專利名稱：一種用來(lái)氣化有機(jī)物料和物料混合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種根據(jù)權(quán)利要求1前敘部分的用來(lái)氣化有機(jī)物料和物料混合物的方法。
從US-PS 4,568,362[1]可獲知一種用來(lái)氣化有機(jī)物料和物料混合物的方法，在該法中有機(jī)物料被導(dǎo)入熱解反應(yīng)器中，在反應(yīng)器中這些物料與載熱介質(zhì)接觸，這樣就發(fā)生快速的熱解作用，這些有機(jī)物料就轉(zhuǎn)變成熱解產(chǎn)物，即轉(zhuǎn)變成具有可冷凝物料的熱解氣體和固態(tài)的含碳的殘留物。通過(guò)燃燒固態(tài)的含碳的殘留物而產(chǎn)生熱解所必需的熱能。這些含焦油的熱解氣體在第二反應(yīng)區(qū)域進(jìn)行裂解反應(yīng)和與水蒸汽進(jìn)行反應(yīng)而得到具有高熱值的產(chǎn)物氣體。
在該法中不僅熱解而且固體的，含碳的殘留物的燃都在一個(gè)流化床內(nèi)進(jìn)行。在熱解-流化床反應(yīng)器的上部有一個(gè)用于含焦油的熱解氣的反應(yīng)區(qū)域。載熱介質(zhì)與固體的含碳的殘留物一起部分地通過(guò)熱解-流化床反應(yīng)器的頂部，而剩余部分通過(guò)安裝在流化床上邊緣的管道而排放出并被輸送到流化床的燃燒室。在此固態(tài)的含碳的殘留物燃燒，載熱介質(zhì)被加熱。被加熱了的載熱介質(zhì)和爐渣與廢氣一起排出流化床燃燒室，在安裝在熱解-流化床反應(yīng)器上部的氣體/固體分離器中被分離，輸送入熱解反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)域，從這里它們重新進(jìn)入熱解反應(yīng)器的流化床(載熱介質(zhì)循環(huán))。
然而流化床的運(yùn)轉(zhuǎn)是非常昂貴的，并且在反應(yīng)區(qū)域熱解氣體的反應(yīng)的影響幾乎是不可能的。此外在反應(yīng)區(qū)域必須使用高過(guò)熱的水蒸汽，這又是以加入昂貴準(zhǔn)備的水為前提條件的。
從DE-PS 197 55 692[2]獲知一種用來(lái)氣化有機(jī)物料和物料混合物的方法，在該法有機(jī)物料在移動(dòng)床(Wanderbett)反應(yīng)器中與載熱介質(zhì)接觸，從而進(jìn)行快速熱解，熱解中有機(jī)物料部分轉(zhuǎn)變成含碳的固體殘留物，一部分轉(zhuǎn)變成由可冷凝的，揮發(fā)性的和氣態(tài)成分構(gòu)成的熱解氣體。
此后，載熱介質(zhì)和熱解焦輸送入燃燒器，在燃燒器中一方面含碳的殘留物燃燒，另一方面載熱介質(zhì)在其再次被輸入熱解之前被加熱。
含焦油的熱解氣在添加入反應(yīng)劑-通常為水蒸汽后，在作為間接熱交換器的第二反應(yīng)區(qū)域進(jìn)一步加熱而得到具有高熱值的產(chǎn)物氣體，在此這個(gè)熱交換器的間接加熱通過(guò)燃燒廢氣而進(jìn)行，同時(shí)廢氣被冷卻。爐渣在燃燒室后從載熱介質(zhì)和固態(tài)的、含碳的殘留物爐渣的混合物的部分流中機(jī)械地與載熱介質(zhì)分離、冷卻和排出。
然而這個(gè)方法有幾方面的問(wèn)題，用來(lái)實(shí)施這個(gè)方法的裝置是昂貴的，這不僅對(duì)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)而且對(duì)使用都有不利的影響；首先處于加熱了的狀態(tài)下的載熱介質(zhì)從燃燒室輸送回?zé)峤馄?，即在遠(yuǎn)高于熱解溫度550-650℃的溫度下輸送。這就必須得用原材料和機(jī)械方面特別昂貴的輸送工具。此外對(duì)于加熱了的載熱介質(zhì)還與爐渣混合，還要考慮爐渣的軟化和結(jié)渣問(wèn)題。第二，所應(yīng)用的間接熱交換器由于它的工作條件一二側(cè)溫度為500-1,000℃，一側(cè)還原條件，不僅在熱解-和產(chǎn)物氣而且在燃燒室廢氣中的強(qiáng)烈腐蝕成分-需要非常昂貴的材料和由于可能的爐渣軟化而需要一個(gè)附加的，可能昂貴的清除系統(tǒng)。在熱交換器中的爐渣結(jié)渣的危險(xiǎn)也嚴(yán)格限制了燃燒器的運(yùn)轉(zhuǎn)和結(jié)構(gòu)。另一個(gè)困難是蒸汽與熱解氣的混合蒸汽或者非常浪費(fèi)地被高過(guò)度地加熱或者下降到導(dǎo)致焦油的冷凝和由此產(chǎn)生的結(jié)渣問(wèn)題的溫度。最后可設(shè)想下面的情況，即在燃燒室向要重新加熱的載熱介質(zhì)的一定的熱傳遞不能得到保證。所以令人擔(dān)憂的是，在燃燒室中熱解焦和載熱介質(zhì)分離，結(jié)果例如在爐蓖燃燒室的情況下熱解焦在上層燃燒，而與此同時(shí)載熱介質(zhì)甚至還在被從下面流入的爐蓖空氣而冷卻。
本發(fā)明基于的任務(wù)是研制出用較低的儀器費(fèi)用用來(lái)產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的，沒(méi)有被稀釋的和足夠熱值的產(chǎn)物氣體的簡(jiǎn)單易行的方法，在該法中避免使用具有二側(cè)高溫的流化床或熱交換器，而且在該法中從燃燒器向載熱介質(zhì)的熱傳送以特定的方式進(jìn)行。
該任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1的特征組合而得以解決。與[2]類似將繼續(xù)遵循[2]的基本思路，所發(fā)明的方法將分成三個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)施的方法步驟快速熱解，在輸入熱的均勻氣相反應(yīng)中混入工藝蒸汽后從熱解氣體中獲得產(chǎn)物氣體，通過(guò)燃燒熱解焦，一種固態(tài)的含碳?xì)埩粑锒a(chǎn)生熱解和氣相反應(yīng)所必需的熱量。然而根本性的思路擴(kuò)展是燃燒室的熱量以一定的方式和強(qiáng)迫性傳送給載熱介質(zhì)。即如[2]所描述的，如果熱解焦和載熱介質(zhì)作為混合物被輸送入燃燒室，那么就必須考慮，例如載熱介質(zhì)和熱解焦在燃燒爐蓖上分離，結(jié)果在燃燒過(guò)程中載熱介質(zhì)不僅沒(méi)有足夠地被加熱，而且甚至還被從爐蓖下面流入的燃燒空氣所冷卻。只有在回轉(zhuǎn)爐或流化床中一定的強(qiáng)迫的熱傳輸是可能的，因?yàn)樵诖斯腆w物通過(guò)爐蓖的攪拌作用而被徹底混合。然而回轉(zhuǎn)爐是一個(gè)具有非常差的空氣混合作用的非常貴的燃燒室，而出于上述的原因不考慮流化床。
根據(jù)本發(fā)明熱解焦和載熱介質(zhì)的混合物在離開熱解反應(yīng)器后直接分離，熱解焦輸送入燃燒室，而載熱介質(zhì)輸送入加熱區(qū)域，在其中作為熱的煙氣的料體(Schüttung)，這樣就一定得到加熱。通過(guò)這樣達(dá)到的一方面熱解焦的燃燒和另一方面載熱介質(zhì)加熱的分開，可達(dá)到二個(gè)目的一個(gè)是熱解焦的燃燒可完全適合這種材料的要求，這就是說(shuō)，基本上又可以考慮每個(gè)燃燒室的類型。另一個(gè)是根據(jù)本發(fā)明的方法載熱介質(zhì)的加熱區(qū)域可移置到裝置的任意一處，結(jié)果可替代被加熱到最高過(guò)程溫度的載熱介質(zhì)昂貴的機(jī)械輸送，只出現(xiàn)由燃燒室出來(lái)的熱的廢氣比較簡(jiǎn)單的輸送和有較低的過(guò)程溫度-離開熱解反應(yīng)器后的基座溫度-的載熱介質(zhì)輸入加熱區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，有機(jī)物料的熱解在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，該反應(yīng)器以儀器盡可能的簡(jiǎn)單和較耐用的方式，以盡可能有效的方式傳送用于加熱、干燥和熱解所必需的熱量。對(duì)此通?？紤]移動(dòng)床反應(yīng)器或回轉(zhuǎn)式爐用于這個(gè)任務(wù)。熱解溫度優(yōu)選為500-650℃。
熱解焦與載熱介質(zhì)的分離方式取決于載熱介質(zhì)的狀態(tài)，并且可以不同的方式進(jìn)行。例如可用二級(jí)篩分進(jìn)行機(jī)械分離。要分離的介質(zhì)的溫度只為大約500-650℃時(shí)能產(chǎn)生較好的作用，使得能采用市場(chǎng)通用的材料。當(dāng)載熱介質(zhì)由在一個(gè)窄的顆粒大小范圍內(nèi)的形狀恒定的粒子構(gòu)成時(shí)，那么可以考慮二級(jí)過(guò)濾分離。載熱介質(zhì)作為中間級(jí)抽取，而熱解焦作為粗-和細(xì)粒級(jí)抽取。只要二個(gè)過(guò)濾切口足夠近的在一起時(shí)，只有很少份額的熱解焦到達(dá)載熱介質(zhì)中，這里通常就不產(chǎn)生干擾了。另一種可能性就是利用載熱介質(zhì)所具有的磁性，如象小鋼珠。這些可用磁鐵從混合物中分離出來(lái)。然而在此要注意，熱的粒狀材料的磁性分離還沒(méi)能以市場(chǎng)常見(jiàn)元件實(shí)現(xiàn)。最后當(dāng)載熱介質(zhì)具有足夠的密度時(shí)，還可能用風(fēng)力分離。在此燃燒空氣可提供用作為風(fēng)力流，然而出于安全的理由優(yōu)選采用循環(huán)回來(lái)的煙氣分流。在一個(gè)這樣的情況下將燃燒室安裝在分離級(jí)的非常近的位置是合適的。燃燒室應(yīng)該優(yōu)越地利用氣體載體中的燃燒物的流化和彌散，如旋渦燃燒室。
通過(guò)載熱介質(zhì)和熱解焦的分離，燃燒室的類型現(xiàn)在幾乎是不重要的了。然而還有一些邊界條件在所給定的重整的溫度下在燃燒室端部的煙氣在一個(gè)溫度下被排出，這個(gè)溫度考慮到了去加熱區(qū)域的路徑中的熱損，在加熱區(qū)域內(nèi)向載熱介質(zhì)熱傳輸?shù)奶荻龋谥卣陂g在第二反應(yīng)區(qū)域中在熱傳輸時(shí)載熱介質(zhì)的梯度。例如假如重整的溫度為1,000℃，那么在這個(gè)區(qū)域的入口的載熱介質(zhì)的溫度應(yīng)為1,050℃。對(duì)于加熱區(qū)域的相應(yīng)布置煙氣溫度能達(dá)到1,075℃。為了彌補(bǔ)從燃燒室至這個(gè)加熱區(qū)域的路徑的損失，廢氣在離開燃燒室時(shí)必須是稍微更熱一點(diǎn)，例如1,100℃。另一方面關(guān)于礦物含量的熱解焦必須經(jīng)常遵守一定的邊緣條件。所以雖然原則上不需要排除爐渣的熔液或下沉物，但是作為產(chǎn)物的爐渣在避免各種軟化下被干燥地排出是必需的，例如，當(dāng)氣化雞糞時(shí)所產(chǎn)生的爐渣應(yīng)用作為高效的有價(jià)值的肥料。在這種情況下例如應(yīng)用具有不足的化學(xué)計(jì)量學(xué)的分級(jí)燃燒操作，在這種燃燒操作下只有通過(guò)輸入次級(jí)空氣才能達(dá)到完全燃燒而產(chǎn)生必需的溫度。還要提出的是，在所形成的熱解焦不足以產(chǎn)生足夠的過(guò)程熱量時(shí)，產(chǎn)物氣能被補(bǔ)充點(diǎn)燃。
現(xiàn)在將第二反應(yīng)區(qū)域包括在載熱介質(zhì)的循環(huán)中是第二個(gè)重要的補(bǔ)充在已知的與水蒸汽的反應(yīng)后在與載熱介質(zhì)的直接接觸時(shí)發(fā)生了改進(jìn)，例如因?yàn)橛捎谳d熱介質(zhì)的再循環(huán)而總能再生傳送熱量的表面，所以由于可能的炭黑形成和其他的裂化過(guò)程而導(dǎo)致的結(jié)渣現(xiàn)在是可容忍的了。將第二反應(yīng)區(qū)域包括在載熱介質(zhì)循環(huán)中的結(jié)果是較大地?cái)U(kuò)大了載熱介質(zhì)循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的方法開辟了至少二種控制載熱介質(zhì)循環(huán)導(dǎo)向的原則上的可能性。對(duì)于載熱介質(zhì)，第二反應(yīng)區(qū)域和熱解反應(yīng)器可以串聯(lián)或并行聯(lián)接。串聯(lián)的主要優(yōu)點(diǎn)是儀器的簡(jiǎn)單性加熱區(qū)域，第二反應(yīng)區(qū)域和熱解反應(yīng)器上下聯(lián)接安裝，結(jié)果載熱介質(zhì)由于重力的作用而從上到下通過(guò)裝置。相對(duì)于[2]中描述的裝置，熱解發(fā)生這樣的變化，即現(xiàn)在必須以具有低得多的溫度的許多載熱介質(zhì)進(jìn)行熱解。例如當(dāng)具有1,050℃的載熱介質(zhì)進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)域以進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，離開時(shí)載熱介質(zhì)的溫度只有大約750℃。對(duì)于并行聯(lián)接，熱解步驟相對(duì)于[2]中所描述的裝置沒(méi)有變化。由于熱的載熱介質(zhì)流要分配到熱解反應(yīng)器和第二反應(yīng)區(qū)域，接著一起輸送，所以必須考慮較高的儀器費(fèi)用。所以并行聯(lián)接只有在加入物料與特別熱的載熱介質(zhì)的熱觸是優(yōu)越的情況下才是優(yōu)選的。
最后過(guò)程蒸汽與熱解氣體的混合應(yīng)在改進(jìn)前在第二反應(yīng)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行這必須相對(duì)于所期望的均勻的氣相反應(yīng)過(guò)剩進(jìn)行，因?yàn)橹挥羞@樣才能始終抑制可能的炭黑形成。在此過(guò)剩的中止點(diǎn)在于在剛生成的產(chǎn)物氣體中保持一定的水蒸汽濃度，即例如20體積％或更多。另外還要預(yù)計(jì)到具有作為測(cè)量值的水蒸汽濃度所給出的過(guò)程蒸汽加入的流量控制可能是非常昂貴的。較好的是保持一固定的值，即該值以總是可能有的測(cè)量值而根據(jù)功率輸入。在此無(wú)論如何要提到的是根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置可能性在于選擇過(guò)程蒸汽與熱解氣的混合處。這個(gè)混合最遲也要在進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)域，重整裝置之前進(jìn)行，但是可以向上流動(dòng)的方式轉(zhuǎn)移至熱解反應(yīng)器和熱解反應(yīng)器里面直至底部的任意位置。熱解反應(yīng)器的底部指的是載熱介質(zhì)和固態(tài)的、含碳的殘?jiān)幕旌衔锍隹?。這樣雖然改變了熱解和改進(jìn)之間的加入熱量的分配，但是最后在加入蒸汽的情況下對(duì)于在熱解反應(yīng)器固體側(cè)出口附近用蒸汽清洗熱解具有多方面的優(yōu)越性首先熱解氣體的溫度在熱解氣輸送到第二反應(yīng)區(qū)的路徑中的任一處都不會(huì)下降，結(jié)果也就不會(huì)發(fā)生冷凝。第二點(diǎn)已為人們熟知[3]，即對(duì)于生物物料的熱解時(shí)通過(guò)水蒸汽的清洗可提高揮發(fā)性成分的產(chǎn)率。這是優(yōu)越的，因?yàn)樘叩墓腆w熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率超出了方法的熱需求而減少了產(chǎn)物氣體的產(chǎn)率和-與其相關(guān)聯(lián)的-冷氣體效率。最后第三點(diǎn)可防止熱解氣體沿著載熱介質(zhì)和熱解焦的分離級(jí)的方向可能的泄漏。


圖1示出了本發(fā)明的一個(gè)可能的裝置。其中它是逐漸向上的圖示出的串聯(lián)裝置，在該裝置中加熱區(qū)域，第二反應(yīng)區(qū)域(重整裝置)和熱解反應(yīng)器從上至下互相聯(lián)接的。加入物料101通過(guò)輸送裝置102和閘門103而導(dǎo)入熱解反應(yīng)器104中。輸送裝置102制成蝸桿輸送器，帶式運(yùn)輸機(jī)或類似機(jī)器，這些機(jī)器可被加熱，在此利用廢氣和產(chǎn)物氣體的余熱(見(jiàn)下面)具有優(yōu)點(diǎn)地-即可提高總效率-加入用作為低溫?zé)崃俊．?dāng)涉及到一個(gè)敞開系統(tǒng)時(shí)，蒸汽混合物152向周圍環(huán)境排入，否則的話蒸汽混合物或者加入到熱解反應(yīng)器104或者加入到燃燒室105。加入到熱解反應(yīng)器104具有只須輸入較少的過(guò)程蒸汽的優(yōu)點(diǎn)。然而加入到燃燒室105在技術(shù)上更簡(jiǎn)單，因?yàn)榧尤胧窃谏缘偷呢?fù)壓下進(jìn)行的。熱解反應(yīng)器優(yōu)選地構(gòu)建成圓柱形。除了加入物料還向熱解反應(yīng)器加入通過(guò)閘門106從第二反應(yīng)區(qū)域(重整裝置)107流出來(lái)的載熱介質(zhì)。閘門106可以是任意一種構(gòu)型，然而優(yōu)選為滾筒式閘門或脈沖式頂推閘門，閘門不必是氣體密封的。
首先描述被驅(qū)動(dòng)的揮發(fā)性氣體的行進(jìn)路徑。這些揮發(fā)性氣體離開熱解反應(yīng)器104后與加入的過(guò)程蒸汽混合，混合物通過(guò)單獨(dú)的管道108而流向第二反應(yīng)區(qū)域107。原則上通過(guò)閘門106的路徑而去除掉單獨(dú)的管道108也是可能的，即當(dāng)將該路徑安裝成氣體隨時(shí)可無(wú)限制地通過(guò)，而載熱介質(zhì)只能計(jì)量地或在閘門過(guò)程中脈沖通過(guò)該路徑。由于載熱介質(zhì)只能計(jì)量進(jìn)入熱解反應(yīng)器104，就有可能完全中斷流入，所以所有的熱解氣量與所混合的過(guò)程蒸汽109必須能永遠(yuǎn)無(wú)阻礙地逸出。通過(guò)第二反應(yīng)區(qū)域(重整裝置)107的底部的一個(gè)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，熱解出來(lái)的揮發(fā)性氣流以盡可能長(zhǎng)的路徑導(dǎo)入通過(guò)重整裝置中的載熱介質(zhì)料體。后者以與在加熱下要與產(chǎn)物氣體反應(yīng)的氣體混合物的對(duì)流方向從上至下流動(dòng)并且在此過(guò)程中冷卻。在重整裝置107的上部有一個(gè)用來(lái)支持轉(zhuǎn)換過(guò)程的料體或優(yōu)選的為蜂窩狀填料形式的催化劑111。催化劑111位于重整裝置107的上部熱端是重要的，因?yàn)樵谠撎幧傻漠a(chǎn)物氣還沒(méi)有被凈化，因此產(chǎn)物氣還含有與加入物料相關(guān)的催化劑毒化物如硫，然而例如鎳基的許多催化劑在高溫下是更不靈敏的，甚至可被再生或“被自由燃燒”。這在重整裝置107中例如通過(guò)經(jīng)常發(fā)生的、較少的空氣混合而非常容易達(dá)到，然而在這個(gè)時(shí)候以損害產(chǎn)物氣質(zhì)量為代價(jià)的。產(chǎn)物氣流112向上流出重整裝置107。同時(shí)在該處所有的熱解氣或產(chǎn)物氣路徑有最高的溫度，所以產(chǎn)物氣流112的可感覺(jué)到的熱量無(wú)論如何應(yīng)該加以利用。這個(gè)利用過(guò)程優(yōu)越地在余熱爐113中進(jìn)行。這樣至少一部分在此產(chǎn)生的蒸汽可作為過(guò)程蒸汽109再輸送入過(guò)程中。原料產(chǎn)物氣的余熱被利用后，原料產(chǎn)物氣進(jìn)入凈化-和調(diào)整級(jí)114中，它的作用方式與下面的產(chǎn)物氣的加入目的相適應(yīng)，并且已為人們所熟知。在凈化級(jí)114中同時(shí)包括一個(gè)用于通常通過(guò)冷卻產(chǎn)物氣體而得到的含水的冷凝物的調(diào)節(jié)器。閥115調(diào)節(jié)熱解反應(yīng)器104的壓力-優(yōu)選為稍微超壓-以及產(chǎn)物氣體和其前體的輸送。被凈化了的產(chǎn)物氣流116通過(guò)閥115后而流出裝置。可能被調(diào)節(jié)了的冷凝物流153現(xiàn)在可作為注入水而輸送入余熱爐113中或在燃燒室105中蒸發(fā)，結(jié)果原則上整個(gè)過(guò)程的無(wú)廢水的進(jìn)行是可能的。將冷凝物輸送入燃燒室的可能性在于，冷凝物被輸送入下面還要描述的分離級(jí)121中并且在冷卻載熱介質(zhì)或含碳的殘?jiān)鼤r(shí)被蒸發(fā)，蒸汽混合物被輸送入燃燒室。假如可感覺(jué)到熱量還要進(jìn)一步繼續(xù)利用，或可能的蒸汽輸出到外面的消耗器(也稱作加入物料的外部的或輸送器102內(nèi)部調(diào)節(jié)器)，那么新加入的水154適合作為注入水，而冷凝物153盡可能完全被扔掉或燃燒。”下面接著描述載熱介質(zhì)和熱解焦的路徑。載熱介質(zhì)和熱解焦的混合物通過(guò)閘門-和輸送裝置120而進(jìn)入分離級(jí)121。分離級(jí)的作用方式-通過(guò)機(jī)械過(guò)濾或篩分或磁性-已在上面描述過(guò)了。被分離的熱解焦流122-最好立即-輸送入燃燒室105。在此熱解焦與燃燒空氣155燃燒生成熱的廢氣，該廢氣通過(guò)熱氣體管道123而被輸送入載熱介質(zhì)的加熱區(qū)域117(預(yù)熱器)。通過(guò)空氣過(guò)剩或煙氣回流以及分級(jí)燃燒而將燃燒物的溫度和煙氣溫度互相分開使得不管必需的煙氣溫度而能被干燥除灰的可能性，是作為已知的先決條件，所以不再進(jìn)一步闡述。還需要提到的是爐渣流156，其向燃燒室外排出并且在排出過(guò)程中必要時(shí)冷卻。
載熱介質(zhì)用輸送工具124直接輸送到預(yù)熱器117中。輸送工具在機(jī)械方面裝置成適合在最小熱量損失的條件的熱材料的運(yùn)送。在此可考慮使用斗式傳送機(jī)，管鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)或斗式提升機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明所提出的裝置，預(yù)熱器117直接安裝在重整裝置107的上方，通過(guò)閘門118與重整裝置在氣體側(cè)被分離開。閘門118必須盡可能的是氣體密封的，以使得煙氣和產(chǎn)物氣不能相互混合。對(duì)于閘門118的結(jié)構(gòu)類型沒(méi)有特殊的要求。類似于重整裝置107廢氣從下向上與載熱介質(zhì)對(duì)流通過(guò)預(yù)熱器。廢氣以大約500℃的過(guò)程底座溫度從上進(jìn)入預(yù)熱器117。這個(gè)底座溫度是由由于熱量損失從熱解終端溫度扣除溫度的下降而得出的。假如預(yù)熱器117(類似適合于重整裝置107)設(shè)計(jì)成足夠大，那么輸送工具124以及閘門元件118和106幾乎可任意不連續(xù)地工作。
廢氣以稍高于底座溫度的溫度流出預(yù)熱器117。通常廢氣量要比產(chǎn)物氣量大得多。因此必須馬上利用廢氣流出預(yù)熱器后所具有的余熱。這可優(yōu)選通過(guò)在空氣預(yù)熱器(LUVO)125中的燃燒空氣的預(yù)熱來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橐赃@種方式所回收的熱量在燃燒后又在大約500℃的底座溫度以上以有效能地被利用。這種熱量轉(zhuǎn)移在蒸汽產(chǎn)生的路徑中不可能或只能以太大的浪費(fèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在空氣預(yù)熱器125后安裝上根據(jù)加入物料和有效的發(fā)射限制配置的和其作用方式已知的凈化級(jí)126和抽引通風(fēng)機(jī)127。被凈化了的廢氣157通常向周圍環(huán)境排入，在此為了更好溫度控制可回流一部分廢氣158進(jìn)入燃燒室105。
圖2簡(jiǎn)要地示出了第二反應(yīng)區(qū)域(重整裝置)和熱解反應(yīng)器的載熱介質(zhì)一側(cè)的平行聯(lián)接著的裝置的方法技術(shù)核心。加入物料201通過(guò)熱解反應(yīng)器202和分離級(jí)203到達(dá)燃燒室204(燃燒空氣251)的路徑是基本上一樣的。然而在此重整裝置205位于熱解反應(yīng)器邊上的基本同一的高度，加熱區(qū)域所采用的預(yù)熱器206位于熱解反應(yīng)202和重整裝置205上方。從預(yù)熱器206流出的被最大加熱了的載熱介質(zhì)通過(guò)二個(gè)已描述過(guò)了的裝料漏斗和互相獨(dú)立可操作的計(jì)量閘門207和208平行地被輸送到重整裝置205和熱解反應(yīng)器202。從重整裝置205流出的載熱介質(zhì)不被導(dǎo)入通過(guò)分離級(jí)203。通過(guò)熱解反應(yīng)器202和在分離級(jí)203與熱解焦分離了的載熱介質(zhì)和通過(guò)重整裝置205的載熱介質(zhì)用運(yùn)輸工具209一起輸送入預(yù)熱器206中。對(duì)于在預(yù)熱器206后的原料產(chǎn)物氣流210和廢氣流211都如圖1所示的那樣串聯(lián)的，所以在這個(gè)地方并行聯(lián)接的裝置可以被拆除。
圖3非常簡(jiǎn)要地圖示出了在圖1所示出的串聯(lián)裝置根據(jù)本發(fā)明的方法的特殊使用情況，在此在圖2中所示出的并聯(lián)法的使用情況以相應(yīng)的方式起作用。在此加入物料300如常用的那樣進(jìn)入熱解反應(yīng)器301并且在形成熱解焦的情況下通過(guò)熱解反應(yīng)器。這里熱解焦在分離級(jí)302中與載熱介質(zhì)分離，通過(guò)冷卻-和調(diào)節(jié)級(jí)303作為可利用的焦304從過(guò)程中抽取并以任意一種方式進(jìn)一步應(yīng)用。級(jí)303可以是例如置于真空中的變換容器，然而也可是焦干熄裝置。燃燒室305里至少有下列燃燒材料之一種燃料燃燒以加熱載熱介質(zhì)，這些燃料為外來(lái)的燃料306或一部分產(chǎn)物氣流307或一部分熱解焦308。燃料306也可以是一部分加入物料流300，只要其能夠燃燒。這對(duì)于啟動(dòng)根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置有特別意義。否則的話，要考慮許多氣態(tài)的，液態(tài)的或固態(tài)燃料。例如假如在熔煉過(guò)程中產(chǎn)物氣體作為還原劑，那么也許爐頂煤氣或其他任一種貧煤氣可用作為燃料306。在圖3中所描述的情況下，燃燒室305的位置不再?gòu)?qiáng)制地直接靠近分離級(jí)302，而可以稍直接地靠近加熱區(qū)域309。因此重整裝置310在此不被涉及到，產(chǎn)物氣體311的質(zhì)量和廢氣312的進(jìn)一步處理也一樣少的被涉及到。在圖3中還示出了載熱介質(zhì)的輸送裝置313，加入物料的裝料閘門320，重整裝置和熱解反應(yīng)器之間的閘門321，熱解反應(yīng)器的抽取閘門322，加熱區(qū)域和重整裝置之間的閘門323，燃燒空氣流351以及過(guò)程蒸汽流352。
實(shí)施例在根據(jù)圖1的裝置中200kg/h(afro)木材，也即具有30％濕度的286kg/h的空氣干燥的木材被氣化。木材含有2％的爐渣(無(wú)水的)，其他的基本由50％碳，6％氫，42％氧和1.9％氮構(gòu)成，以無(wú)水和無(wú)爐渣計(jì)算。在無(wú)水的狀態(tài)下低熱值為18.0MJ/kg。因此其熱氣化功率為1,000KW。熱解在550℃下進(jìn)行，與水蒸汽的改進(jìn)在950℃下進(jìn)行。工作壓力為大氣壓。
大約10mm顆粒大小的鋼珠作為載熱介質(zhì)。首先將載熱介質(zhì)從500℃加熱到950℃。由于用于熱解和改進(jìn)，以及用來(lái)彌補(bǔ)熱損失必需251KW的熱功率，所以載熱介質(zhì)的循環(huán)量為4,300kg/h，也即木材進(jìn)料的21.5倍。熱解反應(yīng)器是一個(gè)砌爐襯的，圓柱形的，高為1.3m，直徑為0.9米的爐子，所以熱解移動(dòng)床肯定有0.5小時(shí)的停留時(shí)間。在熱解過(guò)程中，木料被如下轉(zhuǎn)為，即木材干料的20質(zhì)量％作為熱解焦留下，即42kg/h。這具有9.5％的爐渣份額，含有以無(wú)水-和爐渣為基礎(chǔ)92.2％碳，2.6％氫和5.2％氧。熱值為29.1MJ/kg。改進(jìn)在950℃下在一個(gè)載熱介質(zhì)料體中進(jìn)行，該爐為圓柱形，高為0.9m，直徑為0.7米，所以氣體停留時(shí)間肯定保持為0.5秒。這樣可得到下列的產(chǎn)物氣體熱值9.10MJ/kg，干態(tài)氫59.7體積％，干態(tài)一氧化碳17.0體積％，干態(tài)甲烷1.4體積％，干態(tài)二氧化碳21.9體積％，干態(tài)水蒸汽24.8體積％數(shù)量402Nm3/h化學(xué)熱函流765KW流向燃燒室的熱解焦的熱函流為341KW。這樣才能產(chǎn)生用于改進(jìn)，熱解，產(chǎn)物氣體冷卻廢水的蒸發(fā)和彌補(bǔ)熱損失的熱量并且將燃燒室中必需的燃燒空氣加熱到350℃。燃燒室效率為80.1％，因此廢氣損失為58KW。產(chǎn)物氣體的可感覺(jué)到的熱量為168KW，用這些熱量可以產(chǎn)物145kg/h的低壓飽和蒸汽，其中50kg/h必須作為在改進(jìn)中的過(guò)程蒸汽，而其余的可另作他用。US-PS 4,568,362[2]DE-PS 197 55693[3]M.Stenseng，A.Jensen，K.Dam-Johansen，M.Groneli生物物料熱解的實(shí)驗(yàn)研究和動(dòng)力學(xué)模型，Proc.2ndOile LindstromSymposium，Stockholm 8-11 June 1999，97-104圖例說(shuō)明表101-加入物料102-用于加入物料的輸送裝置103-閘門104-熱解反應(yīng)器105-燃燒室106-閘門107-第二反應(yīng)區(qū)域(重整裝置)108-用于揮發(fā)性氣體的單獨(dú)管道109-被加入的過(guò)程蒸汽110-載熱介質(zhì)111-催化劑112-產(chǎn)物氣體流113-余熱鍋爐114-凈化-和調(diào)節(jié)級(jí)115-閥116-被凈化了的產(chǎn)物氣體流117-加熱區(qū)域(預(yù)熱器)118-閘門120-閘門-和輸送裝置121-分離級(jí)122-熱解焦流123-熱氣體管道124-輸送工具125-空氣預(yù)熱器(LUVO)126-凈化級(jí)127-抽引通風(fēng)機(jī)151-低溫?zé)崃?52-蒸汽混合物153-冷凝物流154-新加入的水155-燃燒空氣156-爐渣流157-被凈化了的廢氣158-被凈化了的廢氣的分流201-加入物料202-熱解反應(yīng)器203-分離級(jí)204-燃燒室205-重整裝置206-預(yù)熱器207-計(jì)量閘門208-計(jì)量閘門209-輸送工具210-原料產(chǎn)物氣流211-廢氣流251-燃燒空氣300-加入物料301-熱解反應(yīng)器302-分離級(jí)303-冷卻-和調(diào)節(jié)級(jí)304-有價(jià)值的焦305-燃燒室306-外來(lái)的燃料307-產(chǎn)物氣體308-熱解焦的分流309-加熱區(qū)域(預(yù)熱器)310-重整裝置311-產(chǎn)物氣體312-廢氣313-用于載熱介質(zhì)的輸送裝置320-加入物料的裝料閘門321-重整裝置與熱解反應(yīng)器之間的閘門322-熱解焦的抽取閘門323-加熱區(qū)域和重整裝置之間的閘門351-燃燒空氣流352-過(guò)程蒸汽流
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)氣化有機(jī)物料和物料混合物的方法，在該法中有機(jī)物料在熱解反應(yīng)器中通過(guò)與熱的載熱介質(zhì)的接觸而分裂成含碳的殘留物和作為揮發(fā)相的熱解氣體，固態(tài)的、含碳的殘留物輸送入燃燒室并且在此燃燒，放出的熱量至少部分地用來(lái)加熱載熱介質(zhì)，熱解氣在與反應(yīng)劑如水蒸汽在第二反應(yīng)區(qū)域可能的混合后，利用至少一部分在燃燒室放出的熱量，通過(guò)間接的熱交換而得到如此的后加熱，使得到的產(chǎn)物氣體具有高的熱值，其特征在于，a)載熱介質(zhì)流出熱解反應(yīng)器后在分離級(jí)與固態(tài)的、含碳的殘留物分離并且被輸送到加熱區(qū)域，b)固態(tài)的、含碳的殘留物在燃燒室燃燒，c)燃燒室的熱的廢氣在加熱區(qū)域被導(dǎo)入通過(guò)載熱介質(zhì)料體，在這個(gè)過(guò)程中廢氣將其大部分可感覺(jué)到的熱量傳遞給了載熱介質(zhì)，d)由加熱區(qū)域流出的被加熱了的載熱介質(zhì)被抽取進(jìn)入作為移動(dòng)床反應(yīng)器安裝的第二反應(yīng)區(qū)域，在此載熱介質(zhì)加熱熱解氣體和反應(yīng)劑的混合物并且將其轉(zhuǎn)為成產(chǎn)物氣體。e)載熱介質(zhì)通過(guò)第二反應(yīng)區(qū)域后又被輸送入熱解反應(yīng)器
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，熱解氣與水蒸汽的反應(yīng)是在催化劑的存在下進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一的方法，其特征在于，載熱介質(zhì)是由如沙粒、砂礫，金屬鋸屑，鋁硅酸鹽，金剛砂，雜砂巖，石英巖或堇青石等耐熱材料構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其特征在于，載熱介質(zhì)由金屬材料，優(yōu)選由磁性材料或非金屬陶瓷材料制成的模件構(gòu)成，也可由燒結(jié)材料或鐵礦球構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，所有所用的載熱介質(zhì)至少部分地由一種在第二反應(yīng)區(qū)域催化活性的材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法，其特征在于，載熱介質(zhì)和固態(tài)的，含碳的殘留物在流出熱解反應(yīng)器后的分離通過(guò)一級(jí)或多級(jí)篩分的機(jī)械方式進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其特征在于，載熱介質(zhì)和固態(tài)的、含碳的殘留物在流出熱解反應(yīng)器后通過(guò)磁性而分離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其特征在于，載熱介質(zhì)和固態(tài)的、含碳的殘留物在流出熱解反應(yīng)器后用風(fēng)力分級(jí)而分離，優(yōu)選使用空氣，在此又優(yōu)選為用于燃燒室的燃燒空氣，或廢氣，這里又優(yōu)選為從燃燒室流出的被回流的廢氣用作為風(fēng)力分級(jí)介質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的方法，其特征在于，一部分熱解氣體或產(chǎn)物氣體用于含碳?xì)埩粑镌谌紵一蛞粋€(gè)單獨(dú)的燃燒室中燃燒，在此所放出的熱量用于熱解或第二反應(yīng)區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一的方法，其特征在于，一部分固態(tài)的、含碳的殘留物分開的或與載熱介質(zhì)一起輸送回?zé)峤饣虻诙磻?yīng)區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的方法，其特征在于，下列介質(zhì)的至少一種以不連續(xù)的或分批的方式輸送有機(jī)物料，載熱介質(zhì)，固態(tài)的、含碳的殘留物，流出熱解反應(yīng)器的載熱介質(zhì)和固態(tài)的、含碳的殘留物的混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一的方法，其特征在于，產(chǎn)物氣體的和燃燒室廢氣的可感覺(jué)得到的熱量至少部分地被用來(lái)產(chǎn)生作為反應(yīng)劑的水蒸汽或用于燃燒室的空氣的預(yù)熱。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一的方法，其特征在于，產(chǎn)物氣體的和燃燒室廢氣的可感覺(jué)到的熱量至少部分地被間接地或直接地用來(lái)烘干和加熱有機(jī)物料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13之一的方法，其特征在于，通過(guò)加熱區(qū)域后的載熱介質(zhì)被分成，一部分通過(guò)第二反應(yīng)區(qū)域，一部分直接進(jìn)入熱解反應(yīng)器，已經(jīng)通過(guò)第二反應(yīng)區(qū)域的載熱介質(zhì)繼續(xù)被導(dǎo)入熱解反應(yīng)器或者在熱解反應(yīng)器后加入剩余的載熱介質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14之一的方法，其特征在于，反應(yīng)劑，優(yōu)選為水蒸汽在任一位置加入到熱解反應(yīng)器中，優(yōu)選為盡可能的靠近載熱介質(zhì)和固態(tài)的含碳的殘留物的混合物出口。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15之一的方法，其特征在于，在燃燒室中至少部分地一種固態(tài)的、液態(tài)的或氣態(tài)的燃料被加入，該燃料既不能是加入物料，也不能在方法運(yùn)行內(nèi)的任何位置由加入物料或該物料的二次產(chǎn)物形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16之一的方法，其特征在于，在熱解反應(yīng)器中產(chǎn)生的，固態(tài)的含碳的殘留物的至少一部分物流被抽取而不在燃燒室中燃燒。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17之一的方法，其特征在于，至少部分加入物料直接作為燃料而加入燃燒室。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18之一的方法，其特征在于，除了載熱介質(zhì)外，一種強(qiáng)堿性的固體物料，優(yōu)選為氧化鈣，氫氧化鈣和碳酸鈣也被導(dǎo)入通過(guò)熱解反應(yīng)器，接著其也與載熱介質(zhì)分離，或者導(dǎo)入通過(guò)燃燒室或直接向外排出。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19之一的方法，其特征在于，產(chǎn)物氣被冷卻，生成的冷凝物非必要地被凈化而且又被應(yīng)用來(lái)產(chǎn)生過(guò)程蒸汽，或?yàn)榱苏舭l(fā)和燃燒產(chǎn)物氣中含有的可燃成分將產(chǎn)生氣加入燃燒室或在燃燒室之前的載熱介質(zhì)或含碳的殘留物中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種底設(shè)備耗費(fèi)、簡(jiǎn)單易行的有機(jī)物料氣化方法,該方法可以產(chǎn)生未稀釋的高熱值產(chǎn)物氣,并且可以不用兩側(cè)都有高溫的流化床和熱交換器,且熱量以特定的方式從燃燒室傳送到載體介質(zhì),該方法這樣進(jìn)行,在加入物料(101)在熱解反應(yīng)器(104)中通過(guò)熱的載熱介質(zhì)的循環(huán)分離成揮發(fā)相和固體的含碳?xì)埩粑?其中揮發(fā)相在混入反應(yīng)劑(109)后也借助載熱介質(zhì)在第二反應(yīng)區(qū)域(重整裝置)(107)中通過(guò)進(jìn)一步加熱轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物氣,而固體的含碳?xì)埩粑镌诜蛛x級(jí)(121)中與載熱介質(zhì)分開并在燃燒室(105)中燃燒,而載熱介質(zhì)在加熱區(qū)域(117)中通過(guò)燃燒室(105)的廢氣加熱,從而載熱介質(zhì)又循環(huán)回到重整裝置(107)然后到達(dá)熱解反應(yīng)器(104)中。
文檔編號(hào)C10J1/207GK1376188SQ00813240
公開日2002年10月23日 申請(qǐng)日期2000年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月24日
發(fā)明者H－J·米倫, C·施密德 申請(qǐng)人:米倫兩合公司