專利名稱：生物質(zhì)快速熱轉(zhuǎn)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將木材和/或其它生物質(zhì)快速熱轉(zhuǎn)化成高產(chǎn)率且有價值的液體產(chǎn)物， 例如生物油。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)在大部分人類歷史上是能量的主要來源。在十九世紀和二十世紀，隨著化 石燃料經(jīng)濟發(fā)展的出現(xiàn)，世界能源中源自生物質(zhì)的比例急劇下降，煤炭和石油產(chǎn)物占據(jù)了 市場。盡管如此，世界能源的15%仍然源自生物質(zhì)，并且在發(fā)展中世界，生物質(zhì)對能源供應(yīng) 的貢獻接近38%。通常為木材或木材殘余物的固體生物質(zhì)通過施加熱而轉(zhuǎn)化成有用的產(chǎn)物如燃料 或化學(xué)品。最常見的熱轉(zhuǎn)化實例是燃燒，其中加入空氣并且使整個生物質(zhì)原料燃燒以提供 熱燃燒氣從而產(chǎn)生熱和蒸汽。第二個實例是氣化，其中一小部分生物質(zhì)原料與空氣一起燃 燒，以將其余生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃性燃料氣。稱為發(fā)生爐煤氣的可燃氣表現(xiàn)出類似天然氣的 特性，但是其通常只有天然氣能含量的10 30%。最后一個熱轉(zhuǎn)化實例是熱解，其中固體 生物質(zhì)在基本無空氣存在下轉(zhuǎn)化成液體和炭以及氣體副產(chǎn)物。在一般意義上，熱解是通過熱作用將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體和/或炭，通常在轉(zhuǎn)化單元 中不使用直接燃燒。小量可燃氣也是典型的副產(chǎn)物。歷史上，熱解是相對緩慢的過程，其中所 得到的液體產(chǎn)物是粘性焦油和“木干餾”液體。常規(guī)慢熱解通常發(fā)生在400°C以下并且處理 時間從幾秒鐘到幾分鐘。用于木炭生產(chǎn)的一些慢熱解過程所采用的處理時間可以為數(shù)小時。在二十世紀70年代末發(fā)現(xiàn)了更現(xiàn)代的熱解形式，稱為快速熱解，當(dāng)時研究人員注 意到產(chǎn)率非常高的輕質(zhì)易流動液體可能來自生物質(zhì)。事實上，如果熱解溫度適度提高并且 使得轉(zhuǎn)化在通常少于5秒的極短時間內(nèi)發(fā)生，則液體產(chǎn)率有可能接近所輸入的木材生物質(zhì) 原料重量的80%。來自快速熱解的均質(zhì)液體產(chǎn)物具有蒸餾咖啡的外觀并且已經(jīng)公知為生物油。生物 油作為燃料適用于鍋爐中的清潔受控燃燒并且適用于柴油渦輪機和固定式渦輪機。這與以 非常低的產(chǎn)率產(chǎn)生稠密且低質(zhì)量的兩相焦油_水混合物的慢熱解形成鮮明對比。在實踐中，固體生物質(zhì)的快速熱解導(dǎo)致其固體有機物質(zhì)的主要部分瞬間轉(zhuǎn)化成氣 相。該氣相既包括不可凝氣體(包括甲烷、氫氣、一氧化碳、二氧化碳和烯烴)，也包括可凝 蒸氣。正是可凝蒸氣構(gòu)成最終的液體生物油產(chǎn)物，這種生物油產(chǎn)物的產(chǎn)量和價值與下游的 捕獲和回收系統(tǒng)的方法和效率密切相關(guān)。快速熱解過程中產(chǎn)生的可凝蒸氣繼續(xù)在氣相中反 應(yīng)，因此必須在其可能劣化成為低價值的液體和氣體產(chǎn)物之前使其在下游過程中迅速冷卻 或“淬火”。由于快速熱解設(shè)備被擴大規(guī)模用以商業(yè)運行，因此必須特別注意液體生物油產(chǎn) 物的迅速冷卻、淬火和回收的策略和手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種改進的生物質(zhì)快速熱轉(zhuǎn)化方法，該方法通過大規(guī)模生產(chǎn)實現(xiàn)從氣相高效回收高產(chǎn)率且有價值的液體產(chǎn)物(例如生物油)。在一個實施方案中，將生物質(zhì)原料例如木材進料至轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，在其中在基本無氧的環(huán)境和350 600°C的熱轉(zhuǎn)化溫度范圍下，使生物質(zhì)原料與熱的載熱體如砂的上升流混 合。熱的載熱體與生物質(zhì)原料熱接觸，使得生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成熱蒸氣流，所述熱蒸氣流被冷卻、 冷凝并且在下游回收為液體產(chǎn)物。在一個優(yōu)選實施方案中，熱轉(zhuǎn)化的溫度為約500°C，保留 時間小于5秒，更優(yōu)選小于2秒。熱蒸氣流被引導(dǎo)至冷凝室或多個冷凝室，在其中熱蒸氣流從約350°C至600°C的 轉(zhuǎn)化溫度在小于1秒的時間內(nèi)快速冷卻到低于100°c的溫度，更優(yōu)選在小于100毫秒的時 間內(nèi)冷卻到低于50°c的溫度，最優(yōu)選在小于20毫秒的時間內(nèi)冷卻到低于50°C的溫度。在 一個優(yōu)選實施方案中，向上流動的蒸氣流通過利用向下流動的淬火介質(zhì)快速淬火蒸氣流而 冷卻。這種通過向下流動的淬火介質(zhì)進行的快速直接的冷卻或淬火使得蒸氣流冷凝成液體 產(chǎn)物。在一個優(yōu)選實施方案中，將一部分冷凝的液體產(chǎn)物排出冷凝室或多個冷凝室，并將其 冷卻并循環(huán)回到冷凝室或多個冷凝室，以提供淬火介質(zhì)。用作淬火介質(zhì)的液體產(chǎn)物在循環(huán) 回到冷凝室之前可以冷卻到30°C 50°C的溫度。優(yōu)選地，淬火介質(zhì)向下傾倒的速率為至少 10gpm/ft2 (加侖每分鐘/平方英尺)冷凝室截面積，更優(yōu)選的速率為至少50 100gpm/ft2。 冷凝室內(nèi)的液體產(chǎn)物作為有價值的液體產(chǎn)物如生物油進行收集，其可用作例如燃料和/或 用于其它商業(yè)用途。本發(fā)明的方法能夠生產(chǎn)高產(chǎn)率的有價值的液體產(chǎn)物，例如產(chǎn)率為約輸 入生物質(zhì)原料的75%或以上。在一個實施方案中，位于第一冷凝室下游的第二冷凝室用于冷凝在第一冷凝室中 未冷凝的蒸氣，以提高液體產(chǎn)物的產(chǎn)率。第二冷凝室可以使用與第一冷凝室相同或不同的 淬火介質(zhì)。在一個實施方案中，除霧器和過濾器與第一和/或第二冷凝室相連，以清除離開 冷凝室的氣流中的微小顆粒，并從氣流中收集附加的液體產(chǎn)物。優(yōu)選地，該轉(zhuǎn)化和收集過程是在大氣壓或接近大氣壓下進行的，這使得生物質(zhì)的 進料、轉(zhuǎn)化和液體產(chǎn)物的收集更容易也更安全。這也允許生物質(zhì)以利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)液 體產(chǎn)物的高速率連續(xù)進料到轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細說明，本發(fā)明各實施方案的上述及其它優(yōu)點將顯而易 見。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案的熱轉(zhuǎn)化和液體產(chǎn)物收集系統(tǒng)的圖。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案的生物質(zhì)原料進料到熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的 進料系統(tǒng)。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的用于再加熱載熱體的再加熱器。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方案的示例性熱轉(zhuǎn)化方法的結(jié)果的表。
具體實施方案圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案的用于將生物質(zhì)如木材轉(zhuǎn)化成高產(chǎn) 率液體產(chǎn)物的快速熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)10。
進料系統(tǒng)進料系統(tǒng)15用于提供固體生物質(zhì)原料到轉(zhuǎn)化系統(tǒng)10的調(diào)節(jié)流量。優(yōu)選地，生物 質(zhì)原料是干燥的木材原料，也可以是木屑的形式，但液相和蒸氣相(氣相)生物質(zhì)原料可在 快速熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中使用可選的液相或氣相進料系統(tǒng)進行有效處理?？捎玫纳镔|(zhì)原材料包 括但不限于硬木、軟木、樹皮、農(nóng)業(yè)和造林殘留物和其它生物質(zhì)碳質(zhì)原料。本發(fā)明實施方案 還可以應(yīng)用于其它碳質(zhì)原料的轉(zhuǎn)化，所述碳質(zhì)原料包括但不限于塑料、聚合物、烴、石油、 煤炭和精煉原料。由于轉(zhuǎn)化系統(tǒng)在稍高于大氣壓力(即足夠克服下游設(shè)備背壓的壓力)下 運行，因此進料系統(tǒng)15應(yīng)在稍高壓力(1.2大氣壓)下向轉(zhuǎn)化系統(tǒng)10提供原料，而同時在 大氣壓力下從例如木材貯存?zhèn)}接收原料物質(zhì)。為了實現(xiàn)原料以這種方式持續(xù)供應(yīng)，使用鎖 斗系統(tǒng)，其在圖2中詳細示出。 進料系統(tǒng)10包括原料緩沖倉17、料倉20和在原料緩沖倉17與料倉20之間的輸 送閥22，例如刀閘閥。閥22使緩沖倉17與料倉20隔開，并且優(yōu)選包括彈性體座以確保氣 密密封。閥22允許在大氣條件下將原料填充至緩沖倉17，同時保持料倉20密封，以使料倉 20可以在高于大氣壓下運行。原料緩沖倉17優(yōu)選為碳素鋼構(gòu)建的圓筒形容器并且具有足以容納足夠原料的容 積，例如在重新填充之前具有約30分鐘的原料輸送。緩沖倉17配備有底部出料系統(tǒng)和用于 移出所容納的生物質(zhì)原料的內(nèi)部橋斷裝置。橋斷裝置的例子包括具有或不具有指形突出物 的掃臂、振動設(shè)備、回轉(zhuǎn)鏈等。從緩沖倉17排放原料的速率可以是固定的并且是在約10分 鐘內(nèi)完成的全輸送周期?？梢允褂萌齻€料位傳感器(高料位開關(guān)高，低料位開關(guān)低，低-低 料位開關(guān))來激活原料輸送。此外，可利用料位變送器實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測緩沖倉17中的原料料 位。當(dāng)緩沖倉17中的料位下降到激活低料位開關(guān)時，原料將從原料存儲系統(tǒng)(未顯示)自 動輸送到緩沖倉17。高料位開關(guān)指示緩沖倉滿并終止從原料儲存系統(tǒng)輸送原料。低-低開 關(guān)是備份開關(guān)，用于在低料位開關(guān)未被觸發(fā)時指示空倉。這可能在例如原料留在低料位開 關(guān)上方導(dǎo)致給出誤讀的情況下發(fā)生。當(dāng)緩沖倉進行填充時，閥22關(guān)閉。當(dāng)料倉20內(nèi)的料位達到低料位開關(guān)時，原料自動從緩沖倉17輸送到料倉20。在 打開閥22之前，緩沖倉17的壓力與料倉20的壓力相等。當(dāng)緩沖倉17位于料倉20的正上 方而閥門22打開時，原料可以通過直接輸送從緩沖倉17輸送到料倉20。作為替代方案，如 果箱倉偏置時，則可以使用螺鉆或螺桿給料機系統(tǒng)(未顯示)將原料從緩沖倉17輸送到料 倉20。螺鉆或螺桿可根據(jù)兩個倉的相對方位進行水平或傾斜設(shè)置。料倉20優(yōu)選由碳鋼構(gòu) 建并且裝配有測定體積的底部出口給料器。測定體積的給料器提供計量原料流到恒速的轉(zhuǎn) 化進口螺桿輸送機35，輸送機35將原料輸送到轉(zhuǎn)化系統(tǒng)10。操作者可以通過調(diào)節(jié)螺桿輸 送機35的速度來調(diào)節(jié)所需的原料流。為了提供原料調(diào)節(jié)，引入內(nèi)部橋斷系統(tǒng)。恒速螺桿輸送機35由不銹鋼構(gòu)建并且配置有高溫密封和軸承。輸送機35可以恒 定速度運行并且能夠以高于測定體積給料器所提供的速率將原料排放至轉(zhuǎn)化系統(tǒng)10。這確 保了均勻、分散的原料流。為安全起見，螺桿35的出口裝配有緊急隔離刀閥和水淬火系統(tǒng)。熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)10包括反應(yīng)器30，其在混合區(qū)域?qū)⒃吓c向上流動的熱的載熱體流 例如砂混合。反應(yīng)器是基本無氧的。原料在混合區(qū)正下方進入反應(yīng)器30，并且與向上流動 的熱的載熱體(砂)流及其輸送流體(循環(huán)氣體)接觸。其結(jié)果是徹底和迅速的混合以及從載熱體向原料進行導(dǎo)熱傳遞(包括燒蝕(ablation))。熱的載熱體即刻將原料快速燒化 成熱蒸氣，然后將熱蒸氣冷卻、冷凝并且下游回收為液體產(chǎn)物。原料的熱轉(zhuǎn)換在合適溫度例如約500°C (約930° F)下在混合區(qū)中開始，并且繼 續(xù)通過位于反應(yīng)器30下游的分離系統(tǒng)40。在反應(yīng)器中的停留時間優(yōu)選少于5秒，更優(yōu)選小 于2秒。在分離系統(tǒng)40中從產(chǎn)物蒸氣流中移除固體載熱體和副產(chǎn)物炭。優(yōu)選地，分離系統(tǒng) 裝配有高耐磨內(nèi)襯以盡量減少過早失效的可能性。通過分離系統(tǒng)40的產(chǎn)物蒸氣流被引導(dǎo) 至下游液體產(chǎn)物回收系統(tǒng)50。
在圖1所示的實施方案中，分離系統(tǒng)40包括兩個旋風(fēng)分離器43和45。第一旋風(fēng) 分離器43將固體載熱體和副產(chǎn)物炭與產(chǎn)物流分離。已在第一分離器43中移除的固體被引 導(dǎo)至再加熱器單元47。第二分離器45移除在第一分離器43中未被移除的炭。圖3中更詳 細地示出再加熱器單元47。在再加熱器單元47中，副產(chǎn)物炭通過加入空氣而轉(zhuǎn)化成熱和燃氣。通常，副產(chǎn)物 炭和氣體燃燒產(chǎn)生的熱足以滿足熱轉(zhuǎn)化過程的熱需求(外部燃料如天然氣很少使用，一般 只用于系統(tǒng)啟動)。來自再加熱器的多余熱量可以高效地用于其它用途，包括生物質(zhì)干燥、 產(chǎn)生蒸汽、空間加熱、發(fā)電等。再加熱器中產(chǎn)生的熱量提升了固體載熱體的溫度，該固體載 熱體然后可被輸送到反應(yīng)器30中的原料，以達到所需的反應(yīng)溫度。液體產(chǎn)物收集系統(tǒng)來自固體分離系統(tǒng)40的熱蒸氣產(chǎn)物流經(jīng)由絕熱管引導(dǎo)到主收集柱或冷凝室50。 優(yōu)選地，熱蒸氣流從約350°C至600°C的轉(zhuǎn)化溫度在小于1秒內(nèi)降到低于100°C。更優(yōu)選地， 熱蒸氣流在小于0.1秒(100毫秒)內(nèi)降到低于50°C，最優(yōu)選在小于20毫秒內(nèi)降到低于 50°C。主收集柱50配備有位于柱50上部的液體分配器53。冷卻的液體產(chǎn)物或其它合適 的淬火介質(zhì)(如水、柴油、其它石油基液體、聚山梨醇酯等)通過分配器53循環(huán)，并且允許 它們“落下”到進入的蒸氣流上?？梢圆捎酶鞣N類型的分配器系統(tǒng)。例子包括但不限于葉 片、管道、煙 、指形分配器、噴頭、噴嘴設(shè)計、托盤、填料等。優(yōu)選地，至少10gpm/ft2(加侖每 分鐘/平方英尺)柱截面直徑的淬火液體循環(huán)經(jīng)過收集柱。更優(yōu)選地，至少50 IOOgpm/ ft2(加侖每分鐘/平方英尺)柱截面直徑的淬火液體循環(huán)經(jīng)過收集柱。沿著柱流下的液 體密集流不僅用來對進入的蒸氣進行立刻冷卻和淬火，而且為液體產(chǎn)物的收集提供成核位 點。通常，熱蒸氣正好在柱50中收集的液體的正常操作液位上方進入收集柱50。未在主收 集柱50中收集的蒸氣與不可凝氣體一起經(jīng)過上出口端55離開柱50。這種運行模式是逆流 的。在期望盡量減少熱蒸氣管道長度的另一運行模式中，熱蒸氣通過柱50的上部進入，并 且在主收集柱50中未被收集的蒸氣與不可凝氣體一起經(jīng)過位于柱下部(正好在正常液位 上方)的端口離開。這種運行模式是并流的。柱50可在柱的氣體出口段裝配有除霧器以 減少夾帶進入第二收集柱60的液滴。與向下流動的霧化淬火流合并的冷凝液聚集在柱50的下部。此外，重的冷凝液滴 因重力沉降而下降到柱50的下部。柱50中的液位變送器用于監(jiān)測和維持所需的液位。在 一個實施方案中，一部分液體產(chǎn)物從柱50中抽出并且用冷凝泵57泵抽經(jīng)過換熱器58以冷 卻液體產(chǎn)物至例如30至50°C。換熱器58的冷卻介質(zhì)可以是水。也可以使用其它冷卻手 段，包括乙二醇系統(tǒng)、空氣冷卻器等。冷卻的液體產(chǎn)物循環(huán)回到柱分配系統(tǒng)53，用以為進入 的蒸氣流提供淬火介質(zhì)。
將收集柱中的液體產(chǎn)物泵出到產(chǎn)物貯存罐(未顯示)，以維持所需的液位。所收集 的液體產(chǎn)物提供有價值的液體產(chǎn)物即生物油，它們可以用作例如燃料和/或用于其它商業(yè) 用途。
蒸氣迅速淬火是因為蒸氣和液體產(chǎn)物是熱不穩(wěn)定的(在較高溫度下發(fā)生化學(xué)反 應(yīng))。通過使用高液體循環(huán)/淬火速率，進入的蒸氣被迅速淬火，從而避免了在較高溫度下 發(fā)生不期望的化學(xué)反應(yīng)如聚合反應(yīng)。此外，用作淬火介質(zhì)的液體產(chǎn)物的高循環(huán)速率防止淬 火介質(zhì)達到不期望的高溫。在主收集柱50或容器中未被收集的蒸氣被弓I導(dǎo)至輔收集柱60 (輔冷凝柱)。同樣 如主冷凝柱50中的情況一樣，所收集的產(chǎn)物液體經(jīng)由頂置分配系統(tǒng)63用作淬火介質(zhì)。優(yōu) 選地，至少10gpm/ft2 (加侖每分鐘/平方英尺)柱截面直徑的液體循環(huán)經(jīng)過柱60。更優(yōu)選 地，至少50 100gpm/ft2 (加侖每分鐘/平方英尺)柱截面直徑的液體循環(huán)經(jīng)過柱60。柱 60可在柱60的氣體出口段裝配有除霧器以減少夾帶進入下游除霧器或過濾系統(tǒng)的液滴、 霧或氣溶膠。柱60的截面直徑可以與主收集柱50的相同。但是，柱60的直徑通常較小， 因為更大的表觀氣體速度將有利于移除柱60的除霧器部分中的微細液滴或氣溶膠。離開輔收集柱60的霧、氣溶膠和不可凝氣體被引導(dǎo)至單獨的除霧器系統(tǒng)70。如果 輔收集柱60配備有內(nèi)部除霧器單元，則可不需要下游單獨的除霧器。除霧器系統(tǒng)70優(yōu)選 移除大于3微米的霧滴。傾向于在除霧器中通過慣性碰撞來捕獲這些液滴。在氣流中行進 的這些顆粒在流經(jīng)除霧系統(tǒng)70時由于其重量而不能突然改變隨氣體的流動方向。結(jié)果，它 們撞擊除霧器的纖維，然后被捕獲。與除霧器纖維接觸的霧粒通過弱范德華力粘合。累積 的碰撞霧滴傾向于結(jié)合在一起形成較大的單個液滴，最后因重力沉降而落到除霧器容器的 下部。除霧器系統(tǒng)70可包括一系列除霧器單元。第一單元是葉片除霧器，其可消除約 99%的低至10微米的霧。接著是具有約51b/ft3的密度和0. 011英寸線徑的不銹鋼絲網(wǎng) 墊(表面積為45ft2/ft3并具有99.0%的空隙)。除鋼外可使用的其它材料包括玻璃、合金 20、聚四氟乙烯、聚丙烯等。然后是91b/ft3的不銹鋼絲網(wǎng)墊，線徑同樣為0.011英寸(表 面積為85ft2/ft3并具有98. 0%的空隙)。最后的除霧器單元是共編織類型，包括由纖維玻 璃構(gòu)造的金屬絲。該墊的密度為91b/ft3，線徑為0. 00036英寸(表面積為3725ft2/ft3并 具有99.0%的空隙)。微細氣溶膠(即小于約3微米)、從除霧器系統(tǒng)70逸出的大于3微米的冷凝顆粒 和來自輔冷凝柱60或除霧器系統(tǒng)70的不可凝氣體來到最后的過濾系統(tǒng)80。過濾系統(tǒng)80 可包括兩個并聯(lián)設(shè)置的纖維床80A和80B，如圖1所示。同樣地，如除霧器系統(tǒng)70的情況一 樣，大于約3微米的顆粒通過慣性碰撞被捕獲。1至3微米的冷凝顆粒傾向于通過攔截而捕 獲，其中該顆粒遵循在纖維表面的約一個顆粒半徑內(nèi)的不可凝氣體流線。而小于1微米的 顆粒則通過擴散或布朗運動被捕獲，其中顆粒由于其隨機運動而傾向于自身附著到過濾器 80的纖維上。同樣，捕獲的顆粒傾向于結(jié)合在一起形成較大的液滴。但是，在足夠量的原料 流到過濾容器的下部之前，跨越過濾器80的壓力降可能超過預(yù)定限制。此外，由于液體局 部負荷增加，過濾器的有效開口截面積降低，從而增大經(jīng)過保留開口區(qū)域的氣體流量，因此 收集的原料可能會出現(xiàn)再夾帶。該增大的氣體流量導(dǎo)致速度增加，其可導(dǎo)致比預(yù)期更大的 壓力降，并可能出現(xiàn)再夾帶和捕獲液體的損失。因此，過濾系統(tǒng)80可以由多于一個的過濾單元組成，其可以根據(jù)需要并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置。通常采用2個并聯(lián)的過濾單元80A和80B，其 中一個過濾單元隨時在線。過濾單元可保持在線約8 24小時(一般12小時)時間段。 當(dāng)過濾單元處于關(guān)閉離線狀態(tài)時，其允許排空。過濾單元的壓力降也可決定單元允許保持 在線的時間段。超過預(yù)定限制的壓力降(通常為100英寸水柱)可導(dǎo)致過濾單元的過濾元 件失效(即在織物中可發(fā)展出撕裂孔)。由于收集的霧和氣溶膠液體在環(huán)境條件下傾向于是相對粘滯的，因此可在輔冷凝 柱60和除霧器70和纖維床過濾器80A和80B之間使用再換熱器90。作為替代方案，如果 在輔冷凝柱60中并入除霧器，則再換熱器將僅安裝在纖維床過濾器80A和80B的上游。該 再換熱器90用于稍微提高蒸氣流的溫度(至約60 65°C )，并使得在下游系統(tǒng)70和80 中捕獲的液體的粘度能夠充分降低，以允許充分排空。經(jīng)過濾系統(tǒng)80過濾的氣體通過反應(yīng)器風(fēng)機95循環(huán)回到反應(yīng)器30。循環(huán)的氣體為 反應(yīng)器30的混合區(qū)中載熱體的向上流動提供輸送流體。下面將討論根據(jù)本發(fā)明實施方案的示例性熱轉(zhuǎn)化過程的結(jié)果。在這些實施例中， 主收集柱和輔收集柱各自具有約4英尺的直徑。生物質(zhì)原料進入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的進料速率在約 2650至3400磅/小時之間不等。進入的蒸氣的溫度為約500°C，流量為約1100標(biāo)準(zhǔn)立方 英尺每分鐘(scfm)。在這些實施例中，各個收集柱的液體產(chǎn)物的一部分被冷卻并循環(huán)回到 收集柱以提供淬火介質(zhì)。下表1示出了9個示例性過程參數(shù)的淬火溫度和再循環(huán)速率。淬 火溫度是冷卻的液體產(chǎn)物在注射回收集柱之前的溫度，再循環(huán)速率是在收集柱頂部的液體 產(chǎn)物的流量。表1 淬火溫度和再循環(huán)速率 這九個實施例的結(jié)果示出在圖4的表2中。各個實施例過程在約12小時的時間段內(nèi)進行。表2示出在主收集柱和輔收集柱或冷凝器中收集的生物油的百分比分布，其中 輔收集柱中的收集包括來自除霧器和纖維床過濾器的生物油收集。表2還示出從主收集柱 和輔收集柱中收集的生物油的特性。
雖然本發(fā)明在目前優(yōu)選的實施方案方面進行了描述，但是應(yīng)理解的是本公開內(nèi)容 不能理解為限制。在閱讀本發(fā)明公開內(nèi)容后，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言各種改動和修改無疑 將變得顯而易見。因此，旨在將所附權(quán)利要求解釋為涵蓋所有落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi) 的改變和修改。
權(quán)利要求
一種將生物質(zhì)或非生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)物的方法，包括在反應(yīng)器中將原料與固體載熱體混合，以在350～600℃的轉(zhuǎn)化溫度下將所述原料熱轉(zhuǎn)化為蒸氣流；將所述固體載熱體與所述蒸氣流分離；在冷凝室中利用淬火介質(zhì)將所述蒸氣流在小于1秒內(nèi)快速淬火至低于100℃的溫度，以將所述蒸氣流冷凝成液體產(chǎn)物；和收集來自所述冷凝室的液體產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述原料包括生物質(zhì)原料。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述生物質(zhì)原料基本包括木材。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述原料包括非生物質(zhì)碳質(zhì)原料。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述非生物質(zhì)碳質(zhì)原料包括塑料、聚合物、烴、石油、 煤炭或精煉原料。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括 將液體產(chǎn)物泵抽出所述冷凝室；將泵抽出的液體產(chǎn)物冷卻到約30°C 50°C的溫度；和 將冷卻的液體產(chǎn)物循環(huán)回到所述冷凝室以提供所述淬火介質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述淬火介質(zhì)以至少10加侖每分鐘(gpm)每平方英 尺所述冷凝室截面積的流量向下傾倒至所述蒸氣流上。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述淬火介質(zhì)以至少50加侖每分鐘(gpm)每平方英 尺所述冷凝室截面積的流量向下傾倒至所述蒸氣流上。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蒸氣流在小于0.1秒內(nèi)淬火至低于50°C的溫度。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述蒸氣流在小于0.02秒內(nèi)淬火至低于50°C的溫度。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述固體載熱體基本包括砂。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)生副產(chǎn)物炭，所述方法還包括 將從所述蒸氣流中分離出的所述副產(chǎn)物炭和所述載熱體引入再加熱器單元； 在所述再加熱器單元中燃燒所述副產(chǎn)物炭以再加熱所述載熱體；和將再加熱的所述載熱體引回到所述反應(yīng)器以熱轉(zhuǎn)化進入的原料。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將在所述冷凝室中未冷凝的所述蒸氣流的一部分引導(dǎo)通過除霧器和過濾系統(tǒng)； 收集所述除霧器和過濾系統(tǒng)中的附加的液體產(chǎn)物；和將從所述除霧器和過濾系統(tǒng)中輸出的氣體引導(dǎo)至所述反應(yīng)器，以在所述反應(yīng)器中提供 載熱體流。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將在所述冷凝室中未冷凝的所述蒸氣流的一部分引導(dǎo)至輔冷凝室； 在所述輔冷凝室中利用淬火介質(zhì)將所引入的蒸氣流快速淬火；和 收集來自所述輔冷凝室的附加的液體產(chǎn)物。
全文摘要
本發(fā)明提供改進的快速熱轉(zhuǎn)化工藝，用于通過大規(guī)模生產(chǎn)將木材、其它生物質(zhì)原料和其它碳質(zhì)原料(包括烴)高效轉(zhuǎn)化成高產(chǎn)率且有價值的液體產(chǎn)物如生物油。在一個實施方案中，生物質(zhì)原料如木材進料至轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，在其中生物質(zhì)原料與熱的載熱體如砂的上升流混合，將生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化為熱蒸氣流。在一個或多個位于轉(zhuǎn)化系統(tǒng)下游的冷凝室中用淬火介質(zhì)使所述熱蒸氣流快速淬火。快速淬火使蒸氣流冷凝成液體產(chǎn)物，從冷凝室中將其作為有價值的液體產(chǎn)物進行收集。在一個實施方案中，所述液體產(chǎn)物本身用作淬火介質(zhì)。
文檔編號C10B53/02GK101874099SQ200880117154
公開日2010年10月27日 申請日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
發(fā)明者巴里·A·弗里爾 申請人:安辛可再生能源有限公司