CN102959056A

CN102959056A - 用于湿生物质的热化学协调和气化的装置和方法

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Publication number: CN102959056A
Application number: CN2011800275352A
Authority: CN
Inventors: 埃尔汗·德米尔
Original assignee: ZBB GmbH
Current assignee: ZBB GmbH
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-02-14
Also published as: WO2012110012A1; CN102959056B; EP2507346B1; PL2507346T4; EP2507346A1; JP5938788B2; CA2800606C; DK2507346T3; RU2012151909A; DE112011104882A5; RU2562112C2; PL2507346T3; CA2800606A1; US20130199920A1; ES2558318T3; JP2014505149A

Abstract

本发明涉及一种由含水分的和/或干燥的生物质借助于具有一个可关闭的进口（13）的一个可加热的碳化反应器（1）用于生产能量载体和/或原料载体的装置。该生物质在该碳化反应器（1）内转化成为一种固体的可流动或气态的能量载体和/或原料载体，并且为了该能量载体和/或原料载体的临时储存，然后将该生物质经过一个可关闭的出口（14）输送到一个连接到该碳化反应器（1）的可冷却的槽（9）。该槽（9）连接到一个邻接的可加热的气化反应器（16）上，在该气化反应器内将气体和废弃物（如灰）从该能量载体中分离出。该装置的特征在于下列特征：a)该碳化反应器（1）被一个加热夹套环绕，将外部热能供应到该加热夹套并且将更多的热能至少从该气化反应器（16）供应到该加热夹套；b)将冷却能量从一个第二槽或冷却槽供应到该气化反应器（9）；c)将水供应到该第二槽或冷却槽（9）以便确保大致地恒定湿度（至少为了炭的生产）；d)将反应气体从该碳化反应器（1）和/或该第二槽或冷却槽（9）供应到一个气体储存设施（20）。

Description

用于湿生物质的热化学协调和气化的装置和方法

本发明涉及一种通过具有一个可闭合的进口的一个可加热的碳化反应器用于湿的(尤其含水的)和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化以生产能量载体和/或原料载体的装置，在该碳化反应器内将该生物质转化成一种固体的可流动或气态的能量载体和/或原料载体，并且为了该能量载体和/或原料载体的临时储存，将该生物质经过一个可关闭的出口排出到一个连接到该碳化反应器的可冷却的容器，该可冷却的容器连接到一个下游气化反应器，在该下游气化反应器内将气体和废弃物（如灰）从该生物质中分离出。

现有技术

生物质的气化通常是已知的。这理解为以下过程，在该过程中通过一种气化剂或氧化剂（通常是空气、氧、二氧化碳或蒸汽）通过部分燃烧将生物质转化成为一种产品气体或可燃气体。

通过气化，可以将以固态燃料形式的生物质转化成为一种气态的二次燃料，该气态的二次燃料可以更有效地使用在不同的用途选择中，例如电力生产或作为燃料和推进剂（可燃气体）或用作用于化学合成的合成气。对于其他一些固态燃料同样存在一些类似过程，尤其对于煤的气化。

在大约150°C的温度下的干燥之后开始生物质的气化，伴随着首先释放出蒸汽和氧。在更高的温度下，将该生物质的固体组分进行燃烧。一经供应二次空气就点燃了这种气体；闪点是从230°C至280°C。

工业的生物质气化是通过一种气化剂或氧化剂（通常是空气、氧、二氧化碳或蒸汽）在从700°C至900°C的温度下进行的没有着火的部分燃烧，其中该生物质不是被氧化成为二氧化碳（CO₂）（如在燃烧中）而是基本上氧化成为一氧化碳（CO）。生成的气体的另外的组分是氢（H₂）、二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）、蒸汽（H₂O）以及多种痕量气体和杂质，取决于所使用的生物质。留下了固体残渣（灰和焦炭）；此外，当该温度降低时该产物气体的某些组分（焦油和水）可以冷凝出来。

该可燃产物气体可以通过燃烧（可燃气体）或化学合成（合成气）进一步在一个下游过程被氧化，伴随能量的释放（放热过程）。如果该气化是用空气进行的，则用氮稀释的最终产物气体还经常称为贫气（LCV，低发热量气体）。

水热碳化（例如：“在高温下水性碳化”）是一种用于由生物质生产褐煤、合成气、液体石油前体以及腐殖土的简单的并且高效的化学过程，伴随能量的释放。在几个小时内，该过程技术上重复了本质上在5万至5千万年内发生的褐煤的形成（“煤化”）。

目前已知的工作过程如下：将生物质、尤其是植物物质（在下列反应方程式中为了简单以糖表示，具有分子式C₆H₁₂O₆）与水一起在一个等体积的过程中在一个压力容器内加热到180°C。该压力可以增加到2 MPa。在该反应过程中，还形成了氧鎓离子，该氧鎓离子使pH值降低到5或更低。在这个过程中，碳进入一个水相并且如此损失掉。对于该工作过程这种能量是不再可得的。通过加入少量的柠檬酸可以加速这个步骤。必须牢记的是在低pH值下，更多的碳进入该水相。发生的反应是放热的，即释放能量。在12小时之后，这些离析物的碳已经完全地进行了转化：90%至99%的碳是以固相的形式，作为一种孔径大小在8至20 nm之间的多孔的褐煤珠粒（C₆H₂O）的水性淤泥；剩余1%至10%的碳在该水相中溶解或已经转化成为二氧化碳。关于褐煤的形成的反应方程式是：

C₆H₁₂O₆ → C₆H₂O + 5 H₂O ΔH = -1.105 kJ/mol

该反应可以在若干阶段终止，伴随着不完全的水裂解，从而获得了不同的中间体。通过在几分钟之后终止，形成了一些液体中间体（亲脂性物质），但是由于它们的高反应性对它们的控制是非常困难的。紧接着，这些物质发生聚合并且形成类泥煤的结构，它们在大约8小时之后作为中间体可得。

理论上，该反应可以用某些金属颗粒进行催化，但是这些金属颗粒将非常快地加到这些产物上并且失去它们的功能。

由于水热碳化的放热反应，释放了基于该干物质的大约3/8的生物质的热值（其中高含量的木素、树脂和/或油仍然是至少1/4）。通过有技巧的过程控制，有可能用这种废热由湿生物质生产干燥的生物煤并且任选地将所转化的能量中的一部分用于发电。

最重要的方面在于使得一种简单的方法是可利用的，用于通过生物质将大气中的CO₂间接转化成为一稳定的、无害的储存形式（一碳阱）。使用水热碳化的方法，如使用生物质碳化的一些其他方法一样，全世界的分散的大量碳的永久储存因而将是有可能的。相比于目前论述的二氧化碳的液态的或固态的封存这将是安全得多的。由于煤的足够的化学稳定性，它还可以很好地用于土壤改良。

人工生产的腐殖土可用于被腐蚀的区域的植被再造。通过这种增强的植物生长，可以结合来自大气的附加的二氧化碳，所以该最终的效果将要实现高于1的碳效率或负的CO₂平衡。生成的煤浆可以用于燃烧或用于以一60%的效率对新型燃料电池进行操作，这是目前哈佛大学正在研究中的。为了常规燃料的生产，将首先必须对该碳/水混合物进行强加热，所以形成了所谓的合成气（一氧化碳和氢的气体混合物）：

C₆H₂O + 5 H₂O → 6 CO + 6 H₂

可替代地，在该生物质的不完全反应过程中形成的这些液体中间体能够用于生产燃料和塑料。

此外，该生成的煤浆可以压制成块并且作为环境友好的（因为它是二氧化碳）中性的“自然煤”出售，与起始的生物质相比，应有可能通过分离/过滤/压制以便用更低的能量消耗进行干燥，并且由于其每体积/质量更高能量含量它将引起更低的运输成本并且将要求更小的储存面积。

当由生物质生产合成气时的主要问题是焦油的形成，这在一水热过程中大体上是可以避免的。然而，对此为何遵循这种通过生物煤的间接路线是不清楚的。在一些超临界条件下，在400°C和一至少221.2 bar的压力下（水的临界温度是374°C）,应有可能使一生物质浆体分解成为CO₂和H₂，但是这要求一高能量输入。

仍要解决的一些问题是合适的过程控制以及在所讨论的生物质的收集、运输和储存中的一些问题。这些操作还要求能量，该能量小于水热碳化所释放的能量。

最终地，每一生物质燃烧过程通过一个气化过程进行，因为该生物质本身是不可燃的，基本上仅由该生物质产生的气体是可燃的。

在相对应于现有技术水平的生物质碳化中，如在一个含水的或蒸汽环境中的水热碳化HTC，另外地将水或蒸汽从外部供应到该反应器。这意味着用于该碳化设备的构造和操作的相当大的附加成本。热能是用于提供水或蒸汽以及用于对水进行加热所要求的。在碳化之后该工艺用水的利用或处理代表一个附加的操作，涉及相当大的技术的和经济的成本。

在一些已知的过程中，形成了气体和蒸气。这些经常代表一个附加的问题，该问题必须使用一些技术措施并且用相当大的附加成本来解决。

本发明要解决的问题是由该生物质获得几乎所有的碳和气体并且简单地和经济地生产这些碳和气体。

这个问题根据本发明来解决，通过

a) 将外部热能供应到该碳化反应器，该碳化反应器操作性地连接到一个加热元件、特别地被一个加热夹套环绕，并且至少从一个设备、尤其从该气化反应器供应更多的热能，

b) 将冷却能量从该第二容器或冷却容器供应到该气化反应器，

c) 将水分，尤其水，供应到该第二容器或冷却容器，以确保一个几乎连续的过程，

d) 从该碳化反应器和/或该第二容器或冷却容器将反应气体供应到一个储气槽，其中将该反应气体再循环到该气化反应器。

以此方式，用于加热并且用于驱动一些单元的碳（尤其煤）以及此外还有一些气体由生物质以一简单的、经济的和节能的方式采用容易设置的装备而获得，用于不同的消耗装置，如气体发动机、气涡轮和加热设备。

根据本发明的方法优选地使用含水生物质，这主要作为城市废物出现并且在许多情况下必须花巨大代价处理。在这种方法中，然而同样有可能的是使用其他生物质，该其他生物质不必须作为残余物处理。

使用至少两个反应器用于实施该方法。这些一方面是该碳化反应器并且另一个方面是该气化反应器。

相比之下，在此处所描述的方法中，通过利用在冷却所生产的反应器气体过程中释放的热提供蒸发所要求的能量。

由于该气化操作（在该生物质的碳化之前），通过根据本发明的方法所产生的反应器气体是几乎完全不含焦油或形成焦油的组分的。这同样是特别实现的，因为对该过程进行管理的方式意味着来自该生物质的挥发性的、不可燃的组分从现在的80%降低至大约30%，参看表1和2。表1中给出了一种现有技术的装置的一些值而表2给出了一种根据本发明的装备的一些值。

在它离开该气化反应器之后，该反应器气体通过灰尘分离进行清洁以便去除一些固体颗粒，如细粉尘，并且然后可以用于产生电力和热。

小部分另外的水或加热蒸汽意味着产生了仅仅非常少的工艺用水。对于废水处理或废水处置没有附加成本的产生，因为在该设备内使所供应的水蒸发了。

能以一小工业规模使用利用热的气体发动机发电机组采用该设备用于将电力和热供应给受限的局部地区居民点并且并行地用于适当的城市废物的处理。

在根据本发明的方法中，这些气体的污染和焦油的形成的问题也得以解决，因为通过在该气化反应器内的燃烧对以气态和蒸气形式的关键反应产物进行了几乎完全的内部处理。

这导致避免CO₂，其中在这种情况下仅仅一小部分可能的能量将要释放。

水热碳化的一个优点在于该可用的植物生物质不限制于具有低水分含量的一些植物并且没有减少所获得的无二氧化碳排放的能量通过所要求的干燥步骤或者必要时该能量直接可用于干燥最终产物。因而，甚至以前仅仅可用的植物物质（如在城市中来自园林和来自绿化区的剪枝和修枝）可以用于产生能量同时节约二氧化碳，否则的话在该生物质的细菌转化过程中将会形成二氧化碳，连同甚至更破坏气候的甲烷。该成套设备的操作同样是节能的因为所释放的几乎全部的热能再循环到该工作过程中。

由于这个原因，有利的是，使在该碳化反应器内所接收的含水分的生物质在5至30 bar之间的压力、优选在15至25 bar的压力、尤其在大约20 bar的压力，在200°C至1200°C之间、优选在400°C至800°C之间的温度进行蒸发，并且形成反应气体，将该反应气体经过一个线路直接或间接供应到该气化反应器。

同样有利的是，该气化反应器在1200°C至1800°C之间、优选地在1000°C至1400°C之间的一个温度范围内运转，并且在该工作过程期间经过一个连接该气化反应器和该碳化反应器的线路释放热能。

根据本发明的研究，另外的可能性在于一个旋流分离器和/或气体洗涤器经过一个线路连接到该气化反应器，其中一个热交换器可以设置在该旋流分离器和/或气体洗涤器之间，这会使气体降低到在40°C至80°C之间或在50°C至60°C之间的该热交换器的工作温度并且将生成的分离出来的能量再循环到一个加热系统和/或到该设备的工作过程。将从该热交换器所释放的热能经过一个线路供应到一个消耗装置，如一个加热系统。

此外，有利的是在该碳化反应器内和/或在该第二容器或缓冲槽内释放的有害物质或杂质通过一个热装置销毁或至少部分销毁或者引导出。

同样有利的是，通过具有一个可闭合的进口的一个可加热的碳化反应器用于湿的（尤其含水的）和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化以生产能量载体和/或原料载体的装置，在该碳化反应器内该生物质转化成为一种固体的可流动或气态的能量载体和/或原料载体，并且为了该能量载体和/或原料载体的临时储存，将该生物质经过一个可关闭的出口排出到一个连接到该碳化反应器的可冷却的容器，该可冷却的容器连接到一个下游气化反应器，在该下游气化反应器内将气体和废弃物（如灰）从该生物质中分离出，其特征在于下列特征：

a) 湿的（尤其含水的）和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化装置或该第一容器经过一个可闭合的连接件连接到一个第二容器或缓冲槽；

b) 该第一容器和/或该第二容器或缓冲槽是在每种情况下经过一个线路连接到一个储气槽（尤其是反应气体储槽）；

c) 该反应气体储槽经过该线路连接到该气化反应器；

d) 该气化反应器直接或间接连接到一个清洗装置，如一个旋流分离器和/或气体洗涤器；

e) 将在该气化反应器内所获得的热能或所释放的能量经过至少一个线路供应用于对该热化学碳化和气化装置进行过程控制或者供应到该第一容器。

有利的是，该气化反应器经过一个线路连接到一个用于处理和/或进一步地处理在该气化反应器内所获得的煤的处理装置。

对于本发明尤其重要的是，该第二容器和/或该气化反应器经过该线路连接到用于处理或进一步地处理在该第二容器内以及/或者在该气化反应器内所获得的煤的该处理装置并且一种纺粘布或一种带材布用作运输层。

同样有利的是，在该气化反应器内获得了饱和水蒸汽，该气化反应器经过一个运输饱和水蒸汽的线路连接到一个消耗装置或者连接到一个加热系统和/或一个蒸汽活塞式发动机。

此外，有利的是该气化反应器经过至少一个线路连接到一个消耗装置或至少连接到一个气体压缩机和/或气体发动机。

同样有利的是该气化反应器和/或该第二容器可以通过一个冷却装置进行冷却，或者在每种情况下被一个冷却夹套环绕并且将冷却水供应到该冷却装置，其中将来自该第二容器的冷却夹套的冷却水至少也经过一个线路供应到该气化反应器。

此外，有利的是该方法的特征在于下列方法步骤：

a) 通过外部热能和更多的热能（从该设备供应到该碳化反应器）将该生物质在该碳化反应器内转化成为一种固体的可流动或气态的能量载体和/或原料载体；

b) 在一个反应气体储槽内对在该碳化反应器内形成的气体进行接收；

c) 将在第一和第二容器内获得或存在的反应气体直接或间接供应到该气化反应器；

d) 将在湿的（尤其含水的）和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化的方法中所获得的能量的至少一部分再循环到该工艺过程、尤其到该容器;

e) 将在该气化反应器内所获得的煤供应到一个进一步处理装置；

f) 将供应到该第二容器内的冷却能量同时或随后供应到该气化反应器的冷却夹套；

g) 将所释放的在该气化反应器内产生的能量或该饱和水蒸汽供应到一个或多个消耗装置（例如一个加热系统）和/或供应到一个蒸汽活塞式发动机。

根据本发明的发展，一个另外的可能性在于在将该成套设备内或在该第一容器内所产生的反应气体直接或间接供应到一个旋流分离器和/或到一个气体洗涤器，然后供应到一个除湿机，或者经过一个压缩机直接或间接供应到该消耗装置。

同样有利的是，在一个或多个线路内，设置有可以手动地或通过一个驱动装置关闭或开启的一些控制阀，其中这些驱动装置可以通过一个与该工作过程有关的计算机进行控制。

本发明的更多的优点和细节在本权利要求书中以及在本说明书中进行了解释，并且在附图中示出，如下所示：

图1 示出了一种通过具有一个可闭合的进口的一个可加热的碳化反应器用于湿的（尤其含水的）和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化以生产能量载体和/或原料载体的装置的流程图，在该碳化反应器内将该生物质转化成为一种固体的可流动或气态的能量载体和/或原料载体；

图2 一种用于湿的（尤其含水的）和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化以生产能量载体和/或原料载体的装置的一全视图；

图3 根据图1的装置的一局部视图；

图4 具有一个气化器头部、一个气化器中部和一个气化器底部的气化反应器的一局部视图。

图1示出了用于湿的（尤其含水的）和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化以产生能量载体和/或原料载体的一个碳化反应器或第一容器1。将生物质经过一个接收槽2供应到该碳化反应器或第一容器1，该接收槽设置有一个进口阀或平滑阀13以及一个平滑阀或出口阀15。在该碳化反应器或第一容器1内，设置有一个搅拌器5，将该生物质在该搅拌器内混合，该生物质由湿的（尤其含水的）和/或干燥的生物质组成。这个可以包括，除其他之外废品、如食品残余物、生物废品和木材。该搅拌器5可以手动地或通过一个电动机3进行操作。

在该成套设备的初始启动时，将第一木材或炭放置在一个气化反应器16内，并且然后将该设备启动。将在该气化反应器16内所获得的反应气体经过一个线路32供应到一个加热元件4，该加热元件环绕该碳化反应器或第一容器1。其结果是，该碳化启动。通过引入生物质将在加热元件4内所接收的气体持续地冷却。作为该工作过程的结果是节约能量。将产生的能量损失用外部能量供应到该设备。

该碳化反应器或第一容器1操作性地连接到一个加热元件，特别地被一个加热夹套4环绕。将该外部热能60至少供应给该碳化反应器1并且以有利的、节能的方式至少从该成套设备、尤其从一个气化反应器16供应更多的热能，使得以此方式该设备可以非常经济地运行。可以将该生物质连续地或分批地供应到该容器1。在容器1的上部内设置有一个用于控制容器1的压力的放气阀7。若将该生物质分批地供应到容器1，则容器1填充有冷或温的生物质并且通过该加热元件进行加热，使得在该生物质内存在的水进行蒸发。将该蒸汽供应到一个反应储槽21，这样能量（这也是该气化反应器16可得的）可以完全被利用。通过大约180°C以上的进一步的热供应，该化学反应开始并且由该生物质产生基本上煤和气态的反应产物。

从容器1引出去的反应气体具有至少300°C-400°C的一温度。这经过线路28至少部分引导进入该反应气体储槽21并且从那里引导进入该气化反应器16。在线路28内，存在一个止回阀80，这样来自该反应气体储槽21的多余压力不能从容器1逃逸。

在该反应气体储槽21内，气体通过该冷却装置49进行冷却至大约80°C的温度，该冷却装置经过一个线路51和30连接到该容器9。大约2至5 bar的一压力在容器9内并且在该反应气体储槽21内遍及。将该冷却水从该反应气体储槽21经过一个线路78运输到该气化反应器16的冷却夹套52。其结果是，可以产生更多的饱和水蒸汽。经过线路78，用于该气化反应器16的反应气体储槽21可以完全地排空。

在容器16内，设置有不同的测量点81，通过这些测量点可以控制容器16内的温度。

该气体储槽21具有调节功能并且用于从容器1和9接收这些反应气体。来自该反应气体储槽21的反应气体与该气化反应器16内的煤一起燃烧。

在该反应气体和该气化反应器16内的煤的燃烧过程中，形成合成气，然后将该合成气供应到一个或多个消耗装置，例如一个气体发动机。

在所要求的反应温度到达之后，在该生物质中化学反应开始，并且除生物煤之外，还形成了气体、主要是CO₂和蒸汽。这种气体-蒸汽混合物称为反应废气。发现该反应器内的总压力是来自蒸汽的沸腾压力和容器1内的惰性气体组分的分压力之和。该反应与产生热有关，即在该容器内发生一个放热反应。为了限制该压力，该碳化反应器或第一容器1具有压力调节或控制阀7。在该反应完全之后，该碳化反应器或第一容器1通过完全打开阀7解除压力，直到它可以安全打开并且可以去除生物煤。

在连续操作中，将该生物质少量地在短时间间隔内经过一个增压的空气锁或一个上述接收槽9供应到该碳化反应器或第一容器1。在该碳化反应器1内，总是具有大约16 bar和200°C的高压和高温。所供应的生物质在该碳化反应器1内进行加热，并且它包含的水至少部分地、或甚至完全地蒸发，取决于该过程时间。该生物质的反应从上到下通过该反应器，伴随着连续搅拌。在该反应过程之后，从一个第二容器或缓冲槽9（也称作一个增压的空气锁）去除煤。为了限制该容器内的压力，将反应废气通过该压力控制阀7从该碳化反应器持续地释放。该增压的空气锁9还能以一个缓冲槽的形式存在。

这样在该工作过程期间对于容器9内的生物煤足够的水分是可得的，将淡水经过该冷却装置49和线路51供应到它。此外，容器9可以配备有一个搅拌器，以确保带有水分的生物煤的更好的渗透。

该设备还可以循环地运行或伴随变化的压力，在该碳化反应器1内压力大约为20 bar并且温度为200°C。对存在于该第二容器或缓冲槽9内的生物煤进行冷却。为此，该容器或缓冲槽9具有一个冷却夹套51。该缓冲槽9内的压力还由一个压力控制阀12控制，取决于该过程如何操作。

取决于该过程如何操作，碳化反应器1内所接收的含水分的生物质可以在5至30 bar之间的压力、优选在15至25 bar之间的压力、尤其在大约20 bar的压力下、并且在200°C至1200°C之间、优选在400°C至800°C之间的温度下进行蒸发，并且反应气体可以形成，将该反应气体经过一个线路30直接或间接供应到该气化反应器16。

根据图1或根据图4（局部展示）的气化反应器16在大气压下运转。它被再分成为一个气化器头部61，一个气化器中部62和一个气化器底部63。将容器9内所接收的生物煤经过一个输送孔64供应入该气化器头部61中。在那里它被从该气化器中部62所供应的热加热达到大约900°C的温度，在该温度下开始了煤或生物煤的进一步气化。

在这个温度下，该生物煤到达该气化反应器16的中部62。在那里，在900°C以上的温度发生气化。从该生物煤释放的反应气体达到1800°C的温度。借助于一个计算机通过手动控制对该反应过程过程进行合适的控制，仍然在该气化反应器16内的固体的温度限制于使得灰不会熔融。

如从图4可以看出，该气化反应器16由一个外壳体66组成，在该外壳体内一个气化器部件67是封装在一个漏斗形的部件内的，该漏斗形的部件的上部区域具有一个比中部区域更大的截面。该气化反应器的底部63朝着其出料端变成较宽的。该出料端由设置在该气化反应器底部63的用于排出该反应器气体和灰的几个出口68组成。

将该反应器气体引导经过这些出口68在该气化反应器底部63的一个带孔的、部分圆柱形或圆锥形地扩展的内壁69内进入一个环形间隙70，该环形间隙在该气化反应器底部63的一个外壁71和内壁69之间形成。

该气化反应器16还直接或间接连接到一个清洗装置，如一个旋流分离器18和/或气体洗涤器20。从那里，将该气体运输到一个气体压缩机44和/或运输到一个气体发动机48。

该气化反应器16还经过线路30连接到该反应气体储槽21（图1）。此外，该气化反应器16具有一些维修开口82，这些维修开口必要时可以打开。

在该气化反应器16的壳体66的上部内，具有围绕圆周分布的一个或多个出口72，通过这些出口将该反应器气体从该气化反应器16撤出。连接到其上的一些线路73开放进入一个或多个除尘器，这些除尘器例如以旋流分离器18的形式，并且将该反应器气体从这些除尘器供应用于进一步的用途或供应到这些消耗装置，如该气体发动机48或气体压缩机44。将灰在该气化反应器底部63的下端经过一个出口65进行排出，并且从那里通过一个运输机运输到一个处理槽。

在该气化器中部62的外部周边的下部区域内，设置了一个或多个气体喷枪或热连接的熔化单元74，这样可以将反应废气75从该碳化反应器1并且还任选从该第二容器或缓冲槽或该加压空气锁9注入该气化反应器16的气化区域。其结果是，通过这些高温使仍然存在的废弃物（如硫和氯化合物）燃烧。

将该气化反应器16（图1和4）和/或该第二容器9通过一个冷却装置49进行冷却并且在每种情况下被一个冷却夹套51，52环绕。将冷却水供应给该冷却装置49，其中可以将来自该第二冷却容器9的冷却夹套51的冷却水经过一个线路54至少也供应到该气化反应器16。

由该冷却剂吸收的热可以用于蒸发该冷却水并且用于使因而所产生的高压蒸汽76过加热。

该气化反应器16可以进行连续地运转。该生物质在短时间间隔内或连续地供应。将该反应器气体和灰作为体积或质量流从该气化反应器16连续地放出。

所描述的这些反应器1和16大致同时地运转。

通过根据图4布置该碳化反应器1、该缓冲槽9和该气化反应器16作为一个操作单元，实现了一个节约空间的布置。如已经提及的，该生物质料位于该整个装置之上，由1，9，16组成。在接收槽2内将该生物质经过该入口增压空气锁进行接收并且供应到该气化反应器16。它从上到下通过这个气化反应器并且一旦碳化完成就被排放进入该缓冲槽9。在该碳化反应器1的连续运转中，该缓冲槽9（接收来自该碳化反应器1的生物煤）间断地进行运转。

该碳化反应器1内所接收的含水分的生物质在5至30 bar之间的压力、优选在15至25 bar之间的压力、尤其在大约20 bar的压力下并且在200°C至1200°C之间、优选在400°C至800°C之间的温度下蒸发。还形成了反应气体，将该反应气体直接或间接经过线路30供应到该气化反应器16。

对于该整个装置（由容器1，9，16组成）的构造的另一种可能性如图4中示出。这在一种竖直的安排由于空间的原因不可能时是合适的。

离开该缓冲槽9的生物煤通过一些机械运输装置（如一个运输带或螺旋运输机77）运输到该相邻的气化反应器16的装填料斗内，向后者连续地进料。

在图3中示出了该整个设备的一个流程图。

该气化反应器16经过一个线路34连接到用于处理和/或进一步地处理在该气化反应器16内所获得的煤的一个进一步处理装置36。

在该气化反应器1内形成的饱和水蒸汽经过该饱和水蒸汽线路38连接到一个消耗装置或连接到一个加热系统和/或一个蒸汽活塞式发动机42。

将整个设备内或第一容器1所产生的反应气体直接或间接供应到该旋流分离器18和/或气体洗涤器20并且然后供应到一个除湿机56或直接或间接供应到一个压缩机44后供应到消耗装置48。

在一个或多个线路26-34、38、50、53、54内，可以设置控制阀，这些控制阀可以手动地或通过一个驱动装置打开或关闭，其中对这些驱动装置通过一个与该工作过程有关的计算机进行控制。

来自现有技术HTC的分析值

（水热碳化）炭

根据本发明的设备和装置的分析值

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种通过具有一个可闭合的进口（13）的一个可加热的碳化反应器（1）用于湿的，尤其含水的，和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化以生产能量载体和/或原料载体的装置，在该碳化反应器内将该生物质转化成为一种固体的可流动或气态的能量载体和/或原料载体，并且为了该能量载体和/或原料载体的临时储存，将该生物质经过一个可关闭的出口（14）排出到一个连接到该碳化反应器（1）的可冷却的容器（9），该可冷却的容器连接到一个下游气化反应器（16），在该下游气化反应器内将气体和废弃物（如灰）从该生物质中分离出，其特征在于下列特征：

a)将外部热能（60）供应到该碳化反应器（1），该碳化反应器操作性地连接到一个加热元件（4），特别地被一个加热夹套环绕，并且从至少一个设备、尤其从该气化反应器（16）供应更多的热能，

b)将冷却能量从该第二容器或冷却容器（9）供应到该气化反应器，

c)将水分，尤其水，供应到第二容器或冷却容器（9），以确保一个几乎连续的过程，

d)从该碳化反应器（1）和/或该第二容器或冷却容器（9），将反应气体供应到一个气体储槽（21），其中将该反应气体再循环到该气化反应器（16）。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于将在该碳化反应器（1）内所接收的含水分的生物质在5至30 bar之间的压力、优选在15至25 bar之间的压力、尤其在大约20 bar的压力下并且在200°C至1200°C之间、优选在400°C至800°C之间的温度下进行蒸发，并且形成了反应气体，将该反应气体直接或间接经过一个管线（30）供应到该气化反应器（16）。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于该气化反应器（16）在1200°C至1800°C之间、优选在1000°C至1400°C之间的一个温度范围内运转并且在该工作过程期间经过一个连接该气化反应器（16）和该碳化反应器（1）的管线（31）释放热能。

4.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于一个旋流分离器（18）和/或气体洗涤器（20）经过一个管线（22）连接到该气化反应器（16），其中一个热交换器可以设置在该旋流分离器（18）和/或气体洗涤器（20）之间，该热交换器使气体降低到在40°C至80°C之间或在50°C至60°C之间的该热交换器的工作温度，并且将生成的分离出来的能量再循环到一个加热系统和/或到该设备的工作过程并且将从该热交换器（40）释放的热能经过一个管线（41）供应到一个消耗装置，例如一个加热系统。

5.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于在该碳化反应器（1）和/或该第二容器或缓冲槽（9）内所释放的有害物质或杂质通过一个热装置销毁或至少部分销毁或者引导走。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于下列特征：在气化反应器（16）内所获得的热能或所释放的能量经过至少一个管线（32）供应用于该热化学碳化和气化装置的过程控制或者供应到该第一容器（1）。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于该气化反应器（16）经过一个管线（34）连接到一个用于处理和/或进一步地处理在该气化反应器（16）内所获得的煤的处理装置（36）。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于该第二容器（9）和/或该气化反应器（16）经过该管线（34）连接到用于处理或进一步地处理在该容器（9）内和/或在该气化反应器（16）内所获得的煤的该处理装置（36）。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于在该气化反应器（16）内获得饱和水蒸汽，该气化反应器经过一个运输饱和水蒸汽的管线（42）连接到一个消耗装置或者连接到一个加热系统和/或一个蒸汽活塞式发动机。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于该气化反应器（16）经过至少一个管线（53）连接到一个消耗装置或至少连接到一个气体压缩机和/或气体发动机（48）。

11.如权利要求1所述的装置，其特征在于该气化反应器（16）和/或该第二容器（9）可以通过一个冷却装置（49）进行冷却，或在每种情况下被一个冷却夹套（51，52）环绕并且将冷却水供应到该冷却装置（49），其中还有至少将来自该第二容器（9）的冷却夹套（51）的冷却水经过一个管线（54）供应到该气化反应器（16）。

12.一种用于生产能量载体和/或原料载体的湿的（尤其含水的）和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化方法，其特征在于下列方法步骤：

a)通过外部热能（60）和更多的热能使该生物质在一个碳化反应器（1）内转化成为一种固体的可流动或气态的能量载体和/或原料载体，该更多的热能是从该设备供应到该碳化反应器（1）；

b)在一个反应气体储槽（21）内接收在该碳化反应器（1）内所形成的气体；

c)将在该第一和第二容器内所获得的或存在的反应气体直接或间接供应到该气化反应器（16）；

d)将在湿的（尤其含水的）和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化的方法中所获得的至少一部分能量再循环到该处理过程、尤其到该容器（1）；

e)将在该气化反应器（16）内所获得的煤供应到一个进一步处理装置（36）;

f)将在第二容器（9）内所供应的冷却能量同时或随后供应到该气化反应器（16）的冷却夹套（52）；

g)将该气化反应器（16）内的产生的释放的能量或该饱和水蒸汽供应到一个或多个消耗装置（例如一个加热系统），和/或供应到一个蒸汽活塞式发动机。

13.如以上权利要求之一所述的方法，其特征在于将在该整个设备或该第一容器（1）内所产生的反应气体直接或间接供应到一个旋流分离器（18）和/或供应到一个气体洗涤器（20），然后供应到一个除湿机（56），或经过一个压缩机（58）直接或间接供应到该消耗装置（48）。

Claims

1.一种通过具有一个可闭合的进口（13）的一个可加热的碳化反应器（1）用于湿的，尤其含水的，和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化以生产能量载体和/或原料载体的装置，在该碳化反应器内将该生物质转化成为一种固体的可流动或气态的能量载体和/或原料载体，并且为了该能量载体和/或原料载体的临时储存，将该生物质经过一个可关闭的出口（14）排出到一个连接到该碳化反应器（1）的可冷却的容器（9），该可冷却的容器连接到一个下游气化反应器（16），在该下游气化反应器内将气体和废弃物（如灰）从该生物质中分离出，其特征在于下列特征：

a) 将外部热能（60）供应到该碳化反应器（1），该碳化反应器操作性地连接到一个加热元件（4），特别地被一个加热夹套环绕，并且从至少一个设备、尤其从该气化反应器（16）供应更多的热能，

b) 将冷却能量从该第二容器或冷却容器（9）供应到该气化反应器，

c) 将水分，尤其水，供应到第二容器或冷却容器（9），以确保一个几乎连续的过程，

d) 从该碳化反应器（1）和/或该第二容器或冷却容器（9），将反应气体供应到一个气体储槽（21），其中将该反应气体再循环到该气化反应器（16）。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于将在该碳化反应器（1）内所接收的含水分的生物质在5至30 bar之间的压力、优选在15至25 bar之间的压力、尤其在大约20 bar的压力下并且在200°C至1200°C之间、优选在400°C至800°C之间的温度下进行蒸发，并且形成了反应气体，将该反应气体直接或间接经过一个线路（30）供应到该气化反应器（16）。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于该气化反应器（16）在1200°C至1800°C之间、优选在1000°C至1400°C之间的一个温度范围内运转并且在该工作过程期间经过一个连接该气化反应器（16）和该碳化反应器（1）的线路（31）释放热能。

4.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于一个旋流分离器（18）和/或气体洗涤器（20）经过一个线路（22）连接到该气化反应器（16），其中一个热交换器可以设置在该旋流分离器（18）和/或气体洗涤器（20）之间，该热交换器使气体降低到在40°C至80°C之间或在50°C至60°C之间的该热交换器的工作温度，并且将生成的分离出来的能量再循环到一个加热系统和/或到该设备的工作过程并且将从该热交换器（40）释放的热能经过一个线路（41）供应到一个消耗装置，例如一个加热系统。

5.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于在该碳化反应器（1）和/或该第二容器或缓冲槽（9）内所释放的有害物质或杂质通过一个热装置销毁或至少部分销毁或者引导走。

6.一种通过具有一个可闭合的进口（13）的一个可加热的碳化反应器（1）用于湿的，尤其含水的，和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化以生产能量载体和/或原料载体的装置，在该碳化反应器内将该生物质转化成一种固体的可流动或气态的能量载体和/或原料载体，并且为了该能量载体和/或原料载体的临时储存，将该生物质经过一个可关闭的出口（14）排出到一个连接到该碳化反应器（1）的可冷却的容器（9），该可冷却的容器连接到一个下游气化反应器（16），在该下游气化反应器内将气体和废弃物（如灰）从该生物质中分离出，其特征在于下列特征：

a) 湿的，尤其含水的，和/或干燥的生物质的该热化学碳化和气化装置或该第一容器（1）经过一个可闭合的连接件（26）连接到一个第二容器或缓冲槽（9）；

b) 该第一容器（1）和/或该第二容器或缓冲槽（9）在每种情况下经过一个线路（28，30）连接到一个气体储槽、尤其反应气体储槽（21）；

c) 该反应气体储槽（21）经过该线路（30）连接到该气化反应器（16）;

d) 该气化反应器（16）直接或间接连接到一个清洗装置、如一个旋流分离器（18）和/或气体洗涤器（20）；

e) 在气化反应器（16）内所获得的热能或所释放的能量经过至少一个线路（32）供应用于该热化学碳化和气化装置的过程控制或者供应到该第一容器（1）。

7.如权利要求1或6所述的装置，其特征在于该气化反应器（16）经过一个线路（34）连接到一个用于处理和/或进一步地处理在该气化反应器（16）内所获得的煤的处理装置（36）。

8.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于该第二容器（9）和/或该气化反应器（16）经过该线路（34）连接到用于处理或进一步地处理在该容器（9）内和/或在该气化反应器（16）内所获得的煤的该处理装置（36）。

9.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于在该气化反应器（16）内获得饱和水蒸汽，该气化反应器经过一个运输饱和水蒸汽的线路（42）连接到一个消耗装置或者连接到一个加热系统和/或一个蒸汽活塞式发动机。

10.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于该气化反应器（16）经过至少一个线路（53）连接到一个消耗装置或至少连接到一个气体压缩机和/或气体发动机（48）。

11.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于该气化反应器（16）和/或该第二容器（9）可以通过一个冷却装置（49）进行冷却，或在每种情况下被一个冷却夹套（51，52）环绕并且将冷却水供应到该冷却装置（49），其中还有至少将来自该第二容器（9）的冷却夹套（51）的冷却水经过一个线路（54）供应到该气化反应器（16）。

12.一种用于生产能量载体和/或原料载体的湿的（尤其含水的）和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化方法，其特征在于下列方法步骤：

a) 通过外部热能（60）和更多的热能使该生物质在一个碳化反应器（1）内转化成为一种固体的可流动或气态的能量载体和/或原料载体，该更多的热能是从该设备供应到该碳化反应器（1）；

b) 在一个反应气体储槽（21）内接收在该碳化反应器（1）内所形成的气体；

c) 将在该第一和第二容器内所获得的或存在的反应气体直接或间接供应到该气化反应器（16）；

d) 将在湿的（尤其含水的）和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化的方法中所获得的至少一部分能量再循环到该处理过程、尤其到该容器（1）；

e) 将在该气化反应器（16）内所获得的煤供应到一个进一步处理装置（36）;

f) 将在第二容器（9）内所供应的冷却能量同时或随后供应到该气化反应器（16）的冷却夹套（52）；

g) 将该气化反应器（16）内的产生的释放的能量或该饱和水蒸汽供应到一个或多个消耗装置（例如一个加热系统），和/或供应到一个蒸汽活塞式发动机。

13.如以上权利要求之一所述的方法，其特征在于将在该整个设备或该第一容器（1）内所产生的反应气体直接或间接供应到一个旋流分离器（18）和/或供应到一个气体洗涤器（20），然后供应到一个除湿机（56），或经过一个压缩机（58）直接或间接供应到该消耗装置（48）。

14.如以上权利要求之一所述的装置，其特征在于在一个或多个线路（26-34，38，40，50，53，54）内设置有控制阀，这些控制阀可以手动地或通过一个驱动装置关闭或打开，其中这些驱动装置可以通过一个与该工作过程有关的计算机进行控制。