用于烘焙工艺的方法和设备技术

一种烘焙方法，包括将生物质转送通过工艺室；将工艺室中的生物质加热至预定温度并使生物质热解以从生物质中释放合成气，其中合成气包含生物质流中所含能量的至少20％；以及使合成气氧化以加热工艺室中的生物质。成气氧化以加热工艺室中的生物质。成气氧化以加热工艺室中的生物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于烘焙工艺的方法和设备


[0001]本专利技术总体上涉及用于烘焙(torrefaction)工艺的方法和设备。

技术介绍

[0002]在没有煤炭和石油等化石燃料自然资源的国家，以及希望转向可持续能源生产的国家，将生物质(biomass)视为一种替代来源。在这方面，使用在没有氧气的情况下分解有机物产生的气体(通常称为沼气)，已经实践了相当长的一段时间。然而，沼气通常需要储气罐来储存，这极大地限制了储存容量。此外，其中一些成分是有毒的或认为是温室气体。沼气的生产进一步产生沼气生产后剩余的材料消化物。这种消化物有时难以工艺。
[0003]已发现烘焙将生物质转化为生物煤(biocoal)或生物炭(biochar)，这是一种具有低水分含量的固体，与初始生物质相比，碳的量特别是质量百分比增加。生物质通常是指木屑，但可以想象到各种各样的生物质。已发现通过烘焙生产的生物煤比初始生物质具有更轻的重量，尤其是更少的氧重量，并且就体积和质量而言具有更高的能量密度。来自烘焙的生物煤可以像传统的化石煤一样用于常规燃煤电厂的能源发电。如果生物煤具有足够高的等级，其它应用(如钢铁生产)也是可以想象的。生物煤还具有化学稳定性，因此可以像传统煤一样容易地储存和运输。
[0004]原则上，烘焙是在基本上大气压下的热解工艺，除了生物质本身所含的氧之外，基本上不存在氧。通常，生物质暴露于200℃到350℃之间的温度，停留时间在10分钟到120分钟之间。所得生物煤的质量由温度和停留时间决定。在烘焙工艺中，合成气与生物质分离。合成气包含焦油、H2、CH4和/或CO。虽然通常处于气相，但合成气也可能包含冷凝焦油液滴。原则上，将合成气冷却以冷凝并从合成气中去除焦油，使得合成气可以用于常规应用，例如用于产生电能的燃气发动机。
[0005]常规的烘焙工艺通常提供能量密度为20至21GJ/吨的生物煤。如下文将更详细讨论的，能量密度主要取决于生物质在工艺气氛中的温度和停留时间，其中较长的停留时间或较高的温度提供具有较高能量密度的生物煤，尽管来自原始生物质能量的量较少。
[0006]然而，随着能量密度的增加，合成气中产生和包含的焦油量也增加。这需要从合成气中去除更多的焦油。否则，合成气中的焦油会自发凝结，从而使燃气发动机结垢或结焦。此外，当使用焦油时，可能会释放出多环芳烃，发现这些烃与各种形式的癌症有关。出于这个原因，焦油通常由沥青代替，这反过来又使利用烘焙工艺中产生的焦油变得更加困难。
[0007]WO2015/084162A1描述一种改进的干燥器，其以与现有烘焙设备所使用的原理不同的原理运行。该专利技术利用热传导在振动反应器中焙干生物质，其中加热的固体无孔板密封在反应器中以将上面的生物质与下面的用于加热板的气体分开。此外，从该工艺中产生的合成气用于为燃气发动机提供动力，其废气输出再循环以加热反应器板。当燃气发动机连接到发电机时，废能被回收用于工厂的其它部分或引出到其它地方。

技术实现思路

[0008]虽然本专利技术限定在独立权利要求中，但本专利技术的其它方面在从属权利要求、附图和以下描述中阐述。
附图说明
[0009]图1示出根据本专利技术实施方式的烘焙设备；和
[0010]图2是示出不同能量含量的烘焙工艺的试剂和产物的一个实施方式的示意图。
具体实施方式
[0011]图1示出包括工艺室11a和氧化器12的烘焙设备。在详细解释烘焙设备之前，将讨论本专利技术的一些一般方面。
[0012]根据一个方面，烘焙设备包括：
[0013]‑
工艺室，设置成容纳生物质的烘焙工艺；
[0014]‑
氧化器，设置成加热工艺室；和
[0015]‑
管道，用于在烘焙工艺中从生物质释放的合成气；其中管道设置成将合成气从工艺室引导至氧化器；其中氧化器配置为提供合成气的氧化，其释放的能量为通过工艺室的最大生物质流中包含的能量的至少20％。
[0016]所产生的生物煤是疏水的，因此可以在没有进一步天气保护的情况下易于储存。它可以用特定的添加剂制成防水的。生物煤可以是在现有设备中燃烧的粉尘。
[0017]在下文中，生物质流是指特定时间跨度内生物质的量。例如，生物质流可以表示为每小时[hrs]的时间以千克[kg]为单位的生物质质量，以或
[0018]生物质[kg][0019]时间[hrs]。
[0020]通过工艺室的最大生物质流表示工艺室的尺寸设计为在特定时间跨度内最大程度地加工生物质的量。由于生物质流是单位时间的量，因此该量中包含的能量在该时间对应于能量。
[0021]在一些实施方式中，管道配置为在操作期间将合成气温度保持在高于来自工艺室的合成气的冷凝温度。在各种实施方式中，合成气温度保持在330℃以上和/或在工艺室中生物质的最高温度以上至少50℃的温度。在各种实施方式中，生物质的最高温度是单个颗粒的核心温度。通常，核心温度以延迟方式适应环境温度，并且可能不同于颗粒的表面温度。使合成气在紧邻工艺室的氧化器中燃烧也限制了将合成气温度保持在合成气的冷凝温度以上所需的努力。
[0022]例如，在通过工艺室时，生物质被加热到至多280℃的温度。因此管道将合成气的温度保持在330℃。在一个不同的实例中，生物质被加热到至多300℃的温度。因此管道将合成气的温度保持在350℃。生物质在离开工艺室之前达到最高温度。
[0023]在一些实施方式中，管道绝热。
[0024]在一些实施方式中，管道和/或工艺室包括允许一部分合成气的受控燃烧的空气入口。这通常意味着一些合成气在到达氧化器之前被燃烧。例如，在具有燃烧约4MW的氧化器的设备中，在管道和/或工艺室中燃烧的合成气对应于约100kW。
[0025]在一些实施方式中，氧化器配置为提供氧化，其释放的能量为通过工艺室的最大生物质流中包含的能量的至少23％、25％或27％。在一些实施方式中，氧化器配置为提供氧化，其释放的能量不超过通过工艺室的最大生物质流中包含的能量的36％或40％。在一些实施方式中，氧化器配置为提供释放能量在23％和40％之间的氧化。在一些实施方式中，氧化器配置为提供释放能量在23％和36％之间的氧化。在一些实施方式中，氧化器配置为提供释放能量在25％和40％之间的氧化。在一些实施方式中，氧化器配置为提供释放能量在25％和36％之间的氧化。在一些实施方式中，氧化器配置为提供释放能量在27％和40％之间的氧化。在一些实施方式中，氧化器配置为提供释放能量在27％和36％之间的氧化。
[0026]氧化器工艺的能量越大，生成的生物煤的能量密度就越高。更高的能量密度可能使生物煤适用于钢铁生产等其它应用。
[0027]在一些实施方式中，氧化器设置成在高于750℃、更优选高于850℃或1050℃的温度下燃烧合成气。在各种实施方式中，氧化器配置为使合成气在1秒的停留时间内通过，优选在2秒内通过。已经发现，对于配置为停留时间为1秒的氧化器，至少850℃的温度允许合成气的可燃组分基本上完全燃烧。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种烘焙设备，其包括：
‑
工艺室，其设置成容纳生物质的烘焙工艺；
‑
氧化器，其设置成加热所述工艺室；和
‑
管道，其用于在所述烘焙工艺中从所述生物质释放的合成气；其中所述管道设置成将所述合成气从所述工艺室引导至所述氧化器；并且其中所述氧化器配置为提供所述合成气的氧化，其释放的能量为通过所述工艺室的最大生物质流中包含的能量的至少20％。2.根据权利要求1所述的烘焙设备，其中所述管道配置为在操作期间将合成气温度保持为高于来自所述工艺室的所述合成气的冷凝温度。3.根据权利要求2所述的烘焙设备，其中所述合成气温度保持为330℃以上和/或高于在所述工艺室中的所述生物质的最高温度至少50℃的温度。4.根据前述权利要求中任一项所述的烘焙设备，其中所述管道绝热。5.根据前述权利要求中任一项所述的烘焙设备，其中所述管道和/或所述工艺室包括空气入口，以允许一部分所述合成气的受控燃烧。6.根据前述权利要求中任一项所述的烘焙设备，其中所述氧化器配置为提供氧化，其释放的能量为通过所述工艺室的最大生物质流中包含的能量的至少23％、25％或27％，优选地，所述氧化器配置为提供氧化，其释放的能量不超过通过所述工艺室的最大生物质流中包含的能量的36％或40％。7.根据前述权利要求中任一项所述的烘焙设备，其中所述氧化器配置为将所述工艺室保持为400℃和550℃之间的温度，优选地保持为约500℃。8.根据前述权利要求中任一项所述的烘焙设备，其中所述氧化器设置有氧化器空气进料器，所述氧化器空气进料器配置为通过在所述工艺室的方向上产生环...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：赛格英国科技有限公司，
类型：发明
国别省市：