Фракционное отделение ценных веществ от водных многокомпонентных смесей

Изобретение относится к способу фракционного отделения ценных веществ от водных многокомпонентных смесей, таких как сточные воды, осадки и осадок сточных вод, в сверхкритических условиях. Изобретение также включает фракции ценных веществ, которые обогащаются способом в соответствии с изобретением, в частности фосфорсодержащие, а также фосфор- и аммонийсодержащие соединения, такие как удобрения и синтез-газ, в качестве источника энергии и в качестве ценного вещества для химической промышленности. Изобретение включает устройства для реализации указанных способов. Способ фракционного отделения ценных веществ от водной многокомпонентной смеси включает сжатие водной многокомпонентной смеси до 25-35 МПа, нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию и удаление первой фракции (41) ценного вещества, в которой обогащены твердые вещества, дальнейший нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию и удаление второй фракции (42) ценного вещества, в которой обогащены соли металлов, дальнейший нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию и удаление третьей фракции (43) ценного вещества, в которой обогащены фосфат и аммоний. Устройство по первому варианту для реализации способа содержит резервуар (1) для хранения для приема водной многокомпонентной смеси, линию (12) подачи сырья для направления водной многокомпонентной смеси, режущее устройство (2) для измельчения компонентов водной многокомпонентной смеси, насос (3) для сжатия водной многокомпонентной смеси, по меньшей мере три теплообменника (4) для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси по меньшей мере в три этапа до 550 градусов по Цельсию, по меньшей мере три сепаратора (5) для отделения первой-третьей фракций (41), (42), (43) ценных веществ, клапаны (6) для выделения фракций ценных веществ, насос (3) и линию (18) подачи осаждающего агента для добавления осаждающего агента (32) в третий сепаратор (5). Устройство по второму варианту для реализации способа содержит резервуар (1) для хранения, линию (12) подачи сырья, соединенную с резервуаром (1) для хранения для транспортировки водной многокомпонентной смеси с исключением кислорода, насос (3), соединенный с линией (12) подачи сырья, для сжатия исходного сырья (31) до 25-35 МПа и направление линии (12) подачи сырья через теплообменник (4) для нагрева сжатого исходного сырья (31) до 200-300 градусов по Цельсию и последующее направление линии (12) подачи сырья через сепаратор (5) для отделения первой выделенной фракции (41) ценного вещества, направление линии (12) подачи сырья через второй теплообменник (4) для нагрева сжатого исходного сырья (31) до 300-400 градусов по Цельсию и последующее направление линии (12) подачи сырья через второй сепаратор (5) для отделения второй выделенной фракции (42) ценного вещества, направление линии (12) подачи сырья через третий теплообменник (4) для нагрева сжатого исходного сырья (31) до 400-550 градусов по Цельсию и последующее направление линии (12) подачи сырья через третий сепаратор (5) для отделения третьей выделенной фракции (43) ценного вещества. С помощью способа и устройств в соответствии с изобретением ценные вещества могут быть полностью извлечены из отходов, осадков и осадка сточных вод и предоставлены для нового использования. В частности, указанные способы и устройства пригодны для извлечения фосфора и аммония в виде доступного для растений удобрения, извлечения металлов и тяжелых металлов, производства синтез-газа и извлечения водорода из синтез-газа, например, для переносимости. 7 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способам фракционного отделения ценных веществ от водных многокомпонентных смесей, таких как сточные воды, осадки и осадок сточных вод, в сверхкритических условиях. Изобретение также включает фракции ценных веществ, которые обогащаются способом в соответствии с изобретением, в частности фосфорсодержащие, а также фосфор- и аммонийсодержащие соединения, такие как удобрения и синтез-газ, в качестве источника энергии и в качестве ценного вещества для химической промышленности. С помощью способа в соответствии с изобретением ценные вещества могут быть полностью извлечены из отходов, осадков и осадка сточных вод и доставлены для нового использования. В частности, способы пригодны для извлечения фосфора и аммония в виде доступного для растений удобрения, извлечения металлов и тяжелых металлов, производства синтез-газа и извлечения водорода из синтез-газа, например, для переносимости.

Водные многокомпонентные смеси, такие, например, как смеси, встречающиеся в виде осадков сточных вод, содержат большое количество ценных веществ, включая металлы, песок, тяжелые металлы, фосфор и азот.

Фосфор является жизненно важным веществом для растений и животных и важным компонентом удобрений для производства продуктов питания и сельского хозяйства. В связи с этим мировые запасы фосфора ограничены. Поэтому все чаще предпринимаются попытки извлечь фосфор из сточных вод и осадков сточных вод. В настоящее время фосфат, который используют в качестве удобрения в сельском хозяйстве, в конце концов остается отходами в виде корма для животных, осадков сточных вод или золы ила сточных вод. Непосредственное использование корма для животных или осадков сточных вод в качестве удобрения проблематично из-за загрязнения тяжелыми металлами и из гигиенических соображений, и поэтому запрещено или на него распространяются жесткие условия. Кроме того, многие фосфаты труднорастворимы и недоступны для растений. Таким образом, цель состоит в том, чтобы замкнуть фосфатный цикл и извлечь имеющиеся в растениях фосфаты из городских сточных вод, осадков сточных вод, продуктов животного происхождения, таких как корма для животных, и промышленных отходов.

Известно извлечение фосфата магния-аммония (magnesium ammonium phosphate; MAP) из осадка сточных вод. В известных способах сброженный осадок сточных вод подкисляют, а затем отделяют твердую фазу. Тяжелые металлы осаждают путем добавления сульфидов, и к оставшемуся раствору добавляют хлорид магния для получения доступного для растений MAP (MgNH₄PO₄×6 H₂O). Полученный MAP не является химически чистым продуктом. MAP из разных очистных сооружений различаются, например, в зависимости от предварительной обработки использованного осадка сточных вод и разных технических условий в отношении их состава.

Способ извлечения магния-аммония фосфата из осадка сточных вод описан в DE102007035910. В этом случае зрелый осадок сначала получают из осадка сточных вод, а затем дегазируют и смешивают с воздухом. MAP осаждают путем добавления хлорида магния и отделяют с помощью воронки в нижней части реактора (так называемой установки Berlin Plant®).

В EP2429674 раскрыт способ извлечения фосфата из осадка сточных вод, в котором суспензию получают из осадка сточных вод, причем воду, спирт, водно-спиртовую смесь или водный раствор, газообразный диоксид углерода или диоксид углерода в сверхкритическом состоянии вводят в качестве экстрагирующего агента в суспензию, отделяют нерастворенные твердые вещества, удаляют диоксид углерода, а также осаждают и отделяют растворенные фосфаты.

В DE19628009 описан способ выпаривания водно-солевых растворов, полученных в результате производства гранул минерального удобрения в теплообменнике, в котором растворы нагревают паром, подаваемым по отдельным проточным каналам.

Кроме того, известны термические и мокрые химические способы обработки и утилизации промышленных и сельскохозяйственных отходов. Они также включают способы, при которых реакция происходит в сверхкритических условиях.

В DE10210178 описана конверсия слабоконцентрированной виноградной выжимки с сухой массой, составляющей 15%, со сверхкритической водой при средней температуре 650 градусов по Цельсию. В этом случае H₂, CO₂, CH₄ и N₂ получают в качестве продуктов реакции, которые образуют гомогенную фазу с избытком воды и используются в теплообменнике для нагрева нового сырья. Образовавшиеся неорганические соли извлекают из нижней части отстойника реактора и утилизируют.

В DE20220307U1 описана установка для реализации соответствующего способа с цилиндрическим реактором, который отклонен не более чем на 30 градусов от вертикали, с напорными линиями для подачи сырья и выпуска продуктов, а также выпускным отверстием нижнего отстойника в нижней части реактора.

В DE102005037469 раскрыт способ отделения неорганических твердых частиц от водного раствора, содержащего органические и неорганические твердые вещества, включающий следующие этапы: нагрев водного раствора при давлении от 22,2 МПа до 50 МПа в теплообменнике до температуры ниже псевдокритической температуры (от 350 градусов по Цельсию до 600 градусов по Цельсию), введение нагретого водного раствора по меньшей мере в один сепаратор, в котором неорганические твердые вещества отделяются от водного раствора, и передачу очищенного водного раствора в реактор, в котором водный раствор обрабатывается при температуре от 350 градусов по Цельсию до 600 градусов по Цельсию. Кроме того, в DE102005037469 раскрыто устройство для реализации способа, содержащее резервуар 1 для хранения, насос 2, теплообменник 3, по меньшей мере один сепаратор 4 и реактор 6.

В отношении обработки влажной биомассы в DE102006044116 раскрыт способ гидротермальной газификации биомассы в сверхкритической воде при давлении выше 22,1 МПа. Поскольку влажная биомасса, такая, например, как свежие растения или выжимка, нередко имеет высокую концентрацию (около 30 мас. %) органического вещества и связанную с ним высокую вязкость, эти отходы сложно перекачивать. Поэтому в соответствии с DE102006044116 влажную биомассу разбавляют промышленной сточной водой до 5-20 мас. % в расчете на органическое вещество. После гидротермальной газификации от продуктов реакции отделяются в первую очередь неорганические соли, а затем газообразные продукты реакции, выделяемые из промышленной сточной воды. Одну часть промышленной сточной воды используют для разбавления влажной биомассы, а другую часть и неорганические соли утилизируют.

В DE10217165 раскрыт способ обработки органических веществ, в котором органическое вещество вводят в водную фазу с получением перекачиваемой фазы. Давление увеличивают по меньшей мере до 221 бар, а температуру - по меньшей мере до 374 градусов по Цельсию, фазу вводят в проточный реактор, а частицы, размер которых превышает минимальный размер, удаляют из потока продукта. По меньшей мере 50% потока продукта возвращается в реактор.

DE3885762 относится к способу обработки воды, которая содержит органический и неорганический материал, в сверхкритических условиях и отделения образовавшихся твердых веществ.

В DE10135431 упоминается способ предварительной обработки в реакторах для получения водорода, в котором водород образуется в результате реакции органических соединений со сверхкритической водой.

В DE29913370 раскрыта установка для обработки твердых веществ в сверхкритической воде в реакционной камере реактора.

DE19955150 относится к способу получения водорода, в котором углеводороды и/или спирты вступают в реакцию в сверхкритической воде без использования катализатора.

В DE19747696 описан способ проведения химических реакций в сверхкритических водных системах, в котором одно или более соединений вступают в реакцию таким образом, что по меньшей мере одна кислота используется или высвобождается, а продукты химической реакции охлаждаются до состояния, ниже критического, при этом охлаждение осуществляется путем добавления щелочного раствора.

В DE29719196 раскрыт реактор для реализации способов в сверхкритических условиях.

В патентах US 2004/192980 и WO 2004/087619 раскрыт способ конверсии неочищенного сырья по меньшей мере в один пригодный для использования материал, при этом способ включает в себя получение суспензии из необработанного сырья и последующую двухэтапную обработку.

В известных способах переработки биомассы и осадков сточных вод всегда остаются остатки, которые необходимо утилизировать. Из предшествующего уровня техники неизвестны способы, с помощью которых все составляющие биомассы, отходов или осадка сточных вод могут быть преобразованы в ценные вещества, и ценные вещества могут быть полностью извлечены. Осадок сточных вод и остатки осадка сточных вод часто сжигают. При сжигании осадка сточных вод образуется столько же сажи, сколько и при сжигании угля. Ценные вещества теряются.

Объектом данного изобретения была разработка способа утилизации водных отходов, в частности, осадка сточных вод, в котором из отходов могут быть извлечены ценные вещества (ценные материалы), содержащиеся в водных отходах.

Данный объект изобретения реализуется с помощью способа и устройств по пп. 1-22. В указанном способе водную многокомпонентную смесь используют в качестве исходного сырья 31. В качестве продуктов получают ценные фракции и предпочтительно синтез-газ 45 и воду 46.

Данное изобретение реализует этот объект изобретения, предлагая способ, который позволяет всем компонентам в водных многокомпонентных смесях, таких как осадок сточных вод, полностью превращаться в ценные вещества и позволяет извлекать ценные вещества во фракциях. Ценные вещества могут быть легко переработаны из отдельных фракций и возвращены в цикл ценных веществ. Этот способ позволяет перерабатывать и сохранять такие сырьевые ресурсы, как фосфор.

Объектом данного изобретения является способ фракционного отделения ценных веществ от водной многокомпонентной смеси, включающий сжатие водной многокомпонентной смеси до 25-35 МПа, нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию и отделение первой фракции 41 ценного вещества,

дальнейший нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию и отделение второй фракции 42 ценного вещества,

дальнейший нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию и отделение третьей фракции 43 ценного вещества.

Объектом изобретения является способ фракционного отделения ценных веществ от водной многокомпонентной смеси, включающий сжатие водной многокомпонентной смеси до 25-35 МПа, нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию и отделение первой фракции 41 ценного вещества, в которой обогащены твердые вещества,

дальнейший нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию и отделение второй фракции 42 ценного вещества, в которой обогащены соли металлов,

дальнейший нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию и отделение третьей фракции 43 ценного вещества, в которой обогащены фосфат и аммоний.

Перед отделением третьей фракции 43 ценного вещества один или более осаждающих агентов, таких как Mg²⁺, Ca²⁺ и K⁺, могут быть добавлены при температуре от 400 градусов по Цельсию до 550 градусов по Цельсию. Вариант реализации способа фракционного отделения ценных веществ от водной многокомпонентной смеси включает в себя сжатие водной многокомпонентной смеси до 25-35 МПа, нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию и отделение первой фракции 41 ценного вещества, дальнейший нагрев сжатых водных многокомпонентных смесей до 300-400 градусов по Цельсию и отделение второй фракции 42 ценного вещества, дальнейшее нагрев многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию и добавление одного или более осаждающих агентов, таких как Mg²⁺ и/или Ca²⁺ и/или K⁺ и отделение третьей фракции 43 ценного вещества. Отделение первой, второй и третьей фракций 41, 42, 43 материала ценных веществ предпочтительно происходит в каждом случае с помощью сепараторов 5.

В первой фракции 41 ценного вещества обогащены твердые вещества. Во второй фракции 42 ценного вещества обогащены соли металлов. В третьей фракции 43 ценного вещества обогащены фосфат и аммоний.

Данный способ отличается тем, что водная многокомпонентная смесь не должна быть предварительно обезвожена или высушена. В идеале водная многокомпонентная смесь имеет высокое содержание воды, например по меньшей мере 80 мас. % воды, предпочтительно по меньшей мере 85 мас. % воды, предпочтительно по меньшей мере 86 мас. %, особенно предпочтительно от 87 мас. % до 88 мас. % воды. Эта пропорция воды является «оптимальной концентрацией». Предпочтительно водная многокомпонентная смесь может перекачиваться. Осадок сточных вод с содержанием воды 75 мас. %, например, больше не прокачивается. Этот осадок сточных вод разбавляется до требуемой концентрации промышленной внутренней оборотной водой. Это также относится ко всем другим отходам или потокам отходов. В предпочтительных вариантах реализации способа водную многокомпонентную смесь пропускают через режущее устройство 2.

Способ в соответствии с изобретением отличается тем, что фракционное отделение ценных веществ с помощью по меньшей мере одного насоса 3 по меньшей мере трех сепараторов 5 и клапанов 6 осуществляется в закрытом устройстве за исключением кислорода.

Устройство для реализации способа в соответствии с изобретением, содержащее по меньшей мере один насос 3, по меньшей мере три сепаратора 5 и три клапана 6, отличается тем, что устройство закрыто таким образом, что фракционное отделение ценных веществ от многокомпонентной смеси проводится за исключением кислорода.

Объектом изобретения является способ фракционного отделения ценных веществ от исходного сырья 31, в частности водной многокомпонентной смеси, включающий в себя введение из резервуара 1 для хранения в линию 12 подачи сырья и необязательно разбавление или сгущение исходного сырья 31, предпочтительно водной многокомпонентной смесь до оптимальной концентрации, необязательно измельчение компонентов в исходном сырье 31 (водной многокомпонентной смеси), например, с помощью режущего устройства 2,

сжатие до 25-35 МПа, например, с помощью насоса 3, в частности насоса высокого давления, и направление линии 12 подачи сырья через теплообменник 4 для нагрева сжатого сырья (сжатой водной многокомпонентной смеси) до температуры от 200 градусов по Цельсию до 300 градусов по Цельсию и отделение первой выделенной фракции 41 ценного вещества, например, с помощью сепаратора 5,

направление по линии 12 подачи сырья через второй теплообменник 4 для нагрева сжатого сырья (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 300-400 градусов по Цельсию и отделение второй отделенной фракции 42 ценного вещества, например, с помощью второго сепаратора 5,

направление линии 12 подачи сырья через третий теплообменник 4 для нагрева сжатого сырья (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 400-550 градусов по Цельсию и отделение третьей отделенной фракции 43 ценного вещества, например, с помощью третьего сепаратора 5.

Объектом данного изобретения является устройство для реализации способа в соответствии с изобретением, содержащее резервуар 1 для хранения, линию 12 подачи сырья, соединенную с резервуаром 1 для хранения для транспортировки водной многокомпонентной смеси за исключением кислорода, необязательно режущее устройство 2, соединенное с линией 12 подачи сырья для измельчения компонентов в исходном сырье 31 (водной многокомпонентной смеси), насос 3, соединенный с режущим устройством 2, если таковое имеется, через линию 12 подачи сырья, в частности насос высокого давления, для сжатия исходного сырья 31 до 25-35 МПа и направление линии 12 подачи сырья через теплообменник 4 для нагрева сжатого исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 200-300 градусов по Цельсию и последующее направление линии 12 подачи сырья через сепаратор 5 для отделения первой выделенной фракции 41 ценного вещества в которой обогащены твердые вещества,

направление линии 12 подачи сырья через второй теплообменник 4 для нагрева сжатого сырья (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 300-400 градусов по Цельсию и последующее направление линии 12 подачи сырья через второй сепаратор 5 для отделения второй выделенной фракции 42 ценного вещества, в которой обогащены соли металлов,

направление линии 12 подачи сырья через третий теплообменник 4 для нагрева сжатого сырья (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 400-550 градусов по Цельсию и последующее направление линии 12 подачи сырья через третий сепаратор 5 для отделения третьей выделенной фракции 43 ценного вещества, в которой обогащены фосфат и аммоний.

Водная многокомпонентная смесь предпочтительно используется в качестве исходного сырья 31 в способе в соответствии с изобретением. Во многих случаях водная многокомпонентная смесь содержит органические составляющие. Способ в соответствии с изобретением, в частности, подходит для отделения ценных веществ от водных многокомпонентных смесей, которые содержат органические составляющие, и для обеспечения ценных веществ для нового использования.

Водные многокомпонентные смеси, которые могут использоваться в качестве исходного сырья 31 в способе в соответствии с изобретением, представляют собой, например, осадок, осадок сточных вод, органические отходы, отходы из установок для получения биогаза, водные органические отходы, промышленные отходы, коммунальные отходы, отходы животноводства, сельскохозяйственные отходы, отходы садоводства, корм для животных, растительные отходы, выжимка, летучая зола, осадок сточных вод, летучая зола, отходы пищевой промышленности, буровой раствор, сброженный органический осадок, жидкий навоз, сточные воды, такие как промышленные сточные воды. В особенно предпочтительном варианте реализации способа водная многокомпонентная смесь представляет собой осадок сточных вод.

Водная многокомпонентная смесь может дополнительно содержать неорганические составляющие, такие, например, как металлы и тяжелые металлы или ионы металлов, соли металлов, оксиды металлов, ионы тяжелых металлов, соли тяжелых металлов, оксиды тяжелых металлов, фосфор, оксид фосфора, фосфат, азот, оксиды азота и аммоний.

Ценными веществами в смысле изобретения являются все органические и неорганические составляющие, которые содержатся в соответствующей многокомпонентной смеси, например фосфор, например в виде фосфата, азот, например в виде аммония, металлы, например в виде солей ионов металлов, тяжелые металлы, например в виде солей ионов тяжелых металлов, кремний, например в виде песка, кальций, например в виде песка, углерод, например в виде диоксида углерода и метана, низкомолекулярные углеводороды, такие как этен, пропен, бутен, водород из углеводородов и вода. Предпочтительно, вода, полученная данным способом, является очищенной. В этом случае получают очищенную сбрасываемую воду.

Объектом изобретения является использование способа в соответствии с изобретением для получения (извлечения) сбрасываемой воды из органических многокомпонентных смесей, таких как осадки, осадок сточных вод, органические отходы, отходы установок для получения биогаза, водные органические отходы, промышленные отходы, коммунальные отходы, отходы животноводства, сельскохозяйственные отходы, отходы садоводства, корма для животных, растительные отходы, выжимка, летучая зола, летучая зола из осадка сточных вод, отходы пищевой промышленности, буровой раствор, сброженный органический осадок, жидкий навоз, сточные воды, такие как промышленные сточные воды. Путем отделения практически всех веществ (ценных веществ) от водной многокомпонентной смеси получают воду, настолько чистую, что ее можно сбрасывать в водоемы без дальнейшей обработки. Вода, которая является настолько чистой, что ее можно сбрасывать непосредственно в водоемы, называется «сбрасываемой водой». Способ в соответствии с изобретением может быть использован для получения (извлечения) сбрасываемой воды из осадка, осадка сточных вод, органических отходов, отходов установок для получения биогаза, водных органических отходов, промышленных отходов, коммунальных отходов, отходов животноводства, сельскохозяйственных отходов, отходов садоводства, кормов для животных, растительных отходов, выжимки, летучей золы, летучей золы из осадка сточных вод, отходов пищевой промышленности, бурового раствора, сброженного органического осадка, жидкого навоза и сточных вод, таких как промышленные сточные воды. Соответствующий способ не известен из предшествующего уровня техники.

Устройство в соответствии с изобретением могут использовать для получения (извлечения) сбрасываемой воды из осадка, осадка сточных вод, органических отходов, отходов установок для получения биогаза, водных органических отходов, промышленных отходов, коммунальных отходов, отходов животноводства, сельскохозяйственных отходов, отходов садоводства, кормов для животных, растительных отходов, выжимки, летучей золы, летучей золы из осадка сточных вод, отходов пищевой промышленности, бурового раствора, сброженного органического осадка, жидкого навоза и сточных вод, таких как промышленные сточные воды.

Способ в соответствии с изобретением обеспечивает исключительно ценные вещества; не остается отходов, которые необходимо утилизировать. Все составляющие водной многокомпонентной смеси, используемой в качестве исходного сырья, перерабатываются в ценные вещества или отделяются в виде ценных веществ от многокомпонентной смеси, и не остается отходов, которые необходимо утилизировать.

Особенным отличительным признаком способа в соответствии с изобретением является то, что отделение фракций ценных веществ, а также конверсия и отделение ценных веществ от водной многокомпонентной смеси проводят в сверхкритических условиях и без добавления кислорода и/или катализаторов. Для этого водную многокомпонентную смесь, которая используется в качестве исходного сырья 31 в способе в соответствии с изобретением, вводят в поточную систему. Поточная система входит в состав устройства для реализации способа в соответствии с данным изобретением. Поточная система содержит линию 12 подачи сырья и линию 13 подачи продукта и может содержать резервуар 1 для хранения. Резервуар 1 для хранения также может содержать сгущающее устройство. Водная многокомпонентная смесь сжимается при прохождении через линию 12 подачи сырья с помощью насоса 3 до давления от 25 МПа до 35 МПа, и отдельные этапы способа выполняются в замкнутом цикле в устройстве, например, как проиллюстрировано на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. Водная многокомпонентная смесь сжимается в сверхкритических условиях во время реализации способа и называется «сжатой водной многокомпонентной смесью». В связи с этим регулируется начальное давление, составляющее от 25 МПа до 35 МПа. Внутри устройства, например устройства в соответствии с фиг. 1, фиг. 2 или фиг. 3, в котором осуществляется способ, давление снижается из-за потерь давления в оборудовании, хотя давление остается в пределах диапазона сверхкритических условий.

В особенно предпочтительном варианте реализации способа сжатую водную многокомпонентную смесь нагревают в реакторе 8 максимум до 700 градусов по Цельсию, после отделения первой, второй и третьей фракций 41, 42, 43 ценного вещества. Нагрев в реакторе происходит под сверхкритическим давлением и в отсутствие кислорода. Сжатую водную многокомпонентную смесь в реакторе 8 предпочтительно нагревают по меньшей мере до 600 градусов по Цельсию, более предпочтительно максимум до 680 градусов по Цельсию.

Объектом изобретения является способ фракционного отделения ценных веществ от исходного сырья 31/водной многокомпонентной смеси, включающий введение исходного сырья 31, в частности водной многокомпонентной смеси, из резервуара 1 для хранения в линию 12 подачи сырья, необязательно измельчение компонентов в исходном сырье/водной многокомпонентной смеси, например, с помощью режущего устройства 2, сжатие до 25-35 МПа, например, с помощью насоса 3, в частности насоса высокого давления, и направление линии 12 подачи сырья через теплообменник 4 для нагрева сжатого исходного сырья 31/сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию и отделение первой выделенной фракции 41 ценного вещества, например, с помощью сепаратора 5,

направление линии 12 подачи сырья через второй теплообменник 4 для нагрева сжатого исходного сырья 31/сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию и отделение второй выделенной фракции 42 ценного вещества, например, с помощью второго сепаратора 5,

направление линии 12 подачи сырья через третий теплообменник 4 для нагрева сжатого исходного сырья 31/сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию и отделение третьей выделенной фракции 43 ценного вещества, например, с помощью третьего сепаратора 5, направление линии 12 подачи сырья в реактор 8, предпочтительно направление линии 12 подачи сырья через перегреватель 7 в реактор 8. С помощью перегревателя 7 сжатое исходное сырье 31/сжатую водную многокомпонентную смесь нагревают максимум до 700 градусов по Цельсию, предпочтительно до 600-680 градусов по Цельсию.

Объектом изобретения является устройство для реализации способа в соответствии с изобретением, содержащее резервуар 1 для хранения для введения исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси), линию 12 подачи сырья, соединенную с резервуаром 1 для хранения для транспортировки исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) с исключением кислорода, необязательно режущее устройство 2, соединенное с линией 12 подачи сырья для измельчения компонентов в исходном сырье 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси), насос 3, соединенный с режущим устройством 2 (если таковое имеется) через линию 12 подачи сырья, в частности насос высокого давления, для сжатия исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 25-35 МПа и направление линии 12 подачи сырья через теплообменник 4 для нагрева сжатого исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 200-300 градусов по Цельсию и последующее направление линии 12 подачи сырья через сепаратор 5 для отделения первой выделенной фракции 41 ценного вещества, в которой обогащены твердые вещества,

направление линии 12 подачи сырья через второй теплообменник 4 для нагрева сжатого исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 300-400 градусов по Цельсию и последующее направление линии 12 подачи сырья через второй сепаратор 5 для отделения второй выделенной фракции 42 ценного вещества, в которой обогащены соли металлов,

направление линии 12 подачи сырья через третий теплообменник 4 для нагрева сжатого исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 400-550 градусов по Цельсию и последующее направление линии 12 подачи сырья через третий сепаратор 5 для отделения третьей выделенной фракции 43 ценного вещества, в которой обогащены фосфат и аммоний,

направление линии 12 подачи сырья в реактор 8, предпочтительно направление линии 12 подачи сырья через перегреватель 7 в реактор 8 для нагрева сжатого исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) максимально до 700 градусов по Цельсию, предпочтительно до 600-680 градусов по Цельсию.

В особенно предпочтительных вариантах реализации способа сжатая водная многокомпонентная смесь остается в реакторе 8 при выбранной температуре в течение периода от 1 минуты до 5 минут, предпочтительно от 2 минут до 3 минут, особенно предпочтительно 30 секунд, 40 секунд, 50 секунд, 60 секунд, 70 секунд, 80 секунд или 90 секунд. Сжатую водную многокомпонентную смесь предпочтительно нагревают после отделения первой, второй и третьей фракций 41, 42, 43 ценного вещества при 25-30 МПа с исключением кислорода по меньшей мере до 600 градусов по Цельсию и максимально до 700 градусов по Цельсию. Предпочтительно, давление сжатой водной многокомпонентной смеси в реакторе 8 при температуре от 600 градусов по Цельсию до 700 градусов по Цельсию составляет от 25 МПа до 30 МПа. Способ в соответствии с изобретением отличается тем, что водная многокомпонентная смесь, присутствующая в реакторе 8, находится в сверхкритических условиях. В реакторе 8 в этих условиях происходит гидротермальная газификация (термохимическая газификация), в результате чего дополнительные компоненты из водной многокомпонентной смеси превращаются в ценные вещества, и их получают в виде продуктов реакции. Сжатую водную многокомпонентную смесь предпочтительно нагревают по меньшей мере до 600 градусов и максимум до 700 градусов по Цельсию при 25-30 МПа после отделения первой, второй и третьей фракций 41, 42, 43 ценного вещества, а затем охлаждают.

В реакторе 8 продукт реакции, содержащий синтез-газ 45 и воду 46, образуется в сверхкритических условиях. Продукт реакции присутствует в реакторе 8 в сверхкритических условиях, то есть при давлении 25 МПа или более и при высокой температуре.

Образующийся продукт реакции можно охлаждать различными способами, при этом предпочтительно использовать энергию продукта реакции. Например, продукт реакции, который присутствует в реакторе 8 в сверхкритических условиях, можно использовать для нагрева нового исходного сырья 31, то есть новой водной многокомпонентной смеси. Соответствующая система циркуляции для извлечения и использования энергии реакции является предпочтительной в соответствии с изобретением. Для этого продукт реакции направляют через линию 13 подачи продукта. Линия 13 подачи продукта проходит через один или более (предпочтительно три) теплообменников 4. В теплообменниках 4 тепловая энергия продукта реакции передается сжатому исходному сырью 31. предпочтительно сжатой водной многокомпонентной смеси, которая таким образом поэтапно нагревается.

Объектом изобретения является способ фракционного отделения ценных веществ от исходного сырья 31, предпочтительно водной многокомпонентной смеси, включающий в себя введение исходного сырья 31, предпочтительно водной многокомпонентной смеси, из резервуара 1 для хранения в линию 12 подачи сырья, необязательно измельчение компонентов в водной многокомпонентной смеси, например, с помощью режущего устройства 2,

сжатие до 25-35 МПа, например, с помощью насоса 3, в частности насоса высокого давления, и направление линии 12 подачи сырья через теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию и отделение первой выделенной фракции 41 ценного вещества, например, с помощью сепаратора 5,

направление линии 12 подачи сырья через второй теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию и отделение второй выделенной фракции 42 ценного вещества, например, с помощью второго сепаратора 5,

направление линии 12 подачи сырья через третий теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию и отделение третьей выделенной фракции 43 ценного вещества, например, с помощью третьего сепаратора 5,

направление линии 12 подачи сырья в реактор 8, предпочтительно направление линии 12 подачи сырья через перегреватель 7 в реактор 8 и нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси в перегревателе 7 максимум до 700 градусов по Цельсию, предпочтительно до 600-680 градусов по Цельсию,

направление продукта реакции по линии 13 подачи продукта через третий теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию,

направление продукта реакции по линии 13 подачи продукта через второй теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию,

направление продукта реакции по линии 13 подачи продукта через первый теплообменник для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию, необязательно направление продукта реакции через один или более охладителей 1 для охлаждения продукта реакции до температуры ниже 100 градусов по Цельсию, предпочтительно до температуры ниже 50 градусов по Цельсию, особенно предпочтительно до комнатной температуры, а затем необязательно расширение через клапан 6.

Объектом изобретения является устройство для реализации способа в соответствии с изобретением, содержащее резервуар 1 для хранения, линию 12 подачи сырья, соединенную с резервуаром 1 для хранения для транспортировки исходного сырья 31 (водной многокомпонентной смеси) с исключением кислорода, необязательно режущее устройство 2, соединенное с линией 12 подачи сырья для измельчения компонентов в исходном сырье 31 (водной многокомпонентной смеси), насос 3, соединенный с режущим устройством 2 (если таковое имеется) через линию 12 подачи сырья, в частности насос высокого давления для сжатия исходного сырья 31 (водной многокомпонентной смеси) до 25-35 МПа и направление линии 12 подачи сырья через теплообменник 4 для нагрева сжатого исходного сырья 31 (водной сжатой многокомпонентной смеси) до 200-300 градусов по Цельсию и последующее направление линии 12 подачи сырья через сепаратор 5 для отделения первой выделенной фракции 41 ценного вещества, в которой обогащены твердые вещества,

направление линии 12 подачи сырья через второй теплообменник 4 для нагрева сжатого исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 300-400 градусов по Цельсию и последующее направление линии 12 подачи сырья через второй сепаратор 5 для отделения второй выделенной фракции 42 ценного вещества, в которой обогащены соли металлов,

направление линии 12 подачи сырья через третий теплообменник 4 для нагрева сжатого исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 400-550 градусов по Цельсию и последующее направление линии 12 подачи сырья через третий сепаратор 5 для отделения третьей выделенной фракции 43 ценного вещества, в которой обогащены фосфат и аммоний,

направление линии 12 подачи сырья в реактор 8, предпочтительно направление линии 12 подачи сырья через перегреватель 7 в реактор 8 для нагрева сжатого исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) максимум до 700 градусов по Цельсию, предпочтительно до 600-680 градусов по Цельсию,

линию 13 подачи продукта для направления продукта реакции через третий теплообменник 4 для нагрева исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 400-550 градусов по Цельсию,

необязательно направление линии 13 подачи продукта через второй теплообменник 4 для нагрева исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 300-400 градусов по Цельсию,

необязательно направление линии 13 подачи продукта через первый теплообменник для нагрева исходного сырья 31 (сжатой водной многокомпонентной смеси) до 200-300 градусов по Цельсию,

необязательно один или более охладителей 14 для охлаждения продукта реакции до температуры ниже 100 градусов по Цельсию, предпочтительно до температуры ниже 50 градусов по Цельсию, особенно предпочтительно до комнатной температуры, и необязательно клапан 6 для расширения охлажденного продукта реакции.

Энергию, которая содержится в продукте реакции в реакторе 8, также можно использовать или сохранять другими способами.

При охлаждении и расширении продукта реакции из продукта реакции выделяется синтез-газ 45.

H₂, CH₄ и CO₂ являются обогащенными в синтез-газе 45. Синтез-газ 45 может содержать алканы. В предпочтительных вариантах реализации изобретения синтез-газ 45 состоит по меньшей мере на 90%, предпочтительно по меньшей мере на 95%, особенно предпочтительно на 98% или более, из H₂, CH₄ и CO₂. В сверхкритических условиях в реакторе 8 синтез-газ 45 растворяется в воде 46. При охлаждении синтез-газ 45 выделяется и может быть отделен от воды 46 или водного остатка. Объектом изобретения является синтез-газ 45, получаемый способом в соответствии с изобретением. Объектом изобретения является использование синтез-газа 45, получаемого способом в соответствии с изобретением.

Продукт реакции содержит синтез-газ 45 и воду 46. Предпочтительно, продукт реакции состоит по существу из синтез-газа 45 и воды 46 и предпочтительно содержит по меньшей мере 99 мас. % или 98 мас. %, особенно предпочтительно 97 мас. % или менее синтез-газа 45 и воды 46. Синтез-газ 45 и/или вода 46 могут содержать остатки. Продукт реакции преимущественно содержит синтез-газ 45 и воду 46, а также остатки в количестве менее 1 мас. %. В предпочтительных вариантах реализации изобретения продукт реакции состоит по меньшей мере на 90%, предпочтительно по меньшей мере на 95%, особенно предпочтительно на 98% или более, из H₂, CH₄ и CO₂ и воды. Объектом изобретения является продукт реакции, который можно получить способом в соответствии с изобретением. Объектом изобретения является использование продукта реакции, получаемого способом в соответствии с изобретением. Вода, которую при этом получают, является сбрасываемой водой. Данный способ может быть использован для получения сбрасываемой воды, как описано выше. Устройство в соответствии с изобретением может быть использовано для получения (извлечения) сбрасываемой воды, как описано выше.

Объектом изобретения является способ фракционного отделения ценных веществ от водной многокомпонентной смеси, включающий в себя введение исходного сырья 31, предпочтительно водной многокомпонентной смеси из резервуара 1 для хранения, в линию 12 подачи сырья, необязательно измельчение компонентов в водной многокомпонентной смеси, например, с помощью режущего устройства 2,

сжатие до 25-35 МПа, например, с помощью насоса 3, в частности насоса высокого давления, и направление линии подачи сырья 12 через теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию и отделение первой выделенной фракции 41 ценного вещества, например, с помощью сепаратора 5,

направление линии 12 подачи сырья через второй теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию и отделение второй выделенной фракции 42 ценного вещества, например, с помощью второго сепаратора 5,

направление линии 12 подачи сырья через третий теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию и отделение третьей выделенной фракции 43 ценного вещества, например, с помощью третьего сепаратора 5,

направление линии 12 подачи сырья в реактор 8, предпочтительно направление линии 12 подачи сырья через перегреватель 7 в реактор 8. С помощью перегревателя сжатую водную многокомпонентную смесь нагревают максимум до 700 градусов по Цельсию, предпочтительно до 600-680 градусов по Цельсию; продукт реакции пропускают по линии 13 подачи продукта через третий теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию,

затем продукт реакции пропускают по линии 13 подачи продукта через второй теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию,

затем продукт реакции пропускают по линии 13 подачи продукта через первый теплообменник для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию,

затем продукт реакции необязательно пропускают через один или более охладителей 14, чтобы охладить продукт реакции до температуры ниже 100 градусов по Цельсию, предпочтительно до температуры ниже 50 градусов по Цельсию, особенно предпочтительно до комнатной температуры, а затем расширяют через клапан 6,

и для разделения синтез-газа 45 и водного остатка или

воду 46 вводят в сепарационную емкость 10.

Для этой цели вышеописанное устройство может содержать сепарационную емкость 10. Кроме того, устройство может содержать каплеотбойник 9 для отделения синтез-газа. Кроме того, устройство может содержать блок 15 для хранения газа. Соответствующее устройство показано на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.

Вышеуказанные способы могут включать в себя следующие дополнительные этапы.

Для отделения синтез-газа 45 и водного остатка или воды 46 продукт реакции вводят в сепарационную емкость 10. Синтез-газ 45 отделяется предпочтительно через каплеотбойник 9. Сперва синтез-газ 45 можно затем перегнать в резервуар 15 для хранения газа. Сначала синтез-газ 45 можно затем перегнать в резервуар 15 для хранения газа. В связи с этим резервуар 15 для хранения газа также является накопителем энергии, поскольку синтез-газ 45 извлекается под высоким давлением, составляющим от 150 бар до 200 бар или больше. Полученный синтез-газ 45 можно использовать с предварительной перегонкой в резервуар 15 для хранения газа или без нее, например, следующим образом:

а) синтез-газ 45 может использоваться для выработки электроэнергии, например, может подаваться в теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) 17;

b) водород может отделяться от синтез-газа 45 в установке для обработки газа, а затем водород может использоваться, например, для переносимости или промышленного применения, и, необязательно, оставшийся синтез-газ, который состоит в основном из CO₂, CH₄ и алканов, может использоваться для выработки электроэнергии;

c) синтез-газ может использоваться для производства химических продуктов, таких как метанол;

d) синтез-газ 45 и отходящее тепло, получаемое в результате применения способа, могут использоваться для выработки полезного тепла, такого как пар.

Указанные выше способы могут включать в себя следующие дополнительные этапы: для отделения синтез-газа 45 и водного остатка или воды 46 продукт реакции направляют в сепарационную емкость 10. Воду 46 извлекают в способе в соответствии с изобретением предпочтительно в виде струи воды. Воду 46 и струю воды также получают под высоким давлением, например от 150 бар до 200 бар. Давление воды 46/струи воды может быть немного ниже, чем давление синтез-газа 46. Давление воды 46/струи воды обычно не более чем на 2%, предпочтительно не более чем на 1,8% меньше, чем давление синтез-газа 45. Водный остаток или вода 46 может, например,

а) непосредственно дополнительно использоваться или сбрасываться;

b) смешиваться с осаждающими агентами, такими как Mg²⁺, Ca²⁺ или K⁺, и фосфат и/или аммоний могут быть отделены предпочтительно через сепаратор 5;

c) отфильтровываться, а затем дополнительно использоваться;

d) предназначаться для разбавления нового исходного сырья 31.

Часть воды предпочтительно используется для разбавления нового исходного сырья 31. Для этого вода 46 или водный остаток рециркулируется по линии 16 циркуляционной воды. Воду 46, полученную при осуществлении способа в соответствии с изобретением, очищают так, чтобы ее можно быть сбросить. В предпочтительных вариантах реализации способа получают воду 46, чистота которой составляет более 99%, предпочтительно более 99,5%, особенно предпочтительно более 99,9 об. % H₂O. В особенно предпочтительных вариантах реализации способа получают воду, чистота которой составляет 99,999 об. % H₂O. Предпочтительно большую часть полученной воды 46 могут сбросить или сбрасывают в виде очищенной воды. Из-за своей высокой чистоты вода 46 является сбрасываемой.

Способ в соответствии с изобретением отличается тем, что в сверхкритических условиях ценные вещества превращаются по меньшей мере в три, предпочтительно по меньшей мере в четыре фракции ценных веществ, которые можно отделить от водной многокомпонентной смеси. Продукт реакции, который содержит синтез-газ 45 и воду 46, в соответствии с изобретением также представляет собой фракцию ценного вещества.

Органические составляющие в водной многокомпонентной смеси отделяются в сверхкритических условиях от ценных веществ и превращаются путем термохимической газификации в синтез-газ 45. Предпочтительно, все этапы способа отделения и выделения ценного вещества по меньшей мере до этапа способа, состоящего в термохимической газификации, происходят включительно в реакторе 8 в сверхкритических условиях. В связи с этим органические компоненты в многокомпонентной смеси газифицируются сверхкритической водой при давлениях и температурах выше критической температуры воды (22,1 МПа и 374 градуса по Цельсию). В этих условиях сверхкритическая вода легко растворяет органические вещества, в то время как одновременно осаждаются неорганические соли. Данный эффект усиливается, когда плотность воды падает ниже значения 200 кг/м³. Это значение возникает при температурах чуть выше так называемой псевдокритической температуры. Настоящий способ отличается тем, что водную многокомпонентную смесь нагревают при давлениях по меньшей мере 25 МПа. Различную растворимость компонентов, содержащихся в многокомпонентной смеси, такую, например, как растворимость ионов металлов и органических веществ, используют во время нагрева в сверхкритических условиях для отделения фракций ценных веществ.

Первая фракция 41 ценного вещества отделяется или осаждается из водной многокомпонентной смеси по меньшей мере при 25 МПа и, предпочтительно, не более 35 МПа и при температуре 200-300 градусов по Цельсию, а затем может быть выделена, например, с помощью сепаратора 5 и клапана6. В первой фракции 41 ценного вещества обогащаются твердые вещества, например металлы, твердые минералы, песок, например кальций, кремний, например в виде их оксидов. Ценными веществами в первой фракции 41 ценного вещества являются, например, кальций, кремний и их оксиды, металлы и песок. Объектом изобретения является первая фракция 41 ценных веществ, получаемая способом в соответствии с изобретением. Объектом изобретения является использование первой фракции 41 ценного вещества, получаемой способом в соответствии с изобретением.

Вторая ценная фракция 42 ценного вещества отделяется или осаждается из водной многокомпонентной смеси по меньшей мере при 25 МПа и при температуре 300-400 градусов по Цельсию, и затем может быть выделена, например, с помощью второго сепаратора 5 и второго клапана 6. Во второй фракции 42 ценного вещества обогащены соли металлов, предпочтительно соли твердых или жидких металлов, например соли металлов, которые содержат железо, алюминий, никель, цинк, кадмий, свинец или марганец. Ценными веществами во второй фракции 42 ценного вещества являются, например, железо, алюминий, никель, цинк, кадмий, свинец, марганец в виде их солей. Объектом изобретения является вторая фракция 42 ценного вещества, получаемая способом в соответствии с изобретением. Объектом изобретения является использование второй фракции 42 ценного вещества, получаемой способом в соответствии с изобретением.

Третья фракция 43 ценного вещества отделяется или осаждается из водной многокомпонентной смеси по меньшей мере при 25 МПа и при повышении температуры до 400-550 градусов по Цельсию. Для полного отделения ценных веществ, фосфата и аммония, в третьей фракции 43 ценных веществ добавляют осаждающий агент 32, такой как Mg²⁺ или Ca²⁺ или K⁺ или Mg²⁺ и Ca²⁺ или Mg²⁺ и K⁺ или Ca²⁺ и K⁺ или Mg²⁺ и Ca²⁺ и K⁺ и, таким образом, фосфат и аммоний полностью отделяются и выделяются в третьей фракции 43 ценных веществ. Mg²⁺ или Ca²⁺ или K⁺ или Mg²⁺ и Ca²⁺ или Mg²⁺ и K⁺ или Ca²⁺ и K⁺ или Mg²⁺ и Ca²⁺ и K⁺ служат в этом случае в качестве осаждающих агентов 32 для отделения фосфата и/или аммония. Осаждающий агент 32 добавляют через линию с осаждающим агентом 18 в сжатую водную многокомпонентную смесь, которая содержится в линии 12 подачи сырья (фиг. 2). Например, сжатая водная многокомпонентная смесь может быть введена в сепаратор 5, и осаждающий агент 32 также может быть введен в сепаратор 5. Объектом изобретения является третья фракция 43 ценных веществ, получаемая способом в соответствии с изобретением, с добавлением осаждающего агента в третью фракцию 43 ценных веществ. Объектом изобретения является использование третьей фракции 43 ценных веществ, получаемой способом в соответствии с изобретением, с добавлением осаждающего агента в третью фракцию 43 ценных веществ.

В качестве альтернативного варианта, без добавления осаждающего агента 32, например Mg²⁺ или Ca²⁺ или K⁺, только некоторая часть фосфата и аммония в третьей фракции 43 ценных веществ отделяется и выделяется, в то время как часть фосфата и аммония остается в растворе и может быть отделена на другом этапе при реализации способа (фиг. 1 и фиг. 3). Объектом изобретения является третья фракция 43 ценных веществ, получаемая способом в соответствии с изобретением, без добавления осаждающего агента в третью фракцию 43 ценных веществ. Объектом изобретения является использование третьей фракции 43 ценных веществ, получаемой способом в соответствии с изобретением, без добавления осаждающего агента в третьей фракции 43 ценных веществ. Полное отделение фосфата и/или аммония осуществляется путем добавления осаждающего агента 32 либо в третьей фракции ценных веществ, либо на основе продукта реакции или полученного водного остатка или воды 46.

В четвертой фракции ценных веществ, которая содержит синтез-газ 45 и воду 46, фосфат и/или аммоний можно отделить путем добавления осаждающего агента 32. Например, после охлаждения и снижения давления продукта реакции и отделения синтез-газа 45 осаждающий агент 32 добавляют в водный раствор или в воду (фиг. 1). В качестве альтернативного варианта, осаждающий агент 32 можно, например, добавить в реактор 8 (фиг. 3). После отделения синтез-газа 45 фосфат и аммоний можно, например, отделить путем добавления Mg²⁺ или Ca²⁺ или K⁺ или Mg²⁺ и Ca²⁺ или Mg²⁺ и K⁺ или Ca²⁺ и K⁺ или Mg²⁺ и Ca²⁺ и K⁺. Отделение фосфата и аммония в четвертой фракции ценных веществ или непосредственно перед четвертой фракцией ценных веществ, то есть после термохимической газификации и необязательно после отделения синтез-газа 45, может происходить после охлаждения и снижения давления, то есть при комнатном давлении и комнатной температуре. В соответствии с изобретением отделение фосфата и/или аммония можно проводить на различных этапах способа. Отделение фосфата и/или аммония отличается тем, что добавляют осаждающий агент 32. В соответствии с изобретением отделение фосфата и аммония предпочтительно проводят после охлаждения и снижения давления продукта реакции, предпочтительно после выделения синтез-газа 45.

Для этой цели вышеописанное устройство может содержать линию 18 для добавления осаждающего агента 32.

Предпочтительно, магний, кальций и калий являются подходящими в качестве осаждающего агента 32. При использовании магния, и/или кальция, и/или калия, непосредственно получают доступный для растений фосфат аммония, например MAP, который может быть использован непосредственно в качестве удобрения. Объектом изобретения являются доступные для растений удобрения, например MAP, получаемые способом в соответствии с изобретением. Объектом изобретения является использование доступного для растений удобрения, например MAP, получаемого способом в соответствии с изобретением.

Магний в качестве осаждающего агента 32 может быть добавлен, например, в виде MgO или MgCl₂. В связи с этим температура может, например, составлять максимум 600 градусов по Цельсию, предпочтительно максимум 550 градусов по Цельсию, особенно предпочтительно максимум 500 градусов по Цельсию или 400 градусов по Цельсию или менее, например представлять собой комнатную температуру. Выбранная температура в этом случае зависит от того, добавлен ли Mg²⁺ до отделения третьей фракции ценного вещества или после охлаждения и расширения продукта реакции. Если Mg²⁺ добавляют до отделения третьей фракции ценного вещества, последующее добавление может быть опущено. Аналогично, для отделения фосфата и аммония можно добавлять Са²⁺ и К⁺. Смеси различного состава Mg²⁺ и Ca²⁺ и K⁺ также могут быть использованы для отделения. Предпочтительно, Mg²⁺ и/или Ca²⁺ и/или K⁺ добавляют в стехиометрических количествах или в небольшом избытке.

В особенно предпочтительных вариантах реализации данного изобретения фосфат магния-аммония (сокращенно «MAP», также называемый струвитом) отделяют во фракциях ценных веществ. В особенно предпочтительных вариантах реализации данного изобретения доступный для растений MAP (MgNH₄PO₄×6 H₂O) обогащен в третьей и, возможно, четвертой фракциях ценных веществ, например MgNH₄PO₄×6 H₂O (9,9% Mg, 7,3% NH₄, 39,0% PO₄, 43,8% H₂O). В связи с этим полученный МАП не является химически чистым продуктом. Состав MAP зависит, помимо прочего, от используемого сырья и состава водной многокомпонентной смеси.

Во фракции ценного вещества одно или более соединений могут быть выбраны из MAP, дигидрофосфата калия KH₂PO₄, гидрофосфата диаммония (NH₄)₂HPO₄, P₂O₅, суперфосфата, дигидрофосфата кальция (Ca₃(H₂PO₄)₂), сульфата кальция 2[CaSO₄×2H₂O], двойного суперфосфата, дигидрофосфата кальция (Ca₃(H₂PO₄)₂), тройного суперфосфата, гидрофосфата диаммония ((NH₄)₂HPO₄), а также фосфата диаммония (фосфата диаммония, DAP, 18-46-0, около 18% N, 46% P₂O₅, 0% K₂O), Ca₅Si₆O₁₆(OH)₂×4H₂O. Предпочтительно, чтобы фосфатные и аммониевые соединения, отделенные во фракции или фракциях ценных веществ, были водорастворимыми и легко доступными для растений. MAP и другие соединения фосфора и аммония получают с высоким выходом с помощью заявляемого способа. Эти соединения содержат мало вредных веществ и благодаря надлежащей доступности для растений идеально подходят в качестве удобрения или сырья для производства удобрений. Объектом изобретения являются соединения фосфора и аммония, получаемые способом в соответствии с изобретением. Объектом изобретения является использование соединений фосфора и аммония, получаемых способом в соответствии с изобретением.

В данном документе также описано использование соединений фосфора и аммония, получаемых способом в соответствии с изобретением.

Становится совершенно очевидным, что в будущем осадок сточных вод будет использоваться в значительно меньших количествах для сельскохозяйственных целей, в частности из-за более строгих правил, регулирующих использование осадка сточных вод. Питательные вещества, содержащиеся в сточных водах и, в конечном счете, в осадке сточных вод, особенно в фосфоре, должны быть возвращены другими способами с высокой степенью очистки в качественном отношении в сельское хозяйство. Значительные количества фосфора могут быть извлечены из сточных вод с помощью метода извлечения фосфора. Настоящий способ обеспечивает фосфат магния-аммония и другие соединения фосфата-аммония в виде легко доступных для растений продуктов и с высокой эффективностью по меньшей мере 80%, предпочтительно по меньшей мере 85% или более.

Также объектом изобретения является использование способа в соответствии с изобретением или устройства в соответствии с изобретением для отделения, выделения и извлечения фосфата или для производства удобрения из водных многокомпонентных смесей, таких как осадок сточных вод. Кроме того, объектом изобретения является использование способа или устройства для производства фосфата магния-аммония, фосфата кальция-аммония, фосфата калия-аммония. Настоящий способ подходит для производства удобрений, в частности высококачественных минеральных удобрений, в частности удобрений длительного действия, из которых питательные вещества могут легко впитываться растениями, которые получают в виде ценной третьей и/или четвертой фракции из сточных вод и/или осадка сточных вод в виде водной многокомпонентной смеси. Объектом изобретения является использование способа или устройства для производства удобрений.

Удобрения, из которых растения могут легко впитывать питательные вещества, называются «доступными для растений удобрениями». «Доступное для растений удобрение» подразумевает удобрение, из которого растения могут впитывать по меньшей мере 50 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 60 мас. %, особенно предпочтительно по меньшей мере 70 мас. % или более содержания фосфата.

Объектом изобретения является удобрение, в частности доступные для растений удобрения, например удобрения, которые содержат по меньшей мере 50 мас. % MAP, получаемый способом в соответствии с изобретением или устройством в соответствии с изобретением. Объектом изобретения является удобрение, содержащее одно или более соединений, выбранных из: MAP, KH₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄, P₂O₅, суперфосфата, (Ca₃(H₂PO₄)₂), 2[CaSO₄×2H₂O], двойного суперфосфата (Ca₃(H₂PO₄)₂), тройного суперфосфата, ((NH₄)₂HPO₄), Ca₅Si₆O₁₆(OH)₂×4H₂O, и получаемое способом в соответствии с изобретением, предпочтительно в устройстве в соответствии с изобретением.

По сравнению с известными способами обработки осадка сточных вод способ в соответствии с данным изобретением отличается, среди прочего, тем, что получают фракцию ценного вещества, в которой обогащаются доступные для растений фосфатные соединения. Третья и/или четвертая фракция ценного вещества, которая также называется фракцией питательных веществ и обогащена добавлением Mg²⁺ MAP, отличается, в частности, тем, что она не содержит тяжелые металлы, токсичные органические соединения или фармацевтически или биологически вредные вещества, и поэтому может быть непосредственно использована, например, в качестве удобрения.

«Обогащенная» фракция ценного вещества или «обогащенный» синтез-газ означает, что фракция ценного вещества или синтез-газ состоит по существу из одного или более ценных веществ. Например, по меньшей мере 50 мас. % или 60 мас. %, предпочтительно по меньшей мере 70 мас. % или 80 мас. %, особенно предпочтительно по меньшей мере 90 мас. % или более 95 мас. % одного или более ценных веществ.

Ценными веществами являются, например, металлы, тяжелые металлы, ионы металлов, соли металлов, оксиды металлов, ионы тяжелых металлов, соли тяжелых металлов, оксиды тяжелых металлов, например железо, соли железа, алюминий, соль алюминия, никель, соль никеля, цинк, соль цинка, кадмий, соль кадмия, свинец, соль свинца, титан, соль титана, ртуть, соль ртути, олово, соль олова, марганец, соль марганца, молибден, соль молибдена, кобальт, соль кобальта, фосфор, оксид фосфора, фосфат, азот, оксиды азота, аммоний, кремний, например в виде песка, кальций, например в виде песка, углерод в виде диоксида углерода, а также метан и водород. Объектом изобретения являются ценные вещества, получаемые способом в соответствии с изобретением. Объектом изобретения является использование ценных веществ, которые могут быть получены способом в соответствии с изобретением.

Объектом изобретения является первая фракция 41 ценного вещества, содержащая одно или более веществ, выбранных из металлов, тяжелых металлов, например железа, алюминия, никеля, цинка, кадмия, свинца, титана, ртути, олова, марганца, молибдена, кобальта и металлических сплавов, кремния, например в виде песка, кальция, например в виде песка, отличающаяся тем, что первая фракция ценного вещества может быть получена способом в соответствии с изобретением.

Объектом изобретения является вторая фракция 42 ценного вещества, содержащая одно или более веществ, выбранных из ионов металлов, солей металлов, оксидов металлов, ионов тяжелых металлов, солей тяжелых металлов, оксидов тяжелых металлов, например солей железа, солей алюминия, солей никеля, солей цинка, солей кадмия, солей свинца, солей титана, солей олова, солей марганца, солей молибдена, солей кобальта, отличающаяся тем, что вторая фракция 42 ценного вещества может быть получена способом в соответствии с изобретением.

Объектом изобретения является третья фракция 43 ценного вещества, содержащая одно или более веществ, выбранных из фосфора, оксида фосфора, фосфата, азота, оксидов азота, аммония, фосфата магния-аммония, фосфата кальция-аммония, фосфата калия-аммония, KH₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄, P₂O₅, суперфосфата, (Ca₃(H₂PO₄)₂), 2[CaSO₄×2H₂O], двойного суперфосфата, (Ca₃(H₂PO₄)₂), тройного суперфосфата, ((NH₄)₂HPO₄), Ca₅Si₆O₁₆(OH)₂×4H₂O, отличающаяся тем, что третья фракция 43 ценного вещества может быть получена способом в соответствии с изобретением.

Объектом изобретения является четвертая фракция 44 ценного вещества, содержащая одно или более веществ, выбранных из фосфора, оксида фосфора, фосфата, азота, оксидов азота, аммония, фосфата магния-аммония, фосфата кальция-аммония, фосфата калия-аммония, MAP, KH₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄, P₂O₅, суперфосфата, (Ca₃(H₂PO₄)₂), 2[CaSO₄×2H₂O], двойного суперфосфата, (Ca₃(H₂PO₄)₂), тройного суперфосфата, ((NH₄)₂HPO₄), Ca₅Si₆O₁₆(OH)₂×4H₂O, отличающаяся тем, что четвертая фракция 44 ценного вещества может быть получена способом в соответствии с изобретением.

С помощью способа в соответствии с изобретением ценные вещества, которые содержатся в водной многокомпонентной системе, также могут быть разделены на более чем три фракции ценного вещества (другими словами: более чем три фракции ценного вещества, считая до этапа процесса термохимической газификации в реакторе 8). Это означает, что ценные вещества отделяются и выделяются в более мелкие фракции ценного вещества. Для этой цели температуры повышаются максимум до 600, предпочтительно не более чем до 550 градусов по Цельсию, с меньшими шагами (например, шагами по температуре в 50 градусов), и более трех фракций ценного вещества до этапа способа термохимической газификации соответственно могут быть соответственно отделены и необязательно выделены. В соответствии с их соответствующей растворимостью, таким образом получают меньшее количество различных ценных веществ в фракции ценных веществ по сравнению с тремя фракциями ценных веществ, описанными в п. 1 формулы изобретения, которые получают при повышении температуры до 200-550 градусов по Цельсию в сверхкритических условиях.

Специалист в данной области техники может без труда осуществить соответствующую адаптацию способа.

Объектом изобретения также является образуемый продукт реакции, в частности синтез-газ 45. Объектом изобретения является синтез-газ 45, который состоит по меньшей мере из 80 об. %, предпочтительно по меньшей мере 90 об. %, диоксида углерода, метана и водорода и может быть получен способом в соответствии с изобретением.

Способ в соответствии с изобретением отличается от известных способов тем, что обогащение проводят в сверхкритических условиях с последующей термохимической газификацией без добавления катализаторов и с исключением кислорода. С помощью этих условий реакции получают продукт реакции, в частности синтез-газ 45 и фракции ценных веществ, которые отличаются от известных продуктов реакции.

В способе в соответствии с изобретением предпочтительно используют замкнутый тепловой цикл. Продукт реакции, образующийся в реакторе 8 путем термохимической газификации в сверхкритических условиях (25-30 МПа и 600-700 градусов по Цельсию), обладает высокой тепловой энергией. Предпочтительно, тепловую энергию продукта реакции используют для нагрева нового исходного сырья 31. Например, продукт реакции пропускают через теплообменник 4 и используют для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси. В предпочтительном варианте реализации способа продукт реакции направляется из реактора 8 по линии 13 подачи продукта по меньшей мере в один, предпочтительно по меньшей мере в два или три теплообменника 4, и используется для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси. Предпочтительно, два, три или более теплообменников 4 расположены друг за другом, через них продукт реакции последовательно проходит, выделяет свою тепловую энергию и тем самым охлаждается. Особенно предпочтительно, продукт реакции направляется в первый теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси при температуре от 300-400 градусов по Цельсию до 400-550 градусов по Цельсию, затем направляется через второй теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси при температуре от 200-300 градусов по Цельсию до 300-400 градусов по Цельсию, а затем направляется через третий теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси от начальной температуры до 200-300 градусов по Цельсию. Начальная температура сжатой водной многокомпонентной смеси в линии 12 подачи сырья составляет 0-50 градусов по Цельсию, предпочтительно 15-30 градусов по Цельсию, особенно предпочтительно около 25 градусов по Цельсию.

Способ в соответствии с изобретением включает в себя охлаждение продукта реакции до температуры ниже 50 градусов по Цельсию. В последующем или одновременно снижается давление (расширяется) продукта реакции до давления менее 1 МПа, предпочтительно менее 0,5 МПа. Синтез-газ 45 растворяется в воде 46 в сверхкритических условиях, которые существуют, например, в реакторе 8. Вода 46 и синтез-газ 45 образуют фазу при температурах от 600 градусов по Цельсию до 700 градусов по Цельсию и давлении выше 25 МПа. Синтез-газ 45 и вода 46 разделяются путем охлаждения и расширения. Синтез-газ 45 может быть отделен и в дальнейшем использован. Например, способ в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя отделение водорода от синтез-газа 45. Например, способ в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя отделение диоксида углерода от синтез-газа 45. Например, способ в соответствии с изобретением может включать в себя отделение водорода от синтез-газа 45. Синтез-газ 45 можно использовать, например, в теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Полученный синтез-газ 45 можно использовать с предварительной передачей или без предварительной передачи в резервуар 15 для хранения газа, например, следующим образом: синтез-газ 45 можно использовать для выработки электроэнергии, например для подачи в теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) 17; водород может быть отделен от синтез-газа 45 в установке для обработки газа, а затем водород может использоваться, например, для переносимости или в промышленных вариантах применения, и, необязательно, оставшийся синтез-газ, который состоит в основном из CO₂, CH₄ и алканов, может использоваться для выработки электроэнергии; синтез-газ может использоваться для производства химических продуктов, таких как метанол; синтез-газ 45 и отработанное тепло в результате осуществления способа могут использоваться для выработки полезного тепла, например пара. Водный остаток или вода 46 или струя воды может, например, непосредственно использоваться дальше или сбрасываться; может быть смешана с осаждающим агентом, таким как Mg₂₊, Ca²⁺ or K⁺, и выделенный фосфат и/или аммоний могут быть выделены, предпочтительно, с помощью сепаратора 5; может быть отфильтрована, а затем может использоваться дальше или сбрасываться; может использоваться для разбавления нового исходного сырья 31.

Объектом изобретения является способ фракционного отделения ценных веществ от водных многокомпонентных смесей в устройстве, содержащем насос 3, теплообменник 4, реактор 8 с перегревателем 7 и сепаратор 5, при этом водную многокомпонентную смесь закачивают в устройство и сжимают до 25-35 МПа, сжатую водную многокомпонентную смесь нагревают до 200-300 градусов по Цельсию и отделяют первую фракцию 41 ценного вещества, в которой обогащены твердые вещества,

сжатую водную многокомпонентную смесь дополнительно нагревают до 300-400 градусов по Цельсию и выделяют вторую фракцию 42 ценного вещества, в которой обогащены соли металлов,

сжатую водную многокомпонентную смесь дополнительно нагревают до 400-550 градусов по Цельсию и отделяют третью фракцию 43 ценного вещества, в которой обогащены фосфат и аммоний,

сжатую водную многокомпонентная смесь в реакторе 8 нагревают максимум до 700 градусов по Цельсию, и она остается в течение 1-5 минут, предпочтительно 2-3 минут при этой температуре и давлении от 25 МПа до 30 МПа в реакторе 8, а затем образовавшийся продукт реакции охлаждают, пропуская его в один или более теплообменников 4, и в охлажденном продукте реакции при температуре менее 50 градусов по Цельсию, предпочтительно менее 30 градусов по Цельсию, понижают давление до давления менее 1 МПа, предпочтительно менее чем 0,5 МПа, и продукт реакции, таким образом, разделяют на синтез-газ 45 и воду 46, и синтез-газ 45 и воду 46 собирают отдельно, а затем осаждающий агент 32 необязательно добавляют в воду и четвертую фракцию 44 ценного вещества, в который обогащены фосфат и аммоний, отделяют с помощью сепаратора 4.

В способе образовавшийся продукт реакции предпочтительно направляют посредством линии 13 подачи продукта через теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию, направляют через линию 13 подачи продукта во второй теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию, пропускают через линию 14 подачи продукта в дополнительный теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию, и таким образом продукт реакции охлаждают.

Чтобы предотвратить засорение насоса 3, компоненты в водной многокомпонентной смеси перед сжатием до 25-35 МПа измельчают на частицы, средний диаметр которых составляет менее 5 мм, предпочтительно менее 3 мм, особенно предпочтительно менее 2 мм или 1 мм. Для этой цели могут использовать режущее устройство 2.

Объектом изобретения также является устройство для реализации способа в соответствии с изобретением. Объектом изобретения является устройство, содержащее резервуар 1 для хранения, режущее устройство 2, насос 3, по меньшей мере три теплообменника 4, сепаратор 5 для отделения фракций ценных веществ, клапаны 6, по меньшей мере один реактор 8 с перегревателем 7, каплеотбойник 9, сепарационную емкость 10, линию 11 подачи синтез-газа, линию 12 подачи сырья, линию 13 подачи продукта, охладитель 14, резервуар 15 для хранения газа, линию 16 циркуляционной воды, генератор 17 мощности, линию 18 подачи осаждающего агента. Объектом изобретения также является устройство для реализации способа в соответствии с изобретением. Объектом изобретения является устройство, содержащее резервуар 1 для хранения, режущее устройство 2, насос 3, по меньшей мере три теплообменника 4, сепаратор 5 для отделения фракций ценных веществ, клапаны 6, по меньшей мере один реактор 8 с перегревателем 7, каплеотбойник 9, сепарационную емкость 10, линию 11 подачи синтез-газа, линию 12 подачи сырья, линию 13 подачи продукта, охладитель 14, резервуар 15 для хранения газа, линию 16 циркуляционной воды, генератор 17 мощности, линию 18 подачи осаждающего агента, отличающееся тем, что продукт реакции, который образуется при нагреве сжатой водной многокомпонентной смеси максимум до 700 градусов по Цельсию в реакторе 8, возвращается в линию 13 подачи продукта и направляется через теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию, пропускается через линию 13 подачи продукта во второй теплообменник 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию, пропускается через линию 13 подачи продукта в дополнительный теплообменник 4 нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов.

Объектами изобретения являются варианты реализации устройств, описанные в связи с фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.

Объектом изобретения является устройство для реализации способа в соответствии с изобретением, содержащее резервуар 1 для хранения для приема водной многокомпонентной смеси, линию 12 подачи сырья для подачи водной многокомпонентной смеси, режущее устройство 2 для измельчения водной многокомпонентной смеси, насос 3 для сжатия водной многокомпонентной смеси, по меньшей мере три теплообменника 4 для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси вплоть до 550 градусов по Цельсию, по меньшей мере три сепаратора 5 для отделения первой-третьей фракций 41, 42, 43 ценных веществ, клапаны 6 для отделения фракций ценных веществ, насос 3 и линию 18 подачи осаждающего агента для добавления осаждающего агента 32 в третий сепаратор 5.

Данное устройство может дополнительно содержать по меньшей мере один реактор 8 с перегревателем 7 для производства продукта реакции, линию 13 подачи продукта для подачи продукта реакции, необязательно охладитель 14 для охлаждения продукта реакции до температуры ниже 50 градусов по Цельсию, по меньшей мере один клапан 6 для расширения продукта реакции, по меньшей мере одну сепарационную емкость 10 с каплеотбойником 9 для отделения синтез-газа 45, линию 11 подачи синтез-газа для передачи синтез-газа 45 для дальнейшего использования, необязательно блок 15 для хранения газа для временного хранения синтез-газа 45.

Данное устройство может дополнительно содержать четвертый сепаратор 5, по меньшей мере один насос 3 и линию 18 подачи осаждающего агента для введения осаждающего агента 18 в четвертый сепаратор 5 для отделения четвертой фракции 44 ценного вещества, необязательно дополнительный сепаратор 5 для отделения четвертой фракции 44 ценного вещества, необязательно линию 16 циркуляционной воды и необязательно генератор 17 мощности.

Например, в качестве насоса 3 в устройстве подходит поршневой насос. Например, в качестве сепаратора 4 в устройстве подходит центробежный сепаратор. Для достижения быстрого нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси будут использоваться теплообменники 4.

Сверхкритическое состояние водной многокомпонентной смеси при осуществлении способа в соответствии с изобретением возникает при давлениях выше 22,1 МПа и температурах выше 374 градусов по Цельсию. В способе применяются давления по меньшей мере 25 МПа. В связи с этим давление в системе предпочтительно остается на одном и том же уровне. Это обеспечивается клапанами 6, в частности клапанами компенсации давления. Клапаны компенсации давления могут быть расположены в одном или более местах в устройстве и через них регулируется выравнивание давления, а также поддерживается уровень давления. Подается новое исходное сырье 31 (водная многокомпонентная смесь), и сбрасываются продукты реакции (вода 46 и синтез-газ 45), а также фракции 41, 42 и 43 ценных веществ.

В сверхкритических условиях растворимость ионов изменяется в зависимости от температуры, и в то же время вода превращается из полярного растворителя в неполярный растворитель. Это свойство сверхкритической воды используется для фракционного отделения (выделения) ценных веществ от водных многокомпонентных смесей. Водные многокомпонентные смеси, такие как осадок сточных вод и водные органические отходы, таким образом, полностью разлагаются на составляющие их ценных веществ, и отделенные фракции направляются для дальнейшего использования в системе циркуляции ценных веществ.

При реализации способа в соответствии с изобретением водные многокомпонентные смеси можно разделить на более мелкие фракции ценных веществ. Затем в течение трех этапов осуществляют обогащение фракций ценных веществ, при этом в ходе реализации способа при давлении по меньшей мере 25 МПа выбирают меньшие температурные интервалы, и обогащенные ценные вещества разделяют на более мелкие фракции. Например, температуру можно увеличивать с шагом в 50 градусов, начиная с 200 градусов по Цельсию. Соответственно, получают больше фракций ценных веществ, содержащих меньше разных ценных веществ. В граничном случае выбирают настолько малые температурные интервалы, что отдельные ценные вещества обогащаются отдельно друг от друга.

Изобретение более подробно описано с помощью следующих фигур. Однако данные фигуры не ограничивают изобретение этими вариантами реализации изобретения.

На фиг. 1 проиллюстрировано устройство для реализации способа в соответствии с изобретением, содержащее резервуар 1 для хранения, режущее устройство 2, насос 3, линию 12 подачи сырья, теплообменник 4, сепаратор 5, клапан 6, реактор 8 с перегревателем 7, линию 13 подачи продукта, охладитель/осушительное устройство 14, резервуар 15 для хранения газа, линию 16 циркуляционной воды, генератор 17 мощности, например газовую турбину, теплоэлектроцентраль, линию 18 подачи осаждающего агента. Резервуар 1 для хранения заполняется исходным сырьем 31. Первая фракция 41 ценного вещества, вторая фракция 42 ценного вещества, третья фракция 43 ценного вещества и четвертая фракция 44 ценного извлекаются через клапаны. Вода 46 также может сбрасываться или подаваться в линию 16 циркуляционной воды. Синтез-газ 45 собирается в резервуаре 15 для хранения газа и преобразуется в электрический ток 47 с помощью генератора 17 мощности. Добавление осаждающего агента 32 осуществляется с помощью насоса 3 и линии 18 подачи осаждающего агента после отделения синтез-газа 45 от продукта реакции в четвертой фракции 44 ценного вещества.

На фиг. 2 проиллюстрировано устройство для реализации способа в соответствии с изобретением, содержащее резервуар 1 для хранения, режущее устройство 2, насос 3, линию 12 подачи сырья, теплообменник 4, сепаратор 5, клапан 6, реактор 8 с перегревателем 7, линию 13 подачи продукта, охладитель/осушительное устройство 14, резервуар 15 для хранения газа, линию 16 циркуляционной воды, генератор 17 мощности, например газовую турбину, теплоэлектроцентраль, линию 18 подачи осаждающего агента. Резервуар 1 для хранения заполняется исходным сырьем 31. Первая фракция 41 ценного вещества, вторая фракция 42 ценного вещества, третья фракция 43 ценного вещества и четвертая фракция 44 ценного извлекаются через клапаны. Вода 46 также может сбрасываться или подаваться в линию 16 циркуляционной воды. Синтез-газ 45 собирается в резервуаре 15 для хранения газа и преобразуется в электрический ток 47 с помощью генератора 17 мощности. Добавление осаждающего агента 32 осуществляется с помощью насоса 3 и линии 18 подачи осаждающего агента в третьей фракции 43 ценного вещества путем добавления осаждающего агента в сжатое исходное сырье 31 в третьем сепараторе 5.

На фиг. 3 проиллюстрировано устройство для реализации способа в соответствии с изобретением, содержащее резервуар 1 для хранения, режущее устройство 2, насос 3, линию 12 подачи сырья, теплообменник 4, сепаратор 5, клапан 6, реактор 8 с перегревателем 7, линию 13 подачи продукта, охладитель/осушительное устройство 14, резервуар 15 для хранения газа, линию 16 циркуляционной воды, генератор 17 мощности, например газовую турбину, теплоэлектроцентраль, линию 18 подачи осаждающего агента. Резервуар 1 для хранения заполняется исходным сырьем 31. Первая фракция 41 ценного вещества, вторая фракция 42 ценного вещества, третья фракция 43 ценного вещества и четвертая фракция 44 ценного извлекаются через клапаны. Вода 46 также может сбрасываться или подаваться в линию 16 циркуляционной воды. Синтез-газ 45 собирается в резервуаре 15 для хранения газа и преобразуется в электрический ток 47 с помощью генератора 17 мощности. Добавление осаждающего агента 32 осуществляется с помощью насоса 3 и линии 18 подачи осаждающего агента в реакторе 8, а также отделения четвертой фракции 44 ценного вещества через клапан 6.

В описании для одинаковых и эквивалентных частей используются одинаковые ссылочные позиции.

В этом случае следует отметить, что все вышеописанные части, рассматриваемые сами по себе по отдельности и в любой комбинации, в частности детали, проиллюстрированные в графических материалах, заявлены как существенные для данного изобретения. Их вариации известны специалисту в данной области техники.

Ссылочные позиции

Устройство для реализации способа:

1 резервуар для хранения

2 режущее устройство

3 насос

4 теплообменник

5 сепаратор

6 клапан

7 перегреватель

8 реактор

9 каплеотбойник (каплеотделитель)

10 сепарационная емкость

11 линия подачи синтез-газа

12 линия подачи сырья

13 линия подачи продукта

14 охладитель/осушительное устройство

15 резервуар для хранения газа

15 линия циркуляционной воды

16 генератор электрического тока (газовая турбина/теплоэлектроцентраль)

18 линия подачи осаждающего агента

Исходное сырье:

31 исходное сырье, в частности водная многокомпонентная смесь

32 осаждающий агент

Ценные вещества:

41 первая фракция ценного вещества

42 вторая фракция ценного вещества

43 третья фракция ценного вещества

44 четвертая фракция ценного вещества

45 синтез-газ

46 вода

47 электрический ток

1. Способ фракционного отделения ценных веществ от водной многокомпонентной смеси, включающий:

сжатие водной многокомпонентной смеси до 25-35 МПа,

нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию и удаление первой фракции (41) ценного вещества, в которой обогащены твердые вещества,

дальнейший нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию и удаление второй фракции (42) ценного вещества, в которой обогащены соли металлов,

дальнейший нагрев сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию и удаление третьей фракции (43) ценного вещества, в которой обогащены фосфат и аммоний.

2. Способ по п. 1,

отличающийся тем, что

сжатую водную многокомпонентную смесь после отделения первой, второй и третьей фракций (41), (42), (43) ценных веществ нагревают в реакторе (8) с исключением кислорода в течение одной-пяти минут максимум до 700 градусов по Цельсию с образованием продукта реакции, содержащего синтез-газ (45) и воду (46).

3. Способ по п. 2,

отличающийся тем, что продукт реакции направляется по линии (13) подачи продукта, и линия продуктов (13), содержащая продукт реакции, направляется через теплообменник (4), в котором тепловая энергия передается от продукта реакции сжатой водной многокомпонентной смеси, что приводит к нагреву сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию.

4. Способ по любому из пп. 2 или 3,

отличающийся тем, что продукт реакции направляется по линии (13) подачи продукта через второй теплообменник (4), в котором тепловая энергия передается от продукта реакции сжатой водной многокомпонентной смеси, что приводит к нагреву сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию.

5. Способ по любому из пп. 2-4,

отличающийся тем, что продукт реакции направляется по линии (13) подачи продукта через дополнительный теплообменник (4), в котором тепловая энергия передается от продукта реакции сжатой водной многокомпонентной смеси, что приводит к нагреву сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что осаждающий агент (32) добавляют в сжатую водную многокомпонентную смесь при температуре 400-550 градусов по Цельсию, а третью фракцию (43) ценного вещества отделяют и выделяют.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что осаждающий агент (32) добавляют в продукт реакции, а четвертую фракцию (44) ценного вещества, в которой обогащены фосфат и аммоний, отделяют и выделяют.

8. Способ по любому из пп. 6 или 7,

отличающийся тем, что осаждающий агент (32) выбран из Mg²⁺, или Ca²⁺, или K⁺, или Mg²⁺ и Ca²⁺, или Mg²⁺ и K⁺, или Ca²⁺ и K⁺, или Mg²⁺, и Ca²⁺, и K⁺, и при этом ионы используются в виде их солей.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов,

отличающийся тем, что водная многокомпонентная смесь выбрана из осадка сточных вод, органических отходов, водных органических отходов, промышленных отходов, коммунальных отходов, отходов животноводства, сельскохозяйственных отходов, отходов садоводства, кормов для животных, растительных отходов, выжимки, летучей золы, осадка сточных вод, летучей золы осадков сточных вод, отходов пищевой промышленности, бурового раствора, осадков, отходов из установок для получения биогаза, сброженного органического осадка, жидкого навоза и сточных вод.

10. Применение третьей фракции (43) ценного вещества и/или четвертой фракции (44) ценного вещества, получаемых способом по любому из пп. 1-9, в качестве удобрения.

11. Устройство для реализации способа по любому из пп. 1-9, содержащее резервуар (1) для хранения для приема водной многокомпонентной смеси, линию (12) подачи сырья для направления водной многокомпонентной смеси, режущее устройство (2) для измельчения компонентов водной многокомпонентной смеси, насос (3) для сжатия водной многокомпонентной смеси, по меньшей мере три теплообменника (4) для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси по меньшей мере в три этапа до 550 градусов по Цельсию, по меньшей мере три сепаратора (5) для отделения первой-третьей фракций (41) (42) (43) ценных веществ, клапаны (6) для выделения фракций ценных веществ, насос (3) и линию (18) подачи осаждающего агента для добавления осаждающего агента (32) в третий сепаратор (5).

12. Устройство по п. 11, содержащее по меньшей мере один реактор (8), содержащий перегреватель (7) для получения продукта реакции, линию (13) подачи продукта для направления продукта реакции, необязательно охладитель (14) для охлаждения продукта реакции до температуры ниже 50 градусов по Цельсию, по меньшей мере один клапан (6) для расширения продукта реакции, по меньшей мере одну сепарационную емкость (10), содержащую каплеотбойник (9), для отделения синтез-газа (45), линию (11) подачи синтез-газа для передачи синтез-газа (45) для дальнейшего использования и необязательно блок (15) хранения газа для временного хранения синтез-газа (45).

13. Устройство по п. 11 или 12, содержащее четвертый сепаратор (5), по меньшей мере один насос (3) и линию (18) подачи осаждающего агента для введения осаждающего агента (18) в четвертый сепаратор (5) для отделения четвертой фракции (44) ценного вещества, необязательно дополнительный сепаратор (5) для отделения четвертой фракции (44) ценного вещества, необязательно линию (16) циркуляционной воды и необязательно генератор (17) мощности.

14. Устройство для реализации способа по любому из пп. 1-9, содержащее резервуар (1) для хранения, линию (12) подачи сырья, соединенную с резервуаром (1) для хранения для транспортировки водной многокомпонентной смеси с исключением кислорода, насос (3), соединенный с линией (12) подачи сырья, для сжатия исходного сырья (31) до 25-35 МПа и направление линии (12) подачи сырья через теплообменник (4) для нагрева сжатого исходного сырья (31) до 200-300 градусов по Цельсию и последующее направление линии (12) подачи сырья через сепаратор (5) для отделения первой выделенной фракции (41) ценного вещества,

направление линии (12) подачи сырья через второй теплообменник (4) для нагрева сжатого исходного сырья (31) до 300-400 градусов по Цельсию и последующее направление линии (12) подачи сырья через второй сепаратор (5) для отделения второй выделенной фракции (42) ценного вещества,

направление линии (12) подачи сырья через третий теплообменник (4) для нагрева сжатого исходного сырья (31) до 400-550 градусов по Цельсию и последующее направление линии (12) подачи сырья через третий сепаратор (5) для отделения третьей выделенной фракции (43) ценного вещества.

15. Устройство по п. 14, включающее направление линии (12) подачи сырья через перегреватель (7) в реактор (8) для нагрева сжатого исходного сырья (31) максимум до 700 градусов по Цельсию, предпочтительно до 600-680 градусов по Цельсию.

16. Устройство по любому из пп. 14 и 15, содержащее линию (13) подачи продукта для направления продукта реакции через третий теплообменник (4) для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 400-550 градусов по Цельсию,

необязательно направление линии (13) подачи продукта через второй теплообменник (4) для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 300-400 градусов по Цельсию,

необязательно направление линии (13) подачи продукта через первый теплообменник (4) для нагрева сжатой водной многокомпонентной смеси до 200-300 градусов по Цельсию.

17. Устройство по любому из пп. 14-16, содержащее один или более охладителей (14) для охлаждения фракции ценного вещества и/или продукта реакции.

18. Устройство по любому из пп. 14-17, содержащее сепарационную емкость (10) для отделения синтез-газа (45) и сбрасываемой воды (46).

19. Устройство по любому из пп. 14-18, содержащее каплеотбойник (9) для отделения синтез-газа (45).

20. Применение способа по любому из пп. 1-9 или устройства по любому из пп. 11-19 для очистки воды.

21. Применение способа по любому из пп. 1-9 или устройства по любому из пп. 11-19 для получения соединений фосфора, соединений аммония, песка, металлов, солей металлов из водных многокомпонентных смесей, в частности осадка сточных вод.

22. Применение способа по любому из пп. 7-9 или устройства по любому из пп. 12-13 и 18-19 для получения водорода и/или для выработки электроэнергии.