專(zhuān)利名稱(chēng)：處理生物質(zhì)的方法和裝置的制作方法
處理生物質(zhì)的方法和裝置
本發(fā)明涉及處理材料如生物質(zhì)或廢物的方法，包含 -含有一定量的殘留水分的材料的供應(yīng)， -焙干反應(yīng)器的供應(yīng)，
-在焙干反應(yīng)器中加熱材料至焙千反應(yīng)器中的低氧氣氛下的焙干溫 度，其中將所述材料轉(zhuǎn)變成焙干材料。
術(shù)語(yǔ)"材料"和"原材料"用于此以表示各種材料和原材料。在本專(zhuān)利申請(qǐng) 中，術(shù)語(yǔ)"材料"和"原材料"不僅指生物質(zhì)或廢物，而且指任何有機(jī)材料。由 于材料含有碳，其通常是可燃的。材料可例如源于(農(nóng)業(yè))殘余物或廢物。
這樣的方法是已知的。在未處理狀態(tài)下，許多材料是相對(duì)潮濕的。材料 通常含有游離(非結(jié)合)和(不緊密)結(jié)合水。結(jié)合或不緊密結(jié)合水被天
然原材料自身吸收。例如，植物源的生物質(zhì)，如修剪和割的草，天然含有 相當(dāng)量的水分。
而且，作為清洗它或使其處于可選擇的水處理以減少生物質(zhì)的鹽含量的 結(jié)果，生物質(zhì)可以是非常潮濕的。去除鹽是期望的，因?yàn)橛米魅剂系纳?質(zhì)中的鹽更迅速地導(dǎo)致電站的燃燒室中的腐蝕形成。這些鹽也降低了生物 質(zhì)燃料的燃燒期間產(chǎn)生的灰的質(zhì)量，其妨礙了此灰的利用。水溶性鹽可特 別地從植物源的生物質(zhì)如麥稈中洗去。
原材料通常具有的含水量為5-15%，也就是在該材料中含有的殘余水分 量。將具有殘余水分的材料引入焙干反應(yīng)器中。焙干是一種對(duì)材料的熱化 學(xué)處理方法。在此方法中，材料在低氧(亞化學(xué)劑量量的氧)或無(wú)氧氣氛
中加熱，通常在大氣壓下加熱至200-32(TC。氧的缺乏阻止了材料的燃燒。 代替的，材料被焙干，其由于氣體的消除而導(dǎo)致質(zhì)量的損失。此質(zhì)量的損 失通?？傆?jì)為約30%,而能值僅減少10%。因此由焙干產(chǎn)生的燃料具有較 高的卡值。
焙干也導(dǎo)致材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生化學(xué)變化。材料失去其機(jī)械強(qiáng)度和彈性，因 此其更加容易磨碎。而且，焙干過(guò)的材料是疏水性的，其因而保持干燥和 對(duì)大氣濕度不敏感。當(dāng)通過(guò)焙干生產(chǎn)的材料被儲(chǔ)存時(shí)，腐壞和過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)
非常小。
材料的溫度在焙干反應(yīng)器中上升。然而，在材料的焙干發(fā)生之前，殘余 的水分必須首先被從材料中蒸發(fā)。在焙干反應(yīng)器中，材料通過(guò)蒸發(fā)殘余水 分被實(shí)質(zhì)上完全干燥。僅當(dāng)殘余水分被蒸發(fā)后，才發(fā)生材料的實(shí)際焙干。
一旦材料的溫度超過(guò)約20(TC，焙干就開(kāi)始。然而，焙干溫度通常較高，為 約250 。C。
當(dāng)殘余水分在焙干反應(yīng)器中蒸發(fā)時(shí)，相當(dāng)大量的蒸汽在焙干反應(yīng)器中產(chǎn) 生。這能導(dǎo)致相對(duì)迅速移動(dòng)的蒸汽流在反應(yīng)器中流動(dòng)，其增加了反應(yīng)器的 壓力下降。而且，蒸發(fā)殘余水分需要的能量比焙干需要的能量大很多。特 別的，在基于氣體與材料直接接觸的焙干反應(yīng)器中，相對(duì)大量的熱氣必須 以高進(jìn)口溫度引入焙干反應(yīng)器中，其進(jìn)一步增加了通過(guò)焙干反應(yīng)器的氣體 的量。這妨礙了處理方法的執(zhí)行。
本發(fā)明的目的是提供一種用于處理材料的改進(jìn)方法。
此目的依據(jù)本發(fā)明達(dá)成，其中焙干反應(yīng)器包括干燥室和焙干室，含有殘 余水分的材料在干燥室中通過(guò)殘余水分的蒸發(fā)被基本上完全干燥，干燥的 材料的焙干基本上在焙干室中進(jìn)行，材料沿運(yùn)輸方向經(jīng)由焙干反應(yīng)器輸送， 在干燥室中的材料的干燥通過(guò)將與材料同向流經(jīng)干燥室的熱干燥氣體引入 其中進(jìn)行，焙干反應(yīng)器的焙干室中的材料的焙干通過(guò)將與材料反向流經(jīng)焙 干反應(yīng)器的焙干室的熱焙干用氣體引入其中而進(jìn)行。
依據(jù)本發(fā)明，材料在干燥室中干燥，其后，材料在焙干室中焙干。干燥 室和焙干室在此形成兩個(gè)分離的空間。不同于已知的方法，依據(jù)本發(fā)明的 殘余水分從材料中的蒸發(fā)和材料的焙干因此形成兩個(gè)分開(kāi)的階段，每個(gè)階 段可被最優(yōu)化。
材料在干燥室中幾乎被完全干燥，其需要相當(dāng)大量的能量。殘余水分從 材料中蒸發(fā)是有效率的，因?yàn)椴牧虾蜔釟怏w彼此同向移動(dòng)。干燥室特別設(shè) 計(jì)為用于材料的干燥。
當(dāng)引入熱氣體時(shí)，其例如直接與材料接觸，焙干反應(yīng)器中的材料的溫度 上升至焙干溫度。由于此熱氣體與材料反向流動(dòng)，熱氣體的溫度"跟隨"材料 的溫度。材料的溫度和熱氣體的溫度在材料的傳送方向上都上升。那么熱 氣體的進(jìn)口溫度僅需要稍微高于出口處的材料溫度。僅有非常小的"熱點(diǎn)" (hot spot)風(fēng)險(xiǎn)在干燥材料中發(fā)生，或者未受控制的焙干或高溫分解發(fā)生。
僅相當(dāng)小量的能量需要被引入焙干室中，其允許改進(jìn)的能量輸入的配量和/ 或精細(xì)調(diào)節(jié)。結(jié)果，焙干室中的焙干溫度可精確設(shè)置和控制。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是引入的熱氣體一干燥用氣體和焙干用氣體一所 需溫度相對(duì)低。這便于這些熱氣體的產(chǎn)生。例如，引入到焙干室的熱氣體
的溫度為200-400'C，例如約300'C。受控的焙干可在焙干室中以此溫度進(jìn) 行。另外，弓l入干燥室的熱氣體的溫度可以是150-600'C，例如約35(TC。 此溫度特別適于材料的幾乎完全干燥，如含水量S 3%。這些溫度對(duì)于使用 例如熱油的生產(chǎn)是足夠低的。
當(dāng)干燥室和焙干室容納在焙干反應(yīng)器中時(shí)，干燥室和焙干室形成焙干反 應(yīng)器的兩個(gè)反應(yīng)空間。通過(guò)殘留水分的蒸發(fā)而使材料干燥基本上在第一反 應(yīng)空間(也就是干燥室)中進(jìn)行，而材料的焙干基本上在第二反應(yīng)空間(也 就是焙干室)中進(jìn)行。材料實(shí)際上在此通過(guò)焙干反應(yīng)器中的殘留水分的蒸 發(fā)而幾乎完全干燥，但是焙干反應(yīng)器中的過(guò)程依據(jù)本發(fā)明被分開(kāi)成兩個(gè)階 段，每個(gè)階段都可最優(yōu)化。
然而，依據(jù)本發(fā)明，也可在殘留水分干燥器中容納干燥室，而在焙干反 應(yīng)器中容納焙干室。在此情況下，殘留水分干燥器形成一個(gè)單獨(dú)的裝置，
其與焙干反應(yīng)器分開(kāi)。殘留水分干燥器能被如此設(shè)計(jì)以確保殘留水分從材 料中有效的蒸發(fā)。殘留水分干燥器與焙干反應(yīng)器連接以從殘留水分干燥器 中轉(zhuǎn)移幾乎完全干燥的材料至焙干室內(nèi)。
依據(jù)本發(fā)明，干燥氣體在與材料同向移動(dòng)并且從而被冷卻后，離開(kāi)干燥 室并被引入到第一熱交換器，其加熱此干燥氣體，其后，通過(guò)第一熱交換 器加熱的干燥氣體被引入到干燥室中，而焙干氣體在其與材料反向移動(dòng)和 因而被冷卻后，離開(kāi)焙干室并被引入到第二熱交換器，其加熱此焙干氣體， 其后，已被第二熱交換器加熱的焙干氣體被引入到焙干室中。在此情況下， 干燥氣體在第一線(xiàn)路內(nèi)循環(huán)，而焙干氣體在第二線(xiàn)路內(nèi)循環(huán)。通過(guò)應(yīng)用兩 個(gè)線(xiàn)路，每個(gè)具有其自己的熱交換器，能夠確保有效的能量從干燥氣體和 焙干氣體中回收。
特別的，依據(jù)本發(fā)明方法的材料供給包括引入相對(duì)潮濕的原材料至干燥 器中，并在干燥器中加熱材料以從材料中蒸發(fā)水分直到一定量的殘留水分 保持于其中，已經(jīng)在干燥器中干燥的材料被引入干燥室中。相對(duì)潮濕的材 料的含水量為例如大于15%。然后，在被引入焙干反應(yīng)器的干燥室或殘留 水分干燥器之前，相對(duì)潮濕的材料可在干燥器，如滾筒干燥器中被熱干燥。 由于材料在干燥器中被加熱，溫度充分上升以從材料中蒸發(fā)水分。材料在 干燥器中未完全干燥，即一定量的殘留水分留在材料中。殘留水分主要由 材料中的結(jié)合水形成。特別的，能量被引入干燥器中，直到材料的水分為
約10-15%。那么生物質(zhì)為85-90%干的。在干燥器中減少含水量將進(jìn)一步減 少全部處理方法的產(chǎn)量。例如，干燥器不適于進(jìn)一步以經(jīng)濟(jì)有效的方式干 燥材料。
順便提及，含水量高于15%的材料當(dāng)然也可被供給至焙干反應(yīng)器中而無(wú) 需在單獨(dú)的干燥器中初步千燥或預(yù)干燥。例如，麥稈通常的含水量為約 20%。依據(jù)本發(fā)明，此麥稈可被直接被供給至焙干反應(yīng)器中而無(wú)需初步干燥。 那么，依據(jù)本發(fā)明，那些麥稈的干燥完全在焙干反應(yīng)器的干燥室中發(fā)生。 反之，有時(shí)可期望首先在干燥器中預(yù)干燥僅含有相對(duì)少的含水量，如5%或 更少的材料。
依據(jù)本發(fā)明的材料優(yōu)選應(yīng)含有固體顆粒，其穿過(guò)密實(shí)移動(dòng)床形式的焙干 反應(yīng)器。在此情況下，焙干反應(yīng)器按照移動(dòng)床技術(shù)的原理運(yùn)行。
本發(fā)明還涉及一種用于處理材料的裝置，其包括焙干反應(yīng)器，含有一定 量殘留水分的材料可供給至其中，焙干反應(yīng)器配有引入這些材料至焙干反 應(yīng)器的進(jìn)口、用于加熱焙干反應(yīng)器中的材料至焙千溫度的加熱設(shè)備、用于 在焙干反應(yīng)器中產(chǎn)生低氧環(huán)境(含有亞化學(xué)計(jì)量量的氧)的氣體處理設(shè)備 (其中材料在操作期間可轉(zhuǎn)化成焙干材料)、以及用于移出焙干材料的出 IH。
依據(jù)本發(fā)明，焙干反應(yīng)器包含干燥室和焙干室，干燥室適于通過(guò)殘余水 分的蒸發(fā)而基本上完全干燥材料，而焙干室適于焙千材料，其中當(dāng)以材料 的流動(dòng)方向觀(guān)察時(shí)，焙干室位于干燥室的下游，并且其中干燥室具有至少 一個(gè)用于干燥氣體的進(jìn)料口和至少一個(gè)用于所述干燥氣體和在殘留水分蒸 發(fā)期間形成的任何氣體和/或蒸汽的出料口，干燥氣體的進(jìn)料口位于面對(duì)進(jìn) 口的干燥室的一端，而出料口位于干燥室的相反一端，其中焙干室至少具 有一個(gè)用于焙干氣體的進(jìn)料口和至少一個(gè)用于所述焙干氣體和在焙干過(guò)程 中形成的焙干氣體的出料口，用于焙干氣體的進(jìn)料口位于面對(duì)出口的焙干 室一端，而出料口位于焙干室的相反一端。
干燥氣體和焙干氣體都是熱氣體。熱干燥氣體用于在干燥室中蒸發(fā)殘余
水分，而熱焙干氣體用于在焙干室中加熱幾乎完全干燥的材料至所需的焙 干溫度?？扇嫉谋焊蓺怏w在焙干室中的焙干過(guò)程中形成，并能經(jīng)由出料口 被移出。
在操作期間，材料在運(yùn)輸方向上經(jīng)由焙干反應(yīng)器輸送。材料在干燥室中 通過(guò)經(jīng)由 一個(gè)或多個(gè)干燥室中的進(jìn)料口引入熱干燥氣體至其中而被干燥。 熱干燥氣體與材料同向流經(jīng)干燥室。焙干反應(yīng)器的焙干室中的材料的焙干 通過(guò)經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)焙干室中的進(jìn)料口引入熱焙干氣體至其中而進(jìn)行。熱 焙干氣體與材料反向流經(jīng)焙干反應(yīng)器的焙干室。干燥氣體和焙干氣體從焙 干反應(yīng)器的相反端彼此相對(duì)流動(dòng)。這些氣體在位于干燥氣體進(jìn)料口和焙干 氣體進(jìn)料口間的出料口處彼此交匯。這確保干燥室和焙干室間的氣體分離。 干燥室和焙干室位于氣體分離的相反端——?dú)怏w分離界定了彼此相關(guān)的干 燥室和焙干室。不同于材料可在焙干反應(yīng)器中通過(guò)殘留水分的蒸發(fā)被幾乎 完全干燥的現(xiàn)有技術(shù)，在依據(jù)本發(fā)明的裝置中的程序可分為兩個(gè)階段，其 可被設(shè)定為最優(yōu)化方式。
當(dāng)干燥室和焙干室容納在焙干反應(yīng)器中時(shí)，干燥室和焙干室形成相同的 焙干反應(yīng)器中的兩個(gè)單獨(dú)空間。在一個(gè)可選實(shí)施方案中，干燥室位于例如 殘留水分干燥器中，而焙千室位于焙干反應(yīng)器中。在此情況下，殘留水分 干燥器形成單獨(dú)實(shí)體，其與焙干反應(yīng)器分開(kāi)容納。
依據(jù)本發(fā)明，可以提供一個(gè)干燥器，相對(duì)潮濕的材料可被供給至其中， 干燥器的加熱設(shè)備加熱此材料，以便從材料中蒸發(fā)水分直到一定量的殘留 水分保持于其中，而在干燥器中干燥的材料能被供給至焙干反應(yīng)器的干燥 室中。這使依據(jù)本發(fā)明的裝置適于處理相對(duì)潮濕的材料，例如水分約為
15%、 25%或更多的材料。相對(duì)潮濕的材料可在其被供給至焙干室之前，在 干燥器中被熱預(yù)干燥。
依據(jù)本發(fā)明的裝置因而能包含兩個(gè)干燥器和焙干室。第一干燥器形成初 步干燥器，其用于減少含水量至例如約5-15%。第二干燥器由焙干反應(yīng)器
中的干燥室或上述殘留水分干燥器形成。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，焙干反應(yīng)器由周壁界定，干燥室和焙干室 在周壁內(nèi)彼此連續(xù)的延伸。當(dāng)以材料的流動(dòng)方向觀(guān)察時(shí)，干燥室位于材料 的進(jìn)口和焙干室之間，焙干室位于干燥室和焙干材料的出口之間。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，焙干反應(yīng)器以垂直方位安裝，許多進(jìn)料口
被提供在周壁中， 一個(gè)在另一個(gè)之上。此焙干反應(yīng)器可例如是垂直的或以 一個(gè)角度直立。由于這些孔分布于周壁的外圍四周，氣體能穿過(guò)位于周壁 內(nèi)中心的材料。材料被給予足夠的機(jī)會(huì)以在其周壁內(nèi)的全部橫截面上干燥。
材料可在周壁中在重力的影響下由頂部向下移動(dòng)。然而，材料也可能從 下至上穿過(guò)焙干反應(yīng)器。為此，提供給料裝置，例如能在周壁內(nèi)上下移動(dòng) 的螺桿件或活塞。給料裝置可位于焙干反應(yīng)器的熱周壁的外側(cè)。給料裝置 的熱負(fù)荷從而被降低。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，出口與冷卻室連接，焙干材料可從焙干室 中引入至冷卻室中。例如，給料裝置推動(dòng)焙干反應(yīng)器的周壁內(nèi)的材料向上 直到材料到達(dá)溢出部分。焙干材料在溢出部分的邊緣失去平衡并超過(guò)其而 下落進(jìn)入冷卻室。冷卻室通常配有冷卻氣體的進(jìn)料口。冷卻氣體冷卻焙干 材料。
本發(fā)明現(xiàn)在將進(jìn)一步參考附圖中說(shuō)明的代表性實(shí)施方案進(jìn)行解釋。

圖1表示依據(jù)本發(fā)明處理生物質(zhì)的方法的示意性工藝流程圖。
圖2表示生物質(zhì)的溫度、生物質(zhì)的含水量、和引入過(guò)程的能量(基于累 積原則)對(duì)時(shí)間繪制的圖。
圖3表示依據(jù)本發(fā)明的焙干反應(yīng)器的截面圖。
圖4表示干燥氣體、焙干氣體、和生物質(zhì)的溫度對(duì)焙干反應(yīng)器的垂直距 離繪制的圖。
圖5表示依據(jù)本發(fā)明處理生物質(zhì)的方法的第二實(shí)施方案的情況下的示 意性流程圖。
依據(jù)本發(fā)明的方法和裝置的設(shè)計(jì)將借助處理生物質(zhì)的附圖而說(shuō)明如下。 然而，本發(fā)明不限制于生物質(zhì)，而是能應(yīng)用于所有種類(lèi)的材料。例如，依 據(jù)本發(fā)明可處理各種低活動(dòng)性材料，如不能生物降解廢物。
依據(jù)本發(fā)明處理生物質(zhì)的裝置以其整體被表示為1。在此實(shí)施方案中， 用于處理生物質(zhì)的裝置1包括干燥器3，作為初步干燥器。干燥器3具有進(jìn) 口5，用于將潮濕生物質(zhì)引入干燥器3。干燥器3還具有進(jìn)口6，用于溫度 為例如約800'C的熱氣體。
被引入的熱氣體首先升高了干燥器3中的生物質(zhì)的溫度，但不降低生物 質(zhì)的含水量。這階段在圖2中被叫做"預(yù)熱"。當(dāng)溫度上升時(shí)，水分從生物質(zhì) 中開(kāi)始蒸發(fā)。當(dāng)生物質(zhì)的溫度到達(dá)蒸發(fā)溫度時(shí)，游離和不緊密結(jié)合水從生
物質(zhì)中蒸發(fā)，而溫度實(shí)際上保持恒定。這階段在圖2中被叫做"預(yù)干燥"。生 物質(zhì)在干燥器3中干燥直到約7-15°/。殘余水分保留在其中。預(yù)干燥生物質(zhì) 然后經(jīng)由出口 7離開(kāi)干燥器3。大部分被引入的熱氣體的能量被用于烘干生 物質(zhì)，所以其自己的溫度降至70-80。C。冷卻的氣體經(jīng)由出口 8從干燥器3 中移出。
用于處理生物質(zhì)的裝置1還包括焙干反應(yīng)器10。依據(jù)本發(fā)明的焙干反 應(yīng)器具有與干燥器3的出口 7相連的進(jìn)口 11。預(yù)干燥的生物質(zhì)能因而通過(guò) 進(jìn)口 11被引入焙干反應(yīng)器10。焙干反應(yīng)器IO還具有至少一個(gè)進(jìn)料口 12。 熱氣體通過(guò)進(jìn)料口 12流入焙干反應(yīng)器10，因而熱交換通過(guò)熱氣體與生物質(zhì) 的直接接觸而發(fā)生。然而，依據(jù)本發(fā)明，焙干反應(yīng)器也可構(gòu)造成熱氣體與 生物質(zhì)之間的間接熱交換。
圖2顯示生物質(zhì)的溫度必須在焙干能夠發(fā)生之前先上升。畢竟，焙干需 要的最低溫度為約20(TC。當(dāng)溫度上升時(shí)，結(jié)合水從生物質(zhì)中蒸發(fā)直到生物 質(zhì)基本上不含水分。此階段在圖2中被稱(chēng)為"后干燥和加熱"。該后干燥和加 熱依據(jù)本發(fā)明在焙干反應(yīng)器的干燥室中進(jìn)行，其將借助于圖3隨后更詳細(xì) 地解釋。
生物質(zhì)然后將在焙干反應(yīng)器的焙干室中焙干(見(jiàn)圖2中的"焙干")。在 焙干過(guò)程中，溫度從約20(TC上升直到在圖2中的點(diǎn)A處達(dá)到最高焙干溫 度Tt。"溫度1\。 可被調(diào)節(jié)和影響生物質(zhì)燃料的性能。在點(diǎn)A處達(dá)到焙干 生物質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量，但是已經(jīng)形成通常不足的可燃焙干氣體。最高焙干溫 度T^被保持超過(guò)此點(diǎn)A，以使可燃焙干氣體的量在焙干反應(yīng)器10中增加。 焙干生物質(zhì)的質(zhì)量在此也進(jìn)一步改進(jìn)?？扇急焊蓺怏w經(jīng)由至少一個(gè)出料口 14移出焙干反應(yīng)器10。
出料口 14與燃燒單元20借助于管16連接。燃燒單元20具有進(jìn)氣口(air inlet) 22。被引入到燃燒單元20的焙干氣體在其中燃燒，其產(chǎn)生非常熱的 煙氣。煙氣的溫度為例如在1000-160(TC的范圍內(nèi)，例如為1200。C。燃燒單 元20具有出口 24用來(lái)移出此煙氣。燃燒單元20還可以具有用于附加燃料 的進(jìn)口 23。例如當(dāng)焙干氣體不可燃或產(chǎn)生不夠熱的煙氣時(shí)，進(jìn)口 23是期望 的。
圖1顯示的用于處理生物質(zhì)的裝置1還包括熱交換器30。熱交換器30 具有熱煙氣的進(jìn)口 32，該進(jìn)口與燃燒單元20的出口 24借助于管25連接。
另外，熱交換器30具有焙干氣體的進(jìn)口33。從連接焙干反應(yīng)器10的管16 到燃燒室20，有一條支線(xiàn)17運(yùn)行至熱交換器30的進(jìn)口 33。風(fēng)扇18提供 在支線(xiàn)17中。因此，部分離開(kāi)焙干反應(yīng)器10的焙干氣體經(jīng)由支線(xiàn)17、風(fēng) 扇18和進(jìn)口 33流入熱交換器30中。經(jīng)由進(jìn)口 32進(jìn)入的煙氣升高焙干氣 體的溫度至約200-40(TC。其結(jié)果，煙氣自身冷卻至約500-100(TC。冷卻的 煙氣然后經(jīng)由出口 34離開(kāi)熱交換器30，其連接至干燥器3的進(jìn)口 6。
熱交換器可以是直接型的或者是間接型的。在直接熱交換的情況下，焙 干氣體和煙氣彼此直接接觸。在間接熱交換器中，使用溫度為1000-1600°C 的熱煙氣以加熱例如油至250-400°C，熱油然后加熱焙干氣體。此后，此被 加熱的焙干氣體經(jīng)由進(jìn)料口 12流入焙干室中。
焙干生物質(zhì)經(jīng)由出口 13被移出焙干反應(yīng)器10。焙干生物質(zhì)然后被運(yùn)送 至冷卻器40，在此生物質(zhì)能冷卻降至室溫。這在圖2中用"冷卻"表示。
盡管圖1以單框圖的形式示意性地顯示焙干反應(yīng)器10，依據(jù)本發(fā)明的 焙干反應(yīng)器10包括至少兩個(gè)反應(yīng)器空間。第一反應(yīng)器空間提供干燥室，而 第二反應(yīng)器空間形成焙干室。依據(jù)本發(fā)明的焙干反應(yīng)器10在圖3中更詳細(xì) 地顯示。
當(dāng)在運(yùn)行中時(shí)，焙干反應(yīng)器IO基本上為垂直位置。焙干反應(yīng)器10包含 周壁50、底部51和頂部52。用于將生物質(zhì)引入焙干反應(yīng)器10的進(jìn)口 U 位于底部51的一側(cè)。底部51包括供給裝置53用來(lái)向上運(yùn)輸周壁50內(nèi)的 生物質(zhì)。供給裝置53在圖3中示意性地表示。焙干反應(yīng)器中的周壁50在 運(yùn)行期間填充有生物質(zhì)。
供給裝置53可具有各種設(shè)計(jì)。例如，供給裝置包括兩個(gè)活塞和一個(gè)支 撐閥。第一活塞可經(jīng)由進(jìn)口 ll移動(dòng)以將生物質(zhì)推進(jìn)第二活塞，其可在周壁 內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。支撐閥可在支撐位置和自由位置間移動(dòng)。當(dāng)活塞達(dá)到其沖程 的末端時(shí)，支撐閥移動(dòng)至支撐位置以支撐周壁內(nèi)的生物質(zhì)。第二活塞然后 可向下移動(dòng)，其后第一活塞可在其上再加載一定量的生物質(zhì)。然而，供給 裝置也可被設(shè)計(jì)為螺旋運(yùn)輸機(jī)。供給裝置53的設(shè)計(jì)依據(jù)焙干反應(yīng)器的定位， 其可基本上是垂直、水平或以?xún)烧唛g的角度傾斜。
在周壁50內(nèi)，焙干反應(yīng)器10被分為用于從生物質(zhì)中蒸發(fā)殘余水分的第 一反應(yīng)空間或干燥室54，和用于焙干生物質(zhì)的第二反應(yīng)空間或焙干室55。 在此示例性實(shí)施方案中，在干燥室54和焙干室55之間沒(méi)有物理隔離，反
應(yīng)空間54和55是連續(xù)的。反應(yīng)空間54和55間的轉(zhuǎn)換通過(guò)虛線(xiàn)C表示。 在此代表性實(shí)施方案中，干燥室54和焙干室55因而不是封閉室，而是形 成連續(xù)的干燥空間54和焙干空間55。
干燥室54從而位于生物質(zhì)進(jìn)口 11和焙干室55之間。干燥室54具有多 個(gè)用于引入熱干燥氣體的進(jìn)料口 12a。引入的干燥氣體來(lái)自熱交換器30(見(jiàn) 圖1)，并且溫度為例如100-400°C。干燥氣體和生物質(zhì)在干燥室54中彼此 同向移動(dòng)。
由于多個(gè)進(jìn)料口 12a被放置為一個(gè)在另一個(gè)之上，干燥氣體可穿過(guò)周壁 內(nèi)的中心位置的生物質(zhì)。經(jīng)由頂部進(jìn)料口 12a引入的干燥氣體形成沿周壁 50內(nèi)側(cè)的熱氣體流。由于此流動(dòng)，已經(jīng)經(jīng)由低于第一進(jìn)料口的進(jìn)料口 12a 被引入的干燥氣體被迫使從周壁50移動(dòng)，并呈向內(nèi)放射的方向。這通過(guò)箭 頭D示意性地表示。這確保不僅周壁的生物質(zhì)而且在中間的生物質(zhì)也能完 全干燥。
蒸汽在干燥室54中的生物質(zhì)的干燥期間產(chǎn)生。部分的此蒸汽和通過(guò)蒸 發(fā)冷卻的干燥氣體經(jīng)由出料口 15離幵焙干反應(yīng)器10，出料口 15位于周壁 50的側(cè)面。產(chǎn)生的蒸汽優(yōu)選主要進(jìn)入焙干反應(yīng)器10的焙干室55，因?yàn)檎?汽通常含有相當(dāng)量的有機(jī)化合物。
當(dāng)生物質(zhì)超過(guò)虛線(xiàn)C表示的水平，生物質(zhì)幾乎完全干燥，也就是殘留 水分已經(jīng)基本上完全從生物質(zhì)中蒸發(fā)。那么生物質(zhì)的水分優(yōu)選3%。生物質(zhì) 的溫度同時(shí)升至約20(TC。因而，在由虛線(xiàn)C表示的水平之上所發(fā)生的是 焙干。生物質(zhì)然后位于用于焙干生物質(zhì)的焙干室55中。
焙干室55具有焙干氣體的進(jìn)料口 12b，其位于焙干反應(yīng)器10的頂部52 內(nèi)。焙干氣體是引入到焙干室的熱氣體以焙干生物質(zhì)。焙干氣體源自熱交 換器30 (見(jiàn)圖1)，正如干燥氣體一樣。焙干氣體從進(jìn)料口 12b向下流過(guò) 生物質(zhì)。焙干氣體與生物質(zhì)反向移動(dòng)。在第二反應(yīng)空間55中，生物質(zhì)在其 向上移動(dòng)時(shí)被焙干。當(dāng)生物質(zhì)被加熱至最高焙干溫度Ttorr時(shí)，可燃焙干氣 體在第二反應(yīng)空間55內(nèi)形成。可燃焙干氣體的量通過(guò)保持此溫度一段時(shí)間 而增加。被引入的焙干氣體和形成的焙干氣體經(jīng)由出料口 14離開(kāi)第二反應(yīng) 空間55。
依據(jù)本發(fā)明，經(jīng)由出料口 14離開(kāi)焙干反應(yīng)器10的氣體混合物因而將含 有相對(duì)少的蒸汽。在管16和支線(xiàn)17 (見(jiàn)圖l)中的流動(dòng)從而相當(dāng)受限，其
降低了風(fēng)扇18需要的能量。而且，排出的可燃焙干氣體將幾乎不被從干燥 室54而來(lái)的蒸汽(如果有的話(huà))稀釋。這對(duì)燃燒單元20 (見(jiàn)圖1)中的燃 燒性能具有有利的影響。
焙干反應(yīng)器10具有溢流部分58。當(dāng)焙干生物質(zhì)被推至溢出部分58的 邊緣時(shí)，其沿著溢出部分58失去平衡而下落至冷卻單元40中。該冷卻單 元具有引入冷卻氣體的進(jìn)料口 41。焙干過(guò)的生物質(zhì)的溫度在冷卻室40中降 至室溫。冷卻的生物質(zhì)經(jīng)由出口42離開(kāi)冷卻單元40。
圖4表示生物質(zhì)、干燥氣體和焙干氣體的溫度作為焙干反應(yīng)器內(nèi)側(cè)的高 度z的函數(shù)(見(jiàn)圖3)。生物質(zhì)的溫度用最低線(xiàn)E表示，而干燥氣體的溫度 和焙干氣體的溫度分別用線(xiàn)F和G表示。干燥室54和焙干室55間的隔離 再用虛線(xiàn)C表示。
圖4指依據(jù)本發(fā)明如圖3的情況所描述的方法。生物質(zhì)和干燥氣體在干 燥室54中彼此同向移動(dòng)。結(jié)果，殘留水分可從生物質(zhì)中迅速和有效地消除。 在焙干室55中，生物質(zhì)和引入的焙干氣體彼此反向移動(dòng)。這使精確控制最 高焙干溫度成為可能。
圖5顯示用于處理生物質(zhì)的裝置的第二實(shí)施方案，其中涉及的相同附圖 標(biāo)記表示相同的部分。操作和構(gòu)造基本上與上述用于處理生物質(zhì)的方法和 裝置一致，而且此實(shí)施方案也具有上述優(yōu)勢(shì)。在圖5中圖解說(shuō)明的實(shí)施方 案將進(jìn)一步說(shuō)明如下。
用于預(yù)干燥生物質(zhì)的干燥器在圖5中未顯示。生物質(zhì)，無(wú)論預(yù)干燥與否， 經(jīng)由進(jìn)口 11被引入焙干反應(yīng)器10中。焙千反應(yīng)器IO基本上是垂直的。在 周壁50內(nèi)，生物質(zhì)在重力的影響下向下運(yùn)動(dòng)。畢竟，進(jìn)口 11位于焙干反 應(yīng)器10的頂部52中，而出口 13在其底部51中。
焙干反應(yīng)器10的頂部形成干燥室54，而焙干反應(yīng)器10的底部限定焙 干室55。干燥室54位于生物質(zhì)進(jìn)口 11和焙干室55之間。焙干室55被界 定在干燥室54和生物質(zhì)出口 13之間。
干燥室54具有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)料口 12a。熱干燥氣體經(jīng)由進(jìn)料口 12a流 入焙干反應(yīng)器10的干燥室54,因而傳熱通過(guò)熱干燥氣體與生物質(zhì)間的直接 接觸而發(fā)生。然而，干燥室也可依據(jù)本發(fā)明被設(shè)計(jì)為熱干燥氣體與生物質(zhì) 間的間接熱交換。干燥氣體和生物質(zhì)在干燥室54中彼此同向移動(dòng)。優(yōu)選提 供多個(gè)進(jìn)料口 12a， 一個(gè)在另一個(gè)之上，以使干燥氣體能穿過(guò)中心位置的生
物質(zhì)(在圖5中未顯示)。
熱干燥氣體升高干燥室54中的生物質(zhì)的溫度并從生物質(zhì)中蒸發(fā)結(jié)合水 直到生物質(zhì)幾乎不含水分。此階段在圖2中表示為"后干燥和加熱"。熱干燥 氣體在此過(guò)程中被冷卻。冷卻的干燥氣體，和在殘留水分蒸發(fā)中可能形成 的氣體和/或蒸汽，經(jīng)由出料口 15離開(kāi)干燥室54。冷卻的干燥氣體然后被 引入到第一熱交換器200。第一熱交換器200加熱干燥氣體，而此被加熱的 干燥氣體然后再經(jīng)由進(jìn)料口 12a被引入干燥室54。這形成了第一線(xiàn)路203， 干燥氣體在其中循環(huán)。
生物質(zhì)從干燥室54降至焙干反應(yīng)器的焙干室55中，也就是，生物質(zhì)超 過(guò)了虛線(xiàn)C表示的水平。生物質(zhì)然后幾乎完全被干燥，也就是，殘余水分 已經(jīng)被幾乎完全從生物質(zhì)中蒸發(fā)。生物質(zhì)現(xiàn)在含有例如￡3%的水分。生物質(zhì) 的溫度同時(shí)升至約200'C。
熱焙干氣體經(jīng)由進(jìn)料口 12b進(jìn)入焙干室55。焙干氣體是被引入到焙干 室55以焙干生物質(zhì)的熱氣體。焙干氣體從進(jìn)料口 12b經(jīng)由生物質(zhì)向上運(yùn)動(dòng)。 焙干氣體和生物質(zhì)彼此反向運(yùn)動(dòng)。在第二反應(yīng)空間55中，也就是，虛線(xiàn)C 表示的水平之下，生物質(zhì)隨著其向下移動(dòng)而被焙干。
當(dāng)生物質(zhì)在第二反應(yīng)空間55中被加熱至最高焙干溫度T旨時(shí)，可燃焙 干氣體形成?？扇急焊蓺怏w的量通過(guò)保持此溫度一段時(shí)間而增加。引入的 焙干氣體和形成的焙干氣體經(jīng)由出料口 14離開(kāi)焙干室55。
出料口 14借助于支線(xiàn)與管16連接，管16連接于燃燒單元20 (在圖5 中未顯示)。出料口 14同樣連接在第二熱交換器201上，部分形成的焙干 氣體通入第二熱交換器201。熱交換器201加熱焙干氣體，加熱的焙干氣體 經(jīng)由進(jìn)料口 12b被引入焙干室55中。在此示例性實(shí)施方案中，形成的焙干 氣體被用作焙干用氣體。此氣體在第二線(xiàn)路205中循環(huán)。
在圖4中顯示的溫度曲線(xiàn)圖也應(yīng)用于圖5圖解說(shuō)明的實(shí)施方案。生物質(zhì) 和干燥氣體在干燥室54中彼此同向移動(dòng)。結(jié)果，殘留水分可從生物質(zhì)中迅 速和有效地消除。在焙干室55中，生物質(zhì)和所提供的焙干氣體彼此反向移 動(dòng)。這使精確控制最高焙干溫度成為可能。
在各熱交換器200和201中的干燥氣體和焙干氣體的加熱可借助于第三 線(xiàn)路209進(jìn)行，其包括加熱單元207。加熱單元207可例如是油爐，在此情 況下熱油在第三線(xiàn)路209中循環(huán)，包括熱交換器200和201。這使干燥室
54中的同向流動(dòng)和焙干室55中的反向流動(dòng)的應(yīng)用成為可能，在此情況下干 燥氣體和焙干氣體的溫度保持相對(duì)低。
焙干的生物質(zhì)經(jīng)由出口 13被從焙干反應(yīng)器10中移出。焙干的生物質(zhì)然 后被運(yùn)送至冷卻器40 (在圖5中未顯示)，在此生物質(zhì)能被冷卻降至室溫。 這在圖2中表示為"冷卻"。
本發(fā)明當(dāng)然不限制于上述實(shí)施方案?；谝阎姆椒ǎ?，專(zhuān)家能夠 在本發(fā)明的范圍內(nèi)引入不同的改變。例如，干燥室54和焙干室55可被制 成單獨(dú)實(shí)體，通過(guò)管彼此連接。干燥室54然后容納在單獨(dú)的殘留水分干燥 器中，而焙干室55組成焙干反應(yīng)器10。在此情況下，在圖1中圖解說(shuō)明的 體系中的殘留水分干燥器被插在初步干燥器3和焙干反應(yīng)器10之間。那么 在干燥室54和焙干室55之間也有物理隔離，不同于圖3所示的實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1. 用于處理材料如生物質(zhì)或廢物的方法，其包括-提供含有一定量的殘留水分的材料，-提供焙干反應(yīng)器(10)，-在焙干反應(yīng)器(10)中加熱所述材料至焙干反應(yīng)器(10)中的低氧氣氛下的焙干溫度，其中所述材料被轉(zhuǎn)變成焙干材料，該方法的特征在于，所述焙干反應(yīng)器(10)包括干燥室(54)和焙干室(55)，其中含有殘留水分的材料在干燥室(54)中通過(guò)殘留水分的蒸發(fā)而基本上被完全干燥，干燥過(guò)的材料的焙干基本上在焙干室(55)中進(jìn)行，材料以運(yùn)輸方向(B)經(jīng)由焙干反應(yīng)器(10)輸送，干燥室(54)中的材料的干燥通過(guò)引入與材料同向流經(jīng)干燥室(54)的熱干燥氣體至其中而進(jìn)行，焙干反應(yīng)器的焙干室(55)中的材料的焙干通過(guò)引入與材料反向流經(jīng)焙干反應(yīng)器(10)的焙干室(55)的熱焙干氣體至其中而進(jìn)行。
2. 依據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述材料含有固體顆粒，該固體顆粒 穿過(guò)密實(shí)移動(dòng)床的形式的焙干反應(yīng)器(10)。
3. 依據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述干燥氣體在其已經(jīng)與材料同 向移動(dòng)并從而已經(jīng)冷卻后，離開(kāi)干燥室并被引入至加熱此干燥氣體的第一 熱交換器，其后經(jīng)第一熱交換器加熱的干燥氣體被引入至千燥室(54)中， 焙干氣體在其已經(jīng)與材料反向移動(dòng)并從而已經(jīng)冷卻后，離開(kāi)焙干室并被引 入至加熱此焙干氣體的第二熱交換器，其后經(jīng)第二熱交換器加熱的焙干氣 體被引入至焙干室(54)中。
4. 依據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中材料的提供包括引入相對(duì)潮濕 的原材料至干燥器(3)中，在干燥器(3)中加熱材料以從材料中蒸發(fā)水 分直到一定量的殘留水分保持在其中，已經(jīng)在干燥器(3)中干燥的材料被 引入至干燥室(54)中。
5. 依據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中引入至焙干室(55)中的熱氣體的溫度為200-400°C ，例如約300°C 。
6. 依據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其中引入干燥室(54)中的熱氣體 的溫度為150-600°C，例如約350'C。
7. 處理材料如生物質(zhì)或廢品的裝置，該裝置包括可被供給含有一定量 殘留水分的材料的焙干反應(yīng)器(10)，該焙干反應(yīng)器(10)配有用于引入 此材料至焙干反應(yīng)器(10)中的進(jìn)口 (11);用于加熱焙干反應(yīng)器(10) 中的材料至焙干溫度的加熱設(shè)備(12);用于產(chǎn)生焙干反應(yīng)器中的低氧氣 氛的空氣處理設(shè)備，在焙干反應(yīng)器中材料可在運(yùn)行期間轉(zhuǎn)變成焙干材料； 以及用于移出該焙干材料的出口 (13)，該裝置的特征在于，所述焙干反應(yīng)器(10)包括干燥室(54)和焙干室 (55)，干燥室(54)適于通過(guò)殘余水分的蒸發(fā)而基本上完全干燥材料， 而焙干室(55)適于焙干材料，其中當(dāng)以材料的流動(dòng)方向觀(guān)察時(shí)，焙干室 (55)位于干燥室(54)的下游，并且其中干燥室(54)具有至少一個(gè)干 燥氣體的進(jìn)料口 (12a)和至少一個(gè)所述干燥氣體和在殘留水分的蒸發(fā)期間 可能形成的任何氣體和/或蒸汽的出料口 (15)，干燥氣體的進(jìn)料口 (12a) 位于面對(duì)進(jìn)口 (11)的干燥室(54)的一端，而出料口 (15)位于干燥室 (54)的相反一端，其中焙干室(55)具有至少一個(gè)焙干氣體的進(jìn)料口(12b) 和至少一個(gè)所述焙干氣體和在焙干過(guò)程中形成的焙干氣體的出料口 (14)， 焙干氣體的進(jìn)料口 (12b)位于面對(duì)出口 (13)的焙干室(55) —端，而出 料口 (14)位于焙干室(55)的相反一端。
8. 依據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其包括兩個(gè)熱交換器，其中第一熱交換器 用于加熱干燥氣體，并與干燥室的進(jìn)料口和出料口連接以形成干燥氣體線(xiàn) 路，而第二熱交換器用于加熱焙干氣體，并與焙干室的進(jìn)料口和出料口連 接以形成焙干氣體線(xiàn)路。
9. 依據(jù)權(quán)利要求7或8的裝置，其中提供有可被供給相對(duì)潮濕的材料 的干燥器(3)，該干燥器(3)安裝有用來(lái)加熱此材料的加熱設(shè)備(6)以 便從材料中蒸發(fā)水分直到一定量的水分保持在其中，并且其中干燥器(3) 與干燥室(54)連接以引入在干燥器(3)中干燥的材料至干燥室(54)中。
10. 依據(jù)權(quán)利要求7-9的任一權(quán)利要求的裝置，其中，當(dāng)以材料的流動(dòng) 方向觀(guān)察時(shí)，干燥室(54)位于材料的進(jìn)口 (11)和焙干室(55)之間， 焙干室(55)位于干燥室(54)和焙干材料的出口 (13)之間。
11. 依據(jù)前述任一權(quán)利要求的裝置，其中所述焙干反應(yīng)器(10)通過(guò)周 壁(50)界定，并且干燥室(54)和焙干室(55)在周壁(50)內(nèi)彼此連 續(xù)延伸。
12. 依據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述焙干反應(yīng)器(10)以垂直位置 安裝，并且其中多個(gè)進(jìn)料口 (12a) —個(gè)在另一個(gè)之上被提供在周壁(50) 中，以引入干燥氣體。
13. 依據(jù)權(quán)利要求7-12的任一權(quán)利要求的裝置，其中出口 (13)與冷卻 室(40)連接，并且其中焙干的材料可從焙干室(55)引入至冷卻室(40) 中。
14. 依據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中冷卻室(40)配有用于引入冷卻氣 體的進(jìn)料口 (41)。
全文摘要
一種用于處理生物質(zhì)的方法，包含含有一定量的殘留水分的材料的供給。材料在焙干反應(yīng)器中于低氧氣氛下被加熱，材料轉(zhuǎn)變成焙干的材料。在干燥室中，含有殘留水分的材料通過(guò)殘留水分的蒸發(fā)基本上被完全干燥。焙干反應(yīng)器包含焙干室，在其中此干燥過(guò)的材料的焙干基本上被進(jìn)行。材料以運(yùn)輸方向通過(guò)焙干反應(yīng)器。在干燥室中的材料的干燥通過(guò)引入與材料同向流過(guò)干燥室的熱干燥氣體至其中而進(jìn)行。在焙干反應(yīng)器的焙干室中的材料的焙干通過(guò)引入與材料反向流過(guò)焙干反應(yīng)器的焙干室的熱焙干氣體至其中而進(jìn)行。
文檔編號(hào)C10L5/44GK101379167SQ200780004786
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月6日
發(fā)明者P·C·A·伯格曼 申請(qǐng)人:荷蘭能源建設(shè)基金中心