用于颗粒状碳质原料的研磨热解的方法和系统的制作方法

专利名称：用于颗粒状碳质原料的研磨热解的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于颗粒状碳质原料的研磨热解的方法和系统，该颗粒状碳质原料诸如，但不限于生物质或煤，尽管不是专门地确是特别地用于产生有机蒸气、有机液体(经常呈油的形式)以及焦炭中的一种或多种或它们的组合。
背景技术：
热解是指在缺氧的环境下通过加热引起的物质(原料)热分解。根据加热原料的速度，热解过程通常分为慢热解和快热解。木炭生产的传统方法被认为是一种慢过程；该方法具有典型地大约30% (干物质计)的液体产率。另一方面，原料的快热解具有高出许多的液体产率，广泛报道的该液体产率为高于60% (干物质计)。因此，当碳质原料的目标产物是有机液体时，快热解优于慢热解。一些快热解技术已达到示范级的规模(例如，流化床、真空)。但是，这些技术在商业规模中会具有技术上和经济上的实质的限制。例如，流化床热解器需要采用通常直径在2mm以下的非常细的颗粒，但是准备这种细原料颗粒通常导致高成本。流化床的另一严重缺陷是需要体积非常大的惰性气体以使惰性固体流化并将得到的焦炭携带出反应器。许多问题与采用大体积的惰性气体相关。例如，由于被惰性气体稀释，有机蒸气的偏压会变得极低，这使得难于冷却和收集有机组分。此外，高速气流导致悬浮颗粒的形成，该悬浮颗粒极难收集。此外，在此工艺中产生的不可冷凝的热解气体也被大体积的惰性气体稀释，这使得直接利用此气体具有更多的问题(例如，在用于产`生热的燃烧设备中)。惰性气体的(在进入流化床前的)连续的加热和随后的(将有机蒸气冷凝为生物油的)冷却大大降低整个工艺的效率。

发明内容
本发明的一方面提供一种处理颗粒状碳质原料的方法，该方法包括:使原料同时经历粒径减小工艺和热解。粒径减小工艺可以包括研磨和/或粉碎所述原料。粒径减小工艺可以包括用一个或多个硬物体反复地接触所述原料。用一个或多个硬物体接触所述原料可以包括用一个或多个物体碰撞所述原料。一个或多个物体可以设置为由多个分离的且可自由移动并反复地碰撞所述原料的物体组成的研磨介质，所述研磨介质包括赋予所述研磨介质动量以使所述研磨介质碰撞所述原料。所述方法可以包括提供一种容器，在该容器中发生所述粒径减小过程和热解，以及将所述原料运送至所述容器，所述容器具有容积V和内径D。所述方法可以包括在所述容器中提供所述研磨介质并旋转所述容器。所述方法可以包括提供占有所述容器的容积V的10%至50%的量的所述研磨介质。
所述方法可以包括以临界速度CS的55%至90%的速度旋转所述容器，其中:CS=42.3/D0 5rpm。所述方法可以包括提供以硅、卵石或不锈钢制成的实物的形式的物体。所述方法可以包括在所述容器内侧上提供一种不锈钢、硅或耐火材料的内衬。所述方法可以包括提供研磨介质经过所述容器的连续运送。热解可以包括通过传导和对流将热从所述物体传送至所述原料。所述方法可以包括在所述物体与所述原料接触前加热所述物体。所述方法可以包括在与所述物体接触前，利用来自加热所述物体的工艺的废热干燥所述原料。所述方法可以包括当所述物体与所述原料接触时加热所述物体。在一实施例中，所述热解包括加热所述容器。所述方法可以包括通过燃烧由原料热解所产生的不可冷凝的气体，来产生用于热解的热。所述方法可以包括在使油产率最大化的温度下实施热解。在一实例中，这包括在介于350° C至650° C之间的温度下实施热解。所述方法可以包括在足够导致原料焙干的温度下实施热解。在一实例中，这包括在低于320° C的温度下实施热解。

在一实施例中，所述方法包括向所述容器内提供有限的氧气以能够部分地燃烧由原料热解产生的挥发物和/或焦炭，以产生用于原料热解的至少一部分的热。在一实施例中，所述方法包括冷凝由所述热解产生的有机蒸气以形成油。在一实施例中，所述方法包括在由所述热解产生的焦炭上冷凝由所述热解产生的有机蒸气，以产生油/焦炭混合物。在一可选的实施例中，所述方法包括冷凝由热解产生的有机蒸气以产生油，并混合由热解产生的焦炭以产生油/焦炭浆液。在一实施例中，所述方法包括将由所述原料热解产生的产物作为燃料运送至燃烧或气化系统。此实施例还可以包括利用燃烧或气化系统作为用于热解的热源。在一实施例中，所述方法包括将由所述原料热解产生的产物作为共烧燃料运送至蒸煮器或气化器。本发明的第二实施方面提供一种用于同时研磨和热解颗粒状碳质原料的成套设备，该成套设备包括:一装置，能够减小原料的粒径；以及一热源，能够在所述装置运行以减小所述原料的粒径来实现所述原料的热解的效果时，加热所述原料。所述装置可以包括研磨装置或粉碎装置。所述装置可以包括研磨介质和容器，所述研磨介质呈多个分离的、且可自由移动的物体的形式，在所述容器中所述研磨介质和所述原料彼此接触以实现所述原料的粒径减小的效果。通过旋转所述容器来操作所述装置以将动量赋予所述研磨介质并导致所述研磨介质反复碰撞所述原料。所述成套设备可以包括使所述研磨介质循环经过所述容器的机构。
在所述容器中，所述研磨介质可以占有所述容器的容积V的10%至50%。所述容器可以以临界速度CS的55%至90%的速度旋转，其中:CS=42.3/D°_5rpm，其中D是所述容器以米计的内径。 所述热源可以被设置为在所述研磨介质接触所述原料之前加热所述研磨介质。可选地或额外地，所述热源可运行以加热所述容器。所述热源可以包括燃烧器和气体运送系统，所述气体运送系统将来自所述原料热解的不可冷凝的气体和蒸气运送至所述燃烧器。所述成套设备可以包括冷凝器，可以将热解气体和蒸气从热解器被抽吸经过所述冷凝器以冷凝和捕获热解蒸气的有机组分。在一实施例中，所述热源可以被设置为提供使油产率最大化的热解温度。在一实例中，这包括所述热源提供介于350° C至650° C之间的热解温度。在一可选的实施例中，所述热源可以被设置为提供足够导致生物质焙干的热解温度。作为一实例，所述热源可被设置为提供低于320° C的热解温度。在一实施例中，所述成套设备可以被设置为在由所述热解产生的焦炭上冷凝由所述热解产生的有机蒸气，以产生油/焦炭混合物或浆液。在一实施例中，所述成套设备是具有燃烧室或气化器的燃烧或气化系统的一部分，所述成套设备被设置为将由所述原料热解产生的产物作为燃料运送至所述燃烧室或气化器。此实施例还可以包括提供由所述燃烧室或气化器所产生的热，作为用于热解的热或热源。在一实施例中，所述成套设备可以被设置为将由所述原料热解产生的产物作为共烧燃料运送至所述蒸煮器或气化器。


现将仅参照附图以实例的方式描述本发明的实施例。在附图中:图1是用于处理颗粒状碳质原料的方法和系统的实施例的碳质原料颗粒的效果的不意图；图2是依照本发明的用于处理颗粒状碳质原料的系统和方法的实施例的示意图；图3是依照本发明的用于处理颗粒状碳质原料的方法和系统的第二实施例的示意图；以及图4是依照本发明的用于处理颗粒状碳质原料的方法和系统的第三实施例的示意图。
具体实施方式
就其最广泛的形式来说，研磨和热解颗粒状碳质(carbonaceous)原料的方法和系统的实施例包括使颗粒状碳质原料同时经历粒径减小和热解。本实施例就颗粒状生物质原料进行描述，但是这些实施例可以应用到其他形式或类型的碳质原料上，或相对于其他形式或类型的碳质原料而言是可操作的。热解具有在生物质颗粒上形成一层焦炭(char)和产生有机蒸气的效果。粒径减小工艺使生物质颗粒的焦炭层破裂，因此减小颗粒的尺寸并暴露出该颗粒的相对新鲜的外层。热解尺寸减小后的生物质颗粒再次导致在新暴露的外表面上形成焦炭层，并进一步产生有机蒸气。粒径减小工艺破掉此焦炭层。因此，热解通过以下方式帮助粒径减小工艺:形成相对脆的焦炭层，即比原始生物质更可研磨的焦炭层，因此在粒径减小工艺中更容易去除。由于粒径减小工艺，生物质颗粒的顺序出现的相对“新鲜”的层直接暴露于热解工艺，因此使热解能够快速在生物质颗粒的非常核心处和顺序出现的层处发生。相信此工艺还导致最大体积的有机蒸气的产生，因此提高总的生物油的产率。热解中的生物质颗粒的破碎可以以比上述更随机的方式发生，这取决于生物质的结构特征。图1是用于同时研磨和热解颗粒状生物质原料的方法和系统的上述实施例的概念性示意图。在处理前，示出球形的、且半径为Ra的假设的生物质原料颗粒10a。虽然实际上粒径减小和热解同时发生，为了此图描述的方便，分别示出这两个工艺的效果。当颗粒IOa开始经历热解Pl时，焦炭层12b围绕该颗粒形成以形成处理后的颗粒10b。颗粒IOb经历粒径减小工艺Cl。这导致焦炭层12b破掉并形成处理后的颗粒10c。焦炭层12b破裂为更细小的焦炭颗粒14。作为粒径减小工艺Cl的结果，现在颗粒IOc具有相对新鲜或未被烧焦的外表面16c。在步骤P2中继续热解，导致表面16c经历热解并形成焦炭层12d。焦炭层12d从外表面16c开始并沿径向向内延伸形成处理后的颗粒10d。粒径减小工艺C2导致焦炭层12d破掉，形成更细小的焦炭颗粒14，并产生进一步被处理的生物质颗粒10e，生物质颗粒IOe具有新暴露于热解工艺的外表面16e。热解工艺P3再进一步生成焦炭层12f和处理后的颗粒IOf。粒径减小工艺C3导致焦炭层12f破掉并形成更细小的焦炭颗粒14。现在，处理后的颗粒IOf的核是这样的尺寸，即尺寸减小工艺C3使剩余颗粒IOf破裂为多个更小的颗粒10g，颗粒IOg的每一个现在可以被完全热解。热解后的颗粒IOg再经历粒径减小工艺并破裂为额外的 细小焦炭颗粒14。与上述工艺同时发生的是包括有机蒸气的热解气体的产生。注意颗粒可以在碰撞和研磨过程的任何阶段中碎裂。如以下更详细描述的，所述方法和系统的实施例使用粒径减小工艺和热解两者同时发生的装置或设备。此装置或设备采用一个或多个硬物体，在生物质经历热解时，接触生物质颗粒并且更具体的说是重复地碰撞颗粒状生物质。这些硬物体可以被固定在装置或设备内，诸如在锤式粉碎机中；或者这些硬物体可以是分离的并可自由移动的，诸如在球磨机中。在任一情况下，当与硬物体接触时，通过将热传至生物质来实现热解。可以通过将接触生物质的物体本身预热来传热，或者可以从外部加热其中发生粒径减小的装置或设备来传热，或者是这两者的组合。当通过采用分离的并可自由移动的物体，诸如在球磨机中的球，实现粒径减小的效果时，通过在物体接触生物质之前加热物体，并使物体循环经过其中发生粒径减小和热解的装置或设备，可以实现传热的效果。进一步设想，通过燃烧由热解工序产生的不可凝结的气体，至少部分地产生热解工序所需的热。另外的实施例设想在同时发生的粒径减小和热解工序之前，干燥生物质。通过利用加热物体的废热可以实现干燥的效果O图2描述成套设备20的实施例和用于同时研磨和热解生物质的相关方法。成套设备20包括研磨热解器22，研磨热解器22作为在其中粒径减小和热解两者同时发生的装置或设备。在此具体实施例中，研磨热解器22包括具有可旋转的容器或滚筒26的球磨机24。球磨机24还包括呈球28的形式的多个硬物体，这些硬物体一起构成研磨介质。如之后更具体解释的，研磨介质28可以循环经过球磨机24。
成套设备20还包括用于盛装湿颗粒状生物质原料的储料斗(或料斗)30。术语“湿”在本文中意在指该原料包含相对高的水分含量，而非该原料被水覆盖或是表面有水。例如生物质颗粒状原料可以是木屑的形式。槽32从储料斗30通至生物质干燥器34。生物质原料会具有高水分含量，例如高至大约60%。干燥器34的目的是尽可能地减小该原料的水分含量，例如低至大约10%。控制干燥器34中采用的加热介质的温度，使得生物质原料在干燥器34中不经历任何显著的热化学反应(即，热解)。干燥的原料从干燥器34经由管线36被输送至干燥的生物质原料料斗38。干燥的原料由料斗38被装进槽40，槽40通至研磨热解器22的入口耳轴42。来自料斗43的被加热的球28能够经由导管45进入槽40。因此，颗粒状生物质能够在槽40中与被加热的球28混合，并且混合物被运送至入口耳轴42。研磨热解器22的卸料耳轴44通至颗粒收集器46，颗粒收集器46可采取旋风分离器的形式。焦炭和球28的混合物从耳轴44被排入颗粒收集器46，并随后进入焦炭/球分离器50。分离器50安装有筛，该筛的网眼尺寸设置为使得球28沿着网格52向下移动到卸料槽54并被引至输送系统56,输送系统56将球28传送至加热器58。另一方面,焦炭穿过网格52并被收集到位于分离器50底部的焦炭盛放器60中。例如通过施加相对的负压(B卩，真空)，经由导管48收集在研磨热解器22中产生的热解气体和蒸气。为了防止热解蒸气的冷凝，通过例如采用加热带将导管48加热到至少300° C并优选地高于400° C的温度。通过冷凝系统(condensation train)62处理经由导管48抽吸的热解气体和蒸气，冷凝系统62起到冷凝和捕获有机组分的作用。由于相当数量的细小焦炭(例如，小于30微米的大小)也经由导管48被抽吸，在蒸气进入冷凝系统前，蒸气应当穿过过滤装置49。可以采用任意数量的已知冷凝技术以捕获热解蒸气的有机组分，已知冷凝技术诸如但不局限于:例如采用水或干冰的冷却；或静电沉淀。诸如二氧化碳、一氧化碳、氢和各种氢烃的热解产物的不可冷凝的气体和/或蒸气通过例如风扇，经过导管66被导至气体燃烧器68。可燃的气体和/或可燃的蒸气在气体燃烧器68中燃烧，产生被加热的气体，被加热的气体经由导管70送至加热器58。可选地或额外地，如果需要，可以燃烧一些焦炭以向工艺提供额外的热。热气从导管70垂直向上流经在倾斜的网格72上布满球28的加热器58。当期望油产率最大化时，加热器58将球28加热或再加热至典型的介于350° C至650° C之间的热解温度。废热气随后经由导管74流至干燥器34。因此，来自加热器58的废热在干燥器34中被利用以减少生物质原料的水分含量。在可选的实施例中，加热器58可以被设置为使得球28可以从加热器58的底部被垂直地排出而不采用倾斜的网格72。此外，可以引导用于加热球28的热气以便沿不是垂直的方向或沿除垂直以外至少还有的其它方向流动。使输送系统56隔热以当球28从分离器50循环返回至加热器58时减少球28的热损失。现将描述成套设备20典型的操作顺序与典型的操作参数。生物质原料最初盛装(在商业应用中生物质原料可以是连续的)在储料斗30中，随后经由槽32被传送至干燥器
34。穿过导管74的热气将生 物质在干燥器34中干燥，例如干燥至大约或低于10%的水分含量，该热气组成来自加热器58的废热。干燥后的生物质被传送至料斗38，随后经过槽40运送至研磨热解器22的入口耳轴42。原料会具有不良的流动特性和/或可能桥连(bridge)并因此阻塞料斗38的出口。为了防止这种现象发生，可以在料斗38中安装呈搅拌器39的形式的搅拌机构。搅拌器39呈中心轴的形式，该中心轴具有径向延伸的棒，并且搅拌器39以沿其轴的直线往复运动与绕其轴的旋转运动组合的方式运动。已发现搅拌器39的这种运动有助于粗生物质原料的进料。在进入研磨热解器22之前，从料斗43排出的被加热的球28在槽40中与生物质原料混合。球28可以典型地具有大约在IOmm至120mm的范围内的直径并且可以由包括不锈钢和硅的各种材料制成。根据典型的为大约350° C至650° C的热解温度以及再加热之后球28的温度，球28以期望的质量比(例如，六至十之间)与生物质被一起提供。入口耳轴42的内表面衬有与钻相似的螺旋，该螺旋帮助生物质和球28到达容器26。马达(未示出)运转以使研磨热解器的容器26绕中央长轴80旋转。当容器26旋转时，容器26带起球28和生物质以产生翻滚的效果。球28的提升将动量赋予下落时反复碰撞生物质的球28。通过与之前被加热的球28的接触，热也被传至生物质。通过确保研磨热解器22内实质上无氧的环境，被传送至生物质的热导致生物质的热解。如与图1相关的上 述解释，球28对生物质的反复碰撞的组合运动以及传热所导致的同时发生的生物质颗粒的粒径减小和热解，使得生物质颗粒逐步地减小尺寸以产生焦炭和热解气体和蒸气。容器26以低于临界速度(CS)的速度旋转，在临界速度时，由于离心力的缘故，生物质原料和研磨介质28呈现“粘”于容器26的内表面的效果。CS=(42.3 + D°_5)rpm，其中D是容器26的以米计的内径。容器26的有用的速度范围被认为介于0.55CS和0.9CS之间。在此范围中，在一些情况下，0.75CS的速度被认为产生尤其好的结果。这些速度被认为在球28落回到原料上之前，对于将球28提升至产生最大动量的高度而言是有用的。因此，作为容器26旋转的结果，生物质原料与球28混合并被球28研磨/粉碎。球28可以由不锈钢、燧石、卵石、娃或其它材料制成。球28可以占据容器26的容积的10%至50%。在一实例中，球28对于容器26的容积的不大于35%的占有率被认为具有好的结果。此体积是在任一时刻，球28在容器26中的体积。因此，在球28循环的成套设备20中，循环率被设置为依照上述范围，以占容器26容积的百分比的形式设置球的占有率。不需要所有的球28的尺寸均一致。例如，球28的尺寸可以是直径从IOmm至120mm。此外，可将研磨热解器22划分成两个或多个小室，并且较大的球28占据靠近入口耳轴42的小室，较小直径的球28位于靠近出口耳轴44的小室，在靠近入口耳轴42的小室中的生物质的粒径最大，而靠近出口耳轴44的小室中的生物质的粒径较小。于是，较大的球28碰撞较大的生物质的颗粒，且原料粒径沿着朝向排出耳轴44的方向变小时，通过使用较小直径的球28达到更有效的尺寸减小。在采用分隔物和不同尺寸的球的情况下，由网格形成的分隔物允许逐步变小的球朝向排出耳轴44从一个小室移至另一个小室。在热解器22包括单一小室的情况下，热解器22的排出端可以是锥形的，且该锥形的最小直径部与排出耳轴44连接，在图2所示的具有球28的连续循环的成套设备20的情况下，包括单一小室的热解器22会是有利的。为了帮助球28和焦炭的排出，可以将螺线固定至排出耳轴44的内表面。但是，可以提供促进球28和焦炭的排出的其它机构和系统，诸如增大出口耳轴44的直径，以及使旋转容器26相对于水平方向倾斜例如一度或两度。为了保护热解器22/容器26的内表面，可以用由单个的板组成的内衬覆盖内表面。该内衬可以由各种材料形成，并且实际上可以与形成球28的材料相匹配。
基于不同的尺寸和密度(B卩，靠不同的物理特性)，使经过排出耳轴44排出的混合的研磨球28与焦炭分离。在此实例中，混合物被置于倾斜的网格52上，倾斜的网格52允许焦炭穿过网格52到达盛放器60，而球28被引导至输送系统56。为了帮助球28与焦炭分离，可以振动或摇动网格52。图3描述用于同时研磨和热解生物质的成套设备20a的第二实施例。在描述此实施例时，采用相同的标号描述或表示与图2所示的成套设备20相关的特征相同的特征。就广义而言，图2的成套设备20和图3的成套设备20a的主要区别在于在成套设备20a中，不循环研磨介质(即，研磨球28)，而是将研磨介质保持在热解器22内。这就避免了输送系统56、加热器58和储存箱43。此外，因为将球28保留在热解器22内，所以就不需要热解器外部的分离器50。在此实施例中，容器26被罩在绝热外护套92中，在容器26和护套92之间形成环形的间隙或空间。被加热的气体经由管线90被引导进间隙94中。来自间隙94中热气的传热经过容器26的器壁影 响热解。为了使油的产率最大化，热解器22内的温度应为大约350° C至650° C。由于热解的热穿过热解器22/容器26的器壁被传送，所以器壁被加热至比热解所需的温度高的温度，这是考虑到经过容器26的器壁的热传递和损失。例如，该器壁应该被建造成能耐大约500° C至850° C或更高的温度。与成套设备20相t匕，成套设备20a的另一区别在于，从围绕研磨热解器22的间隙94出去的废气用导管82引导至干燥器34。为了满足特定产物的要求，能够变化操作条件或后处理方法。例如，在较低的温度(例如，从大约200至320° C)下操作热解器22能够产生焙干后的生物质。在此温度范围内的热解工艺被称为焙干(torrefaction)，所得生物质可以使用常规致密化设备被致密化为团块或球团。在此工艺中，可以省略图2和图3所示的冷凝步骤，并且热解蒸气和可燃烧的气体可以被用作热解器加热源。降低图2和图3的过滤装置的过滤速度或完全省略过滤装置导致有机蒸气在焦炭细粉上冷凝，产生一种呈生物浆液或生物糊状物形式的生物油/焦炭混合物。此生物油/焦炭混合物可以用作燃烧燃料或气化燃料。此外，如图4所示，热解器本身可以形成燃烧或气化系统100的一部分。在此实施例中，热解器22产生的挥发物和细焦炭被直接运送至系统100的燃烧室或气化器102。由燃烧室或气化器生成的热的一部分和/或来自燃烧室或气化器的废热可以用来加热热解器。可选地，通过将少量氧气或空气引入热解器22而燃烧在热解器中的小部分的挥发物和/或细焦炭，可以提供热解的热。—种图4的实施例的变化在于将包括挥发物、焦炭和可燃烧气体的热解产物作为共烧燃料运送至蒸煮器或气化器。此优于采用新鲜的生物质作为共烧燃料，这是因为省略了任何耗能的生物质粉碎工艺。在此情况中，通过燃烧在热解器22中的小部分的挥发物和/或焦炭可以再提供热解的热。这能够通过将少量的氧气或空气引入热解器22并监视热解器内的温度来实现。可选地，来自蒸煮器或气化器的一些热烟道气体可以被用作热解器的加热源。相对于现有的热解技术而言，可认为本发明的实施例提供了各种益处和/或优点。这些益处和/或优点包括采用粗原料颗粒的能力，粗原料颗粒具有广泛的粒径分布(例如，厚度或直径介于5mm和8mm之间)、不规则的形状(例如,非球形的、高度支化的)以及包含诸如石和砂的非生物质颗粒。本发明能够使用很多的原材料而无需大量和昂贵的初处理。一个附加的优点在于在本发明的热解器中产生的焦炭呈细颗粒(直径主要在50微米以下)的形式，使得该焦炭容易被利用(例如，作为燃料或土壤改进剂)。此外，由于不需要载气，所以简化了热解蒸气的热淬火，减少了悬浮颗粒的产生。也可以更有效地利用不可冷凝的热解气体。既然已详细地描述了本发明的实施例，对相关领域的技术人员而言将显而易见的是，在不偏离基本创造性概念的情况下可以作出许多修改和变化。例如，图2至4描述用于同时研磨和热解生物质原料的包括球磨机的成套设备。然而，可以采用能够减小生物质粒径的其他类型的装置，诸如锤式粉碎机或往复式颚式破碎机。此外，通过组合如图2所示的加热研磨介质(即，球28)与如图3所示的直接加热热解器的内壁/容器26，可以提供用于热解的热。此外，如需要，天然气或其他燃料可以用来增加对燃烧器68的燃料供应。所有这些修改和变化和对本领域的普通技术人员而言是显而易见的其他的修改和变化一起被认为是在本发明的范围内，本发明的性质将`由上述描述和所附权利要求确定。
权利要求
1.一种处理颗粒状碳质原料的方法，包括: 使原料同时经历粒径减小工艺和热解。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述粒径减小工艺包括研磨和/或粉碎所述原料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述粒径减小工艺包括反复地用一个或多个硬物体接触所述原料。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述用一个或多个硬物体接触所述原料包括用一个或多个物体碰撞所述原料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述一个或多个物体设置为由多个分离的、且可自由移动并反复地碰撞所述原料的物体组成的研磨介质，所述研磨介质包括赋予所述研磨介质动量以导致所述研磨介质碰撞所述原料。
6.根据权利要求3至5的任一项所述的方法，包括提供一种容器，在该容器中所述粒径减小工艺和热解同时发生，以及将所述原料运送至所述容器，所述容器具有容积V和内径D0
7.根据权利要求6所述的方法，包括在所述容器中提供所述研磨介质并旋转所述容器。
8.根据权利要求6或7所述的方法，包括提供占有所述容器的容积V的10%至50%的量的所述研磨介质。
9.根据权利要求6或7所述的方法，包括以临界速度CS的55%至90%的速度旋转所述容器，其中:CS=42.3/D0 5rpm。
10.根据权利要求3至9的任一项所述的方法，包括提供由以下任一种制成的实物的形式的物体:硅、卵石或不锈钢。
11.根据权利要求6至10的任一项所述的方法，包括在所述容器内侧上提供一种不锈钢、硅或耐火材料的内衬。
12.根据权利要求7至11的任一项所述的方法，包括提供研磨介质经过所述容器的连续运送。
13.根据权利要求3至10的任一项所述的方法，其中所述热解包括通过传导和对流将热从所述物体传送至所述原料。
14.根据权利要求13所述的方法，包括在所述物体与所述原料接触前加热所述物体。
15.根据权利要求14所述的方法，包括在与所述物体接触前，利用来自加热所述物体的工艺的废热干燥所述原料。
16.根据权利要求13所述的方法，包括当所述物体与所述原料接触时加热所述物体。
17.根据权利要求6至16的任一项所述的方法，其中所述热解包括加热所述容器。
18.根据权利要求1至16的任一项所述的方法，包括通过燃烧由所述原料热解所产生的不可冷凝的气体和/或焦炭，产生用于热解的热。
19.根据权利要求1至18的任一项所述的方法，包括在足够导致所述原料焙干的温度下实施热解。
20.根据权利要求6至19的任一项所述的方法，包括向所述容器内提供有限的氧气以能够部分地燃烧挥发物和/或焦炭以产生用于所述原料热解的热。
21.根据权利要求1至20的任一项所述的方法，包括冷凝由所述热解产生的有机蒸气以形成油。
22.根据权利要求1至20的任一项所述的方法，包括在由所述热解产生的焦炭上冷凝由所述热解产生的有机蒸气以产生油/焦炭混合物。
23.根据权利要求1至20的任一项所述的方法，包括将由所述原料热解产生的产物作为燃料运送至燃烧或气化系统。
24.根据权利要求23所述的方法，包括利用所述燃烧或气化系统作为用于热解的热源。
25.根据权利要求1至20的任一项所述的方法，包括将由所述原料热解产生的产物作为共烧燃料运送至蒸煮器或气化器。
26.根据权利要求1至18的任一项所述的方法，包括在介于350°1:至650° C之间的温度下实施热解。
27.一种用于同时研磨和热解颗粒状碳质原料的成套设备，包括: 一装置，能够减小原料的粒径；以及一热源，能够在所述装置运行以减小所述原料的粒径来实现所述原料的热解的效果时，加热所述原料。
28.根据权利要求27所述的成套设备，其中所述装置是研磨装置或粉碎装置。
29.根据权利要求27或28所述的成套设备，其中所述装置包括研磨介质和容器，所述研磨介质由多个分离的、且可自由移动的物体组成，在所述容器中所述研磨介质和所述原料彼此接触以实现所述原料的粒径减小的效果。
30.根据权利要求29所述的成套设备，其中通过旋转所述容器来操作所述装置以将动量赋予所述研磨介质并导致所述研磨介质反复碰撞所述原料。
31.根据权利要求29或30所述的成套设备，包括提供研磨介质经过所述容器的循环运送。
32.根据权利要求28至31的任一项所述的成套设备，其中在所述容器中，所述研磨介质占有所述容器的容积V的10%至50%。
33.根据权利要求30至32的任一项所述的成套设备，其中所述容器以临界速度CS的55%至90%的速度旋转，其中: CS=42.3/D°_5rpm，其中D是所述容器以米计的内径。
34.根据权利要求29至33的任一项所述的成套设备，其中在所述研磨介质接触所述原料之前，所述热源加热所述研磨介质。
35.根据权利要求29至34的任一项所述的成套设备，其中所述热源加热所述容器。
36.根据权利要求29至34的任一项所述的成套设备，其中所述热源包括燃烧器和气体运送系统，所述气体运送系统将来自所述原料热解的不可冷凝的气体运送至所述燃烧器。
37.根据权利要求29至36的任一项所述的成套设备包括冷凝器，来自所述原料热解的气体和蒸气被抽吸经过所述冷凝器以冷凝和捕获热解蒸气的有机组分。
38.根据权利要求29至37的任一项所述的成套设备，其中所述热源被设置为提供足够导致生物质焙干的热解温度。
39.根据权利要求29至36的任一项所述的成套设备，其中所述成套设备被设置为在由所述热解产生的焦炭上冷凝由所述热解产生的有机蒸气以产生油/焦炭混合物。
40.根据权利要求29至36的任一项所述的成套设备，其中所述成套设备是具有燃烧室或气化器的燃烧或气化系统的一部分，所述成套设备被设置为将所述原料热解产生的产物作为燃料运送至所述燃烧室或气化器。
41.根据权利要求40所述的成套设备，其中由所述燃烧室或气化器所产生的热作为用于热解的热或热源。
42.根据权利要求29至36的任一项所述的成套设备，其中所述成套设备被设置为将所述原料热解产生的产物作为共烧燃料运送至所述蒸煮器或气化器。
43.根据权利要求29至42的任一项所述的成套设备，包括用于将所述原料提供至所述装置的料斗，所述料斗安装有搅拌机构，所述搅拌机构能够将绕轴的旋转运动与沿所述轴的直线往复运动组合以促进所述原料自所述料斗至所述装置的流动。
44.根据权利要求29至37的任一项所述的成套设备，其中所述热源被设置为提供介于350° C至650° C之间的 热解温度。
全文摘要
一种热解成套设备(20)包括研磨热解器(22)，该研磨热解器是粒径减小和热解两者在其中同时发生的装置或设备。成套设备(20)还包括用来盛湿颗粒生物质原料的储料斗(30)。槽(32)从储料斗(30)通至生物质干燥器34，生物质干燥器34将原料的水分含量减小至低于大约10%wt。干燥后的原料从干燥器(34)经由管线(36)被输送至干燥后的生物质原料料斗(38)。干燥后的原料从料斗(38)被运送至槽(40)，槽(40)通至研磨热解器(22)的入口耳轴(42)。研磨热解器(22)的排出耳轴(44)通至用于收集焦炭颗粒的焦炭盛放器(60)以及用于冷凝由热解产生的蒸气以生产油的冷凝系统(62)。
文档编号C10B57/02GK103140569SQ201180039968
公开日2013年6月5日 申请日期2011年6月21日 优先权日2010年6月22日
发明者李春柱, 吴宏伟, 王小山 申请人:科廷科技大学