本发明涉及到一种根据权利要求1前叙部分的用来气化有机物料和 物料混合物的方法。

从US-PS 4,568,362[1]可获知一种用来气化有机物料和物料混合 物的方法，在该法中有机物料被导入热解反应器中，在反应器中这些物 料与载热介质接触，这样就发生快速的热解作用，这些有机物料就转变 成热解产物，即转变成具有可冷凝物料的热解气体和固态的含碳的残留 物。通过燃烧固态的含碳的残留物而产生热解所必需的热能。这些含焦 油的热解气体在第二反应区域进行裂解反应和与水蒸汽进行反应而得到 具有高热值的产物气体。

在该法中不仅热解而且固体的，含碳的残留物的燃都在一个流化床 内进行。在热解-流化床反应器的上部有一个用于含焦油的热解气的反应 区域。载热介质与固体的含碳的残留物一起部分地通过热解-流化床反应 器的顶部，而剩余部分通过安装在流化床上边缘的管道而排放出并被输 送到流化床的燃烧室。在此固态的含碳的残留物燃烧，载热介质被加热。 被加热了的载热介质和炉渣与废气一起排出流化床燃烧室，在安装在热 解-流化床反应器上部的气体/固体分离器中被分离，输送入热解反应器 的反应区域，从这里它们重新进入热解反应器的流化床(载热介质循环)。

然而流化床的运转是非常昂贵的，并且在反应区域热解气体的反应 的影响几乎是不可能的。此外在反应区域必须使用高过热的水蒸汽，这 又是以加入昂贵准备的水为前提条件的。

从DE-PS 197 55 692[2]获知一种用来气化有机物料和物料混合物 的方法，在该法有机物料在移动床(Wanderbett)反应器中与载热介质 接触，从而进行快速热解，热解中有机物料部分转变成含碳的固体残留 物，一部分转变成由可冷凝的，挥发性的和气态成分构成的热解气体。

此后，载热介质和热解焦输送入燃烧器，在燃烧器中一方面含碳的 残留物燃烧，另一方面载热介质在其再次被输入热解之前被加热。

含焦油的热解气在添加入反应剂-通常为水蒸汽后，在作为间接热交 换器的第二反应区域进一步加热而得到具有高热值的产物气体，在此这 个热交换器的间接加热通过燃烧废气而进行，同时废气被冷却。炉渣在 燃烧室后从载热介质和固态的、含碳的残留物炉渣的混合物的部分流中 机械地与载热介质分离、冷却和排出。

然而这个方法有几方面的问题，用来实施这个方法的装置是昂贵的， 这不仅对装置的运转而且对使用都有不利的影响；首先处于加热了的状 态下的载热介质从燃烧室输送回热解器，即在远高于热解温度550-650 ℃的温度下输送。这就必须得用原材料和机械方面特别昂贵的输送工具。 此外对于加热了的载热介质还与炉渣混合，还要考虑炉渣的软化和结渣 问题。第二，所应用的间接热交换器由于它的工作条件一二侧温度为 500-1,000℃，一侧还原条件，不仅在热解-和产物气而且在燃烧室废气 中的强烈腐蚀成分-需要非常昂贵的材料和由于可能的炉渣软化而需要 一个附加的，可能昂贵的清除系统。在热交换器中的炉渣结渣的危险也 严格限制了燃烧器的运转和结构。另一个困难是蒸汽与热解气的混合： 蒸汽或者非常浪费地被高过度地加热或者下降到导致焦油的冷凝和由此 产生的结渣问题的温度。最后可设想下面的情况，即在燃烧室向要重新 加热的载热介质的一定的热传递不能得到保证。所以令人担忧的是，在 燃烧室中热解焦和载热介质分离，结果例如在炉蓖燃烧室的情况下热解 焦在上层燃烧，而与此同时载热介质甚至还在被从下面流入的炉蓖空气 而冷却。

本发明基于的任务是研制出用较低的仪器费用用来产生优质的，没 有被稀释的和足够热值的产物气体的简单易行的方法，在该法中避免使 用具有二侧高温的流化床或热交换器，而且在该法中从燃烧器向载热介 质的热传送以特定的方式进行。

该任务通过权利要求1的特征组合而得以解决。与[2]类似将继续遵 循[2]的基本思路，所发明的方法将分成三个简单实施的方法步骤：快速 热解，在输入热的均匀气相反应中混入工艺蒸汽后从热解气体中获得产 物气体，通过燃烧热解焦，一种固态的含碳残留物而产生热解和气相反 应所必需的热量。然而根本性的思路扩展是燃烧室的热量以一定的方式 和强迫性传送给载热介质。即如[2]所描述的，如果热解焦和载热介质作 为混合物被输送入燃烧室，那么就必须考虑，例如载热介质和热解焦在 燃烧炉蓖上分离，结果在燃烧过程中载热介质不仅没有足够地被加热， 而且甚至还被从炉蓖下面流入的燃烧空气所冷却。只有在回转炉或流化 床中一定的强迫的热传输是可能的，因为在此固体物通过炉蓖的搅拌作 用而被彻底混合。然而回转炉是一个具有非常差的空气混合作用的非常 贵的燃烧室，而出于上述的原因不考虑流化床。

根据本发明热解焦和载热介质的混合物在离开热解反应器后直接分 离，热解焦输送入燃烧室，而载热介质输送入加热区域，在其中作为热 的烟气的料体(Schüttung)，这样就一定得到加热。通过这样达到的一 方面热解焦的燃烧和另一方面载热介质加热的分开，可达到二个目的： 一个是热解焦的燃烧可完全适合这种材料的要求，这就是说，基本上又 可以考虑每个燃烧室的类型。另一个是根据本发明的方法载热介质的加 热区域可移置到装置的任意一处，结果可替代被加热到最高过程温度的 载热介质昂贵的机械输送，只出现由燃烧室出来的热的废气比较简单的 输送和有较低的过程温度-离开热解反应器后的基座温度-的载热介质 输入加热区域。

根据本发明，有机物料的热解在一个反应器内进行，该反应器以仪 器尽可能的简单和较耐用的方式，以尽可能有效的方式传送用于加热、 干燥和热解所必需的热量。对此通常考虑移动床反应器或回转式炉用于 这个任务。热解温度优选为500-650℃。

热解焦与载热介质的分离方式取决于载热介质的状态，并且可以不 同的方式进行。例如可用二级筛分进行机械分离。要分离的介质的温度 只为大约500-650℃时能产生较好的作用，使得能采用市场通用的材料。 当载热介质由在一个窄的颗粒大小范围内的形状恒定的粒子构成时，那 么可以考虑二级过滤分离。载热介质作为中间级抽取，而热解焦作为粗- 和细粒级抽取。只要二个过滤切口足够近的在一起时，只有很少份额的 热解焦到达载热介质中，这里通常就不产生干扰了。另一种可能性就是 利用载热介质所具有的磁性，如象小钢珠。这些可用磁铁从混合物中分 离出来。然而在此要注意，热的粒状材料的磁性分离还没能以市场常见 元件实现。最后当载热介质具有足够的密度时，还可能用风力分离。在 此燃烧空气可提供用作为风力流，然而出于安全的理由优选采用循环回 来的烟气分流。在一个这样的情况下将燃烧室安装在分离级的非常近的 位置是合适的。燃烧室应该优越地利用气体载体中的燃烧物的流化和弥 散，如旋涡燃烧室。

通过载热介质和热解焦的分离，燃烧室的类型现在几乎是不重要的 了。然而还有一些边界条件：在所给定的重整的温度下在燃烧室端部的 烟气在一个温度下被排出，这个温度考虑到了去加热区域的路径中的热 损，在加热区域内向载热介质热传输的梯度，在重整期间在第二反应区 域中在热传输时载热介质的梯度。例如假如重整的温度为1,000℃，那 么在这个区域的入口的载热介质的温度应为1,050℃。对于加热区域的 相应布置烟气温度能达到1,075℃。为了弥补从燃烧室至这个加热区域 的路径的损失，废气在离开燃烧室时必须是稍微更热一点，例如1,100 ℃。另一方面关于矿物含量的热解焦必须经常遵守一定的边缘条件。所 以虽然原则上不需要排除炉渣的熔液或下沉物，但是作为产物的炉渣在 避免各种软化下被干燥地排出是必需的，例如，当气化鸡粪时所产生的 炉渣应用作为高效的有价值的肥料。在这种情况下例如应用具有不足的 化学计量学的分级燃烧操作，在这种燃烧操作下只有通过输入次级空气 才能达到完全燃烧而产生必需的温度。还要提出的是，在所形成的热解 焦不足以产生足够的过程热量时，产物气能被补充点燃。

现在将第二反应区域包括在载热介质的循环中是第二个重要的补 充：在已知的与水蒸汽的反应后在与载热介质的直接接触时发生了改进， 例如

CnHm+nH2O→nCO+(m/2+n)H2

因为由于载热介质的再循环而总能再生传送热量的表面，所以由于 可能的炭黑形成和其他的裂化过程而导致的结渣现在是可容忍的了。将 第二反应区域包括在载热介质循环中的结果是较大地扩大了载热介质循 环。

根据本发明的方法开辟了至少二种控制载热介质循环导向的原则上 的可能性。对于载热介质，第二反应区域和热解反应器可以串联或并行 联接。串联的主要优点是仪器的简单性：加热区域，第二反应区域和热 解反应器上下联接安装，结果载热介质由于重力的作用而从上到下通过 装置。相对于[2]中描述的装置，热解发生这样的变化，即现在必须以具 有低得多的温度的许多载热介质进行热解。例如当具有1,050℃的载热 介质进入第二反应区域以进行改进时，离开时载热介质的温度只有大约 750℃。对于并行联接，热解步骤相对于[2]中所描述的装置没有变化。 由于热的载热介质流要分配到热解反应器和第二反应区域，接着一起输 送，所以必须考虑较高的仪器费用。所以并行联接只有在加入物料与特 别热的载热介质的热触是优越的情况下才是优选的。

最后过程蒸汽与热解气体的混合应在改进前在第二反应区域内进 行：这必须相对于所期望的均匀的气相反应过剩进行，因为只有这样才 能始终抑制可能的炭黑形成。在此过剩的中止点在于在刚生成的产物气 体中保持一定的水蒸汽浓度，即例如20体积％或更多。另外还要预计到 具有作为测量值的水蒸汽浓度所给出的过程蒸汽加入的流量控制可能是 非常昂贵的。较好的是保持一固定的值，即该值以总是可能有的测量值 而根据功率输入。在此无论如何要提到的是根据本发明的方法的装置可 能性在于选择过程蒸汽与热解气的混合处。这个混合最迟也要在进入第 二反应区域，重整装置之前进行，但是可以向上流动的方式转移至热解 反应器和热解反应器里面直至底部的任意位置。热解反应器的底部指的 是载热介质和固态的、含碳的残渣的混合物出口。这样虽然改变了热解 和改进之间的加入热量的分配，但是最后在加入蒸汽的情况下对于在热 解反应器固体侧出口附近用蒸汽清洗热解具有多方面的优越性：首先热 解气体的温度在热解气输送到第二反应区的路径中的任一处都不会下 降，结果也就不会发生冷凝。第二点已为人们熟知[3]，即对于生物物料 的热解时通过水蒸汽的清洗可提高挥发性成分的产率。这是优越的，因 为太高的固体热解产物的产率超出了方法的热需求而减少了产物气体的 产率和-与其相关联的-冷气体效率。最后第三点可防止热解气体沿着 载热介质和热解焦的分离级的方向可能的泄漏。

图1示出了本发明的一个可能的装置。其中它是逐渐向上的图示出 的串联装置，在该装置中加热区域，第二反应区域(重整装置)和热解 反应器从上至下互相联接的。加入物料101通过输送装置102和闸门103 而导入热解反应器104中。输送装置102制成蜗杆输送器，带式运输机 或类似机器，这些机器可被加热，在此利用废气和产物气体的余热(见 下面)具有优点地-即可提高总效率-加入用作为低温热量。当涉及到一 个敞开系统时，蒸汽混合物152向周围环境排入，否则的话蒸汽混合物 或者加入到热解反应器104或者加入到燃烧室105。加入到热解反应器 104具有只须输入较少的过程蒸汽的优点。然而加入到燃烧室105在技术 上更简单，因为加入是在稍低的负压下进行的。热解反应器优选地构建 成圆柱形。除了加入物料还向热解反应器加入通过闸门106从第二反应 区域(重整装置)107流出来的载热介质。闸门106可以是任意一种构型， 然而优选为滚筒式闸门或脉冲式顶推闸门，闸门不必是气体密封的。

首先描述被驱动的挥发性气体的行进路径。这些挥发性气体离开热 解反应器104后与加入的过程蒸汽混合，混合物通过单独的管道108而 流向第二反应区域107。原则上通过闸门106的路径而去除掉单独的管道 108也是可能的，即当将该路径安装成气体随时可无限制地通过，而载热 介质只能计量地或在闸门过程中脉冲通过该路径。由于载热介质只能计 量进入热解反应器104，就有可能完全中断流入，所以所有的热解气量与 所混合的过程蒸汽109必须能永远无阻碍地逸出。通过第二反应区域(重 整装置)107的底部的一个相应的结构，热解出来的挥发性气流以尽可能 长的路径导入通过重整装置中的载热介质料体。后者以与在加热下要与 产物气体反应的气体混合物的对流方向从上至下流动并且在此过程中冷 却。在重整装置107的上部有一个用来支持转换过程的料体或优选的为 蜂窝状填料形式的催化剂111。催化剂111位于重整装置107的上部热端 是重要的，因为在该处生成的产物气还没有被净化，因此产物气还含有 与加入物料相关的催化剂毒化物如硫，然而例如镍基的许多催化剂在高 温下是更不灵敏的，甚至可被再生或“被自由燃烧”。这在重整装置107 中例如通过经常发生的、较少的空气混合而非常容易达到，然而在这个 时候以损害产物气质量为代价的。产物气流112向上流出重整装置107。 同时在该处所有的热解气或产物气路径有最高的温度，所以产物气流112 的可感觉到的热量无论如何应该加以利用。这个利用过程优越地在余热 炉113中进行。这样至少一部分在此产生的蒸汽可作为过程蒸汽109再 输送入过程中。原料产物气的余热被利用后，原料产物气进入净化-和调 整级114中，它的作用方式与下面的产物气的加入目的相适应，并且已 为人们所熟知。在净化级114中同时包括一个用于通常通过冷却产物气 体而得到的含水的冷凝物的调节器。阀115调节热解反应器104的压力- 优选为稍微超压-以及产物气体和其前体的输送。被净化了的产物气流 116通过阀115后而流出装置。可能被调节了的冷凝物流153现在可作为 注入水而输送入余热炉113中或在燃烧室105中蒸发，结果原则上整个 过程的无废水的进行是可能的。将冷凝物输送入燃烧室的可能性在于， 冷凝物被输送入下面还要描述的分离级121中并且在冷却载热介质或含 碳的残渣时被蒸发，蒸汽混合物被输送入燃烧室。假如可感觉到热量还 要进一步继续利用，或可能的蒸汽输出到外面的消耗器(也称作加入物 料的外部的或输送器102内部调节器)，那么新加入的水154适合作为注 入水，而冷凝物153尽可能完全被扔掉或燃烧。”

下面接着描述载热介质和热解焦的路径。载热介质和热解焦的混合 物通过闸门-和输送装置120而进入分离级121。分离级的作用方式-通过 机械过滤或筛分或磁性-已在上面描述过了。被分离的热解焦流122-最好 立即-输送入燃烧室105。在此热解焦与燃烧空气155燃烧生成热的废气， 该废气通过热气体管道123而被输送入载热介质的加热区域117(预热 器)。通过空气过剩或烟气回流以及分级燃烧而将燃烧物的温度和烟气温 度互相分开使得不管必需的烟气温度而能被干燥除灰的可能性，是作为 已知的先决条件，所以不再进一步阐述。还需要提到的是炉渣流156，其 向燃烧室外排出并且在排出过程中必要时冷却。

载热介质用输送工具124直接输送到预热器117中。输送工具在机 械方面装置成适合在最小热量损失的条件的热材料的运送。在此可考虑 使用斗式传送机，管链式运输机或斗式提升机。

根据本发明所提出的装置，预热器117直接安装在重整装置107的 上方，通过闸门118与重整装置在气体侧被分离开。闸门118必须尽可 能的是气体密封的，以使得烟气和产物气不能相互混合。对于闸门118 的结构类型没有特殊的要求。类似于重整装置107废气从下向上与载热 介质对流通过预热器。废气以大约500℃的过程底座温度从上进入预热器 117。这个底座温度是由由于热量损失从热解终端温度扣除温度的下降而 得出的。假如预热器117(类似适合于重整装置107)设计成足够大，那 么输送工具124以及闸门元件118和106几乎可任意不连续地工作。

废气以稍高于底座温度的温度流出预热器117。通常废气量要比产物 气量大得多。因此必须马上利用废气流出预热器后所具有的余热。这可 优选通过在空气预热器(LUVO)125中的燃烧空气的预热来实现，因为以 这种方式所回收的热量在燃烧后又在大约500℃的底座温度以上以有效 能地被利用。这种热量转移在蒸汽产生的路径中不可能或只能以太大的 浪费来实现。在空气预热器125后安装上根据加入物料和有效的发射限 制配置的和其作用方式已知的净化级126和抽引通风机127。被净化了的 废气157通常向周围环境排入，在此为了更好温度控制可回流一部分废 气158进入燃烧室105。

图2简要地示出了第二反应区域(重整装置)和热解反应器的载热 介质一侧的平行联接着的装置的方法技术核心。加入物料201通过热解 反应器202和分离级203到达燃烧室204(燃烧空气251)的路径是基本 上一样的。然而在此重整装置205位于热解反应器边上的基本同一的高 度，加热区域所采用的预热器206位于热解反应202和重整装置205上 方。从预热器206流出的被最大加热了的载热介质通过二个已描述过了 的装料漏斗和互相独立可操作的计量闸门207和208平行地被输送到重 整装置205和热解反应器202。从重整装置205流出的载热介质不被导入 通过分离级203。通过热解反应器202和在分离级203与热解焦分离了的 载热介质和通过重整装置205的载热介质用运输工具209一起输送入预 热器206中。对于在预热器206后的原料产物气流210和废气流211都 如图1所示的那样串联的，所以在这个地方并行联接的装置可以被拆除。

图3非常简要地图示出了在图1所示出的串联装置根据本发明的方 法的特殊使用情况，在此在图2中所示出的并联法的使用情况以相应的 方式起作用。在此加入物料300如常用的那样进入热解反应器301并且 在形成热解焦的情况下通过热解反应器。这里热解焦在分离级302中与 载热介质分离，通过冷却-和调节级303作为可利用的焦304从过程中抽 取并以任意一种方式进一步应用。级303可以是例如置于真空中的变换 容器，然而也可是焦干熄装置。燃烧室305里至少有下列燃烧材料之一 种燃料燃烧以加热载热介质，这些燃料为外来的燃料306或一部分产物 气流307或一部分热解焦308。燃料306也可以是一部分加入物料流300， 只要其能够燃烧。这对于启动根据本发明的方法的装置有特别意义。否 则的话，要考虑许多气态的，液态的或固态燃料。例如假如在熔炼过程 中产物气体作为还原剂，那么也许炉顶煤气或其他任一种贫煤气可用作 为燃料306。在图3中所描述的情况下，燃烧室305的位置不再强制地直 接靠近分离级302，而可以稍直接地靠近加热区域309。因此重整装置310 在此不被涉及到，产物气体311的质量和废气312的进一步处理也一样 少的被涉及到。在图3中还示出了：载热介质的输送装置313，加入物料 的装料闸门320，重整装置和热解反应器之间的闸门321，热解反应器的 抽取闸门322，加热区域和重整装置之间的闸门323，燃烧空气流351以 及过程蒸汽流352。

                          实施例

在根据图1的装置中200kg/h(afro)木材，也即具有30％湿度的 286kg/h的空气干燥的木材被气化。木材含有2％的炉渣(无水的)，其他 的基本由50％碳，6％氢，42％氧和1.9％氮构成，以无水和无炉渣计算。在 无水的状态下低热值为18.0MJ/kg。因此其热气化功率为1,000KW。热 解在550℃下进行，与水蒸汽的改进在950℃下进行。工作压力为大气压。

大约10mm颗粒大小的钢珠作为载热介质。首先将载热介质从500℃ 加热到950℃。由于用于热解和改进，以及用来弥补热损失必需251KW 的热功率，所以载热介质的循环量为4,300kg/h，也即木材进料的21.5 倍。热解反应器是一个砌炉衬的，圆柱形的，高为1.3m，直径为0.9米 的炉子，所以热解移动床肯定有0.5小时的停留时间。在热解过程中， 木料被如下转为，即木材干料的20质量％作为热解焦留下，即42kg/h。 这具有9.5％的炉渣份额，含有以无水-和炉渣为基础92.2％碳，2.6％氢和 5.2％氧。热值为29.1MJ/kg。改进在950℃下在一个载热介质料体中进行， 该炉为圆柱形，高为0.9m，直径为0.7米，所以气体停留时间肯定保持 为0.5秒。这样可得到下列的产物气体：

热值：9.10MJ/kg，干态

氢：59.7体积％，干态

一氧化碳：17.0体积％，干态

甲烷：1.4体积％，干态

二氧化碳：21.9体积％，干态

水蒸汽：24.8体积％

数量：402Nm3/h

化学热函流：765KW

流向燃烧室的热解焦的热函流为341KW。这样才能产生用于改进，热 解，产物气体冷却废水的蒸发和弥补热损失的热量并且将燃烧室中必需 的燃烧空气加热到350℃。燃烧室效率为80.1％，因此废气损失为58KW。 产物气体的可感觉到的热量为168KW，用这些热量可以产物145kg/h的低 压饱和蒸汽，其中50kg/h必须作为在改进中的过程蒸汽，而其余的可另 作他用。

图例说明表 101-加入物料 102-用于加入物料的输送装置 103-闸门 104-热解反应器 105-燃烧室 106-闸门 107-第二反应区域(重整装置) 108-用于挥发性气体的单独管道 109-被加入的过程蒸汽 110-载热介质 111-催化剂 112-产物气体流 113-余热锅炉 114-净化-和调节级 115-阀 116-被净化了的产物气体流 117-加热区域(预热器) 118-闸门 120-闸门-和输送装置 121-分离级 122-热解焦流 123-热气体管道 124-输送工具 125-空气预热器(LUVO) 126-净化级 127-抽引通风机 151-低温热量 152-蒸汽混合物 153-冷凝物流 154-新加入的水 155-燃烧空气 156-炉渣流 157-被净化了的废气 158-被净化了的废气的分流 201-加入物料 202-热解反应器 203-分离级 204-燃烧室 205-重整装置 206-预热器 207-计量闸门 208-计量闸门 209-输送工具 210-原料产物气流 211-废气流 251-燃烧空气 300-加入物料 301-热解反应器 302-分离级 303-冷却-和调节级 304-有价值的焦 305-燃烧室 306-外来的燃料 307-产物气体 308-热解焦的分流 309-加热区域(预热器) 310-重整装置 311-产物气体 312-废气 313-用于载热介质的输送装置 320-加入物料的装料闸门 321-重整装置与热解反应器之间的闸门 322-热解焦的抽取闸门 323-加热区域和重整装置之间的闸门 351-燃烧空气流 352-过程蒸汽流

[1]US-PS 4,568,362

[2]DE-PS 197 55693

[3]M.Stenseng，A.Jensen，K.Dam-Johansen，M.Groneli：生物物料 热解的实验研究和动力学模型，Proc.2nd Oile Lindstrom Symposium，Stockholm 8-11 June 1999，97-104