專(zhuān)利名稱(chēng)：農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)熱解的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)的熱解。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種集成燃 燒室和流化床熱解反應(yīng)器，其為小型而且特別適于機(jī)動(dòng)操作。與熱解反應(yīng) 器流動(dòng)相聯(lián)的升液管位于燃燒室內(nèi)以使生物物質(zhì)流通， 一種惰性可流體化 的介質(zhì)向上穿過(guò)該管；這有利于增加傳熱并產(chǎn)生更快的熱解。該裝置和方 f封寺別適于低密度農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)的熱解。
背景技術(shù)：
快速熱解是一種高溫處理(350-80(TC)。在這種方法中，生物基給料在 隔絕空氣下快速加熱并蒸發(fā)入產(chǎn)物氣流中。雖然產(chǎn)生的含煙氣流包含易燃 和惰性成分，但是更有意義的是一種通?？蓮钠渲欣淠龅囊簯B(tài)產(chǎn)物。一 種可從產(chǎn)物氣流中濃縮的通常油性的液態(tài)產(chǎn)物是深褐色的，并且可作為生 物油燃燒，其具有傳統(tǒng)燃油一半的熱值。其他液態(tài)產(chǎn)物可以包含比如增味 劑或甚至藥用活性化合物。熱解后殘余的焦炭和灰也具有作為燃料或化學(xué) 給料的價(jià)值。
液態(tài)產(chǎn)物的特性由使用的生物給料和處理?xiàng)l件而定。在快速熱解中， 反應(yīng)通常在不到3秒內(nèi)完成，且需要小心控制以獲得所需產(chǎn)物特性。常使 用流化床反應(yīng)器以獲得快速加熱和物質(zhì)傳遞，有時(shí)4頓惰性固體載恢如硅 砂)以輔助熱量傳遞和生物物質(zhì)處理。數(shù)十年來(lái)，這些流化床快速熱解處理 已被詳細(xì)記載并已應(yīng)用在很多不同領(lǐng)域中。例如，參見(jiàn)Bridgwater A.V、 Peacocke GVC.的"農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)的快速熱解方法"Renewable and Sustainable Energy Reviews, V 4(2000) ， pp. 1 -73 ，其對(duì)近20年來(lái)發(fā)展的流化 床快速熱解方法的現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了綜述。
低密度農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)(如稻草、稈、殼、糠、樹(shù)皮、木屑鉤主要在某一 特定地理區(qū)域廣泛分散，其難以收集并且從經(jīng)濟(jì)上講運(yùn)送昂貴。在低密度 農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)的快速熱解處理中，使得處理不經(jīng)濟(jì)的普遍的問(wèn)題是，將大量材料運(yùn)送到集中處理點(diǎn)的過(guò)高的皿成本。因此，流化床快速熱解技術(shù) 對(duì)此類(lèi)物質(zhì)的應(yīng)用取決于其繊成本的大量斷氐或消除。希望提供一種"整 裝"'〖規(guī)熱解處理，一小型、機(jī)動(dòng)并能在給料源附近安裝和運(yùn)行。為便于 農(nóng)民和工人一尤其在發(fā)展中國(guó)家一禾,此機(jī)動(dòng)裝置，也需要該驢易于操作 并能靈,擇燃料源。使用該裝置的方法應(yīng)該不太苛求顆粒大小和生物物 質(zhì)的水分含量。該方法也需利用快速傳熱和短暫的固體滯留時(shí)間來(lái)降低容 器尺寸和增加產(chǎn)出。
美國(guó)專(zhuān)利5,728,271和5,853,548披露了一種熱分解方法，其使用分離 的燃燒和流化床反應(yīng)器來(lái)液化固體生物物質(zhì)。該方法在低溫下進(jìn)行并長(zhǎng)時(shí) 間 帶留4OT。因此該方法不適于機(jī)動(dòng)運(yùn)行。
美國(guó)專(zhuān)利6,048,374和6,830,597 JW了一種熱解方法，其亍OT耳給流 化床和燃燒器來(lái)氣化和/或液化生物物質(zhì)。流化床反應(yīng)器采取管的形式，生 物物質(zhì)向下通過(guò)該管。燃燒室部分地圍繞反應(yīng)管，來(lái)自燃燒室的熱量通過(guò) 反應(yīng)fHtt接加熱反應(yīng)器管中的生物物質(zhì)。反應(yīng)器通過(guò)一底部開(kāi)口與燃燒 室相通，以使焦炭在燃燒室中作為燃料消耗。反應(yīng)器不含有任何可流化介 質(zhì)，也不使用流化床，其在反應(yīng)器中會(huì)限制熱量禾啉料傳遞。
美國(guó)專(zhuān)利5，792,340和5,961,786披露了一種快速熱解方法，其制造含 有增味成分的液態(tài)產(chǎn)物。該方法使用流化床運(yùn)送反應(yīng)器，其利用足夠高的 氣流速度以使生物物質(zhì)和惰性載熱介質(zhì)在反應(yīng)器中向上移動(dòng)。通過(guò)氣旋將 生物物質(zhì)和惰性載體與產(chǎn)物氣流分離，并將其再次導(dǎo)入床底部。燃燒室與 反應(yīng)器分開(kāi)。雖然此構(gòu)造產(chǎn)生決速材私消遞，但其需要小心控制顆粒大小， 因?yàn)槠涑叽绾湍芰啃枨蠖沟貌僮鱚且不適于機(jī)動(dòng)運(yùn)行。
美國(guó)專(zhuān)利4,917,02"臓了一種熱解反應(yīng)器，其包含一內(nèi)部千燥區(qū)，生 物物質(zhì)在其內(nèi)可下移； 一低溫然燒區(qū)，此處添加熱量且生物物質(zhì)顆粒向上 傳逸以及一外部熱解區(qū)，此處生物物質(zhì)被流化并轉(zhuǎn)回內(nèi)部干燥區(qū)以大量 降在其內(nèi)含生物物質(zhì)上。反應(yīng)器不使用升液管而是使整個(gè)床流通于燃燒室 和熱解反應(yīng)器之間；其結(jié)果是，在幾個(gè)區(qū)之間液體和固體都有流通，其使 得難于精確控制處理?xiàng)l件并獲得所需產(chǎn)物特性。
迄今為止，傳統(tǒng)的快速熱解方法〗頓數(shù)個(gè)容器，其操作復(fù)雜、不靈活 和域不適于機(jī)動(dòng)運(yùn)行。在一個(gè)容器中5^M燒室和熱解反應(yīng)器的小型系統(tǒng) 通常需要在管中這兩個(gè)部分間混合液體和/或固體；其導(dǎo)致污染和/或破壞液
態(tài)氣態(tài)產(chǎn)物中中最有價(jià)值的可冷凝的液態(tài)產(chǎn)物。
因此需要一種改善的低密度 生物物質(zhì)的熱解驢及其4頓方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，掛共一種農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)的熱解驢，其包括 一個(gè)流化床熱解反應(yīng)器；一^H然燒室；位于燃燒室內(nèi)并與熱解反應(yīng)器流體 連通的升液管，該管有一下進(jìn)口和一上出口；禾B， 一個(gè)位于升液管中接近 進(jìn)口處的噴嘴，其排出位于熱解反應(yīng)器內(nèi)向上通過(guò)升液管的第一惰性流體 介質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)的熱解方法，其包 括提供上述裝置；在燃燒室內(nèi)由燃料產(chǎn)生熱量；在流化床熱解反應(yīng)器內(nèi) 《OT低氧含量氣^^^化第一惰性可流化介質(zhì)；將生物物質(zhì)弓l入熱解反應(yīng)器； 使用第一惰性可流化介質(zhì)排出向上通過(guò)升液管的生物物質(zhì)；將燃燒室內(nèi)熱 量傳至升液管內(nèi)生物物質(zhì)；將升液管出口處中加熱生物物質(zhì)排入熱解反應(yīng) 器；禾口，在熱解反應(yīng)器中通過(guò)流化床向下,LM加熱生物物質(zhì)。
燃燒室可與熱解反應(yīng)器共有一表面。燃燒室可為圓柱形，熱解反應(yīng)器 可位于燃燒室周?chē)沫h(huán)形部分。這樣的話，共有表面將為一位于熱解反應(yīng) 器和燃燒室間的環(huán)形壁。熱解反應(yīng)器可在環(huán)形部分分為一個(gè)或多個(gè)室和/或 可包括一個(gè)或多個(gè)擋板，以助于混合或幫助將生物物質(zhì)或惰性可流化介質(zhì) 導(dǎo)向所需方向。熱解反應(yīng)器的底部可包含一個(gè)流體分配器。該流體分配器 可包含一含有數(shù)個(gè)孔的板，還可包含阻止可流化介質(zhì)、生物物質(zhì)、炭或其 組合物堵塞孔的裝置。板可為平狀也可為截頭圓錐體狀以使熱解反應(yīng)器內(nèi) 物質(zhì)向里和向下移向升液管進(jìn)口 。
燃燒室可位于裝置內(nèi)部。可燃燒任一適宜的燃料以產(chǎn)生所需熱量；例 如，燃料可包括氣體燃樹(shù)如天然氣或丙烷)、液體燃料(如柴油)、或固體 燃茅鞏如；W才、煤鉤。燃燒室內(nèi)劍?？尚⌒倪x擇以獲得燃料的最有效禾,， 并且此條件可隨所用燃料進(jìn)行調(diào)整。為提供最佳斜牛選擇，最好在燃燒室
和熱解反應(yīng)器間沒(méi)有液體和/或固體iiffi。
該裝置可包含數(shù)個(gè)升液管，而且升液管可在燃燒室內(nèi)均勻隔開(kāi)。燃燒 室設(shè)計(jì)為在熱解反應(yīng)器和升液管中都向生物物質(zhì)傳送最大熱量?？山o升液 管^Jl翅片以增加熱〗M率。
燃燒室可包含一流化床，其含有第二惰性可流化介質(zhì)以增加對(duì)管和減
熱解反應(yīng)器的熱量傳遞。該第二惰性可流化介質(zhì)可與第一惰性可流化介質(zhì) 相同，或基于燃燒室條件而另外選擇。在燃燒室和熱解反應(yīng)器之間最好沒(méi) 有惰性可流化介質(zhì)的流通。在燃燒室內(nèi)可提供流體分配器。流體分配器可 包含有數(shù)個(gè)孔的板。該板可以與熱解反應(yīng)器中作為流體分配器使用的板連 接或與其分離。
升液管的至少一個(gè)出口可包含一定向裝置以將從升液管中排出的第一 情性可流化介質(zhì)導(dǎo)向熱解反應(yīng)器的預(yù)定方位。該定向裝置可包含擋板、成 角度的偏轉(zhuǎn)板、彎管、管套或其他合適構(gòu)件?？上鄬?duì)于介質(zhì)從出口流出方 向橫向和/或向下弓l導(dǎo)第一隋性可流化介質(zhì)。這可通過(guò)出口設(shè)計(jì)、定向裝置 定位、定向裝置設(shè)計(jì)或其結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。生物物質(zhì)可從升液管排入熱解反應(yīng) 器的干舷區(qū)。
在一個(gè)實(shí)施例中，生物物質(zhì)被向下導(dǎo)入流化床。這可通過(guò)將生物物質(zhì) 導(dǎo)入反應(yīng)器和/或通過(guò)從升液管中排出生物物質(zhì)而實(shí)現(xiàn)。生物物質(zhì)可通過(guò)定 向裝置導(dǎo)入反應(yīng)器，以帶走從升液管中排出的第一 精性可流化介質(zhì)；如此， 生物物質(zhì)可由介質(zhì)向下帶出流化床中的定向裝置。熱解反應(yīng)器可包含一合 適的開(kāi)口以導(dǎo)入生物物質(zhì)而不許氧氣進(jìn)入，以維持反應(yīng)器內(nèi)熱解條件。該 開(kāi)口可包含一^t塞固體進(jìn)料戮如螺旋式或旋轉(zhuǎn)式固體進(jìn)料器)。開(kāi)口可 使生物物質(zhì)直，，入一個(gè)或多個(gè)位于熱解反應(yīng)器內(nèi)的定向裝置。
提供噴嘴以將升液管中第一惰性可流化介質(zhì)和生物物質(zhì)者蹄走。只要 噴嘴開(kāi)口在升液管內(nèi)，噴嘴本體可位于升液管外。設(shè)計(jì)噴嘴以產(chǎn)生相對(duì)于 床底部的低壓區(qū)，以將介質(zhì)引入升液管內(nèi)，然而也要提供比床頂部大的壓
力以使介質(zhì)沿管上移。排出噴嘴的設(shè)計(jì)X寸本領(lǐng)i或普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是己知
的。噴嘴可包含研磨裝置使介質(zhì)顆粒相互研磨，以從介質(zhì)中除去炭(和/或任 何在熱解反應(yīng)器中產(chǎn)生的灰)。如此，可保持介質(zhì)凊潔，而且可維持反應(yīng)器 內(nèi)流化條件。研磨裝置可包含一個(gè)噴嘴開(kāi)口內(nèi)或升液管內(nèi)的擋板或其他插 入物來(lái)產(chǎn)生所需的流術(shù)荒程以低進(jìn)管中研磨。
本發(fā)明的裝置特別適于低密度農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)(如比第一隋性可流化介 質(zhì)密度小的生物物質(zhì))的熱解。低密度農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)可以包括稻草、稈、殼、 糠、樹(shù)皮、木屑等，還可包括來(lái)自農(nóng)業(yè)或其他行業(yè)的生物物質(zhì)。將可流化 介質(zhì)弓l入流化床的干舷區(qū)有助于阻止輕材料從床中脫離?？闪骰橘|(zhì)沿床 向下流通同樣帶走生物物質(zhì)而且利于阻止隔離。在床中導(dǎo)入生物物質(zhì)對(duì)防
止材料脫離和向生物物質(zhì)快速傳熱有用。
本發(fā)明的裝置是小型的，而且易于裝上拖車(chē)或其他機(jī)動(dòng)車(chē)輛以在不同 農(nóng)業(yè)場(chǎng)所間隙。這有效避免了衍生物物質(zhì)的要求，其顯著地降低 了整個(gè)處理成本。在熱解處理中可產(chǎn)生可冷凝的氣體產(chǎn)物，其回收后有顯 著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值?？衫淠臍怏w產(chǎn)物可以包括燃油產(chǎn)物或其他合成烴油?？?冷凝的氣體產(chǎn)物對(duì)于農(nóng)民來(lái)說(shuō)可為一寶貴的收入來(lái)源，尤其是在發(fā)展中國(guó)家。


概括完本發(fā)明后，下面將結(jié)合附圖闡述其優(yōu)選實(shí)施例，其中
圖l根據(jù)本發(fā)明裝置的內(nèi)部透視圖2驢使用的配電M視圖3體的示意性側(cè)音靦圖，顯7蔵行中的裝置；
圖4示意裝置為齡方法一部分的工藝流程圖；禾口
圖5赴拖車(chē)以機(jī)動(dòng)運(yùn)行附艮據(jù)本發(fā)明的裝置和方法的透視圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1-3，根據(jù)本發(fā)明裝置的實(shí)施例，其包含由環(huán)形流化床熱解反應(yīng) 器2圍繞的中 燒室1。燃燒室1最々抱含流化床并設(shè)計(jì)為可容納第二惰 性可流化介質(zhì)3。在燃燒室l內(nèi)有數(shù)個(gè)升液管4，每個(gè)都含有一下進(jìn)口5和 一上出口 6且都位于熱解反應(yīng)器2內(nèi)。每個(gè)升液管4都包含一個(gè)接,口 5 的噴嘴7以排出位于熱解反應(yīng)器2內(nèi)沿升液管4上移的第一惰性可流化介 質(zhì)8。當(dāng)流化mg行時(shí)，每個(gè)管4的出口 6位于反應(yīng)器2的干舷區(qū)9內(nèi)。在 熱解反應(yīng)器2內(nèi)與燃燒室1共享的共用壁11上有一對(duì)定向裝置，每個(gè)者陁 含一垂直管10。其他升液管4的出口 6上可有定向體的其他實(shí)施例(如 彎管、偏轉(zhuǎn)板,以助于床內(nèi)的切向或徑向混合。燃燒室l頂部有廢氣出口 12，熱解反應(yīng)器2頂部有氣態(tài)產(chǎn)物出口 13。燃燒室1頂部有廢氣進(jìn)口開(kāi)口 14，其用于向燃燒室提供固體燃料15(如Tl^才、煤、易燃生物物質(zhì)等)和/ 或循環(huán)炭26。熱解反應(yīng)器l頂部有兩個(gè)生物物質(zhì)進(jìn)口端口 16，以使生物物 質(zhì)17通過(guò)M的氣塞裝置itA反應(yīng)器2中。生物物質(zhì)進(jìn)口端口 16可連接于垂直管10的頂部，以通過(guò)下文將詳述的方式將生物物質(zhì)17重新加入床 內(nèi)。
燃燒室1和熱解反應(yīng)器2的底部都有配電板18。配電板18包含數(shù)個(gè)分 隔孔19，其直徑和間距由已知設(shè)計(jì)技術(shù)選擇。也包括 L51以使升液管4通 過(guò)配電板18。齡孔19者炮含一旦氣流沿管上移停止能Kih堵塞孔的驢。 其含有裝于每個(gè) L 19上的T形配件52或在孔上f頓絕緣體隔開(kāi)的錐形帽。 錐形帽可在其頂點(diǎn)含有一孔以使帽作為噴嘴并助于第一惰性可流化介質(zhì)研 磨；這可有效M^介質(zhì)中炭26的積聚并保留其顆粒大小和可流化特性。在 所示實(shí)施例中，配電板18連續(xù)iWil熱解反應(yīng)器2和燃燒室l，以使其充 當(dāng)容器兩個(gè)部分機(jī)械構(gòu)架的底座。配電板18在熱解反應(yīng)器2內(nèi)的部分可以 為扁平狀或截頭圓錐{桐犬，以禾盱介質(zhì)8向里和向下移向升液管4的進(jìn)口 5。 當(dāng)然，氣流流向內(nèi)部，而且容器的環(huán)狀部分由板18下分離的配電室20、 21 保持隔離。
在板18下有一個(gè)或多個(gè)空氣進(jìn)口 22以使空氣27進(jìn)入燃燒室。控制進(jìn) 入空氣進(jìn)口 22的流量以獲得流化第二惰性可流化介質(zhì)3所需的^^見(jiàn)氣休41t 速。至少一個(gè)空氣進(jìn)口22向容器提供空氣27，其由內(nèi)駄空氣進(jìn)口的燃器 (未示)加熱，最好燃燒氣態(tài)或液態(tài)燃料。燃器用于啟動(dòng)時(shí)預(yù)熱容器和/或運(yùn)行 中提供輔助生熱。對(duì)多數(shù)生物物質(zhì)17源來(lái)說(shuō)， 一旦空氣被預(yù)熱，熱解中反 應(yīng)器2產(chǎn)生的炭26就有足夠的余熱值使得炭的一部分可從氣態(tài)產(chǎn)物33屮 分離出來(lái)并被再次引入燃燒室1內(nèi)以作為需要維持處理溫度的唯一燃料源。 在其他情形下，需要添加輔助固體燃料15，可以為炭26的備選也可為其添 加物。
燃燒室1可以任意包含一個(gè)或多個(gè)內(nèi)燃徵未示)以使氣態(tài)或液態(tài)燃料 燃燒。在固體燃料15禾口/或炭26燃燒之前，內(nèi)^^可用于預(yù)熱容器以在運(yùn) 行中提供輔助生熱或提供主要生熱。燃器可位于配電板18之上或之下而且 容器外有連接以使空氣和/繊斗進(jìn)入艦
由燃料進(jìn)口 14 J4A的固體燃料15禾口/或炭26最好以碎末或粉末的形 式弓l入燃燒室1的流化床，其中在過(guò)量空氣27存在下因?yàn)楦邷囟l(fā)生自燃。 廢氣47含有在排出前就已從中除去的灰56。不考慮加熱燃料源，熱解反應(yīng) 器2，在ffii35(rC的溫度下運(yùn)行，更4，為400-90(rC，進(jìn)一步"選為 450-800°C，甚至優(yōu)選為500-700°C。燃燒室1的運(yùn)療溫度比熱解反應(yīng)器2
高，而且熱量傳iiilil共有環(huán)壁11和升液管4進(jìn)行。
運(yùn)行中，熱解反應(yīng)器2接^131缺氧氣體進(jìn)口端口 23的低氧賴(lài)氣體 (缺氧氣體)28流。低氧含量氣體28可以包括以氮?dú)?N2)、氮氧化物(NCg或 其他還原氮的形式存在的氮。在一個(gè) 實(shí)施例中，低氧含量氣體包括柴 油機(jī)的排放，例如，柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)相連，當(dāng)該裝置作為機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的一部 分裝于拖車(chē)上時(shí)，其用于驅(qū)動(dòng)處理裝置的其他部件。既然多數(shù)柴油機(jī)在接 近按化學(xué)計(jì)量組戯萬(wàn)需的空，燃料比下運(yùn)行，所以發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放包含非 常少的游離氧，而且主要包括碳氧化物(COJ、氮氧化物(NCg、硫氧化物 (SOx)、水、 一些未燃烴和顆粒物質(zhì)(煤卿。多數(shù)現(xiàn)代柴油W然料都完全燃燒， 在引入熱解反應(yīng)器2前很少需要或不需要處理；然而，基于所用燃料源， 柴油機(jī)排氣流需要顆粒消除和/或SOx凈化作為前處理。
低氧含量氣體28通過(guò)缺氧氣體進(jìn)口端口 23進(jìn)入熱解反應(yīng)器2下面的 配電室21，而且向上通過(guò)配電板18。反應(yīng)器2包含第一惰性可流化介質(zhì)8， 例如，Sauter平均顆粒直徑在0.05-1.0mm的玻璃珠或硅砂，優(yōu)選 0.07-0.30mm。低氧含量氣體28的^113Iit選擇為沒(méi)有氣泡產(chǎn)生而產(chǎn)生均勻 流化床。為降低能量成本，需要流化氣體流速保持最低；然而，流速足以 利于固體的徑向或三維混合以提< 個(gè)反應(yīng)器從共有壁的熱量傳遞也是重 要的。雖然生物物質(zhì)17主魏比第一惰性可流化介質(zhì)8低得多的密度，但 是顆粒尺寸卻更大，而且生物物質(zhì)并不分離反而緊密混合于整個(gè)床中。
一旦流化，床就在反應(yīng)器2內(nèi)擴(kuò)展直到形成上表面。該上表面之上的 反應(yīng)器2為反應(yīng)器的干舷區(qū)9 。每4^"十液管4的出口 6位于干舷區(qū)9中，而 且進(jìn)口 5拍末的底部。當(dāng)惰性可流化介質(zhì)8和帶出的生物物質(zhì)17脫離管4 時(shí)，其il31干舷9大量落于床的上表面iJl。這有利于fflih輕質(zhì)生物物質(zhì) 17或微粒脫離至干舷9中且通過(guò)氣態(tài)產(chǎn)物出口 13失去。在出口 6處可使用 一定向裝置以將介質(zhì)導(dǎo)入反應(yīng)器2中預(yù)定位置，例如相對(duì)于出口的徑向或 切向位置。這利于在反應(yīng)器2內(nèi)形成所要的三維流量分布，其中介質(zhì)8在 床內(nèi)垂直、徑向禾口/或切向移動(dòng)。i頓截頭圓衝糊配電板18也利于通過(guò)向 內(nèi)和向下移動(dòng)介質(zhì)來(lái)產(chǎn)生三維介質(zhì)流量分布。既然至熱解反應(yīng)器2的熱量 傳遞的相當(dāng)大部分來(lái)自與燃燒室1共享的共有壁11，所以在整個(gè)反應(yīng)器中 三維介質(zhì)流量分布在傳遞熱量時(shí)是有用的。
在所示實(shí)施例中，有兩個(gè)垂直管10。將管10定位以使升液管4的出口
6位于每個(gè)管中。旨管10都有一位于升液管4出口 6之上的頂部24和位 于升液鞭口 5 ;tJ:的底部開(kāi)口 25。當(dāng)流化床熱解反應(yīng)器2運(yùn)行時(shí)，頂部 24位于反應(yīng)器的干舷區(qū)9內(nèi)，然而底部開(kāi)口25位于流化床內(nèi)。當(dāng)?shù)谝欢栊?可流化介質(zhì)8和帶出的生物物質(zhì)17通過(guò)出口 6從升液管4排出時(shí)，其在管 10中沉積并沿共有壁11下移以通過(guò)底部開(kāi)口 25與床結(jié)合。加至熱解反應(yīng) 器2的生物物質(zhì)17可通過(guò)管10頂部24導(dǎo)入并由管中下移介質(zhì)8帶走。與 共有壁11緊密接觸并在管10中有助于新生物物質(zhì)17的快速加熱，而且將 生物物質(zhì)導(dǎo)入床內(nèi)部使其能與床中物質(zhì)立即混合，因此降低了分離和/或從 干舷脫離的可能性。這利于提高生物物質(zhì)的轉(zhuǎn)換率，因此可建造更小型的 反應(yīng)器。
噴嘴7位于^^H夜管4的接iS4口 5處。噴嘴7接受低氧含量氣體 28流，其由熱解反應(yīng)器2的同源獲得。雖然床的密度相對(duì)穩(wěn)定，但是沿著 床/A/^部到頂部還有一漸減的氣體壓力梯度。i!31噴嘴7的氣流在升液管4 中產(chǎn)生相對(duì)床底部的低壓，其使介質(zhì)8和帶走的生物物質(zhì)17 i4A升液管； 然而，由噴嘴產(chǎn)生的氣壓高于床頂部，其使介質(zhì)和帶走的生物物質(zhì)沿管上 移。用于排出和固體氣動(dòng)輸送的噴嘴的設(shè)計(jì)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員己知。
噴嘴7也可'任意含有在介質(zhì)8中產(chǎn)生研磨的裝置，以助于除去其任何 累積的炭26。研磨產(chǎn)生，(未示)可含有位于接近噴嘴開(kāi)口處的一噴嘴插入 物或一沖擊裝置。升液管4可任意含有研磨產(chǎn)生部件。除去炭26之外，硏 磨產(chǎn)生驢在降低生物物質(zhì)17顆粒尺寸方面也是有用的，特別是大量生物 物質(zhì)顆粒，其傾向于在反應(yīng)器2中處理，而且在床和/截頭圓柱形配電板18 中由固術(shù)荒型導(dǎo)入升液管進(jìn)口5。雖然升液管4被描述為是直的，但在一備 選實(shí)施例中，其可為螺旋狀以增加燃燒室1內(nèi)的滯留時(shí)間和熱傳表面積。
燃燒室1含有第二惰性可流化介質(zhì)3。在一個(gè)"雄實(shí)施例中，第二惰性 可流化介質(zhì)3與第一隋性可流化介質(zhì)8相同；然而，顆粒尺寸和/或材料選 擇可由燃燒室1所需流化劍?；蛩萌剂显?擇。優(yōu)選地，第二惰性可 流化介質(zhì)3的Sauter平均顆粒直徑為0.05-1.0mm， 4雄0.07-030mm。選擇 燃燒室1的表觀速度以使燃燒室內(nèi)產(chǎn)生均勻流化無(wú)泡流。第二惰性可流化 介質(zhì)3與共有壁11和升液管4緊密接觸。這提高了熱解反應(yīng)器2的有效熱 傳。由升液管4傳送的介質(zhì)8和生物物質(zhì)17在燃燒室1內(nèi)暴露于流化床的 高溫下。在由升液管4錢(qián)材料時(shí)會(huì)發(fā)生另外的反應(yīng)，因此要產(chǎn)生漸增的 反應(yīng)率至一更高值一無(wú)論與斜蟲(chóng)反應(yīng)器比，還是與典型的淺流ttJ^相比。
燃燒室l可含有內(nèi)部構(gòu)件，比如擋板(未示)，其利于床中的徑向流型， 以確^^介質(zhì)3被穩(wěn)定地移向床外。配電板18的設(shè)計(jì)也可結(jié)合產(chǎn)生此徑向
介質(zhì)流的部件。燃燒室1內(nèi)流化床比熱解反應(yīng)器2內(nèi)床的高度高，這樣甚 至升液管4接近出口 6的彎管部分也可用于熱傳。
生物物質(zhì)給料17的顆粒尺寸對(duì)決定熱解效能來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的參數(shù)。 當(dāng)顆粒尺寸降低時(shí)，大都消耗在給料前處理上的能量和努力將增加。存在 于快速熱解系統(tǒng)中的主要顆粒尺寸為直徑小于3mm。當(dāng)其傾向于"沉入 (sink)"熱傳的床頂部時(shí)，大尺寸的顆粒在流化床中將更難于攪拌和處理， 燒蝕和熱處理速度將降低。這會(huì)對(duì)生物油的制造效能產(chǎn)生不利影響，其隨 著顆粒處理時(shí)間下降而增加。本發(fā)明反應(yīng)器介質(zhì)經(jīng)垂直管4的流通使顆粒 直徑可以大于3mm，以保持為床的一部分而非僅僅滯留于底部。當(dāng)使用傾 斜的截頭圓柱體狀配電板18時(shí)，其確實(shí)如此，正如，粒在H1:傾于滑向 升液管4之一的進(jìn)口5，并且從流化床底部向上流通至頂部。其將增加整個(gè) 熱傳，而且加速該大顆粒的處理。該D^容器處理大給料顆粒尺寸的能力 降低了輔助裝置量和預(yù)處理所需能量以及生物物質(zhì)給料的篩分，其有利于 制造小型機(jī)動(dòng)處理系統(tǒng)。
參見(jiàn)圖4-5，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方法中，作為從由發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的柴汕 機(jī)29中作為廢氣而產(chǎn)生的低氧含量氣體28，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器30以除去顆粒物 質(zhì)，接著在通過(guò)缺氧進(jìn)口 23(圖4中未示)導(dǎo)入熱解反應(yīng)器2的配電室20(圖 4中未示)之前用鼓j^'幾31壓縮。流28中的一部分也由鼓風(fēng)機(jī)32提供給噴 嘴7。從熱解反應(yīng)器2的氣體出口 13排出的氣態(tài)產(chǎn)物33先f(wàn)fi31第一氣旋 34，再通過(guò)第二氣旋35以除去其中任何的顆粒物質(zhì)。顆粒物質(zhì)可以包括未 變化的生物物質(zhì)17禾口/或炭26。根據(jù)生物物質(zhì)源，炭26可含有大量i機(jī)材 料如磷，其可用于如制造肥料。從氣旋中除去的顆粒物質(zhì)因此收集于箱36 中，同時(shí)第一氣旋34所收集的一部^tl質(zhì)通過(guò)螺旋運(yùn)輸器37再被導(dǎo)入燃 燒室l以充當(dāng)燃料源。氣態(tài)產(chǎn)物流33可自由通過(guò)熱交換器以再加熱所引入 的低氧含量氣體28.和/或被導(dǎo)入裝置的助燃空氣27;該熱交換可在一個(gè)或 多個(gè)步驟中進(jìn)行。氣態(tài)產(chǎn)物接著通過(guò)一噴激 器38以除去其中的可冷凝 的液態(tài)產(chǎn)物39。 一旦濃縮，液體就由一扇徑形熱交換器40抽吸并由噴淋頭 再導(dǎo)入噴餘淞宿器38中來(lái)充當(dāng)^4卩劑以亂縮出另外的液體產(chǎn)物。也可使用
其他類(lèi)型的熱交換器。過(guò)多的液體產(chǎn)物在油庫(kù)41中積聚。在一個(gè)實(shí)施例中， 可冷凝的液體產(chǎn)物39可包括含有有用燃料值的生物油；然而，根據(jù)所用生 物物質(zhì)給料，可冷凝的產(chǎn)物可包括對(duì)增味劑或藥用化合物有用的成分。收
集之后，f鄉(xiāng)液體產(chǎn)物39可自由送入下游純化處理(未示)。y轉(zhuǎn)卩并，終宿的 氣態(tài)產(chǎn)物流33脫離噴嘴 ;M器38并SAjtn燃燒器42以燒掉招可未l縮 的可燃產(chǎn)物，其作為排放管理措施。備選地，冷卻并^5L縮的氣態(tài)產(chǎn)物流33 可與助燃空氣27 —起由旁閥55導(dǎo)入爐1中，以禾擁任何未繊易燃產(chǎn)物 的熱量值。
在導(dǎo)入反應(yīng)器2之前，如果需要，生物物質(zhì)17干燥至10%或更小的濕 量，接著用研磨機(jī)43剁碎或磨碎至大小約為3匪。生物物質(zhì)可自由過(guò)篩以 獲得誠(chéng)的尺寸范圍。干燥并篩分的生物物質(zhì)17存儲(chǔ)于送料斗44內(nèi)，并 通過(guò)氣塞旋轉(zhuǎn)固體進(jìn)料器45供應(yīng)給熱解反應(yīng)器2。旋轉(zhuǎn)固體進(jìn)料器45包含 帶有基本上密封的螺絲鉆構(gòu)件的螺旋運(yùn)輸器以降低或阻止隨生物物質(zhì)17進(jìn)
入的空氣。備選地，生物物質(zhì)17在導(dǎo)入反應(yīng)器2前可被基本上無(wú)氧的氣體 (如低氧含量氣體28)凈化。生物物質(zhì)17 iSA熱解反應(yīng)器2內(nèi)兩個(gè)垂直管10 中的一個(gè)(圖4中未示)以混入流化床中。
助燃空氣Z7川鼓風(fēng)機(jī)恥壓縮，而且在由空氣進(jìn)口 22(圖4中未示)被 導(dǎo)入燃燒室1之前自山過(guò)濾。由第一氣旋34從氣態(tài)產(chǎn)物流33中除去的炭 26被供應(yīng)給燃燒室1，并且在流化床中與空氣27混合，在此由于燃燒室的 高環(huán)境溫度而發(fā)生自燃。為在刑臺(tái)時(shí)預(yù)熱燃燒室l，可含有一內(nèi)嵌燃器53， 其有氣態(tài)燃料源54(如天然氣、丙烷鉤。內(nèi)嵌 53也可備選地提供給 燃燒室1 。由廢氣出口 12(圖4中未示)i^然燒室1排出的廢氣47通過(guò)廢氣 氣旋48，而且從其收染的熱灰在合適的容器49中積聚。容器49中收集的 灰有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，例如，作為水泥添加劑或其他建筑材料。研磨產(chǎn)生裝置(如 噴嘴)可用于燃燒室1以IM:灰積聚于第二隋性可流化介質(zhì)3上。熱廢氣可 通過(guò)廢氣熱交換戮未小')自由導(dǎo)向，其用于再加熱引入的氣流27和/或低氧 含量氣^^U8。在由廢氣燃燒器42放出itn之前，可自由進(jìn)行廢氣處理， 例如艦催化轉(zhuǎn)換器、過(guò)濾器和/或^t器。
特別參見(jiàn)圖5 ，本發(fā)明的裝置可與上述各種部件一起裝于拖車(chē)50上， 以產(chǎn)生機(jī)動(dòng)處理系統(tǒng)。只有一些圖4中所述的處理部件在圖5中可見(jiàn)，其 他部件為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)而省略。由于其尺寸小、操作方便和在給料前處理方面耐用，所以本發(fā)明的紫置特別適于機(jī)動(dòng)運(yùn)行。
前文描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，而且并非認(rèn)為限定意義。本發(fā)明工 作方式的任何改變或機(jī)械等同物，連同進(jìn)一步的構(gòu)件和亞組合，對(duì)于本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員而言都是顯而易見(jiàn)的，都將包含于下述權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種熱解農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)的裝置，包括a)一流化床熱解反應(yīng)器；b)一燃燒室；c)一位于燃燒室內(nèi)并與熱解反應(yīng)器流體連通的升液管，該升液管含有下進(jìn)口和上出口；d)一位于升液管中接近進(jìn)口處的噴嘴，用于排出位于熱解反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)升液管向上的第一惰性可流化介質(zhì)。
2. —種如權(quán)利要求1戶腿的驢，其中燃燒室與熱解反應(yīng)器有共有表面。
3. —種如權(quán)禾腰求2戶脫的體，其中燃燒室為圓柱狀，而且其中熱 解反應(yīng)器位于燃燒室周?chē)沫h(huán)狀部分。
4. 一種如權(quán)利要求3所述的裝置，其中共有表面為一環(huán)狀壁，其位 于熱解反應(yīng)器和燃燒室之間。
5. —種如權(quán)利要求1所述的裝置，其巾燃燒室包含流化床，其含有 第二惰性可流化介質(zhì)。
6. —種如權(quán)利要求1所述的裝置，其中熱解反應(yīng)器和燃燒室不連通。
7. —種如權(quán)利要求1所述的裝置，其中出口含有定向裝置以將從升 液管中排出的第一惰性可流化介質(zhì)導(dǎo)向熱解反應(yīng)器內(nèi)的預(yù)定位置。
8. —種如權(quán)利要求7所述的裝置，其中定向裝置包含擋板、成角度 的偏轉(zhuǎn)板、彎管或管套。
9. 一種如權(quán)利要求7所述的裝置，其中定向裝置相對(duì)于從介質(zhì)由出 口排出方向橫向引導(dǎo)第一惰性可流化介質(zhì)。
10. —種如權(quán)利要求7戶服的裝置，其中定向驢向下弓i導(dǎo)第一惰性 可流化介質(zhì)。
11. 一禾中如權(quán)利要求7所述的裝置，其中熱解反應(yīng)器包含一開(kāi)口以由 定向裝置將生物物質(zhì)供給熱解反應(yīng)器，以帶走從升液管排出的第一惰性可 流化介質(zhì)。
12. —種如權(quán)利要求1所述的裝置，其中噴嘴含有研磨裝置以從第一 惰性可流化介質(zhì)中除去炭。
13. —種如權(quán)利要求1所述的裝置，其中含有數(shù)個(gè)升液管。
14. 一種如權(quán)利要求1戶腿的裝置，其中裝置是機(jī)動(dòng)的。
15. —種熱解農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)的方法，其包括a) 提供如權(quán)利要求1所述的裝置；b) 在燃燒室內(nèi)由燃料產(chǎn)生熱量；C)在流化床熱解反應(yīng)器內(nèi)使用低氧含量氣體流化第一惰性可流化介質(zhì)；d) 將生物物質(zhì)引入熱解反應(yīng)器；e) 使用第一"t膏性可流化介質(zhì)排出向上通過(guò)升液管的生物物質(zhì)； 0將燃燒室內(nèi)熱量傳至升液管內(nèi)生物物質(zhì)；g) 將升液管出口處加熱生物物質(zhì)排入熱解反應(yīng)器；禾卩h) 在熱解反應(yīng)器中通過(guò)流化床向下流通加熱生物物質(zhì)。
16. —種如權(quán)利要求15所述的方法，其中第一惰性可流化介質(zhì)和生物 物質(zhì)從升液管中排入熱解反應(yīng)器的干舷區(qū)。
17. —種如權(quán)利要求15所述的方法，其中第一惰性可流化介質(zhì)和生物 物質(zhì)向下排入熱解反應(yīng)器的流化床。
18. —種如權(quán)利要求15所述的方法，其中生物物質(zhì)被導(dǎo)入熱解反應(yīng) 器的流化床。
19. 一種如權(quán)利要求15所述的方法，其中從熱解反應(yīng)器中排出的低 氧含量氣體含有由生物物質(zhì)熱解產(chǎn)生的可冷凝的氣態(tài)產(chǎn)物。
20. —種如權(quán)利要求15所述的方法，其中生物物質(zhì)的密度比第一惰 性可流化介質(zhì)低。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成燃燒室和流化床熱解反應(yīng)器。在一個(gè)實(shí)施例中，燃燒室為圓柱形，而且在燃燒室附近有一含有環(huán)形壁以熱傳的環(huán)狀熱解反應(yīng)器。燃燒室內(nèi)有與熱解反應(yīng)器流體連通的升液管，以使生物物質(zhì)流通和惰性可流化介質(zhì)向上通過(guò)升液管；這有利于增加熱傳并產(chǎn)生較快的熱解。介質(zhì)和生物物質(zhì)從升液管排入熱解反應(yīng)器的干舷區(qū)或流化床的低密度區(qū)。在熱解過(guò)程中產(chǎn)生有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的可冷凝的氣態(tài)產(chǎn)物。該裝置和方法特別適于低密度農(nóng)業(yè)生物物質(zhì)的熱解。該裝置為小型且特別適于機(jī)動(dòng)運(yùn)行。
文檔編號(hào)B09B3/00GK101198418SQ200680020612
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月8日
發(fā)明者法蘭叩·貝爾魯逖, 羅那爾德·金, 賽德李克·布理恩斯 申請(qǐng)人:西安大略大學(xué);農(nóng)業(yè)熱有限公司