше по ходу движения потока от псевдоожиженного слоя; причем положение выпускной трубы регулируется с тем, чтобы отводить слой распада вещества в воде с докритическими параметрами, и регулировать расстояние, которое проходит указанный слой распада вещества в воде с докритическими параметрами.

Предпочтительно, чтобы выпускная труба была расположена в большом количестве мест на боковой стенке реактора вдоль направления течения потока. Выпускная труба может быть выполнена в виде подвижной выпускной трубы, которая может непрерывно перемещаться вдоль направления движения потока.

Реактор вертикального расположения может быть снабжен средствами, с помощью которых внутреннее пространство реактора может быть видимым. Кроме того, предпочтительно, чтобы реактор вертикального расположения представлял собой цилиндрический резервуар, впускная труба была выполнена с круговым сечением, а отношение внутреннего диаметра впускной трубы к внутреннему диаметру цилиндрического реактора вертикального расположения находилось в интервале от 1/5 до 1/15.

Описанная выше установка может содержать большое количество реакторов вертикального расположения.

Кроме того, установка для проведения процесса разложения с использованием воды с докритическими параметрами может содержать трубчатый реактор, предназначенный для проведения вторичной реакции, присоединенный к выпускной трубе указанного реактора вертикального расположения, а отношение внутреннего диаметра трубчатого реактора для проведения вторичной реакции к внутреннему диаметру реактора вертикального расположения, выполненного в виде цилиндрического резервуара, составляет от 1 до 1/5.

Предпочтительно, чтобы установка содержала большое количество трубчатых реакторов для проведения вторичной реакции, при этом указанные трубчатые реакторы были соединены друг с другом последовательно и/или параллельно.

Предпочтительно, чтобы установка была оборудована средствами нагревания или охлаждения для регулирования температуры реакции в трубчатом реакторе, служащем для проведения вторичной реакции.

Реактор вертикального расположения предпочтительно может быть снабжен обратным клапаном, а давление реакции в реакторе вертикального расположения может регулироваться с использованием обратного клапана.

Предпочтительно перед обратным клапаном может быть размещена труба охлаждения.

Способ получения продуктов разложения с использованием воды с докритическими параметрами и установка для проведения процесса разложения с использованием воды докритических параметров в соответствии с настоящим изобретением позволяют свободно по отдельности установить продолжительность реакции для твердого вещества и продолжительность реакции для растворимого материала путем регулирования времени нахождения в реакторе движущегося слоя распада вещества в воде с докритическими параметрами. В результате реакцией разложения перерабатываемого материала можно легко управлять. Помимо того, способ получения продуктов разложения в воде с докритическими параметрами и установка для проведения процесса разложения в воде с докритическими параметрами в соответствии с настоящим изобретением обеспечивают возможность непрерывной переработки исходного материала и, следовательно, приемлемы для проведения крупномасштабных производственных процессов. Кроме того, докритические условия обеспечивают более спокойное протекание реакционных процессов по сравнению со сверхкритическими условиями проведения процесса, что позволяет уменьшить стоимость используемого оборудования. Регулирование времени пребывания слоя распада вещества в воде с докритическими параметрами обеспечивает возможность получения желательных полезных веществ по отдельности с высокими степенями их извлечения.

Наилучший пример осуществления изобретения

Материал, который может быть подвержен переработке путем разложения с использованием способа получения продуктов разложения в воде с докритическими параметрами и установки для проведения процесса обработки путем разложения с использованием воды с докритическими параметрами, соответствующих настоящему изобретению, может включать: природные органические вещества, например продукты животноводства, сельскохозяйственные продукты, морские продукты, древесину и растения, и отходы указанных материалов; пищевые продукты и их отходы; синтетические органические вещества, включающие пластмассы и хлорированные органические соединения, резину, волокна, и их отходы; а также отходы, полученные при очистке бытовых нечистот и сточных вод, включая активный ил и избыточный ил. Подлежащие переработке исходные материалы могут представлять собой один из видов твердого вещества или смеси нескольких видов твердых веществ. Кроме того, в этих материалах может содержаться вода.

Примеры материалов, которые могут быть подвержены переработке, включают в себя также такие материалы, как рыбная подвздошная кость, внутренности кальмара, отходы из внутренностей гребешков и отходы из внутренностей осьминогов; рыбные отходы, в том числе кости, костные части, внутренности; мясные отходы, например мясо, кости, мозг, кожа, внутренности, жир, мясную и костную мука; патогенные прионы, которые извлекают из животных, таких как крупный рогатый скот и свиньи; такие материалы как овощные отходы, сердцевина кукурузного початка, солома; такие материалы как древесина, бамбук, стволы и кожура дерева, опилки и древесные отходы; и такие материалы как активный ил и избыточный ил, и экскременты животных. Если обрабатываемый материал содержит твердое вещество, например кости, то такой обрабатываемый материал обычно измельчают или дробят для обеспечения его соответствия размеру входного отверстия используемой аппаратуры, а также условиям, относящимся к насосу, используемому для создания давления, размерам трубопровода и так далее, или для удовлетворения требованию сокращения времени протекания реакции, с тем, чтобы затем можно было осуществлять процесс разложения этого материала с использованием воды, находящейся в докритическом состоянии.

Необходимо, однако, отметить, что подлежащий переработке материал, используемый при реализации предложенных способа и установки для переработки материала с целью производства продуктов разложения с использованием воды в докритическом состоянии, в соответствии с настоящим изобретением не ограничен материалом, содержащим твердое вещество. Например, перерабатываемым материалом может быть жидкость, которая слабо растворима в воде с докритическими параметрами, образует в воде с докритическими параметрами отдельную фазу, и может осаждаться или подниматься в воде с докритическими параметрами. В соответствии с настоящим изобретением при использовании такой жидкости можно регулировать время реакции для жидкости и время реакции для продуктов, полученных при разложении этой жидкости, в воде с докритическими параметрами. Кроме того, с помощью способа или установки согласно настоящему изобретению становится возможным выбрать соответствующие условия проведения реакции разложения с использованием воды в докритическом состоянии для перерабатываемого материала, представляющего собой жидкость, растворенную в воде при докритических параметрах. Как следствие, переработка путем разложения может быть проведена и для материалов, включающих только жидкость, например РСВ (полихлорированный бифенил). Исходным перерабатываемым материалом может быть неорганический материал, содержащий органическое вещество.

Кроме того, перерабатываемый материал, используемый при реализации предложенных способа и технологической установки для производства продуктов разложения с использованием воды с докритическими параметрами, в соответствии с настоящим изобретением может содержать неорганические вещества, которые не могут разлагаться в воде с докритическими параметрами. Примерами таких перерабатываемых материалов являются ил (шлам), содержащий камни, песок или металлические фрагменты, и волокнит, содержащий стеклянные волокна. Как будет сказано ниже, в установке согласно настоящему изобретению может быть использован реактор вертикального расположения. Неорганические вещества, которые не могут быть разложены, скапливаются на днище реактора. Поэтому переработка путем разложения может проводиться непрерывно при условии разгрузки, через соответствующий промежуток времени, неорганических веществ, которые не могут разлагаться и накапливаются на днище реактора.

Согласно настоящему изобретению предпочтительно, чтобы "твердое вещество", содержащееся в перерабатываемом материале, представляло собой твердое вещество, включающее органическое соединение. При использовании такого твердого вещества процесс гидролиза и пиролиза с водой докритических параметров протекает на поверхности твердого вещества. По этой причине процесс полного разложения будет происходить в течение длительного периода времени. При разложении, проводимом в известной установке непрерывного действия, такое твердое вещество является причиной закупоривания. Кроме того, в том случае, когда такое твердое вещество подвергают разложению с помощью аппарата периодического действия, компонент твердого вещества, который первоначально растворен в воде с докритическими параметрами, имеет тенденцию к карбонизации вследствие чрезмерного разложения или пиролиза, поэтому не представляется возможным эффективно получить целевые полезные вещества.

Плотность (удельный вес) твердого вещества должна быть больше или меньше плотности воды с докритическими параметрами. Это связано с тем, что процесс разложение в воде с докритическими параметрами в соответствии с настоящим изобретением использует осаждение и всплывание твердого вещества, содержащегося в смеси из обрабатываемого материала и воды с докритическими параметрами.

Способ получения продуктов разложения с использованием воды с докритическими параметрами.

Предпочтительно, чтобы способ получения продуктов разложения с помощью воды с докритическими параметрами, соответствующий настоящему изобретению, осуществлялся с использованием установки для переработки исходного материала путем его разложения в воде с докритическими параметрами, соответствующей изобретению. Соответственно, способ производства продуктов разложения в воде с докритическими параметрами ниже будет раскрыт параллельно с описанием используемой установки.

Установка для обработки исходного материала путем его разложения в воде с докритическими параметрами

Воплощение 1

На фиг.1 представлена блок-схема, иллюстрирующая один пример установки для проведения реакции в соответствии с Воплощением 1 настоящего изобретения. Как показано на фиг.1, данная установка содержит реактор 3, средства 1 создания давления, средства 2 нагревания, трубу 4 охлаждения, обратный клапан 5, емкость 6 для приема конечного продукта реакции и резервуар 7 для приема отработанной воды. В установке, иллюстрируемой на фиг.1, средства 1 создания давления, кроме того, одновременно служат в качестве средств для ввода смеси. Реактор 3 представляет собой реактор вертикального расположения, выполненный в виде цилиндрической трубы, расположенной по существу вертикально. Нижняя часть реактора 3 снабжена впускной трубой 8 и отводной трубой 9. Средства 1 создания давления и средства 2 нагревания подсоединены к вышеупомянутой впускной трубе 8 с помощью трубопровода. Впускная труба 8 подсоединена к резервуару 7 для приема отработанной воды через трубу охлаждения 10 и клапан 11 обратного давления. Реактор 3 снабжен выпускными трубами, расположенными в верхней части и в боковой стенке. В примере, представленном на фиг.1, в общем имеется восемь выпускных труб 101-108. Выпускные трубы 101-108 подсоединены к емкости 6 для приема конечного продукта реакции через соответствующие клапаны.

Переработка путем разложения исходного материала с помощью установки, схематически показанной на фиг.1, может быть осуществлена, например, следующим образом. Прежде всего, подлежащий переработке материал предварительно измельчают на частицы и смешивают их с водой с получением суспензии. Приготовленную суспензию по трубопроводу направляют к средствам создания давления, где осуществляют процесс повышения ее давления. Затем суспензию под давлением направляют к средствам 2 нагревания, где нагревают, в результате чего она переходит в докритическое состояние. Суспензию с докритическими параметрами подают в нижнюю часть реактора 3 через впускную трубу 8. В реакторе 3 в нижеследующем порядке в направлении от его днища образуются неподвижный слой, псевдоожиженный слой и слой распада вещества в воде с докритическими параметрами. Слой распада вещества в воде с докритическими параметрами отводят через одну или все выпускные трубы из имеющихся труб 101-108, расположенных сверху и в боковой стенке реактора 3. Слой распада вещества в воде с докритическими параметрами, отведенный из реактора, проходит через трубу 4 охлаждения, обратный клапан 5, и направляется в емкость 6 для приема конечного продукта реакции.

Средства нагревания и средства создания давления

Средства 1 нагревания могут быть известными средствами нагревания без каких-либо особых ограничений. Примерами служат электрический нагреватель, аппаратура для индуктивного нагрева, и нагревание с использованием горячего масла или водяного пара. Средством 2 создания давления может быть, например, насос.

Средства ввода

Средства ввода предназначены для ввода смеси воды и исходного материала в реактор 3. Средствами ввода может быть без конкретного ограничения их выбора аппаратура подачи высокого давления. Согласно настоящему изобретению предпочтительно, чтобы смесь обрабатываемого материала и воды в докритическом состоянии вводилась в реактор в виде суспензии. Это позволяет использовать средства создания давления 1 одновременно и в качестве средств ввода. В результате для загрузки необходим лишь один аппарат высокого давления (средства создания давления), который является дорогостоящим, и поэтому можно минимизировать стоимость используемого оборудования. Когда средства 1 создания давления служат, кроме того, в качестве средств ввода, перерабатываемый материал вводят в реактор 3, например, следующим образом. Твердое вещество в перерабатываемом материале, предварительно измельченным на мелкие частицы, смешивают с водой с получением суспензии. Затем смесь в состоянии суспензии нагревают с помощью средств 1 нагревания и после этого вводят в реактор 3 через впускную трубу 8 с помощью средств 2 создания давления. Установка для переработки материала разложения в воде с докритическими параметрами в соответствии с настоящим изобретением, кроме того, может быть снабжена средствами, предназначенными для измельчения твердого вещества в перерабатываемом материале на мелкие частицы.

Предпочтительно, чтобы в установке, соответствующей настоящему изобретению, проводилось разложение обрабатываемого материала с использованием воды с докритическими параметрами. Вода в сверхкритическом состоянии представляет собой растворитель с хорошей реакционной способностью, поскольку является сильным окислителем и имеет больший коэффициент диффузии, чем вода в жидком состоянии. Однако вода в сверхкритическом состоянии разлагает почти полностью весь обрабатываемый материал до двуокиси углерода. В то же время, несмотря на то, что при докритических параметрах вода является более слабым окислителем по сравнению с водой в сверхкритическом состоянии, в отношении масел и жирных кислот она обладает достаточной гидролизуемостью и достаточной экстрагируемостью для целей извлечения полезных веществ. Кроме того, вода в докритическом состоянии менее коррозийна для металлов и т.п. по сравнению с водой в сверхкритическом состоянии. Поэтому отсутствует необходимость применения конструкции реактора дорогостоящих металлов, таких как Хастеллой и Инконель, и могут быть использованы металлы с меньшей стоимостью, например низкоуглеродистая сталь (углеродистая сталь), которую обычно используют для обычных сосудов под давлением. При относительно высококоррозийных условиях, например, таких, которые создаются органическими кислотами, можно применять такие материалы, как SUS316, стоимость которых намного ниже по сравнению с такими материалами, как Хастеллой и Инконель. Согласно настоящему изобретению, кроме того, при необходимости можно использовать комбинацию воды в докритическом и сверхкритическом состояниях. Следует также отметить, что вода с докритическими параметрами может быть получена путем добавления в воду кислоты или спирта.

Реактор

В установке в соответствии с данным изобретением форма реактора 3 по существу не ограничена. Однако, предпочтительно, чтобы реактор 3 имел цилиндрическую форму. По меньшей мере, верхний или нижний конец реактора 3 снабжен впускной трубой 8. Перерабатываемый материал, например, в виде суспензии вводят внутрь реактора через впускную трубу 8. Как было отмечено выше, отношение внутреннего диаметра впускной трубы 8 к внутреннему диаметру цилиндрического реактора вертикального расположения может составлять от 1/5 до 1/15. Когда внутренний диаметр впускной трубы 8 находится в пределах вышеуказанного интервала, скорость перерабатываемого материала в реакторе 3 можно регулировать так, как это описано ниже. Например, если суспензию вводят в реактор 3 через впускную трубу 8 со скоростью, равной или большей скорости транспортирования, то скорость суспензии, введенной в реактор, уменьшается, поскольку внутренний диаметр внутреннего объема реактора 3 больше внутреннего диаметра впускной трубы. В результате скорость суспензии приобретает величину, равную или превышающую минимальную скорость ожижения твердых частиц (скорость транспортирования), и, следовательно, в реакторе 3 может быть сформирован псевдоожиженный слой твердой фазы в жидкости. Здесь термин "скорость транспортирования" означает скорость частиц, которые оседают или всплывают в установившейся текучей среде, о чем было сказано выше. Когда вода с докритическими параметрами протекает в реакторе 3 со скоростью, большей, чем скорость транспортирования, все твердое вещество, содержащееся в перерабатываемом материале, также протекает в направлении движения воды. В результате не будет различия во времени протекания реакции между твердым веществом и веществами, растворенными в воде с докритическими параметрами. В том случае, если вода с докритическими параметрами протекает в реакторе 3 со скоростью, меньшей минимальной скорости ожижения, твердое вещество остается в неподвижном состоянии, образуя неподвижный слой. Если же вода с докритическими параметрами протекает в реакторе 3 со скоростью, превышающей минимальную скорость ожижения, твердое вещество образует псевдоожиженный слой. Другими словами, формируется слой псевдоожижения твердого вещества в жидкой фазе.

При нахождении в реакторе 3 большого количества непрореагировавшего твердого вещества, имеющего относительно большие размеры твердых частиц, в некоторой части реактора, в его верхнем или нижнем конце, там, где находится впускная труба, формируется неподвижный слой. Непрореагировавшее твердое вещество с относительно большими твердыми частицами постепенно вступает в реакцию с водой, находящейся при докритических параметрах, и размер его частиц уменьшается. Частицы с меньшим размером перемещаются в реакторе в направлении вниз по ходу движения потока вместе с водой докритических параметров, благодаря ее течению, образуя при этом псевдоожиженный слой из жидкости и твердой фазы (псевдоожиженный слой). Полезные вещества, полученные за счет реакции разложения в воде докритических параметров, растворяются в воде докритических параметров и протекают в реакторе 3 в направлении вниз по потоку, формируя поршневой режим течения (в слое распада вещества в воде с докритическими параметрами). Установку можно снабдить средствами для перемешивания и дробления твердого вещества, образующего неподвижный слой с входной стороны реактора 3. Это позволяет проводить реакцию разложения более эффективно.

Выпускная труба может быть установлена в различных точках относительно места расположения впускной трубы 8. При этом для местоположения выпускной трубы может быть предусмотрено большое число позиций ниже по потоку от места расположения впускной трубы. В примере, иллюстрируемом на фиг.1, выпускные трубы установлены вдоль направления течения потока в ряде точек (101-108) на боковой стенке реактора. Таким образом, поток, характеризуемый поршневым режимом течения, можно отводить из реактора 3 с помощью большого количества выпускных труб. В частности, положения выпускных труб предпочтительно должны быть рассчитаны в соответствии со временем нахождения в реакторе перерабатываемого материала, растворенного в воде с докритическими параметрами, другими словами, в соответствии со временем разложения компонент этого обрабатываемого материала в воде с докритическими параметрами в реакторе 3 вдоль направления движения потока воды с докритическими параметрами. В примере согласно фиг.1 для отвода поршневого потока может быть выбрана какая-либо одна из выпускных труб (101-108) (или более чем одна), расположенных в ряде мест реактора. Таким образом, реакцией разложения в воде с докритическими параметрами можно управлять путем выбора определенных выпускных труб, которые должны быть использованы для отвода потока с поршневым режимом течения.

Места расположения впускной трубы 8 и выпускной трубы (выпускных труб), которыми снабжен реактор 3, определяют, исходя из плотности твердого вещества в составе перерабатываемого материала и плотности воды с докритическими параметрами. Например, если плотность твердого вещества во вводимом в реактор перерабатываемом материале превышает плотность воды с докритическими параметрами, впускная труба 8 должна быть расположена в нижнем конце реактора 3, а выпускная труба (выпускные трубы) должна находиться выше уровня расположения впускной трубы. Наоборот, если плотность твердого вещества во вводимом перерабатываемом материале меньше, чем плотность воды в докритическом состоянии, впускная труба 8 должна быть расположена в верхнем конце реактора 3, а выпускная труба (выпускные трубы) - ниже уровня расположения впускной трубы. В качестве альтернативы, если твердое вещество в перерабатываемом материале представляет собой смесь, состоящую из вещества с более высокой плотностью и вещества с более низкой плотностью, чем плотность воды с докритическими параметрами, то могут быть установлены две впускные трубы 8 как в верхнем, так и в нижнем концах реактора 3. В этом случае можно отводить слой распада вещества в воде с докритическими параметрами, или через выпускные трубы, расположенные в двух соответствующих желательных точках относительно нижнего конца реактора, или через такую же одну выпускную трубу. Кроме того, если твердое вещество в перерабатываемом материале содержит небольшое количество твердого вещества, имеющего меньшую плотность, чем плотность воды в докритическом состоянии, впускная труба может быть смонтирована только в нижнем конце реактора, и для предотвращения нахождения около нее твердого вещества с меньшей плотностью в реакторе может быть размещен один или большее количество фильтров.

Твердое вещество, содержащееся в перерабатываемом материале, остается в неподвижном слое или в псевдоожиженном слое, образованном твердой фазой в жидкости, и разлагается под воздействием воды с докритическими параметрами, причем процесс разложения проходит на поверхности твердой фазы. Когда твердое вещество состоит из неорганического вещества, содержащего органическое вещество, например, в случае переработки костей, органическое вещество в костях разлагается и растворяется с помощью воды с докритическими параметрами, и в результате по мере уменьшения размера частиц костей твердое вещество, в конце концов, превращается в порошок фосфата кальция. В процессе разложения в реакторе образуются три слоя, а именно, неподвижный слой, состоящий из частиц, размер которых больше минимального размера для их псевдоожижения, псевдоожиженный слой, образованный из частиц с размерами меньше минимального для псевдоожижения, и слой распада вещества в воде с докритическими параметрами, в котором порошкообразный фосфат кальция превращается в еще более мелкие фракции порошка и приобретает такую же скорость перемещение, что и вода с докритическими параметрами, другими словами, переходит в режим поршневого течения фаз. Путем регулирования расстояния, которое проходит вода с докритическими параметрами, можно регулировать степень разложения органического вещества в слое распада вещества в воде с докритическими параметрами, в соответствии с которой можно извлекать конечный продукт разложения. Даже в том случае, когда органическое вещество в костях содержит токсичные вещества и патогенные вещества, например, патогенные прионы (анормальные прионы), их можно разложить и обезвредить за счет проведения вышеупомянутого технологического процесса переработки путем разложения.

В том случае, когда суспензию подают под давлением по трубопроводу в реактор 3, предпочтительно, чтобы скорость суспензии была равной или большей скорости транспортирования твердого вещества. Это условие обусловлено тем, что, если скорость подачи суспензии под давлением по трубопроводу меньше скорости транспортирования частиц, то твердые компоненты, содержащиеся в суспензии, оседают в нижней части сечения трубопровода, что приводит к закупорке этого трубопровода.

Плотность и вязкость воды с докритическими параметрами составляют 887 кг/м ³ и 0,541 кг/м час соответственно при температуре 178°С (вода находится на линии насыщения при давлении 1 МПа), 778 кг/м ³ и 0,359 кг/м час соответственно при температуре 364°С (вода на линии насыщения при давлении 5 МПа), 688 кг/м³ и 0,294 кг/м час соответственно при температуре 311°С (вода на линии насыщения при давлении 10 МПа). Например, плотность древесной муки, которая пропитана водой с докритическими параметрами, составляет приблизительно 1000 кг/м³, поэтому псевдоожиженный слой может быть сформирован за счет создания вынужденного течения потока воды с соответствующей скоростью. Когда плотность твердого вещества, содержащегося в перерабатываемом материале, выше, чем плотность воды с докритическими параметрами, скорость перемещения может быть вычислена из соотношения между твердым веществом и размеров его частиц на основе физических свойств воды в докритическом состоянии. Минимальная скорость псевдоожижения (Umf) может быть рассчитана по формуле Уэна (C.Y.Wen). С другой стороны, скорость транспортирования (Ut) определяют по формуле для расчета гидравлического сопротивления при движении текучей среды. Минимальная скорость псевдоожижения (Umf) представляет собой такую скорость, при которой гидравлическое сопротивление потоку сжижающей текучей среды, оказываемое частицами материала, уравновешивается весом псевдоожижаемого материала. Псевдоожиженный слой твердого вещества в жидкости может быть сформирован путем подачи под давлением воды с докритическими параметрами со скоростью, которая больше минимальной скорости псевдоожижения (Umf). Когда воду с докритическими параметрами нагнетают со скоростью, превышающей скорость транспортирования (Ut), твердое вещество вытекает из выпускной трубы (труб) реактора, как это было отмечено выше.

Ниже в таблице приведены минимальные значения скоростей псевдоожижения (Umf), скоростей транспортирования (Ut) и их отношения (Umf/Ut) для частиц с различными размерами (мм), рассчитанных при давлении воды на линии насыщения, равном 1 МПа, 5 МПа и 10 МПа, когда абсолютная плотность твердых частиц (частиц твердого вещества) составляет 1500 кг/м³ .

Таблица
Абсолютная плотность твердого вещества, кг/м3	Давление насыщения, МПа	Температура, °С	Размер частиц, мм	Umf м/сек	Ut м/сек	Umf /Ut
1500	1	180	0,05	0,00007	0,006	74,1
0,1	0,00030	0,017	56,0
1	0,01187	0,143	12,0
5	264	0,05	0,00013	0,011	84,2
0,1	0,00053	0,022	42,2
1	0,00154	0,165	10,7
10	311	0,05	0,00018	0,013	74,0
0,1	0,00073	0,027	37,0
1	0,0181	0,186	10,3

Из таблицы следует, что за счет измельчения твердого вещества, содержащегося в перерабатываемом материале, подвергаемом гидролизу, до соответствующего размера с целью образования суспензии, твердое вещество можно транспортировать с достаточной скоростью, которая не приводит к его осаждению в процессе транспортирования, при этом указанная суспензия может быть нагрета, и в тоже время в реакторе может быть достигнуто необходимое псевдоожиженное состояние суспензии. Например, в случае, когда суспензию, включающую перерабатываемый материал с размером частиц 0,1 мм, подвергают реакции при давлении насыщения воды 5 МПа, скорость транспортирования (Ut) составляет 0,022 м/сек. Это означает, что при перемещении суспензии со скоростью в 10 раз большей, т.е. 0,22 м/сек, суспензия может надлежащим образом транспортироваться и при этом может быть нагрета. Когда суспензия вводится в реактор с внутренним диаметром, который в десять раз превышает внутренний диаметр впускной трубы, приведенная скорость в реакторе составляет 1/100 (в сто раз меньше). В этом случае приведенная скорость воды с докритическими параметрами в псевдоожиженном слое твердого вещества в жидкости равна 0,0022 м/сек, что означает возможность формирования псевдоожиженного слоя твердого вещества в жидкости со скоростью в четыре раза превышающей минимальную скорость псевдоожижения (Umf). В данном описании термин "приведенная скорость" означает скорость, с которой поток воды с докритическими параметрами протекает в реакторе 3.

Как хорошо видно из таблицы, минимальная скорость псевдоожижения (Umf) и скорость транспортирования (Ut) частиц твердого вещества меняется в соответствии с их размерами. Чем больше размер частицы, тем больше будут величины минимальной скорости псевдоожижения (Umf) и скорости транспортирования (Ut). Следовательно, при вынужденном перемещении с определенной приведенной скоростью вверх в реакторе 3 зернистых перерабатываемых материалов, имеющих различные размеры частиц, твердое вещество с частицами большего размера не образует псевдоожиженный слой твердой фазы в жидкости, а предпочтительно формирует неподвижный слой в придонной части внутреннего объема реактора 3. Несмотря на то, что твердое вещество с частицами большого размера на какое-то время образует неподвижный слой, в процессе реакции гидролиза с использованием воды в докритическом состоянии, по мере того как продукт разложения растворяется и удаляется с его поверхности, размеры частиц твердого вещества уменьшаются, и эти частицы перемещаются в реакторе 3 вверх, формируя псевдоожиженный слой твердой фазы в жидкости. Необходимо, однако, отметить, что в том случае, когда в воде с докритическими параметрами проводят разложение перерабатываемого материала, содержащего компоненты твердого вещества с относительно одинаковыми размерами частиц и величинами абсолютной плотности, возможен такой случай, при котором никакой неподвижный слой не образуется, а именно, если размеры частиц меньше минимального размера для их псевдоожижения.

Как отмечено выше, согласно настоящему изобретению отношение жидкость - твердая фаза и продолжительность реакции можно регулировать в широком диапазоне плотности, размеров частиц и температуры реакции реагирующего твердого вещества. Скорость текучей среды можно регулировать, например, с помощью средств создания давления или средств ввода. Например, в случае использования нагнетательного насоса, скорость можно регулировать за счет числа его оборотов (насоса).

Необходимо отметить, что в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно снабдить реактор 3 средствами непрерывного контроля, с помощью которых можно наблюдать внутренний объем реактора 3 (на фиг.1 не показаны). Примеры средств непрерывного контроля, которые не ограничивают данное изобретение, включают в себя выполнение в боковой стенке реактора окна и размещение камеры. При использовании окна в сочетании с ним, кроме того, может быть использовано другое окно, служащее для освещения. Кроме того, если используется камера, то при необходимости может быть использован осветительный прибор. За счет обеспечения средств непрерывного контроля вышеуказанным образом представляется возможным наблюдать такие параметры как цвета, размеры частиц, плотность смеси, высоту неподвижного слоя, высоту и характер течения в псевдоожиженном слое в реакторе, с тем чтобы убедиться, проходит или нет реакция таким образом, как это предусмотрено. Количество имеющихся средств непрерывного контроля особо не ограничено, при этом средства непрерывного контроля могут быть, например, размещены от верха до низа реактора 3 с одинаковым интервалом. В частности, если на боковой стенке реактора 3 смонтировано большое количество выпускных труб, то могут быть обеспечены необходимые средства контроля, соответствующие этим выпускным трубам.

Кроме того, отводная (разгрузочная) труба 9 может быть смонтирована в днище реактора 3. Плотность неорганического вещества или карбида, содержащегося в обрабатываемом материале, который не растворяется в воде с докритическими параметрами, больше чем плотность органического твердого вещества. За счет размещения отводной трубы 9 в днище реактора 3 неорганические вещества, карбиды и тому подобные вещества, которые оседают в донной части реактора, могут быть легко удалены через отводную трубу 9.

В настоящем изобретении температуру реакции в реакторе 3 регулируют с помощью средств нагревания. Предпочтительно, чтобы температура находилась в интервале от 130°С до 374°С, более предпочтительно - в интервале от 150°С до 350°С, и еще более предпочтительно - в интервале от 170°С до 300°С. Если температура реакции составляет 150°С или выше, продолжительность реакции не будет столь велика. Если же температура реакции составляет 300°С или менее, реакция разложения не протекает чрезмерно, и, помимо того, можно предотвратить коррозию реактора 3. Кроме того, устройства для нагревания и теплоизоляции могут быть размещены по внешней окружности реактора с целью, например, поддерживания определенных температур. Дополнительно возможно использование средств безопасности, таких как предохранительный клапан.

В установке для получения продуктов разложения в воде с докритическими параметрами реакция разложения проводится при относительно низких температурах до тех пор, пока продолжительность реакции не становится слишком большой. Причина заключается в том, что такое условие проведения реакции предотвращает пиролиз полезных веществ и уменьшает эксплуатационные расходы. Например, в тех случаях, в которых крахмал, содержащийся в большом количестве в остатках пищи, гидролизуется с получением глюкозы и олигосахаридов, процесс гидролиза предпочтительно необходимо проводить при температуре в интервале от 150°С до 220°С. Это связано с тем, что крахмал имеет тенденцию относительно легко подвергаться гидролизу и обуславливать процесс карбонизации за счет пиролиза. В другом примере, в случае, когда целлюлоза, содержащаяся в отстое пасты бобов, гидролизуется с получением глюкозы и олигосахаридов, предпочтительно, чтобы гидролиз проводился при температуре в интервале от 170°С до 250°С. Причина заключается в том, что целлюлоза демонстрирует меньшую интенсивность процесса гидролиза, чем крахмал. Согласно еще одному примеру, в том случае, когда гидролизуют протеины, содержащиеся в рыбных отходах, с целью извлечения и получения аминокислот, органических кислот и жидкого жира одновременно, предпочтительно, чтобы гидролиз проводился при температуре от 150°С до 250°С.

В соответствии с настоящим изобретением для активизации реакций и подавления процесса пиролиза могут быть использованы катализаторы, которые обычно используют для разложения материала в воде при докритических параметрах. Подходящие для применения примеры катализаторов включают следующие вещества: кислотные катализаторы, например серная кислота, соляная кислота, и фосфорная кислота; щелочные катализаторы, такие как едкий натр, карбонат натрия; катализаторы на основе оксида металла, например оксида марганца, оксида меди; катализаторы на основе оксида редкоземельных металлов, таких как родий, рутений и палладий; катализаторы из благородных металлов, например из золота и платины. Способ добавления катализатора особенно не ограничен. Например, катализатор может быть добавлен в суспензию предварительно.

В установке, соответствующей настоящему изобретению, давление реакции можно регулировать путем управления открытием обратного клапана (клапана регулирования противодавления) 11. Кроме того, возможно размещение непосредственно перед обратным клапаном 11 трубы 10 охлаждения. За счет использования трубы 10 охлаждения конечный продукт реакции благополучно может быть отведен в емкость для приема конечного продукта реакции или тому подобное средство. В емкость для приема конечного продукта реакции, в том случае, когда целевым продуктом является водорастворимое вещество (такое как олигосахариды, моносахариды, аминокислоты, органические кислоты или пептиды), целевой продукт поступает в растворенном в воде состоянии, в то время как, если целевой продукт представляет собой вещество, не растворимое в воде, например, масло или жир, то он поступает в емкость для приема в таком состоянии, при котором находится поверх водного раствора.

Продукт разложения в воде с докритическими параметрами, полученный с использованием способа согласно настоящему изобретению, может быть извлечен, например, из вышеупомянутого конечного продукта реакции. Конечный продукт реакции представляет собой смесь, содержащую водную фазу, масляную фазу и твердую фазу. Эти фазы могут быть разделены за счет самопроизвольного разделения, центрифугирования или тому подобного метода. Виды продуктов, полученных путем обработки разложением, меняются в зависимости от температуры, давления, продолжительности реакции или видов перерабатываемых материалов.

Например, если перерабатываемым материалом являются, например, кости, мясо и тому подобные материалы с происхождением от крупного рогатого скота, водная фаза содержит органические кислоты, фосфорные кислоты, аминокислоты, аммиак, сахар и т.п. Примеры органических кислот, которые могут быть получены, включают низшие жирные кислоты (кислоты с карбоксильной группой), например пироглутаминовая кислота, молочная (а-оксипропионовая) кислота, уксусная кислота, муравьиная кислота, янтарная кислота, пировиноградная кислота и пропионовая кислота. Примеры получаемых аминокислот включают гистидин, глицин, аланин, глютаминовую кислоту, аспарагиновую кислоту, лейцин, изолейцин, фенил аламин, валин и таурин. Примеры сахаров, которые могут быть получены, включают глюкозу и фруктозу. Кроме того, масляная фаза содержит жирные кислоты и т.п. Примеры жирных кислот включают в себя олеиновую кислоту, пальмитиновую кислоту, стеариновую кислоту и пальмитолеиновую кислоту. Помимо того, твердая фаза содержит фосфат кальция и.т.п., происходящие из костей.

В качестве альтернативы, например, в том случае, когда перерабатываемый материал имеет древесное происхождение, водная фаза содержит органические кислоты, сахар и тому подобное. Примерами получаемых органических кислот включают в себя гликолевую кислоту, молочную (а-оксипропионовую) кислоту, уксусную кислоту, муравьиную кислоту, левулиновую кислоту, пропионовую кислоту, яблочную кислоту и янтарную кислоту. Примеры сахаров, которые могут быть получены, включают, целлотриоз (вещество, в котором соединены три молекулы глюкозы), целлобиоз (вещество, в котором соединены две молекулы глюкозы), глюкозу, фруктозу, и эритроз (продукт разложения глюкозы). Маслянистая фаза содержит, например, смолоподобные маслянистые вещества. Твердая фаза содержит, например, пористые углеродистые материалы с низкой плотностью.

Кроме того, когда источником перерабатываемого материала являются моллюски, например, в случае использования отходов гребешка, водная фаза содержит органические кислоты, фосфорные кислоты и аминокислоты. Примеры органических кислот, которые могут быть получены, включают пироглютаминовую кислоту, молочную кислоту, уксусную кислоту, муравьиную кислоту, янтарную кислоту и пировиноградную кислоту. Маслянистая фаза содержит, например, жирные кислоты. Примеры жирных кислот, которые могут быть получены, включают эйкозапентаеновую кислоту (ЕРА), докозапентаеновую кислоту (DHA), олеиновую кислоту, пальмитиновую кислоту, пальмитолеиновую кислоту, миристиновую кислоту, стеариновую кислоту, эйкозеновую кислоту и докозеновую кислоту. Способы разделения вышеупомянутых продуктов разложения перерабатываемого материала особенно не ограничены, и с этой целью могут быть использованы различные известные способы. Примеры способа выделения каждого из продуктов разложения из водной фазы включают, например способы ионообменного разделения, способы мембранного разделения, способы разделения путем кристаллизации, и способы, представляющие собой их комбинацию. Кроме того, способ отделения каждого из продуктов разложения от маслянистой фазы может включать, например вакуумную дистилляцию.

Воплощение 2.

Согласно воплощению 2 установка для проведения реакции, кроме того, оборудована реакторами для осуществления вторичной реакции. На фиг.2 представлена блок-схема, иллюстрирующая второй пример воплощения установки для получения продукта разложения с помощью воды с докритическими параметрами в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.2 элементы установки, совпадающие с показанными на фиг.1, обозначены такими же номерами позиций, что и на фиг.1. Как показано на фиг.2, реакторы 12 соединены с выпускными трубами 101 реактора 3 посредством трубопроводов. Реакторы 12 для проведения вторичной реакции соединены друг с другом с помощью трубопроводов. Каждый из этих трубопроводов снабжен коммутационным клапаном. С помощью указанных коммутационных клапанов реакторы 12 для осуществления вторичной реакции могут быть легко соединены друг с другом или последовательно или параллельно. Указанные реакторы 12 для проведения вторичной реакции присоединены к трубе охлаждения с помощью трубопровода и, кроме того, соединены с обратным клапаном 5. Емкость 6 для приема конечного продукта реакции расположена за обратным клапаном 5. В примере, иллюстрируемом на фиг.2, на боковой стенке реактора 3 размещены средства 13 непрерывного контроля.

В соответствии с настоящим примером осуществления установка согласно данному изобретению может быть снабжена, помимо реактора 3, реакторами 12 для проведения вторичной реакции, соединенными с реактором 3 посредством выпускных труб 101-108. Такое выполнение обеспечивает большую продолжительность времени реакции разложения с использованием воды с докритическими параметрами. Предпочтительным примером реактора 12 для проведения вторичной реакции является трубчатый реактор.

Предпочтительно, чтобы реакторы 12 для проведения вторичной реакции были снабжены средствами нагревания. Кроме того, предпочтительно, чтобы впускная труба и выпускная труба, соединенные с каждым из реакторов для проведения вторичной реакции, были оборудованы соответствующими коммутационными клапанами.

Кроме того, допустимо, чтобы реактор 3 и реакторы 12 для проведения вторичной реакции были соединены последовательно, а скорости (расходы) потока в них регулировались с помощью одного и того же средства создания давления. В этом случае предпочтительно не очень изменять разность между давлениями и температурами реакций в реакторе 3 и реакторах 12 для проведения вторичной реакции с тем, чтобы предотвратить кипение в реакторе. Соответственно, в реакторах 12 для проведения вторичной реакции степень реакционного превращения зависит от скорости течения воды с докритическими параметрами, другими словами, внутренний диаметр реакторов 12 для проведения вторичной реакции и продолжительность обработки материала зависит от длины реакторов 12 для проведения вторичной реакции. Степень реакционного превращения для жидкой фазы зависит от вида перерабатываемого материала и температуры реакции. Для того чтобы поддерживать необходимую степень реакционного превращения, величина отношения внутреннего диаметра реакторов 12 для проведения вторичной реакции к внутреннему диаметру реактора 3 должна находиться в интервале от 1 до 1/5.

Для увеличения продолжительность реакции можно соединить большое количество реакторов 12 для проведения вторичной реакции последовательно или параллельно с помощью соединительных трубопроводов. За счет соединения реакторов указанным образом обеспечивается необходимая продолжительность обработки материала. Кроме того, соединительные трубопроводы могут быть снабжены коммутационными клапанами. Путем производимого надлежащим образом открытия или закрытия коммутационных клапанов для управления продолжительностью обработки можно выбрать именно тот реактор для проведения вторичной реакции, из числа имеющихся, который следует использовать.

Реакторы 12 для проведения вторичной реакции соединены с реактором 3. По этой причине для того, чтобы сделать температуру реакции в обоих реакторах приблизительно одинаковой, предпочтительно обеспечить регулирование температуры реакторов 12 для проведения вторичной реакции. В том случае, если при проведении реакций гидролиза, или тому подобным реакциям, происходят экзотермические превращения, предпочтительно охлаждать реакторы 12 вторичной реакции примерно до такой же температуры, что и температура реакции в реакторе 3. С другой стороны, если имеет место эндотермическая реакция или тепловое излучение, предпочтительно, нагревать реакторы 12 для проведения вторичной реакции примерно до такой температуры, при которой проходит реакция в реакторе 3.

Когда температура реакции в реакторах 12 для проведения вторичной реакции становится равной 150°С или ниже, то, например, интенсивность реакции гидролиза и т.п. реакций становится ниже. В некоторых случаях это вызвать необходимость значительного увеличения длины реакторов 12 для проведения вторичной реакции. С другой стороны, если температура реакции превышает 300°С, интенсивность реакции термического разложения повышается. Соответственно, это может затруднить извлечения целевых продуктов с высокими степенями их извлечения, и, помимо того, реакторы 12 для проведения вторичной реакции могут коррозировать.

Когда вышеупомянутые катализаторы используют только в реакторах 12 для проведения вторичной реакции, то соединительный трубопровод для реакторов 12 может быть снабжен впускной трубой для ввода катализатора с тем, чтобы через нее в эти реакторы можно было подавать катализаторы.

Установка в соответствии с Воплощением 2 эффективна в том случае, когда конечный продукт реакции, отводимый из реактора 3, требует дальнейшего разложения. Продукт разложения, проведенного в воде с докритическими параметрами, отводимый через одну или большее количество выпускных труб 101, имеющихся в реакторе 3, по трубопроводам подают в реакторы 12 для проведения вторичной реакции. В примере согласно фиг.2 количество реакторов 12 для проведения вторичной реакции равно четырем. Реакторы 12 для проведения вторичной реакции могут быть соединены друг с другом последовательно или параллельно путем изменения комбинаций открытия/закрытия подключенных к ним коммутационных клапанов. Продукт разложения, полученный в реакторе 12 для проведения вторичной реакции, направляют из реакторов 12 для проведения вторичной реакции по трубопроводам, затем пропускают через трубу 4 охлаждения и обратный клапан 5, и отводят в емкость 6 для приема конечного продукта реакции. В данном примере воплощения обратный клапан 5 предназначен для регулирования давления как в реакторе 3, так и в реакторах 12 для проведения вторичной реакции. Непрореагировавшие вещества, которые скапливаются в придонной части реактора 3, отводят в емкость 7 для приема отходов через отводную трубу 9, трубу 10 охлаждения и обратный клапан 11.

Воплощение 3

На фиг.3 представлена блок-схема, иллюстрирующая следующий пример воплощения установки для обработки путем разложения с использованием воды с докритическими параметрами в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.3 элементы установки, совпадающие с показанными на фиг.1, обозначены такими же номерами позиций. Как показано на фиг.3, установка в соответствии с данным изобретением снабжена выпускным устройством, размещенным с возможностью непрерывного перемещения вдоль направления движения потока воды с докритическими параметрами в реакторе 3.

Указанное подвижное выпускное устройство содержит гибкий трубопровод 14 с приемным отверстием 15, имеющимся на переднем конце указанного гибкого трубопровода 14, служащим для приема желательной части материала, растворенного в воде с докритическими параметрами, цепь 16 для подвешивания гибкого трубопровода 14 и размещенное внутри корпуса колесо 17, которое способно сматывать или разматывать цепь 16. Путем регулирования длины цепи 16, впускное отверстие 15 может быть зафиксировано в желательном положении.

В примере, показанном на фиг.3, гибкий трубопровод 14 приспособлен для его ввода с верхнего торца реактора 3, но можно также выбрать такую конструкцию, в которой трубопровод 14 вводится из нижнего торца реактора 3.

Воплощение 4

На фиг.4 представлена блок-схема, иллюстрирующая еще один пример установки для обработки путем разложения с использованием воды с докритическими параметрами в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.4 элементы установки, совпадающие с показанными на фиг.1, обозначены такими же номерами позиций. Как показано на фиг.4, реактор 3 соединен с реактором 12 для проведения вторичной реакции посредством одного или большего количества впускных труб 101-108 с помощью трубопровода. Реактор 12 для проведения вторичной реакции оборудован тремя выпускными трубами 201-203. Выпускные трубы 201-203 соединены с емкостями 6 для приема конечного продукта реакции, независимо друг от друга, через трубы 4 охлаждения и обратные клапаны 5. Такое конструктивное выполнение позволяет отводить целевые фазы продукта через большое количество выпускных труб, которыми снабжен реактор 12 для проведения вторичной реакции даже в тех случаях, когда слой распада вещества в воде с докритическими параметрами, отведенный из реактора 3 и введенный в реактор 12 для проведения вторичной реакции, благодаря перепаду температур образует слои, соответствующие водной фазе, маслянистой фазе, твердой фазе и т.д.

Далее настоящее изобретение будет раскрыто более подробно с помощью примеров. При этом необходимо отметить, что нижеследующие примеры никаким образом не ограничивают настоящее изобретение.

Пример 1

Была проведена переработка рыбных отходов с использованием воды с докритическими параметрами (исходный материал был получен при измельчении пятнистого коносира [Konosirus punctatus]), в установке для переработки отходов путем разложения в воде с докритическими параметрами, такой, как показана на фиг.1. Внутренний диаметр впускной трубы 8 составлял 15 мм, внутренний диаметр реактора 3 был равен 128 мм, а его высота - 3 м. В данном примере отношение внутреннего диаметра впускной трубы 49 к внутреннему диаметру реактора 3 составляло 1/9. Два технологических процесса проводились при температуре реакции 200°С до 260°С соответственно. Результаты проведения технологического процесса при температуре реакции 200°С представлены в виде графических зависимостей на фиг.5 и 6, в то время как для процесса, проведенного при температуре реакции 260°С, результаты в виде графических зависимостей представлены на фиг.7 и 8. Вертикальная ось графика на фиг.5 показывает степень извлечения продукта (кг/кг сухого исходного материала) в различных фазовых состояниях. Вертикальная ось на графиках, изображенных на фиг.6 - 9, показывает выходное содержание (кг/кг сухого исходного материала) различных веществ в водной фазе. Горизонтальная ось на фиг.5 - 9 отражает время обработки (продолжительность реакции) в реакторе 3. Время обработки (продолжительность реакции) в реакторе 3 меняли за счет выбора одной определенной выпускной трубы из большого количества выпускных труб 101-107, смонтированных по высоте реактора 3. Время обработки материала (продолжительность реакции) в каждом из мест расположения выпускных труб 101-107 показано выше горизонтальной оси на каждой из фиг.5 - 9. На фиг.7 - 9 использованы следующие аббревиатуры аминокислот:

ASP - аспарагиновая кислота

THR - треонин

SER - серин

GLU - глутаминовая кислота

PRO - пролин

GLY - глицин

ALA - аланин

CYS - цистеин

VAL - валин

MET - метионин

ILE - изолейцин

LUE - лейцин

TYR - тирозин

РНЕ - фенилаланин

LYS - лизин

HIS - гистидин

ARG - аргинин

Пример 2

В установке, показанной на фиг.1, предназначенной для переработки отходов путем разложения с использованием воды с докритическими параметрами, была проведена переработка избыточного ила активного ила в воде с докритическими параметрами. Внутренний диаметр впускной трубы 8 составлял 15 мм, внутренний диаметр реактора 3 был равен 128 мм, а его высота - 3 м. В данном примере отношение внутреннего диаметра впускной трубы 49 к величине внутреннего диаметра реактора 3 составляло приблизительно 1/9. Технологические процессы проводили при трех различных температурах реакции, а именно, 160°С, 200°С и 240°С соответственно, при этом установленный расход был равен 1 л/мин. Полученные опытные данные для процесса при температуре реакции, равной 160°С, представлены на фиг.10 и 11, опытные данные для процесса при температуре реакции, равной 200°С, представлены на фиг.12 и 13, а данные для процесса при температуре реакции, равной 240°С, представлены на фиг.14 и 15. Вертикальная ось на фиг.1 - 15 показывает степень извлечения произведенного продукта (кг/кг сухого исходного материала) в водной фазе, а горизонтальная ось - продолжительность обработки (продолжительность реакции) в реакторе 3. Продолжительность обработки (продолжительность реакции) в реакторе 3 меняли путем выбора одной из большого количества выпускных труб 101-107, смонтированных по высоте реактора 3. Продолжительность обработки (продолжительность реакции) для каждого места расположения выпускных труб 101-107 показано выше горизонтальной оси на каждой из фиг.10 - 15. Используемые аббревиатуры аминокислот на фиг.11, 13 и 15 те же, что и на фиг.7 и 8 для Примера 1.

Как показано на фиг.5, при переработке рыбных отходов путем разложения с использованием воды с докритическими параметрами при температуре 200°С, степень извлечения произведенного продукта в осадке из твердого вещества составляет 0,05 кг/кг сухого исходного материала или менее даже в выпускном отверстии 107, для которого продолжительность реакции самая короткая. Степень извлечения произведенного продукта в твердом осадке демонстрирует почти отсутствие ее изменения по мере увеличения продолжительности обработки. Это связано с тем, что рыбные отходы были разложены в достаточной степени и остался только фосфат кальция. Кроме того, следует принимать во внимание, как это отражено на фиг.11, что при проведении, например, переработки избыточного ила активного ила путем разложения с использованием воды с докритическими параметрами, при температуре 160°С, может быть извлечен метионин с высокой степенью извлечения за счет выбора в качестве рабочей выпускной трубы 103.

Промышленная применимость

Из вышеизложенного понятно, что настоящее изобретение позволяет повторно использовать в качестве природных ресурсов, например отходы, которые в ином случае сжигают. В результате настоящее изобретение полезно для создания техники, обеспечивающей рациональное использование природных ресурсов, и разработки технологии с "нулевым выбросом (загрязняющих веществ в атмосферу)". Кроме того, настоящее изобретение позволяет повторно использовать полезные вещества, содержащиеся в отходах, например органические кислоты и аминокислоты, в качестве ресурсов. Помимо того, если органические кислоты, такие как уксусная кислота, используют в качестве исходного материала, для сбраживания с выделением метана, то в этом случае возможно быстрое и в высокой степени удобоваримое сбраживание с выделением метана, и, следовательно, эти кислоты могут быть с высокой эффективностью превращены в энергию (выделяемую при сжигании метана). Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением даже мука из мяса и костей и тому подобный материал, который может содержать патогенные прионы (анормальные прионы) или тому подобное, может быть обезврежен и повторно использован в качестве природного ресурса. Таким образом, изобретение, кроме того, полезно для и очистки окружающей среды и других подобных целей. Дополнительно настоящее изобретение позволяет производить полезные продукты разложения с использованием воды с докритическими параметрами даже из иных органических материалов, чем отходы.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая один пример установки для разложения с использованием воды с докритическими параметрами в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 - блок-схема, иллюстрирующая второй пример установки для разложения с использованием воды с докритическими параметрами в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - блок-схема, иллюстрирующая следующий пример установки для разложения с использованием воды с докритическими параметрами в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 - блок-схема, иллюстрирующая еще один пример установки для разложения с использованием воды с докритическими параметрами в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 - график, демонстрирующий степени извлечения различных фаз (разновидностей состояния) продукта в зависимости от продолжительности обработки в одном примере осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 - график, демонстрирующий степени извлечения органических кислот в водной фазе в зависимости от продолжительности обработки в одном примере осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7 - графическая зависимость, демонстрирующая степени извлечения аминокислот в водной фазе в зависимости от продолжительности обработки в одном примере осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8 - графическая зависимость, демонстрирующая степени извлечения органических кислот в водной фазе в зависимости от продолжительности обработки в другом примере осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9 - графическая зависимость, демонстрирующая степени извлечения аминокислот в водной фазе в зависимости от продолжительности обработки в одном примере осуществления настоящего изобретения.

Фиг.10 - графическая зависимость, демонстрирующая степени извлечения органических кислот в водной фазе в зависимости от продолжительности обработки в следующем примере осуществления настоящего изобретения.

Фиг.11 - графическая зависимость, демонстрирующая степени извлечения аминокислот в водной фазе в зависимости от продолжительности обработки в следующем примере осуществления настоящего изобретения.

Фиг.12 - графическая зависимость, демонстрирующая выходные содержания органических кислот в водной фазе в зависимости от продолжительности обработки в следующем примере осуществления настоящего изобретения.

Фиг.13 - графическая зависимость, демонстрирующая степени извлечения аминокислот в водной фазе в зависимости от продолжительности обработки в еще одном примере осуществления настоящего изобретения.

Фиг.14 - графическая зависимость, демонстрирующая степени извлечения органических кислот в водной фазе в зависимости от продолжительности обработки в еще одном примере осуществления настоящего изобретения.

Фиг.15 - графическая зависимость, демонстрирующая степени извлечения аминокислот в водной фазе в зависимости от продолжительности обработки в еще одном примере осуществления настоящего изобретения.

Обозначение позиций на чертежах

1 - средства создания давления, 2 - средства нагревания, 3 - реактор, 4 - труба охлаждения, 5 - обратный клапан, 6 - емкость для приема конечного продукта реакции, 7 - емкость для приема отработанной воды, 8 - впускная труба, 9 - отводящая труба, 10 - труба охлаждения, 11 - обратный клапан, 12 - реактор для проведения вторичной реакции, 13 - средства непрерывного контроля, 14 - гибкий трубопровод, 15 - впускное отверстие, 16 - цепь, 17 - колесо, установленное внутри реактора, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 - выпускная труба, 201, 202, 203 - выпускная труба.