CN102762923A - 改进的生物质馈送系统/工艺 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于将固态颗粒生物质材料传送到反应器的工艺：在压力P1下将固态颗粒生物质材料的量加载到卷筒件；将卷筒件加压到压力P2，其中，P2大于P1；将固态颗粒生物质材料直接传送到在P2或低于P2的压力下工作的反应器，或者首先馈送到振动式馈送器然后传送到这种反应器；使卷筒件与振动式馈送器和/或反应器分隔开，并将卷筒件内的压力减小到P1；以及重复这些步骤至少一次。振动式馈送器可包括碗状件和从该碗状件切向地伸出的出料管口。可选地，都搁置于质量测量装置上的料斗或装有料斗的固体物传送器可用于将固态颗粒生物质材料馈送到卷筒件。

Description

改进的生物质馈送系统/工艺
背景技术
技术领域
本发明总地涉及将生物质转化成含氧烃类（碳氢化合物）。更具体地，本发明涉及一种用于将生物质传送到反应器以转化成含氧烃类的改进的生物质馈送系统或工艺。
背景技术
已提出将热解、特别是急骤热解作为用于将固态生物质材料转化成液态产物的工艺。热解一般涉及给料在贫氧或无氧气氛下加热的工艺。如果固态生物质用作热解工艺的给料，则该工艺产生气态、液态和固态的产物。
以均匀和连续的方式将固态生物质加载到反应器内造成许多技术挑战。一个这种挑战是部分地由于在传送工艺中进料压实造成的生物质脉动。另一挑战涉及在加压系统中连续地重新加载生物质馈送料斗。
因此，期望开发用于以均匀和连续的方式将固态生物质加载到反应器的、改进的方法/系统。
发明内容
根据本发明的实施例，提供一种工艺，该工艺包括如下步骤：
a)提供具有压力通气孔（pressure vent）的卷筒件、进料阀和出料阀；其中，出料阀与反应器连接以流体流动连通；
b)关闭出料阀；
c)打开进料阀；
d)在压力P1下将固态颗粒生物质材料量通过进料阀加载到卷筒件；
e)关闭进料阀；
f)将卷筒件加压到压力P2，其中，P2大于P1；
g)打开出料阀，并将固态颗粒生物质材料量传送到在P2或低于P2的压力下工作的反应器；
h)关闭出料阀；
i)打开压力通气孔，以将卷筒件内的压力减小到P1；以及
j)关闭压力通气孔。
根据本发明的实施例，提供包括如下步骤的工艺/系统：
a)提供具有压力通气孔的卷筒件、进料阀以及出料阀；
b)提供与出料阀连接以流体流动连通的振动式馈送器；
c)提供与振动式馈送器和反应器连接以流体流动连通的装有反应器的固体物传送器；
d)关闭出料阀；
e)打开进料阀；
f)在压力P1下将固态颗粒生物质材料量通过进料阀加载到卷筒件；
g)关闭进料阀；
h)将卷筒件加压到压力P2，其中，P2大于P1；
i)打开出料阀，并将固态颗粒生物质材料量传送到振动式馈送器；
j)将固态颗粒生物质材料量传送到装有反应器的固体物传送器，以加载到在P2或低于P2的压力下工作的反应器；
k)打开压力通气孔以将卷筒件内的压力减小到P1；以及
l)关闭压力通气孔。
附图说明
本发明的特征和优点将参照下面的附图来理解，在附图中：
图1是示出本发明的实施例的流程图。
图2是示出本发明的实施例的流程图。
图3是沿图2的线3-3剖取的剖视图，其更详细地示出馈送系统/工艺的某些特征和细节。
具体实施方式
用于本发明的生物质材料可以是能够转化成液态和气态碳氢化合物的任何生物质。
由于可以充足地获取包括纤维素、特别是木质纤维素材料的固态生物质材料且它们价格较低，所以这些材料是较佳的。合适的固态生物质材料的示例包括林业废物，诸如木片和锯屑；农业废物，诸如稻草、玉米秸、甘蔗渣；城市废物，特别是工场废物、纸和卡纸板；能源作物，诸如柳枝稷、矮林、桉树；以及水生材料，诸如藻类等等。
将参照图1来描述本发明的实施例。
提供工艺/系统100，且该工艺/系统包括、由以下构成或基本上由以下构成：
a)提供具有压力通气孔104的卷筒件102、进料阀106以及出料阀108，该出料阀经由导管114与反应器112连接以流体流动连通。
b)关闭出料阀108；
c)打开进料阀106；
d)在压力P1下通过导管110和进料阀106将一些固态颗粒生物质材料加载到卷筒件102；
e)关闭进料阀106；
f)将卷筒件102加压到压力P2，其中，P2大于P1；
g)打开出料阀108，并将这些固态颗粒生物质材料经由导管114传送到反应器112，其中，反应器112在P2或低于P2的压力下工作；
h)关闭出料阀108；
i)打开压力通气孔104，以将卷筒件102内的压力减小到P1；以及
j)关闭压力通气孔104。
步骤c）到j）较佳地重复至少一次。
压力P1可等于或小于大气压。压力P2可以大于大气压并可以大于20磅/平方英寸(绝对压力)（psia)。
工艺/系统100还可包括与固体物传送器118连接以流体流动连通的料斗116，该固体物传送器经由导管110与进料阀106连接以流体流动连通。固态颗粒生物质材料可从料斗116通过固体物传送器118和导管110到卷筒件102。固体物传送器118可以是螺旋进料机。
工艺/系统100还可包括对固态颗粒生物质材料至反应器112的质量流量的测量。料斗116和固体物传送器118可搁置于质量测量装置120上，该质量测量装置选自由标尺或测力仪构成的组，且可通过采用质量测量装置120监测进入料斗116与离开固体物传送器118的固态颗粒生物质材料的重量来测量质量流量。
导管114可以是用于将固态颗粒生物质传送到反应器112内的螺旋进料机。加压的气流可加载到导管114，以向反应器112提供恒定的气流。反应器112可以是提升管反应器、流化床反应器、移动床反应器或旋风反应器。
将参照图2来描述本发明的实施例。
设置工艺/系统200，并且该工艺/系统包括、由以下构成或基本上由以下构成：
a)提供具有压力通气孔204的卷筒件202、进料阀206以及出料阀208；
b)提供振动式馈送器210，该振动式馈送器经由导管212与出料阀208连接以流体流动连通；
c)提供与振动式馈送器210以及与反应器218连接以流体流动连通的装有反应器的固体物传送器216（可选地，装有反应器的固体物传送器216经由导管220与反应器218连接以流体流动连通）；
d)关闭出料阀208；
e)打开进料阀206；
f)在压力P1下通过导管214和进料阀206将一些固态颗粒生物质材料加载到卷筒件202；
g)关闭进料阀206；
h)将卷筒件202加压到压力P2，其中，P2大于P1；
i)打开出料阀208，并将这些固态颗粒生物质材料经由导管212传送到振动式馈送器210；
j)关闭出料阀208；
k)将这些固态颗粒生物质材料量传送到装有反应器的固体物传送器216，以加载到在P2或低于P2的压力下工作的反应器218；
l)打开压力通气孔204，以将卷筒件202内的压力减小到P1；以及
m)关闭压力通气孔204。
步骤e）到m）较佳地重复至少一次。
压力P1可等于或小于大气压。压力P2可以大于大气压并可以大于20磅/平方英寸(绝对压力)。
工艺/系统200还可包括与装有料斗的固体物传送器224连接以流体流动连通的料斗222，该装有料斗的固体物传送器经由导管214与进料阀206连接以流体流动连通。固态颗粒生物质材料可从料斗222通过装有料斗的固体物传送器224和导管214到卷筒件202。装有料斗的固体物传送器224可以是螺旋进料机。
工艺/系统200还可包括对固态颗粒生物质材料至反应器218的质量流量的测量。料斗222和装有料斗的固体物传送器224可搁置于质量测量装置226上，该质量测量装置选自由标尺或测力仪构成的组，且可通过采用质量测量装置226来监测进入料斗222与离开装有料斗的固体物传送器224的固态颗粒生物质材料的重量来测量质量流量。
振动式馈送器可包括碗状件228和从所述碗状件228切向地伸出的出料管口230，碗状件和出料管口都受到振动。在这种实施例中，出料阀208与碗状件228连接以流体流动连通，而出料管口230与装有反应器的固体物传送器216连接以流体流动连通。碗状件228可以是开口的碗状件。同样，出料阀208、振动式馈送器210和装有反应器的固体物传送器216可以一起密封在压力区域内。
如图3中所示，在步骤i)中将一些固态颗粒生物质材料传送到振动式馈送器210可包括将这些固态颗粒生物质材料232加载到碗状件228。碗状件228的振动致使这些固态颗粒生物质材料232的至少一部分迁移至碗状件228的边缘，并在碗状件228的边缘的周围沿圆周移动，从而在通过管口230从碗状件228移走之前形成大致均匀的环状厚度的固态颗粒生物质材料。
装有反应器的固体物传送器216可以是用于将固态颗粒生物质传送到反应器218内的螺旋进料机。加压的气流可加载到装有反应器的固体物传送器216以向反应器218提供恒定的气流。反应器218可以是提升管反应器、流化床反应器、移动床反应器或旋风反应器。
振动式馈送器210可在1赫兹到60赫兹的频率下振动。
在稳定态条件下，固态颗粒生物质材料的质量流量的变化可以在正或负约10％、或在正或负约5％、或在正或负约2.5％的范围内。
可以是催化剂的固态无机材料可在馈送到卷筒件（102或202）之前与固态颗粒生物质材料混合。
催化剂可选自以下构成的组：固体碱、粘土、无机氧化物、无机氢氧化物、沸石、负载金属及其组合。固体碱可选自以下构成的组：水滑石；水滑石状材料；粘土；分层羟基盐（layered hydroxy salt）；金属氧化物；金属氢氧化物；混合的金属氧化物或其组合。
催化剂还可以是来自炼油厂的流体催化裂化（“FCC”）单元的平衡催化剂（“E-催化剂”）。该术语是指在FCC单元内平均循环了相当长时间的催化剂材料。该术语用于与新鲜催化剂区分开，该新鲜催化剂未暴露于FCC单元的环境，并具有比E-催化剂大得多的催化活性。术语E-催化剂还指从FCC单元去除以用新鲜催化剂来更换的催化剂材料。用过的催化剂是来自炼油厂的废品，并诸如以低价可充足地购得。已发现E-催化剂的减小的催化活性实际上是在热解工艺中的特别优点。
较佳地，固态颗粒生物质材料的平均颗粒直径小于约500微米，并更佳地小于约125微米。
固态颗粒生物质材料还可在加载到卷筒件（102或202）之前进行预处理。预处理可包括选自以下构成的组的方法：a)干燥；b)在贫氧或无氧气氛下进行热处理；c)溶剂爆炸；d)用催化剂颗粒来进行机械处理，这种机械处理可以在混合器、碾磨机、研磨器或搅和机内实施；e)脱矿物质；f)在水溶剂中膨胀；g)浸渍催化剂、无机酸、有机酸、无机碱；或者h)上述步骤的组合。
可以通过用水溶剂来膨胀固态颗粒生物质材料、随后通过机械动作来去除水溶剂的至少一部分来完成脱矿物质。合适的机械动作的示例包括捏合和诸如在压滤机中的挤压。
机械动作的合适示例包括捏合、研磨、碾磨和切碎。在较佳实施例中，在存在颗粒无机材料、较佳是用于后续热解反应的催化剂的情况下实施机械动作。
上述机械处理可形成活性给料：a)涂敷有所述催化剂颗粒；或者b)具有嵌入其内的所述催化剂颗粒，或者c)a)和b)两种。
术语“溶剂爆炸”是指这样的工艺，通过该工艺，固态颗粒生物质材料在压力下并在高于溶剂的标准沸点的温度下与处于其液态形式的溶剂接触工艺。在使该溶剂渗透固态颗粒生物质材料之后，压力陡然释放，从而导致溶剂的快速蒸发。在固态颗粒生物质材料的孔内建立起的所得压力可导致固态颗粒生物质材料的结构的破裂，从而更易于进行后续的尺寸减小和热解反应。
可以在从90°C到300°C范围的温度下进行热处理。在一个较佳实施例中，在从90°C到200°C、更佳为从110°C到160°C范围的温度下进行热处理。热处理导致对固态颗粒生物质材料的结构的修改，从而使其明显更易进行机械动作。
用于浸渍到生物质内的合适材料的示例包括硫磺酸；氨；碱金属和碱土氢氧化物；碱金属和碱土碳酸盐；盐酸；醋酸等等。应注意到尽管是有机材料，但醋酸连同其它低羧酸（甲酸或丙酸）在本文中被认为是无机酸。
尽管参照特定的实施例来具体地示出和描述本发明，但是本领域的技术人员应当理解可对其进行形式和细节的各种改变而不背离所附权利要求书限定的本发明的精神和范围。

Claims (30)

1.一种用于将固态颗粒生物质材料传送到反应器的工艺，所述工艺包括如下步骤：
a)提供具有压力通气孔的卷筒件、进料阀和出料阀；其中，所述出料阀与所述反应器连接以流体流动连通；
b)关闭所述出料阀；
c)打开所述进料阀；
d)在压力P1下使一定量的所述固态颗粒生物质材料通过所述进料阀加料到所述卷筒件；
e)关闭所述进料阀；
f)将所述卷筒件加压到压力P2，其中，P2大于P1；
g)打开所述出料阀，并将所述量的所述固态颗粒生物质材料传送到在P2或低于P2的压力下工作的所述反应器；
h)关闭所述出料阀；
i)打开所述压力通气孔，以将所述卷筒件内的压力减小到P1；以及
j)关闭所述压力通气孔。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤c)到j)重复至少一次。
3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，P1等于或小于大气压。
4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，P2大于大气压。
5.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，P2大于20磅/平方英寸(绝对压力)。
6.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述固态颗粒生物质材料从料斗通过固体物传送器传递到所述卷筒件，所述固体物传送器与所述料斗和所述进料阀连接以流体流动连通。
7.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，所述固体物传送器是螺旋进料机。
8.如权利要求6所述的工艺，其特征在于，还包括测量所述固态颗粒生物质材料至所述反应器的质量流量。
9.如权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述料斗和所述固体物传送器搁置于质量测量装置上，所述质量测量装置选自由标尺或测力仪构成的组，且通过采用所述质量测量装置来监测进入所述料斗与离开所述固体物传送器的所述固态颗粒生物质材料的重量来测量所述质量流量。
10.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤g)的传送是借助与所述卷筒件和所述反应器连接以流体流动连通的螺旋进料机。
11.如权利要求10所述的工艺，其特征在于，加压的气流加载到所述螺旋进料机以向所述反应器提供恒定的气流。
12.一种用于将固态颗粒生物质材料传送到反应器的工艺，所述工艺包括如下步骤：
a)提供具有压力通气孔的卷筒件、进料阀以及出料阀；
b)提供与所述出料阀连接以流体流动连通的振动式馈送器；
c)提供与所述振动式馈送器和所述反应器连接以流体流动连通的装有反应器的固体物传送器；
d)关闭所述出料阀；
e)打开所述进料阀；
f)在压力P1下使一定量的所述固态颗粒生物质材料通过所述进料阀加料到所述卷筒件；
g)关闭所述进料阀；
h)将所述卷筒件加压到压力P2，其中，P2大于P1；
i)打开所述出料阀，并将所述量的所述固态颗粒生物质材料传送到所述振动式馈送器；
j)关闭所述出料阀；
k)将所述量的所述固态颗粒生物质材料传送到所述装有反应器的固体物传送器，以加料到在P2或低于P2的压力下工作的所述反应器；
l)打开所述压力通气孔，以将所述卷筒件内的压力减小到P1；以及
m)关闭所述压力通气孔。
13.如权利要求12所述的工艺，其特征在于，步骤e)到m)重复至少一次。
14.如权利要求12所述的工艺，其特征在于，所述振动式馈送器包括碗状件和从所述碗状件切向地伸出的出料管口，所述碗状件和所述出料管口都受到振动，且所述出料阀与所述振动式馈送器的所述碗状件连接以流体流动连通，而所述振动式馈送器的所述出料管口与所述装有反应器的固体物传送器连接以流体流动连通。
15.如权利要求14所述的工艺，其特征在于，所述碗状件是开口的碗状件；且所述出料阀、所述振动式馈送器和所述装有反应器的固体物传送器一起密封于压力区域内。
16.如权利要求14所述的工艺，其特征在于，在步骤i)中将所述量的所述固态颗粒生物质材料传送到所述振动式馈送器包括：将所述量的所述固态颗粒生物质材料加料到所述碗状件，所述碗状件的所述振动致使所述量的所述固态颗粒生物质材料迁移到所述碗状件的边缘，并沿周向绕所述碗状件的所述边缘行进，从而在通过所述管口从所述碗状件移走之前形成大致均匀的环形的厚度。
17.如权利要求12所述的工艺，其特征在于，P1等于或小于大气压。
18.如权利要求12所述的工艺，其特征在于，P2大于大气压。
19.如权利要求12所述的工艺，其特征在于，P2大于20磅/平方英寸(绝对压力)。
20.如权利要求12所述的工艺，其特征在于，所述固态颗粒生物质材料从料斗通过装有料斗的固体物传送器到所述卷筒件，所述装有料斗的固体物传送器与所述料斗和所述进料阀连接以流体流动连通。
21.如权利要求20所述的工艺，其特征在于，所述装有反应器的固体物传送器是螺旋进料机。
22.如权利要求20所述的工艺，其特征在于，所述装有料斗的固体物传送器是螺旋进料机。
23.如权利要求20所述的工艺，其特征在于，还包括测量所述固态颗粒生物质材料至所述反应器的质量流量。
24.如权利要求23所述的工艺，其特征在于，所述料斗和所述装有料斗的固体物传送器搁置于质量测量装置上，所述质量测量装置选自由标尺或测力仪构成的组，且通过采用所述质量测量装置来监测进入所述料斗与离开所述装有料斗的固体物传送器的所述固态颗粒生物质材料的重量来测量质量流量。
25.如权利要求12所述的工艺，其特征在于，所述振动式馈送器以1赫兹到60赫兹的频率进行振动。
26.如权利要求24所述的工艺，其特征在于，所述质量流量在稳态阶段的振动在正或负约10％的范围内。
27.如权利要求24所述的工艺，其特征在于，所述质量流量在稳态阶段的振动在正或负约5％的范围内。
28.如权利要求24所述的工艺，其特征在于，所述质量流量在稳态阶段的振动在正或负约2.5％的范围内。
29.如权利要求12所述的工艺，其特征在于，加压的气流加载到所述装有反应器的固体物传送器，以向所述反应器提供恒定的气流。
30.如权利要求12所述的工艺，其特征在于，所述反应器是提升管反应器。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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