专利名称：热解机的制作方法
技术领域：
本发明涉及热解，更特别地涉及将废弃生物质热解处理成有用副产物的方法。
背景技术：
热解作为通过在真空下燃烧废料而回收油分和碳类副产物的用途是众所周知的。该方法的一个应用描述在“废旧轮胎的真空热解，及用于油分和炭黑产物的应用(The Vacuum Pyrolysis of Used Tiresand-Uses for Oil and Carbon Black Products，作者C，Roy，A.Chaala和H.Darmstadt，Elsevier Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，第51卷(1999)，201-221页”，将该论文引入本说明书作为参考。
传统热解方法包含将生物质材料切碎成小碎屑或小碎片，随后在受控的气氛中热解。常用方法的组成为在通过高温炉的传送带上铺展碎片。也可将碎片与超热砂混合在一起而使碎片焚化。热解材料随后被化学或机械处理，从而提取出预想的副产物。现有技术的方法需要多步骤的处理，包括将大物品预先切碎，该步骤通过复杂的设备完成且其生产率相对较低。
本发明源于设计一个简单且更有效的方法和设备的意图，以使得其从许多不同种类的生物质废料的热解中获得大量有用的副产物。
发明内容
本发明的实施方式提供了一种相对简单的设备，在该设备中不同的烧蚀热解工艺能以简单且连续的操作方式完成，且其易于控制、能够自我调节及能源使用经济。
这些实施方式包含在真空下或者其他受控气氛下，将生物质材料供给至紧密间隔的反向旋转辊之间的机壳内，所述辊的圆周外表面因暴露于热流体中而被加热。该流体通过轴向管被注入圆筒内，且从那里通过与第一个管道共轴的另一管道而流出，且该流体通过静止圆筒体而被引向每个圆筒壁的内表面，所述静止圆筒体具有轴向进口端和多个外围出口，该外围出口端将高热流体的波例如超热蒸汽引向辊壁。通过泻槽而在辊之间供给生物质材料，所述泻槽中注入超热干蒸汽用以将材料预热。机壳中的冷凝器将蒸发的油分转变为液体，所述液体可从设备的底盘排放出。固体碳渣通过在底盘底部的阿基米德螺杆而被提取出。
在一些实施方式中，提供了将生物质材料热解处理成有用副产物的设备，其包括机壳；一对在所述机壳内轴向平行的旋转辊，所述辊相互是紧密间隔的，用以攫取和咬碎供给至辊间的所述生物质材料；用于旋转所述辊的部件；用于加热所述辊至焚化温度的部件；用于在所述辊之间供给生物质材料的部件；及用于自所述机壳提取出所述副产物的部件。
在其他的实施方式中，加热部件包含在所述辊内使高热流体的连续流循环的部件。在一些实施方式中，该循环部件包括每个所述辊具有由导热材料制成的圆周壁，且具有内和外圆周表面；与所述圆周壁非常靠近且共轴安装在所述辊内的本体，所述本体具有许多外围出口和至少一个进口端；用于使所述高热流体通过所述进口端且朝着所述内圆周表面传递出所述出口的部件。在一些实施方式中，用于传递的部件包括用于通过在所述辊内的轴向孔而注入所述高热流体至所述本体内的第一管道；用于将所述高热流体引出所述辊的第二管道。在一些实施方式中，用于传递的部件进一步包括，所述第二管道通过在所述辊内的第二轴向孔而形成。在一些实施方式中，用于传递的部件进一步包括，所述第二管道通过所述孔而共轴围绕所述第一管道。
在其他的实施方式中，用于提取的部件包括用于将热燃烧气体冷凝至液体的部件；用于将所述液体引出机壳的部件。在一些实施方式中，液体包含可被所述加热部件所燃烧的燃料。在一些实施方式中，用于提取的部件进一步包括用于从所述机壳提取燃烧残渣的部件。在一些实施方式中，用于提取的部件包括阿基米德螺杆。
在其他的实施方式中，所述用于进料的部件包括泻槽，其在所述辊间的空间之上具有出口；用于将干热蒸汽供给至所述泻槽内的部件；生物质材料由此在滴落于辊间之前被进入所述泻槽的所述蒸汽而预热。在一些实施方式中，用于旋转的部件包括使所述辊以彼此相反的方向和略微不同的速度转动的部件。在一些实施方式中，机壳是密封的；由此所述处理能在控制的气氛中进行。
在其他的实施方式中，该设备进一步包括靠近所述机壳的密封室；在所述机壳和室之间的可关闭通道；用于将所述室内气体调整为所述机壳内气体的部件；生物质材料由此能被放置于所述室内，所述室密封，且在开启所述通道和使所述生物质材料进入所述机壳之前调整具气氛。
其他的实施方式提供了用于将生物质材料转化至有用副产物的热解方法，其包括在所述高热、反向旋转的咬碎辊间烧蚀和热解所述生物质材料。一些实施方式进一步包括以高热流体加热所述辊的圆周表面。在一些实施方式中，所述加热步骤包括将所述高热流体注入至所述辊内。一些实施方式进一步包括以略微不同的速度转动所述辊。一些实施方式进一步包括以相反的旋转方向转动所述辊，由此清除阻碍物。一些实施方式进一步包括在密闭的机壳内于受控的气氛下进行所述烧蚀。一些实施方式进一步包括在真空条件下进行所述烧蚀。一些实施方式进一步包括将存在于所述机壳内的蒸发流体进行冷凝。一些实施方式进一步包括通过泻槽而将所述生物质材料供给至所述辊；将干热蒸汽注入至所述泻槽内以预热所述生物质材料。一些实施方式进一步包括使所述高热流体内被赋予湍流。在一些实施方式中，所述辊被源自高热流体的热传递而加热。在一些实施方式中，所述气氛被配制和调整，从而使在所述处理过程中能获得特定的化学反应。在一些实施方式中，所述高热流体来自于基本由超热蒸汽、高热熔盐、高热油分、燃烧气体、等离子体和明火组成的组。
图1是根据本发明的热解机的横截面示意图；图2是辊加热机构的局部透视图；图3是适于再生轮胎处理的热解机的透视图。
优选实施方式的详细说明现在参照附图，图1中示出了设备1，其特别适于转化生物质材料的烧蚀热解操作以从中提取有用副产物，所述生物质材料诸如纸、木屑或其他植物碎片，所述有用副产物诸如油分或其他液体、和碳粒子及其他固体。生物质材料2被供给至在密闭的机壳5内保持的一组反向旋转的咬碎辊3，4处。生物质材料通过泻槽6滴落入机壳内。所述辊轴向平行且它们的圆周外表面7，8紧密间隔，用以攫取、咬碎和燃烧生物质材料的碎块。辊壁由优选为不锈钢的导热材料制得且自其自内部被加热。所述辊可包括电加热元件，但优选暴露于诸如超热气体的高热流体中。
如更明确的图2所示，圆筒本体9被共轴安置在各个辊3，4内。该圆筒本体并不旋转，但形成具有轴向进口端11的室10，该轴向进口端11在辊的一个端壁14与穿过轴向孔13的管道12相连。
所述室还具有许多外围出口或孔15，该出口或孔使通过进口11进入的加压高热流体朝辊圆周壁的内表面16而吹送。已发现这种形式的热传递冲中击是非常高效的。高热流体从圆筒本体9与辊壁内表面16之间的间隔17通过共轴围绕进口管道12的出口管道18而被排出。辊的端壁14被固定于出口管道18周围的水冷辊轴承19所旋转支撑。辊的相对端壁20被焊接至轴向柄21，所述轴向柄21通过另一个辊轴承22而由外部结构(图中未示出)所支撑。所述柄安装有与驱动辊的链条啮合的链轮23。交替地或另外地，另一个出口管道24可通过轴向柄21而形成，其与通过辊的相对端壁20形成的第二轴向孔相通。
高热流体优选为超热蒸汽或高温油类或熔盐，它们被加热至认为能焚化生物质材料的温度，该温度在锅炉(图中未示出)内为约400～1000摄氏度。优选对高热流体赋予湍流，以使对辊的传热最大化。或者，高热流体可为燃烧气体，包括例如由电离子化气体产生的明火或其他等离子体。燃烧气体可自点火源而被引入，或可为在辊内氧化气体如空气存在时被点燃的燃料。燃料可便捷地来自于热解过程本身的可燃副产物。在该优选实施方式中，超热蒸汽被用作高热流体。
如图1所示，辊的外围被半球状挡热板25，26所围绕，该半球状挡热板被底部焊接于机壳5的支架27，28所支撑。其中有冷却流体循环的蛇管冷凝器组29，30被设置于挡热板和机壳的侧壁31之间。蛇管使源自燃烧的生物质材料的蒸发流体如油凝结成液体，该液体自机壳的底盘32通过适合的端口33和管道而被连续性排出。
自生物质材料的燃烧产生的粉末或固体残渣掉入料槽34中，并从该料槽被阿基米德螺杆35提取出。
如箭头记号36所示，超热的干态蒸汽流37通过径向孔38被注入泻槽内以预热生物质材料。所述材料优选松散地被填充和供给至设备，以使得通过那里的热蒸汽能简便和有效的循环。蒸汽能在泻槽上部溢出。应当理解，超热的干态蒸汽可与加热辊的流体相同，并自辊出口18而被供给至泻槽。
机壳5可为真空或其他任何类型的受控和调整的气氛，以适应不同生物质材料的需要。可对所述气氛进行配制和调整，从而在热解过程中引发特定的化学反应。
如图3所示，如所示旧轮胎40的整个巨大物品能通过改编的上述设备而进行处理。此时，泻槽被箱子41代替，所述箱子41通过可关闭的通道42而连接至调理室43，所述调理室43足够大到容纳至少一个轮胎。通过被滑动门44所密闭的通道，轮胎被通过供给口45而引入箱子内。将关闭供给口的门46密封，且使箱子内的气氛达到与所述设备的机壳相同的控制条件。当室和机壳平衡时，滑动门44被收回且轮胎在重力下滚动和向辊掉落。需指出的是，不需要预先切碎轮胎。
为了促进轮胎或其他生物质材料的烧蚀，辊的外围表面7，8设置有锯齿47，所述锯齿47从一个辊到另一个辊而相互间隔。通过彼此略微不同的速度而运转辊，可以获得更多的摩擦和切碎作用。至少一个辊可被弹性结构所支撑，从而当辊攫取非易碎的材料时，可以轻微和瞬间地分离辊。
每个辊的旋转是彼此独立的，从而不仅旋转的速度而且旋转的方向均能被各自改变，以最大化烧蚀效果或清除障碍物。
为得到最优效果，木屑和其他植物材料应具有不超过约15重量％的水含量。当加热气体自辊被引入至泻槽内时，它仍处于超热条件但具有比供给至辊的加热本体时更低的温度。当加热气体在接近辊的泻槽底部被供给时，加热气体帮助干燥和预处理输入的碎片，而且同时产生大量低温蒸汽的羽流，该低温蒸汽逐出夹带在碎片内的任何空气。添加少量氮气帮助除去任何进入的氧气。没有污染氧气的干燥木屑自泻槽掉落，且以供给速率而积聚于旋转辊，该供给速率可设定为温度、旋转速度和待处理木块的烧蚀率的函数。供给方法设计为自我调节的，其中不需要特别的调节控制。
回收的生物油和如甲烷、一氧化碳和氢气的气体的比率，能通过调节室内的气压、辊的温度和预热的程度而被修正。低温趋向于对如甲酸和酸性酸的有机酸或醇的提取有利。卤素气氛能产出卤化的生物油。积聚于机壳内的非冷凝气体能作为热或压力源而被收集和使用，或被用于产生能量的燃烧设备内。收集于机壳底部的粉末或固体剩余物将含有活性炭。该产物也依赖于生物质材料的条件和使用的反应温度，而可不需要进一步处理。也可将炭残渣与硫酸一起加热以产出二硫化碳和氢气。
也需要指出的是，燃烧辊的使用避免了在供给至热解机之前预先切碎轮胎和其他物品的需要。根据机械领域中熟知的方法，筛分设施能被用于从碳残渣中分离出金属成分如轮胎带。
当本发明的优选实施例被披露，可作出修正，且可设计其他的实施例，而不会偏离本发明的实质和所附权利的保护范围。
权利要求
1.一种用于将生物质材料热解处理成有用副产物的设备，其包括机壳；一对在所述机壳内轴向平行的旋转辊，所述辊紧密间隔，从而攫取和咬碎供给至辊间的所述生物质材料；用于旋转所述辊的部件；用于加热所述辊至焚化温度的部件；用于在所述辊之间供给所述生物质材料的部件；和用于自所述机壳提取所述副产物的部件。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述加热用部件包括用于在所述辊内使高热流体的连续流循环的部件。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述循环用部件包括每个所述辊具有由导热材料制成的圆周壁，且具有内和外圆周表面；与所述圆周壁接近且共轴安装在所述辊内的本体，所述本体具有许多外围出口和至少一个进口端；和用于使所述高热流体通过所述进口端并朝向所述内圆周表面传递出所述出口的部件。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述传递用部件包括用于通过在所述辊内的轴向孔而将所述高热流体注入至所述本体内的第一管道；和用于将所述高热流体引出所述辊的第二管道。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述传递用部件进一步包括所述第二管道，其通过在所述辊内的第二轴向孔而形成。
6.如权利要求4所述的设备，其中所述传递用部件进一步包括所述第二管道，其通过所述孔而共轴围绕所述第一管道。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述提取用部件包括用于将热燃烧气体冷凝至液体的部件；和用于将所述液体引出机壳的部件。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述液体包含可被所述加热用部件燃烧的燃料。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述提取用部件进一步包括用于自所述机壳提取燃烧残渣的部件。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述提取用部件包括阿基米德螺杆。
11.如权利要求1所述的设备，其中所述供给用部件包括泻槽，其在所述辊间的空间之上具有出口；和用于将干热蒸汽供给至所述泻槽内的部件；由此，该生物质材料在滴落于辊间之前被进入所述泻槽的所述蒸汽预热。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述旋转用部件包括用于使所述辊以略微不同的速度彼此反向转动的部件。
13.如权利要求1所述的设备，其中所述机壳被密封；由此所述处理可在受控的气氛下进行。
14.如权利要求13所述的设备，其进一步包括靠近所述机壳的密封室；在所述机壳和室之间的可关闭通道；和用于将所述室内气氛调整为所述机壳内气氛的部件；由此可将生物质材料放置于所述室内，将室封闭，且在开启所述通道和使所述生物质材料进入所述机壳之前调整其气氛。
15.一种用于将生物质材料转化至有用副产物的热解方法，其包括在高热、反向旋转的咬碎辊之间烧蚀和热解所述生物质材料。
16.如权利要求15所述的方法，其进一步包括以高热流体加热所述辊的圆周表面。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述加热步骤包括将所述高热流体注入至所述辊内。
18.如权利要求15所述的方法，其进一步包括以略微不同的速度转动所述辊。
19.如权利要求15所述的方法，其进一步包括以相反的旋转方向转动所述辊，由此清除阻碍物。
20.如权利要求15所述的方法，其进一步包括在密闭的机壳内于受控气氛下进行所述烧蚀。
21.如权利要求20所述的方法，其进一步包括在真空下进行所述烧蚀。
22.如权利要求20所述的方法，其进一步包括将存在于所述机壳内的蒸发流体进行冷凝。
23.如权利要求15所述的方法，其进一步包括通过泻槽而将所述生物质材料供给至所述辊；和将干热蒸汽注入至所述泻槽内，以预热所述生物质材料。
24.如权利要求17所述的方法，其进一步包括对所述高热流体赋予湍流。
25.如权利要求15所述的方法，其中所述辊被源自高热流体的热传递而加热。
26.如权利要求20所述的方法，其中对所述气氛进行配制和调整，从而在所述处理过程中获得特定的化学反应。
27.如权利要求25所述的方法，其中所述高热流体来自于基本由超热蒸汽、高热熔盐、高热油分、燃烧气体、等离子体和明火组成的组。
全文摘要
通过如植物、纸或旧轮胎的生物质材料(2)的热解处理而回收有用的副产物。该处理在真空下或其他受控气氛下于密封的机壳(5)内进行。通过内壁暴露于高热流体下的反向旋转的辊(3，4)间的咬碎，使生物质材料被烧蚀和燃烧。通过注入超热干蒸汽(37)至进料管(6)，使生物质材料被预热。机壳内的冷凝器(29，30)将产出的蒸汽还原为油分，该油分可通过机壳底盘(32)被排出。固体燃烧残渣通过阿基米德螺杆(35)而从机壳被提取出。
文档编号C10B7/10GK101018842SQ200580028618
公开日2007年8月15日 申请日期2005年8月18日 优先权日2004年8月18日
发明者文森特·H·诺托 申请人:文森特·H·诺托