草和農(nóng)作物殘茬、其他生物質(zhì)、煤、油頁(yè)巖、塑料、紙質(zhì)產(chǎn)品以及還包括這些材料的混合物。
[0029]術(shù)語(yǔ)“生物質(zhì)”在此理解為有活的或近來(lái)存活的有機(jī)物質(zhì)的意思。特定的生物質(zhì)產(chǎn)品包括，例如，林業(yè)產(chǎn)品和木料廢材，農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，水生環(huán)境產(chǎn)生的生物量，例如藻類，農(nóng)業(yè)廢物，例如稻草、種子外殼、水果核和堅(jiān)果殼，動(dòng)物糞便和尸體、市政和工業(yè)殘留物。
[0030]術(shù)語(yǔ)“煤”在此理解為包括，例如，泥煤、褐煤、次煙煤、煙煤、無(wú)煙煤以及一些被稱為“煤渣”的產(chǎn)物。
[0031]術(shù)語(yǔ)“油頁(yè)巖”在此理解為包括，例如，任何包含合適比例的含炭分子的地質(zhì)沉積材料。
[0032]術(shù)語(yǔ)“熱解”在此理解為在缺乏含氧氣體或供應(yīng)有限的含氧氣體的情況下的含碳材料的熱分解?；诩庸l件，該熱分解包括干燥和含碳材料的局部熱分解，直到完全將含碳材料分解為例如液體、炭、灰和氣體的分解產(chǎn)物。代表性的氣體可能包括一氧化碳、二氧化碳、甲燒、氫氣、碳?xì)浠衔锖筒糠趾跤袡C(jī)分子。代表性的液體可能包括水、焦油、碳?xì)浠衔锖筒糠趾跤袡C(jī)分子。
[0033]本發(fā)明為一種高可擴(kuò)展性、低建設(shè)成本、具有高熱效率、不需要復(fù)雜原料預(yù)處理或減小原料物理尺寸、以及能夠適用于在固定或移動(dòng)式結(jié)構(gòu)中進(jìn)行分批的和連續(xù)的熱解處理的熱解反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。
[0034]參考附圖，示出了用于干燥和熱解固體含碳材料例如含碳原料I的裝置2的剖視圖。裝置2包括一隔熱的和氣封的反應(yīng)箱3，含碳原料I被裝載在反應(yīng)箱3中。通過(guò)位于反應(yīng)箱3上部的至少一個(gè)進(jìn)氣口 7供應(yīng)數(shù)量受控的含氧氣體，進(jìn)氣口 7的位置使得其位于固體含碳原料I的頂面或在固態(tài)含碳原料I的頂面之上。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，進(jìn)氣口7可包括一擋板或擴(kuò)散器8，以助于分散進(jìn)入的氣體。由于氣體的供給壓力大于反應(yīng)箱3內(nèi)部的壓力，含氧氣體流入反應(yīng)箱3中。對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員來(lái)說(shuō)是明顯的，可以通過(guò)現(xiàn)有的多種工具中的任何一種，例如，可變速的鼓風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇，或帶有流量控制閥的固定變速風(fēng)機(jī)，改變相對(duì)于反應(yīng)箱3的壓力的供給的相對(duì)壓力來(lái)控制含氧氣體的流量。
[0035]反應(yīng)箱3可容納至少一個(gè)點(diǎn)火源9，點(diǎn)火源9可以是永久安裝的或是可移動(dòng)的，大致位于熱解的含碳原料的頂面或位于熱解的含碳原料I的頂面之上的位置。點(diǎn)火源9可連續(xù)不斷地運(yùn)作，但通常是僅在啟動(dòng)燃燒過(guò)程時(shí)需要用到，并且點(diǎn)火源9能夠有多種合理的設(shè)計(jì)，例如熱風(fēng)，燃?xì)馊紵?，或者電氣元件。在該過(guò)程中產(chǎn)生的熱氣體或液體狀的反應(yīng)產(chǎn)物從固體含碳原料材料I的底面或底面下方撤出，并且通過(guò)一個(gè)或多個(gè)出口 13從反應(yīng)箱3中排出，在一種優(yōu)選的實(shí)施例中出口 13可被設(shè)置為幫助分散反應(yīng)箱3中的熱氣體。反應(yīng)產(chǎn)物可能被送至許多附加的后處理過(guò)程，例如加力燃燒室、洗滌器或精煉系統(tǒng)。從反應(yīng)箱3排出的熱氣體狀或液體狀的反應(yīng)產(chǎn)物也能用于在含氧氣體進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣口 7前加熱含氧氣體。
[0036]反應(yīng)箱3可包括一爆發(fā)壓力釋放設(shè)備15，即，一可重復(fù)密封的開(kāi)口，對(duì)反應(yīng)箱3里的超壓情況快速響應(yīng)和以一種受控制的方式排出過(guò)量的氣體，作為能夠安全地排放反應(yīng)箱3中任何突然增加的氣壓的緊急降壓工具。在如圖1所示的分批配置的情況中，當(dāng)進(jìn)程關(guān)閉時(shí)，固體熱解產(chǎn)物裝入和撤出反應(yīng)箱3。對(duì)于分批選項(xiàng)，提供有一可重復(fù)密封的裝載/卸載艙口蓋17，作為在每一處理程序之前或之后往反應(yīng)箱3裝載和從反應(yīng)箱3卸載材料的工具。為了方便分批裝卸作業(yè)，可設(shè)置在反應(yīng)箱3中的籠子或籃子裝置19是多種可能的工具的其中一種，來(lái)存儲(chǔ)原料I和產(chǎn)物。產(chǎn)物冷卻可包括通過(guò)許多可能的設(shè)備中的任何一種進(jìn)行汽化液體，例如水的添加，以加速冷卻過(guò)程。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，這可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)設(shè)置于反應(yīng)箱的上部的噴水設(shè)備20實(shí)現(xiàn)。
[0037]機(jī)械地，該過(guò)程包含多個(gè)階段。作為本過(guò)程的一個(gè)例子，提供下列步驟，其可適用于一特別的優(yōu)選實(shí)施例中，即一適合于用于形成反應(yīng)箱3的外部結(jié)構(gòu)組件的、改進(jìn)的“20英寸”傳統(tǒng)船運(yùn)集裝箱的分批熱解過(guò)程。
[0038]首先通過(guò)艙口蓋17將原料I裝載至內(nèi)部容積大約15立方米的反應(yīng)箱3中。在這方面，原料I被裝載至籠子設(shè)備19，然后籠子設(shè)備19被通過(guò)艙口蓋17插入反應(yīng)箱3中。然后，點(diǎn)火源9被用于連同一通過(guò)進(jìn)氣口 7進(jìn)入反應(yīng)箱3的、受控制的、流速范圍在1000至2000立方米每小時(shí)的含氧氣流觸發(fā)含碳原料I頂部的燃燒。一旦此燃燒階段開(kāi)始，可關(guān)閉點(diǎn)火源9，通過(guò)控制含氧氣體5維持含碳原料I的頂部的燃燒。熱氣體燃燒產(chǎn)物穿過(guò)含碳原料I向下滲出，(如圖1中的彎曲箭頭表示的)，為了使它們向下進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)出口 13，并通過(guò)如此做將熱量傳導(dǎo)至大部分含碳原料材料1，提高含碳原料I的溫度到達(dá)使熱解反應(yīng)開(kāi)始的溫度點(diǎn)，并且越來(lái)越多的熱解氣態(tài)產(chǎn)物被釋放進(jìn)入反應(yīng)箱3。最后，熱解氣體在反應(yīng)箱3中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，并且這些流入反應(yīng)箱3上部的氣體能夠與含氧氣體在鄰近進(jìn)氣口 7處直接一起有效地燃燒。在此階段，含氧氣體的流速會(huì)降至一較低的流速，例如300至500立方米每小時(shí)，并且一包含進(jìn)入的所有自由氧的完全消耗在內(nèi)的揮發(fā)物燃燒區(qū)域或范圍23形成在反應(yīng)箱3的頂部，而且沒(méi)有自由氧接觸固體含碳原料I。在揮發(fā)物燃燒區(qū)域23釋放的燃燒熱能現(xiàn)在生成向下(如圖1中的彎曲箭頭所表示)穿過(guò)多數(shù)熱解中的含碳材料I的熱燃燒產(chǎn)物氣體的凈流，為加熱大量材料服務(wù)，以及推動(dòng)干燥過(guò)程和熱解反應(yīng)(通過(guò)供應(yīng)熱能以維持吸熱反應(yīng))。通過(guò)調(diào)整含氧氣體經(jīng)過(guò)進(jìn)氣口 7進(jìn)入反應(yīng)箱3的流速來(lái)控制反應(yīng)箱3中的溫度。在某些情況下，由于熱解固體體積的進(jìn)一步減少，氧化的揮發(fā)物燃燒區(qū)域23和減少的含碳原料I區(qū)域的分隔進(jìn)一步加強(qiáng)，導(dǎo)致頂部燃燒區(qū)域和熱解材料之間額外的垂直間隔27。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，通過(guò)出口 13從反應(yīng)箱3排出的熱氣態(tài)產(chǎn)物可經(jīng)由一第二燃燒室作為其他過(guò)程的熱源。在另一優(yōu)選的實(shí)施例中，從反應(yīng)箱3排出的熱氣態(tài)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)膹U氣排出控制措施(例如后燃器裝置)處理后，可排放至大氣層中。在另一優(yōu)選的實(shí)施例中，從反應(yīng)箱3排出的熱氣態(tài)產(chǎn)物可被冷卻和凈化(例如通過(guò)洗滌器)，供應(yīng)至一原動(dòng)機(jī)，例如一往復(fù)式動(dòng)力機(jī)或一用于產(chǎn)生軸輸出功率以驅(qū)動(dòng)其他設(shè)備或發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)。
[0039]一優(yōu)選的過(guò)程控制策略涉及在反應(yīng)箱3中的多個(gè)關(guān)鍵部位的溫度測(cè)量?jī)x以及通過(guò)一控制系統(tǒng)對(duì)含氧氣體流量的調(diào)整以達(dá)到或維持合適的溫度條件。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，這些溫度測(cè)量在反應(yīng)箱3的上部的區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)位置29和反應(yīng)箱3的下部的區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)位置31進(jìn)行。在一優(yōu)選的過(guò)程控制策略中，一控制算法可被使用以使的在該過(guò)程中靠近反應(yīng)箱的底部31達(dá)到最低目標(biāo)溫度，該最低目標(biāo)溫度可在150至600° C的范圍內(nèi)，但不超過(guò)在反應(yīng)箱3的上部的區(qū)域29的一最高溫度，該最高溫度可在500至1000° C的范圍內(nèi)。一旦達(dá)到底部區(qū)域最低目標(biāo)溫度，反應(yīng)箱3中的溫度條件可被維持一特定的時(shí)間周期，例如，在一優(yōu)選的操作方法中該特定的時(shí)間周期為30分鐘。需要注意的是，可調(diào)整特定的溫度和處理時(shí)間，以針對(duì)給定尺寸和含水量的含碳原料I達(dá)到最佳性能。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，這些頂部和底部區(qū)域的溫度點(diǎn)定位在大約在容納有原料I和產(chǎn)物的籠子裝置19的上方200mm和下方200mm的位置。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，對(duì)于給定平均尺寸的原料顆粒，含碳原料I在反應(yīng)箱3中的深度是特定的，以使得氣體繞路最小化。在這樣的組合的一個(gè)例子中，料層厚度為1800_，原料的平均顆粒厚度為75至150_。在一進(jìn)一步的優(yōu)選的實(shí)施例中，一機(jī)械攪拌器可用于實(shí)現(xiàn)含碳原料I內(nèi)部的流動(dòng)性，這可能是有利的，例如促進(jìn)氣流分散穿過(guò)固體材料和提高固相和氣相之間的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。一旦在反應(yīng)箱3中達(dá)到合適的溫度條件并維持該合適的溫度條件到合適的時(shí)間段，停止含氧氣體流，并且允許材料在移出反應(yīng)箱3之前冷卻。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，通過(guò)控制可在一般溫度下被汽化的液體的添加，可有利地降低冷卻速率，從而將熱量從材料和反應(yīng)箱3中排出。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，上述液體可為水。
[0040]在圖1的實(shí)施例中，表不了一種分批處理的方案。然而，一包括連續(xù)頂部加料和從反應(yīng)箱的底部撤出產(chǎn)品材料的可選實(shí)施例也是同樣可行的，在該實(shí)施例中氧氣的供應(yīng)