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CN102821840A - 用于在一个同心分级流化床中热预处理固体原料的装置及方法 - Google Patents

用于在一个同心分级流化床中热预处理固体原料的装置及方法 Download PDF

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CN102821840A
CN102821840A CN2011800165653A CN201180016565A CN102821840A CN 102821840 A CN102821840 A CN 102821840A CN 2011800165653 A CN2011800165653 A CN 2011800165653A CN 201180016565 A CN201180016565 A CN 201180016565A CN 102821840 A CN102821840 A CN 102821840A
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Abstract

本发明涉及一种热预处理含水固体原料的流化床反应器，其具有用于接收一个分级的、固定的流化床的装置，该装置包括至少两个同心地安排的处理区域。每个处理区域具有用于流化气体的至少一个单独的气体进口，并且该独立的处理区域只通过溢流相互连接。最外部的处理区域具有用于原料的一个加料装置。每个处理区域通过一个溢流挡坝从对应的另一个相邻的处理区域分开，并且最内部的处理区域具有用于反应产物的一个出口。该固体原料被供应进入该流化床的该最外部处理区域中，所述流化床通过流化气体变松并且流化。在该流化床的一个第一步骤中设定一个第一温度和一个第一停留时间，并且在该流化床的一个第二步骤中设定一个第二温度和一个第一停留时间。该第一步骤以及该第二步骤的该流化气体的温度被单独地控制。该流化后的原料从该外部处理区域溢流越过该溢流挡坝进入该内部处理区域，并且流化后的物质与产物一起从该最内部的处理区域的底部取出。

Description

用于在一个同心分级流化床中热预处理固体原料的装置及方法
本发明涉及对一个分级流化床中固体能源原料的热预处理,该固定能源原料包括例如生物成因的以及其他高活性的燃料、化石燃料以及残留物。该分级的装置由两个同心安排的处理区域组成，这两个处理区域可以各自在停留时间以及温度方面进行单独调整。
预处理指的是该原料的干燥或烘培（Torrefizierung）。烘培，也称为“温和热解”，指的是有机原料如生物质在低于大约300°C时的分解反应。在400°C以上时，只有一小部分的固体物质以焦炭的形成残留，对于山毛榉木，在400°C时接近20wt%重量、然而在大约250°C时接近80至95wt%的重量以固体物质的形式残留，这取决于生物质的类型。在220°C至350°C的生物质的处理过程具有这样的效应，即由纤维结构引起的韧性得到降低。这使得后续的另外的粉碎过程更简单并且将该粉碎过程所需的能量需求降低到一个相当小的水平。
单级流化床的一个典型特征是收回的产物颗粒的停留时间分布。在目的是烘焙的情形下这尤其是不利的，因为由于这些不同的停留时间，会导致该产物的一个不希望的元素组成的变化。
因而本发明的目的是使这些处理后的颗粒的停留时间分布得被调整为更均一以使这些颗粒停留时间相等。这些目的通过将该流化床分级安排以及在不同的处理区域进行热处理及其几何结构设计来实现。
本发明的目的通过使用一个用于热预处理包含水的固体原料的流化床反应器来实现，该流化床反应器包括：
多个用于接收具有至少两个同心地安排的处理区域的一个分级的固定流化床的装置，其中
这些处理区域各自具有用于流化气体的至少一个单独的气体进口，并且
这些独立的处理区域只通过溢流彼此连接，
每个处理区域通过一个溢流挡坝与相应的另一个相邻的处理区域相分离，
最外部的处理区域配备有一个用于原料的加料装置，并且
最内部的处理区域配备有一个用于预处理后的原料的排放结构。
本发明的一个实施方案提供了一个溢流挡坝，该溢流挡坝具有一个降低的部分溢流
Figure BDA00002204262500021
该部分溢流被安排为相对于该加料装置偏置180度。在多个同心安排的处理区域的情况下，可以设置多个溢流挡板，它们全都具有降低的部分溢流，这些部分溢流被安排为相对于各自的外部处理区域的溢流偏置180度。
本发明的另一个的实施方案提供了在这些处理区域中至少一个的内部的一个底流挡坝（Unterlaufwehr）。
本发明的另外的一个实施方案对每个处理区域提供了分离的气体排放装置。提供喷嘴、开口、开缝或钟状物（Glocken）作为用于流体气体气体进口装置。
本发明的目的还通过一个方法来实现，该方法用于在具有至少两个同心地安排的处理区域的流化床反应器中的一个分级操作的流化床中热预处理固体原料，其中
该固体原料被供应给该流化床的最外部的处理区域，该流化床藉由流化气体进行搅拌并且流化，
为该流化床的每个级设定一个确定的温度和一个确定的停留时间，
单独地控制相应的级的流化气体的这些温度，
该待流化的物质通过溢流挡坝从各自的外部处理区域流入各自的内部处理区域，并且
□该待流化的物质与产物一起从最内部处理区域的底部排放。
本发明藉由6个附图更详细地进行说明。
图1示例性地示出具有两个处理区域的一个变体，
图2示出类似图1的一个两级装置，
图3和图4各自示出根据本发明的具有三个同心处理区域的一个装置，
图5和图6示出本发明的另外的有利的实施方案。
图1示例性地示出具有两个处理区域的一个变体。原料1通过加料螺杆2被供应给反应器3的第一处理区域4。该处理区域藉由流化气体5进行搅拌和流化。流化气体5的温度，例如是被选择为，使得原料在第一处理区域4中经历干燥过程。来自流化气体和水蒸气的排气6离开处理区域4。流化以及连续的原料供应有助于使干燥后的原料1通过溢流7连续传送进入第二处理区域9。这两个处理区域通过分隔壁8分离，布置是同心的。处理区域9藉由流化气体10进行流化。流化气体10的温度可以根据所希望的处理进行设定。如果例如要进行原料1的烘培，那么流化气体10的温度被选择为，使得在处理区域9中将该流化床的一个平均温度设定为如250°C。来自流化气体10以及在烘培过程中释放的气态组分的排气11离开处理区域9。处理后的产物13通过一个排放螺杆12在处理区域9的底部被排放。
图2示出类似图1的一个两级装置。与图1不同，处理区域4的底部以及反应器的壁实施为圆锥形。
图3示出根据本发明的具有三个同心处理区域4、16、以及9的一个装置，这些处理区域单独进行流化。图4示出根据本发明的具有三个同心处理区域4、16、以及9的一个装置，这些处理区域各自配备有一个单独的流化气体进口。处理区域4和16自身藉由一个底流挡坝22细分成多个区域。该流化后的固体在它达到朝向下一个处理区域9或16的分隔壁8（被设计成一个溢流挡坝）之前必须先穿过底流挡坝22。由这些流化气体组成的所有排气17，取决于来自干燥段释放的水蒸气以及释放的挥发组分的工作模式，在负载有对流化床而言典型的粉尘的情况下离开该反应器。在被进一步利用或处理或释放进入大气之前，排气17接着穿过粉尘分离器18。在图4中，粉尘分离器18示意性地展示为具有所需的反洗气体21的一个过滤器，但也可以实施为例如一个旋风分离器、静电沉淀器或根据现有技术的其他类型的粉尘分离器。从该气体中去除的粉尘19被有利地回收，如图中所示，并且与该原料一起被再次供应给该反应器。未展示的是一个另外的有利的变体，即向产物气流13直接供应粉尘19。
图5示出本发明的另一个有利的实施方案。根据图4的展示，图5中组成底流挡坝22的分隔壁在这些处理区域内的延伸直至该反应器的头部。这样做创造了排出多个彼此分离的排气气流6、11、以及15的可能性。这些气流可以例如被供应给一个独立的后续的处理或处置。因此这样例如可以实行一个独立的粉尘去除过程。因此还可以使用一个或多个部分流来将流化气体10供应给另外的处理区域。可能有利的是，例如，将从中心处理区域9排出的排气11再循环并且至少部分地供应流化气体5或14。取决于温度等级，这可能也需要再加热，假如适当的话需要粉尘去除以及提高压力。
图6示出本发明的另一个有利的实施方案。基于图1或2的展示，图6示出一个溢流挡坝8的优化的结构。溢流挡坝8具有形成溢流7的一个凹陷23。处理区域4中的流化的颗粒优选地在溢流挡坝8的最低点溢流至下一个处理区域9。如果这个凹陷相对加料螺杆2进行安排，那么产生了一个特别的优点，这大大地延长这些颗粒的停留时间并且显著地使该停留时间的分布均一化。
对于示例的实施方式并且对于其他可能的、但未示出的、根据本发明的实施方案适用的是，这些处理区域的尺寸可以根据用于该相应的处理区域的停留时间而独立地选择。
加料螺杆2从外侧对处理区域4进行供应，目的是实现这些颗粒的一个最大的停留时间。这意味着有两种结构：
1)从处理区域4到下一个处理区域的固体运送通过图1、2、以及3所示的一个溢流来实现，在这种情形下，该加料螺杆被定位在下侧的床区域内。
2)从处理区域4到下一个处理区域的固体运送通过图4所示的一个底流来实现，在这种情形下，该加料螺杆被设置在上侧的床区域内。还可以想到的是，取决于质量流量，在外周上分布多个加料螺杆。
每个处理区域被施加独立的温控流化气体。
由于该同心结构，也就是反应器3以及分隔壁8为圆形，流化气体5以及10可以被供应，使得在这些处理区域之内，在该流化床内以及每个处理区域内产生一个旋转（Drall）。
反应器3的外壁可以被设计成具有两个壁以及施加有另外的加热介质。
分隔壁8可以具有导热设计，使得在这些处理区域之间进行另外的热交换。如果处理区域4中进行干燥而处理区域9中进行烘培，那么热量从内部运送到外部。
该内部处理区域的底部可以被设计成圆锥形，而排放螺杆12可以被设计成冷却螺杆。
可以作为流化气体使用的是
惰性气体如氮气或二氧化碳或其混合物，
空气或“贫”空气，该“贫”空气是空气加上例如氮气，用来减少氧气的含量，
烟气；以便加热待供应的气体，通常是在一个额外的点火系统中燃烧一种燃料。产生的该热烟气与空气和/或氮气混合达到所希望的温度，然后作为流化气体使用。
循环气体，如果，例如，除尘排气20的一部分被回收，它可以与新鲜气体也就是烟气、惰性气体或空气混合并且再加热，然后作为流化气体供应给装置。
该气体分配底板可以被设计为使每个处理区域设置有其自己的气体分配器。为此，可以推荐两种变体。
喷嘴底板，变体1，有利的：图1对该处理区域4示出了一个平面的气体分配底板。在这种情形中，可以推荐常用在流化床工艺中的一个“开放的”喷嘴底板，固体通过这个喷嘴盘可以被向下地排放，例如在有杂质的情形中或在停工时按计划将该反应器放空时。同样建议一个“开放的”喷嘴底板，如果该底板是如图2至5所示的总体圆锥形底板。
喷嘴底板，变体2：在此展示了一个对于所有气体分配器的总体圆锥形的底板。在必须放空该反应器的情况下，壁8可以被提供有活门（Klappen），从而总固体量可以进入内部处理区域9并且通过中心式的分散作用进行排放。
参考标号清单
1原料
2加料螺杆
3反应器
4处理区域
5流化气体
6排气
7溢流
8分隔壁/溢流挡坝
9处理区域
10流化气体
11排气
12排放螺杆
13产物
14流化气体
15排气
16处理区域
17排气
18粉尘分离器
19粉尘
20除尘后的排气
21反洗气体
22底流挡坝
23凹陷

Claims (7)

1.用于含水固体原料的热预处理的流化床反应器，其特征在于多个用于接收具有至少两个同心地安排的处理区域的一个分级的固定流化床的装置，其中
这些处理区域各自具有用于流化气体的至少一个单独的气体进口，并且
这些独立的处理区域只通过溢流彼此连接，
每个处理区域通过一个溢流挡坝与相应的另一个相邻的处理区域相分离，
最外部的处理区域具有一个用于原料的加料装置，并且
最内部的处理区域具有用于预处理的原料的一个排放器。
2.如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于一个溢流挡坝，该溢流挡坝具有一个降低的部分溢流，该部分溢流被安排为相对于该加料装置偏置180度。
3.如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于多个溢流挡坝，这些溢流挡坝全都具有一个降低的部分溢流，这些部分溢流被安排为相对于各自的外部处理区域的溢流偏置180度。
4.如权利要求1至3之一所述的流化床反应器，其特征在于其在这些处理区域中至少一个的内部的一个底流挡坝。
5.如权利要求1至4之一所述的流化床反应器，其特征在于每个处理区域具有单独的气体排放装置。
6.如权利要求1至5之一所述的流化床反应器，其特征在于用于流化气体的该气体进口具有多个喷嘴、开口、开缝或钟状物。
7.用于在具有至少两个同心地安排的处理区域的流化床反应器中分级工作的一个流体床中热预处理固体原料的方法，其特征在于
该固体原料被供应给该流化床的最外部的处理区域，其中该流化床藉由流化气体进行搅拌并且流化，
在该流化床的每个级中设定一个确定的温度和一个确定的停留时间，
单独地控制这些相应的级的流化气体的这些温度，
待流化的物质通过该溢流挡坝从各自的外部处理区域流入各自的内部处理区域，并且
该待流化的物质与产物一起从最内部的处理区域的底部排放。
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