[其他]含碳物料热处理方法及其多床式反应器

说明书

按照一种实施方案，控制压力和温度下热处理有机含碳物料的方法及其多床式反应器包括一个含有许多附加环形床层的压力容器，环形床中包括一系列按一定角倾斜向下指向反应器外周的上部床层和在容器下方在铅垂方向上被间隔开的一系列下部床层。前者限定了一个预热区，后者限定了一个反应区。第二种实施方案：用一台分置式的反应器预热原料，预热和部分脱水的原料直接加入配置有反应区的多床式反应器。适用条件为２００°Ｆ至１２００°Ｆ以上、在３００至３０００（磅／平方英寸）的压力。停留时间至少１分钟多至１小时或更长，这取决于原料性质和含碳原料热改性要求。

本发明的多床式反应器及其方法广泛适用于在控制压力和升高温度的条件下处理含有残余水分的有机含碳物，使之引起所希望的物理和/或化学的改性并由此制备一种适于作为燃料的反应产物。特别是，本发明的目的是藉一个反应器及其内部过程，使在未加工状态下含有明显数量水分的含碳物料加压和升温，藉此，除了使有机物得到所希望的热化学改造以赋予更好的物理特性，包括增加其脱水热值之外，固体反应产物中剩余水含量也大大降低。

包括石油和天然气在内的传统能源的短缺和成本增加，引起对那些供应充足的替代能源的研究，诸如褐煤，次质烟煤，纤维素质如泥炭、废纤维材料如来自木材采伐和锯木操作的锯末、树皮、木片、树枝和木屑，各种农业废料如棉杆、果核壳、玉米壳等以及城市固体废物。不幸的是，由于多种原因，呈其天然存在状态的这些替代材料，直接作为高能量燃料是不足取的。因此，在此以前已经提出了多种方法，通过这些方法可使这些物料通过提高脱水基热值，同时增加其对风化、运输和贮存的稳定性，转化为更适于作为燃料的形式。

先有技术中的工艺方法和设备的特征如下列美国专利№4，052，168所述。将褐煤进行受控制的热处理改变其化学性质，提供高品位的固体含碳产物，它稳定和抗风化，热值增加到烟煤的水平;美国专利№4，127，391介绍了使来自传统的洗煤操作的废烟煤末受到热处理，以提供适宜于直接作为燃料的、团化的焦状固体产物;美国专利№4，129，420，通过一个受控的热改性过程使天然纤维材料如泥炭以及废纤维材料的品位提高，以提供固态含碳物或焦状产物。它们适于作为固体燃料或制成与常规燃料的混合物如燃料油浆。在美国专利№4，126，519中，揭示了一种使上述美国专利中谈到的各类含碳物料升级的反应器和处理过程，其中原料浆液被引进一倾斜的反应器并被逐渐加热生成一种基本上无水的、提高了热值的固体反应产物。反应在有控制的加压和升温的条件下进行并考虑到必要的停留时间以便达到所希望的热处理，即蒸发原料中几乎全部水分以及至少一部分挥发性有机成分，同时受到有控制的部分化学改性或热解。反应在非氧化性环境中完成，固体产物随后被冷却至能将物料卸出与大气接触时不致发生燃烧和降解的温度。

虽然上述美国专利中提及的方法和设备能够对各种含碳原料进行满意的处理以生产出升级的固体反应产物，仍然需要一种反应器和方法能对各种潮湿的含碳原料进行更有效、更多样、更简单和易控制的连续热处理，以使得作为常规能源的一种替代物的高能固体燃料的转化和生产更加经济。

根据设备的一种实施方案，本发明的效益和优点通过由一个压力容器构成的多床式反应器来实现，压力容器就是一个包含许多附加环形床的反应室，这些环形床包括一系列以一定角度倾斜向下指向反应室外围的上部床层，这里是抽出原料中自由水分和化学结合水的干燥与预热区。处在上床体下方的是一系列低位床，这些低位床是一个反应区，其中设有在受控并高于大气压力条件下将原料加热到高温所需的加热装置，物料在反应区里的停留时间足以使至少一部分挥发性物质蒸发，并在那儿生成反应气体和提高了脱水基热值的固体反应产物。在反应区里生成的热气体向上通过干燥区时以逆流方式与这里的原料换热，使得热气中至少有一部分可凝性成分凝结，放出蒸发潜热，因此使原料得到预热而且进一步释放其中的化学结合水分，水分从带压的倾斜的上部床层排至反应器外部。

反应容器装有沿中央延伸的转轴，轴上有许多耙臂，它们布置在靠近每个环形反应床上表面的地方并藉助轴的旋转使原料在径向上交替向内外地沿每个反应床逐渐移动，从而实现原料从一个床层到位于下部的下一个床层的串级运动。为了增加原料与热反应气体的接触和传热，最好在干燥区里装设位于床层和耙臂上方的环形挡板，以限制每个床层上紧邻原料的区域内热反应气体的逆流。