生物質(zhì)熱解中的熱量排除與回收的制作方法
【專利摘要】本文公開了例如當(dāng)必需實(shí)現(xiàn)所需物料生產(chǎn)量或處理所需類型的生物質(zhì)時(shí)，允許有效的熱量排除的熱解方法和儀器。按照代表性方法，使用作為熱量排除的初級類型或次級類型的淬火介質(zhì)(例如水)，允許特別是在其中使作為熱解固體副產(chǎn)品的炭燃燒的再熱器中更好地控制處理溫度。淬火介質(zhì)可分布在再熱器容器內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)位置處，例如在固體熱載體(例如沙)的流化顆粒的密相床層上方和/或之內(nèi)，以更好地控制熱量排除。
【專利說明】生物質(zhì)熱解中的熱量排除與回收
[0001]優(yōu)先權(quán)的聲明
[0002]本申請要求2011年2月22日提交的美國申請?zhí)?3/031，701的優(yōu)先權(quán)，所述申請的內(nèi)容通過引用以其整體結(jié)合到本文中。
發(fā)明領(lǐng)域[0003]本發(fā)明涉及其中將固體熱載體(例如沙)從熱解反應(yīng)器流出物中分離出來并用淬火介質(zhì)(例如水)冷卻以改進(jìn)溫度控制的熱解方法和裝置。用淬火介質(zhì)的冷卻可發(fā)生在熱載體流化床中或熱載體流化床的上方，其中固體炭副產(chǎn)品燃燒以提供驅(qū)動熱解所需要的一些或全部熱量。
[0004]相關(guān)領(lǐng)域的描述
[0005]對化石燃料溫室氣體排放的環(huán)境顧慮導(dǎo)致越來越多地強(qiáng)調(diào)可再生能源。木材和其它形式的生物質(zhì)(biomass)(包括農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘留物)是被視為用于生產(chǎn)液體燃料的可再生原料的一些主要類型的實(shí)例。例如，來自基于能源植物(例如短期輪作林業(yè))的生物質(zhì)的能源，可大大有助于京都協(xié)議減少溫室氣體(GHG)排放的目標(biāo)。
[0006]熱解被視為從生物質(zhì)原料中獲得液體燃料(包括運(yùn)輸燃料和民用燃料油)的有前景的途徑。熱解是指在基本上不存在氧氣時(shí)(或在比完全燃燒所需氧氣顯著較低的氧氣存在下)的熱分解。從生物質(zhì)熱解獲得有用油的最初嘗試主要得到平衡產(chǎn)物構(gòu)成(equilibrium product slate)(即“慢熱解”的產(chǎn)物)。除所需液體產(chǎn)物以外,獲得大致相等比例的不反應(yīng)固體(炭和灰分)和不凝氣體作為不需要的副產(chǎn)品。然而最近，在損失不需要的慢熱解產(chǎn)物的情況下，通過快速(急速或迅速)熱解從含碳原料獲得了主要的非平衡液體和氣體(包括有價(jià)值的化學(xué)制品、化學(xué)中間體、石油化學(xué)制品和燃料)顯著改進(jìn)的收率。
[0007]快速熱解一般是指涉及迅速傳熱至生物質(zhì)原料的技術(shù)，所述生物質(zhì)原料保持在相對高的溫度下持續(xù)非常短的時(shí)間。在達(dá)到化學(xué)平衡前，最初的熱解產(chǎn)物的溫度于是快速下降?？焖倮鋮s因此防止由生物質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(即纖維素、半纖維素和木質(zhì)素)解聚和發(fā)酵所形成的有價(jià)值的反應(yīng)中間體降解成為不反應(yīng)的低值最終產(chǎn)品。多種快速熱解方法描述于 US5, 961，786、加拿大專利申請 536，549 和 Bridgwater, A.V., "Biomass FastPyrolysis (生物質(zhì)快速熱解)，"Review paper BIBLID:0354-9836, 8 (2004), 2, 21-490 快速熱解方法包括快速熱處理(RTP)，其中使用惰性或催化性固體顆粒將熱運(yùn)送和轉(zhuǎn)移至原料中。RTP已被商業(yè)化并且以粗制熱解油極有利的收率(55-80%重量，這取決于生物質(zhì)原料)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0008]熱解方法例如RTP因此依賴于從固體熱載體(一般呈顆粒形式)快速傳熱至熱解反應(yīng)器。炭(一種熱解的固體副產(chǎn)品)的燃燒代表驅(qū)動熱解反應(yīng)的重要熱需要量的重要來源。對于給定原料，就在操作約束和設(shè)備能力下改進(jìn)總體熱解經(jīng)濟(jì)狀況而言，熱解反應(yīng)和燃燒(或再熱器)部分之間的有效熱集成和從熱解反應(yīng)和燃燒(或再熱器)部分回收的有效熱集成代表一個(gè)重要目標(biāo)。因此，就管理大量燃燒熱、其轉(zhuǎn)移至熱解反應(yīng)混合物及其回收用于其它應(yīng)用而言，本領(lǐng)域存在對具有額外靈活性的熱解方法的持續(xù)需要。
[0009]發(fā)明概述
[0010]本發(fā)明與例如當(dāng)必需實(shí)現(xiàn)所需物料生產(chǎn)量(throughput)時(shí)允許有效熱量排除的熱解方法和裝置的發(fā)現(xiàn)有關(guān)。根據(jù)所使用的熱解進(jìn)料，處理能力可能變得不受設(shè)備大小約束，但卻受將熱從按所需在設(shè)計(jì)溫度內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的整個(gè)系統(tǒng)中排除的能力約束。雖然一些熱量排除方案，例如使循環(huán)熱載體(例如沙)通過冷卻器，可能在某些情況下是有效的，但是就滿足成本和性能目標(biāo)而言，它們可能不適用于所有熱解系統(tǒng)。本文描述的涉及使用淬火介質(zhì)的方法和裝置，通常代表用于提供所需熱量排除的花費(fèi)較少的備選方案。淬火介質(zhì)可有效地單獨(dú)或與其它冷卻類型(例如沙冷卻器)組合使用。
[0011]淬火介質(zhì)因此可用作熱量排除的初級類型或次級類型，允許更好地控制處理溫度，特別是在作為熱解的固體副產(chǎn)品的炭在其中燃燒的再熱器中。就生物質(zhì)原料類型和常常受最高操作溫度而非設(shè)備大小約束的處理能力而言，與這種熱量排除相關(guān)的是額外的操作靈活性。在一個(gè)具體的熱解運(yùn)轉(zhuǎn)中，如果不使用沙冷卻器(例如鑒于成本考慮)或以別的方式排除過量的熱至不足程度，則將淬火介質(zhì)分布在再熱器容器內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)位置處，從而使該容器冷卻。通常，再熱器容器以固體熱載體顆粒的流化床運(yùn)轉(zhuǎn)，含氧燃燒介質(zhì)通過該再熱器容器，目的是使炭燃燒，并產(chǎn)生熱解所需熱量的一些或全部。流化床包括在固體熱載體顆粒稀相下方的密相床層。
[0012 ]可將淬火介質(zhì)噴射在例如駐留在再熱器中作為流化粒床的熱載體(例如沙)的頂部。通過例如將作為淬火介質(zhì)的水轉(zhuǎn)化成水蒸汽，從而排除熱量。熱消耗有利地降低再熱器的總體溫度和/或允許熱解單元以目標(biāo)容量運(yùn)轉(zhuǎn)。分配器可位于不同位置以將淬火介質(zhì)引入多個(gè)點(diǎn)，例如密相床層內(nèi)和/或密相上方的稀相中。淬火介質(zhì)的稀相引入有助于防止在相對高密度的固體顆粒存在時(shí)因突然的體積膨脹(例如水在轉(zhuǎn)化成蒸汽時(shí)的體積膨脹)引起密相床層破壞。這種破壞可能不利地導(dǎo)致固體顆粒夾帶和喪失增加。另一方面，密相引入(例如直接引入密相床層的中段)，供固體顆粒直接冷卻。如果引入以足夠的控制并在避免密相床層明顯破壞的淬火介質(zhì)流速下進(jìn)行，則這種冷卻是有效的。在某些情況下，可將淬火介質(zhì)引進(jìn)密相床層中和密相床層的上方，甚至在該床層內(nèi)和該床層上方的多個(gè)位置。
[0013]本發(fā)明的實(shí)施方案因此涉及熱解方法，所述方法包括在例如快速熱處理(RTP)熱解單元中將生物質(zhì)和固體熱載體(例如在再熱器中加熱并循環(huán)的固體顆粒)混合以提供熱解反應(yīng)混合物。例如，當(dāng)在上流式熱解反應(yīng)器的底部或下方混合生物質(zhì)和固體熱載體時(shí)，可形成反應(yīng)混合物。然后使混合物處于熱解條件，包括生物質(zhì)的溫度快速升高至熱解溫度和在該溫度下相對短的停留時(shí)間，以提供熱解流出物。合適的條件通常使用通過上流式熱解反應(yīng)器提升熱解反應(yīng)混合物的缺氧(或不含氧)輸送氣體來實(shí)現(xiàn)。在熱解后，將熱解流出物(例如使用旋風(fēng)分離器)分離成(I)包含固體炭和固體熱載體的循環(huán)部分兩者的固體富集組分)，和(2)包含熱解產(chǎn)物的固體貧化組分。在冷卻后，熱解產(chǎn)物包括(I)經(jīng)冷凝的液體熱解產(chǎn)物，例如粗制熱解油和有價(jià)值的化學(xué)制品，以及(2)不凝氣體例如H2、C0、C02、甲烷和乙烷。然后使固體富集組分與含氧燃燒介質(zhì)(例如空氣或富氮空氣)接觸，以燃燒至少一部分的固體炭，并把熱載體的循環(huán)部分再加熱，這進(jìn)而將熱轉(zhuǎn)送至熱解反應(yīng)混合物。如上所述，在例如含有熱載體流化床的再熱器中，使固體富集組分與淬火介質(zhì)接觸以降低或限制再熱器中的溫度或以別的方式降低或限制固體熱載體的循環(huán)部分的溫度。[0014]本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案涉及用于生物質(zhì)原料熱解的裝置。代表性裝置包括上流式載流床熱解反應(yīng)器，其可包括例如管式反應(yīng)區(qū)。該裝置還包括具有以下部分的旋風(fēng)分離器:(1)與反應(yīng)器的上段(例如熱解流出物出口)連通的入口，⑵與再熱器連通的固體富集組分出口，和(3)與熱解產(chǎn)物冷凝段連通的固體貧化組分出口。該裝置還包括與再熱器連通的淬火液體分配系統(tǒng)，用于引入淬火介質(zhì)，并因此排除該容器中的熱量。
[0015]本發(fā)明更進(jìn)一步的實(shí)施方案涉及用于燃燒從熱解流出物中分離的固體炭的再熱器。燃燒在再循環(huán)至熱解反應(yīng)器中的固體熱載體存在下發(fā)生。再熱器包括淬火介質(zhì)引入的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)。在多個(gè)點(diǎn)引入的情況下，這些點(diǎn)一般沿再熱器定位于不同軸長上。引入的點(diǎn)還可包括淬火介質(zhì)的分配器，以及例如在響應(yīng)固體熱載體的密相床層或稀相中的測量溫度時(shí)調(diào)節(jié)淬火介質(zhì)流量的控制系統(tǒng)，。 [0016]有關(guān)本發(fā)明的這些和其它實(shí)施方案和方面從下方的發(fā)明詳述來看是顯然的。
[0017]附圖簡述
[0018]圖1表示包括反應(yīng)器和再熱器的代表性熱解過程。
[0019]圖2是在固體熱載體密相床層內(nèi)以及在密相床層上方的稀相中進(jìn)入再熱器的淬火介質(zhì)的近視圖。
[0020]圖1和圖2提及的特征不必按規(guī)定比例畫出，并且應(yīng)理解為呈現(xiàn)出本發(fā)明的示圖和/或所涉及的原理。所描繪的某些特征相對于其它特征被放大或失真，目的是為了便于解釋和理解。本文所述熱解方法和裝置可具有部分由預(yù)期應(yīng)用及其使用環(huán)境所確定的配置、組分和運(yùn)行參數(shù)。
[0021]發(fā)明詳述
[0022]按照本發(fā)明的代表性實(shí)施方案，例如采用快速熱處理(RTP)，在缺氧環(huán)境中進(jìn)行熱解的生物質(zhì)可以是任何植物物質(zhì)或植物物質(zhì)的混合物，包括硬木材(例如淺色木材)、軟木材、硬木材樹皮或軟木材樹皮。能源植物或其它農(nóng)業(yè)殘余物(例如伐木殘料)或其它類型的植物廢料或植物來源的廢料也可用作植物物質(zhì)。除“特有的”能源植物例如柳枝稷、芒草(miscanthus)和藻類以外，具體的示例性植物物質(zhì)包括玉米纖維、玉米桿和甘蔗渣。作為能源植物的短期輪作林業(yè)產(chǎn)品包括榿木、槐木、南山毛櫸、樺木、桉樹、楊樹、柳樹、構(gòu)樹、澳洲烏木、懸鈴木和各種泡桐(paulownia elongate)。合適生物質(zhì)的其它實(shí)例包括有機(jī)廢料,例如廢紙及施工廢棄物、工地廢渣料和城市廢棄物。
[0023]—種代表性熱解方法見圖1。按照該實(shí)施方案，將生物質(zhì)10與固體熱載體12混合，將熱載體12在再熱器100中加熱并循環(huán)。在與固體熱載體12混合前，一般對生物質(zhì)10進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)預(yù)處理步驟(未顯示)，包括粒徑調(diào)整和干燥。生物質(zhì)10的代表性平均粒徑通常為lmm-1omm。當(dāng)與固體熱載體12混合時(shí)，生物質(zhì)10在例如位于熱解反應(yīng)器200的下段(例如底部)處或附近的混合區(qū)14中變得迅速升溫，所述熱解反應(yīng)器200包括長的(例如管式)反應(yīng)區(qū)16?？砂葱枵{(diào)整固體熱載體12的相對量以達(dá)到生物質(zhì)10所需的升溫速率。例如，通常使用固體載體12與生物質(zhì)10自10:1到500:1的重量比以達(dá)到1000°C /秒(1800° F/秒)或更高的升溫。
[0024]生物質(zhì)10和固體熱載體12的混合因此形成熱的熱解反應(yīng)混合物，溫度一般為300 0C (572。F)-1lOO0C (2012。F)，常常為 400°C (752。F) -700 °C (1292。F)。在熱解流出物24分離之前，在反應(yīng)區(qū)16中在其相對短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持熱解反應(yīng)混合物的溫度。典型的熱解反應(yīng)器以熱解反應(yīng)混合物按向上方向(例如在上流式載流床熱解反應(yīng)器中)的流動通過反應(yīng)區(qū)16而運(yùn)轉(zhuǎn)，使得在該區(qū)保持熱解條件用于生物質(zhì)10轉(zhuǎn)化。使用幾乎不含或不含氧氣，例如含有在從固體貧化組分22 (包含氣體和液體熱解產(chǎn)物的混合物)冷凝液體熱解產(chǎn)物20之后得到的一些或全部不凝氣體18的輸送氣體13，來實(shí)現(xiàn)上向流動。這些不凝氣體18通常含有H2、CO、CO2,甲烷和/或乙烷。然而，如下更詳述的論述，一些氧氣可能從再熱器100進(jìn)入熱解反應(yīng)混合物中，炭在再熱器100中在含氧燃燒介質(zhì)28存在時(shí)燃燒。
[0025] 因此將輸送氣體13按以下流速提供給熱解反應(yīng)器200:即足以實(shí)現(xiàn)通過夾帶熱解反應(yīng)混合物的大部分且通?；救康墓腆w組分的混合區(qū)14和反應(yīng)區(qū)16的氣體表觀速度的流速。代表性氣體表觀速度大于I米/秒鐘，常常大于2米/秒鐘。進(jìn)入反應(yīng)器200的混合區(qū)14下段的輸送氣體13見圖1。反應(yīng)區(qū)16中該氣體的表觀速度同樣足以實(shí)現(xiàn)熱解反應(yīng)混合物在該區(qū)的短暫停留時(shí)間，通常小于2秒鐘。如上所述，快速加熱和在所述反應(yīng)溫度下的短暫持續(xù)時(shí)間防止較不可取的平衡產(chǎn)物的形成而代之以較可取的非平衡產(chǎn)物。適于傳送大量熱量用于快速加熱生物質(zhì)10的固體熱載體包括平均粒徑通常為25微米-1mm的無機(jī)顆粒材料。代表性固體熱載體因此為無機(jī)難熔金屬氧化物，例如氧化鋁、二氧化硅及其混合物。沙是優(yōu)選的固體熱載體。
[0026]如上所述，使熱解反應(yīng)混合物處于熱解條件，包括溫度和保持在該溫度下的停留時(shí)間。使包含固體熱解副產(chǎn)品炭、固體熱載體和熱解產(chǎn)物的熱解流出物24從熱解反應(yīng)器200的上段(例如該反應(yīng)器200的反應(yīng)區(qū)16 (例如管式反應(yīng)區(qū))的頂部)排出?？稍诜蛛x固體(包括炭和熱載體)后，回收包含熱解流出物24的不可凝組分和可凝組分兩者的熱解產(chǎn)物。采用促進(jìn)冷凝的冷卻和可能更多的分離步驟以提供一種或多種液體熱解產(chǎn)物。一種具體的目標(biāo)液體熱解產(chǎn)物是粗制熱解油，其一般含有30-35%重量的氧，所述氧呈有機(jī)氧化物的形式，例如醇醛、醇酚、糖、羧酸和酚類寡聚體以及溶解水(dissolved water) 0為此，雖然是可傾倒和可運(yùn)送的液體燃料，但粗制熱解油只具有粗制油基燃油能含量(energycontent)的 55-60%。能含量的代表值為 19.0MJ/ 升(69，800BTU/ 加侖)-25.0MJ/ 升(91，800BTU/加侖)的范圍。此外，這種初級產(chǎn)品常常是腐蝕性的，并顯示因高度不飽和化合物例如烯烴(包括二烯烴)和烯基芳族化合物(alkenylaromatics)的存在所引起的化學(xué)不穩(wěn)定性。
[0027]因此，就降低其氧含量并提高其穩(wěn)定性，從而提供更適于混入燃料(例如汽油)、滿足所有適用規(guī)格的加氫處理產(chǎn)品而言，該熱解油的加氫處理是有利的。加氫處理包括在合適的催化劑存在下，通常在足以使粗制熱解油中的大部分有機(jī)氧轉(zhuǎn)化成容易除去的CO、CO2和水的條件下，使熱解油與氫接觸。術(shù)語“熱解油”當(dāng)用于加氫處理步驟的原料時(shí)，是指從熱解(例如RTP)直接得到粗制熱解油，或否則是指在加氫處理步驟之前進(jìn)行了預(yù)處理例如過濾以除去固體和/或離子交換以除去可溶性金屬后的該粗制熱解油。
[0028]如圖1的實(shí)施方案所示，使用旋風(fēng)分離器300將離開熱解反應(yīng)器200的上段的熱解流出物24分離為固體富集組分26和固體貧化組分22。例如以相對于熱解流出物24的重量百分比測量，這些組分分別在其固體含量方面是富集的或缺乏的。固體富集組分26包含熱解流出物24中所含的大部分(例如大于90%重量)固體炭和固體熱載體。除炭以外，固體富集組分一般還含有熱解的其它低價(jià)值副產(chǎn)品，例如焦炭和重質(zhì)焦油。按照備選實(shí)施方案，可采用多級固體分離(例如使用兩個(gè)或更多個(gè)旋風(fēng)分離器)以改進(jìn)分離效率，從而產(chǎn)生多種固體富集組分，所述固體富集組分的一些或全部進(jìn)入再熱器100。在任何情況下，熱解流出物所包含的并且進(jìn)入再熱器100的固體熱載體的部分，不論是一種還是多種固體富集組分也就是循環(huán)部分。除了離開旋風(fēng)分離器300和可能的其它固體分離器的固體炭以外，該循環(huán)部分進(jìn)入再熱器100，再熱器100被用來燃燒炭并把固體熱載體再加熱以進(jìn)一步用于傳熱至生物質(zhì)10。
[0029]可使用例如冷卻器400使固體貧化組分22冷卻，以凝結(jié)液體熱解產(chǎn)物(例如粗制熱解油)，并且任選在額外的分離/純化步驟之后，獲得有價(jià)值的化學(xué)制品，包括羧酸、酚類和酮類。如圖1所示，使冷卻的熱解產(chǎn)物42通過分離器500，分離器500可以是單級快速分離器以將不凝氣體18從液體熱解產(chǎn)物20中分離出來。除此之外，可使用合適的接觸裝置例如接觸盤或固體包裝材料來實(shí)現(xiàn)多級蒸汽液體平衡接觸(vapor-liquid equilibriumcontacting)。[0030]固體貧化組分22的快速冷卻一般需要限制發(fā)生在反應(yīng)區(qū)16中相對短的停留時(shí)間以外的熱解反應(yīng)的長度。冷卻可利用直接或間接熱交換或者兩種熱交換類型的組合來實(shí)現(xiàn)。熱交換類型的組合的實(shí)例包括使用淬火塔，其中使冷凝液體熱解產(chǎn)物間接冷卻，循環(huán)至塔頂，并與固體貧化組分22的熱的上升蒸汽逆流接觸。如上所述，固體貧化組分22包含氣體和液體熱解產(chǎn)物，包括在下游處理中回收的粗制熱解油。因此，旋風(fēng)分離器300具有(i)與熱解反應(yīng)器200的上段連通的入口，加上(ii)與再熱器100連通的固體富集組分出口，和(iii)與熱解產(chǎn)物冷凝段連通的固體貧化組分出口。也就是說，旋風(fēng)分離器入口可與熱解流出物24的管道連通，固體富集組分出口可與固體富集組分26的管道連通，而固體貧化組分出口可與固體貧化組分22的管道連通。代表性熱解產(chǎn)物冷凝段可與冷卻器400和分離器500連通。
[0031]如圖1的代表性實(shí)施方案所示，離開旋風(fēng)分離器300的固體富集組分26 (可能與一種或多種額外的固體富集組分組合)與再熱器100中的含氧燃燒介質(zhì)28接觸，以燃燒與固體富集組分26—起進(jìn)入該容器的至少一部分的固體炭。代表性含氧燃燒介質(zhì)是空氣。如有需要，富氮空氣可用來限制燃燒的絕熱溫度上升。燃燒熱有效地把固體載體的循環(huán)部分再加熱。加熱的固體載體進(jìn)而用來將熱連續(xù)傳送至熱解反應(yīng)混合物，以驅(qū)動熱解反應(yīng)。如上所述，再熱器100 —般作為固體顆粒流化床運(yùn)轉(zhuǎn)，與充當(dāng)流化介質(zhì)的含氧燃燒介質(zhì)一起，按類似于流化床催化裂化(FCC)處理的催化劑再生器的運(yùn)轉(zhuǎn)中的方式，用于原油提煉。燃燒產(chǎn)生離開再熱器100的廢氣32，按照某些實(shí)施方案，可使廢氣32通過固體分離器例如旋風(fēng)分離器300以取出夾帶的固體。流化床包括再熱器100下段中固體熱載體的密相床層30 (例如起泡、鼓泡、騰涌、湍動或快速流化床)，其在再熱器100上段中這些顆粒的稀相40下方。一種或多種旋風(fēng)分離器還可位于再熱器100的內(nèi)部，用于實(shí)施夾帶固體顆粒的所需分離，并返回密相床層30。
[0032]本發(fā)明的各方面涉及使用淬火介質(zhì)以改進(jìn)熱解系統(tǒng)中熱的整體控制。例如，固體載體的熱量排除和傳熱至淬火介質(zhì)可通過淬火介質(zhì)和固體載體之間的直接熱交換來實(shí)現(xiàn)。有利的是，通過上述再熱器100的固體熱載體循環(huán)部分的溫度受再熱器100中該固體熱載體和淬火介質(zhì)44之間的直接接觸的限制(例如限于最大設(shè)計(jì)溫度)。在某些情況下，燃燒溫度的這種限制可允許整個(gè)熱解系統(tǒng)運(yùn)行能力的提高。優(yōu)選的淬火介質(zhì)是水或具有可適于再熱器的結(jié)構(gòu)材料或另可具有中和上升燃燒氣體的能力的PH的水性溶液。在某些情況下，例如，使用pH范圍為8-12的稀苛性堿溶液可有效地中和存在于燃燒氣體中的酸性成分。優(yōu)選通過分配器46將淬火介質(zhì)44引入再熱器100。
[0033]圖2更詳細(xì)地描繪使淬火介質(zhì)與從熱解流出物回收的固體富集組分接觸的具體實(shí)施方案。按照該實(shí)施方案，淬火液體分配和控制系統(tǒng)與再熱器連接。具體地說，圖2顯示在沿其軸長的兩個(gè)不同點(diǎn)(淬火介質(zhì)部分44a、44b的導(dǎo)管所導(dǎo)向的點(diǎn))上被引入再熱器100的淬火介質(zhì)44a、44b的部分。因此，一般而言，可在沿再熱器軸長的一個(gè)或多位置上和/或在規(guī)定軸長上的一個(gè)或多個(gè)徑向位置上引入淬火介質(zhì)。此外，可通過一個(gè)或多個(gè)引入位置上的一個(gè)或多個(gè)分配器引入淬火介質(zhì)。按照圖2描繪的實(shí)施方案，如上所述在包含固體熱載體的循環(huán)部分的固體顆粒的密相床層30上方，將一部分淬火介質(zhì)44b引入再熱器100。該部分淬火介質(zhì)向下流向密相床層30的表面,但該床層的破壞相對較小，因?yàn)榇慊鸾橘|(zhì)的汽化主要發(fā)生在稀相40中。圖2中還顯示的是通過分配器46引入固體熱載體的密相床層30內(nèi)的另一部分淬火介質(zhì)44a。相對于部分淬火介質(zhì)44b引入稀相40的情況,密相床層30的破壞增加，但直接傳熱也增加。因此，例如以不同速率和/或在不同時(shí)間將淬火介質(zhì)引入密相床層30和稀相40兩者中，允許熱量排除的備選的控制類型(例如分別為粗調(diào)控制和微調(diào)控制)。按照進(jìn)一步的實(shí)施方案，本文所述方法還可包括使至少一部分固體熱載體流過熱交換器(未顯示)例如沙冷卻器，從而增加另一種熱量排除控制類型 。
[0034]按照圖2具體實(shí)施方案描繪的淬火液體分配和控制系統(tǒng)，引入密相床層30內(nèi)和密相床層30上方的淬火介質(zhì)44a、44b的部分流動分別在響應(yīng)在密相床層30內(nèi)和密相床層30上方所測溫度時(shí)受到控制。因此，密相床層30和稀相40中的溫度元件TE通過溫度變送器TT和溫度指示控制器TIC與溫度控制閥TV連通。這些閥在響應(yīng)所測溫度時(shí)，按需調(diào)節(jié)其可變百分比開度，以提供淬火介質(zhì)44a、44b的部分的足夠流量，從而控制溫度元件TE所測量的溫度。因此，在響應(yīng)調(diào)定點(diǎn)溫度以外的再熱器100的測量溫度(例如因流速提高或生物質(zhì)10類型改變所致)時(shí)，適當(dāng)?shù)腡IC發(fā)送信號至相應(yīng)的溫度控制閥，其任選經(jīng)一個(gè)或多個(gè)分配器46，通過提高淬火介質(zhì)流速使再熱器100作為響應(yīng)。因此，本文所述淬火液體分配和控制系統(tǒng)可有效地提供熱解運(yùn)轉(zhuǎn)中所需要的更多操作靈活性，熱解運(yùn)轉(zhuǎn)中容量提高和/或可變生物質(zhì)類型處理是所需求的。因此，通過控制在規(guī)定點(diǎn)上引入淬火介質(zhì)的TE、TT、TIC和TV的組合，代表了特定的淬火液體分配和控制系統(tǒng)。
[0035]總的來說，本發(fā)明的各方面涉及熱解方法，所述方法具有熱控制改進(jìn)和尤其用于燃燒固體炭的再熱器，所述固體炭在循環(huán)到熱解反應(yīng)器以傳熱并驅(qū)動熱解的固體熱載體的存在下，從熱解流出物中分離。有利的是，再熱器包括沿其軸長引入淬火介質(zhì)的一個(gè)或兩個(gè)點(diǎn)以及任選上述淬火介質(zhì)分配器和控制系統(tǒng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)獲自本公開內(nèi)容的知識，可認(rèn)識到可對這些熱解方法進(jìn)行各種改變而不偏離本發(fā)明的范圍。用于解釋理論上的或所觀察到的現(xiàn)象或結(jié)果的機(jī)制應(yīng)解釋為只是說明性的，并且不以任何方式限制隨附權(quán)利要求書的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種熱解方法，所述方法包括: (a)將生物質(zhì)和固體熱載體混合，以提供熱解反應(yīng)混合物； (b)使熱解反應(yīng)混合物處于熱解條件，以提供熱解流出物； (C)從熱解流出物中分離，(I)包含固體炭和固體熱載體循環(huán)部分的固體富集組分，和(2)包含氣體和液體熱解產(chǎn)物的固體貧化組分；和 (d)使固體富集組分與(I)含氧燃燒介質(zhì)接觸以燃燒至少一部分的固體炭，并使固體熱載體循環(huán)部分再加熱；與(2)淬火介質(zhì)接觸以限制固體熱載體循環(huán)部分的溫度， 其中所述接觸在含有固體熱載體流化床的再熱器中進(jìn)行。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述淬火介質(zhì)在沿再熱器軸長的一個(gè)或多個(gè)位置處引入再熱器。
3.權(quán)利要求2的方法,其中所述淬火介質(zhì)在淬火介質(zhì)引入的一個(gè)或多個(gè)位置處通過一個(gè)或多個(gè)分配器引入再熱器。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其中所述淬火介質(zhì)在熱載體的密相床層上方引入再熱器。
5.權(quán)利要求4的方法，其中在密相床層上方引入再熱器的所述淬火介質(zhì)的流量因響應(yīng)在密相床層上方測量的溫度而受控制。
6.權(quán)利要求4或5的方法，其中所述淬火介質(zhì)向下流向密相床層的表面。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，其中所述淬火介質(zhì)在熱載體的密相床層內(nèi)引入再熱器。
8.權(quán)利要求7的方法，其中在密相床層內(nèi)引入再熱器的所述淬火介質(zhì)的流量因響應(yīng)在密相床層內(nèi)測量的溫度而受控制。
9.一種用于生物質(zhì)原料熱解的裝置，所述裝置包括: (a)上流式載流床熱解反應(yīng)器(200)； (b)旋風(fēng)分離器(300)，其具有(i)與熱解反應(yīng)器(200)的上段連通的入口(24)，(ii)與再熱器(100)連通的固體富集組分出口(26)，和(iii)與熱解產(chǎn)物冷凝段(400，500)連接的固體貧化組分出口(22);和 (c)與再熱器(100)連接的淬火液體分配和控制系統(tǒng)(TE、TT、TIC、TV)。
10.一種用于燃燒固體炭的再熱器，所述固體炭在循環(huán)至熱解反應(yīng)器的固體熱載體存在下自熱解流出物分離，所述再熱器包括沿其軸長引入淬火介質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)(44a、44b)。
【文檔編號】C10B53/00GK103649276SQ201280019696
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月22日
【發(fā)明者】S·庫爾普拉蒂帕尼加, P·帕爾馬斯, D·N·麥爾斯 申請人:安辛可再生能源有限公司