水平升華系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明一般設(shè)及從含碳原料生產(chǎn)燃料。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣和原油是當今所用的絕大多數(shù)燃料的來源。運些來源從有限的地下儲備獲 得。隨著地球上的天然氣和原油供應耗竭，全世界對能量的需求同時增長。在接下來的十年 里，剩余的世界上容易得到的天然氣和原油儲備的耗竭將導致從其獲得燃料的成本顯著增 加。
[0003] 合成氣（syngas/synthesis gas)是主要由氨氣、一氧化碳W及很常見的一些二氧 化碳組成的燃料氣混合物。其通常用作形成合成天然氣、合成石油W及用W驅(qū)動燃氣輪機 的產(chǎn)品的中間物。生產(chǎn)方法包括含碳生物質(zhì)的氣化，諸如農(nóng)業(yè)廢料和城市廢料的氣化。然 而，合成氣具有小于一半的天然氣的能量密度并且所形成的一氧化碳和二氧化碳被視為全 球變暖的有害貢獻者。
[0004] 發(fā)現(xiàn)可W有效地使可再生材料轉(zhuǎn)化成適合于運輸、發(fā)電和/或加熱的燃料的工藝 的研究是滿足不斷增長的對能量的需求的重要因素。需要用于有效地使諸如生物質(zhì)的碳基 原料轉(zhuǎn)化成具有至少在天然氣的能量密度的數(shù)量級上的能量密度的氣態(tài)燃料的方法和系 統(tǒng)。本發(fā)明滿足運些需要并且提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的各種優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實施方案是針對一種用于從含碳原料生產(chǎn)燃料的系統(tǒng)。運個系統(tǒng)包括熱 箱、至少一個反應室、第一動力運輸機構(gòu)W及氣密元件。運個熱箱被配置成能夠從環(huán)境溫度 加熱至操作升華溫度，維持在小于±l〇°C內(nèi)穩(wěn)定的初始操作升華溫度和最終操作升華溫 度，W及從操作升華溫度冷卻至環(huán)境溫度而不會泄漏任何氧氣至熱箱中并且具有至少一個 與熱箱的內(nèi)部連通W根據(jù)需要供應熱的熱源。運至少一個反應室是實質(zhì)上水平的，主要位 于熱箱內(nèi)，具有一個表面，并且被配置成在足夠短的時帖內(nèi)將不含外部催化劑或額外水的 固體含碳原料加熱至操作升華溫度W升華固體含碳原料的至少一部分而不會實質(zhì)上形成 任何液體。而且，其被配置成從環(huán)境溫度加熱至操作升華溫度，在升華溫度下操作，W及從 操作升華溫度冷卻至環(huán)境溫度而不會泄漏任何產(chǎn)品氣體燃料至周圍熱箱中。此外，其包括 在熱箱外部并且被配置成經(jīng)由輸入管線接收壓縮原料的輸入端和在熱箱外部并且被配置 成經(jīng)由排放管線排放產(chǎn)品氣體燃料氣并且經(jīng)由輸出管線排放固體炭燃料的輸出端。第一動 力運輸機構(gòu)位于反應室內(nèi)并且被配置成當固體含碳原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體燃料和固體炭燃 料時輸送固體含碳原料的升華產(chǎn)品穿過反應室。氣密元件在輸入管線與輸出管線上并且被 配置成防止熱產(chǎn)品燃料氣不利地從反應室逸出。
[0006] 本發(fā)明的另一個實施方案設(shè)及一種用于使含碳化合物轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體燃料和固 體炭燃料的工藝。運種工藝包括至少四個步驟。第一個步驟是將固體含碳原料輸入實質(zhì)上 水平的升華反應室中，運個升華反應室主要容納于熱箱內(nèi)并且被配置成能夠從環(huán)境溫度加 熱至操作升華溫度，在升華溫度下操作，w及從操作升華溫度冷卻至環(huán)境溫度而不會從反 應室泄漏任何熱產(chǎn)品氣體燃料至熱箱或大氣中，或從熱箱外部泄漏任何氧氣至熱箱中。第 二個步驟是將固體含碳原料在其能夠形成液相之前加熱至升華溫度。第Ξ個步驟是將溫度 在升華溫度下維持所需時長的停留時間W使含碳原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體燃料和固體炭燃料。 第四個步驟是使產(chǎn)品氣體燃料與固體炭燃料分離。
[0007] W上概述并不意圖描述本發(fā)明的每個實施方案或每個實施。本發(fā)明的優(yōu)點和成就 連同更加全面的理解將變得顯而易見并且通過結(jié)合隨附圖式參考W下詳細描述和權(quán)利要 求書而了解。
【附圖說明】
[0008] 圖1是具有具單道的反應器室的系統(tǒng)的一個實施方案的側(cè)視圖的圖解。
[0009] 圖2是具有具雙道的反應室、柔性軸桿密封件W及高溫可調(diào)軸桿蓋板的系統(tǒng)的一 個實施方案的側(cè)視圖的圖解。
[0010] 圖3A是具有在適當位置壓縮的繩密封件的柔性軸桿密封套管的一個實施方案的 側(cè)視圖的圖解。
[0011] 圖3B是圖3A的實施方案的元件的視圖的圖解，其示出了固持雙繩密封件的框架的 后視圖。
[0012] 圖3C是圖3A的實施方案的元件的視圖的圖解，其示出了固持單繩密封件的框架的 后視圖。
[0013] 圖3D是圖3A的實施方案的元件的正視圖和側(cè)視圖的圖解，其示出了壓縮圖3B的雙 繩密封件的蓋子。
[0014] 圖3E是圖3A的實施方案的元件的正視圖和側(cè)視圖的圖解，其示出了壓縮圖3C的單 繩密封件的蓋子。
[0015] 圖4A是高溫可調(diào)蓋板的一個實施方案的正視圖和側(cè)視圖的圖解，其示出了上半 部。
[0016] 圖4B是圖4A的高溫可調(diào)蓋板的實施方案的正視圖和側(cè)視圖的圖解，其示出了下半 部。
[0017]圖4C是圖4A的高溫可調(diào)蓋板的實施方案的正視圖的圖解，其示出了連接的圖4A的 上半部和圖4B的下半部。
[0018] 圖4D是處于冷溫度位置的組裝的高溫可調(diào)蓋板的正視圖的圖解。
[0019] 圖4E是處于熱溫度位置的組裝的高溫可調(diào)蓋板的正視圖的圖解。
[0020] 圖5是具有具雙道的反應室、柔性軸桿密封件、高溫可調(diào)軸桿蓋板W及高溫垂直支 撐架的系統(tǒng)的一個實施方案的側(cè)視圖的圖解。
[0021] 圖6A是垂直支架的一個實施方案的正視圖，其示出了用于傳送冷卻劑的彎曲托架 和水平環(huán)。
[0022] 圖6B是圖6A的實施方案的頂視圖，其示出了冷卻環(huán)。
[0023] 圖6C是垂直支架的一個實施方案的正視圖，其示出了在垂直支架的垂直軸桿內(nèi)的 彎曲托架和垂直上下冷卻通道。
[0024] 圖7是具有具雙道的反應室和附接至反應室的外部W增加停留時間的四道旁通歧 管的系統(tǒng)的一個實施方案的側(cè)視圖的圖解。
[0025] 圖8是具有具雙道的反應室、壓縮室W及干燥室的系統(tǒng)的一個實施方案的側(cè)視圖 的圖解。
[0026] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施方案用于從含碳原料產(chǎn)生燃料的工藝的流程圖。
[0027] 雖然本發(fā)明可接受各種修改和替代形式，但其細節(jié)已經(jīng)在圖式中經(jīng)由實例示出并 且將在下文詳細描述。然而，應了解，并不意圖將本發(fā)明限于所描述的特定實施方案。相反 地，本發(fā)明意圖涵蓋處于如隨附權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改、等效物W 及替代物。
【具體實施方式】
[0028] 在所說明的實施方案的W下描述中，提及構(gòu)成其一部分的隨附圖式，并且其中經(jīng) 由說明示出了可W實施本發(fā)明的各種實施方案。應了解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下 可W利用其它實施方案并且可W作出結(jié)構(gòu)和功能改變。
[0029] W下描述設(shè)及由升華機構(gòu)將固體含碳原料加工成氣態(tài)產(chǎn)品燃料和殘留固體炭燃 料的方法。氣態(tài)燃料主要是甲燒，但還可W包括乙燒、丙烷W及下燒，運取決于固體含碳原 料的性質(zhì)和升華工藝期間所采用的停留時間。固體炭燃料是不能轉(zhuǎn)化成氣態(tài)產(chǎn)品燃料的固 體碳基殘留物。出于本文獻的目的，固體含碳原料不包括煤，但包括所有其它形式的含碳原 料，包括例如所制造的不可再生內(nèi)含物和生物可再生內(nèi)含物。所制造的不可再生內(nèi)含物是 人造含碳廢料，諸如塑料、輪胎、硬紙板W及至少部分由木材或其它纖維素材料制成的制造 元件。本發(fā)明的工藝使諸如此類的原料轉(zhuǎn)化成氣態(tài)產(chǎn)品燃料和固體炭燃料，稱為工業(yè)炭， 良P，由不可再生的含碳原料制成的炭。生物可再生內(nèi)含物是經(jīng)過大約幾個月至幾年再生的 含碳原料并且包括固體可再生含碳材料，諸如農(nóng)業(yè)廢料，諸如小麥賴、稻賴、能量作物、草、 植物的桿和莖、作物殘留物、基于植物的纖維素、樹枝W及木制產(chǎn)品中的一者或多者；W及 動物廢料，諸如糞肥。本發(fā)明的工藝使諸如此類的原料轉(zhuǎn)化成氣態(tài)產(chǎn)品燃料和固體炭燃料， 稱為生物炭，即，由可再生的含碳原料制成的炭。出于本文獻的目的，泥炭被視為不可再生 內(nèi)含物含碳原料，因為對于自然來說耗費比幾年長得多的時間從生物可再生內(nèi)含物原料形 成泥炭。
[0030] 甲燒對于通過在燃氣輪機、燃氣往復式發(fā)動機或蒸汽鍋爐中作為燃料燃燒其來發(fā) 電是重要的。與控燃料相比，對于所釋放的每個熱單位，燃燒甲燒產(chǎn)生更少的二氧化碳，一 種與全球變暖相關(guān)的氣體。在約891kJ/mol下，甲燒的燃燒熱低于任何其它控，但16g/mol的 燃燒熱與分子量的比率(12g/mol是碳)顯示，甲燒作為最簡單的控，與任何其它復雜控相比 每個質(zhì)量單位產(chǎn)生更多的熱，55.化J/g。作為燃料的甲燒一般被稱為天然氣，因為天然氣主 要是甲燒與較少量的乙燒、丙烷W及下燒，并且具有39兆焦耳/立方米或1，000BTU/標準立 方英尺的能含量。
[0031] 天然氣可W在幾乎所有形式的生物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)。天然氣可W在植物和動物殘留物中 發(fā)現(xiàn)，范圍從新的收集物至數(shù)百萬年的收集物。其還可W在人造產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)，諸如塑料和紙 產(chǎn)品。問題一般并不是應該在哪里尋找天然氣，而是怎樣將其釋放出來。
[0032] -般來說，氣化工藝由含碳原料的燃燒組成W形成可W用于運轉(zhuǎn)燃氣輪機發(fā)生器 或用于使水轉(zhuǎn)化成蒸汽W運轉(zhuǎn)蒸汽發(fā)生器的熱氣體。燃燒工藝是相變工藝，其經(jīng)歷液相并 且從含碳原料中的碳化合物形成二氧化碳和水并且從通常在含碳原料中的氮和硫化合物 形成腐蝕性氮和硫化合物。雖然煤是含碳原料的常用來源，但由于其高熱含量