本文描述了生物质处理装置，系统，和方法，用于将生物质转化为例如液态烃，可再生化学品，和/或复合物。该生物质处理系统可以包括热解装置，加氢处理器，和气化器。生物质，诸如木屑，被送入到热解装置中，以产生焦炭和热解蒸气。热解蒸气在加氢处理器，例如脱氧装置中进行处理，以产生烃，轻质气体，和水。该系统产生的水和焦炭可用于气化器中以产生一氧化碳和氢气，可将其循环回热解装置和/或加氢处理器。可将其循环回热解装置和/或加氢处理器。可将其循环回热解装置和/或加氢处理器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物质处理装置，系统，及方法
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本申请根据35 U.S.C
§
119(e)要求于2018年8月3日提交的美国临时专利申请62/714,386的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
[0003]本技术一般地涉及用于将生物质转化为例如液态烃，可再生化学品，和/或复合物的生物质处理装置，系统，和方法。
技术介绍
[0004]随着大气中二氧化碳水平的持续上升，生产碳中和和/或减碳燃料的努力已呈指数增加。风能，太阳能，潮汐能,和其他能源的创新正在不断发展，以作为传统的化石燃料的替代品。
[0005]另一丰富的燃料来源是在森林和其他自然环境中被发现的生物质。生物质是在世界许多地区和地形中被发现的丰富燃料来源。然而，转化这种生物质(例如，植物，木材等)面临许多挑战。例如，将生物质转化为燃料通常效率低下，只有很少的生物质的成分部件被转化为可用燃料。另外，在将生物质转化为包括车辆，公用事业，和其他燃料使用系统等现有系统和装置可使用的燃料方面出现了挑战。其他挑战是物流方面的。例如，在偏远或半偏远地区更容易找到丰富的生物质资源。为了减少将生物质运送到更方便的位置(例如，固定的转化工厂或其他固定结构)的能源成本，希望在当前生物质丰富的位置收集和转化生物质。
[0006]因此，需要一种处理生物质的装置，系统，和方法，以解决上面讨论的部分或所有问题。
附图说明
[0007]参考以下附图可以更好地理解本技术的许多方面。附图中的部件未必按比例绘制。相反，重点放在清楚地说明本技术的原理上。
[0008]图1是生物质处理系统的一个实施例的示意图。
[0009]图2是生物质处理系统的另一个实施例的示意图。
[0010]图3是生物质处理系统的另一个实施例的示意图。
[0011]图4是生物质处理系统的另一个实施例的示意图。
[0012]图5是与生物质处理系统一起使用的热解装置(包括螺旋钻)的示意图。
[0013]图6是与生物质处理系统的热解装置一起使用的螺旋钻的侧视图。
[0014]图7是沿图6的切面A
‑
A截取的图6的螺旋钻的纵向剖视图。
[0015]图8是用于生物质处理系统中的脱氧装置的侧面平面图。
[0016]图9A和9B分别是用于生物质处理系统的脱氧装置的催化剂床的部分纵向截面图和横向截面图。
具体实施方式
[0017]下文描述了生物质处理系统以及相关系统和方法的几个实施例的具体细节。一般地，本公开的生物质处理系统包括热解装置。所述装置可包括被配置为接收生物质(例如，木屑和/或其他植物)的进气口。热解装置可以被配置为接收和处理生物质而无需预处理生物质。例如，热解装置可以接收作为标准木屑机的输出的木屑，而无需进一步减小木屑的尺寸。热解装置可被配置为在升高的压力下输出热解蒸气和焦炭(例如生物炭)。
[0018]生物质处理系统可以进一步包括加氢处理单元(例如，脱氧反应器)，其被配置为处理蒸气和/或焦炭。在一些实施例中，加氢处理单元可以将蒸气转化为可用的烃。该加氢处理可以在不需要将烃中间转化为生物油或其他中间产物的情况下进行。
[0019]在一些实施例中，本公开的生物质处理系统可以包括一个或多个气化单元，其被配置为促进反应成分(例如，CO2，H2O，焦炭等)转化为可用/期望的成分(例如，H2，CO，烃等)。
[0020]在一些实施例中，本公开的生物质处理系统是能够在偏远地点操作并根据需要被移动到其他地点的偏远生物质处理系统。这样的系统可以被配置为“离网”操作，使得不需要现有的电力，水，或其他公用事业系统来操作所述生物质处理系统。优选地，除了本地来源的生物质之外，所述生物质处理系统被配置为在很少或没有附加燃料或其他输入的情况下运行。
[0021]优选地，本公开的生物质处理系统，特别是偏远生物质处理系统相对较小。例如，系统可以具有小于200平方英尺，小于240平方英尺，小于300平方英尺，和/或小于400平方英尺的占地面积。系统能够具有每天至少2吨，每天至少3吨，每天至少4吨，每天至少6吨，和/或每天至少8吨生物质的吞吐率。在一些实施例中，系统被配置为每天输出至少150加仑，至少200加仑，至少300加仑，和/或至少400加仑的可用烃。
[0022]生物质处理系统
[0023]图1提供了生物质处理系统10的实施例的示意图。所述系统10通常可以包括热解装置12，加氢处理器(例如，脱氧器或加氢脱氧单元(HDU))14，和/或气化器16。多个传质路径可在多个部件之间延伸，以促进在系统10的单元和装置之间的材料移动。
[0024]所述热解装置12可以包括，例如被配置为处理木材生物质13的螺旋钻。可以被引入热解装置12中的示例性生物质，包括但不限于木屑和锯末。在一些实施例中，在将生物质引入热解装置12之前对其进行处理，以减少生物质的水分含量。在一些实施例中，对生物质进行处理以将水分含量降低至10重量％(wt％)或更少。如关于后面的实施例更详细地讨论的，螺旋钻可以是渐变的(tapered)，使得螺旋钻的毂从热解装置12的入口端到出口端在尺寸上增加。后面的实施例也更详细地讨论的，热解装置12可包括在接收生物质13的第一部分15的入口与热解装置12的出口之间的密封件。生物质13的第二部分17可被引导至，例如，所述气化器16。
[0025]热解装置12通过应用热量和/或压力来将生物质转化为热解蒸气和/或焦炭。只要将生物质转化成热解蒸气和/或焦炭，则在热解装置12中可以使用任何合适的热和/或压力参数。热解装置12可以输出热解蒸气和/或焦炭，在该点处输出材料可以被分离。例如，热解蒸气与焦炭可以被分离，使得热解蒸气(或主要为热解蒸气)通过传输路径18被传输至加氢处理器14，而焦炭(或主要为焦炭)通过传输路径20离开加氢处理器14。本文讨论的任何和所有传输路径，包括传输路径18，20可以包括一个或多个管道，管，和/或其他通道或导管。
类似地，本文讨论的任何传输路径可包括一个或多个被设置于其中的阀。阀可以是止回阀，其被配置为在最小开启压力下打开。在一些实施例中，阀是电磁阀或其他阀，其被配置为被控制(例如，通过控制器)以在打开和关闭配置之间转换。
[0026]加氢处理器14可以被配置为将由热解装置12产生的热解蒸气转化成可用物质。例如，加氢处理器14可以包括被设置于加氢处理器14内的一个或多个催化剂。在一些实施例中，催化剂涂覆在加氢处理器14的多个内表面上。在一些实施例中，催化剂被装载在延伸通过加氢处理器14的管中。在下面更详细讨论，这些催化剂可以被配置为处理热解蒸气以产生水，烃，和/或轻质气体的混合物。在一些实施例中，加氢处理器14被配置为在升高的压力和温度下处理热解蒸气，而无需在处理之前冷凝蒸气。优选地，由在加氢处理器14中进行的加氢处理产生的产物混合物是不混溶的，允许容易地将烃，水，和轻质气体彼此分离(例如，通过虹吸)。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热解装置，其包括：具有入口和出口的壳体；和被设置于所述壳体内的螺旋钻，所述螺旋钻具有：邻近所述壳体的所述入口的上游端；邻近所述壳体的所述出口的下游端；在所述上游端和所述下游端之间延伸的芯；和在所述上游端和所述下游端之间缠绕所述芯的螺旋叶片；其中：所述壳体的所述入口被配置为接收生物质；和所述热解装置被配置为将所述生物质转化为热解蒸气，并产生由在生物质和热解蒸气转变过程中的材料形成的压力密封件，所述压力密封件被设置于所述壳体的所述入口和所述壳体的所述出口之间。2.根据权利要求1所述的热解装置，其中，所述螺旋钻的所述芯从所述上游端的第一直径渐变至所述下游端的第二直径，所述第一直径小于所述第二直径。3.根据权利要求2所述的热解装置，其中：所述螺旋叶片具有沿垂直于所述芯的旋转轴线的方向从所述芯的外表面到所述螺旋叶片的末端测量的叶片高度；和所述螺旋叶片的所述高度从所述螺旋钻的所述上游端到所述下游端变化。4.根据权利要求3所述的热解装置，其中，所述螺旋叶片的所述高度从所述上游端到所述下游端减小。5.根据权利要求4所述的热解装置，其中，所述螺旋叶片的所述高度以与所述螺旋钻的所述芯的所述直径的增加成比例的速率减小，使得所述叶片的所述末端与所述螺旋钻的所述旋转轴线之间的距离沿所述螺旋钻的所述长度基本恒定。6.根据权利要求1所述的热解装置，还包括：加热器，其在所述壳体的所述入口与所述壳体的所述出口之间围绕所述螺旋钻的一部分。7.根据权利要求1所述的热解装置，其中，在操作过程中：所述壳体内在所述入口和所述压力密封件之间的压力约为大气压；和所述壳体内所述压力密封件和所述出口之间的压力至少为300磅/平方英寸(psia)。8.根据权利要求1所述的热解装置，其中，所述壳体的所述入口被配置为接收木屑，锯末，或其组合形式的生物质。9.根据权利要求1所述的热解装置，还包括用于将气体引入到所述壳体中的气体入口。10.根据权利要求1所述的热解装置，其中，所述气体入口与一氧化碳源或氢源流连通。11.一种生物质处理系统，包括：热解装置，被配置为接收生物质，热解所述生物质以产生热解蒸气，并输出所述热解蒸气；和与所述热解装置流连通的脱氧装置，所述脱氧装置被配置为接收所述热解蒸气并使所述热解蒸气脱氧以产生脱氧产品流，其包括水，烃，和燃料气体中的至少两种。12.根据权利要求11所述的生物质处理系统，其中，在不将所述热解蒸气冷凝为生物油
的情况下将所述热解蒸气的进行脱氧。13.根据权利要求11所述的生物质处理系统，其中，所述热解装置以至少300磅/平方英寸(psia)的压力输出热解蒸气。14.根据权利要求11所述的生物质处理系统，其中，热解所述生物质还产生焦炭，并且所述系统还包括与所述热解装置流连通的过滤器，所述过滤器被配置为将所述焦炭与所述热解蒸气分离。15.根据权利要求14所述的生物质处理系统，...
【专利技术属性】
技术研发人员：加里，
申请(专利权)人：美国能源系统网控股有限公司，
类型：发明
国别省市：
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