本發(fā)明涉及熱加工裝置及熱加工方法，特別是熱加工固體物料，更具體地涉及烘干、烘焙和熱解含碳物料，如生物質、固體廢物和化石燃料。

背景技術：

1、許多物理和化學過程都是放熱或內熱過程，下文統(tǒng)稱為熱加工，包括加熱和冷卻，其中需要供熱或除熱。

2、現(xiàn)有技術為物料供熱或除熱的手段包括：

3、(a)通過接觸或混合的直接手段，例如使熱煙氣流或冷空氣流通過待熱加工的固體物料床；且/或

4、(b)通過熱傳遞的間接手段，例如來自其他來源(如導熱油)的熱量通過熱交換器傳遞到物料。

5、直接手段雖有許多優(yōu)點，但在許多實際應用中會受到限制，原因是許多過程無法通過讓固體物料接觸或暴露于空氣或其他介質來完成。例如，通過熱煙氣流干燥城市固體廢物可能會傳播病原體并向環(huán)境中排放有異味的化合物；可燃固體與熱空氣接觸可能引起爆炸；通過吹冷空氣冷卻熱固體產品可能會氧化該產品；空氣中的氧氣可能與固體物料發(fā)生反應；熱解等過程需要在空氣供應不足的情況下進行。在這些類型的應用中，最好是通過間接手段(例如熱交換器)間接供熱或除熱。

6、通過傳熱來熱加工固體物料的經濟性很大程度上取決于建造較大的傳熱表面積。本技術人早期pct國際專利公布wo2015089556公開了一種碳質物料熱解裝置，其容器具有更大的傳熱表面積，該專利申請全部內容通過引用歸并本文。然而，該專利申請公開的裝置需要高能耗型攪拌器來連續(xù)攪拌待熱加工的固體物料并將固體物料從固定容器的入口轉移到出口。攪拌作用是固體顆粒運動中產生湍流的必要條件，而湍流對于提高固體顆粒傳熱速率又至關重要。除了能耗高之外，攪拌器還會加劇待加工固體物料與反應器壁之間的摩擦，從而對設備使用壽命產生負面影響。此外，需要高能耗型泵在足夠高線速下泵送熱交換介質，特別是液體，以獲得流體湍流來提高傳熱速率。

7、現(xiàn)有技術中許多使用回轉窯等設備的熱加工工藝中，盛放待加工固體物料的容器需要具有厚壁，才能有足夠的強度來承受待加工固體物料的重量。然而，厚壁卻往往會減慢通過壁面的傳熱速率。由于傳熱系數相對較低，容器尺寸通常需要很大，才能提供足夠的加工/停留時間來提供或移除熱加工過程所需的熱量。大容器尺寸又需要增加容器壁厚。厚壁結構和大型容器都會增加固定資產投入和運營成本。

8、有鑒于此，需要提供一項或多項特征有所改進的用于熱加工固體物料并生產熱加工產品的裝置。另外，還需要提供一項或多項特征有所改進的用于熱加工固體物料并生產熱加工產品的方法。

9、本說明書中任何有關文獻、設備、行為或認知的論述都是用來闡述本發(fā)明上下文，而不應視為承認任何材料在本技術權利要求的優(yōu)先權日或更早日期構成了現(xiàn)有技術基礎或相關技術常識的一部分。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明第一方面提供了一種用于熱加工固體物料來生產熱加工產品的裝置，該裝置包括：

2、內容器，包括用于將固體物料提供給由內容器壁限定的內部空間中的入口以及用于移除內容器內產生的熱加工產品的出口，所述內部空間限定內容器的入口與出口之間的第一通路；和

3、外容器，在所述內容器與所述外容器之間裝有熱交換介質，所述外容器包括用于將所述熱交換介質提供給所述外容器中的入口以及用于從所述外容器內移除熱交換介質的出口，所述內容器壁和外容器壁在外容器的所述入口與所述出口之間限定第二通路，所述內容器的構形使其至少部分地浸沒于所述熱交換介質中，所述第一通路和所述第二通路彼此在傳熱意義上接鄰，以便相互間通過所述內容器壁進行傳熱，其中，所述內容器的構形使其為繞旋轉軸線旋轉來增強所述內容器壁與所述熱交換介質之間的相對運動，增強固體物料的顆粒在所述內容器內相對于彼此以及相對于所述內容器壁的運動，使固體物料和熱加工產品沿著第一通路流向所述內容器的所述出口；且其中，所述內容器壁垂直于所述內容器旋轉時的施轉軸線的最短距離沿旋轉軸線長度變化，以增加通過所述的內容器壁的傳熱表面積。

4、所述裝置的安裝定位，使所述內容器在使用旋轉時的所述旋轉軸線與地平面之間形成一定傾斜角度。所述傾斜角度的選擇，可調節(jié)所述內容器內正被熱加工的固體物料沿著所述第一通路的傳輸速率。

5、所述熱交換介質可以包括對所述內容器施加浮力的液體。

6、所述熱交換介質可以包括對所述內容器施加浮力的加壓流體。加壓流體可以包括超臨界流體。

7、所述外容器中所盛所述熱交換介質的量可控制為使得所述熱交換介質對所述內容器施加的浮力不大于所述內容器及其所盛所述固體物料的總重量。

8、所述內容器壁的布置，使得所述內容器壁到所述內容器旋轉時的所述旋轉軸線的最短距離沿著所述旋轉軸線長度周期性變化。某一實施例中，所述內容器壁包括多個內突結構將所述內容器的所述內部空間分成一系列互連的腔室，所述內突結構沿著所述內容器的長度彼此間隔開。

9、每個內突結構可徑向內伸并可包括互成銳角的第一環(huán)形壁面和第二環(huán)形壁面，所述第一壁面與所述第二壁面會聚限定所述內容器的內半徑。所述銳角可以是45度以下，例如1度至5度之間或甚至1度至3度之間。

10、由于所述內突結構的第一環(huán)形壁面與第二環(huán)形壁面之間的銳角，可以在所述內容器的外部提供一系列徑向向內縮窄的環(huán)形間隙。

11、多個擋板可附接至所述外容器并朝向所述內容器突出，其中至少一些擋板定位成與內容器的外部的環(huán)形間隙對準，所述擋板的構形使其引導所述熱交換介質流入所述間隙。

12、所述外容器可具有半圓柱體狀的下段和長方體狀的上段。

13、所述裝置還可以包括一個或多個滾筒和/或軸承，它們安裝在所述內容器與所述外容器之間以支持所述內容器相對于所述外容器的旋轉。

14、所述內容器的所述入口和所述出口部可署于所述內容器的相對兩端處。

15、所述外容器的所述入口可部署于所述外容器的下面部分，并包括入口歧管，經由多個子入口將所述熱交換介質沿著所述外容器長度分流進入所述外容器。

16、所述外容器的所述出口可部署于所述外容器的上面部分，并包括出口歧管，用于使所述熱交換介質沿著所述外容器的長度經由多個子出口離開所述外容器。

17、所述裝置可設置有碾磨介質，包括多個自由活動的碾磨介質體以碾壓和磨碎所述旋轉內容器內的所述固體物料。

18、所述裝置的構型可使所述內容器內的峰值溫度可控制在適合烘干所述固體物料的范圍內。

19、所述裝置的構型可使所述內容器內的峰值溫度可控制在適合烘焙所述固體物料的范圍內。

20、所述裝置也的構型可使所述內容器內的峰值溫度可控制在適合熱解所述固體物料的范圍內。

21、所述固體物料可以是如下任何一種或多種含碳物料：生物質、化石燃料和城市固體廢物。

22、某一具體實施例中，所述內容器的所述內部空間由壁限定，例如兩個或兩個以上壁。此外，第二通路可以由所述內容器壁和外容器壁(例如所述外容器的入口與出口之間的兩個或兩個以上壁)限定。

23、本發(fā)明第二方面提供了一種用于熱加工固體物料來生產熱加工產品的裝置，該裝置包括：

24、內容器，包括用于將固體物料提供給至少一個內容器壁限定的內部空間中的入口以及用于移除內容器內產生的熱加工產物的出口，所述內部空間限定所述內容器的入口與出口之間的第一通路；以及

25、外容器，在所述內容器與所述外容器之間裝有熱交換介質，所述外容器包括用于將所述熱交換介質提供到所述外容器中的入口以及用于從所述外容器內移除所述熱交換介質的出口，至少所述內容器的一個壁和至少所述外容器的一個壁在所述外容器的所述入口與所述出口之間限定第二通路，所述內容器的構形使其至少部分地浸沒于所述熱交換介質中，所述第一通路和所述第二通路彼此在傳熱意義上接鄰，以便相互間通過所述內容器的至少一個內容器壁進行傳熱，其中，所述內容器的構形使其繞旋轉軸線旋轉來增強所述內容器的至少一個壁與所述熱交換介質之間的相對運動，增強固體物料的顆粒在所述內容器內相對于彼此以及相對于所述內容器的至少一個壁的運動，使固體物料和熱加工產品沿著所述第一通路流向所述內容器的出口；且其中，至少所述內容器的一個壁垂直于所述內容器旋轉時的所述旋轉軸線的最短距離沿所述旋轉軸線的長度變化，以增加所述內容器的至少一個壁的傳熱表面積。

26、本發(fā)明第三方面提供了一種熱加工固體物料來生產熱加工產品的方法，該方法包括以下步驟：

27、將固體物料喂送到繞旋轉軸線旋轉的內容器中，其中，從所述內容器壁到所述內容器的所述旋轉軸線的最短距離沿著所述旋轉軸線長度變化；

28、將熱交換介質喂送到外容器中，其中，所述內容器至少部分地浸沒于所述外容器內的所述熱交換介質中，以便所述熱交換介質對所述內容器施加浮力，同時所述固體物料與所述熱交換介質之間通過所述內容器壁發(fā)生熱交換，以生產熱加工產品；

29、將所述熱加工產品從所述內容器的所述出口移除。

30、某一實施例中，所述內容器壁包括多個內突結構將所述內容器的內部空間分成一系列互連的腔室，所述內突結構沿著所述內容器的長度彼此間隔開。

31、某一實施例中，所述熱交換介質包括液體或加壓流體以增加所述浮力的力度。

32、某一具體實施例中，調節(jié)所述熱交換介質的量以使浮力總和不大于所述內容器及其所盛所述固體物質的總重量。

33、本發(fā)明第四方面提供了一種熱加工固體物料來生產熱加工產品的方法，該方法包括以下步驟：

34、將固體物料喂送到繞旋轉軸線旋轉的內容器中，其中，從所述的內容器至少一個壁到所述內容器的所述旋轉軸線的最短距離沿著所述旋轉軸線長度變化；

35、將熱交換介質喂送到外容器中，其中，所述內容器至少部分地浸沒于所述外容器內的所述熱交換介質中，以便所述熱交換介質對所述內容器施加浮力，同時所述固體物料與所述熱交換介質之間通過所述內容器的至少一個壁發(fā)生熱交換，以生產所述熱加工產品；

36、將所述熱加工產品從所述內容器的所述出口移除。

37、本發(fā)明實施例有利地不再需要連續(xù)攪拌和轉動固體物料的攪拌器。此外，利用浮力使旋轉中的內容器懸浮會有利地降低裝置的能量需求。此外，旋轉的容器浸沒入熱交換介質會在內容器壁與熱交換介質之間產生相對高速遠動，實現(xiàn)了高傳熱速率。內容器旋轉使固體物料在內容器內翻滾，促進了固體物料顆粒相對于彼此以及相對于容器壁(即熱交換表面)的相對運動，這又會改善內容器壁與待加工固體物料之間的熱傳遞。

38、熱傳遞涉及至少兩種物料，將熱量從高溫物料傳遞到低溫物料。上述內容雖專注于熱加工固體物料來引起固體物料的物理和/或化學變化，本領域技術人員應會理解上文公開的方法和裝置可用于加工流體，即利用固體作為熱交換介質使流體發(fā)生所需的物理和/或化學變化，仍不超出本發(fā)明的保護范圍。