生物质气化热解系统及工艺(内含英文专利pdf,仅供同行参考,不得外传)

1、生物质气化/热解系统及工艺文摘 一个能够促进生物质材料能量产生和合成气的系统和流程，系统和流程需要同时压实一个松散的生物质材料和将压实的生物质材料引入到一个反应器的入口管，然后加热管中的压实生物质材料的温度使生物质材料从灰和燃料气体混合物分解有机分子，燃料气体混合物从管中退出和灰烬通过其出口从管中移除。管的入口和出口,压实一步和移除一步要配合抑制空气进入管道形成一个生物质材料入口管塞子和一个灰烬出口管的塞子。生物质气化/热解系统及工艺 0001 这是一篇美国申请的专利论文。 专利申请号：12号831，601；申请时间：2010.7发明的背景0002 本发明涉及一种有机木质纤维素材料转化为有用的

2、生物质能（生物燃料），尤其是这个系统能够连续过程美国将生物质转化为合成气。0003 合成气是一种由含一氧化碳（）和氢气（)的气体混合物，它是由碳材料组成，如煤，石油相同的生物质材料转换所产生的。并且对比天然气的热量密度，合成气是适合作为燃料来源的各种应用，并且可以用于燃气涡轮机和汽车内燃机，也可用于生产甲醇和氢，或通过转换菲舍尔托法生产合成石油替代品。0004 合成气用作燃料比生物质能燃料更有效，因为过程中有更多的生物质直接燃烧中的能量转换过程，增加了生物质的量，也即阳离子的增加。在一个典型的生物质气化炉，含碳物质燃烧在大气中氧含量低于化学计量限制，才能发生完全燃烧反应。在缺氧燃烧碳质材料的释

3、放物质，在干燥的原料的情况下，产生的富碳焦和释放热量。这种热升温的不能燃烧碳质材料，使其裂解释放可燃性挥发物，如一氧化碳（），氢气（），这取决于所使用的温度，也会产生甲烷（）和烃类分子具有更大的碳原子数，这种混合物的可燃性挥发物被称为合成气。0005 在干燥的原料材料的情况下，它是可能转换成可燃性挥发物的。这样的一个方法是注蒸汽（H2O），这与碳反应生成CO和，根据反应：006 因此，生物质气化工艺采用亚化学计量的氧气或空气中燃烧的生物质的一部分，通过热解和注射蒸汽生产合成气。0007热解是一个吸热过程，各种加热技术已被提出用于合成气的生产，包括生物质产品部分燃烧在注射空气，通过热气体混合直接

4、传热，间接换热交换表面（例如，管壁或管），并与循环固体直接传热。每一个这些加热技术具有重大的技术缺陷。例如，质量差的产品，部分燃烧的结果，一个具有150或能量含量的合成气，由于注入的空气中的氮和燃烧气体产物的燃料气体稀释。直接换热，通常是一个产品的气体加热和再生，缺点是一个非常大的比例的循环气体的原料气必须提供足够的热量以合理的气体流量。对于间接传热，为了保持所需的热传输速率是很困难，因为在作为绝缘材料的传热表面上的工艺沉积层。最后，直接传热与循环固体是电子有效但需要复杂的技术，因为循环物料，通常转移燃烧器和热解反应器之间的热，涉及移动床需要重大投资在设备和能源管理中要有效地进行连续的过程。0

5、008 已知各种类型的气化炉的设计，包括逆流再生固定床气化炉（上稿），并行固定床（向下）气化，流化床气化和气流床气化，RS用于生物质气化炉的最常见的类型是上设计图，其中气化剂（空气，氧气和/或蒸汽）向上流经透水床，生物量和目前的反残渣和其他副产物的反应。这些气化炉的设计有明显的技术缺陷，尤其是如果的目的是生成一个月具有更高的能量含量，例如，约300 或更多，从纤维素的农业废弃物。大多数现有的技术，包括开始和固定床，或气流床气化炉，可密封或非密封的（大气）的设计。如前所述，部分燃烧来提供能量，热空气的利用SIS和气化了大量惰性稀释气体（氮气），这是主要的因素，对低热值煤气生产。由于生物质是一种低

6、含量的燃料分散的，低热值合成气产生负面影响的经济回报的气化炉系统。外部热源或纯氧气的使用可以克服稀释效应CT空气为介质产生的合成气生产（约300或更多）。然而，主要的问题仍然是如何防止空气进入而使合成气出口F从原料的入口和从废料残渣出口。简要说明0009 本发明提供了一种系统，能够在一个能够产生能量的内容多达300 和较高的生物质合成气的方式从高效的生产工艺设计；0010 根据本发明的第一个方面，该系统包括一个包含有内部通道的反应器的反应器，内部通道的入口，以及内部通道的出口，用于压实一种松散生物质材料的装置，同时将压缩生物质材料引入到反应管的入口，用于加热压实的生物质材料的反应管温度，有机分

7、子在压实的生物质材料分解形成残渣和燃油混合气主要含一氧化碳和氢用于从反应器中取出燃料气体混合物的一种装置，用于从反应管中通过出口的出口去除残渣的装置，包括入口和出口的装置F反应管，压实方法，及消除方法抑制空气入口进入反应管充分密实的生物质原料在反应器的入口管在入口处形成一个压下的生物质材料的插头，在反应管出口处将残渣压入，形成出口处的残渣口。0011 根据本发明的另一个方面，该过程包括压缩松散的生物质材料，同时将压缩生物质材料引入到反应管的入口中，加热压实生物质材料在反应器内管温度，有机分子在压实的生物质材料分解形成残渣和燃油混合气，如何将燃料气体混合物的反应管，从反应器管通过其境清残渣，并抑

8、制空气入口进入反应管充分密实的双在反应器管的入口处形成一个致密的生物质材料塞入口生物量材料和密实的残渣在反应管出口形成的活塞退出。0012 通过在入口和出口处的生物量和残渣塞防止空气进入，分别的反应管，该系统和方法能够产生具有能量C合成气可能比其他更高的内容。本发明的其他方面和优点，将从以下详细描述中得到更好的理解。图纸简要说明0013 图1是一个包含一个中性大气压力能力的生物质气化炉系统的示意图，根据本发明的优选方面。发明的详细描述0014 图1示意性地代表了一种生物质气化炉系统10在本发明的一个实施例一致。该系统10被配置为具有中性大气压力反应器12，其控制外形能够减少能量输入设备10系统

9、的复杂性。图1表示一种生物质材料，该生物质材料被运送到反应器12，通过一个反应器16从一个体积漏斗中输送设备18，在图1中所示为一个由电机驱动的螺旋（米），虽然其他的交付方法也在本发明的范围内，如通过使用一个内存或重力饲料只有。生物质材料进入反应管14在反应器12通过入口或喉部20在管14的上端。管14作为容器，并定义了一个内部通道内的气化过程，生产合成气作为一种理想的产品和干残渣作为副产品。反应器12是配置的，这样的合成气流量，作为残渣分。这些特点区分发明典型气化。反应器12被表示为包括一个单一的反应器管14，但反应器12可以包括一个数组并联管（直线，平面，或凸面）按照共申请美国专利申请服务

10、。12号/ 760241号。如果采用了一系列反应管14，管14为宜为使他们的管道20躺在一个普通的二维（2-D）表面（无论是欧几里得或黎曼），如直线网格或其他几何排列与生物耦合料斗16。虽然反应器12和它的管14在图1中被表示为垂直方向，管14可以水平方向或在不同的角度与彼此和与物力PECT重力（垂直）。0015 生物质输送从料斗16进入管道打开20的反应管14优选尺寸缩小，是典型的COM秸秆，木屑，杜松子酒垃圾，干酒糟固体，和食堂有机废物。生物质材料的粒径宜限制在反应管14的直径约六分之一。为更详细的讨论其中的原因在料斗16中的生物质原料的数量是有利于保持在足够的水平，以确保有足够的生物量，

11、可在反应器内的每管12，这样的合成气回流减少。进料口16内的生物量可在进料口16内保持均匀的高度，特别是在该管中的一个均匀的高度上保持物料转换器20位于地球表面基本正常。在图1中，反应管的垂直方向14的结果在被重力和/或其他的输送装置到管14。0016 12号反应堆的外部为代表的是在图1为装有电热元件22加热BIOM尾部在管14。加热元件22可以是各种类型，包括但不限于电阻炉，辐射加热器，包括热灯，等离子炉和电磁炉。加热元件22最好是安排好，使管14，和部分多轴向间隔区（带 1，2和3 ）的管14，捕获几乎所有的元素22产生的热能，如果多个管14本，在这一区域内管14是尽可能相似的同一区域内的

12、其他管。的反应器管14的直径优选地选择，例如加热元件22几乎尽可能地能够均匀地加热所需的14和在所需的时间内，通过管1的生物质材料的横截面的生物质材料4、成为热量转换。因此，管14的长度和直径是相互依存的基础上这个共同的概念。0017 图1进一步显示了反应器12与气体管路24，从管14中提取合成气的产生。气体线24的入口优选为导向，位于外的出料口，生物质材料将进入气线24的可能性。在如图1所示的实施例中，合成气生产的热解和气化过程是通过燃气管道24与鼓风机26（或其他合适的设备，如压缩机）。风机26将合成气经过一系列换热器（HX）和颗粒过滤器3 0之前，德的一个原动机（图1中表示），一个储存罐

13、，下行过程中，燃料电池，或任何其他合适的目的地。气化剂可用于协助转换通过已知的水煤气变换反应合成气。如图1所示，气化剂可以是蒸汽，蒸汽的来源可能是由泵从水源中抽出的水。42，然后通过热交换器28，通过该合成气的传递，这样的合成气作为热源，用于产生蒸汽引入到管14通过线36。 0018根据本发明的一个优点方面，该反应器12和它的管14被配置以促进在管14的管道20内的生物量的压实，这样的合成气的回流通过管14的截流作用。为了这个目的，最好是连续地供给到管14的生物量，形成一个移动的“塞”的生物量材料在管道20。管道20米可以配置有一个喇叭形，促进生物质压实在进入管14。管14可任选密封防止合成气

14、向屠回流管道20，以及允许维修。生物质的连续供应管14也可用于推动干燥的副产物的反应通过管14和支管32，可以使用重力和/或0019 另一个除残渣系统34（如图1所示的螺旋），以去除系统10的残渣。以这种方式，除了形成上述生物质材料封喉20管14塞，生物质被连续地供给到反应器管14促进除残渣系统34定位在一堵残渣的形成在支管32的下游，有效地在支管内形成密封件32。在支管32中形成一个火山残渣栓，可以通过锥形支管32如图1所示来推动，这迫使压缩残渣同样挤压工艺。另一种是有一段管道的传输机制（例如，螺旋或其他设备）通过诊断旧的32是不存在或中断，并通过这部分的残渣分，从而使残渣轻微的压实。002

15、0 除了形成阻隔空气进入管14，堵管14与生物质残渣的两端也可以更好地保持热量在反应器内管14促销在料斗16中进行气化反应，减少火灾风险。在何种程度上喉20是锥形的，饲养设备16能够包装的生物的程度不锈钢材料进入喉20，16的距离，从管道的开口20将所有影响的轴向长度和密度的生物量插头在管14。它可以我们赞赏有可能有超过三个因素的组合，提供所需的或最佳的性能，在一个给定的配置。为解决管14的意外成为缺乏生物量的材料，管14可以配备装置（未显示）关闭其管道22。这种关闭装置可以包括，但不限于，驾驶相应的进料二号设备16进一步进入了20个饥饿的管14的管道，并提供了一个平板，以促进更好的密封，提供

16、了一个刀阀在或附近的管道20密封一个饥饿的管14，和/或关闭一个阀门（未显示），通过该合成气从饥饿管14。每一个关闭装置，单独或组合使用，可以最大限度地减少火灾风险，减少所需的合成气产品后和减少热损失，促进流程的效率和降低风险。对该系统的10管14系统10和进一步的功能进行了讨论，其中一些工艺和设计参数来源于相关的美国专利应用。12号/ 357788号。0021 本发明所采用的热解温度可以有所不同，但优选范围从约800到1100左右。在反应管14中，优选的是一种最有效地将固体生物质转化为合成气。此配置文件可以提示使用1区加热器安排如图三所示，例如，生物质遇到的第一加热区（带# 1）进入管14，

17、生物质加热到接近其挥发温度后（一般在350左右，°C.），然后进入第二加热区（# 2），它的温度我在充分的热解温度下，这样的分子在它们能形成重或有毒的化合物后迅速裂解。如果三分之一个加热区（# 3）用如图1所示，T第三区内温度保持使残渣分剩余热解后不会形成低熔点玻璃不易流动通过反应管14。0022 从加热元件中产生的废热量22和从管中丢失的14，可用于各种用途。燃气排出物也可通过热交换器、热管、热管运行热传递的另一种手段，提供热能，可用于整体方法的优点。可以用多种方式输送废水，包括但不限于工作流体、热磷IPE（单相或两相），导电介质如金属或钻石，辐射，或通过一个合适的工作流体对流。收

18、获的余热可用于非限制性的例子，如，干进量，热反应管14（如在区# 1），和用于从系统中移除液体和/或固体残渣热装置。垃圾热也可能在更有用的收获形式，如经营斯特灵发动机机械工作的目的，使用热电冷却器的电力，或使用系统10外基本上任何期望的目的。余热，包括从原动机或SOFC尾气，可以用于干燥的生物质材料，具有较高的水分含量是特别有用的。注射热，干燥红外进料斗16可以用于此目的得到几个好处，包括驱动掉多余的水分分离或起毛的生物质材料避免生物质材料桥接或鼠洞。0023 如果反应器管14的主轴线是水平的，则可能有利于该轴线向14对其喉道20相反倾斜向下倾斜。该边坡的目的是ENC鼓励任何气体，滚动碎片，或

19、装残渣被输送到残渣管32连接到端的管14。如果14的反应管的主要轴线基本上是垂直的，它可能是有利于提供管14与一个或多个尖峰（未显示），项目入管14内，生物质材料落入管14转弯管道转移任何大型生物质块，以及限制通过管14的生物质材料的流动，从而增加了在最热的区域内的生物量材料的停留时间14。另外，炉可以位于或接近确保很少或没有生物质材料是完全通过反应管14不气化的基础0024如前所述，以减少Y输入设备的复杂性，本发明的系统10配置有一个中性的大气压力封堵高考中取得（管道20）和出口（支管32）的管14与生物量和残渣分，这种能力可以促进利用高度敏感的差压传感器38在管入口和/或系统10和一个闭环

20、控制系统40的除尘部分，以监测和调节气体流量通过鼓风机26用于绘制的气体通过气体的体积率24号线。在给定的压力下的生物量和残渣封孔的完整性是一个函数的泄漏率，由于孔隙率/组合物的生物量或残渣栓。插头的孔可以调整被运输的生物质材料的压实度。这是非常有作用的，消除了需要一个锁斗系统，以防止空气入口进入反应管14通过确保系统10采用进口和出口压力在一定范围内泄漏从34节合成气或有害。0025 闭环控制系统40,合适的参数(如PID控制器或其他方法已知那些熟练的艺术),也可以用来引入一定量的水或水蒸气(包括蒸汽)基于属性的合成气。这些属性可能包括,但不限于,合成气的含水率,传入的碳质原料材料的含水率,

21、大量的液体浓缩在一个电容器,气体的电导率,或其他手段输出气体性质,如压力或温度,可用于化学和/或机械系统来调节水量。介绍水的可能完成的许多方面,包括但不限于注入,渗透,控制阀,扩散,或毛细作用/毛细管作用。0026应该明白,尤其是在上述讨论的观点,空气进入反应器的入口管14会有不必要的稀释效应产生的合成气,从而减少其热值,导致整体净能量效率降低,而泄漏等会减少系统的能源生产能力10。不使用生物质灰塞在喉咙管20和廖32分别直接扩散空气进入系统10和合成气在平衡系统10只有和质量分数的合成气生产速度,利用这些位置上的插塞,直接扩散率更小,导致一个有效合成气生产过程能够产生能量高达300BTU/和

22、更高。0027而发明在特定的方面被描述的具体体现,很明显,其他形式可以采用一个熟练的艺术。例如,系统的物理配置10及其组件可以从所示不同,其他材料和过程指出可以使用。因此,本发明的范围是有限的只有以下要求: 1.一个生产合成气的过程由生物质材料和执行系统组成:反应堆包含一个有中性大气压强的存在的内流通道,入口的内流通道和出口的内流部通道反应堆管和内部通道包含一个密实的生物质材料的热解反应的燃料气体混合物包括一氧化碳和氢气在反应堆管内由此形成;对压实意味着一个松散的生物质材料在反应器管的入口处形成密实的生物量;在反应器管内加热压实生物质材料在该温度下发生热解反应,有机分子内压实生物质材料分解形成的火山灰和燃料气体混合物;用于从反应器中取出燃料气体混合物;把灰尘从反应堆管通过其退出:组成压实方法和手段,反应堆的入口和出口管,和移除意味着维持反应堆内的中性大气压力管和抑制入口的空气进入反应堆管充分压实的生物质材料在反应堆的入口管形成一个致密的生物质材料塞入口处与密实的灰在反应管出口处形成的灰塞，过程包括：同时将压实的松散生物质材料和压实的