專利名稱：快速熱解木質(zhì)纖維素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1所述的快速熱解木質(zhì)纖維素的方法。該方 法是由諸如木質(zhì)纖維素的生物材料，也即含纖維素和木質(zhì)素(拉丁文(lat):木材(Lignum)=木頭(Holz))的物質(zhì)如木材、稻草、干草但也 可以是紙張，生產(chǎn)合成氣的工藝鏈中的重要組成部分。
技術(shù)背景快速熱解的作用是使諸如生物材料的含碳原料物轉(zhuǎn)變?yōu)樵S多液態(tài) 的熱解冷凝物(Pyrolysekondensat)(熱解油)以及少量的固體熱解焦炭 和熱解氣。在約400至60(TC、優(yōu)選約500。C,在數(shù)秒鐘且優(yōu)選約一秒鐘 內(nèi)并且在隔絕氧氣條件下在作為原料物的前述生物材料中進(jìn)行快速熱 解，該過程中一般調(diào)節(jié)生物油的含量為40至80重量％而生物焦炭的量 只是為10至約30重量％。因此，快速熱解反應(yīng)——也就是公知的急驟熱解——是一種特殊的 熱解方法，該方法中尤其形成許多的液態(tài)熱解冷凝物和少量的氣體和 焦炭。特別地，木材和稻草(木質(zhì)素纖維)可以有超過40%直至80%被液 化成生物油(參見[l])。通常通過燃燒熱解焦炭或熱解氣或兩者的組合來滿足快速熱解的 需熱量。對于進(jìn)行良好的快速熱解作用，取決于原料，熱解氣的熱值 在需求量級內(nèi)，即生物材料熱值的10%的范圍內(nèi)甚或更低。焦炭成分 的熱值通常會明顯高于需求值，為超過兩倍的值，從而只是需要一部 分量即可。一般對于實際所用的所有快速熱解方法而言，都是一種變溫的方 法過程(allotherm)。在采用熱栽體的方法中，要將其進(jìn)行循環(huán)，因為否 則的話難以在相對較小的熱解反應(yīng)器體積內(nèi)安排足夠的熱交換表面。 多數(shù)情況下，要在熱載體循環(huán)中安裝在氣體側(cè)隔離于熱解反應(yīng)器的第 二渦流層-燃燒反應(yīng)器，其中燃燒熱解氣體或者多數(shù)情況下一部分熱解 焦炭和空氣并直接在流化床內(nèi)調(diào)節(jié)加熱熱載體。這過程中可能會出現(xiàn) 各種問題，例如要處理低熔點的灰燼，有著形成毒性氯代-二嗯英和氯 代-呋喃的潛在風(fēng)險，不完全的CO燃燒等。通過在熱交換器中從外部間接地加熱熱載體，就能避免這種問題，但是因為有限的導(dǎo)熱系數(shù)，從 而使得需要較大的技術(shù)成本。在諸如螺桿反應(yīng)器(例如雙螺桿混和反應(yīng)器)的機械流化反應(yīng)器 內(nèi)，機械混和并傳送熱載體床與熱載體的顆粒狀固體(粒子)。為此，由 于其有著很大的比表面積，所以要使用相對較精細(xì)顆粒的徑向上良好 混和的熱載體，用以有效和快速地將熱量傳送到木質(zhì)纖維素上。在[l]中例示性地記載了用于熱處理材料的設(shè)備和方法。其包括一 個具有兩個彼此平行排列的同向旋轉(zhuǎn)且可相互嚙合的輸送螺桿的雙螺 桿反應(yīng)器，其中要以連續(xù)的砂流或焦炭流作為傳熱載體在加熱連續(xù)的生物材料流若干秒鐘到大約500 °C的溫度。備選地，[2]公開了 一個具有帶有反應(yīng)區(qū)的轉(zhuǎn)爐的單螺桿反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中設(shè)置有輸送螺桿以傳送生物材料和傳熱載體顆粒。熱載體由金屬、陶資或碳化硅(硬質(zhì)材料)的顆粒構(gòu)成。若通常使用前迷的熱載體顆粒，如石英砂和類似的脆性材料時， 在熱載體循環(huán)中在每次通過時都會形成少量的很細(xì)小的磨損屑，其會隨著熱解焦炭排出并除去。在第一次通過時焦炭也不會立即完全地被 排出，而是會特別在機械輸送時富集于循環(huán)的熱載體中直至達(dá)到平衡炭和灰燼i面上的蒸氣，、并減小有機冷凝物收率。、 ''發(fā)明內(nèi)容由此，本發(fā)明的任務(wù)在于提出 一種快速熱解木質(zhì)纖維素的改善的 方法，該方法特別地顯著降低由于磨損而使得熱解冷凝物和熱解焦炭 不理想的顯著摻雜的危險。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的方法來解決。從屬權(quán)利要求則 給出了優(yōu)選的改進(jìn)方案。本發(fā)明的基本思想是，在加入到熱解反應(yīng)器中去之前不僅僅粉碎 木質(zhì)纖維素，而且要在前接于熱解過程的加熱處理過程中對其完全干 燥，由此在快速熱解過程中不必再另外引入蒸發(fā)熱量。所謂完全干燥, 在本發(fā)明中包括去除至少99 %的游離的、也即并不是結(jié)合在木質(zhì)纖維 素內(nèi)的水分。因為在快速熱解時不必再施加蒸發(fā)熱，所以在快速熱解 時要由導(dǎo)熱顆粒傳送到木質(zhì)纖維素顆粒上去的熱量更少。為達(dá)到相同 的木質(zhì)纖維素加熱速率，特別的，只需要較小的導(dǎo)熱表面積即可，原則上這也就允許了采用較大的導(dǎo)熱顆粒。從簡便操作的觀點來看，較 大的顆粒具有很大優(yōu)點，因為在進(jìn)行快速熱解之后通過篩分或振搖過 程就能顯著簡單地從細(xì)顆粒的熱解產(chǎn)物，特別是熱解焦炭中將它們?nèi)?除掉。優(yōu)選地，熱處理過程也能起到在導(dǎo)入快速熱解中去之前預(yù)熱生物 材料的作用，也就是說能進(jìn)一步節(jié)能以及更好地控制快速熱解的溫度 (更小的溫度差并因此也就有進(jìn)一步減少的需熱量)。前迷的干燥過程優(yōu)選經(jīng)由純粹的熱處理過程在環(huán)境壓力下進(jìn)行， 但是也可以輔助或代之以與此不同的、優(yōu)選是較低的壓力或特別干燥 的、即極其不含水的氣氛。該熱處理的條件(壓力、溫度、氣氛)，特別是溫度要視蒸氣壓 力和待去除的揮發(fā)性組分(水)而定，其中不容許達(dá)到所要熱解的生物材 料的分解條件。優(yōu)選熱處理過程在無壓力條件下于空氣中并且在高于水的沸點(100。C)、更優(yōu)選高于120。C或13(TC的用于加快過程的溫度下 進(jìn)行，并且上限值由于分解開始點、氣味的形成以及木質(zhì)纖維素的燃 燒溫度而在約200。C、優(yōu)選170至180。C。優(yōu)選值與其它值保持安全距離， 因為在前述的木質(zhì)纖維素顆粒的熱處理過程中總是會出現(xiàn)傳熱過程， 并且還要考慮到局部的溫度波動。優(yōu)選采用貧氧的氣體如廢氣來進(jìn)行干燥以避免木質(zhì)纖維素發(fā)生氧 化反應(yīng)或預(yù)燃。所述廢氣可以來自于熱解氣體， 一部分(例如價值較小 的部分)熱解焦炭的燃燒過程。在快速熱解之前干燥和加熱生物材料(木質(zhì)纖維素)的過程中，在不 超過約170至180。C的優(yōu)選溫度發(fā)生在空氣中自身分解和自燃的危險就 很小了并且能夠在生產(chǎn)實踐中得以避免。氣味形成也保持中等(至少 對于主要物質(zhì)如此)并保持如此。若無預(yù)熱，則必須要額外在快速熱 解反應(yīng)器中施加為預(yù)熱所需的熱量，對于受到時間限制的反應(yīng)器產(chǎn)能 這就特別需要相應(yīng)較昂貴的且因此也較高昂的工藝過程。這就首先涉 及到更高級的導(dǎo)熱顆粒循環(huán)(相對于生物材料流并因此也相對于熱量 流)，以及在較高溫度下和預(yù)熱時相比更高的熱輸入量，或者使所要熱 解的木質(zhì)纖維素通過量更小。在最優(yōu)選擇的操作參數(shù)下，以相同的導(dǎo) 熱循環(huán)和干燥預(yù)熱的進(jìn)料(生物材料，木質(zhì)纖維素)可以使通過量不止翻 番。在試驗操作時，根據(jù)原料不同甚至?xí)^察到提高到超過三倍。熱處理或干燥過程可以在木質(zhì)纖維素分解之前和/或之后進(jìn)行，并 且原則上也可以僅在較長時間干燥存放條件下于低于水的沸點的溫度 下進(jìn)行脫水。經(jīng)強烈預(yù)熱的粉碎的生物材料(進(jìn)料)與較粗導(dǎo)熱體相結(jié)合能提供 一系列的優(yōu)點。采用經(jīng)預(yù)熱的進(jìn)料，就能顯著降低熱解時的需熱量， 因為生物材料中的游離水已經(jīng)蒸發(fā)，并且室內(nèi)溫度被加熱到直至分解開始的約18(TC至20CTC,這相當(dāng)于直至熱解結(jié)束溫度約500。C的可達(dá) (fiihlbar)熱量的約1/3。另外，還可以通過使大部分熱解反應(yīng)物、特別是大部分木質(zhì)纖維 素在約270至約400。C之間放熱的，也即在自加熱條件下流出，而減小 耗熱量。有利地，放熱形成的熱量不再需要從外部導(dǎo)入。以此得到的 額外的節(jié)省量取決于所要熱解的木質(zhì)纖維素的常量(例如組成、比表面 積、熱值等)和熱解條件本身，特別是取決于快速熱解的加熱速率和保 持時間。熱解產(chǎn)物中存在的例如C02和CH4越多，則放熱就越強烈。若將木質(zhì)纖維素顆粒預(yù)熱到170至200。C的溫度，則為進(jìn)行快速熱 解就只需要快速加熱木質(zhì)纖維素顆粒到約70至100。C,從而達(dá)到上述的 前述放熱反應(yīng)(進(jìn)一步的自加熱)開始的270。C的溫度值。因此，并非一 定要公開該熱解反應(yīng)所需的需熱量。通過以有利的方式干燥和預(yù)熱，就能將為加熱木質(zhì)纖維素顆粒而 所需導(dǎo)入快速熱解設(shè)備中的熱導(dǎo)入量降低到最小值。這一方面使得導(dǎo) 熱顆粒的量減少并因此也使得供支配的絕對熱量減少，然而另 一 方面 也能優(yōu)選地采用具有雖然較不利于快速導(dǎo)熱但卻更利于接著將熱解產(chǎn) 物從導(dǎo)熱顆粒中分離出去的小比表面積的導(dǎo)熱顆粒，用于不減少絕對 熱量地進(jìn)行導(dǎo)熱，其中優(yōu)選只是經(jīng)由導(dǎo)熱顆粒的增大來實現(xiàn)工業(yè)反應(yīng)。本發(fā)明的思想還在于，要降低前述的原則上有利于快速導(dǎo)熱的導(dǎo) 熱載體的大比表面積，以有利于使待熱解的木質(zhì)纖維素具有合理的大 比表面積。實際上，這意味著導(dǎo)熱顆粒具有特定的相比于砂子更大的 最小尺寸，同時將木質(zhì)纖維素在導(dǎo)入到快速熱解過程中去之前，優(yōu)選 通過破碎、鋸、磨和/或剁而粉碎成鋸末或碎屑尺寸，優(yōu)選最大約3mm 尺寸。由于如此調(diào)制的木質(zhì)纖維素具有高的比表面積，所以就能有益地 特別快地加熱待熱解的生物材料。還因為整個體積的木質(zhì)纖維素很好地結(jié)合在近表面區(qū)域上，所以就能特別均勻地加熱整個生物材料，對 于快速熱解來說這就能有益地實現(xiàn)有針對的和精確的溫度控制，特別物和熱解焦炭^ S解程度，^且也;低^快:熱解反應(yīng)^內(nèi)"需熱量。 特別是當(dāng)所要熱解的木質(zhì)纖維素允許前述的快速吸熱作用和熱滲 透作用時，采用較小面積也能足夠快速地轉(zhuǎn)移在快速熱解反應(yīng)器內(nèi)的經(jīng)減少的較少需熱量。在這種情況下，具有優(yōu)選大于3mm粒徑、更優(yōu) 選6至16mm粒徑的粗顆粒導(dǎo)熱體——其特征是單位表面上有更高的熱 容——即已足夠，由此就能有利地在排熱過程中在木質(zhì)纖維素上實現(xiàn) 沒那么快的冷卻過程并也因此可以預(yù)期到在熱解過程中有著均勻的溫 度。優(yōu)選使導(dǎo)熱顆粒具有倒圓的形狀、更優(yōu)選球形以降低摩擦損失(顆 粒的摩損)?？焖贌峤鈺r應(yīng)要避免磨損，因為碎屑會優(yōu)選積累于熱解 焦炭中并于后續(xù)于快速熱解過程的方法步驟中，特別是生物材料氣化 時在Flugstrom氣化器的噴嘴結(jié)構(gòu)內(nèi)或在中間產(chǎn)物(漿料)的泵和閥門機 構(gòu)內(nèi)加速磨損。因此，在熱解產(chǎn)物中降低了摩擦也就有益地減少了磨 損。特別應(yīng)要避免在Flugstrom氣化器中快速磨損燃料噴嘴。導(dǎo)熱體優(yōu)選由具有(充分)良好導(dǎo)熱能力的耐磨材料構(gòu)成，如陶瓷、 SiC或Al203,但也可以是石英、石墨、硬質(zhì)材料或優(yōu)選也有相應(yīng)的合適 的金屬或合金優(yōu)選如鉻鎳鐵合金(Inconel)或耐熱鉻鎳鐵合金(Incoloy), 它們都具有對氯和鹽酸的足夠的耐受性。在一個優(yōu)選的實施方案中， 導(dǎo)熱顆粒具有摩擦防護(hù)層或摩擦防護(hù)層復(fù)合體，其具有至少一個由硬 質(zhì)材料或硬質(zhì)合金構(gòu)成的層。顆粒本身也可以考慮是具有特別有益的 熱性能，如高導(dǎo)熱性或高熱容的材料。在傳熱材料有著良好導(dǎo)熱能力和耐熱性的條件下可以直接用來加 熱那些優(yōu)選未經(jīng)急冷的燃燒氣，這能在導(dǎo)熱體循環(huán)中實現(xiàn)進(jìn)一步技術(shù) 簡化。大顆粒還能通過加熱時灌注熱的燃燒氣(更小的壓力損失)而減小 穿流阻力。另外，在導(dǎo)熱顆粒循環(huán)中也能在氣體側(cè)封閉加熱段的反應(yīng) 器，這不再如使用砂子時通過較長的封閉段來實現(xiàn)那樣，而是優(yōu)選地 通過腔室閘或輪式閘或可比較的設(shè)備來實現(xiàn)。上述的大的導(dǎo)熱顆粒和粉碎的木質(zhì)纖維素的組合的其另一顯著優(yōu) 點是導(dǎo)熱顆粒與熱解焦炭在快速熱解之后能很好地分離。粗顆粒的導(dǎo)熱體(粗的導(dǎo)熱顆粒)允許或有利于例如通過吹洗或經(jīng)由篩分將焦炭 近乎完全機械式地分離。若導(dǎo)熱顆粒還是不含焦炭或貧焦炭的，即缺 乏燃料的，則其特別適用于快速熱解過程中進(jìn)行批料循環(huán)，包括例如 外部加熱(優(yōu)選通過與優(yōu)選是熱解氣和/或熱解焦炭與預(yù)熱空氣燃燒的熾熱燃燒氣直接接觸而加熱到500至65(TC溫度)，返回到熱解反應(yīng)器 內(nèi)以放熱以及重新進(jìn)行加熱。無焦炭(或特別是貧焦炭)的導(dǎo)熱顆粒特別 允許采用來自熱解焦炭或熱解氣燃燒的熾熱煙氣來直接加熱，同時可 預(yù)計到不會產(chǎn)生那些例如在以氣動方式輸送砂子中已知的困難，這些 困難是至少在加熱時由于附帶(例如粘附)的且一起拖曳的高反應(yīng)性熱 解焦炭的不可忽略的殘余燃燒值而引起的。特別地，在附帶的熱解焦 炭殘余量較大時，會存在著焦炭燃燒釋放灰燼或者形成有毒的氯代-二 瞎英和呋喃的風(fēng)險，這就特別要包含多數(shù)情況下是非常昂貴的用以安 全控制這些物質(zhì)的措施。優(yōu)選在快速熱解反應(yīng)器內(nèi)并在混合時以枳4戒方式，例如通過具有 插入件的旋轉(zhuǎn)管，通過單螺桿，通過同向旋轉(zhuǎn)且相互咬合的雙螺桿或 借助于重力或兩者的組合而在1至1 OO秒、優(yōu)選3至30秒的停留時間內(nèi)于 快速熱解反應(yīng)器中充分混合導(dǎo)熱顆粒和木質(zhì)纖維素顆粒(生物材料、 進(jìn)料)。優(yōu)選對此進(jìn)行設(shè)計，使得只有一小部分熱解焦炭隨著熱解氣 和蒸氣一起排出，從而可以棄用以加熱旋風(fēng)除塵器分離焦炭粉塵的步驟。在離開熱解反應(yīng)器之后，無法完全抑制攜帶在氣體中的焦炭粉塵。 根據(jù)我們的操作經(jīng)驗，焦油/焦炭膏體的沉積和管路覆蓋是快速熱解時 最為經(jīng)常和嚴(yán)重的工作干擾。氣體和蒸氣中較少的焦炭塵顯著減小了 這種風(fēng)險并提高了設(shè)備的可靠性和耐用性。特別的，冷凝物獲得過程 的設(shè)計會變得更為簡單并且也能更可靠地進(jìn)行冷凝操作。在熱解反應(yīng)器之后由于高粘度焦炭/焦油膏體的沉積而帶來的管道 覆蓋風(fēng)險是很高的并且清除它們可能會顯著減小設(shè)備的耐用性。在實 驗設(shè)備中發(fā)現(xiàn)，熱解焦炭粉末從熱解反應(yīng)器中排出到熱的旋風(fēng)除塵器 中和部分還進(jìn)入到冷凝物中去的排出量，可以通過微小的結(jié)構(gòu)改變來 改變反應(yīng)器出口的氣體速率,從而部分地顯著減少到小于20%。由于 焦炭量少，因此就能顯著減小干擾性的膏體的形成并相應(yīng)保持設(shè)備的 可操作性。在一個優(yōu)選的實施方案中，使用動能，例如在封閉的下落段內(nèi)在 實際快速熱解反應(yīng)器之前使導(dǎo)熱顆粒(例如在前述升降機之后例如在 斗式輸送機內(nèi))與木質(zhì)纖維素顆粒經(jīng)由渦流良好地混合，從而將均勻 混合物導(dǎo)入到實際快速熱解反應(yīng)器內(nèi)。另一實施方案中利用在快速熱解過程中獲得的熱解氣來驅(qū)動燃?xì)?發(fā)動器(例如用來驅(qū)動電流機)，并且可以將熾熱的、缺氧的發(fā)動機 尾氣用來干燥和加熱木質(zhì)纖維素和/或?qū)犷w粒。同樣也可為此在燃燒 部分熱解焦炭時使用熱氣體。


以下根據(jù)附圖所示的實施例來更詳盡地闡述本發(fā)明。附圖為 圖la和b顯示了進(jìn)行木質(zhì)纖維素快速熱解的方法過程以及 圖2所示為用于快速熱解木質(zhì)纖維素的裝置的例示性的結(jié)構(gòu)。 圖la至c中所示為本發(fā)明方法的可能的流程圖。圖la為一種簡單過 程，而圖lb則給出了優(yōu)化的工藝變型。
具體實施方式
如圖la所示，在第一步中，木質(zhì)纖維素l作為物流導(dǎo)入到機械粉碎 過程2中并接著以木質(zhì)纖維素顆粒3的形式導(dǎo)入到干燥過程4中。優(yōu)選預(yù) 熱到170至200°C進(jìn)行干燥，然后將木質(zhì)纖維素顆粒導(dǎo)入到與導(dǎo)熱顆粒6 混和的混和過程5中，從而一起進(jìn)行快速熱解過程7。在快速熱解范圍 中，優(yōu)選通過一個或多個輸送螺桿來傳送物料。在混和與快速熱解范圍內(nèi)，會很快地如前所述加熱優(yōu)選經(jīng)預(yù)熱的 木質(zhì)纖維素顆粒。該過程通過使加熱到超過350。C、優(yōu)選加熱到約500 至650 °C的導(dǎo)熱顆粒6將熱傳遞到木質(zhì)纖維素顆粒上而實現(xiàn)，優(yōu)選從170 至200 °C之間的預(yù)熱溫度加熱到前述放熱的熱解過程的較低起始溫度，在快速熱解7范圍內(nèi)，通過前述的放熱過程而加速地將待熱解的木質(zhì)纖 維素顆粒進(jìn)一步加熱到熱解溫度，優(yōu)選400至650。C。在絕氧條件下于400至650。C的前述溫度下經(jīng)過快速熱解過程7,并 持續(xù)1至100秒，優(yōu)選1至10秒，更優(yōu)選1至3秒。該過程中，木質(zhì)纖維素 顆粒3反應(yīng)成熱解焦炭8和熱解冷凝物9 (熱解油10和熱解氣11 )，且其 在物質(zhì)分離過程12中急冷，即在0.1至5秒內(nèi)優(yōu)選在0.1至1秒內(nèi)冷卻到低 于20(TC溫度，并且將其優(yōu)選在振動篩內(nèi)從導(dǎo)熱顆粒6中分離出來。急冷過程也能起到將熱解冷凝物9分成冷凝的液態(tài)熱解油10和氣態(tài)成分 熱解氣ll的作用。將熱解焦炭8、熱解油10和熱解氣11導(dǎo)入其他應(yīng)用過 程，而對于導(dǎo)熱顆粒則在物質(zhì)循環(huán)中進(jìn)行加熱到上述溫度的加熱過程 13和重新返回到前述混和工序5中去的過程。根據(jù)圖lb的工藝變型，使木質(zhì)纖維素通過存放14干燥并導(dǎo)入到在 約170至200。C的預(yù)熱過程15中。首先，即在木質(zhì)纖維素導(dǎo)入到混和過 程5和快速熱解過程7中去緊前面將其粉碎2成木質(zhì)纖維素顆粒3。后粉碎過程的特殊優(yōu)點是操作可靠。比表面積和因而帶來的提高 的木質(zhì)纖維素反應(yīng)性會在快速熱解之前迅速實現(xiàn)，也就是說，在預(yù)熱 時期望的與反應(yīng)性提高相關(guān)的諸如燃燒或分解的預(yù)反應(yīng)僅保持在很短 的時間范圍內(nèi)。另外，粉碎的工藝步驟也優(yōu)選結(jié)合到對于快速熱解來 說特別需要的缺氧的氣氛中。這也可在預(yù)熱過程15的范圍內(nèi)用于適度 升高預(yù)熱溫度到190至220。C的溫度上，優(yōu)選19(TC至200。C。備選地，在共同的步驟中進(jìn)行預(yù)熱15和粉碎2，同時對于前述的預(yù) 反應(yīng)來說要減少時間長度。在快速熱解時，預(yù)分離氣態(tài)的熱解產(chǎn)物16,優(yōu)選熱解氣ll以及其 它在前述快速熱解溫度下呈氣態(tài)的熱解產(chǎn)物。然后將它們導(dǎo)入燃燒過 程，并且將燃燒熱直接或經(jīng)由廢氣引入用作加熱13和預(yù)熱15的導(dǎo)入的 能量，但也可任選用于干燥2(此處未示出能量輸入)。廢氣的特殊優(yōu)點 還在于其缺乏游離的氧分子，這有利于快速熱解時的調(diào)溫處理。實施前述用于快速熱解木質(zhì)纖維素方法的裝置的 一種例示性結(jié)構(gòu) 如圖2所示。裝置的中心元件是具有兩個依次串接且經(jīng)由驅(qū)動馬達(dá)19傳 動的雙螺桿18的熱解反應(yīng)器17(混和反應(yīng)器)，且所迷雙螺桿18具有兩個 分別平行設(shè)置且同向旋轉(zhuǎn)的相互嚙合的輸送螺桿以實施快速熱解。前 接于熱解反應(yīng)器的是預(yù)混室20,且其任選具有可替換的機械混和器21 以及分別用于預(yù)熱的木質(zhì)纖維素顆粒(22)和導(dǎo)熱顆粒(23)的導(dǎo)入管22、 23。任選也可以設(shè)計預(yù)混室使之具有垂直的更長的下落段。熱解反應(yīng)器還在某個位置，優(yōu)選高于環(huán)繞著反應(yīng)器內(nèi)腔的位置中 心處，具有用于氣態(tài)熱解產(chǎn)物16(熱解氣和熱解蒸氣如還有焦炭粉塵) 的氣體出口24,視需要還有作為氣體收集室大面積覆蓋熱解反應(yīng)器上 部的圓蓋30以及在由雙螺桿18構(gòu)成的快速熱解段的末端具有適于導(dǎo)熱 顆粒6、熱解焦炭8和熱解油10的且連有后接的分離室26(例如振動篩)的公共出口25。在前述的物質(zhì)分離范圍內(nèi)，于分離室內(nèi)分離貧焦炭的 導(dǎo)熱顆粒6，且其接著以約400至500。C通過第一腔室輪式閘 (Zellradschleuse ) 27 (流體和氣體阻隔)導(dǎo)入到對流熱交換器28中， 在那里加熱到約500至600 °C并在通過第二腔室輪式閘29(流體和氣體阻 隔)之后導(dǎo)入到上述預(yù)混室內(nèi)。優(yōu)選將沒有在此示出的通過氣態(tài)熱解產(chǎn) 物16點燃的熱力學(xué)設(shè)備的熱煙氣流31供入對流熱交換器中并由此調(diào) 溫。文獻(xiàn)[1] E. Henrich, E. Dinjus, D. Maier: Flugstromvergasung von fliissigen Pyrolyseprodukten bei hohem Druck — Ein neues Konzept zur Biomassenvergasung; DGMK國Tagung: Energetische Nutzung von Biomassen, Velen 22,24. 2002年4月[2] EP 1 354 172 Bl附圖標(biāo)記列表1木質(zhì)纖維素2粉碎過程3木質(zhì)纖維素顆粒4干燥/預(yù)熱5混和過程6導(dǎo)熱顆粒7快速熱解8熱解焦炭9熱解冷》是物10 熱解油11 熱解氣12 物料分離13 加熱14 存放15 預(yù)熱16 氣態(tài)熱解產(chǎn)物17 熱解反應(yīng)器18 雙螺桿19 驅(qū)動馬達(dá)20 預(yù)混室21 機械混和器22 木質(zhì)纖維素顆粒的導(dǎo)入管23 導(dǎo)熱顆粒的導(dǎo)入管24 氣體出口25 出口26 分離室27 第一腔室輪式閘28 對流熱交換器29 第二腔室輪式間30 圓蓋31 煙氣流
權(quán)利要求
1.快速熱解木質(zhì)纖維素的方法，包括以下工藝步驟a)機械粉碎(2)木質(zhì)纖維素(1)成為木質(zhì)纖維素顆粒(3)，b)完全干燥和/或預(yù)熱木質(zhì)纖維素顆粒(3)，c)混和(5)木質(zhì)纖維素顆粒與導(dǎo)熱顆粒(6)成為混合物，其中導(dǎo)熱顆粒在混和之前被加熱到500℃至650℃，以及d)在熱解反應(yīng)器內(nèi)在絕氧條件下通過導(dǎo)熱顆粒加熱木質(zhì)纖維素顆粒，并且調(diào)節(jié)溫度在400至600℃達(dá)1至50秒，并使木質(zhì)纖維素顆粒反應(yīng)生成熱解焦炭(8)、熱解冷凝物(9)和熱解氣(11)。
2. 權(quán)利要求l所述的方法，包括通過篩分法分離(12)導(dǎo)熱顆粒 和熱解焦炭。
3. 權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述方法為連續(xù)方法，其 中木質(zhì)纖維素作為連續(xù)物流 一 次性地導(dǎo)入而導(dǎo)熱顆粒作為回收的物料與熱解反應(yīng)器隔開的方式下加熱導(dǎo)熱顆粒。
4. 權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述導(dǎo)熱顆粒與燃燒過程 的熱的燃燒氣直接接觸而加熱。
5. 權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述燃燒包括熱解氣和/或 熱解焦炭與預(yù)熱空氣的燃燒。
6. 前述權(quán)利要求之一所迷的方法，其中所述木質(zhì)纖維素顆粒 的預(yù)熱在100至200 °C的溫度進(jìn)行。
7. 前述權(quán)利要求之一所迷的方法，其中，在燃燒過程中燃燒 熱解氣、 一部分熱解焦炭或價值較小部分的熱解焦炭，其中考慮用在 此形成的缺氧的廢氣來進(jìn)行干燥。
8. 前述權(quán)利要求之一所迷的方法，其中所述的導(dǎo)熱顆粒由具 有大于3mm直徑的金屬、陶瓷或硬質(zhì)材料構(gòu)成的粒子組成。
9. 權(quán)利要求8所述的方法，其中的球體完全或部分地由鉻鎳 鐵合金或耐熱鉻鎳鐵合金或其他耐受HC1的合金組成。
10. 前述權(quán)利要求之一所迷的方法，其中所述的導(dǎo)熱顆粒上涂 覆磨損防護(hù)層或磨損防護(hù)復(fù)合層，其包括至少一個由硬質(zhì)材料或硬質(zhì) 合金構(gòu)成的層。
11. 前述權(quán)利要求1至10之一所述的方法，其中，在進(jìn)入到熱解反應(yīng)器之前且在添加入導(dǎo)熱顆粒和木質(zhì)纖維素顆粒之后以任意方式 進(jìn)行混和。
12. 前述權(quán)利要求1至10之一所述的方法，其中，在熱解反應(yīng) 器內(nèi)通過具有插入件的旋轉(zhuǎn)管，通過單螺桿，通過同向旋轉(zhuǎn)且相互咬 合的雙螺桿和/或借助于重力進(jìn)行混和。
全文摘要
一種快速熱解木質(zhì)纖維素的方法。本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種更好的快速熱解木質(zhì)纖維素的方法，該方法特別顯著降低不理想的由于磨損而使得熱解冷凝物和熱解焦炭摻雜的危險。該任務(wù)通過如下方法得以解決，所述方法包括機械粉碎(2)木質(zhì)纖維素(1)成為木質(zhì)纖維素顆粒(3)，完全干燥和/或預(yù)熱木質(zhì)纖維素顆粒(3)，混和(5)木質(zhì)纖維素顆粒與導(dǎo)熱顆粒(6)成為混合物，其中導(dǎo)熱顆粒(6)在混和之前被加熱到500℃至650℃，以及在熱解反應(yīng)器內(nèi)在絕氧條件下通過導(dǎo)熱顆粒加熱木質(zhì)纖維素顆粒，其中調(diào)節(jié)溫度在400至600℃達(dá)1至50秒，并使木質(zhì)纖維素顆粒反應(yīng)生成熱解焦炭(8)、熱解冷凝物(9)和熱解氣(11)。
文檔編號C10C5/00GK101238197SQ200680028806
公開日2008年8月6日 申請日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月11日
發(fā)明者E·丁朱斯, E·亨德里克, F·韋里克 申請人:卡爾斯魯厄研究中心股份有限公司