TW202007646A - 用於產生活性碳的方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於用於在氣化製程中產生活性碳的一種方法及一種裝置。第一處理階段具有：在第一反應區內以產生熱解焦炭及熱解氣體的方式對含碳起始材料，特別是生物質進行熱分解，其中將所產生之熱解氣體的至少一部分自該第一反應區送入第二反應區，將該熱解焦炭的至少一部分自該第一反應區送入第三反應區。第二處理階段具有：在該第二反應區內自該熱解氣體產生可用來活化該熱解焦炭的產物氣體，其中將該產物氣體送入該第三反應區。第三處理階段具有：在該第三反應區內藉由該產物氣體來將該熱解焦炭的至少一部分活化成活性碳。

Description

用於產生活性碳的方法及裝置

本發明係有關於用於在氣化製程中產生活性碳的一種方法及一種裝置。

由於資源可用性有限且對能源的需求不斷提高，對廢料的再利用程度愈來愈增強。存在對此等廢料（如生物質、廢塑料、殘餘垃圾及/或類似物質）進行可持續回收的多種方法。例如公開過熱解法，其能夠自廢料中產生清潔之可再生能源。在有機物質的熱分解過程中，例如可對分離的氣態成分進行處理並作為所謂之產物氣體進行燃燒以獲得能量或者進行材料利用。在廢料分解過程中或在氣態成分處理過程中釋放之其他副產物的能含量可用來維持該分解或處理，其方式例如如下：對其他副產物進行燃燒並將所提取的熱能用來對有機物質進行熱分解。替代地，亦可對此類副產物進一步進行外部處理並進行其他材料利用。

由DE 199 36 524 A1已知用於對含有聚合物及纖維素的物質，特別是粉碎輕物料進行熱分解處理的一種方法及一種裝置。將含有聚合物及纖維素的物質連同含氮添加料-催化劑混合物一起送入經加熱之主反應器，並且透過加熱至350至600℃的溫度而分解為半焦炭及低溫乾餾氣。在後處理反應器中在360至600℃的溫度條件下用低溫乾餾氣來處理半焦炭、將其進一步除氣並透過低溫乾餾氣中所含的水蒸氣來將其活化。

本發明之目的在於進一步改善廢料利用並特別是使其更為高效。

本發明用以達成上述目的之解決方案為獨立項之原理。本發明之各種實施方式及改良方案參閱附屬項。

本發明之第一態樣係有關於一種在氣化製程內活化活性碳的方法，具有：(i)第一處理階段，具有：在第一反應區內以產生熱解焦炭及熱解氣體的方式對含碳起始材料，特別是生物質進行熱分解；(ii)將所產生之熱解氣體的至少一部分自該第一反應區送入第二反應區，將該熱解焦炭的至少一部分自該第一反應區送入第三反應區；(iii)第二處理階段，具有：在該第二反應區內自該熱解氣體產生可用來活化該熱解焦炭的產物氣體；(iv)將該產物氣體送入該第三反應區；及(v)第三處理階段，具有：在該第三反應區內藉由該產物氣體來將該熱解焦炭的至少一部分活化成活性碳。

傳統方法係對在第一處理階段中在起始材料之熱分解製程中殘留的熱解焦炭一同進行燃燒或者將其排出，並例如在多組件燃燒器中燃燒以滿足分解製程的熱量需求，而本發明能夠對熱解焦炭進行處理並將其用作廣泛使用的活性碳。此種處理較佳在第二處理階段中產生產物氣體後，即在處理熱解氣體後，立即在第三處理階段中實施。因而亦可視為一體式活化製程。

由此，本發明之優點在於能夠以相關聯的方式、特別是至少大體同時地產生例如可被燃燒以發電及/或發熱的高能產物氣體，以及可用作過濾用吸附劑或催化劑載體材料的活性碳。以本發明的方式來產生活性碳非常有效，因為與傳統方法不同，本發明為此而使用的是較佳於此前剛剛產生之產物氣體。如此便毋需藉由複雜且耗能的外部製程來獨立地活化在產物氣體之產生過程中源於起始材料的熱解焦炭。

本發明能夠非常可靠且有效地物理活化活性碳，因為第二處理階段結束後（即在第二反應區內獨立處理熱解氣體後）的產物氣體富含具有較高活化潛力的氣體組分，如水蒸氣及/或二氧化碳。為此，此種處理例如包含蒸氣重整。如此便毋需以通常耗能、獨立且外部的方式提供專門用來進行活化的活化氣體。

此外還能在活化過程中利用產物氣體中所含之熱量，從而實現活化或者至少對活化起輔助作用，而此種熱量未被傳統方法所利用。如此便毋需提供或者至少減量提供更多進行活化所需之能量。有鑒於此，本發明能夠以非常有效且特別是多階段的方式利用產物氣體。

整體而言，本發明能夠以有所改進、特別是更有效的方式利用含碳起始材料，特別是生物質。

下面對本發明的較佳實施方式及其改良方案進行描述，除非另有明確說明，此等實施方式及其改良方案可任意加以組合並與本發明的其他態樣進行組合。

在某些實施方式中，至少部分地、較佳僅由該產物氣體來提供活化該熱解焦炭所需之熱能。在此情形下，熱解焦炭毋需或者僅需小幅地被獨立加熱至活化溫度，而是可至少部分地、較佳僅由該產物氣體來加熱。為此，可在熱絕緣中，如在熱絕緣之第三反應區內活化熱解焦炭，使得產物氣體所提供的熱能在第三反應區內不會散失或者至少僅輕微散失。如此便能非常有效地自第一處理階段中產生之熱解焦炭產生活性碳。

透過在第二反應區內，較佳在均勻之氣相反應中，特別是在蒸氣重整中獨立產生產物氣體，該產物氣體便能具有特別適於對熱解焦炭進行物理活化的溫度水平。例如可在約950℃的溫度下重整熱解氣體，使得產物氣體中所含之特別是在第二處理階段中輸入的熱能足以實施活化。因此，通常毋需在第三反應區內提供額外的熱量。

作為替代或補充方案，亦可透過其他方式，如透過外部加熱裝置，將至少一部分進行活化所需之熱能送入第三反應區。例如可燃燒一部分熱解焦炭並將所產生之熱量送入第三反應區。此舉會降低所產生之活性碳量，但能在第三反應區內實現非常穩定的活化溫度，從而非常可靠地活化送入第三反應區的熱解焦炭，即實現極高的活化效率。

在某些實施方式中，在活化溫度下活化該熱解焦炭，該活化溫度與產生該產物氣體時的產生溫度相關，特別是至少大體由該產生溫度定義。該活化溫度特別是可至少大體與該產生溫度相應。為此，第三反應區可佈置在第二反應區附近，特別是緊挨其佈置，使得在第二與第三反應區之間建立或存在較短的輸送產物氣體用導氣連接。該導氣連接較佳係熱絕緣，以避免或至少減輕輸送期間之熱量散失。如此便能透過調節產生溫度，即調節自熱解氣體產生產物氣體時的條件，來控制第三反應區內的活化條件。從而簡化整個製程的實施。

該第三反應區內的活化溫度較佳與該第二反應區內的產生溫度相關聯，使得該活化溫度低於該產生溫度100℃或更低，較佳50℃或更低，特別是25℃或更低。如此便能特別有效地利用用來自熱解焦炭產生產物氣體的能量。

在某些實施方式中，在700至1200℃，較佳800至1000℃，特別是925至975℃的產生溫度下產生該產物氣體。此種產生溫度除能可靠且特別是至少大體完全將熱解氣體轉換為產物氣體外，還能在第三反應區內非常迅速及/或可靠地、特別是至少大體完全地轉換熱解焦炭。此處及下文中之完全地轉換熱解焦炭尤指將熱解焦炭均勻地活化成活性碳。

可在第二反應區內對該熱解氣體實施熱交換製程以達到該產生溫度，在該熱交換製程中，較佳自某種固體，如傳熱介質，將熱能傳遞至熱解氣體。特別是可輸入額外的熱能，直至達到期望之產生溫度。

例如可透過以下方式來達到產生溫度：將被預熱至某個預設溫度的傳熱介質，特別是由形狀穩定之粒子構成的傳熱介質，如鋼球，送入第二反應區。該傳熱介質可作為移動床通過第二反應區，其中該傳熱介質較佳可反向地被自第一反應區送入第二反應區的熱解氣體流過。該熱解氣體在此過程中被轉換為產物氣體。所產生之產物氣體的溫度可被可靠調節。

在某些實施方式中，將水蒸氣添加至該熱解氣體，藉由該水蒸氣來在該第二反應區內產生該產物氣體。從而實現蒸氣重整。如此地選擇所添加之水蒸氣的量，使得所產生之產物氣體具有較高的水蒸氣含量，如大於15 vol%，特別是大於25 vol%，以便產物氣體中之長鏈烴分子較佳完全熱分解為短鏈分子。透過上述方式產生之產物氣體不僅有利於進行燃燒以獲得能量，而且第三處理階段中的熱解焦炭亦能被非常可靠且特別是至少大體完全地轉換為活性碳。

為此，較佳將水蒸氣送入第一反應區。此舉改善了傳統式熱傳遞以及/或者良好地將熱解氣體與水蒸氣混合在一起。

作為替代方案，亦可將水蒸氣送入第二反應區。從而特別是在高於第一反應區內之熱解溫度的特別有利於進行水蒸氣重整的產生溫度下，非常針對性地將熱解氣體與水蒸氣混合在一起。

為此，較佳在第一及/或第二反應區以外提供該水蒸氣，例如在蒸氣發生器中製備該水蒸氣，並送入第一反應區。此舉有利於在第一反應區內進行溫度控制以及將溫度保持在穩定水平。作為替代方案，亦可將水送入第一或第二反應區，從而利用第一或第二反應區內的熱解溫度將水轉換為水蒸氣。水蒸氣特別是可至少部分地包含在該含碳起始材料中，特別是生物質中，並在熱分解時被釋放。如此便能非常有效地利用用來熱分解起始材料或用來產生產物氣體的能量。

在某些實施方式中，以某種方式添加該水蒸氣以及/或者以某種方式選擇該產生溫度，使得該產物氣體具有以下中的至少一個：(i)15 vol%至45 vol%，較佳20至40 vol%，特別是約30 vol%的水蒸氣含量；(ii)5至30 vol%，較佳10至20 vol%，特別是約15 vol%的二氧化碳含量；及/或(iii)10至30 vol%，較佳15至25 vol%，特別是約20 vol%的一氧化碳含量。如此便能確保所產生之產物氣體既能有效燃燒以產生能量，又能用來非常可靠且特別是至少大體完全地轉換熱解焦炭。(i)較佳包含在產物氣體中之水蒸氣及較佳包含在產物氣體中之二氧化碳此二者無論單獨還是彼此組合地皆具有活化熱解焦炭的活化潛力，其中(i)及(ii)所給出的範圍符合進行活化的特別有利之氣體特性。較佳同樣包含在產物氣體中之一氧化碳特別是在(iii)所給出的範圍內能夠自熱解焦炭產生純度極高的活性碳。

較佳如此地調節水蒸氣添加及/或產生溫度，從而產生(i)至(iii)所列前述之產物氣體特性中的至少一個。換言之，透過可控添加水蒸氣及/或調節產生溫度（如透過定量輸入經預熱之傳熱介質），便能調節產物氣體的組成。

較佳調節所添加之水蒸氣的量以及/或者根據期望之產物氣體特性來調整添加時間點。調節產生溫度可包括保持該溫度一定時間及（作為替代或補充方案）經歷溫度斜坡。如此便能精確地根據第三反應區內之熱解焦炭活化來調整在第二反應區內產生產物氣體。

透過添加水蒸氣及/或選擇產生溫度便能在第二反應區內設定用來產生低焦油產物氣體的生產條件，以便未來產生高品質的活性碳。

在某些實施方式中，在該第一反應區內的熱分解過程中就添加該水蒸氣的至少一部分，從而產生部分活化的熱解焦炭，該熱解焦炭在該第三反應區內藉由該產物氣體至少大部分，較佳至少大體完全被活化。如此便易於在第三反應區內透過產物氣體來實施活化製程並能相應地以非常可靠的方式來實施。

例如可將水蒸氣與含碳起始材料一起（特別是同時地）輸入第一反應區。視情況亦可將水與起始材料一起送入第一反應區，再將水蒸發。從而確保水蒸氣直接與起始材料的分解產物發生接觸。

在某些實施方式中，在該第一反應區內藉由所添加之水蒸氣來在某個溫度下部分活化該熱解焦炭，該溫度由熱分解該起始材料時的熱解溫度定義，該溫度特別是與該熱解溫度相應，或者至少與該熱解溫度相關。為此，較佳在第一反應區內將水蒸氣輸送至起始材料下方，使得水蒸氣在起始材料的熱分解過程中對其進行環流或流過，而後該水蒸氣再與所產生之熱解氣體混合並被送入第二反應區。在此情況下，熱解焦炭在部分活化前不會冷卻，如此便能實現熱解焦炭的徹底部分活化。

在某些實施方式中，在第一反應區內，在300至900℃，較佳600至800℃，特別是650至750℃的熱解溫度下分解該起始材料。此種熱解溫度除能可靠且特別是至少大體完全地將起始材料分解為熱解焦炭及熱解氣體外，還能在第一反應區內非常可靠、特別是徹底地部分活化熱解焦炭。

較佳可透過選擇部分活化熱解焦炭時的熱解溫度，以及視情況透過調節水蒸氣的添加，來至少部分地確定未來在第三反應區內產生之活性碳的特性。例如可根據未來需要活化之熱解焦炭的量來調整部分活化，從而確保在第二反應區內產生之產物氣體流（即單位時間內產生之產物氣體量）足以在第三反應區內將部分活化的熱解焦炭完全轉換為活性碳。

在某些實施方式中，在送入該第三反應區時對該熱解焦炭的至少一部分進行預處理。特別是可將在第一反應區內產生之熱解焦炭的一部分自第一反應區排出並將黏合劑混入，而後再將其送入第三反應區以進行活化。作為替代或補充方案，亦可在成型步驟中將所排出並視情況混有黏合劑的熱解焦炭送入預設模子、例如壓製成粒料，而後再將其送入第三反應區以進行活化。從而在第三反應區內非常有效且特別是完全地將透過上述方式預處理之熱解焦炭活化。

在某些實施方式中，在該第三反應區內在該活化期間將該熱解焦炭與該產物氣體至少大體連續地混合在一起。為此，在第三反應區內可設有由產物氣體構成之流化床，該流化床混合該熱解焦炭或者至少有助於其混合。為此，特別是可將產物氣體以形成流化床的方式送入（特別是吹入）第三反應區。作為替代方案，可將熱解焦炭置入可被產物氣體流過之滾筒並旋轉該滾筒，以便對熱解焦炭進行混合，特別是將熱解焦炭與產物氣體混合在一起。如此便能使得熱解焦炭至少大體完全被熱解氣體環流，使得至少相當大一部分需要活化的熱解焦炭，特別是其相當大一部分表面，與熱解氣體發生接觸。

作為替代或補充方案，亦可至少大體在將熱解焦炭輸入第三反應區的過程中對該熱解焦炭進行混合。例如可以某種方式將該熱解焦炭傾倒在第三反應區的輸送構件上，特別是移動床上，使得該熱解焦炭可以自由落體的方式特別是與產物氣體相混合。

在某些實施方式中，反向於該熱解焦炭地導引該產物氣體穿過該第三反應區。該產物氣體例如可反向於用來將熱解焦炭輸送穿過第三反應區的輸送方向地，流過第三反應區。例如可使得產物氣體反向於輸送方向地吹過第三反應區的輸送構件，特別是移動床反應器的移動床。反向地導引產物氣體穿過第三反應區能夠在第三反應區內極佳地實現產物氣體至熱解焦炭的熱傳遞。

較佳在入口區域內將該熱解焦炭輸入該第三反應區。可在出口區域內將用熱解焦炭產生之活性碳自第三反應區排出。較佳經由該出口區域內的入口將該產物氣體輸入該第三反應區，並在該熱解焦炭活化完畢後經由該入口區域內的出口將該產物氣體重新排出。可經由入口與第二反應區間的連接將產物氣體送入該出口區域。如此，在出口區域內自第三反應區排出的活性碳再次與熱產物氣體發生接觸，後者特別是具有較高的水蒸氣含量、二氧化碳含量及/或一氧化碳含量，從而確保對熱解焦炭進行至少近乎完全的轉換，特別是大體上均勻的活化。

而在入口區域內進入第三反應區的熱解焦炭可首先與視情況相應地略微冷卻的產物氣體發生接觸，該產物氣體視情況亦可具有相應較低的水蒸氣含量、二氧化碳含量及/或一氧化碳含量。

作為反向流動的替代方案，產物氣體亦可同向流動或交叉流動（即至少大體沿著或者垂直於熱解焦炭穿過第三反應區的輸送方向）地被導引穿過第三反應區。

在某些實施方式中，在該熱解焦炭活化完畢後導引該產物氣體穿過分離裝置並在該分離裝置中特別是以物理方式清除熱解焦炭殘餘及/或活性碳殘餘。例如可使用離心力來例如在配置為旋風分離器的分離裝置中沈積該產物氣體中所含之粒子。視情況可在下一（特別是化學之）淨化步驟完畢後對經淨化之產物氣體進行燃燒以獲得能量或者進行材料利用。

較佳將自產物氣體流濾出之熱解焦炭殘餘及/或活性碳殘餘送回第三反應區。藉此便能將所生產之熱解焦炭較佳完全轉換為活性碳。

在某些實施方式中，在加熱裝置中對該熱解焦炭的一部分進行燃燒，以加熱被輸入第二反應區以產生產物氣體以及/或者被輸入第一反應區以熱分解起始材料的傳熱介質。較佳根據可被所產生之產物氣體活化的熱解焦炭量來確定該熱解焦炭之需要被燃燒的部分。如此便能非常有效、特別是完全地利用熱分解過程中所產生之熱解焦炭。

作為替代或補充方案，可將一部分視情況部分活化之熱解焦炭排出並例如作為生物碳輸送給另一材料利用。較佳根據可被所產生之產物氣體活化的熱解焦炭量來確定該熱解焦炭之需要被排出的部分。如此便能非常有效、特別是完全地利用熱分解過程中所產生之熱解焦炭。

本發明之第二態樣係有關於一種用於產生活性碳的裝置，該裝置被配置成實施如本發明之第一態樣所述的方法。在傳統設備中，熱解焦炭僅被燃燒乃至未被利用，而上述裝置能夠對在起始材料之熱分解過程中所產生的熱解焦炭進行替代或補充性的材料利用。

在一種較佳實施方式中，該裝置具有第一反應區，在該第一反應區內，熱解焦炭及熱解氣體可透過含碳起始材料，特別是生物質，的熱分解而產生。第二反應區與該第一反應區導氣連接且被配置成，自該熱解氣體的至少一部分產生可用來活化該熱解焦炭的產物氣體。在與該第二反應區導氣連接的第三反應區內，可藉由該熱解氣體將該熱解焦炭的至少一部分加工成活性碳。此外，第一輸送裝置被配置成將該熱解焦炭的至少一部分自該第一反應區送入該第三反應區。

該第一及該第二反應區較佳可充填有傳熱介質，透過該傳熱介質來達到進行熱分解所需的熱解溫度以及自該熱解氣體產生產物氣體所需的產生溫度。為此，該裝置較佳具有適於加熱該傳熱介質的加熱區，該加熱區特別是可藉由加熱裝置而被加熱。該第一反應區較佳佈置在該第二反應區下方，該第二反應區又佈置在該加熱區下方。在此情況下，特別是被加熱至產生溫度的傳熱介質可簡單地利用重力被送入第二反應區，並被熱解氣體環流。在此過程中，傳熱介質進一步冷卻至熱解溫度並隨後可簡單地同樣利用重力被送入第一反應區。

該第一反應區較佳被配置成將該傳熱介質與該含碳起始材料混合在一起，以確保該起始材料的完全熱分解。在該起始材料分解為熱解焦炭及較佳被排入第二反應區的熱解氣體後，可在分離區內將熱解焦炭與傳熱介質分離並藉由第一輸送裝置（如螺旋輸送機）將其送入第三反應區。較佳藉由另一（第二）輸送裝置將所分離之傳熱介質送回加熱區。

該第三反應區較佳可被配置成轉筒反應器，其具有旋轉支承之滾筒且被配置成旋轉該滾筒以便對其所容置的熱解焦炭進行混合。作為替代方案，該第三反應區亦可採用其他實施方案，如實施為具有輸送構件的移動床反應器，在該移動床反應器中，輸送構件所輸送之熱解焦炭可被產物氣體吹過。

就本發明之第一態樣及其有利技術方案而言所描述的特徵及優點至少在其在技術上合理的方面亦適用於本發明之第二態樣及其有利技術方案，反之亦然。

圖1示出用於產生活性碳的裝置1的第一實施例，該裝置具有第一反應區2，在該反應區內，含碳起始材料可熱分解；第二反應區3，在該反應區內，可自在熱分解中產生之熱解氣體中產生產物氣體；及第三反應區4，在該反應區內，在熱分解中產生之熱解焦炭可藉由產物氣體而活化。固體，特別是固態反應物或產物，在裝置1的各組件間的輸送路徑用箭頭表示。

較佳藉由輸送設備5來主動或被動地，如藉由輸送帶或螺旋輸送機或者朝下傾斜之豎井，來將該等含碳起始材料，如生物質或含碳剩餘物質，自儲存器送入第一反應區2。該儲存器可由容器、儲存倉庫及/或堆放場構成，起始材料可自上述被主動地取出或者被動地流出或滑出。

輸送設備5較佳係被配置成在送入第一反應區2前對輸送之起始材料進行預熱，以利於在第一反應區2內進行熱分解。作為替代或補充方案，輸送設備5亦可被配置成將用於乾燥起始材料的乾燥裝置與第一反應區2連接在一起。輸送設備5亦可構建為乾燥裝置，以便在輸往第一反應區2期間對起始材料進行乾燥。

第一反應區2較佳係實施為可內部加熱、特別是柱形的豎井，除起始材料外可有一傳熱介質被送入該反應區。該傳熱介質經預熱且在第一反應區2內引起500至900℃，較佳600至800℃，特別是650至750℃的熱解溫度，下文將對此進行說明。

第二反應區3較佳佈置在第一反應區2上方，使得傳熱介質可利用重力，即毋需主動輸送構件地，被送入第一反應區2。

在例如透過佈置在豎井之上區域內之閘門來送入起始材料及傳熱介質的過程中，起始材料與傳熱介質較佳係發生混合。此點例如可透過由兩個緊挨佈置的閘門進行同步送入以及/或者透過彼此協調之交替送入，特別是依次送入來實現。作為替代或補充方案，第一反應區2亦可具有特別是機械的混合裝置，其用於將起始材料與傳熱介質混合在一起。

視情況經預熱之起始材料由此而被加熱至熱解溫度並以形成熱解焦炭及熱解氣體的方式發生熱分解，其中熱解氣體被導入第二反應區3並被轉換為產物氣體，其又被導入第三反應區4。下面結合圖2及3對相關細節進行詳細說明。

較佳將熱解焦炭連同傳熱介質一起排出至分離區6，以便將熱解焦炭與傳熱介質分離。分離區6可佈置在第一反應區2下方，如此便能利用重力將熱解焦炭與傳熱介質的混合物自第一反應區2送入分離區6。

分離區6例如可具有適於進行篩濾的機械式篩濾裝置。具有預設之較窄粒度分佈的傳熱介質，較佳係具有形狀穩定之粒子的散料，如鋼球或陶瓷球，可作為粗料而被排出，而熱解焦炭較佳係作為細料而被排出。分離區6亦可配置為能夠對傳熱介質進行風選。

藉由第一輸送裝置10，如螺旋輸送機或另一適合在高溫下工作的輸送構件，來將與傳熱介質分離的熱解焦炭輸送至第三反應區4，在該反應區中藉由同樣送入第三反應區4的產物氣體來將該熱解焦炭轉換為活性碳。較佳由產物氣體提供活化熱解焦炭所需之熱能，該產物氣體作為較佳連續之產物氣體流而被自第二反應區3導引穿過第三反應區4。因此，第三反應區4較佳佈置在第二反應區3附近，特別是緊挨其佈置，使得產物氣體僅需經過較短路徑且不冷卻或冷卻程度極小。因此，第一輸送裝置10特別是可被配置成將熱解焦炭以反向於重力的方式自第一反應區2，特別是自分離區6，送入第三反應區4。

在第三反應區4內活化熱解焦炭的更多細節係結合圖4加以說明。

在將熱解焦炭轉換為活性碳的過程中，熱解焦炭粒子及/或活性碳粒子可能進入產物氣體流並且與活化後的產物氣體一起被排出。為在進一步利用產物氣體流中之產物氣體前移除上述雜質，可在分離裝置12中將熱解焦炭粒子及/或活性碳粒子濾出。分離裝置12例如構建為用來透過離心力來沈積產物氣體中所含之粒子的旋風分離器。其與產物氣體之純化學淨化相比的主要優點在於：可將濾出之粒子回輸至第三反應區4。

隨後將所產生之活性碳送入後處理裝置7，其中例如藉由HCl清洗使得活性碳為進一步使用做好準備。

透過另一（第二）輸送裝置9，如鬥式提昇機或容器升降機，將在分離區6內與熱解焦炭分離的傳熱介質送入加熱區8，在該加熱區內，將傳熱介質加熱至自熱解氣體產生產物氣體所需的或者至少有利的產生溫度。第二輸送裝置9可被配置成對所輸送之傳熱介質進行預熱，以便達到產生溫度。

較佳可利用重力將傳熱介質自加熱區8送入第二反應區3，因而加熱區8較佳佈置在第二反應區3上方。因此，該另一輸送裝置可被配置成將熱解焦炭以反向於重力的方式自第一反應區2，特別是自分離區6，送入加熱區8。

傳熱介質較佳重力驅動地作為移動床穿過加熱區8並且在此過程中被特別是逆流中的熱煙氣環流。如此便能將傳熱介質加熱至產生溫度。該熱煙氣例如可藉由加熱裝置11而產生並自該加熱裝置11透過虛線所示連接而被導入加熱區8。

加熱裝置11例如可實施為多組件燃燒器，該多組件燃燒器中可對一或多種燃料進行燃燒。此等燃料較佳在裝置1以外提供。在一種實施方式中，該燃料至少部分地可由在第一反應區2內產生之熱解焦炭的部分構成，該熱解焦炭特別是在分離區6內與傳熱介質分離後被排出並視情況與一或多種其他外部燃料一起被輸入加熱裝置11。作為替代或補充方案，亦可在該加熱裝置中燃燒產物氣體的部分。上述方案用虛線箭頭表示。

圖2示出用於產生活性碳的裝置1的第二實施例。圖示之裝置1與結合圖1所描述的裝置基本相同。氣體，特別是揮發性反應物或產物，在裝置1的各組件間的輸送路徑用箭頭表示。

輸入第一反應區2的含碳起始材料以產生熱解焦炭及熱解氣體的方式發生熱分解，在此過程中所產生之熱解氣體較佳上升至與第一反應區2導氣連接的第二反應區3。除了結合圖1所描述之用來將傳熱介質自第二反應區3送入第一反應區2的閘門外，第一與第二反應區2、3間的導氣連接較佳還用於實現該氣體不受阻礙地自第一反應區流出。而傳熱介質可透過閘門依次或定量地自第二反應區被送入第一反應區3、2。

該熱解氣體在第二反應區3內較佳流過由傳熱介質構成的散積物，該傳熱介質被加熱至用於自熱解氣體產生產物氣體，特別是用於裂解熱解氣體中所含之焦油，的產生溫度。在流過傳熱介質時，將熱解氣體轉換為產物氣體。產生產物氣體的更多細節係在下文中結合圖3加以說明。

為確保將熱解氣體完全轉換為可用來在第三反應區4內活化熱解焦炭的產物氣體，較佳往熱解氣體混入水蒸氣。特別是可在第一反應區2內添加水蒸氣，以便利用水蒸氣，特別是在含水蒸氣的氣氛中，實施熱分解，即將含碳起始材料轉換為熱解焦炭及熱解氣體。此舉之優點在於：熱解焦炭已部分被活化，故其在第三反應區4內易於被完全轉換為活性碳以及/或者被製成品質更高的活性碳。

透過上述方式在第二反應區3內產生之特別是低焦油及/或富氫的產物氣體，其較佳存在於700至1200℃，較佳800至1000℃，特別是925至975℃的產生溫度下，被導入與第二反應區3導氣連接的第三反應區4。為確保產物氣體之溫度在轉送過程中不下降或者至少不大幅下降，透過以下方式將第二與第三反應區3、4間之產物氣體輸送路徑保持在儘可能短的水平上：第三反應區4緊挨第二反應區3佈置。作為替代或補充方案，第二與第三反應區3、4間的導氣連接可熱絕緣。

此外為簡化產物氣體的轉送，第三反應區4可至少略高於第二反應區3，以便產物氣體被動地上升至第三反應區4。作為替代或補充方案，亦可設置適宜之主動輸送構件，如通風機，以確保自第二至第三反應區3、4的產物氣體流以及（視情況）自第一至第二反應區2、3的熱解氣體流。由於裝置1的該區域內的溫度較高，該輸送構件亦可佈置在產物氣體已有所冷卻的下游處，特別是佈置在第三反應區4下游。

在第三反應區4內，產物氣體與同樣被送入第三反應區4的熱解焦炭發生接觸，後者由此而被加工成活性碳。產物氣體隨後可被進一步使用，例如在中央供暖站中被燃燒以產生能量。但此前應對產物氣體進一步進行淨化，特別是由此前結合圖1所詳細闡述之分離裝置12進行物理淨化。作為補充方案，亦可設有淨化裝置13，其被配置成視情況根據產物氣體之所需進一步使用來對產物氣體進一步進行特別是化學的淨化。

如此前結合圖1所述，為將傳熱介質加熱至產生溫度，可設有加熱裝置11，其與加熱區8導熱連接。由加熱裝置11產生之熱能可特別是、視情況補充地及/或至少部分地，作為加熱區8內的熱燃燒廢氣而被提供。該等燃燒廢氣較佳反向於傳熱介質地、特別是透過傳熱介質的散積物在加熱區8的底部受到導引並在加熱區8的上區域內排出。

傳熱介質以高於500℃的基本溫度就會自第一反應區2，視情況自分離區（參見圖1），被送入加熱區8，因此，燃燒廢氣通常具有該基本溫度範圍內的剩餘溫度，其可在熱回收裝置14中，如熱交換器中，得到利用。視需要將該等廢氣進一步輸入廢氣淨化裝置15，在其中例如可依據法定極限值來以物理及/或化學的方式對廢氣進行淨化並將其排出。

圖3示出第二反應區3的實施例，該反應區被佈置在該第二反應區3下方之第一反應區2所產生之熱解氣體流過，該熱解氣體被轉換為用於活化熱解焦炭的產物氣體。

在產生溫度下自熱解氣體產生產物氣體，該產生溫度高於自含碳起始材料產生熱解氣體所需之熱解溫度。透過為第二反應區3充填經預熱之傳熱介質16來達到該產生溫度，該傳熱介質較佳實施為散料，如鋼球或陶瓷球且作為散積物17聚集在第二反應區3的底部上。

熱解氣體經由第一與第二反應區2、3間的導氣連接18進入第二反應區3，其中導氣連接18在第一反應區2的上區域內且在第二反應區3的下區域內（特別是底部區域內）與第二反應區3連通。被加熱至熱解溫度的較熱之熱解氣體可以上述方式簡單地上升並被送入第二反應區3，在該反應區內流過散積物17並被加熱至更高的產生溫度，並且作為產物氣體穿過較佳佈置在第二反應區3之上區域內的產物氣體排出管19自第二反應區3排出，特別是被送入第三反應區（參見圖1）。

傳熱介質16以被預熱至產生溫度的方式在第二反應區3的上區域內例如經由第一散料閘門20a進入該第二反應區3，其中傳熱介質16較佳可由第一散料閘門20a定量地，特別是週期性地送入第二反應區3。第二傳熱介質透過重力而掉入第二反應區3。藉由第二散料閘門20b，在此期間特別是因散積物17被溫度較低之熱解氣體較佳連續流過而冷卻至熱解溫度的傳熱介質16再次利用重力被送入第一反應區2，其中在此亦可對傳熱介質16進行定量。

導氣連接18較佳環繞第二散料閘門20b佈置，以確保即使在第二散料閘門20b關閉的情況下，熱解氣體亦能不受阻礙地自第一轉入第二反應區2、3。導氣連接18之通向第二反應區3的連通點如此地佈置在第二反應區3內，使得自該第二反應區流出的熱解氣體必然會流過第二反應區3之底部上的散積物17。如此便能確保將熱解氣體完全加熱至產生溫度並例如對熱解氣體中所含之焦油進行裂解，從而產生低焦油產物氣體。

圖4示出用於藉由產物氣體自熱解焦炭21產生活性碳之第三反應區4的實施例。第三反應區4實施為具有滾筒22的轉筒反應器，熱解焦炭21經由入口區域22a被送入其中並作為活性碳而經由出口區域22b被排出。滾筒22係旋轉支承，以便在該滾筒22內對熱解焦炭21進行混合。

特別是在第三反應區4相對水平線而言傾斜，使得出口區域22b位於入口區域22a下方的情況下，便能透過滾筒22的旋轉來對熱解焦炭21沿輸送方向23自入口區域22a至出口區域22b的輸送至少起輔助作用。

在此過程中，第三反應區4被實施為反向於輸送方向23之產物氣體流24的產物氣體流過。透過上述方式，特別是與滾筒22的旋轉相結合地，產物氣體完全與熱解焦炭21發生接觸，從而完全且均勻地轉換為活性碳。

產物氣體較佳經由出口區域22b內的入口25a進入第三反應區4並經由入口區域22a內的出口25b自第三反應區4排出。入口25a與第二反應區導氣連接（參見圖2），以便在第三反應區4內至少大體連續地提供產物氣體。出口25b較佳與分離裝置導氣連接（參見圖1），在該分離裝置中，產物氣體流24可清除在熱解焦炭21之環流過程中容置於滾筒22中的熱解焦炭粒子及/或活性碳粒子。自產物氣體流24沈積之熱解焦炭粒子及/或活性碳粒子可經由入口區域22a被重新送入第三反應區4。

較佳地，僅透過經由入口區域25a進入滾筒22的產物氣體，來調節用於活化熱解焦炭21的第三反應區4內的溫度。換言之，用來活化熱解焦炭21的活化溫度較佳至少大體等於用來將在熱分解過程中產生之熱解氣體轉換為產物氣體的產生溫度。

作為替代或補充方案，亦可設有分區加熱裝置（未繪示），其被配置成提供熱量並將所產生之熱量饋入第三反應區4。在該分區加熱裝置中可對一或多種燃料進行燃燒。此等燃料較佳在該裝置以外提供。在一種實施方式中，該燃料至少部分地可由在第一反應區內產生之熱解焦炭的部分構成。作為替代或補充方案，亦可在該分區加熱裝置中燃燒產物氣體的部分。

圖5示出產生活性碳的方法100的較佳實施例。在處理步驟S1中，在第一反應區內將含碳起始材料，如家庭及/或工業製程中產生之生物質或類似生物廢料，熱分解為熱解焦炭及熱解氣體。

為推動分解製程，可將經預熱之傳熱介質送入第一反應區，該傳熱介質用於在第一反應區內引起預設之熱解溫度。為儘可能完全且均勻地分解起始材料，該傳熱介質較佳實施為直徑為0.1至200 mm，較佳1至100 mm，特別是10至50 mm的散料，即形狀穩定之粒子，如鋼球或陶瓷球。因此，該傳熱介質較佳可與起始材料混合。

為控制第一反應區內的溫度，較佳且特別是藉由散料閘門將該傳熱介質定量地送入第一反應區。若第一反應區內的溫度隨著時間而例如因起始材料的不斷分解而下降，則可相應地送入更多熱傳熱介質。

為便於熱解焦炭之將來的活化，可在下一處理步驟S2中將水蒸氣輸入所產生之熱解氣體。較佳在該第一反應區內添加水蒸氣。如此在產生過程中就直接實現了熱解焦炭的部分活化。

在產生熱解焦炭後，應將傳熱介質與熱解焦炭重新分離。因此，較佳在另一處理步驟S3中，在分離區內例如透過機械篩選或風選來分離該混合物。

起始材料之熱分解、將載體材料定量輸入第一反應區、添加水蒸氣及分離傳熱介質較佳係第一處理階段P1的部分，該處理階段較佳包含所有在第一反應區內或者至少與該第一反應區對應的處理步驟。

在下一處理步驟S4中，將所產生之熱解氣體送入第二反應區，將所產生之熱解焦炭送入第三反應區。較佳透過與第一及第二反應區連通的氣體管道來轉送熱解氣體，該熱解氣體可經由該氣體管道自第一反應區排入第二反應區，而為轉送熱解焦炭，可設有第一輸送裝置，如輸送帶或螺旋輸送機。

在下一處理步驟S5中，在第二反應區內將熱解氣體轉換為產物氣體，該產物氣體可用來活化熱解焦炭。為此，較佳將熱解氣體加熱至產生溫度，該產生溫度高於第一反應區內的熱解溫度，以便對熱解氣體中所含之焦油進行裂解。該熱解氣體例如可被導引穿過第二反應區之底部上的傳熱介質的散積物。該熱解氣體特別是可反向於傳熱介質地穿過第二反應區受到導引，而後再在第二反應區的上區域內排出。

亦可在第二反應區的上部中設有催化器，其至少有助於自熱解氣體產生產物氣體。

為調節第二反應區內的溫度，較佳定量地例如透過第二反應區之上區域內的散料閘門將在加熱區內經預熱的傳熱介質送入第二反應區，從而形成散積物。例如在第二反應區內的溫度下降的情況下，可自上而下地輸入額外的熱傳熱介質，而已有所冷卻的傳熱介質可在第二反應區的底部上被送入第一反應區。

該產生溫度較佳係如此地選擇，使得不僅能將熱解氣體完全轉換為富氫的低焦油產物氣體，而且在此溫度下還能實現熱解焦炭之特別可靠的活化。

若產物氣體中的氰比例不足，其原因例如在於在第一反應區內僅添加了實現熱解焦炭之部分活化所需的水蒸氣，則可選地可在第二反應區內添加額外的水蒸氣。較佳地，在第一反應區與第二反應區間之氣體管道的區域內添加此種額外的水蒸氣，而後再使得熱解氣體與熱傳熱介質在第二反應區內發生接觸。

產生產物氣體、將載體材料定量輸入第二反應區及添加另一水蒸氣較佳係第二處理階段P2的部分，該處理階段較佳包含所有在第二反應區內或者至少與該第二反應區對應的處理步驟。

在下一處理步驟S6中，將所產生之產物氣體送入第三反應區。在此過程中較佳將產物氣體的溫度保持在穩定水平。送入第三反應區時的溫度例如低於產生溫度100℃，較佳50℃，特別是25℃。

在下一處理步驟S7中，對該熱解焦炭施加導入第三反應區的熱產物氣體，以便活化熱解焦炭。為此，例如可在熱產物氣體吹過或環流熱解焦炭期間，藉由輸送帶或者利用重力進行滑落來輸送熱解焦炭穿過第三反應區。為實現最佳的熱傳遞，較佳反向於熱解焦炭地導引產物氣體穿過第三反應區。

較佳對熱解焦炭進行混合，尤佳與熱解氣體進行混合。為此，該第三反應區例如構建為轉筒反應器，其中該熱解焦炭穿過該反應器的可旋轉滾筒。除進行混合外，特別是在滾筒之旋轉軸相對水平線有所傾斜的情況下所進行的旋轉運動，能夠輸送熱解焦炭穿過第三反應區或者至少對該輸送起輔助作用。

在下一處理步驟S8中，在活化熱解焦炭後較佳特別是以物理方式對該產物氣體進行淨化。為此，該熱解氣體可穿過分離裝置，在該分離裝置中，對該產物氣體在活化過程中所吸收的粒子重新進行沈積。隨後，可對透過上述方式物理淨化之產物氣體進一步實施化學淨化步驟，而後再進行能量利用或材料利用。

較佳亦可在進一步使用前特別是以化學方式對該活性碳進行淨化。為此，可在下一處理步驟S9中，將活性碳自第三反應區送入後處理裝置，並特別是根據所需之使用而對其進行處理。

活化熱解焦炭、淨化產物氣體及處理活性碳較佳係第三處理階段P3的部分，該處理階段較佳包含所有在第三反應區內或者至少與該第三反應區對應的處理步驟。

需要說明的是，以上係關於至少一個例示性實施方式的說明，對此存在大量的變化。其中亦需注意的是，所描述的例示性實施方式僅構成非限制性示例，並不意圖藉此來限制本案所說明的裝置與方法的範圍、適用性或配置。確切而言，上述說明將指導相關領域通常知識者如何來實現至少一個例示性實施方式，其中應當理解，在不背離所附申請專利範圍中所確定的主題及其法律對等物之情況下，可在例示性實施方式中所描述的元件的工作方式及佈局方面做出各種變化。

1‧‧‧裝置 2‧‧‧第一反應區 3‧‧‧第二反應區 4‧‧‧第三反應區 5‧‧‧輸送設備 6‧‧‧分離區 7‧‧‧後處理裝置 8‧‧‧加熱區 9‧‧‧第二輸送裝置 10‧‧‧第一輸送裝置 11‧‧‧加熱裝置 12‧‧‧分離裝置 13‧‧‧淨化裝置 14‧‧‧熱回收裝置 15‧‧‧廢氣淨化裝置 16‧‧‧傳熱介質 17‧‧‧散積物 18‧‧‧氣體管道，導氣連接 19‧‧‧產物氣體排出管 20a,b‧‧‧第一、第二散料閘門 21‧‧‧熱解焦炭 22‧‧‧滾筒 22a,b‧‧‧入口區域，出口區域 23‧‧‧輸送方向 24‧‧‧產物氣體流 25a,b‧‧‧入口，出口 100‧‧‧方法 S1-S9‧‧‧處理步驟 P1-P3‧‧‧處理階段

下面結合附圖對本發明的更多特徵、優點及用途進行描述，在附圖中，本發明之相同或相似的元件用同一元件符號表示。圖中至少部分以示意圖的形式示出： 圖1為用於產生活性碳的裝置的第一實施例； 圖2為用於產生活性碳的裝置的第二實施例； 圖3為第二反應區的實施例； 圖4為第三反應區的實施例；及 圖5為產生活性碳的方法的實施例。

1‧‧‧裝置

2‧‧‧第一反應區

3‧‧‧第二反應區

4‧‧‧第三反應區

5‧‧‧輸送設備

6‧‧‧分離區

7‧‧‧後處理裝置

8‧‧‧加熱區

9‧‧‧第二輸送裝置

10‧‧‧第一輸送裝置

11‧‧‧加熱裝置

12‧‧‧分離裝置

Claims (16)

1. 一種在氣化製程內產生活性碳的方法（100），具有： 第一處理階段（P1），具有：在第一反應區（2）內以產生熱解焦炭（21）及熱解氣體的方式對含碳起始材料，特別是生物質進行熱分解（S1）； 將所產生之熱解氣體的至少一部分自該第一反應區（2）送入（S4）第二反應區（3），將該熱解焦炭（21）的至少一部分自該第一反應區（2）送入第三反應區（4）； 第二處理階段（P2），具有：在該第二反應區（3）內自該熱解氣體產生（S5）可用來活化該熱解焦炭（21）的產物氣體； 將該產物氣體送入（S6）該第三反應區（4）；及 第三處理階段（P3），具有：在該第三反應區（4）內藉由該產物氣體來將該熱解焦炭（21）的至少一部分活化（S7）成活性碳。
2. 如申請專利範圍第1項之方法（100），其中至少部分地、較佳僅由該產物氣體來提供活化該熱解焦炭（21）所需之熱能。
3. 如申請專利範圍第1或2項之方法（100），其中在活化溫度下活化該熱解焦炭（21），該活化溫度與產生（S5）該產物氣體時的產生溫度相關。
4. 如前述申請專利範圍中任一項之方法（100），其中在700至1200℃，較佳800至1000℃，特別是925至975℃的產生溫度下產生（S5）該產物氣體。
5. 如前述申請專利範圍中任一項之方法（100），其中將水蒸氣添加至該熱解氣體（S2），藉由該水蒸氣來在該第二反應區（3）內產生該產物氣體。
6. 如申請專利範圍第4或5項中任一項之方法（100），其中以某種方式添加該水蒸氣以及/或者以某種方式選擇該產生溫度，使得該產物氣體具有以下中的至少一個： 15至45 vol%，較佳20至40 vol%，特別是約30 vol%的水蒸氣含量； 5至30 vol%，較佳10至20 vol%，特別是約15 vol%的二氧化碳含量；以及/或者 10至30 vol%，較佳15至25 vol%，特別是約20 vol%的一氧化碳含量。
7. 如申請專利範圍第5或6項中任一項之方法（100），其中在該第一反應區（2）內的熱分解（S1）過程中就添加該水蒸氣的至少一部分，從而產生部分活化的熱解焦炭（21），該熱解焦炭在該第三反應區（4）內藉由該產物氣體至少大部分，較佳至少大體完全被活化。
8. 如申請專利範圍第7項之方法（100），其中在該第一反應區（2）內藉由該所添加之水蒸氣來在某個溫度下部分活化該熱解焦炭（21），該溫度由熱分解該起始材料時的熱解溫度定義。
9. 如申請專利範圍第8項之方法（100），其中在該第一反應區（2）內，在500至900℃，較佳600至800℃，特別是650至750℃的熱解溫度下熱分解該起始材料。
10. 如前述申請專利範圍中任一項之方法（100），其中在送入該第三反應區（4）時對該熱解焦炭（21）的至少一部分進行預處理。
11. 如前述申請專利範圍中任一項之方法（100），其中在該第三反應區（4）內在該活化期間將該熱解焦炭（21）與該產物氣體至少大體連續地混合在一起。
12. 如前述申請專利範圍中任一項之方法（100），其中反向（24）於該熱解焦炭（21）地導引該產物氣體穿過該第三反應區（4）。
13. 如前述申請專利範圍中任一項之方法（100），其中在該熱解焦炭（21）活化完畢後導引該產物氣體穿過分離裝置（12），並在該分離裝置中特別是以物理方式清除熱解焦炭殘餘及/或活性碳殘餘。
14. 如前述申請專利範圍中任一項之方法（100），其中在加熱裝置（11）中對該熱解焦炭（21）的一部分進行燃燒，以加熱被輸入該第二反應區（3）以產生該產物氣體以及/或者被輸入該第一反應區（2）以熱分解該起始材料的傳熱介質（16）。
15. 一種用於產生活性碳的裝置（1），該裝置被配置成實施如前述申請專利範圍中任一項之方法。
16. 如申請專利範圍第15項之裝置（1），具有： 第一反應區（2），在該第一反應區內，熱解焦炭（21）及熱解氣體可透過含碳起始材料，特別是生物質，的熱分解而產生； 與該第一反應區（2）導氣連接的第二反應區（3），在該第二反應區內，自該熱解氣體的至少一部分來產生可用來活化該熱解焦炭（21）的產物氣體； 與該第二反應區（3）導氣連接的第三反應區（4），在該第三反應區內，該熱解焦炭（21）的至少一部分可藉由該熱解氣體而被活化成活性碳；及 第一輸送裝置（10），其被配置成將該熱解焦炭（21）的至少一部分自該第一反應區（2）送入該第三反應區（4）。

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