[发明专利]借助焙烧和粉碎由固体或糊状能量原料来生产细粒燃料的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及含碳和氢的固体燃料在撞击式反应器中的热致预处理，即，焙烧。在下文中，所述燃料(也可以具有糊状或粘性的稠度)被称为固体或糊状能量原料并且包括例如生物来源的以及其他高度反应性的燃料、化石燃料和残余物。糊状物是指包含固体与液体组分的混合物的所有材料，例子有污泥以及基于水或基于溶剂的工业残余物或含能量的液体，如油状物质或润滑剂。在开发再生能源的用途并再循环废物和残余物方面存在一种普遍的驱动力，其中从能量和材料的角度看，热致气化允许进行特别有效的利用。气流床气化是特别有利的，用于气流床气化的设备通常具有极大的容量并且还是以煤来运行的。本发明还能在气流床燃烧设备或锅炉设备中使用问题废物，问题废物在此意义上是例如在大部分较新的煤中发现的并且作为仍然可辨认的、植物残余物存在的纤维和木质组分。

背景技术

在可以将固体燃料用于气流床气化器之前，需要将其粉碎成适当的颗粒尺寸；减小其水分含量也是有利的。在诸如生物质、生物来源的残余物和废物的能量原料的情况下，由于这些通常结实的纤维结构，这样的基于常规的现有技术的预处理是能量和设备密集型的。例如，已知在温和热解条件下对生物质的热处理(即焙烧)削弱了这种细胞结构，其程度是大大减小了为进行随后的粉碎所付出的机械耗费。

焙烧通常是指在排除氧的情况下在220℃至350℃的温度对固体燃料的温和的热处理，但在本发明中少量的氧也是允许的。实现原料的完全焙烧所要求的停留时间在15至120分钟的范围内。停留时间由该原料的颗粒尺寸和所用工艺的传热特征决定。在原料加热时，它首先经历干燥步骤。随着它进一步加热，在此情况下以木材为例，首先释放出二氧化碳和有机酸(如乙酸和甲酸)以及水蒸汽，直到高达约200℃-220℃。在进一步加热达到约280℃-350℃时，继续释放出的主要是二氧化碳和有机酸，另外，由于温度升高时开始了高温分解释放出了量值渐增的一氧化碳。

如果温度继续升高而超出了本发明所涉及的温度范围，在高于350℃-400℃时大分子物质的高温分解反应快速增大(取决于该生物质)。释放的气体的量增大，但在(例如，在山毛榉材的情况下)约480℃-500℃时达到了释放的较高分子烃的最大量值。在这个温度范围内，来自山毛榉材的大约70wt.％的无水和无灰的燃料物质作为高分子的可凝结的烃释放出来，一般也称为焦油。大约15wt.％作为气体释放，并且15wt.％左右作为固体残余物(所谓的焦炭)留下。

除了碳和氢之外，许多生物来源的原料也都包含可观量值的氧和其他元素，全都处于被结合的形式。在还原性贫氧气氛中进行的、用于生产合成气的气流床气化过程中，来自燃料中的氧化合物被释放，这导致在合成气中产生了比所希望的更大量值的二氧化碳、并且此外导致产生了水蒸汽而不是氢气。因此，希望的是减小在早到预处理阶段(在可能的情况下)中使用的生物来源原料中的氧化合物的分子比率，从而通过氧的耗尽而实现燃料的升级，因此改进了要生产的合成气的品质。

用于焙烧生物质的不同方法是本领域已知的。这样的方法的基本工序的主要综述由例如Kaltschmitt等，“来自生物质的能量(Energie aus Biomasse)”，ISBN 978-3-540-85094-6，2009，第703-709页提供。根据其中所写，可以使用不同的基本反应器类型来进行生物质焙烧，例如固定床或移动床反应器、转鼓反应器、旋转盘反应器和螺旋或桨式反应器。例如，WO 2007/078199 A1提出了一种移动床反应器，而例如WO 2005/056723 A1提出了一种焙烧工艺的配置变体。

所有以上这些方法的共同之处在于，它们的目的是对生物质进行热处理。其中没有提供对经焙烧的生物质的紧随其后的处理，即粉碎，并且这必须在一个后续步骤中进行。因此，在来自现有技术的以上实例中，粉碎或研磨不可避免地要求一个另外的工艺步骤并且因此要求额外的机械。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种就设备而言在技术上简化的设备以及一种节约能量的方法，该方法允许在单一步骤中进行焙烧和粉碎，其中将固体或糊状能量原料进行充分预处理以允许它们经历气流床气化而不需要其他的步骤。

本发明通过一种设备实现了这个目的，该设备包括：

具有一个转子和多个撞击组件的一个撞击式反应器，所述反应器耐受高达350摄氏度的温度，

在该撞击式反应器的底部的一个热的焙烧气体进料装置，

在该撞击式反应器的顶部的一个固体或糊状能量原料进料装置，

至少一个用于排出气体流的装置，该气体流包含粉碎的、经焙烧的能量原料颗粒，以及