CN1930064A - 利用加压装置供应具有不同颗粒成分的固体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于输送不均质固体物质、特别是生物物质的装置(1)，其包括蜗杆(2)。根据本发明，蜗杆(2)置于装配有对立螺纹(12)的套筒(10)内，套筒能够提高传输效率，并且可以在蜗杆(2)的预定部分形成由受压缩材料制成的料塞，以使该装置与外部隔开。所述装置可连接至少一个其它的蜗杆(28)，其可曝露在压力高于装置(1)的压力下。螺纹侵蚀料塞(30)并传输由此获得的物质，例如送到加压反应器。

Description

利用加压装置供应具有不同颗粒成分的固体
技术领域
本发明涉及对固体物质的输送。具体地讲，本发明涉及输送物质，所述物质是颗粒或非均质形式的，即包括不同颗粒成分，并且或多或少混合有液体，该物质的一个例子现在被称作“生物物质”。
特别地讲，本发明涉及从第一容器或者贮存处向第二加压容器的输送。
背景技术
在其用途之一的情况下，术语“生物物质”包括任何源于生物的非均质材料，它们可以是几乎干燥的，如锯屑或麦秆残余物，或者是饱含水的，如家庭垃圾。由于它们具有不同颗粒成分，所以可证实很难输送。有关生物物质回收，例如利用热化学转化的回收，越来越受到重视，尽管还不是强制性的，因此，输送这种固体物质正在变成普遍实践，而且必须达到所要求的标准，如减少损失，并且必须在最经济的条件下进行。
现在有许多用于供应固体的装置，包括涉及生物物质。可被接受的解决方案传统地使用蜗杆(endless screw)。但是这些系统已被发展成在邻近大气压的压力下操作。
事实上，在回收过程如热化学转化过程中，必须能够将通常在大气压下贮存的不同类型和颗粒成分的生物物质连续供应到加压操作的化学反应器。
第一种类型被设计成用于在这些条件下操作的装置使用例如中度加压的具有氮的室，其被称作“闸斗仓”。由Vrnamodemonstration plant(Sydkraft AB：“Vrnamo demonstration plantreport”，Berlings Skogs，Trelleborg 2001)提供了这种类型反应器的一个例子。这种装置的主要缺点在于要消耗大量的加压气体，加压气体量通常为被输送的质量流的大约十分之一。
另一种类型的装置基于下述原理，其包括通过串联活塞压缩生物物质而允许在贮存元件(传统地在低压下)和反应元件(在高压下)之间实现较好密封。但是，难以在供应固体的同时维持料塞的压缩，并且在固体的供应具有周期性的情况下，在下游工序中会出现不稳定性。
还研制出另一种解决方案，其中，一种传统的蜗杆被用于压缩到达并保持在转盘上的物质，所述转盘装配有金属尖顶，其具有侵蚀(磨蚀)因此形成的料塞的作用。分解后的料塞被收集接着通过例如蜗杆向高压工序输送，如文献JP59-173394和JP60-81385中所描述。但是，结果表明，使用传统蜗杆制成料塞导致降低压缩率，因此通过料塞提供的密封被减弱。此外，操作不是一直恒定，由于固体的连续通过趋向于研磨与料塞接触的表面，由此导致降低压缩效率。还可改进蜗杆的形状，例如使用带有变螺距(DD-A-222091)或锥形螺距(WO 93/15262)的蜗杆，但这种改进仍不能提供对上述问题的最终解决方案。
由此，需要提高将生物物质从供应容器到加压反应器的输送。为此，不同颗粒成分的固体物质的输送构成将被完善的要素的一部分。
发明内容
根据一个方面，本发明涉及一种通过蜗杆进行输送的输送装置。利用本发明，可避免原有的由例如被压缩物质的料塞引起的阻塞输送的问题。根据本发明的装置在围绕蜗杆的套筒上具有对立螺纹；因此，所述输送可以密封地实现，并且对立螺纹可避免在引导被压缩物质的同时使物质积聚在套筒壁上。
优选地，对立螺纹具有比输送螺纹大很多的螺距，并且存在多个交织形式的对立螺纹。所述螺纹和对立螺纹可彼此独立地具有恒定的螺距或变螺距。
优选地，螺纹的螺线和对立螺纹的螺线之间的角度等于90度以获得最大效率，特别是在被输送的固体在被压缩同时被输送的情况下，由此改进压缩并且能量消耗最理想。
在另一个方面，本发明涉及一种输送系统，其中，前述装置在可被连接到第一容器或供应器的引入装置和可被连接到第二容器如反应器的排放装置之间使用，特别是反应器可被加压，即在高于供应容器的压力下，例如通过非常大的温度差。
优选地，本系统中存在的输送装置除输送物质之外还压缩物质，例如，通过存在临时性密封装置。
优选地，设置在输送装置蜗杆一端的被压缩物质或者料塞接着被侵蚀以被再次输送。为此，根据本发明的系统能具有第二蜗杆，甚至是类似于第一输送装置的第二输送装置，其优选以直角设置在形成料塞的第一输送装置端部上，并且至少其一条螺线可被制造成侵蚀料塞以允许由此磨掉的物质通过第二蜗杆输送。为此，用于密封第一输送装置以及允许被输送的物质被压缩的装置可包括第二蜗杆，料塞被保持在其上。
根据一种可行性，由此产生的过程可被重复，并且所述系统可包括不同数量的蜗杆和装置以输送固体物质。所述物质最好沿着水平面被整体输送(除用于供给之外)。所有蜗杆或者仅是它们中的一些，甚至可能仅一个，可提供与输送并行的压缩。在一种优选方式中，允许压缩的螺纹是前述装置的部件，即被放置在具有对立螺纹的套筒内。如上所解释，对立螺纹的存在减少了在输送过程中物质的损失，在不堵塞系统的情况下允许同质压缩，并且由此允许以预定的压缩率和密封质量产生料塞。
更优选地，连续输送装置之间的组件被密封。所述系统甚至可被从输入供应装置到排放容器密封。
在另一方面，本发明涉及将物质从第一容器输送到第二容器的方法，利用与对立螺纹相关的蜗杆，优选地依靠被输送物质的压缩，第二容器能够被加压。所述压缩伴随着料塞的形成，所述料塞提供了产生料塞的装置与置于下游的装置之间的密封。
使用相继的蜗杆允许逐步加压，并且由此减少压缩气体的使用，甚至可以在输送时使用几种不同气体。
附图说明
附图使得本发明可被更好地理解，但附图仅以非限定性示例方式给出一个例子。
图1示出了根据本发明一个优选实施例的装置；
图2A和图2B以分解形式示出从前方及上端看到的利用根据本发明实施例的两个装置输送生物物质的系统。
具体实施方式
图1示出了输送装置1。与现有技术一样，该装置包括蜗杆2，其包括围绕轴线A-A旋转的轴4，所述轴4装配有突出的螺旋盘绕部(螺纹)6。所述螺旋盘绕部6在第一缠绕方向上具有螺线8，螺线8依照变螺距、但优选恒定螺距而被分开。蜗杆2被放置在套筒10内，并可以在套筒内自由旋转。
与此不同，根据本发明，套筒10在其内表面上至少具有一个突出的螺旋盘绕部(螺纹)12，其也被称为对立螺纹(counter screw)或笼形螺纹(cage screw)。图1中示出两个对立螺纹12，每个螺纹由沿着与蜗杆2的第一缠绕方向相反的第二个缠绕方向缠绕的螺线14构成。套筒10和盘绕部12的尺寸被设置成使得蜗杆12能够自由旋转；套筒10自身可在与蜗杆2相同的方向上以不同于蜗杆2的速度旋转，或在相反方向上旋转。笼形螺纹12的螺线14以变螺距或恒定螺距隔开。优选地，对于同一个装置1，各对立螺纹12形状类似。希望对立螺纹12具有比螺纹2的螺距宽得多的螺距，优选为其5至20倍，例如10倍宽。
轴4、套筒10、突出物8、14、螺纹2及对立螺纹12的螺距的尺寸取决于被输送的原料以及需要的输送量。希望螺线14具有和输送蜗杆2的螺线8基本相同的尺寸。换言之，对于对立螺纹12和输送蜗杆2，螺线8、14在垂直于它们延伸方向的平面内的横截面尺寸相类似。构成装置1的材料例如可以是不锈钢，特别是当装置在低温或者不非常高的温度操作时；当在例如大于1000℃下输送材料时，可设想使用镍或者其合金。螺纹还可以由两种相继的材料构成。例如在排放端一侧用HaynesHR230型耐高温合金。
例1：用于输送木炭的一个实施例，包括装置1，其由不锈钢304L制成；螺纹6，它的轴4具有22mm的直径，并在内径40mm的套筒10内旋转。螺旋盘绕部的螺线8、14的横截面为正方形，边长为4mm；螺纹6的螺距为30mm，对立螺纹12的螺距为270mm。
例2：用于输送木炭的一个实施例，包括装置1，其由不锈钢304L制成；螺纹6，它的轴4具有90mm直径，并在内径为160mm的套筒10内旋转。螺旋盘绕部的螺线8、14的横截面为正方形，边长为10mm；螺纹6的螺距为130mm，对立螺纹12的螺距为900mm。
优选地并如在图1中已经示出的，为获得最大效率，对立螺纹12垂直于蜗杆2定位。换言之，蜗杆2的螺线8的延伸方向和对立螺纹12的螺线14的延伸方向之间的角度α在整个装置10中不变并且等于90度。这样允许更好地压缩以及更少的能量消耗，但是根据环境也可设想用其它的角度。
这种装置可以大距离输送具有不同颗粒成分的固体物质，特别是生物物质，而不会堵塞。此外，根据本发明的装置1允许压缩被输送的固体物质，并且如果蜗杆2的终端16即输送物质指向的端被完全或者部分阻挡，该终端将出现物质的积聚，从而会产生料塞(plug)。所以不像现有装置中料塞可阻塞在套筒10中，由于对立螺纹12进行移动，所以由根据本发明的装置产生的料塞位于蜗杆2的端部16。此外，笼形螺纹12可以使物质的压缩率增大并均匀化。为促进均质压缩物质块的产生，可以在排放端16的周围留出一部分不带有突出螺旋盘绕部6的轴4。换言之，在距端部16一定的距离处开始形成盘绕部12，所述距离不是零但很小(图2中示出)。
在输送被液体浓重浸泡的物质如家庭垃圾的过程中，需要提供措施用于提取在压缩过程中释放的液体，例如接近排放端16设置的孔。
装置1可以是某个系统的一部分，如图2中示出的系统。图中，所述装置1被连接到固体物质引入装置18。所述引入装置可被设置在与排放端16相反的蜗杆端或者沿着盘绕部6设置。优选地，装置1的蜗杆2的轴4延伸超过引入装置18，以致能连接到使蜗杆2旋转的装置20上。
引入装置18连接着供应容器22。供应容器优选地在大气压和几个大气压之间操作。同样，供应容器的温度可以变化，但优选保持在室温和相应产品的热分解温度之间(即20℃到200℃之间)。
此外，装置1的排放端16连接到排放装置24上，所述排放装置24优选连接到排放容器26上。所述连接可以是直接连接，即被装置1输送的物质径直进入到贮存容器26。但是，在生物物质被装置1压缩的情况下，或者如果排放容器26所处的压力高于供应装置18中的压力等级，甚至如者两个容器22、26之间的温差很大，优选地在第一输送装置1的排放端16和系统的排放装置24之间设置至少一个第二输送装置。
更有利地，第二输送装置包括第二蜗杆28，第二蜗杆也可以被放置在套筒29内并在其中自由旋转。优选地，第二蜗杆28被设定成可使其自身部分地密封第一输送装置10的排放端16：这样，可以通过输送物质并使其接触到蜗杆28而直接产生料塞30。优选地，第二蜗杆能够“咬掉”或者侵蚀在装置1端部产生的料塞30。这样可以正确地均衡供应到第二输送装置28、29的生物物质。
此外，以充分的压缩率压缩的物质的料塞30的呈现允许在料塞30两端间实现密封，即输入材料指向的端部和被第二输送装置28侵蚀的端部。料塞30可以是充分密实的，以致如果第一输送装置1和第二输送装置28、29的压差不是特别高则可避免这两个装置之间的压力传输。为此，希望将第二输送装置28的蜗杆设置在与第一输送装置轴线A-A成90°的位置，如图2中所示。还可建议两个蜗杆2、28放置在相同的水平面内。
需要注意，依靠被输送材料的种类和颗粒成分，第二蜗杆28的旋转速度及其螺线的螺距，第一输送装置1的旋转速度以及其盘绕部6的相关特性，可以调节料塞30的压缩率并且使其适合热化学反应器中使用的任何条件。此外，可设定两个装置28、29和1之间的压差，并由此将固体物质向压力维持在高于供应容器22的排放容器26引导。应该注意到，由于以上描述的过程，加压被输送的物质不需要使用如现有系统中那样多的加压气体，这是因为第二输送装置28、29和第一容器22(通过引入装置18)之间的密封可通过料塞30持续维持。
在测试过程中，料塞两侧的压力损失，即套筒10和例如置于另一侧的装置的套筒29之间的压差，在用于料塞(在该实旋例中是木炭)的注入气体(在该实施例中是氮气)的恒定流量下测量，所述流量取决于压缩螺纹的抵抗扭矩(料塞因此具有不同的压缩率)。结果令人满意，特别是在供给具有生物物质的加压流化床方面。此外，注意到对于0.2巴的压力损失，受压气体的损失最小，而加压气体的流量为由装置1处理和输送的物质流量的大约1％，不同于现在使用的系统的10％。
可设置使第二蜗杆28旋转的装置。也可使第二输送装置28、29装配有对立螺纹32，即与第一输送装置类似的装置被用作第二输送装置，但第二输送装置的构成螺纹的材料与第一输送装置不同。表1示出了用于输送木炭的装置的特性：
  部件   原料   流量   1kg/h   100kg/h
  轴4   不锈钢304L   直径   22mm   90mm
  螺线6   不锈钢304L   螺距横截面   30mm4×4mm   130mm10×10mm
  套筒10   不锈钢304L   内径   40mm   160mm
  对立螺纹12   不锈钢304L   螺距横截面   270mm4×4mm   900mm10×10mm
  容器18   不锈钢304L
  轴28 不锈钢304LHaynesHR230   直径长度1长度2   22mm1135mm1035mm   95mm2000mm1000mm
  套筒29   不锈钢304L   内径厚度   40mm4mm   160mm15mm
  对立螺纹32 不锈钢304LHaynesHR230   横截面长度1长度2   4×4mm1135mm1035mm   10×10mm2000mm1000mm
  排放容器26   HaynesHR230
表1：根据图2的装置的技术特性的举例
在这种情况下，当采用笼形螺纹的形式时，可以设想被输送物质被第二次压缩。这样，第二输送装置28、29侵蚀料塞30，类似于之前所描述，输送该物质以致在排放端形成第二料塞(未示出)。接着，可以设置第三蜗杆在该排放端，以侵蚀第二料塞并且输送因此产生的物质。当然可以重复基本原理，利用N个蜗杆(N≥3)并形成n个(n≤N)料塞。如果可以，所有这些应设置在相同水平面上。这样允许逐步压缩并且可在供应容器22和排放容器26之间有较大压差的情况下有益于限制加压气体的消耗。此外，可设想在每个输送和压缩装置中使用不同的加压气体。也还可以在中间阶段中和物质，例如，通过注入一种中性气体或者通过改变特别是降低一个阶段装置中的温度。
根据本发明的用于对加压容器供应贮存在低压容器中的生物物质的方法和系统允许极大地减少加压气体的消耗，并且在一些情况下没有消耗(少于几巴的操作压力)。在生物物质贮存容器和化学反应器之间的泄漏率可保持在被输送固体流量(以质量流的形式)的百分之一以下。
此外，排放容器可被连续地供应生物物质。通过对压缩系统进行自动控制，可以对于所述操作条件正确地均衡供应流量，以确保密封系统。除生物物质之外，可以输送任何颗粒固体，包括形状和尺寸不同的颗粒。为此，上述描述的系统中使用的蜗杆可被适宜地设置，例如通过更改螺距和它们的横截面尺寸。此外，所述系统可以在广泛的温度范围下操作，并且由此可以用于冷却随温度降解的物质，或者用于在相对于供应容器而言较高的温度下操作(例如大约1000℃)的化学反应器。

Claims (22)

1、一种输送装置(1)，包括：蜗杆(2)，其具有轴(4)，所述轴装配有沿第一缠绕方向延伸的突出的螺旋盘绕部(6)；以及套筒(10)，蜗杆(2)放置在其中并且可旋转，其特征在于，所述套筒(10)包括至少一个对立螺纹(12)，其由设在套筒(10)内表面上并且沿着与第一缠绕方向相反的第二缠绕方向延伸的突出的螺旋盘绕部构成。
2、根据权利要求1所述的输送装置，包括设在套筒(10)上的多个对立螺纹(12)。
3、根据权利要求1至2之一所述的输送装置，其中，蜗杆(2)的螺距是恒定的。
4、根据权利要求1至3之一所述的输送装置，其中，每个对立螺纹(12)具有恒定的螺距。
5、根据权利要求1至4之一所述的输送装置，其中，每个对立螺纹(12)的螺距至少等于蜗杆螺距的五倍。
6、根据前述权利要求之一所述的输送装置，其中，至少一个对立螺纹(12)的螺旋盘绕部的螺线(14)的延伸方向与蜗杆的螺旋盘绕部(6)的螺线(8)的延伸方向成大约90度角。
7、一种用于将固体物质从第一容器(22)输送到第二容器(26)的系统，包括：引入装置(18)，其可被连接至第一容器(22)；连接着引入装置(18)的第一输送装置(1)，其为根据前述权利要求之一所述的输送装置；排放装置(24)，其可被连接至第二容器(26)并且与第一输送装置(1)相联。
8、根据权利要求7所述的系统，包括连接着排放装置(24)的第二加压容器(26)。
9、根据权利要求7或8所述的系统，包括位于第一输送装置(1)和排放装置(24)之间的至少一个第二输送装置(28、29)。
10、根据权利要求9所述的系统，其中，第二输送装置包括蜗杆(28)，其轴线垂直于第一输送装置(1)的蜗杆(2)的轴。
11、根据权利要求10所述的系统，其中，第二输送装置的蜗杆(28)包括由螺线形成的螺旋盘绕部，其中至少一条所述螺线可磨蚀被压缩物质(30)。
12、根据权利要求10或11所述的系统，其中，第二输送装置的蜗杆(28)带有套筒(29)，该蜗杆可在其中旋转。
13、根据权利要求9至12之一所述的系统，其中，第二输送装置(28、29)是根据权利要求1至6之一所述的输送装置。
14、根据权利要求12或13所述的系统，其中，在蜗杆(2)的与引入装置(18)相反的端部(16)处，第二输送装置的套筒(29)相对于第一输送装置(1)的套筒(10)气密性密封。
15、根据权利要求12或13所述的系统，包括多个第二输送装置。
16、根据权利要求15所述的系统，其中，每个第二输送装置相对于成直角设在其输送方向上游的输送装置以防泄漏方式密封。
17、一种用于将固体物质从第一供应容器输送到第二反应容器的方法，包括：利用根据权利要求7至16之一所述的系统输送固体。
18、根据权利要求17所述的方法，包括利用输送装置压缩固体物质，所述压缩是在输送固体物质时进行的。
19、根据权利要求18所述的方法，包括通过第一输送装置(1)压缩固体物质以产生料塞(30)。
20、根据权利要求19所述的方法，包括通过第二输送装置磨蚀料塞(30)并将固体材料输送到第二容器(26)。
21、根据权利要求20所述的方法，包括通过各输送装置多次形成并磨蚀料塞。
22、根据权利要求16至21之一所述的方法，其中，第二容器处在高于第一容器的压力下。
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