用于生物质的焙烧和催化热解的流化床反应器系统和方法技术方案

一种用于生物质处理的流化床反应器，所述流化床反应器包括：容器，所述容器在第一方向上从第一端延伸至第二端；在容器的第一端处的用于向容器中进给生物质颗粒的入口；在容器的第二端处的用于输出经加工的生物质的出口；第一流体入口，所述第一流体入口可独立启动以在第二方向上向容器的第一区域中输送第一体积的气体；以及第二流体入口，所述第二流体入口在第一方向上与第一流体入口间隔开，并且可独立启动以在第二方向上向容器的第二区域中输送第二体积的气体，所述第二区域与所述第一区域相邻。域相邻。域相邻。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生物质的焙烧和催化热解的流化床反应器系统和方法


[0001]本申请涉及用于加工生物质的流化床反应器，并且涉及用于生物质加工的方法和系统。一些实施方案是用于进行生物质的焙烧或热解而实施的。

技术介绍

[0002]生物质是一种有前途的可再生能量来源。然而，未加工生物质的能量密度可能不期望地是低的。诸如热解或焙烧的过程可以用于提高生物质的能量密度和/或将生物质转化为可以用于特定目的的其他形式。生物质的“热解”是指生物质在有限的氧水平下或者在完全不存在氧的情况下在升高的温度下的化学分解。用于热解的反应温度通常在约300℃至约650℃的范围内。通常被称为“焙烧”的较温和的过程通常涉及使生物质经受约200℃至约300℃范围内的温度。
[0003]生物质热解的产物可以包括液体(例如生物油(bio
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oil))、气体(例如生物油蒸气和/或不可冷凝的气体)和/或固体(例如生物炭(bio
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char))。生物油有时被称为焦油或生物原油(bio
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crude)。生物油通常具有比其母生物质材料更高的能量密度，这有利于储存和运输。
[0004]开发用于处理生物质的方法(例如，通过焙烧或热解)的主要挑战之一是提供与用于对生物质进行干燥、研磨和制粒的可用设备的能力相匹配的成本有效的反应器。先前提出的焙烧反应器包括固定床、移动床或螺旋式。这些反应器通常使用木屑作为原料。这些反应器由于这些反应器进行焙烧和/或热解所需的至少40分钟至60分钟的停留时间而需要大的占地面积(footprint)。
[0005]还提出了使用流化床以加工生物质。然而，根据生物质颗粒倾向于团集在一起的事实，生物质的流化是复杂的。生物质颗粒的差流动性和高粘聚性可能导致不期望的现象，例如生物质流化床中的沟流、旁路和反流态化。可以添加惰性固体床颗粒例如砂或方解石以与流化床中的生物质混合，使得气
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固流稳定。然而，这样的策略的缺点是在流化期间产生床颗粒的细粉。这些细颗粒可能不期望地粘附至生物质颗粒，并被包含在随后的生物质产品中。在其中经热处理的生物质固体稍后将被用作生物燃料或原料的焙烧和热解的情况下，增大的灰分含量可能降低产品品质和/或损害下游设备。
[0006]经焙烧或热解的生物质产品的品质还由加工的均匀性决定。在其中颗粒被连续进给到反应器中并从反应器中连续排出的常规流化床类型中，颗粒被剧烈混合，从而导致对于不同颗粒的停留时间的广泛分布。停留时间的这种变化产生了其中一些颗粒过度反应而一些颗粒反应不足的不均匀产品。
[0007]一般需要在操作上高效且成本有效的用于加工生物质的设备和方法。
[0008]相关技术的前述实例和与其相关的限制旨在是说明性的而非排他性的。在阅读本说明书并研究附图之后，相关技术的其他限制对于本领域技术人员而言将变得明显。

技术实现思路

[0009]结合系统、工具和方法描述并举例说明了以下实施方案及其方面，所述系统、工具和方法意在是示例性的和说明性的，而非在范围上是限制性的。在多个实施方案中，已经减少或消除了上述问题中的一者或更多者，同时另一些实施方案针涉及其他改进。
[0010]本专利技术的一个方面提供了用于处理颗粒的流化床反应器。所述反应器包括：容器，所述容器在第一方向上从第一端延伸至第二端；在容器的第一端处的用于向容器中进给颗粒的入口；在容器的第二端处的用于输出经加工的颗粒的出口；第一流体入口，所述第一流体入口可独立启动以在第二方向上向容器的第一区域中输送第一体积的气体；第二流体入口，所述第二流体入口在第一方向上与第一流体入口间隔开，并且可独立启动以在第二方向上向容器的第二区域中输送第二体积的气体，第二区域与第一区域相邻。
[0011]在一些实施方案中，颗粒包含生物质颗粒。在一些实施方案中，颗粒包含聚合物颗粒。在一些实施方案中，颗粒包含生物质颗粒和聚合物颗粒的混合物。
[0012]在一些实施方案中，第一方向与第二方向不平行。在一些实施方案中，第一方向与第二方向正交。
[0013]在一些实施方案中，第一体积的气体被加热并且第二体积的气体被加热。在一些实施方案中，将第一体积的气体加热至温度T1，以及将第二体积的气体加热至温度T2，并且T2大于T1。在一些实施方案中，将第一体积的气体加热至温度T1，以及将第二体积的气体加热至温度T2，并且T2约等于T1。
[0014]在一些实施方案中，将第一体积的气体通过第一增压室输送到容器中，以及将第二体积的气体通过第二增压室输送到容器中，并且第一增压室和第二增压室被间隔开并分离。在一些实施方案中，第一体积的气体和第二体积的气体由单个流体源提供。
[0015]在一些实施方案中，容器被分成第一区和第二区，并且其中一个或更多个磁控管在第二区中产生微波。
[0016]在一些实施方案中，容器的第一侧壁和第二侧壁在第一方向上延伸，并且各自朝向彼此向下倾斜。
[0017]在一些实施方案中，容器的底壁被穿孔以允许通过第一流体入口和第二流体入口输送的气体穿过底壁中的穿孔进入容器中。
[0018]在一些实施方案中，反应器包括第三流体入口，所述第三流体入口在第一方向上与第二流体入口间隔开，并且可独立启动以在第二方向上向容器的第三区域中输送第三体积的气体，第三区域与第二区域相邻。在一些实施方案中，反应器包括第四流体入口，所述第四流体入口在第一方向上与第三流体入口间隔开，并且可独立启动以在第二方向上向容器的第四区域中输送第四体积的气体，第四区域与第三区域相邻。在一些实施方案中，反应器包括第五流体入口，所述第五流体入口在第一方向上与第四流体入口间隔开，并且可独立启动以在第二方向上向容器的第五区域中输送第五体积的气体，第五区域与第四区域相邻。
[0019]在一些实施方案中，反应器包括加压流体源。在一些实施方案中，第一流体入口包括第一活塞，所述第一活塞可选择性地操作以打开加压流体源与容器之间的第一密封件，从而在第二方向上将第一体积的气体输送到容器的第一区域中。在一些实施方案中，第二流体入口包括第二活塞，所述第二活塞可选择性地操作以打开加压流体源与容器之间的第
二密封件，从而在第二方向上将第二体积的气体输送到容器的第二区域中。
[0020]在一些实施方案中，反应器包括用于使容器振动的振动设备。
[0021]在一些实施方案中，反应器包括用于对颗粒进行加热的一个或更多个直接加热器。
[0022]在一些实施方案中，聚合物颗粒包含聚乙烯、聚丙烯和橡胶中的一者或更多者。
[0023]在一些实施方案中，颗粒包含按重量计大于90％的生物质颗粒。在一些实施方案中，颗粒的组成包含按重量计20％至90％的生物质颗粒和按重量计10％至80％的聚合物颗粒。在一些实施方案中，颗粒的组成包含按重量计70％至90％的生物质颗粒和按重量计10％至30％的聚合物颗粒。在一些实施方案中，颗粒的组成包含按重量计小于10％的生物质颗粒。
[0024]本专利技术的另一个方面提供了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生物质处理的流化床反应器，包括：容器，所述容器在第一方向上从第一端延伸至第二端；在所述容器的所述第一端处的用于向所述容器中进给颗粒的入口；在所述容器的所述第二端处的用于输出经加工的颗粒的出口；第一流体入口，所述第一流体入口能够独立启动以在第二方向上向所述容器的第一区域中输送第一体积的气体；第二流体入口，所述第二流体入口在所述第一方向上与所述第一流体入口间隔开，并且能够独立启动以在所述第二方向上向所述容器的第二区域中输送第二体积的所述气体，所述第二区域与所述第一区域相邻；以及其中所述第一方向与所述第二方向不平行。2.根据权利要求1或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述第一方向与所述第二方向正交。3.根据权利要求1和2中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述容器在所述第一端与所述第二端之间的第一方向长度为腔在所述第一区域中的第二方向高度的至少五倍。4.根据权利要求1至3中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，包括加热器以对所述第一体积的气体和所述第二体积的气体进行加热。5.根据权利要求4或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，包括其中所述加热器将所述第一体积的气体加热至温度T1，并将所述第二体积的气体加热至温度T2，其中T2大于T1。6.根据权利要求1至4中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述加热器将所述第一体积的气体加热至温度T1，并将所述第二体积的气体加热至温度T2，其中T2约等于T1。7.根据权利要求1至6中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述第一体积的气体通过第一增压室被输送到所述容器中，以及所述第二体积的气体通过第二增压室被输送到所述容器中，以及所述第一增压室和所述第二增压室彼此间隔开并分离。8.根据权利要求1至7中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，包括用于提供所述第一体积的气体和所述第二体积的气体的单个流体源。9.根据权利要求1至7中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述容器被分成第一区和第二区，以及其中布置有一个或更多个磁控管以在所述第二区中输送微波。10.根据权利要求9或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述容器包括一个或更多个窗，所述一个或更多个磁控管通过所述窗将所述微波输送到所述第二区中。11.根据权利要求1至10中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述容器的第一侧壁和第二侧壁在所述第一方向上延伸，并且各自朝向彼此向下倾斜。12.根据权利要求1至11中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述容器的底壁被穿孔以允许通过所述第一流体入口和所述第二流体入口输送的气体
穿过所述底壁中的穿孔进入所述容器中，同时防止颗粒穿过所述穿孔。13.根据权利要求1至12中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，包括第三流体入口，所述第三流体入口在所述第一方向上与所述第二流体入口间隔开，并且能够独立启动以在所述第二方向上向所述容器的第三区域中输送第三体积的所述气体，所述第三区域与所述第二区域相邻。14.根据权利要求1至13中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，包括第四流体入口，所述第四流体入口在所述第一方向上与所述第三流体入口间隔开，并且能够独立启动以在所述第二方向上向所述容器的第四区域中输送第四体积的所述气体，所述第四区域与所述第三区域相邻。15.根据权利要求1至14中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，包括第五流体入口，所述第五流体入口在所述第一方向上与所述第四流体入口间隔开，并且能够独立启动以在所述第二方向上向所述容器的第五区域中输送第五体积的所述气体，所述第五区域与所述第四区域相邻。16.根据权利要求1至15中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，包括加压流体源。17.根据权利要求16或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述第一流体入口包括第一活塞，所述第一活塞能够选择性地操作以打开所述加压流体源与所述容器之间的第一密封件，从而在所述第二方向上将所述第一体积的气体输送到所述容器的所述第一区域中。18.根据权利要求16和17中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述第二流体入口包括第二活塞，所述第二活塞能够选择性地操作以打开所述加压流体源与所述容器之间的第二密封件，从而在所述第二方向上将所述第二体积的气体输送到所述容器的所述第二区域中。19.根据权利要求1至18中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，包括用于使所述容器振动的振动设备。20.根据权利要求1至19中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，包括用于加热所述颗粒的一个或更多个直接加热器。21.根据权利要求1至20中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述第一方向为基本水平方向。22.根据权利要求1至20中任一项或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述第一方向在基本水平方向的20
°
内。23.一种用于在流化床反应器中加工生物质的方法，所述方法包括：在第一方向上进给颗粒通过所述反应器的容器，所述颗粒包含生物质颗粒；在第二方向上向所述容器中输送气体以形成颗粒流化床，所述第二方向与所述第一方向不平行；以及对所述颗粒进行加热。24.根据权利要求23或本文中任一其他权利要求所述的方法，其中在所述第一方向上进给所述颗粒通过所述反应器的所述容器包括将所述颗粒进给到所述容器的第一端处的入口中，并将经加工的颗粒排出通过所述容器的第二端处的出口，所述第一端在所述第一
方向上与所述第二端间隔开。25.根据权利要求24或本文中任一其他权利要求所述的流化床反应器，其中所述容器在所述第一端与所述第二端之间的第一方向长度为腔在第一区域中的第二方向高度的至少五倍。26.根据权利要求21或本文中任一其他权利要求所述的方法，其中所述第一方向与所述第二方向正交。27.根据权利要求23至26中任一项或本文中任一其他权利要求所述的方法，其中所述颗粒流化床的第一方向长度为所述颗粒流化床的第二方向高度的至少五倍。28.根据权利要求23至27中任一项或本文中任一其他权利要求所述的方法，其中在所述第二方向上向所述容器中输送气体包括：重复地在第一时间段期间，在所述第二方向上向...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕晓涛，C，
申请(专利权)人：不列颠哥伦比亚大学，
类型：发明
国别省市：