用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的裝置和方法
【專(zhuān)利摘要】本文提供用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的裝置和方法的實(shí)施方式。該裝置包括再熱器，該再熱器用于包括包含含氧氣體、無(wú)機(jī)熱載體顆粒和炭的流化沸騰床，以及用于將該炭燃燒為灰分以形成加熱的無(wú)機(jī)顆粒。無(wú)機(jī)顆粒冷卻器與該再熱器流體連通，以接收該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的第一部分。該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器被配置以接收用于與該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的該第一部分進(jìn)行間接熱交換以形成第一部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒的冷卻介質(zhì)，該第一部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒被流動(dòng)傳遞至該再熱器中并與該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的第二部分混合，以形成第二部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒。反應(yīng)器與該再熱器流體連通，以接收該第二部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的裝置和方法
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明
[0002]本申請(qǐng)要求2011年9月22日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?3/240，570的美國(guó)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明一般地涉及用于含碳物質(zhì)的快速熱處理的裝置和方法，更具體地涉及用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的裝置和方法。
[0004]發(fā)明背景
[0005]含碳原料(如生物質(zhì))經(jīng)加工產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)和/或燃料可以通過(guò)迅速熱解(快速熱解或閃熱解)來(lái)完成。迅速熱解是一個(gè)通用術(shù)語(yǔ)，它包括在很短的時(shí)間內(nèi)快速將相對(duì)高的溫度施加到原料，然后在化學(xué)平衡可能發(fā)生之前，快速降低原始產(chǎn)物的溫度的各種方法。使用此方法將含碳原料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)分解成反應(yīng)性化學(xué)片段，該片段最初是經(jīng)解聚和揮發(fā)反應(yīng)形成的。然后通過(guò)快速降低溫度來(lái)保存非平衡產(chǎn)物。
[0006]最近，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出用于實(shí)現(xiàn)含碳物質(zhì)的迅速熱解的快速熱處理法(RTP)。該RTP利用升流式輸送反應(yīng)器和再熱器裝置，并利用惰性無(wú)機(jī)固體顆粒熱載體(如，通常是沙)攜帶和傳遞處理中的熱量。RTP反應(yīng)器提供了含碳物質(zhì)的極其快速的加熱速率和優(yōu)良的顆粒消融效果，因?yàn)楫?dāng)加熱的無(wú)機(jī)固體顆粒和含碳物質(zhì)被混合在一起并通過(guò)該反應(yīng)器向上行進(jìn)時(shí)，它們之間直接進(jìn)行湍流式接觸，所以這特別適合于生物質(zhì)的處理。具體地，加熱的無(wú)機(jī)固體顆粒傳輸熱量以熱解該含碳物質(zhì)，形成焦炭和氣體產(chǎn)物(包括高品質(zhì)的熱解氣體)，將所述產(chǎn)物從該反應(yīng)器中除去，進(jìn)入旋流器。該旋流器將該氣體產(chǎn)物和固體(如無(wú)機(jī)固體顆粒和炭)分開(kāi)，并將該固體傳遞給該再熱器。
[0007]該再熱器是一種將炭燃燒為灰分，對(duì)無(wú)機(jī)固體顆粒進(jìn)行再加熱，然后將該無(wú)機(jī)固體顆粒返回到該反應(yīng)器，進(jìn)行更多的含碳物質(zhì)的熱解的容器。將含氧氣體(一般是空氣)供給到燃燒炭的再熱器。該無(wú)機(jī)固體顆粒和炭被含于該再熱器的下部，并且被空氣流化，形成流化沸騰床(也被稱(chēng)為密相)。該再熱器也有位于該密相上面的稀相以及主要包含煙道氣、夾帶的無(wú)機(jī)顆粒和灰分，這些是用空氣燃燒炭而形成的副產(chǎn)物。將該煙道氣、夾帶的無(wú)機(jī)顆粒和灰分從該再熱器中去除，進(jìn)入旋流器，該旋流器將固體和該煙道氣分離開(kāi)來(lái)。
[0008]目前，需要更高容量的RTP裝置，該裝置與以前較低的小于100絕干(bonedry)公噸(BDMTPD)的含碳原料速率相比，每天能夠處理的原料速率多達(dá)400BDMTH)或更高。提高的容量導(dǎo)致在RTP反應(yīng)器中產(chǎn)生更多的炭，以及RTP再熱器和輔助設(shè)備(如旋流器、鼓風(fēng)機(jī)等)需要更大的尺寸，以支持提高的進(jìn)料速率。特別是，許多較新的RTP再熱器需要額外的體積，以容納供給到再熱器進(jìn)行冷卻的額外空氣以控制燃燒額外的炭導(dǎo)致的反而上升的溫度，并且可以具有高達(dá)12米(m)或更大尺寸的直徑以及高達(dá)25米或以上的高度。不幸的是，這些再熱器的較大尺寸使得該再熱器的運(yùn)輸、安裝和操作的成本和復(fù)雜性顯著增加。
[0009]因此，希望提供用于控制快速熱處理的熱量的裝置和方法，其可以充分地支持更高的碳質(zhì)原料速率而不超過(guò)燃燒額外的炭產(chǎn)生的再熱器的設(shè)計(jì)溫度。此外，還希望提供用于控制快速熱處理的熱量而基本上不增加再熱器的運(yùn)輸、安裝和操作的成本和復(fù)雜性的裝置和方法。此外，從下文詳細(xì)的本發(fā)明說(shuō)明和所附的權(quán)利要求，并結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和本發(fā)明的背景將顯而易見(jiàn)地看出本發(fā)明的其他有利的特征和特性。
[0010]發(fā)明概述
[0011]本文提供用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的裝置和方法。根據(jù)示例性實(shí)施方式中，用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的裝置包括再熱器，該再熱器被配置為包括包含含氧氣體、無(wú)機(jī)熱載體顆粒和炭的流化沸騰床，以及被配置為在有效地將該炭燃燒為灰分并加熱該無(wú)機(jī)熱載體顆粒以形成加熱的無(wú)機(jī)顆粒的燃燒條件下運(yùn)行。無(wú)機(jī)顆粒冷卻器與該再熱器流體連通，以接收該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的第一部分以及被配置以接收用于與該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的該第一部分進(jìn)行間接熱交換以形成第一部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒的冷卻介質(zhì)。該再熱器和該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器協(xié)同地被配置以在該再熱器中將該第一部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒與該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的第二部分混合，以形成第二部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒。反應(yīng)器與該再熱器流體連通，以接收該第二部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒。
[0012]按照另一示例性實(shí)施方式，提供一種用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的裝置。該裝置包括反應(yīng)器和與該反應(yīng)器流體連通以接收無(wú)機(jī)熱載體顆粒和炭的再熱器。該再熱器被配置為形成包括含氧氣體、無(wú)機(jī)熱載體顆粒和炭的流化沸騰床，以及被配置為在有效地將該炭燃燒為灰分并加熱該無(wú)機(jī)熱載體顆粒以形成加熱的無(wú)機(jī)顆粒的燃燒條件下運(yùn)行。無(wú)機(jī)顆粒冷卻器與該再熱器流體連通，并包括殼體部分以及布置在該殼體部分中的管部。該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器被配置使得該管部接收該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的一部分以及該殼體部分接收用于與該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的該一部分進(jìn)行間接熱交換以形成流動(dòng)地傳遞至該再熱器的部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒的冷卻介質(zhì)。
[0013]按照另一示例性實(shí)施方式，提供一種用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的方法。該方法包括在有效地將炭燃燒為灰分并加熱無(wú)機(jī)熱載體顆粒以形成加熱的無(wú)機(jī)顆粒的燃燒條件下，將含氧氣體、該無(wú)機(jī)熱載體顆粒和該炭混合的步驟。來(lái)自該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的第一部分的熱量被間接交換到冷卻介質(zhì)，以形成第一部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒。該第一部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒與該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的第二部分混合，以形成第二部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]下文將結(jié)合如下附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，其中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的元件，以及其中:
[0015]圖1示意性地示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，用于含碳物質(zhì)的快速熱處理的裝置；
[0016]圖2是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，圖1中所繪的包括無(wú)機(jī)顆粒冷卻器的裝置的局部剖視圖；以及
[0017]圖3是圖2中所繪的沿3-3線的無(wú)機(jī)顆粒冷卻器的剖視圖。
[0018]發(fā)明詳述
[0019]下面的詳細(xì)說(shuō)明在本質(zhì)上僅僅是示例性的，并不意在限制本發(fā)明或本申請(qǐng)和本發(fā)明的用途。此外，亦沒(méi)有意圖受前述的本發(fā)明背景或下文詳細(xì)說(shuō)明中所呈現(xiàn)的任何理論的約束。
[0020]本文所考慮的各種實(shí)施方式涉及用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的裝置和方法。與現(xiàn)有技術(shù)不同，本文所教導(dǎo)的示例性實(shí)施方式提供了一種裝置，該裝置包括反應(yīng)器；再熱器，其與該反應(yīng)器流體連通；以及無(wú)機(jī)顆粒冷卻器，其與該再熱器流體連通。該反應(yīng)器用加熱的無(wú)機(jī)顆?？焖贌峤夂荚希孕纬蓺怏w產(chǎn)物和包括冷卻的無(wú)機(jī)熱載體顆粒和炭的固體。旋流器將該氣體產(chǎn)物和該固體分離開(kāi)來(lái)。該再熱器接收該固體并用含氧氣體流化該冷卻的無(wú)機(jī)熱載體顆粒和炭，以形成流化沸騰床。該再熱器在有效地將該炭燃燒為灰分并加熱該冷卻的無(wú)機(jī)熱載體顆粒以形成加熱的無(wú)機(jī)顆粒的燃燒條件下運(yùn)行。
[0021]在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的一部分和冷卻介質(zhì)被流動(dòng)地傳遞至該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器。將來(lái)自該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的一些熱量與冷卻介質(zhì)進(jìn)行間接交換，以部分地冷卻該加熱的無(wú)機(jī)顆粒，形成加熱的冷卻介質(zhì)和第一部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒。將該加熱的冷卻介質(zhì)從該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器中除去。該第一部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒流動(dòng)地傳遞至該再熱器流體并與該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的剩余部分混合，以部分地冷卻該加熱的無(wú)機(jī)顆粒，形成第二部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒。該第二部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒流動(dòng)地傳遞至該反應(yīng)器，以對(duì)該含碳原料繼續(xù)進(jìn)行快速熱解。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，用該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器部分地冷卻該加熱的無(wú)機(jī)顆粒有助于對(duì)該再熱器中的溫度進(jìn)行控制，避免其過(guò)度升高，即使該流化沸騰床包含較高水平的炭。因此，該再熱器不需要額外的體積(而其他再熱器為容納額外的空氣進(jìn)行冷卻以控制再熱器溫度需要該額外的體積)，因此，運(yùn)輸、安裝和操作該再熱器的成本和復(fù)雜性基本上不受影響。
[0022]參照?qǐng)D1，提供根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，用于含碳物質(zhì)的快速熱處理的裝置10的示意性描繪。該裝置10包括升流式輸送反應(yīng)器12、再熱器14和無(wú)機(jī)顆粒冷卻器15。該反應(yīng)器12被配置為在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)相對(duì)高的溫度，以及在高溫下提供相對(duì)較短的停留時(shí)間，以影響含碳原料20 (如包括生物質(zhì)廢棄物的生物質(zhì))的快速熱解。使用從該再熱器14中提供的以驅(qū)動(dòng)熱解過(guò)程的加熱的無(wú)機(jī)熱載體顆粒18 (例如，加熱的沙子)在該反應(yīng)器12的下部16中實(shí)現(xiàn)相對(duì)高的溫度。
[0023]如圖所示以及如下文進(jìn)一步詳細(xì)的討論，干燥器13將水從含有水分的含碳原料11中除去，以形成優(yōu)選地具有6個(gè)重量百分比(wt.% )或更少的水分含量的含碳原料20。將該含碳原料20供給到進(jìn)料斗22，其中反應(yīng)器進(jìn)料輸送機(jī)24將該含碳原料20引入該反應(yīng)器12的該下部16。載氣25(其可以是從沿著該裝置10的合適的位置收集到的再循環(huán)氣體)也被引入到該反應(yīng)器12的該下部16。該載氣25優(yōu)選地含有小于Iwt.%的氧氣，以及更優(yōu)選地，小于0.5wt.%的氧氣，使得有很少或沒(méi)有氧存在從而最大限度地減少或防止該反應(yīng)器12中該含碳原料20的氧化和/或燃燒。
[0024] 該加熱的無(wú)機(jī)熱載體顆粒18與該含碳原料20的快速混合發(fā)生在該反應(yīng)器12的該下部16。隨著用該載氣25以湍流的形式使混合物沿著該反應(yīng)器12向上前進(jìn)，熱量從該加熱的無(wú)機(jī)熱載體顆粒18傳遞到該含碳原料20。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，混合和快速熱傳遞在所期望的反應(yīng)器總體停留時(shí)間的10%之內(nèi)發(fā)生。因此，混合時(shí)間優(yōu)選小于0.1秒，更優(yōu)選在0.015到0.030秒之間。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，該反應(yīng)器12的該下部16的溫度為600到780°C，以及該含碳原料20的加熱速度優(yōu)選為每秒1000°C或更快。因?yàn)闊o(wú)機(jī)顆粒的更高的熱承載能力，以及無(wú)機(jī)顆粒機(jī)械燒蝕反應(yīng)的含碳物質(zhì)的表面的能力，將沙子或其他合適的無(wú)機(jī)顆粒用作固體熱載體提高了熱傳遞。
[0025]隨著用該載氣25將加熱的混合物朝向該反應(yīng)器12的上部17運(yùn)載，該含碳原料20的快速熱解便發(fā)生了。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，該反應(yīng)器12的該上部17的溫度為450到600°C。該沙子或其它無(wú)機(jī)熱載體顆粒和該載氣25，連同蒸汽產(chǎn)物30和炭形成產(chǎn)物流26，將該產(chǎn)物流26從該反應(yīng)器12的該上部17中運(yùn)載出來(lái)，進(jìn)入旋流器28。該旋流器28，優(yōu)選地為逆流旋流器，將固體32，比如沙子和炭，從該蒸汽產(chǎn)物30中除去，該蒸汽產(chǎn)物30包括該載氣25、不可冷凝的氣體產(chǎn)物和可冷凝的蒸汽初產(chǎn)物。將該蒸汽產(chǎn)物30從該旋流器28中去除，并傳遞到驟冷塔(未示出)，例如，用于快速冷卻或淬火以保留該蒸汽產(chǎn)物30中有價(jià)值的非平衡產(chǎn)物的收率。將該固體32從該旋流器28中去除并傳遞到該再熱器14。
[0026]該再熱器14接收含氧氣體34 (其通常是空氣)。將該固體32包含在該再熱器14的下部36并通過(guò)來(lái)自氣體分配器86 (參見(jiàn)圖2)的該含氧氣體34進(jìn)行流化，以形成炭、無(wú)機(jī)熱載體顆粒和該含氧氣體34的流化沸騰床。該再熱器14在燃燒條件下運(yùn)行，以將炭燃燒為灰分和煙道氣。該炭的燃燒所釋放的能量使該無(wú)機(jī)熱載體顆粒再加熱以形成加熱的無(wú)機(jī)顆粒。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，該加熱的無(wú)機(jī)顆粒具有從600到780°C的溫度。
[0027]煙道氣、夾帶的沙子和灰分上升到該再熱器14的上部37，并作為廢氣流41被運(yùn)載出該再熱器14，進(jìn)入旋流器43。該旋流器43，優(yōu)選地為逆流旋流器，從該煙道氣中去除該沙子和灰分。將該煙道氣作為氣體流51傳遞，進(jìn)行排氣、隨后處理、再循環(huán)或其組合，以及將該沙子和灰分作為含固體流49傳遞，進(jìn)行處置或后續(xù)處理?！?br> [0028]還參照?qǐng)D2，在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，將加熱的無(wú)機(jī)顆粒38的一部分從該再熱器14中除去并引入到該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器15。如圖所示，將所述加熱的無(wú)機(jī)顆粒38的一部分從該再熱器14的該下部36中除去并使其沿冷卻器入口管40通過(guò)至少一個(gè)泡沫破壞格柵39到交換容器42。該泡沫破壞格柵39破壞任何較大的，例如來(lái)自流化的無(wú)機(jī)顆粒的氣泡，若不破壞，該氣泡可沿逆流被傳遞到加熱的無(wú)機(jī)顆粒38的一部分，向上返回到該再熱器14的該下部36上的該沸騰床上。在流化床中的大氣泡影響該再熱器的14的性能和固體夾帶情況。該泡沫破壞格柵39也可作為篩選器，以防止更大的材料塊(如耐熔質(zhì))直接阻塞或堵塞管部45以及降低無(wú)機(jī)顆粒冷卻器的容量。
[0029]在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，該交換容器42被配置為熱交換器并包括殼體部分44以及布置在該殼體部分44中的管部45。使該加熱的無(wú)機(jī)顆粒38的一部分通過(guò)該管部45。該交換容器42的該殼體部分44接收冷卻介質(zhì)52，以與通過(guò)該管部45的加熱的無(wú)機(jī)顆粒38的所述一部分進(jìn)行間接熱交換，以形成部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒54和加熱的冷卻介質(zhì)53。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒54具有從500至680°C的溫度。
[0030]優(yōu)選地，該冷卻介質(zhì)52包括空氣以及該加熱的冷卻介質(zhì)53包括加熱的空氣。如圖1所示，該加熱的冷卻介質(zhì)53(例如，加熱的空氣)可以被傳遞到該干燥器13，以從該含有水分的含碳原料11中除去水?；蛘?，該冷卻介質(zhì)52可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其他導(dǎo)熱流體。優(yōu)選地，該冷卻介質(zhì)52具有40°C或更低的溫度，以及該加熱的冷卻介質(zhì)53具有125 °C或更高的溫度。
[0031]參照?qǐng)D3，在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，該管部45包括并置的、間隔開(kāi)的并以大致平行于垂直軸的方式沿縱向設(shè)置的多個(gè)管58。該管58的每個(gè)具有帶有一個(gè)或多個(gè)冷卻翼片60的外表面，該冷卻翼片60能夠，例如從外表面徑向或縱向向外延伸。該冷卻翼片60有利于通過(guò)該管部45行進(jìn)的該加熱的無(wú)機(jī)顆粒38的所述一部分和通過(guò)該殼體部分44行進(jìn)的該冷卻介質(zhì)52之間的間接熱交換。
[0032]如圖2所示，該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒54被從該交換容器42中去除，并沿著冷卻器豎管73傳遞。該冷卻器豎管73具有用于控制該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒54的流速的伸縮接頭滑閥74。提升管76位于該交換容器42的下游并流體連接到該冷卻器豎管73，用于接收該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒54。在該提升管76的下部78中設(shè)置有空氣噴嘴80，該空氣噴嘴80被配置為引導(dǎo)該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒54通過(guò)該提升管76到該提升管76的上部82。
[0033]沙子-空氣分配器84被設(shè)置在該再熱器14中并流體連接到該提升管76以接收該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒54。該沙子-空氣分配器84被配置以在該再熱器14中，優(yōu)選地在該氣體分配器86以上，分配該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒54，以部分地冷卻該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的剩余部分并形成加熱的無(wú)機(jī)熱載體顆粒18。還參照?qǐng)D1，在示例性實(shí)施方式中，加熱的無(wú)機(jī)熱載體顆粒18具有從600到780°C的溫度，并被傳遞到該反應(yīng)器12，以快速熱解額外的含碳物質(zhì)。
[0034]因此，已經(jīng)描述了用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的裝置和方法。與現(xiàn)有技術(shù)不同，本文所教導(dǎo)的示例性實(shí)施方式提供包括反應(yīng)器、再熱器以及無(wú)機(jī)顆粒冷卻器的裝置。該反應(yīng)器用加熱的無(wú)機(jī)顆?？焖贌峤夂荚希孕纬蔁峤庥秃桶ɡ鋮s的無(wú)機(jī)熱載體顆粒和炭的固體。該再熱器接收該固體并用含氧氣體流化該冷卻的無(wú)機(jī)熱載體顆粒和炭，以形成流化沸騰床。 該再熱器在有效地將該炭燃燒為灰分并加熱該冷卻的無(wú)機(jī)熱載體顆粒以形成加熱的無(wú)機(jī)顆粒的燃燒條件下運(yùn)行。該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器接收該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的一部分并通過(guò)間接交換除去一些熱量，以形成部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒，該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒與該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的剩余部分混合，以部分地冷卻該加熱的無(wú)機(jī)顆粒。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器部分地冷卻該加熱的無(wú)機(jī)顆粒有助于對(duì)該再熱器中的溫度進(jìn)行控制，避免其過(guò)度升高，即使該流化沸騰床包含較高水平的炭。因此，該再熱器不需要額外的體積，而該體積對(duì)其他再熱器來(lái)說(shuō)，為容納額外的空氣進(jìn)行冷卻以控制再熱器溫度所需，因此，運(yùn)輸、安裝和操作該再熱器的成本和復(fù)雜性基本上不受影響。
[0035]雖然前文的詳細(xì)說(shuō)明中已經(jīng)呈現(xiàn)了至少一個(gè)示例性實(shí)施方式，但是應(yīng)該理解的是，存在各種各樣的變體。還應(yīng)當(dāng)理解的是，一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方式僅僅是例子，并非意在以任何方式限制本發(fā)明的范圍、適用性或配置。相反，前面的詳細(xì)說(shuō)明將為本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供方便的用于實(shí)施本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的路線圖，可以理解的是，示例性實(shí)施方式中所述的元件其功能和布置可以進(jìn)行各種改變，而不背離所附的權(quán)利要求及其合法等同物中所規(guī)定的本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的裝置(10)，該裝置(10)包括: 再熱器(14)，該再熱器被配置為包括包含含氧氣體(34)、無(wú)機(jī)熱載體顆粒和炭的流化沸騰床，且被配置為在有效地將該炭燃燒為灰分并加熱該無(wú)機(jī)熱載體顆粒以形成加熱的無(wú)機(jī)顆粒的燃燒條件下運(yùn)行； 無(wú)機(jī)顆粒冷卻器(15)，其與該再熱器(14)流體連通，以接收該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的第一部分(38)且被配置以接收用于與該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的該第一部分(38)進(jìn)行間接熱交換以形成第一部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒(54)的冷卻介質(zhì)(52)，其中該再熱器(14)和該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器(15)協(xié)同地被配置以在該再熱器(14)中將該第一部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒(54)與該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的第二部分混合，以形成第二部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒；以及 反應(yīng)器(12)，其與該再熱器(14)流體連通，以接收該第二部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī) 顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置(10)，其中該冷卻介質(zhì)(52)包括空氣且該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器(15)被配置以將來(lái)自該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的該第一部分(38)的熱量間接交換到該冷卻介質(zhì)(52)，以形成加熱的空氣，以及其中該裝置(10)進(jìn)一步包括與該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器(15)流體連通以接收該加熱的空氣的干燥器(13)，以及其中該干燥器(13)被配置以接收該含碳物質(zhì)以及用該加熱的空氣從該含碳物質(zhì)中除去水以形成貧水的含碳物質(zhì)，以及其中該反應(yīng)器(12)被配置以接收該貧水的含碳物質(zhì)以及用該第二部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆?？焖贌峤庠撠毸暮嘉镔|(zhì)。
3.用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的裝置(10)，該裝置(10)包括: 反應(yīng)器(12)； 再熱器(14)，其與該反應(yīng)器(12)流體連通以接收無(wú)機(jī)熱載體顆粒和炭，其中該再熱器(14)被配置為形成包括含氧氣體(34)、該無(wú)機(jī)熱載體顆粒和該炭的流化沸騰床，以及被配置為在有效地將該炭燃燒為灰分并加熱該無(wú)機(jī)熱載體顆粒以形成加熱的無(wú)機(jī)顆粒的燃燒條件下運(yùn)行； 無(wú)機(jī)顆粒冷卻器(15)，其與該再熱器(14)流體連通，并包括殼體部分(44)以及布置在該殼體部分(44)中的管部(45)，其中該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器(15)被配置使得該管部(45)接收該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的一部分(38)以及該殼體部分(44)接收用于與該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的該一部分(38)進(jìn)行間接熱交換以形成被流動(dòng)地傳遞至該再熱器(14)的部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒(54)的冷卻介質(zhì)(52)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置(10)，其中該管部(45)包括多個(gè)管(58)，每個(gè)管具有外表面；以及至少一個(gè)冷卻翼片(60)，其沿著該外表面設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置(10)，其中該管部(45)包括間隔開(kāi)的并以大致平行于垂直軸的方式沿縱向設(shè)置的多個(gè)并置的管(60)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置(10)，其中該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器(15)包括: 交換容器(42)，其包括該殼體部分(44)和該管部分(45)； 提升管(76)，其被設(shè)置在該交換容器(42)的下游；以及 沙子-空氣分配器(84)，其被設(shè)置在該再熱器(14)中該提升管(76)的下游，以及其中該提升管(76)被配置以接收該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒(54)并將該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒(54)流動(dòng)地傳遞至該沙子-空氣分配器(84)以及該沙子-空氣分配器(84)被配置以在該再熱器(14)中分配該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒(54)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置(10)，其中該提升管(76)具有延伸到上部(82)的下部(78)，該下部(78)被配置以接收該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒(54)以及該上部(82)流體地連接到該沙子-空氣分配器(84)，以及其中該提升管(76)包括空氣噴嘴(80)，該空氣噴嘴(80)被置于該下部(78)中以及被配置以引導(dǎo)該部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒(54)從該下部(78)到該上部(82)通過(guò)該提升管(76)，以引入到該沙子-空氣分配器(84)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置(10)，其中該再熱器(14)具有用于容納該流化沸騰床的下部(36)以及包括氣體分配器(86)，該氣體分配器(86)被設(shè)置在該下部(36)中并被配置以將該含氧氣體(34)流動(dòng)地傳遞至該流化沸騰床，以及其中該沙子-空氣分配器(84)被設(shè)置在該氣體分配器(86)之上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置(10)，其中該無(wú)機(jī)顆粒冷卻器(15)進(jìn)一步包括被設(shè)置在該管部(45)的上游的至少一個(gè)泡沫 破壞格柵(39)。
10.用于控制含碳物質(zhì)的快速熱處理的熱量的方法，該方法包括以下步驟: 在有效地將炭燃燒為灰分并加熱無(wú)機(jī)熱載體顆粒以形成加熱的無(wú)機(jī)顆粒的燃燒條件下混合含氧氣體(34)、無(wú)機(jī)熱載體顆粒和炭； 將來(lái)自該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的第一部分(38)的熱量間接交換到冷卻介質(zhì)(52)以形成第一部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒(54);以及 將該第一部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒(54)與該加熱的無(wú)機(jī)顆粒的第二部分混合，以形成第二部分地被冷卻的加熱的無(wú)機(jī)顆粒。
【文檔編號(hào)】C10G9/30GK104169395SQ201280054210
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月22日
【發(fā)明者】S·庫(kù)爾普拉蒂帕尼加, P·帕爾馬斯 申請(qǐng)人:安辛可再生能源有限公司