生物質(zhì)氣化熱解系統(tǒng)及工藝(內(nèi)含英文專利pdf,僅供同行參考,不得外傳)

1、生物質(zhì)氣化/熱解系統(tǒng)及工藝文摘 一個能夠促進生物質(zhì)材料能量產(chǎn)生和合成氣的系統(tǒng)和流程，系統(tǒng)和流程需要同時壓實一個松散的生物質(zhì)材料和將壓實的生物質(zhì)材料引入到一個反應(yīng)器的入口管，然后加熱管中的壓實生物質(zhì)材料的溫度使生物質(zhì)材料從灰和燃料氣體混合物分解有機分子，燃料氣體混合物從管中退出和灰燼通過其出口從管中移除。管的入口和出口,壓實一步和移除一步要配合抑制空氣進入管道形成一個生物質(zhì)材料入口管塞子和一個灰燼出口管的塞子。生物質(zhì)氣化/熱解系統(tǒng)及工藝 0001 這是一篇美國申請的專利論文。 專利申請?zhí)枺?2號831，601；申請時間：2010.7發(fā)明的背景0002 本發(fā)明涉及一種有機木質(zhì)纖維素材料轉(zhuǎn)化為有用的

2、生物質(zhì)能（生物燃料），尤其是這個系統(tǒng)能夠連續(xù)過程美國將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為合成氣。0003 合成氣是一種由含一氧化碳（）和氫氣（)的氣體混合物，它是由碳材料組成，如煤，石油相同的生物質(zhì)材料轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的。并且對比天然氣的熱量密度，合成氣是適合作為燃料來源的各種應(yīng)用，并且可以用于燃氣渦輪機和汽車內(nèi)燃機，也可用于生產(chǎn)甲醇和氫，或通過轉(zhuǎn)換菲舍爾托法生產(chǎn)合成石油替代品。0004 合成氣用作燃料比生物質(zhì)能燃料更有效，因為過程中有更多的生物質(zhì)直接燃燒中的能量轉(zhuǎn)換過程，增加了生物質(zhì)的量，也即陽離子的增加。在一個典型的生物質(zhì)氣化爐，含碳物質(zhì)燃燒在大氣中氧含量低于化學(xué)計量限制，才能發(fā)生完全燃燒反應(yīng)。在缺氧燃燒碳質(zhì)材料的釋

3、放物質(zhì)，在干燥的原料的情況下，產(chǎn)生的富碳焦和釋放熱量。這種熱升溫的不能燃燒碳質(zhì)材料，使其裂解釋放可燃性揮發(fā)物，如一氧化碳（），氫氣（），這取決于所使用的溫度，也會產(chǎn)生甲烷（）和烴類分子具有更大的碳原子數(shù)，這種混合物的可燃性揮發(fā)物被稱為合成氣。0005 在干燥的原料材料的情況下，它是可能轉(zhuǎn)換成可燃性揮發(fā)物的。這樣的一個方法是注蒸汽（H2O），這與碳反應(yīng)生成CO和，根據(jù)反應(yīng)：006 因此，生物質(zhì)氣化工藝采用亞化學(xué)計量的氧氣或空氣中燃燒的生物質(zhì)的一部分，通過熱解和注射蒸汽生產(chǎn)合成氣。0007熱解是一個吸熱過程，各種加熱技術(shù)已被提出用于合成氣的生產(chǎn)，包括生物質(zhì)產(chǎn)品部分燃燒在注射空氣，通過熱氣體混合直接

4、傳熱，間接換熱交換表面（例如，管壁或管），并與循環(huán)固體直接傳熱。每一個這些加熱技術(shù)具有重大的技術(shù)缺陷。例如，質(zhì)量差的產(chǎn)品，部分燃燒的結(jié)果，一個具有150或能量含量的合成氣，由于注入的空氣中的氮和燃燒氣體產(chǎn)物的燃料氣體稀釋。直接換熱，通常是一個產(chǎn)品的氣體加熱和再生，缺點是一個非常大的比例的循環(huán)氣體的原料氣必須提供足夠的熱量以合理的氣體流量。對于間接傳熱，為了保持所需的熱傳輸速率是很困難，因為在作為絕緣材料的傳熱表面上的工藝沉積層。最后，直接傳熱與循環(huán)固體是電子有效但需要復(fù)雜的技術(shù)，因為循環(huán)物料，通常轉(zhuǎn)移燃燒器和熱解反應(yīng)器之間的熱，涉及移動床需要重大投資在設(shè)備和能源管理中要有效地進行連續(xù)的過程。0

5、008 已知各種類型的氣化爐的設(shè)計，包括逆流再生固定床氣化爐（上稿），并行固定床（向下）氣化，流化床氣化和氣流床氣化，RS用于生物質(zhì)氣化爐的最常見的類型是上設(shè)計圖，其中氣化劑（空氣，氧氣和/或蒸汽）向上流經(jīng)透水床，生物量和目前的反殘渣和其他副產(chǎn)物的反應(yīng)。這些氣化爐的設(shè)計有明顯的技術(shù)缺陷，尤其是如果的目的是生成一個月具有更高的能量含量，例如，約300 或更多，從纖維素的農(nóng)業(yè)廢棄物。大多數(shù)現(xiàn)有的技術(shù)，包括開始和固定床，或氣流床氣化爐，可密封或非密封的（大氣）的設(shè)計。如前所述，部分燃燒來提供能量，熱空氣的利用SIS和氣化了大量惰性稀釋氣體（氮氣），這是主要的因素，對低熱值煤氣生產(chǎn)。由于生物質(zhì)是一種低

6、含量的燃料分散的，低熱值合成氣產(chǎn)生負面影響的經(jīng)濟回報的氣化爐系統(tǒng)。外部熱源或純氧氣的使用可以克服稀釋效應(yīng)CT空氣為介質(zhì)產(chǎn)生的合成氣生產(chǎn)（約300或更多）。然而，主要的問題仍然是如何防止空氣進入而使合成氣出口F從原料的入口和從廢料殘渣出口。簡要說明0009 本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，能夠在一個能夠產(chǎn)生能量的內(nèi)容多達300 和較高的生物質(zhì)合成氣的方式從高效的生產(chǎn)工藝設(shè)計；0010 根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，該系統(tǒng)包括一個包含有內(nèi)部通道的反應(yīng)器的反應(yīng)器，內(nèi)部通道的入口，以及內(nèi)部通道的出口，用于壓實一種松散生物質(zhì)材料的裝置，同時將壓縮生物質(zhì)材料引入到反應(yīng)管的入口，用于加熱壓實的生物質(zhì)材料的反應(yīng)管溫度，有機分

7、子在壓實的生物質(zhì)材料分解形成殘渣和燃油混合氣主要含一氧化碳和氫用于從反應(yīng)器中取出燃料氣體混合物的一種裝置，用于從反應(yīng)管中通過出口的出口去除殘渣的裝置，包括入口和出口的裝置F反應(yīng)管，壓實方法，及消除方法抑制空氣入口進入反應(yīng)管充分密實的生物質(zhì)原料在反應(yīng)器的入口管在入口處形成一個壓下的生物質(zhì)材料的插頭，在反應(yīng)管出口處將殘渣壓入，形成出口處的殘渣口。0011 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該過程包括壓縮松散的生物質(zhì)材料，同時將壓縮生物質(zhì)材料引入到反應(yīng)管的入口中，加熱壓實生物質(zhì)材料在反應(yīng)器內(nèi)管溫度，有機分子在壓實的生物質(zhì)材料分解形成殘渣和燃油混合氣，如何將燃料氣體混合物的反應(yīng)管，從反應(yīng)器管通過其境清殘渣，并抑

8、制空氣入口進入反應(yīng)管充分密實的雙在反應(yīng)器管的入口處形成一個致密的生物質(zhì)材料塞入口生物量材料和密實的殘渣在反應(yīng)管出口形成的活塞退出。0012 通過在入口和出口處的生物量和殘渣塞防止空氣進入，分別的反應(yīng)管，該系統(tǒng)和方法能夠產(chǎn)生具有能量C合成氣可能比其他更高的內(nèi)容。本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點，將從以下詳細描述中得到更好的理解。圖紙簡要說明0013 圖1是一個包含一個中性大氣壓力能力的生物質(zhì)氣化爐系統(tǒng)的示意圖，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面。發(fā)明的詳細描述0014 圖1示意性地代表了一種生物質(zhì)氣化爐系統(tǒng)10在本發(fā)明的一個實施例一致。該系統(tǒng)10被配置為具有中性大氣壓力反應(yīng)器12，其控制外形能夠減少能量輸入設(shè)備10系統(tǒng)

9、的復(fù)雜性。圖1表示一種生物質(zhì)材料，該生物質(zhì)材料被運送到反應(yīng)器12，通過一個反應(yīng)器16從一個體積漏斗中輸送設(shè)備18，在圖1中所示為一個由電機驅(qū)動的螺旋（米），雖然其他的交付方法也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，如通過使用一個內(nèi)存或重力飼料只有。生物質(zhì)材料進入反應(yīng)管14在反應(yīng)器12通過入口或喉部20在管14的上端。管14作為容器，并定義了一個內(nèi)部通道內(nèi)的氣化過程，生產(chǎn)合成氣作為一種理想的產(chǎn)品和干殘渣作為副產(chǎn)品。反應(yīng)器12是配置的，這樣的合成氣流量，作為殘渣分。這些特點區(qū)分發(fā)明典型氣化。反應(yīng)器12被表示為包括一個單一的反應(yīng)器管14，但反應(yīng)器12可以包括一個數(shù)組并聯(lián)管（直線，平面，或凸面）按照共申請美國專利申請服務(wù)

10、。12號/ 760241號。如果采用了一系列反應(yīng)管14，管14為宜為使他們的管道20躺在一個普通的二維（2-D）表面（無論是歐幾里得或黎曼），如直線網(wǎng)格或其他幾何排列與生物耦合料斗16。雖然反應(yīng)器12和它的管14在圖1中被表示為垂直方向，管14可以水平方向或在不同的角度與彼此和與物力PECT重力（垂直）。0015 生物質(zhì)輸送從料斗16進入管道打開20的反應(yīng)管14優(yōu)選尺寸縮小，是典型的COM秸稈，木屑，杜松子酒垃圾，干酒糟固體，和食堂有機廢物。生物質(zhì)材料的粒徑宜限制在反應(yīng)管14的直徑約六分之一。為更詳細的討論其中的原因在料斗16中的生物質(zhì)原料的數(shù)量是有利于保持在足夠的水平，以確保有足夠的生物量，

11、可在反應(yīng)器內(nèi)的每管12，這樣的合成氣回流減少。進料口16內(nèi)的生物量可在進料口16內(nèi)保持均勻的高度，特別是在該管中的一個均勻的高度上保持物料轉(zhuǎn)換器20位于地球表面基本正常。在圖1中，反應(yīng)管的垂直方向14的結(jié)果在被重力和/或其他的輸送裝置到管14。0016 12號反應(yīng)堆的外部為代表的是在圖1為裝有電熱元件22加熱BIOM尾部在管14。加熱元件22可以是各種類型，包括但不限于電阻爐，輻射加熱器，包括熱燈，等離子爐和電磁爐。加熱元件22最好是安排好，使管14，和部分多軸向間隔區(qū)（帶 1，2和3 ）的管14，捕獲幾乎所有的元素22產(chǎn)生的熱能，如果多個管14本，在這一區(qū)域內(nèi)管14是盡可能相似的同一區(qū)域內(nèi)的

12、其他管。的反應(yīng)器管14的直徑優(yōu)選地選擇，例如加熱元件22幾乎盡可能地能夠均勻地加熱所需的14和在所需的時間內(nèi)，通過管1的生物質(zhì)材料的橫截面的生物質(zhì)材料4、成為熱量轉(zhuǎn)換。因此，管14的長度和直徑是相互依存的基礎(chǔ)上這個共同的概念。0017 圖1進一步顯示了反應(yīng)器12與氣體管路24，從管14中提取合成氣的產(chǎn)生。氣體線24的入口優(yōu)選為導(dǎo)向，位于外的出料口，生物質(zhì)材料將進入氣線24的可能性。在如圖1所示的實施例中，合成氣生產(chǎn)的熱解和氣化過程是通過燃氣管道24與鼓風(fēng)機26（或其他合適的設(shè)備，如壓縮機）。風(fēng)機26將合成氣經(jīng)過一系列換熱器（HX）和顆粒過濾器3 0之前，德的一個原動機（圖1中表示），一個儲存罐

13、，下行過程中，燃料電池，或任何其他合適的目的地。氣化劑可用于協(xié)助轉(zhuǎn)換通過已知的水煤氣變換反應(yīng)合成氣。如圖1所示，氣化劑可以是蒸汽，蒸汽的來源可能是由泵從水源中抽出的水。42，然后通過熱交換器28，通過該合成氣的傳遞，這樣的合成氣作為熱源，用于產(chǎn)生蒸汽引入到管14通過線36。 0018根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)點方面，該反應(yīng)器12和它的管14被配置以促進在管14的管道20內(nèi)的生物量的壓實，這樣的合成氣的回流通過管14的截流作用。為了這個目的，最好是連續(xù)地供給到管14的生物量，形成一個移動的“塞”的生物量材料在管道20。管道20米可以配置有一個喇叭形，促進生物質(zhì)壓實在進入管14。管14可任選密封防止合成氣

14、向屠回流管道20，以及允許維修。生物質(zhì)的連續(xù)供應(yīng)管14也可用于推動干燥的副產(chǎn)物的反應(yīng)通過管14和支管32，可以使用重力和/或0019 另一個除殘渣系統(tǒng)34（如圖1所示的螺旋），以去除系統(tǒng)10的殘渣。以這種方式，除了形成上述生物質(zhì)材料封喉20管14塞，生物質(zhì)被連續(xù)地供給到反應(yīng)器管14促進除殘渣系統(tǒng)34定位在一堵殘渣的形成在支管32的下游，有效地在支管內(nèi)形成密封件32。在支管32中形成一個火山殘渣栓，可以通過錐形支管32如圖1所示來推動，這迫使壓縮殘渣同樣擠壓工藝。另一種是有一段管道的傳輸機制（例如，螺旋或其他設(shè)備）通過診斷舊的32是不存在或中斷，并通過這部分的殘渣分，從而使殘渣輕微的壓實。002

15、0 除了形成阻隔空氣進入管14，堵管14與生物質(zhì)殘渣的兩端也可以更好地保持熱量在反應(yīng)器內(nèi)管14促銷在料斗16中進行氣化反應(yīng)，減少火災(zāi)風(fēng)險。在何種程度上喉20是錐形的，飼養(yǎng)設(shè)備16能夠包裝的生物的程度不銹鋼材料進入喉20，16的距離，從管道的開口20將所有影響的軸向長度和密度的生物量插頭在管14。它可以我們贊賞有可能有超過三個因素的組合，提供所需的或最佳的性能，在一個給定的配置。為解決管14的意外成為缺乏生物量的材料，管14可以配備裝置（未顯示）關(guān)閉其管道22。這種關(guān)閉裝置可以包括，但不限于，駕駛相應(yīng)的進料二號設(shè)備16進一步進入了20個饑餓的管14的管道，并提供了一個平板，以促進更好的密封，提供

16、了一個刀閥在或附近的管道20密封一個饑餓的管14，和/或關(guān)閉一個閥門（未顯示），通過該合成氣從饑餓管14。每一個關(guān)閉裝置，單獨或組合使用，可以最大限度地減少火災(zāi)風(fēng)險，減少所需的合成氣產(chǎn)品后和減少熱損失，促進流程的效率和降低風(fēng)險。對該系統(tǒng)的10管14系統(tǒng)10和進一步的功能進行了討論，其中一些工藝和設(shè)計參數(shù)來源于相關(guān)的美國專利應(yīng)用。12號/ 357788號。0021 本發(fā)明所采用的熱解溫度可以有所不同，但優(yōu)選范圍從約800到1100左右。在反應(yīng)管14中，優(yōu)選的是一種最有效地將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為合成氣。此配置文件可以提示使用1區(qū)加熱器安排如圖三所示，例如，生物質(zhì)遇到的第一加熱區(qū)（帶# 1）進入管14，

17、生物質(zhì)加熱到接近其揮發(fā)溫度后（一般在350左右，°C.），然后進入第二加熱區(qū)（# 2），它的溫度我在充分的熱解溫度下，這樣的分子在它們能形成重或有毒的化合物后迅速裂解。如果三分之一個加熱區(qū)（# 3）用如圖1所示，T第三區(qū)內(nèi)溫度保持使殘渣分剩余熱解后不會形成低熔點玻璃不易流動通過反應(yīng)管14。0022 從加熱元件中產(chǎn)生的廢熱量22和從管中丟失的14，可用于各種用途。燃氣排出物也可通過熱交換器、熱管、熱管運行熱傳遞的另一種手段，提供熱能，可用于整體方法的優(yōu)點?？梢杂枚喾N方式輸送廢水，包括但不限于工作流體、熱磷IPE（單相或兩相），導(dǎo)電介質(zhì)如金屬或鉆石，輻射，或通過一個合適的工作流體對流。收

18、獲的余熱可用于非限制性的例子，如，干進量，熱反應(yīng)管14（如在區(qū)# 1），和用于從系統(tǒng)中移除液體和/或固體殘渣熱裝置。垃圾熱也可能在更有用的收獲形式，如經(jīng)營斯特靈發(fā)動機機械工作的目的，使用熱電冷卻器的電力，或使用系統(tǒng)10外基本上任何期望的目的。余熱，包括從原動機或SOFC尾氣，可以用于干燥的生物質(zhì)材料，具有較高的水分含量是特別有用的。注射熱，干燥紅外進料斗16可以用于此目的得到幾個好處，包括驅(qū)動掉多余的水分分離或起毛的生物質(zhì)材料避免生物質(zhì)材料橋接或鼠洞。0023 如果反應(yīng)器管14的主軸線是水平的，則可能有利于該軸線向14對其喉道20相反傾斜向下傾斜。該邊坡的目的是ENC鼓勵任何氣體，滾動碎片，或

19、裝殘渣被輸送到殘渣管32連接到端的管14。如果14的反應(yīng)管的主要軸線基本上是垂直的，它可能是有利于提供管14與一個或多個尖峰（未顯示），項目入管14內(nèi)，生物質(zhì)材料落入管14轉(zhuǎn)彎管道轉(zhuǎn)移任何大型生物質(zhì)塊，以及限制通過管14的生物質(zhì)材料的流動，從而增加了在最熱的區(qū)域內(nèi)的生物量材料的停留時間14。另外，爐可以位于或接近確保很少或沒有生物質(zhì)材料是完全通過反應(yīng)管14不氣化的基礎(chǔ)0024如前所述，以減少Y輸入設(shè)備的復(fù)雜性，本發(fā)明的系統(tǒng)10配置有一個中性的大氣壓力封堵高考中取得（管道20）和出口（支管32）的管14與生物量和殘渣分，這種能力可以促進利用高度敏感的差壓傳感器38在管入口和/或系統(tǒng)10和一個閉環(huán)

20、控制系統(tǒng)40的除塵部分，以監(jiān)測和調(diào)節(jié)氣體流量通過鼓風(fēng)機26用于繪制的氣體通過氣體的體積率24號線。在給定的壓力下的生物量和殘渣封孔的完整性是一個函數(shù)的泄漏率，由于孔隙率/組合物的生物量或殘渣栓。插頭的孔可以調(diào)整被運輸?shù)纳镔|(zhì)材料的壓實度。這是非常有作用的，消除了需要一個鎖斗系統(tǒng)，以防止空氣入口進入反應(yīng)管14通過確保系統(tǒng)10采用進口和出口壓力在一定范圍內(nèi)泄漏從34節(jié)合成氣或有害。0025 閉環(huán)控制系統(tǒng)40,合適的參數(shù)(如PID控制器或其他方法已知那些熟練的藝術(shù)),也可以用來引入一定量的水或水蒸氣(包括蒸汽)基于屬性的合成氣。這些屬性可能包括,但不限于,合成氣的含水率,傳入的碳質(zhì)原料材料的含水率,

21、大量的液體濃縮在一個電容器,氣體的電導(dǎo)率,或其他手段輸出氣體性質(zhì),如壓力或溫度,可用于化學(xué)和/或機械系統(tǒng)來調(diào)節(jié)水量。介紹水的可能完成的許多方面,包括但不限于注入,滲透,控制閥,擴散,或毛細作用/毛細管作用。0026應(yīng)該明白,尤其是在上述討論的觀點,空氣進入反應(yīng)器的入口管14會有不必要的稀釋效應(yīng)產(chǎn)生的合成氣,從而減少其熱值,導(dǎo)致整體凈能量效率降低,而泄漏等會減少系統(tǒng)的能源生產(chǎn)能力10。不使用生物質(zhì)灰塞在喉嚨管20和廖32分別直接擴散空氣進入系統(tǒng)10和合成氣在平衡系統(tǒng)10只有和質(zhì)量分數(shù)的合成氣生產(chǎn)速度,利用這些位置上的插塞,直接擴散率更小,導(dǎo)致一個有效合成氣生產(chǎn)過程能夠產(chǎn)生能量高達300BTU/和

22、更高。0027而發(fā)明在特定的方面被描述的具體體現(xiàn),很明顯,其他形式可以采用一個熟練的藝術(shù)。例如,系統(tǒng)的物理配置10及其組件可以從所示不同,其他材料和過程指出可以使用。因此,本發(fā)明的范圍是有限的只有以下要求: 1.一個生產(chǎn)合成氣的過程由生物質(zhì)材料和執(zhí)行系統(tǒng)組成:反應(yīng)堆包含一個有中性大氣壓強的存在的內(nèi)流通道,入口的內(nèi)流通道和出口的內(nèi)流部通道反應(yīng)堆管和內(nèi)部通道包含一個密實的生物質(zhì)材料的熱解反應(yīng)的燃料氣體混合物包括一氧化碳和氫氣在反應(yīng)堆管內(nèi)由此形成;對壓實意味著一個松散的生物質(zhì)材料在反應(yīng)器管的入口處形成密實的生物量;在反應(yīng)器管內(nèi)加熱壓實生物質(zhì)材料在該溫度下發(fā)生熱解反應(yīng),有機分子內(nèi)壓實生物質(zhì)材料分解形成的火山灰和燃料氣體混合物;用于從反應(yīng)器中取出燃料氣體混合物;把灰塵從反應(yīng)堆管通過其退出:組成壓實方法和手段,反應(yīng)堆的入口和出口管,和移除意味著維持反應(yīng)堆內(nèi)的中性大氣壓力管和抑制入口的空氣進入反應(yīng)堆管充分壓實的生物質(zhì)材料在反應(yīng)堆的入口管形成一個致密的生物質(zhì)材料塞入口處與密實的灰在反應(yīng)管出口處形成的灰塞，過程包括：同時將壓實的松散生物質(zhì)材料和壓實的