CN110140012A - 用于连续产生热和电的木质生物质热电联产设施 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于从固体木质生物质连续产生电能和热能的热电联产设施(100)，该固体木质生物质选自呈木片、藤枝、灌木和灌木丛形式的木材、谷物、干草、动物褥草、适当处理的泥、果壳和果仁、适当处理的外皮、纤维培养物及其组合物，所述设施(100)包括通过至少一个互连导管(1”')连接的至少一个第一容器(1')和至少一个第二容器(1”)，所述第一容器(1')包括适于引起所述生物质转化成包含H₂和CO的合成气的部件；所述设施(100)提供在机器上对固体木质起始生物质进行筛选、干燥和压块制造的特定步骤。

Description

用于连续产生热和电的木质生物质热电联产设施

技术领域

本发明涉及用于能量回收和节省的系统的领域。更详细地，本说明书涉及用于连续产生电能和热能的热电联产系统的领域，具体地涉及使用固体生物质作为起始燃料的微型热电联产设施系统。又更详细地，本发明涉及用固体生物质给料的特定微型热电联产设施，其特征在于它包括允许优化生物质的特性以改善其性能并优化整个设施操作的特定部件。

背景技术

到目前为止，全球产生的电能大部分来自热马达设施。在这些设施中，所产生的热量首先转换成机械能并随后通过使用发电机来转换成电能。所使用的热量可以来自各种类型的设施。通过非限制性示例方式，来自核电设施，因此来自裂变反应，或更简单地来自热电设施、特别是来自引入的燃料的燃烧，该燃料通常由各种类型的碳物质(诸如油的馏分、生物质、煤等)组成。

已知将热量转换成机械能的工艺通过实质上复杂的热力学循环来进行。无论如何，并且与所发起的循环无关，热力学第二定律阻止变化为完全的；实际上，在其最知名的形式中的一种中，所述定律确认“不可能制造效率为100％的热机”。卡诺定理与此一致，因为它表明马达的热效率以及因此其性能，或者在热能转化成机械能时转换为功的能量的量呈现有限值。这种状况要求并非所有提供的热量都实际转化为功。在任何情况下都清楚的是，能量过剩不会“消失”，这是根据热力学第一定律公知的。更详细地，未用于转化的能量的量通过热力学循环以通常分散在环境中的热量的形式产生。在大多数情况下，此种能量的量是不可忽视的，而是达到相当可观的百分比。这种情况已经引起了本发明领域的技术发展，新型和日益创新的设施的设计和实现，其旨在优化能量回收并因此减少浪费。

事实上，热电联产的目的是回收和使用在热能转换成机械能的循环中未使用的热量中的大部分。事实上，并非偶然，所述量可以用于为建筑物供暖或以蒸汽形式在工业环境中加热，或更简单地用于各种民用用途。性能范围根据热电联产设施的功率而变，到目前为止，热电联产设施的功率从几千瓦到几百千瓦不等。

最近的技术发展是用作可从设施生物质获得的能源的热电联产的领域。例如，文件EP 2 843 031A1描述了基于生物质(诸如稻、壳、干草和锯末)的气化和甲烷化的热电联产的工艺和系统。上述文件的系统更具体地包括气化单元、变换单元、纯化单元和甲烷浓缩单元。

即使可以找到不同类型的生物质热电联产设施，也没有实际的集成式和模块化解决方案提供原位布置生物质，赋予其最佳特性以获得同样最佳的转换、以及产率的再现性。例如，如果生物质由木片表示，则现有系统不在机器上提供对木片的筛选、干燥、储存和制备。通常，燃料的筛选和干燥单元被分配给专门的外部设施，这些外部设施与实际的气化设施没有实际的连续性。

还应考虑到用于气化(生物质热电联产工艺的步骤)的目前设施通常产生相当大量的焦油(高达5％-6％)，焦油必须被定期处理。这涉及相当大的环境和管理困难，其实际上阻碍了与该设施类型相关联的技术的发展，并且尤其是其使用。因此，所使用的前体的特性、特别是木片的特性对于整个工艺的效率是最重要的。目前，仍然没有足够专门的市场能够按照当今市场上的设施建造者的要求提供燃料。这方面与该设施类型的建造者的要求形成鲜明对比，涉及缺乏具有均匀分布和可定义的结构特性的木片。因此，使用木片以用于生产包含H₂和CO的合成气的设施存在实质性失败。木质前体(与其所属物种无关)几乎不符合要求的规格，无论是关于尺寸还是关于湿度等级，并从而产生了相当大的设施操作问题。

为此目的，本工业发明专利申请的目的是提出特定的热电联产设施，其使用木片作为起始燃料并具有用于筛选、干燥和制备木质前体的特定节段，适于允许获得具有最佳特性的木片以用于高设施性能。所述设施进一步具有特定部件，这些特定部件在与存在的其他结构适当组装在一起时，有助于协同增强其功能性和有效性。下面将详细描述所述设施、相关操作工艺、特定部件及其同样特定的空间布置。

发明内容

本说明书涉及用于连续产生电能和热能的热电联产设施，其具有可以变化高达数百kW的标称功率。然而，本文提供了标称功率为约50kW的设施，作为非限制性示例为49.8kW。所述设施包括集成结构特性，其允许克服与使用木材生物质作为起始燃料材料的设施相关联的热电联产工艺期间出现的所有当前关键问题和缺点。

所述热电联产设施看起来是紧凑的结构，以允许其结构部件中的一些布置在尺寸为6米长×2.5米宽的海运集装箱内。更详细地说，所述设施包括至少两个容器，具体是至少一个第一容器和至少一个第二容器，其中至少以下节段是可识别的：机器上的至少一个储存节段，其具有对燃料进行筛选、干燥、压块制备和储存的特定和基本功能；用于生产和净化合成气的至少一个节段；用于热电联产和热回收的至少一个节段、用于紧急火炬的至少一个节段、优选地位于所述第一容器中并适于接收设施仪器的所有信号的电缆的至少一个互连板。与放置在该第二容器中的主板的连接通过快速型工业连接器进行，以用于即插即用安装。

在标准配置中，主电路板设置在也适于接收操作员站的该第二容器内(具有三米的长度，并且优选地但不是专门地放置在与该第一容器相距1.5米距离的位置处，该第一容器设置用于容纳上述节段中的一些，如下文将更清楚地描述的)，并且使得它也可以位于附近存在的建筑物内，优选地位于与所述热电联产设施相距不到十米距离的位置处。本热电联产设施可以以完全安装、接线和测试的状态交付给用户，准备好与电网和客户热量使用系统的终端(凸缘)连接，即在即插即用模式下。

有利地，所述设施的安装不需要建筑工程，也不需要防风雨剂的防护遮盖。它完全自动化并因此不需要人员的干预。燃料的重新加载可以每两天进行一次，根据用户的选择手动和自动地进行。

重新加载时间足以干燥燃料。

有利地，相对于使用木材作为燃料材料的具有可比标称功率的当前热电联产设施，本热电联产设施不会产生需要在垃圾场处或通过有时也可能昂贵的其他系统进行处置的丢弃物：在操作期间产生的所有这些材料都在该工艺中重复使用。

有利地，在燃料储存器中在线进行的负载的干燥允许将由该设施产生的冷凝物减少到零。

有利地，关于由所述设施产生的该合成气的前体的形式，该设施的进料提供至少两倍的选择可能性：作为非限制性示例，燃料木材可能以原木G30-G50的木片形式并以压块形式出现，该压块的直径包括在2cm与6cm之间、优选为4cm，厚度包括在0.5cm与4.5cm之间，优选厚度包括在1cm与3cm之间。这些木片和这些压片两者都是由原木木质材料制成，该材料来自这些木片的下筛或来自修剪，还更精细地研磨，从而允许使用通过基本筛选步骤产生的丢弃材料，这使得该热电联产设施具有特别的整体性，并且正如已经提到的，允许解决使用木质起始材料的热电联产设施所产生的上游所有问题：缺乏结构均匀性以及在其各种部件之间在微观结构水平可能遇到的化学-物理性质的均匀性，伴随产率的顺向变化性以及生产循环的再现性不足。

有利地，该木片可以按原样装载，因为机器上的筛选使其尺寸标准化，并且在几个小时内，该干燥使湿度水平恢复到该设施的最佳水平。

有利地，由于特定的工艺状况，气化反应器的几何形状和处理节段的特性使得在正常操作状况下产生的焦油量实际上为零。此外，在起始步骤期间必须分开的部分(即使是最小的)在任何情况下都被循环放回到木材的负荷中，在那里它被吸收和重新气化。

有利地，由该设施产生和提取的生物炭可重复用作土壤的改良剂。

有利地，所产生的可能的液体也可以在该反应器内再循环以用于控制还原区的温度，从而使分子氢的产生最大化。

有利地，吸附在合成气过滤器、木片上的该材料可以再循环到装载罐中以便然后被重新气化。

有利地，该反应器提供自动附接以用于通过防止空气吸入的特殊进料系统直接从压块制备机器供给该压块。

还应当指出，为了木片干燥节段的益处，该设施的部件的特定空间配置允许获得高热回收。更具体地说，由吸热马达和发电机发射的热量也被回收用于干燥该木片，因为由这种热废物加热的空气体积被通风机推向干燥节段。

其中存在的这些部件的所有功能由PLC管理，其由分布式管理系统(I/O链路)控制，该分布式管理系统提供对安装的仪器(诸如稳压器、恒温器等)中的每个的诊断和校准。

具体实施方式

下面将在本发明的优选实施例中的一个中并参考附图详细描述本发明，在附图中：

图1示出了固体生物质热电联产设施的透视图-这种生物质由木质材料表示-本工业发明专利申请的目的。更详细地，所讨论的图示出了所述设施100包括至少两个容器，具体是第一容器1'和第二容器1”。所述容器可以通过至少一个互连导管1”'连接；

图2示出了具有用于装置的维护开口和支撑结构作用的海运集装箱的透视图；

图3示出了用于储存、干燥、筛选木片的固体生物质并将其装载到气化反应器7的第一节段的透视图。可以观察到以下情况：干燥器3用来自热水的热空气进行热通风，三通振动筛4适于允许穿过筛子(即，筛下)的细小材料部分自动卸载在下面的研磨机5中，该研磨机为后续的压块制造步骤准备材料。所述压块制造步骤由于合适的集成式压块机6而进行，该压块机也包括在所述第一储存节段中；

图4示出了用于从马达14中回收热量的布置以及用于干燥木片的散热器；

图5示出了用于气化和提取生物炭的反应器7系统的透视图；

图6示出了从气化反应器7到冷凝系统11和过滤系统12的合成气生产管线；

图7和图8均示出了本热电联产设施的部件中的一些的空间配置的详细透视图。可以观察到以下情况：火炬17、冷凝系统11、过滤系统12、用于生物炭的密封提取系统10和用于焦油的回收室13；

图9示出了通过交换器和管从马达废排气热回收热水和回收热空气以有利于木片干燥器的生产管线的透视图；

图10示出了从冷凝系统11和过滤系统12的组到鼓风机和紧急火炬17的合成气管线的透视图；

图11示出了从冷凝和过滤组到马达14的合成气管线的透视图。还指示了三通阀16的存在，该三通阀用于允许为通过设施100生产的合成气的路径选择火炬或马达模式；

图12示出了集成式冷凝和过滤组的放大详细透视图；

图13示出了冷凝物的再气化的封闭系统的详细透视图；

图14示出了从冷凝和过滤组的热交换器到循环器和散热器的用于合成气的液压冷却回路的透视图；

图15示出了该工艺的装置之间互连的仪表化工艺图。

在其优选实施例中，热电联产设施100包括至少两个容器，具体是：至少一个第一容器1'，其适于容纳提供将机械能转换成电能所必需的合成气的生产的部件；以及至少一个第二容器1”，其连接到所述第一容器1'并被设置用于容纳电流发生器、电路板以及用于接收可选的操作员站。

更详细地，第一容器1'容纳用于引起木质前体的吸热转化的必要部件，以用于获得在电流产生工艺中有用的感兴趣的化学物质(诸如H₂和CO)，该电流产生工艺从包含在所述设施100中并可被供给所述气态物质的一个或多个特定吸热马达产生的机械能开始。

在开始本发明的详细描述之前，必须指出本发明是原始的，其以以下特殊性质为特征：为起始底物(即木质材料生物质)提供用于引起转化而没有目前存在于使用木材作为固体起始生物质的热电联产设施中的所有问题的最佳特性的。更具体地，所述设施100的特征在于它原位包括用于筛选、干燥和制备特定木质压块中的木质材料的特定节段，这些木质压块被适当地成形以用于优化感兴趣的合成气的生产工艺，即用于生产H₂和CO。所述设施还提供了适当筛选和制备的材料由于非常低的湿气含量而对于其转换表现出质量优异性；众所周知，湿气是使用木材生物质的这种设施类型发生故障、并因此导致木材生物质的商用失败的主要原因之一。

还必须指出，允许以压块制备木质前体并使含水量最小化的部件协同合作：在与所述设施100集成的部件压块机内插入已筛选和“干燥”材料，允许所述设施制造其重量随时间恒定的压块，从而允许不仅正确估计可用于转化的实际使用的固体生物质的量，而且还在没有先前的干燥的情况下，防止可能从压块形式的生物质中自发地去除水导致压块本身的结构不稳定性，该压块在任何一个弱机械应力的作用下甚至可能破碎。在以压块进行制备的步骤期间，固体生物质内存在水还会引起对为了获得预定尺寸的压块而要施加的压力的不正确评估，因为公知的是液态水是不可压缩的。因此，我们将具有宏观上具有期望尺寸、但在微结构上可能包含一定水量的的压块。因此，例如由温度升高而引起的水的自发去除将确定具有空腔的结构(其将在从压块的主体去除水之后形成)，如上所述，这可能损害压块的结构稳定性，并导致先前为设施的特定循环建立的诸如重量、尺寸等有效参数的损失。

基本上，热电联产设施100(即本发明的目的)与已知的热电联产设施的不同之处在于以下事实：它原位包括用于筛选、干燥和制备用作燃料的压块形式的固体生物质的集成式系统。旨在用于生产合成气(即用于生产由后续工艺步骤中有用的H₂和CO形成的燃料)的压块的前体可以是生物质，诸如：木材(以木片、藤枝、灌木和灌木丛形式)、谷物、干草、动物褥草、适当处理的泥、果壳和果仁、适当处理的外皮、纤维培养物和具有类似性质的其他材料。

因此，本热电联产设施100适于通过利用在合适的下吸式固定床气化反应器中生产的合成气来连续产生电和热，集成并装载有已经被预先处理并制备以达到最佳性能的固体生物质。由于如上面多次提到的表征本发明的目的的系统的特定部件，因此可以获得这种最佳性能。

如上所述，所述热电联产设施100包括至少一个第一容器1'以及通过互连导管1"'连接到所述第一容器1'的至少一个第二容器1”。

所述第一容器1'包括：用于进行储存的至少一个第一节段，其中还对由木片表示的压块形式的固体生物质进行干燥、筛选和制备；用于通过合适的气化反应器生产合成气的至少一个第二节段；至少一个第三吸热马达节段，其被供给先前在所述气化节段合成的燃料；以及用于总热回收的至少一个第四节段。

更具体地，用于筛选和布置生物质以用于其转换的所述第一节段包括至少一个桶状罐2，其中装载有木片——由于用于通过预热强制空气进行干燥的系统的特殊集成——被标准化为小于或等于10％重量的湿度值。更具体地说，所述干燥是由于用来自热水的热空气进行热通风的干燥器3而发生的。所述第一节段进一步包括三通振动筛4，该三通振动筛适于允许穿过筛(即筛下)的细小材料部分自动卸载在下面的研磨机5中，该研磨机为后续的压块制造步骤准备材料。所述压块制造步骤由于合适的集成式压块机6而进行，该集成式压块机也包括在所述第一节段中。

用于气化生物质的所述第二节段包括至少一个反应器7、优选至少两个反应器7、更优选三个下吸式固定床气化反应器7，反应器的几何形状和工艺被优化用于限制冷凝物的产生。所述第二气化节段还使用密封装料系统8，其作为非限制性示例由旋转阀表示；使用用于合成气的旋风提取系统9；以及使用用于生物炭的密封提取系统10，该生物炭作为起始生物质的气化的进一步产物而获得。应当指出，所生产的生物炭的量可以被回收以便随后用于其他用途。例如，作为土壤中的改良剂，因为它对这种应用的益处是众所周知的。

设施100的第二气化节段进一步包括用于冷却从气化步骤产生的物质的冷凝系统11、以及用于净化合成气的过滤系统12。必须指出的是，基本的回收室13与所述冷凝系统11和过滤系统12集成在一起。这种基本的回收室13适于收集最高沸点的物质，其在气化反应器中产生并在所述冷凝系统中适当冷却以便然后在所述回收室13内沉淀。否则，气态物质并具体是H2和CO的合成气继续行进通过所述过滤系统12。

第三吸热马达节段包括至少一个合成气马达14，其具有以已知权宜适当改进的狄塞尔循环，针对特定的生物合成气生物质燃料进行校准。

用于热回收的第四节段包括一组部件和导管——其在以已知权宜在空间上适当地布置和配置时——允许回收由合成气生产工艺以及由合成气通过前述马达14燃烧产生的热量。更详细地，所述第四节段提供了回收和使用在设施100的操作期间生成的热量产生源。更详细地，第四节段提供了：在生成时，合成气的热量首先传递到气化反应器7的热解区；随后，与所述过滤器系统12相关联的冷凝系统11的冷凝器回收其他热量，该其他热量连同气化节段、反应器和马达的辐射热一起照射附近储存装置以便干燥固体木片生物质。所述第四节段进一步提供，通过非限制性示例，用两个水与水交换器和水蒸气交换器回收马达冷却液和排气的热量，并且这种热量被带到法兰(端子)以便提供给使用者。

因此，设施100的操作工艺(也是本工业发明专利申请的权利要求的目的)至少包括以下步骤：

a)将原料引入，因此将固体木质生物质引入第一节段中，该第一节段用于在第一容器1的罐2内储存、筛选、干燥和压块制造生物质；

b)将经适当处理的所述生物质在至少一个装料料斗15内(例如用螺杆系统)转移，并且通过作为非限制性示例由旋转阀表示的所述密封装料系统8将生物质从所述料斗15转移到气化反应器7；

c)使固体生物质在所述反应器7内部气化(经过燃烧热解和气化工艺本身的还原)；

d)使由气化产生的气体从所述反应器7流出并经过旋风提取系统9，该旋风提取系统适于执行重新插入所述反应器7中的生物气的气态部分(在反应器7的下部中)与生物炭所表示的副产物(按初始生物量的重量计2％至5％)的分离。生物炭被适当回收并保存用于其他用途，例如作为土壤的改良剂；所述回收通过密封提取系统10进行；

e)使气态物质从反应器7流出并且在用于冷却从气化步骤产生的物质的冷凝系统11内、以及用于净化合成气的过滤系统12两者中经过。经过所述冷凝系统11允许具有较高分子量的物质沉淀，这些物质将回收在合适的回收室13内。所回收的材料包括物质的复杂混合物，这些物质是诸如酚、芳族多环烃和各种杂环化合物。通常定义“煤焦油”的具有高分子量的物质的所述混合物被回收，以便然后被输送到设施100的第一容器1'的第一节段中并与生物质“混合”。如将在本说明书的过程中说明的，该方面为设施100的工艺的一些步骤提供了进一步的协同贡献，优化其有效性和操作；

f)使包含H₂和CO的合成气从过滤系统12流出，以及使所述合成气进入三通阀16中，该三通阀允许以两种模式管理设施100：火炬或马达。更具体地，借助于所述三通阀16，所述合成气可以被输送到火炬17，或者继续其行程以到达马达14；

g)借助于优选地在所述第二容器1”内部的合适发电机将由所述马达14产生的机械能转换成电能，所述第二容器借助于还允许所述马达14与发电机连接的互连导管13连接到第一容器1'。

如上所述，回收由系统的部件产生的所有热量，以便然后将其输送到固体起始生物质以对其进行干燥并以便供应给用户。

与热电联产设施100一样，使用起始于固体木质材料生物质的H2和CO合成气来产生热能和电能的工艺的特征在于由于与设施100的第一容器1'的第一节段中的系统集成的特定部件，该工艺包括用于筛选、干燥和制备压块形式的木片的特定步骤。如上所述，自从用于“在机器上”筛选和干燥木片的先前步骤以来，在将所述生物质插入压块机6中之前，所述部件协同配合，允许获得具有最佳特性的压块-既关于压块的结构稳定性又关于其小于或等于按重量计10％的含水量。因此，可以避免与待转换的基质中的水存在相关联的所有问题，如目前使用由木质材料制成的固体生物质的热电联产设施所发生的问题。

更具体地，在木片装载节段的头部处安装有三通振动筛4：穿过筛子(筛下)的细小材料部分自动卸载到下方的研磨机5上，该研磨机为后续的压块制造步骤准备材料。将具有合适尺寸(过筛)的原料部分供给到罐中以便在其中进行干燥。筛选还提供了一种系统，该系统用于“捕获”和卸载较大的木块(通常是少量的)，这可能导致运输构件堵塞，而除铁机的进一步存在阻止触及“侵入式”金属零件。然后，所分开的材料前进到由于机器本身产生的热空气而在研磨机5内干燥的步骤，并且当合适的湿度传感器允许时，将这种材料供给到压块制造步骤。从这里，以预先建立的尺寸制造的压块被直接泵送到气化反应器。以此方式，使用99％的木材生物质并且没有显著的丢弃物。

实质上，设施100在桶状罐2中集成了对具有不合适尺寸的木材进行干燥、筛选和压块制造的功能以给送到气化节段。结果是机器上的转化节段，其完全地集成在所述第一容器1'中并且可以以自动化方式进行管理。

在与本发明有关的实验过程中，还令人惊讶地发现，从排出气化反应器的合成气的冷凝和过滤步骤回收焦油，并且具体是使其在设施的导管内输送以便到达容纳木片的桶状罐2内，不断改善压块的性能以使其随后转化为合成气。更具体地，观察到基于高分子量烃的粘性液体的存在不仅改善了压块的致密性，这是直观的，因为此类混合物的“粘结”性质是已知的，但最重要的是优化生物质到合成气的转化，增加感兴趣的气态产物的产量，从而与压块制备的步骤发挥了协同作用，该压块变得更加紧凑，并且气化步骤涉及感兴趣的产物的更高产量。

一个可能的解释可以追溯到以下事实：所述含碳液体可以通过与木片混合而被吸附或以各种方式与固体生物质的表面粘结，作用是使一些化学物种和基团(存在于其分子结构中)更有效(以其“键合”形式)从其分子结构中消除，因此有助于所产生的CO和H₂的可能增加以及合成气生产工艺的产量的总体增加。

所述工艺并且特别是与设施100相关联的工艺的所述步骤e)因此允许获得压块，该压块与设施所生产和再循环的焦油混合，在随后的气化步骤期间在转换性能方面具有改善的特性。

设施操作工艺的步骤也提供了许多权宜之计，其符合气化要求并具体是：在压块制造之前连续控制木材的湿度；整个研磨和压块制造线上的真空系统，以便有助于去除湿汽并允许在不改变反应器7的操作的情况下将压块送入管线；用于将压块直接泵送到反应器的管系统；基于根据材料的可用性设定的选择标准或基于预定标准，提供调节和控制功能(木片/压块比)；用于检测可能的堵塞的传感器和用于自动分辨堵塞的系统。

因此，本热电联产设施100的第一节段提供：优化木片的选择以及自动装载尺寸完全适合气化设施的木材；选择、研磨和压块制造的循环彼此同步并根据机器的连续生产进行调节；呈压块形式的木片的根据各种模式(自动、手动和同时)分离和调节供给；将所有零件集成在容器内以提供即插即用的设施解决方案。

整个工艺也可以被完全控制和自动化。

如上所述，设施100包括火炬17，该火炬在马达紧急状况或维修停止的情况下允许合成气生产转移到所述火炬以便燃烧。火炬17设置有液压防护装置以便防止意外的火焰返回，并且设置有引燃器以用于在一定高度处在最终步骤中点燃合成气。

设施100进一步包括用于排放烟雾和排放物的系统。更详细地，排放物仅穿过马达的催化消声器，并且在全球法律规定的法律限制范围内。

如上若干次所述，设施100和相关操作工艺的特征在于部件的特定集成、协同合作，以便在机器上干燥、筛选和压块制造以获得生物质燃料，以及通过再利用在由反应器冷凝和过滤合成气的步骤之后产生的焦油所提供的进一步协同贡献，以便与起始生物质混合，从而令人惊讶地改善其转化为合成气的性质。

因此，在本说明书的过程中，重点在于表征本发明的上述方面，因此省略了已知的所有结构特性和权宜之计，诸如传感器、阀、稳压器、减压器等、以及各种杠杆系统，其仍然包括在设施100中。因此理所当然地认为本领域技术人员理解这些物品的存在；清楚的是，本发明的实质及其发明特性在于上面概述的方面。

然而，为了更详细地描述根据本发明的热电联产设施100的结构特征，在下文中，已经提供了用于在其优选实施例之一中实现设施的一些部件的非限制性清单。

所述设施进一步至少包括以下部件：

-同步交流发电机、低压、自激、无刷、四极、400V、50Hz、带中性点的三相。自动电压调节器、自动功率因数调节器；

-钢制底座、抗振支架、起动用蓄电池；

-带电磁阀、压力调节器、过滤器、安全稳压器的原动机进气坡道；

-用于生产热水的热回收模块，包括板式乙二醇水与水热交换器、蒸气与水管式换热器、开/关型蒸气旁通、主水泵、阀、隔热管、压力探针、温度探针、法律规定的保护；

-住宅移除型45db的排气消音器(A)；

-与国家电网并联操作的电路板；

-长6.0米、宽2.4米以及高2.6米的容器；

-具有防尘过滤器、防侵入网和隔音迷宫的通风口；

-灯信标。

如已经描述的，热电联产设施100可以包括一个或多个气化反应器。通常但非排他地，根据设施100的各种实施例，两个气化反应器或三个气化反应器。因此，该方面与至少两个气体生产线和至少两个热电联产组的存在相关联。有利地，这种特性允许在必要的维护步骤期间不完全使设施停机。更详细地说，关于50kW的机器，这是由两条相同的线路制成的，使得可以关断其中一条而不必关断另一条。当功率为100kW时，设施通常包括三个反应器和两个马达，因此有利地允许对部件中的每个独立地轮换维修活动。

本设施的这些特性首先影响设施的热能产生：因此在维护时期期间，即使功率减小，用户也在热能管理中保持连续性。对于一些设备，该方面可能是非常有利的(例如，用于体育器材设备)。整体电力生产略有增加，因为在仅通过一条线路运行的时期期间，可以利用功率裕度，从而产生高达标称功率的65％的功率。同样对于电功率，仍然保持供电连续性，其对于使用“离网”可能是重要的。

还应指出，对于根据本发明的所有实施例，用于包括在设施中并安装在容器内的各种元件的结构和支撑方法允许在普通的容器运载装置上运送设施。此外，设施100已经被测试以便用于1类地震带。

Claims (11)

1.一种用于从固体木质生物质连续产生电能和热能的热电联产设施(100)，该固体木质生物质选自呈木片、藤枝、灌木和灌木丛形式的木材、谷物、干草、动物褥草、适当处理的泥、果壳和果仁、适当处理的外皮、纤维培养物及其组合物，所述设施(100)包括通过至少一个互连导管(1”')连接的至少一个第一容器(1')和至少一个第二容器(1”)，所述第一容器(1')包括适于引起所述生物质转化成包含H₂和CO的合成气的部件，所述物质适于供给包括在所述设施(100)中的至少一个吸热马达(14)，该吸热马达适于产生可转换成电能的机械能，所述第二容器(1”)适于至少容纳电流发生器和至少一个电路板，所述第一容器(1')包括：用于储存该固体木质生物质的至少一个第一节段，所述第一储存节段包括桶状罐(2)；用于通过至少一个合适的气化反应器(7)生产合成气的至少一个第二节段；被供给先前在所述第二气化节段中合成的燃料的至少一个第三吸热马达(14)节段；以及用于总热回收的至少一个第四节段，所述热电联产设施(100)具有高达数百kW的标称功率并且其特征在于在所述第一储存节段中，所述热电联产设施包括集成在机器上以用于干燥、筛选和制备压块形式的该固体木质起始生物质的系统，所述第一节段包括干燥器(3)；三通振动筛(4)；研磨机(5)和集成式压块机(6)，所述振动筛(4)、所述干燥器(3)和所述集成式压块机(6)协同配合。

2.根据前述权利要求所述的用于从固体木质生物质连续产生电能和热能的热电联产设施(100)，其中该第二气化节段进一步包括：至少两个下吸式固定床气化反应器(7)；用于该先前干燥和制备的生物质的至少一个密封装料系统(8)，该密封装料系统由旋转阀表示；用于该合成气的至少一个旋风提取系统(9)；以及用于可通过所述固体起始生物质的气化获得的生物炭的至少一个密封提取系统(10)；用于冷却由该气化步骤产生的物质的至少一个冷凝系统(11)；用于净化该合成气的至少一个过滤系统(12)；适于回收在所述气化反应器(7)中产生的最高沸点物质的至少一个回收室(13)，所述物质具有焦油形式，焦油可朝向该固体起始生物质输送。

3.根据前述权利要求中任一项所述的用于从固体木质生物质连续产生电能和热能的热电联产设施(100)，其中该第三吸热马达节段包括具有改进的狄塞尔循环并针对所述合成气进行校准的至少一个马达(14)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的用于从固体木质生物质连续产生电能和热能的热电联产设施(100)，其中用于热回收的该第四节段包括在空间上适当配置以用于回收所产生的热量的一组导管，该热量是通过该合成气生产步骤、通过其利用所述马达(14)的燃烧和通过与该过滤系统(12)相关联的冷凝系统(11)产生的，后回收的热量适于照射储存物以便有助于该固体生物质的干燥，所述第四节段提供了来自用于这些马达的冷却液和排气的热量的回收通过两个水与水和水蒸气交换器回收并送到终端以供应给用户。

5.根据前述权利要求中任一项所述的热电联产设施(100)，包括：两个合成气生产管线和两个热电联产组，所述设施(100)具有50kW的标称功率。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的热电联产设施(100)，包括：三个气化反应器(7)和两个吸热马达(14)，所述设施(100)具有100kW的标称功率。

7.一种用于从木片所表示的固体生物质开始连续产生电能和热能的工艺，所述工艺利用根据前述权利要求中任一项所述的热电联产设施(100)，所述工艺提供：

a)将这些木片引入该第一节段中、进入该第一容器(1')的桶状罐(2)内，该第一节段用于该生物质的储存、筛选、干燥和压块制造；

b)将经适当处理的所述生物质转移到至少一个装料料斗(15)内，并且通过由旋转阀表示的所述密封装料系统(8)将这些木片从所述料斗(15)转移到至少一个气化反应器(7)；

c)使该固体生物质在该至少一个反应器(7)内气化；

d)使由该气化产生的气体从所述反应器(7)流出并经过旋风提取系统(9)，该旋风提取系统适于执行该生物气的气态部分与由生物炭表示的副产物的分离；所述分离是用密封提取系统(10)进行的；

e)使这些气态物质从该反应器(7)流出并且在用于冷却由该气化步骤产生的这些物质的冷凝系统(11)内、以及用于净化该合成气的过滤系统(12)两者中经过，所述经过允许具有较高分子量的物质沉淀，这些物质将在合适的回收室(13)内回收，具有较高分子量的所述物质被回收，以便然后被输送到该设施(100)的第一容器(1')的第一节段中并与该生物质混合；

f)使包含H₂和CO的该合成气从该过滤系统(12)流出，并且使所述合成气进入三通阀(16)中，该三通阀允许以两种模式管理该设施(100)：火炬或马达，所述三通阀(16)允许将该合成气输送到火炬(17)，或继续其行程以便到达该至少一个马达(14)；

g)借助于优选地放置在所述第二容器1”内部的合适发电机将由所述马达(14)产生的机械能转换成电能，所述第二容器借助于还允许所述马达14与这些发电机连接的该互连导管13连接到该第一容器1'；

所述工艺的特征在于在所述步骤a)中，穿过该振动筛(4)的筛子的细小材料部分由下方的研磨机(5)直接卸载，该研磨机为通过压块机(6)的随后压块制备准备好材料；将表示过筛的原料部分给送到该罐中以便在其中进行干燥；将以预先建立的尺寸制成的压块直接泵送到这些气化反应器(7)。

8.通过根据权利要求1至6中任一项所述的设施(100)以及通过根据权利要求7所述的工艺的步骤a)可获得的呈压块形式的木片，所述压块的特征在于这些压块具有2cm到6cm的直径、0.5cm到4.5cm的厚度、以及小于或等于按重量计10％的含水量。

9.根据前述权利要求所述的呈压块形式的木片，所述压块具有4cm的直径和3cm的厚度。

10.通过根据权利要求1至6中任一项所述的设施(100)以及通过根据权利要求7所述的工艺的步骤a)和步骤e)可获得的呈压块形式的木片，所述压块进一步与来自所述设施(100)的循环的焦油混合。

11.根据权利要求8、9和10中任一项所述的呈压块形式的木片用于从包含以下的合成气产生电能和热能的用途：H₂和CO。