CN116745556A - 碳化和热解方法及系统 - Google Patents

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Abstract

描述一种用于碳化和热解含烃的非流体材料的工艺。其特征在于耐火结构[2]内的竖井[1]中的连续塞流。在竖井内，材料被竖井的热内表面加热，而不允许空气进入竖井。此外，产生的热解气体被直接引导到耐火结构内的碳化竖井周围的燃烧通道[3]，在燃烧通道[3]中添加受控量的空气或氧气，部分地燃烧气体，从而为该工艺提供热量。该工艺的目的是在不排放CO2的情况下将不同的废物流转化为可再用的元素、去除有害材料、生产合成气、提取氢气以及产生适合于开采金属、CaO和磷光体等的富碳残余物。

Description

碳化和热解方法及系统
技术领域
本发明涉及通过组合的高温碳化和热解将含烃材料或产物(特别是废物)转化成其组成元素或小分子。在下文中，该转化方法和系统也被称为ProWASTE。
术语
碳化：
对煤、木材、生物质、纸张、塑料和其它烃或含烃的大多数固体、材料或物质进行缺氧加热，使得所有挥发性元素被释放，蒸发或分解为蒸发的分子，从而留下碳灰物质。
热解：
将烃缺氧加热到将较长分子分解成挥发性组分和/或将挥发性组分分解成短链分子或组成元素的温度。
背景技术
许多热解和碳化工艺已经存在或在公共领域中被描述。为了描述ProWASTE的区别，这些现有技术工艺基于共同特性来描述，这些共同特性将这些现有技术工艺或方法以它们不用于ProWASTE工艺的不同方面进行分组。
·存在现有技术的热解工艺，其是基于一定量的材料从其起始成分至最终或半最终结束状态的分批处理，并且在处理期间没有新材料进入该工艺。
ProWASTE工艺的特征在于连续或半连续的塞流，其中新材料在反应通道或竖井的一侧连续或间歇地进料到工艺中，而残余物在通道或竖井的另一侧连续或间歇地离开工艺。
·存在现有技术的热解工艺，其中空气或氧气被允许进入或直接注入工艺中、与热解和碳化物质直接接触，以便部分焚烧热解和碳化物质，从而提供必要的热量。这导致特别是碳化物质的碳部分的部分焚烧。
ProWASTE工艺的特征在于，加热所需的热量通过传导和辐射从形成容纳竖井或通道的材料间接地添加到热解-碳化工艺中，在该容纳竖井或通道中进行热解-碳化工艺。此外，将氧气或空气以氧气不能到达碳化物质的固体部分的方式在碳化工艺下游添加到热解气体中。
·存在现有技术的热解工艺，其中通过容纳工艺物质的容器的壁间接地添加热量，
其中该通道或容器或者至少容器的热交换部分由金属制成。这些工艺的特征在于相对低(低于500℃)、中等(高达700℃)或中高(高达900℃)的热解温度，使得许多较短或持续的烃链保持原样。
ProWASTE的特征在于，使用耐火材料来形成热解/碳化竖井或通道，从而产生将碳化物质的温度升高至900℃以上，更具体地升高至约1150℃的温度的可能性。ProWASTE进一步的特征在于，在热解气体离开耐火结构并因此离开工艺之前，通过向热解气体添加氧气或含氧气体，通过部分燃烧将热解气体的温度升高至甚至更高的温度，例如1500℃或更高。
·存在现有技术的热解工艺，其中通过与热解和碳化物质混合的附加介质将热量添加到热解和碳化物质。这种介质可以是像沙子一样的细粒的，或者可以是由卵石或陶瓷或金属球组成的粗粒的。这种附加介质在单独的隔室或炉中在与热解和碳化物质直接接触的外部被加热，并且被再循环或被一次性处理。
ProWASTE工艺的特征还在于，加热所需的热量通过传导和辐射从形成容纳竖
井或通道的材料间接地添加到该工艺中，在该容纳竖井或通道中进行该工艺。·存在使用螺旋钻反应器的现有技术的热解工艺，其中螺杆或其它输送机构驱动热解和碳化物质通过管道或通道，从外部加热或通过与如上面描述的附加介质混合进行加热。
ProWASTE的特征在于塞流式反应器，其中热解和碳化物质从一端被推动通过，无论是否由重力辅助，但在反应器本身内没有输送机构。其特征还在于以下事实，碳化物质的体积可以在碳化工艺期间减小，但是通过向工艺中添加新的材料来连续填充体积损失，使得通道或竖井保持完全填满。这可以导致碳化通道的入口侧的较高的塞流速度和通道的下游区段中的较低的塞流速度。
·存在现有技术的热解工艺，其使用(不同形式的)流化床反应器，如鼓泡床反应器、混合床反应器或气流床反应器。这些类型的反应器产生快速混合条件和快速热和气体交换。它们利用反应器中气体部分的高流速，并且具有短的停留时间和/或高的再循环倍数。然而，它们在固体物质颗粒的尺寸和重量范围以及尺寸和重量分布方面具有严重的局限性。流化床反应器难以处理较大和较重的部分，特别是在具有较轻部分的混合物中以及当较重部分在工艺期间不分解时。
ProWASTE的特征在于塞流式反应器，其中混合固体物质被引导通过反应器，在反应器中，通过辐射和传导产生的热交换是缓慢的。ProWASTE进一步的特征在于低的气流速度，并且特别能容忍所供给的物质中固体部分的尺寸和/或重量的不均匀分布。
·然后，存在热解更多的流体或(半)液体材料或混合物(通常含有更大量的水)的现有技术工艺。这些类型的热解反应器通常是管道反应器，并且通常在高压下。
ProWASTE的特征在于，在接近大气压力下，在一个或多个竖井或通道中的干燥或半干燥固体材料流。
·大多数现有技术工艺的共同之处在于热解气体达到的最高温度接近或等于工艺中固体部分内达到的最高温度。
ProWASTE的特征在于，热解气体部分在离开碳化通道之后的显著的温度升高。固体碳化物质的最终和/或最高温度以及热解气体的温度分布都被控制在很大程度上独立的预先选择的窄温度带内。
现有技术的另一组工艺是用于炼焦的工艺。事实上，对于钢铁工业实施的炼焦可以被认为是热解和碳化炼焦煤，从输入的煤中释放所有挥发物。它们类似于ProWASTE工艺，因为它们使用耐火构造来加热煤体，并且它们达到固体物质(焦炭)的约1150℃的高的最终工艺结束温度。两种形式的炼焦被广泛使用：
·副产物炼焦，其中煤在窄的矩形室中而不是在通道中分批热解，并且其中热解气体(焦炉煤气)相对冷地离开碳化物质(取决于工艺的阶段)，并且在离开焦化室之后立即淬火。
·热回收炼焦，其中煤在大部分非常大的室中分批热解，也不是在通道中，并且其中空气被允许部分地进入焦化室中，部分地进入焦化室周围的燃烧通道中，并且其后部分地使得所有热解气体(焦炉煤气)被燃烧。所产生的过量热量随后被引导到蒸汽锅炉以产生高温蒸汽。
与它们的应用分开，这两种工艺与ProWASTE工艺的不同之处在于这些工艺是分批的，热解/碳化煤体在工艺期间在室中保持静止，而不是移动通过通道或竖井。副产物炼焦的不同之处还在于，焦炉煤气在离开焦化室之后立即淬火。热回收炼焦的不同之处还在于，所有的焦炉煤气在离开工艺之前都被完全焚烧。
·在炼焦中，还提出竖井式反应器焦化配置，但从未得到(广泛或持久的)应用。当回顾该领域中的所有专利时，这些工艺与ProWASTE的不同之处在于，这些工艺是分批执行的，而不是在塞流中(半)连续地执行，或者在于产生的废气被直接导出反应器或在反应器内完全焚烧，或者在于竖井以组合操作交替操作而不是独立操作，或者在于“竖井”就其截面而言更像平的竖直室，或者在于这些方面的组合。
相反，除了不同的应用领域之外，ProWASTE的特征在于通道、竖井或隧道，其中材料被连续地处理，具有连续进料和连续卸载，并且其中单个通道可以独立地操作，而与更多或相邻通道的存在无关。此外，ProWASTE的特征在于热解气体在该工艺中仅部分燃烧，但使气体的热值的50％至75％不受影响。
发明内容
本发明提供了一种工艺并描述了可能的实施例，用于处理生物质、来自其它工艺的含烃残留材料、含烃的寿命终止的组分、制品或产品和/或各种(半)干燥废物流(包括纸和(热塑性和热固性)塑料)以及提及的材料的任何混合物，包括无论什么情况下存在的任何污染物，如金属或金属零件、玻璃、沙子、石头、石膏等。下面的描述给出该工艺的建议实施例。
附图说明
附图中例示本发明的实施例，在附图中：
图1示出碳化通道和耐火结构的截面的实施例；
图2示出在一个堆积耐火结构内的多个碳化通道的截面的实施例；
图3表示ProWASTE反应器的可能的实施例的截面；以及
图4是反应器的截面顶部的实施例，示出可在废料和耐火结构之间插入不粘层的方式。
具体实施方式
图1呈现一个碳化通道的垂直于其长度轴线的可能的截面。在该图中：
[1]圆形碳化通道或竖井内的热解和碳化物质。
[2]形成通道的耐火结构。在该实施例中，耐火结构在截面中被分成四段。这些段用于防止加热或冷却期间的高应力和破裂。
[3]碳化通道周围的燃烧通道。在该实施例中，八个燃烧通道围绕单个碳化通道被分组。
在碳化工艺期间释放的热解气体被直接引导到燃烧通道。在燃烧通道内，该热解气体部分燃烧，产生足够的热量以加热碳化物质并补偿到外界的热损失。
图2呈现多个平行通道的可能的截面。多个通道在朝通道的中心线的热传导方面更好。在非常大直径的通道中，这将花费太多时间，减慢反应过程并导致需要降低塞流速度，而且每单位时间可以处理的物质的量几乎没有增加。
图3呈现沿着竖直竖井ProWASTE反应器的可能实施例的碳化通道的长度轴线的截面。在该图中：
[1]、[2]和[3]还是碳化通道、耐火结构和燃烧通道。
[4]是碳化竖井和燃烧通道之间的直接连接部。热解气体在碳化通道内产生，并且向下游朝这些连接通道并随后朝燃烧通道[3]慢慢移动通过多孔碳化和部分已经碳化的物质(上游侧被封闭并且具有相等或更高的压力)
[5]耐火结构中不同水平处的燃烧通道中的氧气注入点。氧气的(亚化学计量的)量决定多少热解气体被燃烧，以及随之多少热量被添加到该工艺中。这应该是使得所有热解气体达到例如1500℃或更高的温度并且使得碳化通道中的碳化物质达到900℃或更高的温度的量。所需的热量由输入物质的热容量以及固体材料分解和挥发性组分蒸发所需的能量的量决定。它还由到外界的热损失决定，因此由耐火结构周围的隔热量决定。通过氧气注入燃烧通道的高度，可以控制通过耐火结构的竖直热分布，从而对碳化/热解工艺给予更多控制。代替氧气，空气可以用于(部分)燃烧热解气体。然而，这将导致热解气体被氮气稀释。这可能限制气体的使用选择。
[6]耐火结构中的燃烧通道和管道系统之间的连接部。
[7]用于将部分燃烧的热解气体引导到工艺中的下一步骤的管道系统。这可以是用于输入材料的预热器/干燥器、洗涤器或其它气体处理设施、袋滤室、化学转化单元或任何类型的燃烧器或火炬。
[8]热解气体管道内的冷却区段。该冷却区段可以被放置为尽可能靠近[6]，即耐火结构中的燃烧通道和管道系统之间的连接部，或者在管道系统中的更下游。
[9]仍然热的热解气体可以与已经用于干燥和预热输入材料的相同气体的再循环流混合。这将在气体进入预热和干燥区段之前降低气体温度，但使用于干燥和预热的体积倍增。这样可以避免过高的预热温度，仍然使用热解气体中存在的所有热量。
[10]用于驱动再循环气流的通风机。该通风机还保持碳化通道的输入侧(较高压力)和燃烧通道(较低压力)之间的压力差。这防止热解气体在没有经过高温燃烧通道的情况下离开该工艺。
[11]预热和干燥箱。在该箱内，热解气体(和再循环气体)的热含量可以传递到固体输入材料，以在输入材料进入碳化通道之前预热和干燥输入材料。该箱可以具有不同的形状和尺寸，并且可以配备有用于更好地混合预热和干燥材料与气流的机构(例如，混合器或旋转滚筒)。基本上，在一方面的固体材料与另一方面的气流之间产生反向移动。
[12]排气通风机，必要时为后续气体处理步骤提供压力，并且为ProWASTE反应器的整个气体系统保持轻微的负压(低于大气压)，从而防止任何气体从反应器泄漏到外界。
[13]来自ProWASTE反应器的热解气体的输出部以及用于释放的气体的随后工艺步骤的连接部。该下一步骤可以是洗涤器或任何其它气体清洁设施(如静电除尘器或袋滤室)，可以是脱硫单元、化学转化单元、气体分离单元或任何类型的燃烧器或火炬。
[14]待在反应器中处理的材料的输入部。利用预热和干燥箱[11]，可以处理湿组分(重量高达约25％的水)，而不减慢碳化竖井中的工艺。
[15]锁箱或闸门，用于防止气体从工艺中逸出或空气进入工艺。两个闸门(在示例中为滑阀和铰接阀)一次仅打开一个。
[16]在预热和干燥箱内，某种输送机构将输入材料向碳化竖井的入口点移动。在该示例中，描绘双链输送机。
[17]碳化通道的入口，由活塞或柱塞封闭，该活塞或柱塞间歇地提升以使新材料进入通道。随后，活塞或柱塞将材料向下推动到通道中，压实新进入的材料，并且将整个热解和碳化物质柱向下推动通过碳化通道。在活塞提升期间进入碳化通道的来自干燥箱的气体再次通过燃烧通道出来，并且由[10]驱动回到干燥箱中。
[18]液压缸或气压缸或其它提升和推动机构(例如，电驱动滚珠丝杠)，用于提升活塞或柱塞以使新材料进入碳化通道，并用于向下推动活塞以在燃烧通道的入口处压实新进入的材料并用于(在由重力辅助的竖直竖井的情况下)推动其通过通道。
[19]在碳化通道的端部处的输入材料的完全碳化残余物。在该实施例中，冷却区段被预见为直接与碳化通道一致的延伸部。
[20]碳化通道的冷却区段周围的冷却套。因此，可以产生热水和/或(高质量)蒸汽。
[21]止动器-破碎辊。在该实施例中，有齿的滚筒或轴将碳化的和碳化物质保持在冷却区段内并且由此保持在碳化通道内。辊也为活塞或柱塞[17]提供阻力以施加其压实力。
[22]锁定室，用于在排出碳化残余物期间防止气体从工艺中离开或空气进入工艺。
[23]排出的碳化残余物。由于热解/碳化工艺，残余物的体积将小于原始输入材料的体积。由于高碳化温度(>900℃)，残余物将不含任何烃和许多其它污染元素。
图4呈现沿着特殊配置的碳化通道的长度轴线的可能实施例的顶部的截面的细节，在特殊配置的碳化通道中，抗堵塞层围绕废物流的圆周被添加到废物流。
在该图中：
[24]缓冲器或斜道，用于插入在废料和耐火结构之间的抗堵塞材料。材料可以是任何类型，只要其在碳化通道中的条件下不熔化或不以粘的方式反应。优选使用具有良好导热性能的材料。示例材料可以是来自固体残余物的(研磨的)碳部分的一部分，其将在反应器中再循环，但是不会增加反应和残余材料的复杂性。
[25]导路，用于将抗堵塞材料带到燃烧通道并使其进入燃烧通道。目的是使材料围绕碳化通道的圆周均匀地分布。推料机构和密封阀(例如，zellenrad闸门)可以包括在抗堵塞材料的供给部中。
[26]碳化通道的装料周围的抗堵塞层。层的厚度可以通过入口的几何形状和/或供给部中的推料机构来控制。当燃烧通道的装料由于热解/碳化工艺而压实时，厚度将增加。
[30]由导热壁/耐火结构[2]限定的用于热解/碳化的反应区。
[32]反应器系统的外壳，具有限定反应区[30]的耐火结构[2]、多个燃烧通道[3]以及用于给料、抗堵塞材料、气体和残余物的各种入口和出口。
[34]原料进入反应区[30]的给料入口。
[36]在气体排出位置处的气体出口，在该气体出口，热解气体从反应区[30]移除。
[38]在气体出口[36]下游的固体排出位置处的固体出口，在该固体出口，固体残余物离开反应区[30]。
应用
ProWASTE工艺可以用于处理以下废物流等：
·所谓的混合的城市残余废物；
·任何类型的干燥或半干燥生物质，没有被或被沙子、石头、塑料或任何其它材料污染；
·脱水的污水污泥；
·来自家庭或小公司的混合有毒废物；
·火车或公共汽车解构的剩余部分的混合废物流；
·(可能被污染的)混合的医院废物；
·不能以其它方式适当回收的混合纸张和/或塑料废物流；
·来自其它工艺的含烃的混合废物流和残余物；
·(污染的)重质原油或油罐清洁残余物；
·被油、焦油或其它烃严重污染的土壤；
·沥青砂；
·汽车轮胎；
·寿命终止的电气和/或电子器具、计算机、仪器和设备；
·印刷电路板、线缆吊杆、连接器；
·寿命终止的太阳能电池板；
·寿命终止的风车叶片；
·GFRP或CFRP船舶或游艇船体或飞机部件；
·飞机内部和任何包含飞机部件的复合材料；
·来自运动场的寿命终止的人造草皮；
·汽车回收残余废物流；
·混合纺织产品、服装、碎布和鞋；
·地毯和床垫；
·或者上面描述的两种或更多种废物流的任何混合物或组合。
基本上，具有一定百分比的无论何种类型的烃的所有固体或半固体废物流都可以在具有适当尺寸的ProWASTE反应器中被成功地处理。由于以下原因，烃的百分比可以远低于废物焚烧设施内焚烧所需的烃的百分比：与燃烧的气体部分的温度相比，固体物质保持在较低的温度，(在燃烧空气中)没有需要加热的氮气，并且因为耐火结构的尺寸(以及其热损失)小于具有相当生产能力的焚烧设施的炉的尺寸。
启动
为了启动ProWASTE反应器，耐火结构需要被加热至最低热解温度以从碳化通道内的初始装载产生足够的热解气体，用于进一步加热并用于维持适当的工艺条件。最低温度取决于输入材料的成分。
加热可以通过燃烧通道中的预热燃烧器来实现(例如，通过将燃烧气体注入通道中)。启动设施的另一种方式是通过将临时空气或氧气注入碳化/热解通道的上游侧来(可能部分地)焚烧碳化/热解通道内的富含烃的起始装载。耐火结构的电预热当然是第三种选择。
优点
ProWASTE工艺的优点很多。它们为：
·它接受非常广泛的含烃的干或半干废物组分。
·石头、沙子、粉笔、石膏、玻璃等的(混合)金属零件的存在对于该工艺不是问题。
·大块和细颗粒的混合物在该工艺中可以被很好地接受。
·潮湿或湿的组分没有问题(低水平的余热用于干燥)。
·输入材料中的低温挥发物不给该工艺带来问题。它们随合成气从干燥器下来(如有需要，它们可以从干燥器被洗涤)，或者在该工艺中被裂解和热解。
·该工艺在低压(接近大气压)下以低气流速度运行，这简化任何实施例并限制泄漏的风险。
·该工艺在低的固体材料流速度下进行，这限制了磨损和撕裂。
·由于低的材料和气体流速以及由于低压差，来自实施例的噪音水平低。
·该工艺易于伸缩和扩展，在单个反应通道的尺寸(长度和直径)上或通过平行放置多个反应通道，或者二者。
·碳化残余物不含任何挥发物、焦油或任何其它烃，并且形成城市开采的理想原料：金属在该工艺期间不会氧化。碳、CaO、P和其它灰组分以及金属可以在进一步的工艺流中分离。
·某些金属(例如，Zn、Cd)在工艺期间蒸发并随热解气体出现。它们可以在热解气体冷却期间通过受控冷凝来分离。
·氟、氯、溴、碘和硫作为合成气中的元素或氢化物出现，并且容易在湿气洗涤器中洗涤。
·所得合成气是化学工业的高价值原料。它将主要由氢气(约60％)和一氧化碳(约30％)组成，这取决于反应器的供给材料。
·所有已经存在的焦油、PAC、PFAS、二恶英和所有其它通常有毒和持久性的烃将被分解。不会形成新的烃。
·不形成氮氧化物(NOX)。
·在该工艺中，形成非常低水平的二氧化碳(CO2)。以生物质为给料，并且从碳化物质中提取和沉积碳，该工艺的碳足迹甚至是负的。
缺点
缺点是有限的。一些为：
·由于通过辐射和传导进行必要的热传递，它是相对缓慢的工艺。因此，它需要高的工艺温度，因此任何实施例都需要良好的隔热。
·由于该工艺所需的高温和耐火结构的热容量，该工艺不能快速启动和停止。该工艺最好在连续的7天24小时的基础上操作。
·有价值的中间产物(如油或焦油)不能从热解气体分离。
根据本发明的工艺可以通过以下条款描述：
1、一种用于生物质、来自其它工艺的含烃的残余材料的、含烃的寿命终止组分、制品或产品和/或各种(半)干燥废物流(包括纸和塑料)以及提及的材料的任何混合物的组合碳化和热解的工艺，具有以下特征：
·生物质、残余物、组分和/或废物在耐火结构[2]内的一个或多个围封和封闭的竖井或通道[1](称为碳化通道)中以(半)连续的塞流被缺氧加热；
·生物质、残余物、组分和/或废物由形成碳化通道的耐火结构的热的内表面加热；
·将生物质、残余物、组分和/或废物从碳化通道的内表面向通道的中心线逐渐加热到900℃及以上的高温，更具体地加热到约1150℃的温度，一方面产生由挥发性组分的蒸发以及分解放出挥发性组分的烃和其它材料的分解而形成的热解气体，另一方面产生富含碳的残余物，生物质、残余物、组分和/或废物中在那些温度下不蒸发或分解成气态组分的那些组分的混合物；
·所得的热解气体通过形成通道[4]的耐火结构中的热的下游位置处的通道表面中的开口逸出碳化通道；
·所得的热解气体被直接引导，保留在耐火结构内，并且未进一步加压、处理或冷却，被引导到形成容纳生物质、残余物、组分和/或废物的碳化通道的同一耐火结构内的燃烧通道[3]；
·在那些燃烧通道内，热解气体通过注入含氧气体(例如，空气)或更具体地，通过注入氧气而部分(例如50％或更少)地燃烧，使得气流的温度进一步升高到1500℃以上的温度，更具体地，升高到1800℃以上的温度，进一步将所有挥发性组分分解成构成元素或小分子；
·燃烧通道中的过热热解气体加热耐火结构，提供热量以加热和碳化碳化通道内的新供给的生物质、残余物、组分和/或废物，并且补偿到外界的任何热损失。
2、根据条款1的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中生物质、残余物、组分和/或废物的碳化通道中和燃烧通道中的气体压力大约相等且相对低，在0.7巴和2巴之间，更具体地，在大气压附近或刚好低于大气压。燃烧通道中的压力将总是等于或低于碳化通道中的气体压力。由于碳化通道和燃烧通道之间的连接通道或孔口中的流动阻力，可以产生小的压降。
3、根据条款1的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中生物质、残余物、组分和/或废物的碳化通道中的塞流速度非常低，在0.25米每小时和2.5米每小时之间。最佳塞流速度一方面由碳化通道的直径和长度或者宽度和高度和长度确定，另一方面由生物质、残余物、组分和/或废物的比热和导热率确定。当碳化物质损失体积时，一个或多个碳化通道的入口侧的塞流速度相对于相同的一个或多个碳化通道的下游侧的塞流速度可以更高。碳化物质在一个或多个碳化通道内的停留时间应使得遍及碳化通道的整个截面达到预期的高碳化温度。
4、根据条款1的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中沿着形成碳化通道的耐火结构的通道的长度轴线的温度分布通过位置(沿着燃烧通道的更上游和/或更下游)和通过注入[5]到围绕碳化通道的燃烧通道中的热解气体中的氧气的量来调节。
5、根据条款1的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中一个或多个碳化通道的上游侧由锁定室封闭，该锁定室提供两个(组)闸门、滑动件、门或阀，该闸门、滑动件、门或阀中的每一个仅在另一(组)闸门、滑动件、门或阀关闭时打开。锁定室[15]用于使新鲜材料进入一个或多个碳化通道的入口侧，并且防止或限制(热解)气体从碳化通道逸出或气体(例如，空气)进入碳化通道。
6、根据条款1和5的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中每个碳化通道的入口侧由一个或多个活塞[17]形成。活塞(每个碳化通道一个)组合以下功能中的一个或多个：
a)防止或限制(热解)气体从碳化通道逸出，并且防止气体(例如，空气)
进入碳化通道；
b)每次在使新的量进入碳化通道之后压实生物质、残余物、组分和/或废物；
c)推动生物质、残余物、组分和/或废物以及所得的碳化残余物通过碳化通道。
7、根据条款1的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中每个碳化通道的下游侧包含破碎机构[21]。破碎机构可以通过旋转的、可能有齿的轴或滚筒、通过套筒或通过具有以下功能中的一个或多个的阀而形成：
d)计量和控制离开碳化通道的碳化残余物的量；
e)形成阻力塞以防止材料由于重力从碳化通道中掉出。
f)形成阻力塞，活塞或其它机构可以对该阻力塞产生压力，以在碳化通道的入口侧压实生物质、残余物、组分和/或废物；
g)将碳化物质分解成更小的块、粉碎和/或研磨。
8、根据条款1的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中碳化通道在可能的破碎机构之前或之后延伸，冷却区段在耐火结构[19]内或在耐火结构[19]外部延伸。生物质、残余物、组分和/或废物的碳化残余物通过向冷却区段的(冷却)表面的热损失而被冷却。
9、根据条款1的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中在可能的冷却区段和/或破碎机构之前或之后，每个碳化通道的下游侧被具有双闸门的锁定室[22]封闭，使得在碳化残余物离开该工艺的同时，没有气体将从碳化通道和/或冷却区段逸出或者进入碳化通道和/或冷却区段。
10、根据条款1的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中碳化通道在具有或不具有破碎机构的情况下热连接到熔炉/分离池，在该熔炉/分离池中碳化物质被进一步加热以熔化碳化物质的某些组分，更具体地，熔化碳化物质内的金属以促进分离和/或进一步处理。
11、根据条款1的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中在生物质、残余物、组分和/或废物的入口闸门和碳化通道之间构造干燥箱[11]，并且其中热解气体的(一部分)余热用于在生物质、残余物、组分和/或废物被转移到碳化通道入口之前预干燥和预热生物质、残余物、组分和/或废物。
12、根据条款1的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中用于加热耐火结构的部分或暂时的全部热量不是由热解气体的部分燃烧产生的，而是由耐火结构内或燃烧通道内的电加热元件补充或(暂时)替代。
13、根据条款1和可能的其它权利要求中的一项或多项的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺的实施例，其中在向下移动的废物周围并与向下移动的废物一起连续添加不粘的“抗堵塞”层[26]。该抗堵塞层可以是通过反应器再循环的固体残余物的分离和制备的部分。
14、根据条款1和可能的其它权利要求中的一项或多项的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中气体被添加到碳化通道中以对碳化工艺给予更多控制。此一示例可以是蒸汽，以将更多的碳以CO的形式从废物释放到气相中。另一示例可以是甲烷，以裂化甲烷来产生更多的氢气，将甲烷中的(部分)碳与固体残余物一起留下。
15、根据条款1和可能的其它权利要求中的一项或多项的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中气体被添加到燃烧通道中以更好地控制合成气的最终成分。一示例可以是蒸汽，以利用水煤气变换反应来提高合成气的氢含量。另一示例可以是当碳化通道中的进料的烃含量太低而不能产生足够的合成气来保持工艺运行时，将燃烧气体添加到燃烧通道中以增加加热功率。
16、根据条款1和可能的其它权利要求中的一项或多项的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中陶瓷烟灰过滤器集成在燃烧通道中。烟灰过滤器防止可能的烟灰仍然是合成气中的一种物质。通过恰好在烟灰过滤器的上游周期性地注入氧气，可以清除过滤器中堆积的烟灰。
17、根据条款1和可能的其它权利要求中的一项或多项的用于生物质、残余物、组分和/或废物的组合碳化和热解的工艺，其中一种或多种催化剂集成在燃烧通道中。取决于它们的性质，催化剂有助于特定的反应在部分燃烧的气体内更快地进行。这样，可以对合成气的优选成分进行更多控制。

Claims (23)

1.一种用于碳化和/或热解含烃材料的方法，包括：
第一供给步骤，在由导热壁(2)限定的反应区(30)的上游的供应位置处，将所述含烃材料的原料连续或间歇地供给到所述反应区(30)，
加热步骤，通过所述导热壁(2)间接缺氧加热所述原料，同时将所述原料向下游移位通过所述反应区(30)，从而碳化和/或热解所述原料以获得热解气体和残余物，
第一排出步骤，在所述反应区(30)的下游的气体排出位置处从所述反应区(30)排出所获得的气体，
第二供给步骤，将含氧气体供给到所排出的气体，
燃烧步骤，使所排出的气体与所述含氧气体至少部分地燃烧，从而通过所述导热壁(2)间接加热所述原料，以及
第二排出步骤，在所述气体排出位置的下游的固体排出位置处从所述反应区(30)排出所述残余物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含烃材料是固体材料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述含烃材料被间接加热到至少900℃，优选加热到至少1150℃。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中来自所述燃烧步骤的至少部分燃烧的气体达到1500℃的温度，优选1800℃的温度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述原料以在0.25-2.5米每小时的范围内、优选地在0.75-2米每小时的范围内、更优选地在1-1.5米每小时的范围内的速度从所述供应位置移位到所述固体排出位置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一供给步骤进一步包括将抗堵塞材料供给到所述反应区(30)的所述供应位置，使得所述抗堵塞材料被插入在所述原料和所述反应室(30)的所述导热壁(2)之间。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述残余物至少部分用作抗堵塞材料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述原料通过重力或通过挤压所述材料通过所述反应区或通过重力和挤压所述材料通过所述反应区两者而移位通过所述反应区(30)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括用所述燃烧步骤的余热预热并可选地干燥所述原料。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中燃烧后的气体经受气体处理，诸如脱硫、洗涤、气体分离或焚烧，或其组合。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括在所述第二排出步骤之前的冷却所述残余物的冷却步骤。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一个或多个燃烧通道(3)中的气体压力等于或低于所述反应区(30)中的气体压力。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述反应区(30)中的气体压力在0.7-2巴的范围内，优选低于大气压。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述反应区(30)的上游的所述供应位置处的气体压力等于或高于所述第一排出位置处的气体压力。
15.一种用于含烃材料的碳化和/或热解的反应器系统，特别地用于根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述反应器系统包括：
外壳(32)，包括：
导热壁(2)，界定反应区(30)，其中所述反应区(30)被配置为允许所述原料的移位，并且其中所述反应区被配置为允许所述原料的碳化和/或热解以获得气体和残余物，
入口(34)，用于在上游供应位置处将所述原料供应到所述反应区(30)，气体出口(36)，用于从所述反应区(30)排出所获得的气体，其中所述气体出口(36)位于所述反应区(30)的下游的第一排出位置处，
燃烧通道(3)，与所述反应室的所述导热壁(2)成导热关系，其中所述燃烧通道包括配置用以接收含氧气体的气体入口点(5)，
连接通道(4)，连接所述气体出口和所述燃烧通道(3)，以及
固体出口(38)，用于在所述气体出口的下游的排出位置处排出所述残余物。
16.根据权利要求15所述的反应器系统，其中至少所述导热壁(2)和所述燃烧通道(3)由耐火材料构成。
17.根据权利要求15的反应器系统，其中所述反应区(30)竖直布置。
18.根据权利要求15或17所述的反应器系统，包括相对于彼此平行的两个或更多个反应区(30)。
19.根据前述权利要求15-18中任一项所述的反应器系统，其中所述反应区(30)包括用于排出所获得的气体的一个以上的气体出口(36)和用于使所获得的气体与所述含氧气体燃烧的一个以上的燃烧通道(3)。
20.根据前述权利要求15-19中任一项所述的反应器系统，其中所述反应区(30)的所述入口(34)被活塞(17)封闭，其中所述活塞(17)被配置为间歇地提升以使新的含烃材料进入所述反应区(30)并将所述材料推向所述反应区(30)的下游。
21.根据前述权利要求15-20中任一项所述的反应器系统，进一步包括布置在所述气体出口(36)的下游位置处的冷却系统(20)，诸如冷却套(20)，其中所述冷却系统(20)被配置用于冷却所述残余物。
22.根据前述权利要求15-21中任一项所述的反应器系统，进一步包括布置在所述反应区(30)的所述入口(34)附近的预热和干燥箱(11)，其中所述预热和干燥箱(11)被配置用于通过与燃烧后的气体接触来预热并可选地干燥所述原料。
23.根据前述权利要求15-22中任一项所述的反应器系统，进一步包括布置在所述固体出口(38)处的破碎机构(21)，诸如有齿的滚筒或轴。
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