專利名稱：用于在一個(gè)同心分級流化床中熱預(yù)處理固體原料的裝置及方法
用于在一個(gè)同心分級流化床中熱預(yù)處理固體原料的裝置及方法本發(fā)明涉及對一個(gè)分級流化床中固體能源原料的熱預(yù)處理，該固定能源原料包括例如生物成因的以及其他高活性的燃料、化石燃料以及殘留物。該分級的裝置由兩個(gè)同心安排的處理區(qū)域組成，這兩個(gè)處理區(qū)域可以各自在停留時(shí)間以及溫度方面進(jìn)行單獨(dú)調(diào)
難
iF. ο預(yù)處理指的是該原料的干燥或烘培(Torref izierung)。烘培,也稱為“溫和熱解”，指的是有機(jī)原料如生物質(zhì)在低于大約300° C時(shí)的分解反應(yīng)。在400° C以上時(shí)，只有一小部分的固體物質(zhì)以焦炭的形成殘留，對于山毛櫸木，在400° C時(shí)接近20wt%重量、然而在大約250° C時(shí)接近80至95￥丨％的重量以固體物質(zhì)的形式殘留，這取決于生物質(zhì)的類型。在220° C至350° C的生物質(zhì)的處理過程具有這樣的效應(yīng)，即由纖維結(jié)構(gòu)引起的韌性得到降 低。這使得后續(xù)的另外的粉碎過程更簡單并且將該粉碎過程所需的能量需求降低到一個(gè)相當(dāng)小的水平。單級流化床的一個(gè)典型特征是收回的產(chǎn)物顆粒的停留時(shí)間分布。在目的是烘焙的情形下這尤其是不利的，因?yàn)橛捎谶@些不同的停留時(shí)間，會導(dǎo)致該產(chǎn)物的一個(gè)不希望的元素組成的變化。因而本發(fā)明的目的是使這些處理后的顆粒的停留時(shí)間分布得被調(diào)整為更均一以使這些顆粒停留時(shí)間相等。這些目的通過將該流化床分級安排以及在不同的處理區(qū)域進(jìn)行熱處理及其幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的目的通過使用一個(gè)用于熱預(yù)處理包含水的固體原料的流化床反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)，該流化床反應(yīng)器包括
多個(gè)用于接收具有至少兩個(gè)同心地安排的處理區(qū)域的一個(gè)分級的固定流化床的裝置，
其中
這些處理區(qū)域各自具有用于流化氣體的至少一個(gè)單獨(dú)的氣體進(jìn)口，并且 這些獨(dú)立的處理區(qū)域只通過溢流彼此連接，
每個(gè)處理區(qū)域通過一個(gè)溢流擋壩與相應(yīng)的另一個(gè)相鄰的處理區(qū)域相分離，
最外部的處理區(qū)域配備有一個(gè)用于原料的加料裝置，并且 最內(nèi)部的處理區(qū)域配備有一個(gè)用于預(yù)處理后的原料的排放結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案提供了一個(gè)溢流擋壩，該溢流擋壩具有一個(gè)降低的部分溢流(Teil-Uberlauf)，該部分溢流被安排為相對于該加料裝置偏置180度。在多個(gè)同心安排的處理區(qū)域的情況下，可以設(shè)置多個(gè)溢流擋板，它們?nèi)季哂薪档偷牟糠忠缌?，這些部分溢流被安排為相對于各自的外部處理區(qū)域的溢流偏置180度。本發(fā)明的另一個(gè)的實(shí)施方案提供了在這些處理區(qū)域中至少一個(gè)的內(nèi)部的一個(gè)底流擋壩(Unterlaufwehr )。本發(fā)明的另外的一個(gè)實(shí)施方案對每個(gè)處理區(qū)域提供了分離的氣體排放裝置。提供噴嘴、開口、開縫或鐘狀物(Glocken)作為用于流體氣體氣體進(jìn)口裝置。本發(fā)明的目的還通過一個(gè)方法來實(shí)現(xiàn)，該方法用于在具有至少兩個(gè)同心地安排的處理區(qū)域的流化床反應(yīng)器中的一個(gè)分級操作的流化床中熱預(yù)處理固體原料，其中
該固體原料被供應(yīng)給該流化床的最外部的處理區(qū)域，該流化床藉由流化氣體進(jìn)行攪拌并且流化，
為該流化床的每個(gè)級設(shè)定一個(gè)確定的溫度和一個(gè)確定的停留時(shí)間，
單獨(dú)地控制相應(yīng)的級的流化氣體的這些溫度，
該待流化的物質(zhì)通過溢流擋壩從各自的外部處理區(qū)域流入各自的內(nèi)部處理區(qū)域，并且 □該待流化的物質(zhì)與產(chǎn)物一起從最內(nèi)部處理區(qū)域的底部排放。本發(fā)明藉由6個(gè)附圖更詳細(xì)地進(jìn)行說明。
圖I示例性地示出具有兩個(gè)處理區(qū)域的一個(gè)變體，
圖2示出類似圖I的一個(gè)兩級裝置，
圖3和圖4各自示出根據(jù)本發(fā)明的具有三個(gè)同心處理區(qū)域的一個(gè)裝置，
圖5和圖6示出本發(fā)明的另外的有利的實(shí)施方案。圖I示例性地示出具有兩個(gè)處理區(qū)域的一個(gè)變體。原料I通過加料螺桿2被供應(yīng)給反應(yīng)器3的第一處理區(qū)域4。該處理區(qū)域藉由流化氣體5進(jìn)行攪拌和流化。流化氣體5的溫度，例如是被選擇為，使得原料在第一處理區(qū)域4中經(jīng)歷干燥過程。來自流化氣體和水蒸氣的排氣6離開處理區(qū)域4。流化以及連續(xù)的原料供應(yīng)有助于使干燥后的原料I通過溢流7連續(xù)傳送進(jìn)入第二處理區(qū)域9。這兩個(gè)處理區(qū)域通過分隔壁8分離，布置是同心的。處理區(qū)域9藉由流化氣體10進(jìn)行流化。流化氣體10的溫度可以根據(jù)所希望的處理進(jìn)行設(shè)定。如果例如要進(jìn)行原料I的烘培，那么流化氣體10的溫度被選擇為，使得在處理區(qū)域9中將該流化床的一個(gè)平均溫度設(shè)定為如250° C。來自流化氣體10以及在烘培過程中釋放的氣態(tài)組分的排氣11離開處理區(qū)域9。處理后的產(chǎn)物13通過一個(gè)排放螺桿12在處理區(qū)域9的底部被排放。圖2示出類似圖I的一個(gè)兩級裝置。與圖I不同，處理區(qū)域4的底部以及反應(yīng)器的壁實(shí)施為圓錐形。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的具有三個(gè)同心處理區(qū)域4、16、以及9的一個(gè)裝置，這些處理區(qū)域單獨(dú)進(jìn)行流化。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的具有三個(gè)同心處理區(qū)域4、16、以及9的一個(gè)裝置，這些處理區(qū)域各自配備有一個(gè)單獨(dú)的流化氣體進(jìn)口。處理區(qū)域4和16自身藉由一個(gè)底流擋壩22細(xì)分成多個(gè)區(qū)域。該流化后的固體在它達(dá)到朝向下一個(gè)處理區(qū)域9或16的分隔壁8 (被設(shè)計(jì)成一個(gè)溢流擋壩)之前必須先穿過底流擋壩22。由這些流化氣體組成的所有排氣17，取決于來自干燥段釋放的水蒸氣以及釋放的揮發(fā)組分的工作模式，在負(fù)載有對流化床而言典型的粉塵的情況下離開該反應(yīng)器。在被進(jìn)一步利用或處理或釋放進(jìn)入大氣之前，排氣17接著穿過粉塵分離器18。在圖4中，粉塵分離器18示意性地展示為具有所需的反洗氣體21的一個(gè)過濾器，但也可以實(shí)施為例如一個(gè)旋風(fēng)分離器、靜電沉淀器或根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的其他類型的粉塵分離器。從該氣體中去除的粉塵19被有利地回收，如圖中所示，并且與該原料一起被再次供應(yīng)給該反應(yīng)器。未展示的是一個(gè)另外的有利的變體，即向產(chǎn)物氣流13直接供應(yīng)粉塵19。圖5示出本發(fā)明的另一個(gè)有利的實(shí)施方案。根據(jù)圖4的展示，圖5中組成底流擋壩22的分隔壁在這些處理區(qū)域內(nèi)的延伸直至該反應(yīng)器的頭部。這樣做創(chuàng)造了排出多個(gè)彼此分離的排氣氣流6、11、以及15的可能性。這些氣流可以例如被供應(yīng)給一個(gè)獨(dú)立的后續(xù)的處理或處置。因此這樣例如可以實(shí)行一個(gè)獨(dú)立的粉塵去除過程。因此還可以使用一個(gè)或多個(gè)部分流來將流化氣體10供應(yīng)給另外的處理區(qū)域。可能有利的是，例如，將從中心處理區(qū)域9排出的排氣11再循環(huán)并且至少部分地供應(yīng)流化氣體5或14。取決于溫度等級，這可能也需要再加熱，假如適當(dāng)?shù)脑捫枰蹓m去除以及提高壓力。圖6不出本發(fā)明的另一個(gè)有利的實(shí)施方案。基于圖I或2的展不，圖6不出一個(gè)溢流擋壩8的優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。溢流擋壩8具有形成溢流7的一個(gè)凹陷23。處理區(qū)域4中的流化的顆粒優(yōu)選地在溢流擋壩8的最低點(diǎn)溢流至下一個(gè)處理區(qū)域9。如果這個(gè)凹陷相對加料螺桿2進(jìn)行安排，那么產(chǎn)生了一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)，這大大地延長這些顆粒的停留時(shí)間并且顯著地使該停留時(shí)間的分布均一化。對于示例的實(shí)施方式并 且對于其他可能的、但未示出的、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案適用的是，這些處理區(qū)域的尺寸可以根據(jù)用于該相應(yīng)的處理區(qū)域的停留時(shí)間而獨(dú)立地選擇。加料螺桿2從外側(cè)對處理區(qū)域4進(jìn)行供應(yīng)，目的是實(shí)現(xiàn)這些顆粒的一個(gè)最大的停留時(shí)間。這意味著有兩種結(jié)構(gòu)
1)從處理區(qū)域4到下一個(gè)處理區(qū)域的固體運(yùn)送通過

圖1、2、以及3所示的一個(gè)溢流來實(shí)現(xiàn)，在這種情形下，該加料螺桿被定位在下側(cè)的床區(qū)域內(nèi)。
2)從處理區(qū)域4到下一個(gè)處理區(qū)域的固體運(yùn)送通過圖4所示的一個(gè)底流來實(shí)現(xiàn)，在這種情形下，該加料螺桿被設(shè)置在上側(cè)的床區(qū)域內(nèi)。還可以想到的是，取決于質(zhì)量流量，在外周上分布多個(gè)加料螺桿。每個(gè)處理區(qū)域被施加獨(dú)立的溫控流化氣體。
由于該同心結(jié)構(gòu)，也就是反應(yīng)器3以及分隔壁8為圓形，流化氣體5以及10可以被供應(yīng)，使得在這些處理區(qū)域之內(nèi)，在該流化床內(nèi)以及每個(gè)處理區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)(Drall)。反應(yīng)器3的外壁可以被設(shè)計(jì)成具有兩個(gè)壁以及施加有另外的加熱介質(zhì)。
分隔壁8可以具有導(dǎo)熱設(shè)計(jì)，使得在這些處理區(qū)域之間進(jìn)行另外的熱交換。如果處理區(qū)域4中進(jìn)行干燥而處理區(qū)域9中進(jìn)行烘培，那么熱量從內(nèi)部運(yùn)送到外部。該內(nèi)部處理區(qū)域的底部可以被設(shè)計(jì)成圓錐形，而排放螺桿12可以被設(shè)計(jì)成冷卻螺桿?？梢宰鳛榱骰瘹怏w使用的是 惰性氣體如氮?dú)饣蚨趸蓟蚱浠旌衔铮?br> 空氣或“貧”空氣，該“貧”空氣是空氣加上例如氮?dú)猓脕頊p少氧氣的含量，
煙氣；以便加熱待供應(yīng)的氣體，通常是在一個(gè)額外的點(diǎn)火系統(tǒng)中燃燒一種燃料。產(chǎn)生的該熱煙氣與空氣和/或氮?dú)饣旌线_(dá)到所希望的溫度，然后作為流化氣體使用。
循環(huán)氣體，如果，例如，除塵排氣20的一部分被回收，它可以與新鮮氣體也就是煙氣、惰性氣體或空氣混合并且再加熱，然后作為流化氣體供應(yīng)給裝置。該氣體分配底板可以被設(shè)計(jì)為使每個(gè)處理區(qū)域設(shè)置有其自己的氣體分配器。為此，可以推薦兩種變體。
噴嘴底板，變體1，有利的圖I對該處理區(qū)域4示出了一個(gè)平面的氣體分配底板。在這種情形中，可以推薦常用在流化床工藝中的一個(gè)“開放的”噴嘴底板，固體通過這個(gè)噴嘴盤可以被向下地排放，例如在有雜質(zhì)的情形中或在停工時(shí)按計(jì)劃將該反應(yīng)器放空時(shí)。同樣建議一個(gè)“開放的”噴嘴底板，如果該底板是如圖2至5所示的總體圓錐形底板。
噴嘴底板，變體2 :在此展示了一個(gè)對于所有氣體分配器的總體圓錐形的底板。在必須放空該反應(yīng)器的情況下，壁8可以被提供有活門(Klappen)，從而總固體量可以進(jìn)入內(nèi)部處理區(qū)域9并且通過中心式的分散作用進(jìn)行排放。參考標(biāo)號清單 I原料 2加料螺桿 3反應(yīng)器 4處理區(qū)域 5流化氣體 6排氣 7溢流
8分隔壁/溢流擋壩 9處理區(qū)域 10流化氣體 11排氣 12排放螺桿 13產(chǎn)物 14流化氣體 15排氣 16處理區(qū)域 17排氣 18粉塵分離器 19粉塵
20除塵后的排氣
21反洗氣體 22底流擋壩 23凹陷
權(quán)利要求
1.用于含水固體原料的熱預(yù)處理的流化床反應(yīng)器，其特征在于多個(gè)用于接收具有至少兩個(gè)同心地安排的處理區(qū)域的一個(gè)分級的固定流化床的裝置，其中 這些處理區(qū)域各自具有用于流化氣體的至少一個(gè)單獨(dú)的氣體進(jìn)口，并且 這些獨(dú)立的處理區(qū)域只通過溢流彼此連接， 每個(gè)處理區(qū)域通過一個(gè)溢流擋壩與相應(yīng)的另一個(gè)相鄰的處理區(qū)域相分離， 最外部的處理區(qū)域具有一個(gè)用于原料的加料裝置，并且 最內(nèi)部的處理區(qū)域具有用于預(yù)處理的原料的一個(gè)排放器。
2.如權(quán)利要求I所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于一個(gè)溢流擋壩，該溢流擋壩具有一個(gè)降低的部分溢流，該部分溢流被安排為相對于該加料裝置偏置180度。
3.如權(quán)利要求I所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于多個(gè)溢流擋壩，這些溢流擋壩全都具有一個(gè)降低的部分溢流，這些部分溢流被安排為相對于各自的外部處理區(qū)域的溢流偏置180 度。
4.如權(quán)利要求I至3之一所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于其在這些處理區(qū)域中至少一個(gè)的內(nèi)部的一個(gè)底流擋壩。
5.如權(quán)利要求I至4之一所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于每個(gè)處理區(qū)域具有單獨(dú)的氣體排放裝置。
6.如權(quán)利要求I至5之一所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于用于流化氣體的該氣體進(jìn)口具有多個(gè)噴嘴、開口、開縫或鐘狀物。
7.用于在具有至少兩個(gè)同心地安排的處理區(qū)域的流化床反應(yīng)器中分級工作的一個(gè)流體床中熱預(yù)處理固體原料的方法，其特征在于 該固體原料被供應(yīng)給該流化床的最外部的處理區(qū)域，其中該流化床藉由流化氣體進(jìn)行攪拌并且流化， 在該流化床的每個(gè)級中設(shè)定一個(gè)確定的溫度和一個(gè)確定的停留時(shí)間， 單獨(dú)地控制這些相應(yīng)的級的流化氣體的這些溫度， 待流化的物質(zhì)通過該溢流擋壩從各自的外部處理區(qū)域流入各自的內(nèi)部處理區(qū)域，并且 該待流化的物質(zhì)與產(chǎn)物一起從最內(nèi)部的處理區(qū)域的底部排放。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱預(yù)處理含水固體原料的流化床反應(yīng)器，其具有用于接收一個(gè)分級的、固定的流化床的裝置，該裝置包括至少兩個(gè)同心地安排的處理區(qū)域。每個(gè)處理區(qū)域具有用于流化氣體的至少一個(gè)單獨(dú)的氣體進(jìn)口，并且該獨(dú)立的處理區(qū)域只通過溢流相互連接。最外部的處理區(qū)域具有用于原料的一個(gè)加料裝置。每個(gè)處理區(qū)域通過一個(gè)溢流擋壩從對應(yīng)的另一個(gè)相鄰的處理區(qū)域分開，并且最內(nèi)部的處理區(qū)域具有用于反應(yīng)產(chǎn)物的一個(gè)出口。該固體原料被供應(yīng)進(jìn)入該流化床的該最外部處理區(qū)域中，所述流化床通過流化氣體變松并且流化。在該流化床的一個(gè)第一步驟中設(shè)定一個(gè)第一溫度和一個(gè)第一停留時(shí)間，并且在該流化床的一個(gè)第二步驟中設(shè)定一個(gè)第二溫度和一個(gè)第一停留時(shí)間。該第一步驟以及該第二步驟的該流化氣體的溫度被單獨(dú)地控制。該流化后的原料從該外部處理區(qū)域溢流越過該溢流擋壩進(jìn)入該內(nèi)部處理區(qū)域，并且流化后的物質(zhì)與產(chǎn)物一起從該最內(nèi)部的處理區(qū)域的底部取出。
文檔編號B01J8/26GK102821840SQ201180016565
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者拉爾夫·亞伯拉罕, 斯蒂芬·海莫爾 申請人:蒂森克虜伯伍德公司