[发明专利]用于热交换的方法、系统及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在生物质的超临界或近临界水气化过程中进行热交换的方法，该方法包括以下步骤：在第一热交换器中用热交换介质的热能加热生物质，在所述超临界或近临界水气化过程中使生物质发生反应并产生反应产物，在第二热交换器中通过将反应产物的热能吸收到所述热交换介质而冷却生物质的反应产物，以及使所述热交换介质在第一热交换器与第二热交换器之间循环。

本发明还涉及一种用于在生物质的超临界或近临界水气化过程中进行热交换的系统，该系统包括：用于加热所述生物质的第一热交换器，用于冷却所述超临界或近临界水气化过程的反应产物的第二热交换器，以及用于使热交换介质在第一热交换器与第二热交换器之间循环的循环系统。

本发明还涉及一种应用。

本发明的方法和设备可用于下述过程和系统中，该过程和系统对生物质进行处理并将它们转化成气态或液态燃料或基本成分，以用于进一步精炼。

背景技术

对在高温高压下导热的热液气化/液化过程领域中的研究可追溯到1978年，当时J.Model发现了超临界水(即，在温度在374℃以上而且压力至少为221bar的情况下的水)在超临界水用作介质时可用来气化有机材料。该方法被几个研究小组进一步开发成包括在近临界水(即，水的压力至少为150bar而且温度在300℃以上)和超临界水中的各种湿的生物质进料的液化和气化。

该过程具有气化例如纸浆造纸工业中的废污泥并且将有机物与无机物分离开的潜力。当该有机物被主要气化成氢、甲烷、二氧化碳和一氧化碳时，无机物可通过机械方式与液相分离开。气化发生在450-700℃附近，这取决于被气化的材料、主要过程条件以及是否使用催化剂。

由于高温、高压和高含水量(高湿度)，该过程有很大的消耗能量。所以，需要一种内部热回收或热交换系统，该内部热回收或热交换系统利用从发生反应的材料所排放的热流中吸收的热能来加热反应物、添加剂和催化剂的进入流。

已知的是，在热液气化和/或液化工艺设备中使用热交换器，以提高能量的使用效率。不幸的是，由于对工艺条件的苛刻要求以及生物质的不同类特性，已知的热交换器不能在热液气化和/或液化过程中很好地工作。

传统的管式热交换器的一个严重问题是：在这些管的两侧上均存在高压力，也就是说，这些管内部的物料流和这些管外部的热交换介质必须被加压到高压力(例如，221bar)以获得足够高的温度。这意味着热交换器的壳体必须被制造成耐压的，也就是说，非常厚，因而费用高。

与这些热交换器相关的另一个问题由较低的加热速率引起。这导致了焦油、炭等固体或高粘性流体积聚在热交换器的流动通道的表面上，从而导致了流动阻力的增加以及导致所述通道的阻塞。例如，通常已知的双壁型热交换器或双管型热交换器布置在工艺设备中的实验由于阻塞而失败(Biljana Potic，D.Sc.dissertation 2006，Universiteit Twente，ISBN 90-365-2367-2)。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种方法和一种系统，以便消除上述缺点。本发明的目的通过以独立权利要求中所记载内容为特征的一种方法和一种系统来实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。

本发明的方法的观念在于，该方法包括以下步骤：在第一热交换器中用热交换介质的热能加热生物质；在所述超临界或近临界水气化过程中使生物质发生反应并产生反应产物；在第二热交换器中通过将反应产物的热能吸收到所述热交换介质而冷却生物质的反应产物；以及使所述热交换介质在第一热交换器与第二热交换器之间循环，其中熔盐用作热交换介质。

本发明的系统的观念在于，该系统包括：用于加热所述生物质的第一热交换器；用于冷却所述超临界或近临界水气化过程的反应产物的第二热交换器；以及用于使热交换介质在第一热交换器与第二热交换器之间循环的循环系统，其中热交换介质是熔盐。

本发明的应用的观念在于，熔盐在生物质的超临界或近临界水气化过程中用作热交换介质。

本发明的第二种应用的观念在于，熔盐在生物质的超临界或近临界水气化过程中用作热交换介质，该过程包括：在第一热交换器中用热交换介质的热能加热生物质；在所述超临界或近临界水气化过程中使生物质发生反应并产生反应产物；在第二热交换器中通过将反应产物的热能吸收到所述热交换介质而冷却生物质的反应产物；以及使所述热交换介质在第一热交换器与第二热交换器之间循环。