專(zhuān)利名稱(chēng)：從有機(jī)物質(zhì)制造燃料的方法和氣化設(shè)備的制作方法
從有機(jī)物質(zhì)制造燃料的方法和氣化設(shè)備本發(fā)明涉及在氣化過(guò)程中從含水有機(jī)物質(zhì)制造燃料的權(quán)利要求1的前序的方法，所述方法包括燃燒有機(jī)物質(zhì)，并回收氣化殘余物。本發(fā)明還涉及應(yīng)用權(quán)利要求1的方法的權(quán)利要求12的前序的氣化設(shè)備，所述氣化設(shè)備包括氣密燃燒室、用于將含水有機(jī)廢棄物或生物質(zhì)送入燃燒室的裝置和用于從燃燒室去除灰的裝置。現(xiàn)有技術(shù)描述
為了回收有機(jī)物質(zhì)中包含的能量，例如，生物質(zhì)和有機(jī)廢棄物，已研發(fā)基于物質(zhì)燃燒的很多不同方法。這樣的一種方法為在氧或空氣存在下進(jìn)行的氣化方法，在此方法中，源物質(zhì)部分燃燒，因此，得到包含流體焦?fàn)钗镔|(zhì)和可燃?xì)怏w的燃燒氣體。通常，在現(xiàn)有技術(shù)中的焦點(diǎn)一直是氣相的組成和產(chǎn)率的優(yōu)化以及可進(jìn)一步在能源生產(chǎn)中使用的含有甲烷和氫的燃料氣體的產(chǎn)生。在準(zhǔn)確目標(biāo)已是從生物質(zhì)或有機(jī)廢棄物回收焦?fàn)畈糠值那闆r下，起點(diǎn)主要是回收源物質(zhì)中包含的有價(jià)值金屬物質(zhì)、回收雜質(zhì)或回收焦?fàn)钗镔|(zhì)中包含的某些可燃部分。關(guān)于這一點(diǎn)，術(shù)語(yǔ)“有機(jī)物質(zhì)”是指基于烴的物質(zhì)和例如生物質(zhì)、有機(jī)廢棄物和合成產(chǎn)生物質(zhì)(例如,塑料)的物質(zhì)。本文所用術(shù)語(yǔ)“有機(jī)廢棄物”是指具有有機(jī)(生源)來(lái)源的家庭和工業(yè)廢棄物(例如，食物廢棄物)以及基于纖維素的包裝材料廢棄物。本文所用術(shù)語(yǔ)“生物質(zhì)”是指天然得到的有機(jī)材料，例如糞、木、植物部分和從木或莖皮得到的切段收割廢棄物以及干草和來(lái)自森林業(yè)的漿料。在現(xiàn)有技術(shù)，有使從燃燒氣體分離的部分精煉成燃料的方法的一些描述，但這些沒(méi)有用生物質(zhì)或廢棄物快速熱解實(shí)現(xiàn)的例外，并且這需要在過(guò)程中送入大量外部能量。此類(lèi)型方法描述于專(zhuān)利公布US 4 260 473，專(zhuān)利涉及固體有機(jī)廢棄物的熱解反應(yīng)，其中將原物質(zhì)干燥，并通過(guò)在過(guò)程中加入外部能量源快速熱解。通過(guò)多步驟反應(yīng)從燃燒氣體回收適合用作燃料的數(shù)種部分，并使燃燒氣體中包含的惰性氣體(載氣)循環(huán)回到燃燒室。此類(lèi)型方法的缺陷是極大需要外部能量和復(fù)雜的分離過(guò)程。發(fā)明概述
用上述現(xiàn)有技術(shù)作為起點(diǎn)，本申請(qǐng)的目的是建立處理有機(jī)物質(zhì)的簡(jiǎn)單方法，具體地講，處理生物質(zhì)或有機(jī)廢棄物，其中使有機(jī)物質(zhì)燃燒，并在簡(jiǎn)單過(guò)程中使適用于燃料的部分從得到的燃燒氣體分離。本發(fā)明的另一個(gè)目的是用積極的能量平衡建立有機(jī)物質(zhì)處理方法。另外，本發(fā)明的目的是得到一種方法和應(yīng)用所述方法的設(shè)備，通過(guò)這些，可處理很多類(lèi)型有機(jī)物質(zhì)，包括含水、干燥、固體和液體廢棄物或生物質(zhì)，而不用預(yù)處理。以上本發(fā)明的目的通過(guò)權(quán)利要求1的方法和權(quán)利要求12的氣化設(shè)備達(dá)到。在氣化過(guò)程中從有機(jī)物質(zhì)制造燃料的本發(fā)明的方法包括燃燒有機(jī)物質(zhì)，并回收氣化殘余物。所述方法包括至少以下步驟:
-將有機(jī)含水物質(zhì)送入燃燒室； -也將含氧加壓再生氣體送入所述燃燒室；-在過(guò)程中不加外部氧源或加熱，在燃燒室中保持加壓連續(xù)燃燒過(guò)程，以便利用0.1-1化學(xué)計(jì)量氧含量的氧含量進(jìn)行有機(jī)物質(zhì)的氣化，保持燃燒的氧和過(guò)壓和在燃燒室中產(chǎn)生的熱量完全從再生氣體熱解和/或在燃燒室中送入的含水有機(jī)廢棄物熱解和從供應(yīng)物質(zhì)和再生氣體之間的氣化反應(yīng)得到；
-去除燃燒室中進(jìn)行的連續(xù)氣化過(guò)程中產(chǎn)生的灰分，并將從氣化過(guò)程得到的燃燒氣體與燃燒氣體中包含的固體顆粒一起引導(dǎo)到分離過(guò)程；
-在分離過(guò)程，使燃燒氣體的溫度降到低于燃燒氣體中包含的化合物的閃點(diǎn)和低于水冷凝點(diǎn)，去除燃燒氣體中包含的冷凝水，從燃燒氣體回收液體燃料，并將燃燒氣體中包含的再生氣體完全或部分引導(dǎo)回到燃燒室?，F(xiàn)在，本發(fā)明的氣化設(shè)備包括氣密燃燒室、用于將含水有機(jī)物質(zhì)送到燃燒室的裝置和用于從燃燒室去除灰的裝置。另外，氣化設(shè)備包括用于將燃燒氣體引導(dǎo)出燃燒室的連接到燃燒室的細(xì)長(zhǎng)燃燒氣體管，其中燃燒氣體管的長(zhǎng)度和直徑應(yīng)使得燃燒氣體冷卻到低于燃燒氣體中包含的化合物的閃點(diǎn)的溫度，并在與燃燒室相反的燃燒氣體管末端連接用于冷凝和收集燃燒氣體中包含的游離水的水回收部件，另外，與燃燒室相反的燃燒氣體管的區(qū)域提供有多個(gè)孔，通過(guò)這些孔，燃燒氣體可流到燃燒氣體管的外部，同時(shí)作為再生氣體和固體燃料分離；和連接到所述燃燒氣體管的燃料回收部件；以及用于再生氣體的提供有氣體入口和進(jìn)料管的罐，由此在加壓時(shí)引導(dǎo)至少部分再生氣體回到燃燒室。氣密燃料室意指燃燒室的殼和用于燃燒氣體管的連接導(dǎo)管、進(jìn)料部件、再生氣體進(jìn)料管和除灰室充分地完全密封，以便在燃燒室內(nèi)布置永久過(guò)壓。本發(fā)明的基本原理是在不足(即，非化學(xué)計(jì)量)氧內(nèi)容物存在下燃燒含水有機(jī)物質(zhì)，例如含水有機(jī)廢棄物或生物質(zhì)，并在分離水、含水燃料和再生氣體的二步方法中處理得到的燃燒氣體。當(dāng)在非化學(xué)計(jì)量氧內(nèi)容物存在下發(fā)生燃燒時(shí)，在產(chǎn)生的燃燒氣體中留下大量含氧氣體(例如，一氧化碳)。在從燃燒氣體分離的含氧再生氣體循環(huán)回到氣化過(guò)程時(shí)，為了促進(jìn)反應(yīng)的自動(dòng)連續(xù) 性，放熱氣化燃燒(即，陰燃)的溫度充分升高(超過(guò)約500°C)，并且不需要單獨(dú)的外部能源。燃燒氣體分離方法簡(jiǎn)單，使燃燒氣體的溫度下降低到其中包含的水冷凝，并且可通過(guò)管的另一端去除。關(guān)于燃燒氣體中包含的焦?fàn)詈疂{和含氧氣體樣部分，它們兩者均通過(guò)在管中提供的小孔去除。含水漿具有很好的燃料價(jià)值。本文所用詞語(yǔ)“不足”(即，非化學(xué)計(jì)量氧內(nèi)容物)是指燃燒室中存在的氧量不足以完全燃燒其中送入的物質(zhì)的產(chǎn)生的熱解產(chǎn)物(熱解氣體，灰內(nèi)容物)。物質(zhì)通過(guò)陰燃不完全燃燒。本發(fā)明的氣化方法包括以下步驟:
熱解步驟，其中碳源物質(zhì)(有機(jī)物質(zhì))分裂，并且由其揮發(fā)揮發(fā)性氣體物質(zhì)，在連續(xù)步驟燃燒或在燃燒氣體中直接轉(zhuǎn)移。在熱解步驟中產(chǎn)生的產(chǎn)物中有:(水)蒸氣、H2, N2, 02、C02、CO、烷烴、烴、羰基化合物(例如，酸)、NH3、H2S、不飽和烴、烯烴、芳族烴(例如酚)、碳和灰分。在不完全燃燒中，根據(jù)反應(yīng)中存在的氧的量，有機(jī)物質(zhì)的碳源C與氧產(chǎn)生不同比例的二氧化碳和一氧化碳:
C + O2 — CO2(Ia)和
C + 0.5 O2 — CO(Ib)在燃燒反應(yīng)中，一氧化碳的生成產(chǎn)生氣化步驟中所需的能量。在氣化步驟中，碳源(C)與二氧化碳和水蒸氣根據(jù)以下反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng):
C + H2O — H2 + CO(2)
總結(jié)反應(yīng)式(Ib)和(2)，我們得到:
2 C + H2O + 0.5 O2 = 2 CO + H 2(2b)
這是略微放熱的反應(yīng)。另外，氣化步驟包括向生成二氧化碳放熱的可逆反應(yīng)。CO + 2 H2O (蒸氣)=CO2 + 2 H2(3)
另外進(jìn)行一個(gè)反應(yīng)，其中源物質(zhì)中包含的一氧化碳和水反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳和甲烷氣體。本發(fā)明的有機(jī)物質(zhì)的陰燃燃燒是放熱的，這意味它同樣保持燃燒過(guò)程，而不用外部熱源。通過(guò)利用本發(fā)明的方法和氣化設(shè)備，可處理數(shù)種不同類(lèi)型的含水、干燥和固體或液體廢棄物或生物質(zhì)，而不用預(yù)處理。以下參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。在附圖中:


圖1為本發(fā)明的氣化設(shè)備的示意圖。圖2為圖解說(shuō)明操作圖1的氣化設(shè)備的流程圖。在以下說(shuō)明書(shū)中首先簡(jiǎn)要地描述圖1和2中圖示說(shuō)明的基本結(jié)構(gòu)和功能。在圖1中所示氣化設(shè)備的主要部分為燃燒室1，其中要燃燒的物質(zhì)Μ; M2在過(guò)壓在相對(duì)較低溫度(約500-1，200°C，優(yōu)選500-1，000°C )氣化。要在燃燒室燃燒的物質(zhì)M; Ml通過(guò)進(jìn)料設(shè)備3送入燃燒室I。對(duì)燃燒室I連接旨在用于去除固體物質(zhì)的除灰室5和旨在用于去除燃燒氣體的燃燒氣體管2。燃燒氣體管2通到燃燒氣體分離設(shè)備4，在此將燃燒氣體S分離成其組分(水W，燃料Μ; M4，再生氣體G)。燃燒氣體分離設(shè)備4依次包括用于收集和去除從燃燒氣體冷凝的水W的水回收部件9和包含用于燃料Μ; M4的回收部件8的燃燒氣體分離罐7和氣罐6。本發(fā)明的氣化方法中的目的是在氣化過(guò)程(包括燃燒有機(jī)物質(zhì)，并回收固體氣化殘余物)從有機(jī)物質(zhì)(例如，有機(jī)廢棄物或生物質(zhì))制造液體燃料Μ; M4。因此，所述方法包括至少以下步驟:
A)將有機(jī)含水物質(zhì)送入燃燒室I;
B)也將含氧加壓再生氣體送入燃燒室I;
C)在過(guò)程中不加外部氧源或加熱，在燃燒室I中保持加壓連續(xù)燃燒過(guò)程，以便利用
0.1-1化學(xué)計(jì)量氧含量的氧含量進(jìn)行有機(jī)物質(zhì)的氣化，其中保持燃燒的氧和過(guò)壓和在燃燒室I中產(chǎn)生的熱量完全從再生氣體G熱解和/或在燃燒室I中送入的含水有機(jī)廢棄物M;Ml熱解和從氣化反應(yīng)得到；
D)通過(guò)除灰室5去除燃燒室中I進(jìn)行的連續(xù)氣化過(guò)程中產(chǎn)生的灰分，并將從氣化過(guò)程得到的燃燒氣體S與燃燒氣體S中包含的固體顆粒Μ; M3 一起引導(dǎo)到在燃燒氣體分離設(shè)備4進(jìn)行的分離過(guò)程；
E)在分離設(shè)備4進(jìn)行的分離過(guò)程中，使燃燒氣體S的溫度降到低于燃燒氣體中包含的化合物的閃點(diǎn)Fp和低于水冷凝點(diǎn)，通過(guò)水回收部件9去除燃燒氣體S中包含的冷凝水W，從燃燒氣體S回收液體燃料Μ; Μ4，并將燃燒氣體中包含的再生氣體G完全或部分引導(dǎo)回到燃燒室1，以保持陰燃燃燒。以下參考以上本發(fā)明的簡(jiǎn)要說(shuō)明和圖1和2，同時(shí)更準(zhǔn)確地指明由所述氣化方法和所述氣化設(shè)備得到的優(yōu)勢(shì)，更詳細(xì)地描述本發(fā)明。在本發(fā)明的氣化方法中，有利保持過(guò)壓，適合的過(guò)壓為5_50bar，優(yōu)選超過(guò)約8bar。在氣化設(shè)備10的所有單元保持相同過(guò)壓，即，在燃燒室1、燃燒氣體分離設(shè)備4和氣罐6，包括通到氣罐的導(dǎo)管。由于在氣化設(shè)備10的單元1、4和6保持過(guò)壓，進(jìn)入過(guò)程的物質(zhì)流(=供應(yīng)的物質(zhì)Μ; Ml)和離開(kāi)過(guò)程的物質(zhì)流(灰分A、燃料Μ; M4和水W)均通過(guò)壓力平衡進(jìn)行傳導(dǎo)。為了壓力平衡，進(jìn)料部件3包括用于新鮮物質(zhì)M; Ml的進(jìn)料罐31和中間罐32。在進(jìn)料罐31和中間罐32之間提供進(jìn)料罐擋板31a，擋板31a可打開(kāi)和關(guān)閉，用于將新鮮物質(zhì)M; Ml從進(jìn)料罐31分批送到中間罐32。同樣在中間罐32和燃燒室I之間提供可打開(kāi)和關(guān)閉的中間罐擋板32a。中間罐擋板32a可以氣密方式關(guān)閉，以便防止在燃燒室I中占優(yōu)勢(shì)的氣壓影響在中間罐32內(nèi)送入的新鮮物質(zhì)批Μ; Ml?，F(xiàn)在，通過(guò)打開(kāi)進(jìn)料罐擋板和通過(guò)同時(shí)保持中間罐32和燃燒室I之間的擋板32a關(guān)閉，可將新鮮物質(zhì)批M; Ml從進(jìn)料罐首先送到中間罐32。隨后，通過(guò)將從進(jìn)料罐31隔開(kāi)中間罐32的擋板31a關(guān)閉，平衡中間罐32和燃燒室I之間的壓力，隨后，可使物質(zhì)批Ml從中間罐32自由轉(zhuǎn)移到燃燒室I。
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也在除灰室5和燃燒室I之間布置類(lèi)似類(lèi)型的壓力平衡系統(tǒng)。除灰室5包括灰倉(cāng)51和灰斗52。在灰倉(cāng)51和灰斗52之間布置氣密灰斗擋板52a，并且通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉所述擋板，灰斗可相應(yīng)從灰倉(cāng)隔開(kāi)，并且在灰斗52和灰倉(cāng)51之間打開(kāi)流動(dòng)通道。在灰倉(cāng)51和燃燒室I之間布置灰倉(cāng)擋板51a，在打開(kāi)時(shí)，擋板51a打開(kāi)燃燒室I和灰倉(cāng)51之間的連接，在關(guān)閉時(shí)，使灰倉(cāng)51從燃燒室I隔開(kāi)。通過(guò)打開(kāi)燃燒室I和灰倉(cāng)51之間的擋板51a,并且通過(guò)同時(shí)保持灰倉(cāng)和灰斗之間的擋板52關(guān)閉，可首先將灰分A帶到灰倉(cāng)51。隨后，將擋板51a關(guān)閉，用于使灰倉(cāng)51從燃燒室I隔開(kāi)。在灰倉(cāng)51a和燃燒室I之間的通道連接已關(guān)閉時(shí)，可打開(kāi)灰倉(cāng)51和灰斗52之間的擋板52a，用于將灰分轉(zhuǎn)移到灰斗52。長(zhǎng)燃燒氣體管2從燃燒室I通到燃燒氣體分離設(shè)備4。在燃燒氣體管2，目的是使從燃燒室I進(jìn)入燃燒氣體管的燃燒氣體S的溫度下降到可通過(guò)燃燒氣體分離設(shè)備4從燃燒氣體分離水部分、燃料部分和再生氣體的水平。為此目的，位于燃燒氣體管2和燃燒室I的接合處側(cè)的燃燒氣體管2的末端2b通常提供有冷卻(未示出)，用于防止燃燒氣體閃蒸。在燃燒氣體管的另一端2a，即，在從燃燒室I觀(guān)察時(shí)燃燒氣體管的另一個(gè)自由端2a，管2的某些區(qū)域21a提供有相對(duì)較小的孔21，各孔210的直徑為d。在燃燒氣體管的(外)直徑為D時(shí)，燃燒氣體管的自由端的此區(qū)域21a的表面積由燃燒氣體管的縱向的所述區(qū)域的長(zhǎng)度I和燃燒管直徑D限定，在此情況下，表面積=π *D*1。各孔210的直徑d和提供有孔的區(qū)域21a的表面積主要取決于氣化設(shè)備的生產(chǎn)能力，因此，當(dāng)流動(dòng)通過(guò)燃燒氣體管2的燃燒氣體S的體積流速增加，通過(guò)擴(kuò)大燃燒氣體管的直徑D或區(qū)域21a的長(zhǎng)度1，各孔210的直徑d和提供有孔21的區(qū)域21a的表面積也必須增加。在燃燒氣體管2的自由端2a的末端，連接(冷凝)除水部件9，包括圓錐形端92、水罐91和冷凝水出口閥93。目的是水罐91中收集燃燒氣體中包含的游離水W，即，未結(jié)合到燃料中的水?，F(xiàn)在，在燃燒氣體管2的自由端2a在燃燒氣體管內(nèi)流動(dòng)的燃燒氣體S的溫度應(yīng)低于在管2內(nèi)各瞬間占優(yōu)勢(shì)的壓力的水沸點(diǎn)。申請(qǐng)人已試驗(yàn)本發(fā)明的氣化過(guò)程，因此，在燃燒氣體管2內(nèi)占優(yōu)勢(shì)的壓力接近與燃燒室內(nèi)占優(yōu)勢(shì)的過(guò)壓，S卩，約Sbar?，F(xiàn)在，為了保證游離水從燃燒氣體盡可能完全地冷凝，在燃燒氣體管末端的燃燒氣體S的溫度應(yīng)為約80-130°C，優(yōu)選80-100°C。冷凝水W通過(guò)燃燒氣體管的自由端2a的錐形端92流到水罐91，從水罐91，通過(guò)打開(kāi)通到在水罐較低邊緣布置的水出口管93的閥，時(shí)時(shí)地去除收集的水W。燃燒氣體管2的整個(gè)末端部分，包括具有提供孔的區(qū)域21a的自由端2a，一直到用于收集冷凝水的錐形端92，達(dá)到燃燒氣體分離罐7內(nèi)側(cè)，在此分離罐7分離再生氣體G和燃料Μ; M4。燃燒氣體管2在燃燒室側(cè)上的進(jìn)入點(diǎn)和在冷凝水管錐形端92通過(guò)分離罐7并進(jìn)一步達(dá)到水罐91的點(diǎn)以氣密方式連接到分離罐7。在分離罐7的較低邊緣，連接燃料回收部件8,包括燃料回收管81和連接到所述管的瓣閥(shutter valve)820對(duì)分離罐7的上部又以氣密方式連接通到氣罐6的再生氣體入口管61。再生氣體進(jìn)料管63進(jìn)一步從氣罐6回通到燃燒室I內(nèi)部。進(jìn)料管63也以氣密方式連接到燃燒室，因?yàn)檫M(jìn)料管內(nèi)的氣壓應(yīng)與燃燒室中占優(yōu)勢(shì)的壓力一樣高或更高(約8bar)。通過(guò)能夠打開(kāi)和關(guān)閉的閥63a，可控制從氣罐6到入口管61并進(jìn)一步沿著進(jìn)料管63到燃燒室I的再生氣體G的通道。進(jìn)料管63的自由端轉(zhuǎn)向，以便以燃燒室I的縱向伸展，并通過(guò)布置一些噴嘴62a成為噴嘴部件62，噴嘴62a以近似水平方向從噴嘴部件62釋放氣體。在氣罐6的蓋中布置安全閥64。在將具有約80_130°C (優(yōu)選80_100°C )溫度的加壓燃燒氣體S壓過(guò)在燃燒氣體管2的區(qū)域21a中提供的孔21時(shí)，從其同時(shí)冷凝凡士林狀燃料Μ; M4。通過(guò)燃燒氣體管2的孔21在分離罐7中得到 的流體凡士林狀燃料Μ; M4收集在燃料回收管81中，由此可通過(guò)打開(kāi)回收管的瓣閥82將它以固定間隔收集并回收到分離設(shè)備的外部。在所述溫度，未冷凝的再生氣體G從流動(dòng)通過(guò)孔21的燃燒氣體分離，所述氣體G的組成取決于源物質(zhì)Μ; Ml,并取決于燃燒室I中的溫度。部分再生氣體G為含氧的一氧化碳和二氧化碳，但也可存在氫、短鏈烷烴(例如，甲烷)和具有低沸點(diǎn)的短鏈羰基化合物。再生氣體G通過(guò)入口管61運(yùn)送儲(chǔ)存在氣罐6中，在必要時(shí)，從氣罐6轉(zhuǎn)移到進(jìn)料管63，并通過(guò)在進(jìn)料管末端提供的噴嘴62a吹到燃燒室I。再生氣體G在燃燒室I中作為可燃燒物質(zhì)到燃燒氣體管2的載體，并且作為燃燒過(guò)程的維持劑，因?yàn)樗谒鲞^(guò)程中需要的氧。在燃燒室I中發(fā)生的燃燒過(guò)程本身作為不完全燃燒(陰燃)進(jìn)行，因?yàn)槿魏瓮獠垦醪凰腿肴紵?而在燃燒中使用的所有氧從再生氣體G或從在燃燒室本身中送入的有機(jī)廢棄物或生物質(zhì)M; Ml得到。陰燃燃燒主要根據(jù)以上所給的式(1)-(3)進(jìn)行，在氣化過(guò)程帶入含水物質(zhì)M; Ml時(shí)，它從新鮮物質(zhì)進(jìn)料罐31轉(zhuǎn)移到中間罐32，在壓力平衡后，進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到燃燒室I。在燃燒室I中，新鮮物質(zhì)M; Ml首先熱解，使得氣體和蒸氣從其蒸發(fā)，同時(shí)在物質(zhì)中包含的化合物的碳鏈斷裂。從物質(zhì)M; Ml揮發(fā)的氣體的組成自然取決于物質(zhì)本身的組成，但在要供應(yīng)的物質(zhì)為一般家庭廢棄物-食物和混合廢棄物(沒(méi)有金屬)的情況下，除其它夕卜，還包含例如蛋白質(zhì)、含直鏈芳族烴的化合物、羰基化合物、水、氫和硫。隨后，從供應(yīng)物質(zhì)熱解的干燥可燃物質(zhì)Μ; M2與燃燒室I中存在的蒸氣和氧反應(yīng)。物質(zhì)Μ; M2在500-1200°C溫度通過(guò)陰燃燃燒，反應(yīng)中存在的氧含量低于化學(xué)計(jì)量含量。現(xiàn)在根據(jù)反應(yīng)(2b)產(chǎn)生相對(duì)大量一氧化碳和氫，因?yàn)橛捎谘鹾驼魵獾淖饔?，碳源氣化成一氧化碳和氫?，F(xiàn)在，在氣態(tài)物質(zhì)中，根據(jù)本發(fā)明從氣化方法得到的燃燒氣體主要包含一氧化碳、氫，并且根據(jù)源物質(zhì)，也可包含顯著量硫化氫和氨。在燃燒室1產(chǎn)生的燃燒氣體S中，也有從產(chǎn)物得到的轉(zhuǎn)移的未反應(yīng)蒸氣以及在氫和一氧化碳的可逆反應(yīng)(3)中產(chǎn)生的蒸氣形式的水。當(dāng)碳源(有機(jī)廢棄物或生物質(zhì))送入氣化過(guò)程時(shí)，由于加熱作用，它斷裂成較小的單元，蒸氣揮發(fā)，并在氣化步驟與二氧化碳反應(yīng)。另外，碳源在過(guò)程期間轉(zhuǎn)化成含羰基的化合物(酸、醛、酮)，這些化合物的閃點(diǎn)和揮發(fā)點(diǎn)與碳鏈長(zhǎng)度成反比，因此，具有較長(zhǎng)鏈的羰基化合物具有較低沸點(diǎn)。另外，在過(guò)程中產(chǎn)生芳族烴例如酚和蠟。由燃燒氣體S攜帶，碳源的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物也進(jìn)一步在燃燒氣體管中轉(zhuǎn)移。在燃燒氣體管S中燃燒氣體S的溫度降到約80-130°C時(shí)，從燃燒氣體G中包含的物質(zhì)，使在低溫沸騰的物質(zhì)從在較高溫度沸騰的物質(zhì)分離?，F(xiàn)在，在再生氣體G中，有轉(zhuǎn)移的氨、硫化氫、氫、一氧化碳和可能的二氧化碳以及來(lái)自轉(zhuǎn)化和斷裂的產(chǎn)物(例如，短鏈烷烴和烷基羰基化合物)。另一方面，在要從燃燒氣體S分離的燃料Μ; M4中留下來(lái)自固體物質(zhì)M; Ml的長(zhǎng)鏈斷裂和轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，例如，長(zhǎng)鏈烷基化合物、烷基羰基化合物、芳族烴、長(zhǎng)鏈脂肪和蠟。從過(guò)程中提供的固體M; Ml留下的未反應(yīng)蒸氣和從可逆反應(yīng)(3)得到的蒸氣部分轉(zhuǎn)移到燃料，并且它們由除水部件9通過(guò)燃燒氣體管2的自由端2a作為冷凝水W部分去除。經(jīng)檢測(cè)，從以上所述類(lèi)型過(guò)程回收的燃料Μ; M4的干燥物質(zhì)含量為59.6%重量，即，其水含量為40.4%重量。燃燒包含各種不同的金屬化合物、芳族烴、烯烴、羧酸和石蠟。在以上說(shuō)明書(shū)中只描述本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，并且對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)，也可在附加權(quán)利要求限定的本發(fā)明的概念范圍內(nèi)，以很多其它方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的氣化設(shè)備和方法。參考編號(hào) 燃燒室1 燃燒氣體管2 管的自由端2a 連接到燃燒室的管端2b 排氣管上的孔21
孔210
管上的孔區(qū)域21a 孔區(qū)域的長(zhǎng)度1 燃燒氣體管的直徑D 燃燒氣體S 進(jìn)料部件3 進(jìn)料罐31 進(jìn)料罐擋板31a 中間罐32 中間罐擋板32a燃燒氣體分離設(shè)備4除灰室5灰倉(cāng)51灰倉(cāng)擋板51a灰斗52灰斗擋板52a灰分A氣罐6
到燃燒室的進(jìn)料管63進(jìn)料管瓣閥63a進(jìn)料管的自由端，噴嘴部件62噴嘴部件的噴嘴62a到氣罐的入口管61氣罐的安全閥64分離的氣體，再生氣體G燃燒氣體的分離罐7燃燒氣體S 燃料回收部件8回收管81管瓣閥82水回收部件9水罐91
燃燒氣體管的錐形端92水出口管93水W
氣化設(shè)備10要送入的物質(zhì)M; Ml要燃燒的物質(zhì)Μ; M2燃燒氣體中包含的物質(zhì)Μ; M3燃料Μ; M4閃點(diǎn)Fp。
權(quán)利要求
1.一種在氣化過(guò)程中從有機(jī)物質(zhì)制造燃料的方法，所述方法包括燃燒有機(jī)物質(zhì)，并回收氣化殘余物，其特征在于所述方法包括至少以下步驟: -將有機(jī)含水物質(zhì)(Μ; Ml)送入燃燒室(I)； -也將含氧加壓再生氣體(G)送入所述燃燒室(I)； -在過(guò)程中不加外部氧源或加熱，在燃燒室中保持加壓連續(xù)燃燒過(guò)程，以便利用0.1-1化學(xué)計(jì)量氧含量的氧含量進(jìn)行有機(jī)物質(zhì)的燃燒，保持燃燒的氧和過(guò)壓和在燃燒室(I)中產(chǎn)生的熱量完全從再生氣體熱解和/或在燃燒室中送入的含水有機(jī)廢棄物或生物質(zhì)(Μ; Ml)熱解和從供應(yīng)物質(zhì)(Ml)和再生氣體(G)之間的氣化反應(yīng)得到； -去除燃燒室中(I)進(jìn)行的連續(xù)氣化過(guò)程中產(chǎn)生的灰分(A)，并將從氣化過(guò)程得到的燃燒氣體與燃燒氣體中包含的固體顆粒一起引導(dǎo)到分離過(guò)程； -在分離過(guò)程，使燃燒氣體(S)的溫度降到低于燃燒氣體中包含的化合物的閃點(diǎn)(Fp)和低于水冷凝點(diǎn)，去除燃燒氣體中包含的冷凝水(W)，從燃燒氣體(S)回收液體燃料(M;M4)，并將燃燒氣體中包含的再生氣體(G)完全或部分引導(dǎo)回到燃燒室(I)。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于氣化過(guò)程和燃燒氣體的分離在過(guò)壓進(jìn)行，優(yōu)選在超過(guò)5bar壓力進(jìn)行。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于為了使燃燒氣體中包含的燃料(Μ;M4)轉(zhuǎn)化成液體形式，并且使燃燒氣體中可能包含的游離水(W)冷凝，燃燒氣體(S)的溫度在分離過(guò)程中降到低于燃燒氣體閃點(diǎn)(Fp)至約80-130°C，優(yōu)選至約80-100°C。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于要送入燃燒室的有機(jī)物質(zhì)包含至少10%重量水，優(yōu)選至少20%重量水。
5.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的`方法，其特征在于再生氣體(G)包含至少一氧化碳和/或二氧化碳。
6.權(quán)利要求5的方法,其特征在于再生氣體(G)也包含氫氣或氣態(tài)低級(jí)燒烴,例如甲烷，也可包含短鏈烷基羰基化合物和氨。
7.權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于使要送入燃燒室(I)的含水有機(jī)物質(zhì)(Μ;Ml)和再生氣體中包含的含氧氣體例如一氧化碳在放熱氣化反應(yīng)中在超過(guò)400°C，優(yōu)選超過(guò)500°C的溫度一起反應(yīng)，以便在所述反應(yīng)中，產(chǎn)生要引出燃燒室的燃燒氣體(S)，同時(shí)所述氣化反應(yīng)在燃燒室中保持保證用于氣化反應(yīng)的連續(xù)操作的給定過(guò)壓和溫度。
8.權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過(guò)將燃燒氣體(S)壓過(guò)在燃燒氣體管(2)的末端提供的孔(21)從燃燒氣體(S)首先分離再生氣體(G)和液體燃料(Μ; M4)，隨后使從燃燒氣體⑶分離的游離水(W)冷凝。
9.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于在過(guò)程中產(chǎn)生的燃料(Μ;M4)包含芳族烴、烯烴、蠟、有機(jī)羧酸和水。
10.權(quán)利要求9的方法，其特征在于燃料中干燥物質(zhì)含量為約40-60%重量，熱強(qiáng)度為約 50-70MJ/kg。
11.權(quán)利要求9或10的方法，其特征在于燃料也包含從有機(jī)含水廢棄物得到的金屬和非金屬。
12.—種應(yīng)用權(quán)利要求1的方法的氣化設(shè)備(10)，所述氣化設(shè)備包括氣密燃燒室(I)、用于將含水有機(jī)物質(zhì)送到燃燒室(I)的裝置和用于從燃燒室(I)去除灰分(A)的裝置，其特征在于所述氣化設(shè)備(10)包括: -用于將燃燒氣體(S)引導(dǎo)出燃燒室(I)的細(xì)長(zhǎng)燃燒氣體管(2)，在此情況下燃燒氣體管的長(zhǎng)度和直徑(D)應(yīng)使得燃燒氣體(S)冷卻到低于燃燒氣體中包含的化合物的閃點(diǎn)(Fp)的溫度，并在與燃燒室(I)相反的燃燒氣體管(2)的末端(2a)連接用于冷凝和收集燃燒氣體(S)中包含的游離水(W)的水回收部件(9)，另外，與燃燒室相反布置的燃燒氣體管(2)的區(qū)域(21a)提供有多個(gè)孔(21)，通過(guò)這些孔，燃燒氣體(S)可流到燃燒氣體管的外部，同時(shí)作為再生氣體(G)和固體燃料(Μ; M4)分離；和 -功能性連接到所述燃燒氣體管(2)的燃料回收部件(8)以及用于再生氣體(G)的提供有氣體入口和進(jìn)料管(61和63)的罐￠)，由此可在加壓時(shí)引導(dǎo)至少部分再生氣體(G)回到燃燒室(I)。
13.權(quán)利要求12的氣化設(shè)備(10)，其特征在于提供有孔的燃燒氣體管(2)的部分(21a)由燃燒氣體分離罐(7)包圍，在其中收集壓過(guò)燃燒氣體管(2)的殼上布置的孔(21)的固體(Μ; M4)和再生氣體(G)。
14.權(quán)利要求12或13的氣化設(shè)備(10)，其特征在于燃燒氣體管⑵的自由端(2a)的區(qū)域(21a)的表面積主要取決于管內(nèi)燃燒氣體(S)的體積流速，因此在燃燒氣體的體積流速增加時(shí)，孔(210)的直徑(d)同樣增加，提供有孔的區(qū)域(21a)的表面積和所述區(qū)域(21a)中孔的數(shù)目也增加。
15.權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)的氣化設(shè)備(10)，其特征在于一方面布置入口管(61)，入口管(61)從再生氣體(G)的罐(6)通到圍繞提供有孔的燃燒氣體管(2)的區(qū)域(21a)的分離罐(7)，另一方面布置進(jìn)料管(63)，進(jìn)料管(63)從罐(6)通到燃燒室(I)的內(nèi)部，并且在位于燃燒室(I)內(nèi)部的所述進(jìn)料管(63)的部分(62)中布置用于將再生氣體(G)分布到燃燒室內(nèi)部的噴嘴(62a)。
16.權(quán)利要求12的氣化設(shè)備(10)，其特征在于燃燒氣體管(2)的長(zhǎng)度應(yīng)使得在燃燒氣體(S)進(jìn)入到從燃燒室(I)所見(jiàn)的燃燒氣體管(2)的相反自由端(2a)時(shí)，燃燒氣體(S)的溫度降到低于水冷凝點(diǎn)，并且低于燃燒氣體閃點(diǎn)(Fp)，所述自由端(2a)提供有用于儲(chǔ)存燃燒氣體中包含的游離水(W)的水回收部件(9)。
17.權(quán)利要求1的方法或權(quán)利要求12的氣化設(shè)備，其特征在于含水有機(jī)物質(zhì)為含水有機(jī)廢棄物或含水生物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在氣化過(guò)程中從有機(jī)廢棄物或生物質(zhì)制造燃料的方法，所述方法包括燃燒有機(jī)廢棄物或生物質(zhì)，并回收氣化殘余物。所述方法包括至少以下步驟將有機(jī)含水廢棄物或生物質(zhì)(M;M1)送入燃燒室(1)；也將含氧加壓再生氣體(G)送入所述燃燒室(1)；在過(guò)程中不加外部氧源或加熱，在燃燒室中保持連續(xù)加壓燃燒過(guò)程，以便利用0.1-1化學(xué)計(jì)量氧含量的氧含量進(jìn)行有機(jī)廢棄物或生物質(zhì)的燃燒，保持燃燒的氧和過(guò)壓和在燃燒室(1)中產(chǎn)生的熱量完全從再生氣體熱解和/或從燃燒室中送入的含水有機(jī)廢棄物或生物質(zhì)(M;M1)熱解和從供應(yīng)物質(zhì)(M1)和再生氣體(G)之間的氣化反應(yīng)得到；去除燃燒室(1)中進(jìn)行的連續(xù)氣化過(guò)程中產(chǎn)生的灰分(A)，并將從氣化過(guò)程得到的燃燒氣體與燃燒氣體中包含的固體顆粒一起引導(dǎo)到分離過(guò)程；在分離過(guò)程中，使燃燒氣體(S)的溫度降到低于燃燒氣體中包含的化合物的閃點(diǎn)(Fp)和低于水冷凝點(diǎn)，去除燃燒氣體(S)中包含的冷凝水(W)，從燃燒氣體(S)回收液體燃料(M;M4)，并將燃燒氣體中包含的再生氣體(G)完全或部分引導(dǎo)回到燃燒室(1)。
文檔編號(hào)C10B53/00GK103201356SQ201180050591
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者蒂莫·尼蘭德, S.尼蘭德 申請(qǐng)人:蒂莫·尼蘭德