用于研磨和烘焙生物质的反应器、引入这种反应器的生物质处理系统和设施以及相关的方法技术方案

一种研磨和烘焙生物质的反应器(1)，包括：用内壁(110)内部限定分隔的腔室(10)；设置于腔室(10)内部的研磨装置，包括可旋转安装于腔室(10)内的旋转中央轴(14)和存在于旋转中央轴(14)上用于对着内壁(110)研磨存在于腔室(10)内部的生物质、优选木质纤维素生物质的研磨元件；为了实现同时研磨和烘焙腔室(10)内的所述生物质，在介于200至350℃之间的所谓的预定烘焙温度下，通过经由研磨装置的热传导加热和维持存在于腔室(10)内的生物质的加热装置(16，160，161，1600，17)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于烘焙和研磨生物质、优选木质纤维素生物质的新型反应器，以及涉及集成这种反应器用于处理生物质的系统和装置，及其相关的应用方法。由本专利技术所针对的主要应用是生产称为生物燃料的燃料。生物燃料通常由木质纤维素生物质构成并通过切碎，通常是木屑或对于更复杂的生物燃料通过造粒而获得。因此，本专利技术具体而言涉及一种应用该新型烘焙和研磨反应器下游的造粒冲压机处理生物质的装置，以获得与当今投放到市场上的装置相比具有改进特性的生物燃料。采用组合的烘焙和造粒处理，因此，有可能获得具有通常为20至22MJ/kg的级别(order)的高能量密度、通常为600至650kg/m3的级别的高质量密度以及显著疏水性的生物燃料。因此，本专利技术人旨在改进生物燃料的疏水性以及提高其能量含量，与目前现有的生物燃料相比，通常改进和提高超过20 %至30 %。本专利技术也适用于气化生物质，着眼于从合成气(Syngas)的名称之下广为所知的合成气体生产生物燃料。在该应用中，根据本专利技术的新型烘焙和研磨反应器优选安装于整理/储存粉末的单元上游，本身就是气化反应器的上游，以便随后产生生物燃料。
技术介绍
在消费持续增加的背景之下，设想生物质的升级才能多元化能源资源。通过气化和燃烧的热转化技术 是特别考虑的。生物燃料的燃烧是其具体的选项。烘焙生物质、优选木质纤维素生物质，是用于预处理生物质的一个步骤。事实上，生物质的纤维和弹性结构使其微粉化操作变成能源密集型并导致提供的研磨产品的特性不适合以粉末形式注入。烘焙是在干燥和热解之间的界面上温和热处理生物质，一般在包括200至350°C的温度下实施，并且其目的在于除去水和在于使生物质的一部分有机物质改性以便打断其纤维。换句话说，这种温和热处理改变了生物质的纤维结构，从而有利于其研磨和注射到气化或混合燃烧反应器。特别是着眼于其储存通过显著提供其疏水性和耐生物降解性，通过烘焙进行预处理还改进了生物质的性质。因此烘焙木质纤维素生物质是着眼于其以粉末形式向携带流反应器(气化反应器)或煤炭火力发电厂中的所谓混合燃烧反应器(生物质和煤)中注入或着眼于其用于生产生物燃料的造粒的预处理步骤。对于市场上目前现有的工业装置，为了获得生物燃料的改进特性，正如前言中所提及那样，生物质应进行烘焙20至40分钟的一段标准时间。该处理时间是非常重要的，而这也是为什么取决于所使用的技术它需要巨大尺寸的装置的原因。可以提及以下公司，CMI，Whysmont或T0PELL，其已经应用这种类型的装置。此外，如前言中所示，烘焙和造粒的组合处理提供了获得具有通常为20至22MJ/kg的级别的高能量密度、通常为600至650kg/m3的级别的高质量密度和显著疏水性的生物燃料的可能性。专利申请US2003/0221363以一种非常通用的方式公开了一种生物质处理技术，其将烘焙步骤与明显不同于烘焙的后续造粒步骤相结合。提及各种加热技术用于实施烘焙(见第段:图2的集成燃烧器具有多个底台的烘焙炉；图3的集成燃烧器的加热蜗杆；流化床加热器；转炉；间歇炉)。事实上，整个这些技术迄今还没有进行工业测试。看起来并不能保证图2和3中标示为30的转鼓压实器(drum compactor)出口处产生的颗粒具有良好的机械强度。此外，如果能源一体化看起来足够成熟，特别是紧接烘焙反应器下游的压实器，并没有提到工作条件。具体而言，没有详细地提供烘焙所需的时间，然而，对于控制烘焙，该参数是至关重要的。各种方法的技术经济研究表明，在处理期间控制生物质颗粒的停留时间对于评价烘焙方法是一个重要的标准并直接关系到它们的经济学利益(economic interest)。在此可以提及的出版物[I]清楚地阐明了这一标准。此外，从本专利技术的【专利技术者】关于烘焙的反馈表明，生物质的温度/停留时间对与所使用的生物质类型(木材，稻草，等...)密切相关。对于给定的烘焙时间，温度是可调节的参数，对此有可能在大多数情况下响应生物质的可变性。迄今为止，在烘焙步骤中所需的停留时间可以描述为显著的，即20至50分钟的级别，因为它直接关系到经受烘焙的生物质颗粒的相对显著的尺寸，通常为I厘米的级别。此外，大量的出版物更新了对于控制焙烧(一般而具体而言是其由此导致的质量损失)的预定停留时间/处理温度对的要求。专利GB2448531提出了一种烘焙技术,致力于将生物质粗切(coarsely cut)成每个颗粒长度10mm的级别，才进行研磨而使其变成每个经烘焙的颗粒1mm的最终尺寸级另O，然后上游研磨。烘焙在300°C的温度下进行15分钟的一段时间，导致质量显著损失，SP至少40%的损失(参见第8页第20至24行)。根据该专利GB2448531开发的解决方案仅适用于与煤混合燃烧应用而未显示出烘焙处理时间的任何优化。与此相反，作为方法的输出使用的选择，粗切大尺寸的生物质，进一步增长了烘焙所需的时间。此外，本领域内除了生物质的情况外，对要处理的物质如何实施热研磨步骤(即在包括100-350°C之间的温度下)是已知的。因此，已经设想了通过锤式研磨机实施热研磨步骤，特别是用于处理浙青类型的重石油残留物，正如专利申请W02009/114195A1中所描述的，或用于塑料物质降解，正如专利申请W098/09997中所描述的。在W098/09997该专利申请中，所指定的温度范围包括200-50(TC之间，但在研磨之前需要预热载入物。专利申请W09008177最后涉及在提取废渣(sludge)中回收油并介绍了 225°C级别的温度下通过油浴调温避免操作期间油发生降解的热锤式研磨机的操作。通过旋风分离器(cyclone)(参见图3)的方式提供了所产生的粉尘与气体的进一步分离。在上述三个提及的专利申请中，不仅决未打算进行生物质的热研磨，而且也未对实际上如此而为进行教导。因此，没有提及控制在相关研磨机中的停留时间，因为其实际上对其相关应用是非必要的。从现有技术中还可以知道将研磨物质的步骤和干燥步骤合并成一个单一操作的可能性。因此，美国专利US4085897提出了一种干燥-研磨机用于预先处理任何类型的物质而特别是煤。如果所公开的解决方案非常适合于用空气干燥，则这对于应该使用最低量氧进行的生物质烘培以避免在其烘焙期间发生生物质燃烧和反应失控是不相容的。专利JP60000899提出相同的方法，但采用包括200至400°C的更高温度的空气用于废渣处理。因此，所公开的解决方案与生物质烘焙步骤不相容。此外，所示的温度与干燥步骤不相容，因为这样做将会等于产生VOC (挥发性有机化合物)排放，其不得不进行控制才能遵守环境标准。最后，根据专利申请FR2924435A1，已知将研磨步骤和木质纤维素生物质烘焙步骤合并成单一操作有必要在流化床反应器中应用的可能性。根据申请FR2924435的这种解决方案的既定目标是降低研磨能耗，而生物质颗粒的停留时间并非是真正的问题。因此，给定的停留时间仍然保持在传统上迄今用于烘焙步骤的那些，即重要时间为10至40分钟，因为它们仍然取决于颗粒的流化床入口处的颗粒尺寸(参见第4页第20-23行)。现在，正如前言中所示，控制处理期间的颗粒停留时间是用于评价烘焙方法的基本标准并直接控制它们的经济学利益。另外，阅读该专利申请后，人本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质研磨和烘焙反应器(1)，包括：‑用内壁(110)内部限定分隔的腔室(10)；‑设置于所述腔室(10)内部的研磨装置，包括可旋转安装于所述腔室(10)内的旋转中央轴(14)和存在于所述旋转中央轴(14)上用于对着所述内壁(110)研磨存在于所述腔室(10)内的生物质、优选木质纤维素生物质的研磨元件；‑为了同时实现研磨和烘焙所述腔室(10)内的所述生物质，在介于200至350℃之间的所谓的预定烘焙温度下，通过经由所述研磨装置的热传导加热和维持存在于所述腔室(10)内的所述生物质的加热装置(16，160，161，1600，17)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.09 FR 11602061.一种生物质研磨和烘焙反应器(1)，包括: -用内壁(110)内部限定分隔的腔室(10)； -设置于所述腔室(10)内部的研磨装置，包括可旋转安装于所述腔室(10)内的旋转中央轴(14)和存在于所述旋转中央轴(14)上用于对着所述内壁(110)研磨存在于所述腔室(10)内的生物质、优选木质纤维素生物质的研磨元件； -为了同时实现研磨和烘焙所述腔室(10)内的所述生物质，在介于200至350°C之间的所谓的预定烘焙温度下，通过经由所述研磨装置的热传导加热和维持存在于所述腔室(10)内的所述生物质的加热装置(16，160，161，1600，17)。2.根据权利要求1所述的生物质研磨和烘焙反应器，其中，所述研磨装置和所述腔室的所述内壁具有基本相同的热导率。3.根据权利要求2所述的生物质研磨和烘焙反应器，其中，所述腔室的所述内壁的材料选自钢或不锈钢304L并且所述研磨装置的材料选自硬钢，如350HB钢。4.根据前述权利要求中任一项所述的生物研磨和烘焙反应器，其中，所述加热装置存在于与至少一部分所述研磨装置物理接触的热管元件(16，160，161)中。5.根据权利要求4所述的生物质研磨和烘焙反应器，包括均匀分布于外周上并且在其长度的至少一个主要部分上与所述腔室的外周壁物理接触的多个热管元件。6.根据权利要求4或5所述的生物质研磨和烘焙反应器，其中，所述热管元件与可旋转安装于所述腔室(10)内的所述中央旋转轴(14)和/或与存在于所述中央旋转轴(14)上的所述研磨元件物理接触。7.根据权利要求6所述的生物质研磨和烘焙反应器，包括布置于所述中央旋转轴(14)内部的热管元件(160)。8.根据权利要求4至7中任一项所述的生物质研磨和烘焙反应器，其中，所述热管元件各自至少在其一端上提供有散热片(1600)用于形成气体和所述热管内部的传热流体之间的换热器。9.根据权利要求4至8中任一项所述的生物质研磨和烘焙反应器，其中，所述热管包含萘或GilothermK DO作为传热流体。10.根据前述权利要求中任一项所述的生物研磨和烘焙反应器，其中，所述研磨装置包括存在于可旋转安装在所述腔室内的所述中央轴上的凹口，所述凹口适用于对着所述腔室(10)的所述外周内壁(110)撕裂所述生物质颗粒，所述外周内壁即所谓的骨架，由此形成具有刀的类型的研磨机。11.根据权利要求1至9中任一项所述的生物质研磨和烘焙反应器，其中，所述研磨装置包括存在于可旋转安装于所述腔室内的所述中央旋转轴(14)之上的锤(15)，所述锤适用于对着所述腔室的所述外周内壁击打和破碎所述生物质颗粒，所述外周内壁即所谓的骨架，由此形成具有锤的类型的研磨机。12.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的生物质研磨和烘焙反应器和紧接所述反应器下游的第一动态变速选择器的系统，所述第一动态选择器(2)适用于在所述反应器的出口处获得小于第一所需直径的颗粒并适用于将具有大于所述第一所需直径的直径的颗粒回注到研磨机中。13.一种用于应用根据权利要求1至11中任一项所述的反应器或根据权利要求12所述的系统的方法，根据这种方法，在用...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂埃里·沙坦，
申请(专利权)人：法国原子能及替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国;FR