CN109153928A - 废弃物-能量转换系统 - Google Patents

废弃物-能量转换系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109153928A
CN109153928A CN201780029282.XA CN201780029282A CN109153928A CN 109153928 A CN109153928 A CN 109153928A CN 201780029282 A CN201780029282 A CN 201780029282A CN 109153928 A CN109153928 A CN 109153928A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pyrolysis
gas
roller
converting system
rotary distillation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201780029282.XA
Other languages
English (en)
Inventor
S·奥格雷迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Excellent Green Energy Holding Co Ltd
Original Assignee
Excellent Green Energy Holding Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Excellent Green Energy Holding Co Ltd filed Critical Excellent Green Energy Holding Co Ltd
Publication of CN109153928A publication Critical patent/CN109153928A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10KPURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/001Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by thermal treatment
    • C10K3/003Reducing the tar content
    • C10K3/008Reducing the tar content by cracking
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/28Other processes
    • C10B47/30Other processes in rotary ovens or retorts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/005Rotary drum or kiln gasifiers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60Processes
    • C10J3/64Processes with decomposition of the distillation products
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • F23G5/0273Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage using indirect heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/08Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating
    • F23G5/14Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion
    • F23G5/16Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having supplementary heating including secondary combustion in a separate combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/20Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having rotating or oscillating drums
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/04Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material using washing fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L1/00Passages or apertures for delivering primary air for combustion 
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0946Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2201/00Pretreatment
    • F23G2201/30Pyrolysing
    • F23G2201/301Treating pyrogases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2201/00Pretreatment
    • F23G2201/30Pyrolysing
    • F23G2201/303Burning pyrogases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2202/00Combustion
    • F23G2202/10Combustion in two or more stages
    • F23G2202/103Combustion in two or more stages in separate chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2203/00Furnace arrangements
    • F23G2203/20Rotary drum furnace
    • F23G2203/208Rotary drum furnace with interior agitating members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2205/00Waste feed arrangements
    • F23G2205/12Waste feed arrangements using conveyors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2700/00Ash removal, handling and treatment means; Ash and slag handling in pulverulent fuel furnaces; Ash removal means for incinerators
    • F23J2700/003Ash removal means for incinerators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/12Heat utilisation in combustion or incineration of waste

Abstract

热解废弃物‑能量转换系统(1)具有马弗炉(3),该马弗炉(3)在炉内容置旋转蒸馏滚筒(4)并且具有延伸通过马弗炉的入口端和出口端的入口套筒(65)和出口套筒(66)。旋转蒸馏滚筒驱动器(100)向入口旋转蒸馏滚筒的套筒施加旋转驱动,并且进料螺杆(93)位于入口套筒内的管道(91)内。出料螺杆(131)位于出口套筒(66)内的管道(130)内,并被布置成将焦炭和热解合成气输送到焦炭处理系统和合成气处理系统。入口套筒(65)和所述出口套筒(66)被布置成提供气体密封,以防止空气进入旋转蒸馏滚筒或防止合成气从旋转蒸馏滚筒外出。气体清洁系统(20)具有裂解塔(50)以及气体淬火和洗涤系统(52),该裂解塔(50)被布置成将入口气体保持于升高温度持续一驻留时间。裂解塔(50)包括与驻留室(82)连结的混合室(71)。混合室具有用于产生热量的燃烧器以及被布置成在气体通过该混合室时混合并部分地消耗掉该气体的一部分的氧化剂端口。

Description

废弃物-能量转换系统
技术领域
本发明涉及一种热解蒸馏系统。
提供下列一种热解蒸馏系统是已知的,该热解蒸馏系统在厌氧环境中加热原料,从而提供合成气产品。该合成气产品可被用于提供液态或气态烃类产品。
本发明的一个目的是提供这种蒸馏系统,该蒸馏系统是紧凑的、更为节能,为原料提供改进的热传递和/或可被用于将种类更多的原料转换成合成气。
发明内容
我们描述了一种热解转换系统,其包括:马弗炉;和旋转蒸馏滚筒,其位于炉内并具有延伸穿过马弗炉的入口端和出口端的入口套筒和出口套筒(66);以及旋转蒸馏滚筒驱动器,其向所述旋转蒸馏滚筒的套筒中的至少一个施加旋转驱动。可存在位于入口套筒内的管道内的进料螺杆,以及位于出口套筒内的管道内并被布置成将焦炭和热解合成气输送到焦炭处理系统和合成气处理系统的出料螺杆。后者优选地包括裂解塔及气体淬火和洗涤系统,该裂解塔被布置成将入口气体保持于升高温度持续一驻留时间。
裂解塔可包括与驻留室连结并且位于驻留室的上游的混合室。混合室可包括用于产生热量的燃烧器以及被布置成在气体通过该混合室时混合并部分地消耗该气体的一部分的氧化剂端口。
混合室优选地被通过具有中心孔的扼流圈连结于驻留室,并且燃烧器被配置成引导火焰通过混合室并进入到扼流圈的孔中。
混合室的气体入口优选地沿切向延伸到该混合室中。优选地,驻留室具有处于2m到8m的范围中的长度以及处于1m到2m的范围中的侧向尺寸。
该系统优选地还包括位于气体清洁系统的下游的泵以及控制器,该控制器适于控制泵的操作以维持系统中的压力,以便获得用于进行没有残余沉积物的期望烃裂解的裂解塔中的气体的期望驻留时间和压力。
该控制器优选地适于将蒸馏滚筒内的压力保持于处于-10毫巴到+10毫巴的范围中,优选地为-5毫巴到0毫巴。
气体淬火和洗涤系统优选地包括文丘里淬火喉部和旋流喷嘴。喷嘴优选地包括低压喷嘴和高压喷嘴,并且可以是旋流式的。优选地,该洗涤系统包括位于导管内的、并且优选地居中地位于导管内的喷杆。该气体淬火和洗涤系统优选地包括贮水池以及用于从洗涤塔的集液槽(sump)中抽吸液体的泵。
优选地,该系统包括用于将一部分清洁后的气体输送到用以加热旋转滚筒的喷嘴的导管。优选地,所述入口套筒被布置成提供气体密封,以防止空气进入旋转蒸馏滚筒或防止合成气从旋转蒸馏滚筒外出。优选地,旋转蒸馏滚筒具有被固定于旋转蒸馏滚筒的壁用于沿滚筒朝向出口传送进料的螺杆涡旋(scroll)叶片。优选地,旋转蒸馏滚筒包括用于使从滚筒的端部以及到出口螺杆中的焦炭运动反转的相反方向的涡旋叶片。优选地,旋转蒸馏滚筒包括至少一个焦炭拾取勺。
旋转蒸馏滚筒可包括纵向分离的隔板,在这些隔板之间的是用于将焦炭输送到出口螺杆中的径向焦炭保持器。
优选地,存在一种用于入口套筒的旋转驱动器,其优选地包括邻近于马弗炉的旋转轴承以及在更为远离该马弗炉的一位置处的齿轮驱动器。
进料螺杆的管道可由冷却夹套环绕其长度的至少一部分。该冷却夹套可包括膨胀波纹管,其被布置成调节旋转时的旋转蒸馏滚筒(4)和进料螺杆的固定部件之间的相互轴向膨胀和收缩。
优选地,该系统包括被安装在进料螺杆的上方并延伸通过进料螺杆的管道中的上部开口的料斗。
优选地,所述料斗被布置成在料斗充满时阻塞住潜在的合成气逃逸路径。
该系统可包括用于进给所述料斗的多个互锁闸阀或旋转阀。
优选地,进料螺杆由位于料斗的远离旋转蒸馏滚筒的一侧上的电机驱动。优选地,出料螺杆由一个管道环绕,该管道在料斗的上方具有用于焦炭重力下落的开口以及进入到上部导管中用于将合成气输送到合成气处理系统的合成气流路径的开口。
优选地,出料螺杆管在其下侧上具有焦炭出口开口,其允许焦炭和固体颗粒落下并占据出料料斗的下部,并且在出料料斗中,合成气占据该料斗中剩余的任何自由容积,并且该系统包括被布置成在负压下从料斗提取合成气的合成气提取系统。
该系统可还包括位于马弗炉内用于加热旋转蒸馏滚筒的周围的环形空间的合成气燃烧器以及用于将合成气从旋转蒸馏滚筒引导回到所述燃烧器的反馈链路。
优选地,该系统还包括用于燃烧马弗炉中的残余合成气并驱动热交换器以回收热量的燃烧器。
优选地,所述料斗与系统的焦炭回收单元连结。
优选地,该系统包括为气体清洁系统的下游的泵和控制器,该控制器用于根据蒸馏罐和/或气体出口和裂解塔内的压力感测信号控制泵,以用于确保通过固体进料到气体的转换在蒸馏罐中产生的压力被设限(capped)于并不变得过大并且同样控制裂解塔中的驻留时间的水平。
优选地,控制器被配置成控制所述泵以提供处于1秒到4秒的范围中的裂解塔驻留时间。
我们还描述了一种由任一实施例的转换系统实施的热解转换方法,该方法包括经由入口套筒的进料螺杆将进料进给到蒸馏滚筒中,旋转该蒸馏滚筒并在马弗炉内对其进行加热,使得在蒸馏滚筒内使进料热解,通过出料螺杆向外进给焦炭和气体,并在裂解塔中使气体裂解。
优选地,气体在裂解塔中被加热到处于850℃到1250℃的范围中的温度,并随后通过气体淬火和洗涤系统进行冷却。优选地,在蒸馏滚筒中以处于550℃到700℃的范围中的温度对进料进行加热。优选地,裂解塔内的驻留时间处于1秒到4秒的范围中。
优选地,通过控制位于裂解塔的下游的气体泵来控制裂解塔驻留时间。优选地,蒸馏滚筒内的压力被保持于处于-10毫巴到+10毫巴的范围中的值,优选地为-5毫巴到0毫巴。优选地,通过控制位于裂解塔的下游的气体泵来控制所述蒸馏滚筒压力。
附加声明
根据本发明,提供了一种热解转换系统,包括:
马弗炉,
旋转蒸馏滚筒,其位于马弗炉内并具有入口套筒和出口套筒,入口套筒和出口套筒延伸通过马弗炉的入口端和出口端;
旋转蒸馏滚筒驱动器,其向所述旋转蒸馏滚筒的套筒中的至少一个施加旋转驱动,
位于入口套筒内的管道内的进料螺杆,以及
位于出口套筒内的管道内并被布置成将焦炭和热解合成气输送到焦炭处理系统和合成气处理系统的出料螺杆。
在一个实施例中,所述入口套筒和所述出口套筒被布置成提供气体密封,以防止空气进入滚筒或防止合成气从滚筒外出。
在一个实施例中,旋转蒸馏滚筒具有被固定于滚筒壁的螺杆涡旋件。在一个实施例中,旋转蒸馏滚筒包括用于将焦炭输送到出口螺杆中的多个刮板(flights)。在一个实施例中,旋转蒸馏滚筒包括至少一个拾取勺。
在一个实施例中,该系统包括最终刮板螺旋叶片,其具有相对于螺杆涡旋件相反的方向,其被布置成允许收集焦炭以聚积在旋转蒸馏滚筒上的单个径向位置。
在一个实施例中,旋转蒸馏滚筒驱动器向入口套筒施加旋转驱动。
在一个实施例中,旋转蒸馏滚筒驱动器包括邻近于马弗炉的旋转轴承以及在更为远离马弗炉的一位置处的齿轮驱动器。
在一个实施例中,进料螺杆的管道由冷却夹套环绕其长度的至少一部分。
在一个实施例中,冷却夹套包括膨胀波纹管,其被布置成调节旋转时的旋转蒸馏滚筒和进料螺杆的固定部件之间的相互轴向膨胀和收缩。
在一个实施例中,该系统还包括被安装在进料螺杆的上方并延伸通过进料螺杆的管道中的上部开口的料斗。优选地,当料斗充满时,所述料斗阻塞住潜在的合成气逃逸路径。在一个实施例中,该系统还包括进给所述料斗的互锁闸阀。
在一个实施例中,该进料螺杆由位于料斗的远离旋转蒸馏滚筒的一侧上的电机驱动。
在一个实施例中,出料螺杆由管道环绕,该管道在料斗的上方具有用于焦炭重力下落的开口以及用于进入到上部导管中用于将合成气输送到合成气处理系统的合成气流路的开口。
在一个实施例中,出料螺杆管道在其下侧上具有焦炭出口开口,其允许焦炭和固体颗粒下落并占据出料料斗的下部,并且在该出料料斗中,合成气占据料斗中剩余的任何自由容积,并且该系统包括被布置成在负压下从料斗提取合成气的合成气提取系统。
在一个实施例中,该系统还包括位于马弗炉内用于加热旋转蒸馏滚筒的合成气燃烧器以及用于将合成气从滚筒引导回到所述燃烧器的反馈链路。
在一个实施例中,该系统还包括用于燃烧马弗炉中的残余合成气并驱动热交换器以回收热量的燃烧器。
优选地,所述料斗与该系统的焦炭回收单元连结。
根据本发明,提供了一种气体清洁系统,包括:
裂解塔及气体淬火和洗涤系统,该裂解塔被布置成将入口气体保持于升高温度持续一驻留时间。
在一个实施例中,裂解塔包括与驻留室连结的混合室。
在一个实施例中,混合室位于驻留室的上方。
在一个实施例中,混合室包括用于产生热量的燃烧器以及被布置成在气体通过混合室时混合并部分地消耗掉该气体的一部分的氧化剂端口。
在一个实施例中,混合室通过具有中心孔的扼流圈连结于驻留室。在一个实施例中,燃烧器被配置成引导火焰通过混合室并进入到扼流圈的孔中。
在一个实施例中,混合室的气体入口切向地延伸到该室中。在一个实施例中,驻留室存储形成迂回气体路径的介质。
在一个实施例中,该介质具有用于与合成气接触的高表面面积。在一个实施例中,该介质包括圆柱形本体。在一个实施例中,该介质由陶瓷物料制成。优选地,驻留室被布置成将气体通过该介质从外侧抽吸到内侧。
在一个实施例中,该介质被支撑在过滤器上。
在一个实施例中,该系统包括介质清洁子系统。
在一个实施例中,该介质清洁子系统包括用于致使聚积的固体被从介质的外表面分离开的反向射流脉冲喷嘴。
在一个实施例中,该裂解塔包括用于将蒸汽优选地通过被结合到扼流圈中的孔喷射到驻留室中的蒸汽喷射系统。
在一个实施例中,该气体淬火和洗涤系统包括文丘里淬火喉部和旋流喷嘴。
在一个实施例中,喷嘴包括低压喷嘴和高压喷嘴。
在一个实施例中,喷嘴是旋流喷嘴。
在一个实施例中,该洗涤系统包括位于导管内、并且优选地居中地位于导管内的喷杆。
在一个实施例中,该气体淬火和洗涤系统包括贮水池以及从洗涤塔的集液槽抽吸液体的泵。
在另一方面,本发明提供一种处理系统,其包括用于在出口处提供气体的热解蒸馏罐以及被布置成从来自蒸馏罐的热解气体移除污染物的任一实施例的气体处理系统。
在一个实施例中,该蒸馏罐包括静态保温壳体以及在该壳体内围绕其纵向轴线旋转的旋转滚筒。
在一个实施例中,该滚筒具有同轴入口套筒和同轴出口套筒、滚筒入口套筒内的进料入口螺杆以及滚筒出口套筒内的气体和焦炭出口螺杆。
在一个实施例中,该系统包括用于将清洁后的气体的一部分输送到用于加热旋转滚筒的喷嘴的导管。
附图说明
通过对仅参照附图作为示例给出的本发明的一些实施例做出的下列说明,将更为清楚地理解本发明,其中:
图1是本发明的废弃物-能量转换系统的概览图;
图2是该系统的包括进料口、旋转蒸馏滚筒和气体出口的一部分的更为详细的视图;
图3、图4和图5是旋转蒸馏滚筒的纵截面视图、横截面视图和透视剖视图;
图6和图7分别是旋转蒸馏滚筒入口级和出口级的更为详细的横截面视图;
图8、图9和图10是替代蒸馏罐的截面图、剖视透视图和横截面视图;
图11是示出了包括气体清洁设备的下游部件的图表;
图12和图13是该系统的该部分的裂解塔的横截面视图和剖视透视图;以及
图14是洗涤塔的剖视透视图。
具体实施方式
参考图1,废弃物-能量转换系统1包括以下:
-转换室2,其包括大致呈圆柱形的静态绝缘壳体或“马弗炉”3以及在壳体3内围绕其纵向轴线旋转的旋转蒸馏滚筒4;
-进料口系统10;
-壳体3内的合成气-燃烧喷嘴11,其用于加热该旋转蒸馏滚筒4及其内容物;
-热烟道废气导管12(a),其也用于通过将热烟道废气输送到位于马弗炉壳体3和旋转蒸馏滚筒之间的环形空间中而加热该旋转蒸馏滚筒4,以及用于这些气体的出口12(b);
-组合式合成气和焦炭出口15;
-焦炭料斗16,其被连结到焦炭回收系统17;
-焦炭燃烧器18,其从焦炭回收系统17接收焦炭,并且如上所述将所产生的热烟道废气经由导管12(a)输送到马弗炉3内;
-合成气清洁系统20,其用于经由转换室出口15从旋转蒸馏滚筒4接收热解合成气以便在出口21处为整个废弃物-能量转换系统1提供清洁过的合成气产品;
-导管22,其用于将一部分合成气从合成气清洁系统20输送到喷嘴11,以加热旋转蒸馏滚筒4。
加工厂1用于生产生物能和生物提炼的化学品、聚合物和燃料,并根据热解原理操作一种热过程,在该热过程中,物料在无氧条件下进行热解。
参考图2,进料口系统10包括:
-用于低密度进料的料斗进给器80;
-用于高密度进料的料斗进给器81;
-主料斗82;
-入口螺杆(auger)系统83。
料斗进给器80具有预压实关闭装置84以及用于压实进料的柱塞85。料斗81具有闸阀90和91,从而使一定数量的进料能够下落到互锁布置结构中。进给料斗80和81中的两者都输送到主料斗82中,螺杆系统83从该主料斗82抽取进料并将其经由旋转蒸馏滚筒入口65输送到旋转蒸馏滚筒4中,如图3到图5中更为详细地所示。
热交换系统30具有用于从位于马弗炉壳体3和旋转蒸馏滚筒4之间的环形空间提取加热后的烟道废气的导管12(b)、热交换器32和烟道33。这从被用于加热旋转蒸馏滚筒4的气体提取有价值的热量。
焦炭回收系统17包括料斗16以及通过旋转密封阀40连结的一系列的两个倾斜螺杆41和42。下螺杆42在其出口端被连结于辅助焦炭料斗系统43,该辅助焦炭料斗系统43包括:
-料斗43(a);
-在其出口处具有旋转阀的高水平提取螺杆43(b);
-位于第二料斗43(a)的出口处的第三倾斜螺杆43(c);
-气动焦炭输送鼓风机43(d)。
管道44在气动传输作用下将焦炭输送到焦炭燃烧器18。焦炭燃烧器18具有一对切向引导的焦炭入口45以及下闸门46。
再次参考转换室出口15,这具有用于将合成气和焦炭从蒸馏滚筒4组合地输送出去的螺杆。它终止在主焦炭料斗16的上方,使得合成气经由导管51上升,以便输送到合成气清洁系统20,并且焦炭在重力的作用下落到料斗16中。
如图3到图5中所示的旋转蒸馏滚筒4包括圆筒60,从圆筒60的内表面向内延伸的多个内部螺旋叶片61。存在最终刮板(flight)62,这些刮板是在方向上与刮板61相反的螺旋叶片,其允许在刮板61和62之间收集固体物料(焦炭和惰性物料),以便聚积在旋转蒸馏滚筒4上的单个纵向位置处。
同样,存在用于待被收集并沉积到出口涡旋件(131)中的固体物料的多个拾取勺63,该出口涡旋件(131)离开该旋转蒸馏滚筒,如图7中所示。存在带有凸缘的轴向入口65和出口66,在保持气体密封以避免空气进入或合成气外出的同时,带有凸缘的轴向入口65和出口66允许将物料输送到旋转蒸馏滚筒4中并允许从该容器中提取焦炭。
参考图6,横向进给系统83确保将进料安全且可靠地输送到旋转蒸馏滚筒4,并且包括下列部件:
90,横向进给驱动电机和变速箱;
91,螺杆管,其在最接近变速箱的下侧处具有进入端口,
92,用于从主料斗82接收进料的螺杆管开口;
93,用于输送通过重力从料斗82直接接收到的进料F的螺杆螺旋件或涡旋件;
95,在螺杆管91周围的冷却夹套;
65,旋转蒸馏滚筒4驱动套筒(参见图3到图5);
96,旋转蒸馏滚筒驱动套筒凸缘;
97,用以防止气体逸出和空气进入的非旋转固定的环形密封件;
98,与管65一起旋转并由密封件97密封的套筒;
100,滚筒驱动齿轮系;
101,来自旋转蒸馏滚筒驱动套筒65的滚柱支承件,其在入口侧上承担蒸馏罐60的重量;
105,用于水冷夹套95的端口,其用以保持进料和整个入口螺杆系统83冷却,从而避免在该阶段发生的过早反应;
106,用于夹套95的轴向膨胀和收缩的钢质波纹管。
因此,通过驱动机构100旋转该旋转蒸馏滚筒4,该驱动机构100向旋转蒸馏滚筒驱动套筒65施加驱动力并由轴承101支撑。凸缘96使传动系100和驱动套筒65之间能够进行优良的接触。
由于螺杆管91延伸到旋转蒸馏滚筒4中,因此进给物料被直接地沉积到外表面壁60上。这立即使热量能够从旋转滚筒4周围的空间中的热气体经由滚筒波纹壁60直接传输到进料F。这可导致热量被朝向料斗82传输的不期望出现的效应,然而,通过冷却夹套布置结构105和95可将该效应最小化。此外,在螺杆管91内存在合成气通过进料逸出的风险。然而,通过被保持装满的料斗82以及同样通过互锁闸阀84、85、90和91阻塞住了可能的合成气逃逸路径,从而阻塞住了入口螺杆系统83的外端。波纹管106调节在旋转蒸馏滚筒4与横向进给套管(spigot)和螺杆系统的固定部件之间的相互轴向膨胀和收缩。
参考图7,出口级15具有位于支承件120上并被经由双环密封件121连结到膨胀波纹管122的旋转蒸馏滚筒出口套筒66。这允许进行轴向膨胀和收缩,并且支承件120承担了蒸馏罐4的这一侧的重量。旋转蒸馏滚筒4的套筒66围住螺杆管130,进而容置螺杆涡旋件131。螺杆涡旋件131在其最外端由电机和齿轮传动器140驱动。
螺杆管130在其下侧上具有焦炭出口开口142,该焦炭出口开口142允许焦炭和固体颗粒下落并占据料斗16的下半部。合成气占据料斗中剩余的任何自由容积,在那里,合成气随后在负压作用下被通过出口端口51进行提取。
将会注意到的是,在滚筒4和料斗16和气体导管51之间不存在冷却系统,这是因为在该阶段处,所期望的温度应该是很高的,例如处于600℃+/-50℃的区域中。这防止气体冷凝。蒸馏罐4的出口处的气体和焦炭处于高温,约700℃+/-50℃。
在料斗16的下游存在带有端口135的水冷夹套,用以保护变速驱动器140。
燃料进给系统10确保将进料均匀地输入到旋转蒸馏滚筒4中,而并没有空气进入或合成气逸出。该目的被通过进料以受控的方式通过一系列的螺杆和互锁闸阀进入来实现。排除氧气防止燃料的燃烧,并确保并不形成处于可检测水平下的二恶英。燃料进给主料斗80和81起到缓冲机构的作用,以促进物料在螺杆93上的聚积,并由此确保总是占据位于互锁闸阀90和91的前方的区域。该容器由碳钢制成,其中,喷漆表面被进行外部精加工。料斗被安装在升高位置中,以促进倾斜螺杆和闸阀对齐和功能。料斗81上的高度控制由检测填充高度的高低位置传感器确定。在低高度报警启动的情况下,闸阀将不起作用。
燃料进给辅助料斗82是一种用于在将输入物料以适当速率进给到旋转蒸馏滚筒4中之前输入物料的梯形临时存储容器,并且还起到缓冲区域的作用,以允许物料聚积在旋转蒸馏滚筒的前方。横向进给料斗82与螺旋件93是一体的。
闸阀90和91被设计成当处理从潮湿有机生物质到较为干燥的非有机进料的一系列进给物料时满足需求应用。这些阀被安装在水平位置中,这有利于物料的重力流动并且与气密密封一起输送正向物料截止。
横向进给系统10的前端包括被凸缘连接到横向进给螺杆93的横向进给料斗82以及气体密封装置。横向进给螺杆93进给通过中心轴线,在那里,燃料被输送到旋转蒸馏滚筒4中。螺杆的旋转速度由驱动机构100经由齿轮系99进行控制,并且监测每分钟的回转情况。
横向进给系统10的双管构造是非常有利的,其中,燃料在内管91上进入并被在外管95上进行水冷。横向进给螺杆93具有安装好的变速驱动器90,该变速驱动器90控制物料到旋转蒸馏滚筒4的进给速率。螺杆93通过套管的中心轴线进给物料,并且燃料被沉积到旋转蒸馏滚筒的前区段上。
环绕燃料进给管91的水夹套95确保了燃料在进入到旋转蒸馏滚筒中之前不会过早地热解,同时也将适当的水冷效应输送到该套管的钢质壳体上。
水夹套95流由直列式离心泵进行控制。所选定的模型是一种用于保持令人满意的热传输水平的能够工业紧密耦合的适当水流。
波纹管106在调节旋转蒸馏滚筒的任何热膨胀方面是非常有效的,提供适用的旋转蒸馏滚筒膨胀公差已被结合到波纹管件所促进的设计中。由于促进热膨胀发生在后端波纹管106上的辊子设计,导致旋转蒸馏滚筒的横向进给侧具有最小的膨胀能力。由于波纹管形成了水冷却的套管设计的一部分,因此限制了前端膨胀波纹管的工作温度。
波纹管106的内侧具有待被暴露于套管选定进给物料获得的合成气的可能性,并且因此将具有容纳腐蚀性气体元素的可能性,这些腐蚀性气体元素包括氯和硫。与壁厚一起的波纹管的物料选择将补偿这些元素的潜在存在。
气体密封件97作为在旋转蒸馏滚筒4的管道65和固定的前后套管98之间的过渡部件有效地工作,同时也吸收旋转蒸馏滚筒的膨胀。前后密封件都具有相似的设计。由于其与烃的相容性及其已知的高温和耐化学腐蚀特性,导致使用Eco橡胶Viton密封件。存在用于保存无泄漏密封设计的两个相对的密封件。内密封件被布置成防止合成气在正压条件下从旋转蒸馏滚筒泄漏到外侧大气,而外密封件被布置成防止空气在负压条件下从外侧大气进入到旋转蒸馏滚筒中。
在密封件之间的空隙中设置润滑填料,以协助密封润滑。密封件类型和外观和材料对设计特征而言是至关重要的。密封件被装配有轴承,该轴承设置有其自身的用于润滑的润滑脂注入口。
待热解的进料被螺旋进给到缺乏氧气的蒸馏罐4中。通过控制利用氮气对反应器进行的初始净化,随后通过特定控制原理和系统设计,以消除空气通过横向进给机构的进入,来维持反应器内的氧气状况。
具有耐火内层的马弗炉3的圆柱形不锈钢外壳3允许从烟道废气到旋转蒸馏滚筒4的足够的热传递。马弗炉3容置旋转蒸馏滚筒4,该旋转蒸馏滚筒4通过管道65和66伸出穿过外部容器的两端。马弗炉3允许移除端板,这进而便于进入旋转蒸馏滚筒的外表面。这随后有助于维护需求的情况。
替代蒸馏滚筒
图8到图10示出了一种包括外波纹壳体151的替代蒸馏滚筒150,该外波纹壳体151具有从壳体151向内延伸的内部叶片152和端盘156。另外,存在一种用于引导焦炭从滚筒150中输送出去的内盘153。至于蒸馏滚筒4,进料可具有受控温度暴露,该暴露持续最佳时间段,并且输送到出口螺杆是非常有效的。在滚筒150的出口端的径向叶片155使被捕获在叶片155上且处于滚筒150的端盘156和内盘153之间的焦炭有效地下落到螺杆131上。已经发现的是,通过提供除径向隔板(155)之外的间隔隔板(153和滚筒150的端盘156),存在非常有效的焦炭捕获和到出口螺杆131的输送。
气体清洁
参考图11,气体(合成气)清洁系统20被布置成接收由生物质进料(例如城市固体废弃物(MSW))的热解产生的合成气。
气体(合成气)处理系统20包括从热解蒸馏罐4或150直接地接收合成气的裂解塔220。塔220将具有较小分子链的气体(合成气)进给到热交换器230,用于降低温度,并且这进而将气体进给到具有文丘里状喉部的淬火装置231,用于进一步降低以满足发动机规定的温度范围。塔可以被水平地布置而非竖立地布置,其方位并不重要。
气体裂解塔250优选地具有2m到8m、并且更为优选地为5m到8m的长度以及处于1m到2m的范围内的直径,并且被设计和制造以保持高操作温度。这提供了在850℃到1250℃的范围中的温度,以便利用甲烷、氢气和一氧化碳以及其它微量气体的混合物来形成合成气。
淬火装置231有效地完全停止热解,并将气体(合成气)进给到洗涤塔252中,洗涤液被从该洗涤塔252通过集液槽253输送到贮水池254。高压泵255被布置成将水输送到淬火装置231。
在裂解塔220的入口处的气体可处于约600℃+/-50℃,并且由于在塔220中的驻留,这上升到在850℃到1250℃的范围中的值。它被通过热交换器230冷却到约900℃(1150℃的水平),并且淬火系统231使其下降到约100℃。
气体(合成气)向上流过洗涤塔252,并由此通过出口256。在该阶段处,气体(合成气)的一部分被转移用于热解蒸馏加热,并且主要部分被发送到除雾器单元260和过滤器单元257,该过滤器单元257在出口258处提供出口产品(清洁后的合成气)。这包括一种用于将出口合成气作为燃料产品输送,也用于维持整个系统中的压力的泵259。
过滤器系统257具有用于确保安全处理操作的扩口(flare)。它处理来自热解单元的清净化后的、不可冷凝的、排出的和未使用的气体。该扩口提供了一种在受控条件下通过燃烧安全处理蒸汽流的机构。
有利地,泵259由一种具有数字处理器的编程控制器管理,该编程控制器从该系统的包括蒸馏罐4、气体出口15和裂解塔220的多种部件接收压力传感信号。这允许进行压力控制,以确保通过将固体进料转换成气体而在蒸馏罐4中产生的压力被设限于一水平,该水平并不变得过高,并且优选地在旋转蒸馏罐4内处于-20毫巴到+20毫巴的范围内,并且更为优选地为-5毫巴到0毫巴。
有利地,这也将裂解塔220中的驻留时间控制在处于1秒到4秒的范围中的值。在这些范围中,压力控制有助于确保裂解塔220中的适当的驻留时间。这获得了用于在将温度保持处于850℃到1250℃的范围中的情况下将气体分解成较短链的最佳时间。使用控制参数压力和温度控制参数对裂解塔220进行预热并将其保持于最佳温度,并且确保在给定从蒸馏罐呈现的合成气的种类的情况下,合成气分布和反应速率是适当的。
增压鼓风机259室被利用铝合金浇铸而成,并且被制造以消除孔隙度。叶轮同样被使用铝铸造而成并被动态地平衡,以降低噪音和振动。为了机械稳定性,增压鼓风机轴承外壳被利用铸铁制造而成,并且每个鼓风机室组件都出于气密性而被密封住。
参考图12和图13,塔220包括具有容积271的燃烧室270,引燃器272以及具有多个喷射点273的空气歧管延伸到该容积271中。经由带有凸缘的入口274接收合成气。
裂解塔220被制造有3mm的轧制低碳钢外壳,其内衬有高级耐火材料。从热焦炭回收料斗通过管道输送到裂解塔220的入口以及从裂解塔220通过管道输送到洗涤塔252的出口也被内衬有高级耐火材料。耐火衬里包括Arelcrete耐火材料或Arelcrete耐火材料和硅酸钙板的组合。
来自燃烧室270的气体(合成气)随后被通过驻留室281抽出。
引燃器272提供了朝向扼流圈孔284延伸通过燃烧室270的羽流(plume)。火焰将燃烧室270的容积271和驻留室281加热到处于850℃到1250℃的范围中的温度。
进入到气体裂解塔250中的入口合成气的切向流优选地具有2m到8m并且更为优选地5m到8m的长度以及处于1m到2m的范围中的直径,并且被设计和制造成保持高操作温度。这提供了处于850℃到1250℃的范围中的温度,以便形成一种具有甲烷、氢气和一氧化碳以及其它微量气体的混合物的合成气。燃烧室270对一些合成气进行氧化,从而损失一小部分(约5%的)合成气,以便维持驻留室281的热能需求。
驻留室281内的热度导致了呈热解焦油和油类形式的长链烃分裂成短链烃气体(合成气),从而消除了油类和焦油。
将空气从喷射喷嘴273处的歧管喷射到燃烧室270中以允许亚化学计量状况给出了如下效果:
-使长链烃分裂,
-在减少CH4(甲烷)的同时增加H2和CO组分,
-增加一些碳,作为烟灰。
离开驻留室281的合成气被经由热交换器230(或锅炉布置结构)在热合成气淬火单元231的入口290处进给到洗涤塔252中。
同样参考图14,热合成气行进通过文丘里淬火喉部291并进入到导管292中内。在淬火入口291周围存在一组四到八个低压旋流喷嘴294和一组四到八个高压旋流喷嘴295。由高压喷射杆293沿导管292的中心提供进一步的淬水。
来自导管292的淬火后的合成气进入洗涤塔252,该洗涤塔252具有管状外壳300,其中,凸缘301连结接管状区段。喷射杆305向上延伸通过洗涤塔252的中心,用于进行进一步的气体淬火。合成气通过出口310离开,并且水下落到具有出口端口325的集液槽302。
再次参考图11,水被泵送到贮水池254,并且水被通过泵255从贮水池254抽取,以便被反馈回到洗涤塔252。
洗涤器出口合成气被进给通过除雾器256和过滤单元257,并从那里进给到清洁气体出口258。
由洗涤塔252从合成气移除的主要组分是水溶性污染物。通过添加中和剂可以在贮水池254中存在pH值调节。
系统的使用
焦炭由碳和灰构成,通常被称为“木炭”或“生物炭”。在蒸馏滚筒4内发生热化学燃料裂解过程,该过程生成包含烃重组的合成气,并且也产生焦炭(碳和灰)。可被嵌置在燃料中的任何惰性物质都将归于焦炭。被充分地外套有(lagged with)保温材料以维持该容器中的高温的不锈钢焦炭回收料斗使固态残留物能够与气态残留物以重力的方式分离开。新形成的热焦炭沉积在容器的底部,在那里,冷却夹套式提取螺杆便于移除热焦炭并将热焦炭沉积到焦炭回收存储容器中。
同时,合成气被通过容器的顶部移除,在那里,温度保持较高。该合成气随后通过管道输送到气体裂解塔220(其设置有通向气体排放阀的旁路支线(bypass spur)),以便将合成气流中夹带的热解焦油和油类裂解成短链烃气体。在聚焦于合成气的该应用中,热解焦油和油类被视为污染物。
旋转蒸馏滚筒4优选地在约850℃±100℃的温度下操作,由此发生被称为烃的“裂解”的热化学反应。固态物料被转换为气体、油类和焦炭。在假定操作温度的情况下,气体被重组成短烃链气体,其中,释放了氯、硫和低于约900℃转变为气体的其它污染物。由于反应器4中不存在氧气,因此并未发生燃烧,并且并不产生处于可检测水平的二恶英和呋喃。
计算机化的控制系统管理包括该无氧环境内的温度、压力及程度控制的操作参数。
因此,正被产生的合成气的质量始终如一地保持很高。在热解蒸馏罐4中产生的合成气是轻质气体、较重气体和可冷凝有机物的混合物。构成主要馏分的轻质气体包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和乙烷以及类似的短链烃。
确定合成气输出最大化的重要参数如下:
-供给速度
-供给颗粒大小
-蒸馏温度
-蒸馏罐旋转速度
-水分含量
如图3到图5中所示,当滚筒4旋转时,旋转蒸馏滚筒4的叶片逐渐地推进该进料。这确保了最大燃料驻留时间、均匀的径向恒定热暴露以及最小的壳体应力,同时燃料被以最佳速率转换成两种产品:合成气和焦炭(木炭)。旋转蒸馏滚筒4的外壳60具有波纹状轮廓,其通过增加吸热表面积超过50%,而使吸热表面积最大化。波纹允许减少壳体的壁厚,而不损害该容器的结构完整性。此外,在容器旋转并且逐渐地朝向后端提取点推进时,叶片61的布置机构促进容器内的进料的搅动。
由导管12(a)输送的热烟道废气在所有表面上加热旋转蒸馏滚筒4,其随后朝向该室的中心辐射,从而将其热量给予进料。在需要清除掉合成气或空气的情况下,热解室4和整个气体回路可被以氮气进行喷射。
在旋转蒸馏滚筒4的出口处的气体排放系统在系统过压的情况下将合成气释放到大气。旋转蒸馏滚筒4中的气体压力由气体增压鼓风机259进行控制,该增压鼓风机259增加速度以降低压力,或降低速度以便在限定的操作范围内增加压力。燃料被热分解成被称之为合成气的一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氢气流。来自热转换过程的另一输出是进料的碳炭馏分。在进行进一步的分析或处理之前,该产品将被冷却并被临时地储存。
旋转蒸馏滚筒4的入口短管65和出口短管66从旋转蒸馏滚筒的碟形端延伸。耳轴轮101和120被分别安装于每个短管65和66,短管65和66又安置在被固定于支架的辊子上。辊子和耳轴轮被制造成,在正常操作状况过程中,在允许容器在其提取端膨胀的同时,有助于蒸馏滚筒旋转的便利性。
驱动机构100确保旋转蒸馏滚筒4的始终如一的旋转速度,该驱动机构100确定在进料被通过叶片61推进通过滚筒时,进料暴露于热裂解环境的驻留时间。驱动机构100克服了气体密封的扭矩阈值以及与辊子相关联的摩擦。
固态焦炭和合成气提取系统15包括出料套管、膨胀波纹管106和122、不锈钢出料涡旋件131以及具有被水冷的集成轴承组件的气密旋转壳体。该系统被凸缘连接于旋转蒸馏滚筒和不锈钢焦炭回收料斗。
出料涡旋件131具有安装好的变速驱动器140,该变速驱动器140控制来自旋转蒸馏滚筒的焦炭提取物。涡旋件131将该热解物料提取通过出料套管130的中心轴线,并将固态焦炭沉积到不锈钢焦炭回收容器16中,同时在负压下提取合成气并经由管道51将合成气输送到气体裂解塔220中。
两个波纹管件106和122调节旋转蒸馏滚筒4的热膨胀。
已经从旋转蒸馏滚筒4提取的新形成的热焦被引导到被定位于不锈钢焦炭回收料斗16的基底处的倾斜焦炭冷却提取螺杆41的入口。螺杆41包括水夹套式外部本体,其以一定角度倾斜以确保螺杆直径的完全占用,从而使冷却潜力最大化并输送气体密封。螺杆的出口具有两个互锁闸阀,以确保气体密封被维持住并且与前端互锁阀具有相似的设计。两个闸阀都被水平地安装并且顺序地控制,由此,在任何给定时间仅打开一个阀门。根据物料类型及其流过阀体的能力,这些闸阀可被针对旋转阀进行调换。
水冷丙烷加热喷枪272能够在室270中初始地加热裂解塔。利用空气歧管和喷嘴273以将进入的合成气的温度从约500℃提高到处于850℃到1250℃的范围中的值。
裂解塔220的主要优点是,获得了处于1-4秒的范围中的驻留时间,该驻留时间足以使长烃链转换为短链,同时避免焦油的遗留。
结合有陶瓷过滤器257的高效热气体过滤是气体调节过程中的重要方面。根据进料组分和过程参数,热解转换过程产生多种多样的颗粒排放物,这些颗粒排放物特别适合于通过过滤所捕获。传统的袋式过滤器由于其较差的耐热性以及固有的易燃性,因此很大程度上不适用于该过程,而陶瓷过滤器通常在更高温度下操作,并且具有比袋式过滤器更大的表面速度。
过滤系统257的操作如下:
-陶瓷过滤器元件在钢罩内从过滤器板竖向地悬置。联箱板(header plate)分离开过滤器的清洁隔室和脏隔室。
-热合成气被通过陶瓷过滤器元件从外侧抽吸到内侧。
-在每个陶瓷过滤器的外表面上收集颗粒物质。
-通过反向射流脉冲从陶瓷过滤器元件移除颗粒。该反向致使聚的固体被与陶瓷过滤器元件的外表面分离开。
-颗粒物质被通过料斗出口排出用于进行收集和处置。
气体增压器选择主要基于压力提升要求和容积位移。优选的鼓风机选择用于可从小物理尺寸提供高性能的离心式鼓风机设计。
本发明并不限于所描述的实施例,但是可以在结构和细节上变化。例如,该系统可被布置成处理来自任何过程的气体,而并非必然是合成气。
总之,已经发现的是,在蒸馏罐中热解、共同地输出焦炭和气体、并且通过加热持续一驻留时间来处理该气体、随后进行淬火的方法是一种获得优质合成气而没有焦油或不期望的长分子链的非常有效方法。
本发明并不限于所描述的实施例,而是可以在结构和细节上变化。例如,裂解塔可包括用于提供通过该塔的阻塞路径作为控制驻留时间的辅助的介质,并且这种介质可包括催化涂层。此外,本发明可以采用裂解塔以及相关联的控制方法的形式,其被布置成从任何其它热解系统获取气体的进给。

Claims (41)

1.一种热解转换系统,包括:
马弗炉(5),
旋转蒸馏滚筒(4),所述旋转蒸馏滚筒(4)位于所述马弗炉内并具有入口套筒(65)和出口套筒(66),所述入口套筒(65)和所述出口套筒(66)延伸通过所述马弗炉的入口端和出口端;
旋转蒸馏滚筒驱动器,所述旋转蒸馏滚筒驱动器向所述旋转蒸馏滚筒的套筒中的至少一个施加旋转驱动器(100),
进料螺杆(93),所述进料螺杆(93)位于所述入口套筒(65)内的管道(95)内,以及
出料螺杆(131),所述出料螺杆(131)位于所述出口套筒(66)内的管道(130)内并被布置成将焦炭和热解合成气输送到焦炭处理系统和合成气处理系统,所述合成气处理系统包括裂解塔(220)及气体淬火(231)和洗涤(252)系统,所述裂解塔(220)被布置成将入口气体保持处于升高温度下持续一驻留时间。
2.根据权利要求1所述的热解转换系统,其中,所述裂解塔(220)包括与驻留室(281)连结并位于所述驻留室(281)的上游的混合室(271)。
3.根据权利要求2所述的热解转换系统,其中,所述混合室(271)包括用于产生热量的燃烧器(272)以及被布置成在气体通过所述混合室时混合并部分地消耗掉所述气体的一部分的氧化剂端口(273)。
4.根据权利要求2或3所述的热解转换系统,其中,所述混合室通过具有中心孔的扼流圈(284)连结到所述驻留室,并且所述燃烧器被配置成引导火焰通过所述混合室并进入到所述扼流圈的孔中。
5.根据权利要求2到4中的任一项所述的热解转换系统,其中,所述混合室的气体入口(274)切向地延伸到所述混合室(271)中。
6.根据权利要求2到5中的任一项所述的热解转换系统,其中,所述驻留室具有处于2m到8m的范围中的长度以及处于1m到2m的范围中的侧向尺寸。
7.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述热解转换系统还包括位于所述气体清洁系统的下游的泵(259),以及控制器,所述控制器适于控制所述泵的操作以维持所述系统中的压力,以便获得用于进行没有残余沉积物的期望烃裂解的所述裂解塔中的气体的期望驻留时间和压力。
8.根据权利要求7所述的热解转换系统,其中,所述控制器适于将所述蒸馏滚筒内的压力维持处于-10毫巴到+10毫巴的范围中,优选地处于-5毫巴到0毫巴的范围中。
9.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述气体淬火和洗涤系统包括文丘里淬火喉部(231)和旋流喷嘴(294)。
10.根据权利要求9所述的热解转换系统,其中,所述喷嘴包括低压喷嘴(294)和高压喷嘴(295)。
11.根据权利要求9或10所述的热解转换系统,其中,所述喷嘴为旋流喷嘴。
12.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述洗涤系统包括位于导管(292)内、并且优选地居中地位于所述导管(292)内的喷杆(293)。
13.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述气体淬火和洗涤系统包括贮水池(254)以及从洗涤塔(252)的集液槽抽吸液体的泵。
14.根据权利要求13所述的热解转换系统,其中,所述系统包括用于将清洁后的气体中的一部分输送到用于加热旋转滚筒的喷嘴(11)的导管。
15.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述入口套筒被布置成提供气体密封,以防止空气进入所述旋转蒸馏滚筒或防止合成气从所述旋转蒸馏滚筒外出。
16.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述旋转蒸馏滚筒具有被固定于所述旋转蒸馏滚筒的壁、用于沿所述滚筒朝向出口传送进料的螺杆涡旋叶片(61)。
17.根据权利要求16所述的热解转换系统,其中,所述旋转蒸馏滚筒包括用于使从所述滚筒的端部以及到出口螺杆中的焦炭运动反转的相反方向的涡旋叶片(62)。
18.根据权利要求17所述的热解转换系统,其中,所述旋转蒸馏滚筒包括至少一个拾取勺(63、155)。
19.根据权利要求16到18中的任一项所述的热解转换系统,其中,所述旋转蒸馏滚筒包括纵向分离的隔板(153、156),在所述隔板(153、156)之间是用于将焦炭输送到出口螺杆(131)中的径向焦炭保持器(155)。
20.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述热解转换系统包括用于所述入口套筒(65)的旋转驱动器(99、100)。
21.根据权利要求20所述的热解转换系统,其中,所述旋转蒸馏滚筒驱动器包括邻近于所述马弗炉的旋转轴承(100)以及在更为远离所述马弗炉的一位置处的齿轮驱动器(99)。
22.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述进料螺杆的管道(91)由冷却夹套(95)环绕所述管道的长度的至少一部分。
23.根据权利要求22所述的热解转换系统,其中,所述冷却夹套包括膨胀波纹管(106),所述膨胀波纹管(106)被布置成调节旋转时的所述旋转蒸馏滚筒(4)和所述进料螺杆的固定部件之间的相互轴向膨胀和收缩。
24.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述热解转换系统还包括被安装在所述进料螺杆(93)的上方并延伸通过所述进料螺杆的管道中的上部开口(92)的料斗(82)。
25.根据权利要求24所述的热解转换系统,其中,所述料斗被布置成,在所述料斗充满时,阻塞住潜在的合成气逃逸路径。
26.根据权利要求24或25所述的热解转换系统,其中,所述热解转换系统还包括用于进给所述料斗的多个互锁闸阀或旋转阀。
27.根据权利要求26所述的热解转换系统,其中,所述进料螺杆由所述料斗的远离所述旋转蒸馏滚筒的一侧上的电机(90)驱动。
28.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述出料螺杆由一管道环绕,所述管道在料斗的上方具有用于焦炭重力下降的开口,以及进入上部导管的用于将合成气输送到合成气处理系统的合成气流路的开口。
29.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述出料螺杆的管道(132)在其下侧上具有焦炭出口开口,所述焦炭出口开口允许焦炭和固体颗粒落下并占据出料料斗(16)的下部,并且在所述出料料斗(16)中,合成气占据所述料斗中剩余的任何自由容积,并且所述系统包括被布置成在负压下从所述料斗提取合成气的合成气提取系统。
30.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述热解转换系统还包括位于所述马弗炉内用于加热所述旋转蒸馏滚筒的周围的环形空间的合成气燃烧器(11)以及用于引导合成气从所述旋转蒸馏滚筒回到所述燃烧器的反馈链路(22)。
31.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述热解转换系统还包括用于燃烧所述马弗炉中的残余合成气并驱动热交换器回收热量的燃烧器。
32.根据权利要求29到31中的任一项所述的热解转换系统,其中,所述料斗与所述系统的焦炭回收单元连结。
33.根据任一前述权利要求所述的热解转换系统,其中,所述热解转换系统包括位于所述气体清洁系统的下游的泵,和控制器,所述控制器用于根据来自所述蒸馏罐(4)和/或气体出口(15)和所述裂解塔(220)内的压力感测信号来控制所述泵(259),以确保通过固体进料到气体的转换在蒸馏罐中产生的压力被设限于并不变得过大并且同样控制所述裂解塔(220)中的驻留时间的水平。
34.根据权利要求33所述的热解转换系统,其中,所述控制器被配置成控制所述泵以提供处于1秒到4秒的范围中的裂解塔驻留时间。
35.一种由转换系统实施的热解转换方法,所述转换系统包括:
马弗炉(5),
旋转蒸馏滚筒(4),所述旋转蒸馏滚筒(4)位于所述炉内并具有入口套筒(65)和出口套筒(66),所述入口套筒(65)和所述出口套筒(66)延伸通过所述马弗炉的入口端和出口端;
旋转蒸馏滚筒驱动器,所述旋转蒸馏滚筒驱动器向所述旋转蒸馏滚筒的套筒中的至少一个施加旋转驱动器(100),
进料螺杆(93),所述进料螺杆(93)位于所述入口套筒(65)内的管道(95)内,以及
出料螺杆(131),所述出料螺杆(131)位于所述出口套筒(66)内的管道(130)内并被布置成将焦炭和热解合成气输送到焦炭处理系统和合成气处理系统,所述合成气处理系统包括裂解塔(220)及气体淬火(231)和洗涤(252)系统,所述裂解塔(220)被布置成将入口气体保持于升高温度持续一驻留时间,
其中,所述方法包括经由所述入口套筒的进料螺杆将进料进给到所述蒸馏滚筒中,旋转所述蒸馏滚筒并在所述马弗炉内对所述进料进行加热,使得在所述蒸馏滚筒内使所述进料热解,通过所述出料螺杆向外进给焦炭和气体,并使所述气体在所述裂解塔中裂解。
36.根据权利要求35所述的方法,其中,在所述裂解塔中将所述气体加热到处于850℃到1250℃的范围中的温度,并且随后通过所述气体淬火和洗涤系统对所述气体进行冷却。
37.根据权利要求35或36所述的方法,其中,在所述蒸馏滚筒中以处于550℃到700℃的范围中的温度对所述进料进行加热。
38.根据权利要求35到37所述的方法,其中,所述裂解塔内的驻留时间处于1秒到4秒的范围中。
39.根据权利要求35到38中的任一项所述的方法,其中,通过控制位于所述裂解塔的下游的气体泵(259)来控制裂解塔驻留时间。
40.根据权利要求35到39中的任一项所述的方法,其中,将所述蒸馏滚筒内的压力保持于处于-10毫巴到+10毫巴的范围中的值,优选地为-5毫巴到0毫巴。
41.根据权利要求40所述的方法,其中,通过控制位于所述裂解塔的下游的气体泵(259)来控制所述蒸馏滚筒压力。
CN201780029282.XA 2016-04-05 2017-04-04 废弃物-能量转换系统 Pending CN109153928A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16163814 2016-04-05
EP16163814.3 2016-04-05
EP16163815.0 2016-04-05
EP16163815 2016-04-05
PCT/EP2017/057978 WO2017174574A1 (en) 2016-04-05 2017-04-04 A waste-to-energy conversion system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109153928A true CN109153928A (zh) 2019-01-04

Family

ID=58489012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780029282.XA Pending CN109153928A (zh) 2016-04-05 2017-04-04 废弃物-能量转换系统

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10889771B2 (zh)
EP (1) EP3440161B1 (zh)
CN (1) CN109153928A (zh)
WO (1) WO2017174574A1 (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4412889A (en) * 1982-03-22 1983-11-01 Kleenair Products Co., Inc. Pyrolysis reaction apparatus
DE4237161A1 (de) * 1992-11-04 1994-05-05 Ellinghaus Umweltschutzanlagen Vorrichtung zum Aufbereiten von aluminiumhaltigen Materialien
EP0921182A1 (en) * 1997-12-05 1999-06-09 Gibros Pec B.V. Method for processing waste or biomass material
CN1195818C (zh) * 1998-04-07 2005-04-06 东芝株式会社 废物处理方法及废物处理装置
CN102363729A (zh) * 2011-09-07 2012-02-29 杜克镛 秸秆炭化炉
CN102433144A (zh) * 2011-10-29 2012-05-02 大连天润能源技术开发有限公司 一种油砂、油母页岩综合利用方法及其设备
CN102492509A (zh) * 2011-12-22 2012-06-13 山东农业大学 自动控温连续生产生物炭的工艺和设备
CN204079889U (zh) * 2014-08-19 2015-01-07 广东天源环境科技有限公司 一种有机固体废物处理的热解设备

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4347119A (en) * 1980-11-21 1982-08-31 Thomas Delbert D Horizontal oil shale and tar sands retort
DE4327953A1 (de) * 1993-08-19 1995-02-23 Siemens Ag Anlage zur thermischen Abfallentsorgung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage
US20070186829A1 (en) * 2003-08-21 2007-08-16 International Environmental Solutions Corporation Variable speed pyrolytic waste treatment system
BRPI0413811A (pt) * 2003-08-21 2006-10-17 Int Environmental Solutions suporte de cámara para sistema de tratamento de resìduos pirolìticos
US8833276B2 (en) * 2009-02-06 2014-09-16 William Hunkyun Bang Burner system for waste plastic fuel
US8328993B2 (en) * 2009-05-18 2012-12-11 Greenlight Energy Solutions, Llc Pyrolysis reactor for processing municipal wastes
EP2665803B1 (en) * 2011-01-23 2020-03-25 Pike Enterprises, LLC Self-sustaining pyrolysis system for energy production
US8715402B2 (en) * 2011-03-22 2014-05-06 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Air pollution control system and air pollution control method, spray drying device of dewatering filtration fluid from desulfurization discharged water, and method thereof
US20140150650A1 (en) * 2012-12-03 2014-06-05 New England Wood Pellet Llc Gas-To-Liquid Heat Exchanger and Gas Particulate Scrubber
US9052109B1 (en) * 2014-12-12 2015-06-09 Infinitus Renewable Energy, LLC Pyrolytic gas processor and tire conversion system therefrom

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4412889A (en) * 1982-03-22 1983-11-01 Kleenair Products Co., Inc. Pyrolysis reaction apparatus
DE4237161A1 (de) * 1992-11-04 1994-05-05 Ellinghaus Umweltschutzanlagen Vorrichtung zum Aufbereiten von aluminiumhaltigen Materialien
EP0921182A1 (en) * 1997-12-05 1999-06-09 Gibros Pec B.V. Method for processing waste or biomass material
CN1195818C (zh) * 1998-04-07 2005-04-06 东芝株式会社 废物处理方法及废物处理装置
CN102363729A (zh) * 2011-09-07 2012-02-29 杜克镛 秸秆炭化炉
CN102433144A (zh) * 2011-10-29 2012-05-02 大连天润能源技术开发有限公司 一种油砂、油母页岩综合利用方法及其设备
CN102492509A (zh) * 2011-12-22 2012-06-13 山东农业大学 自动控温连续生产生物炭的工艺和设备
CN204079889U (zh) * 2014-08-19 2015-01-07 广东天源环境科技有限公司 一种有机固体废物处理的热解设备

Also Published As

Publication number Publication date
US10889771B2 (en) 2021-01-12
US20210102131A1 (en) 2021-04-08
EP3440161B1 (en) 2021-11-10
US11661560B2 (en) 2023-05-30
EP3440161A1 (en) 2019-02-13
WO2017174574A1 (en) 2017-10-12
US20190119588A1 (en) 2019-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103842101B (zh) 热解碳质原料的往复式反应器和方法
CN1255515C (zh) 多面体气化器
US8999017B2 (en) Method and apparatus for fast pyrolysis of biomass in rotary kilns
RU2393200C2 (ru) Способ термической переработки твердых органических отходов и установка для его осуществления
CN104990084B (zh) 一种生物质类固废及危废处理工艺
CN104819470B (zh) 一种生物质类固废及危废处理系统
CN110229707A (zh) 一种农林废弃物低温热解高热值颗粒燃料生产设备及工艺
EP2379681A2 (en) Biomass gasification device and process
US20060180459A1 (en) Gasifier
KR20130011049A (ko) 비산재 분리 및 2차 연소기능을 갖는 연속 연소장치
CN211035818U (zh) 一种危废、固废含油泥砂热解析的处理设备
CN204730209U (zh) 一种生物质类固废及危废处理系统
WO2014090574A1 (en) Thermal processing system having an auger arrangement and method using it
JP2010084053A (ja) 炭化物製造装置
WO2013088105A1 (en) Thermal processing system
CN109153928A (zh) 废弃物-能量转换系统
WO2014207755A1 (en) Zero effluent discharge biomass gasification
CN104479742A (zh) 生物质燃气制备系统
EP1879980B1 (en) A method and a mobile unit for collecting and pyrolysing biomass
WO2012167185A2 (en) Pyrolysis-based apparatus and methods
CN105664643A (zh) 一种病畜热解炭化处理装置
CN1940016A (zh) 生物质特别是活性污泥链道式干燥和热解制油装置及系统
CN102643661B (zh) 活性污泥经管束式裂解炉制取燃料油的方法
RU208397U1 (ru) Циклонная камера дожигания дымовых газов для деструкции стойких органических загрязнителей
CN209307193U (zh) 油泥预处理系统用高温脱水机构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190104

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication