草和农作物残茬、其他生物质、煤、油页岩、塑料、纸质产品以及还包括这些材料的混合物。
[0029]术语“生物质”在此理解为有活的或近来存活的有机物质的意思。特定的生物质产品包括，例如，林业产品和木料废材，农业产品，水生环境产生的生物量，例如藻类，农业废物，例如稻草、种子外壳、水果核和坚果壳，动物粪便和尸体、市政和工业残留物。
[0030]术语“煤”在此理解为包括，例如，泥煤、褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤以及一些被称为“煤渣”的产物。
[0031]术语“油页岩”在此理解为包括，例如，任何包含合适比例的含炭分子的地质沉积材料。
[0032]术语“热解”在此理解为在缺乏含氧气体或供应有限的含氧气体的情况下的含碳材料的热分解。基于加工条件，该热分解包括干燥和含碳材料的局部热分解，直到完全将含碳材料分解为例如液体、炭、灰和气体的分解产物。代表性的气体可能包括一氧化碳、二氧化碳、甲烧、氢气、碳氢化合物和部分含氧有机分子。代表性的液体可能包括水、焦油、碳氢化合物和部分含氧有机分子。
[0033]本发明为一种高可扩展性、低建设成本、具有高热效率、不需要复杂原料预处理或减小原料物理尺寸、以及能够适用于在固定或移动式结构中进行分批的和连续的热解处理的热解反应器结构。
[0034]参考附图，示出了用于干燥和热解固体含碳材料例如含碳原料I的装置2的剖视图。装置2包括一隔热的和气封的反应箱3，含碳原料I被装载在反应箱3中。通过位于反应箱3上部的至少一个进气口 7供应数量受控的含氧气体，进气口 7的位置使得其位于固体含碳原料I的顶面或在固态含碳原料I的顶面之上。在一个优选的实施例中，进气口7可包括一挡板或扩散器8，以助于分散进入的气体。由于气体的供给压力大于反应箱3内部的压力，含氧气体流入反应箱3中。对于熟悉本领域的人员来说是明显的，可以通过现有的多种工具中的任何一种，例如，可变速的鼓风机或风扇，或带有流量控制阀的固定变速风机，改变相对于反应箱3的压力的供给的相对压力来控制含氧气体的流量。
[0035]反应箱3可容纳至少一个点火源9，点火源9可以是永久安装的或是可移动的，大致位于热解的含碳原料的顶面或位于热解的含碳原料I的顶面之上的位置。点火源9可连续不断地运作，但通常是仅在启动燃烧过程时需要用到，并且点火源9能够有多种合理的设计，例如热风，燃气燃烧器，或者电气元件。在该过程中产生的热气体或液体状的反应产物从固体含碳原料材料I的底面或底面下方撤出，并且通过一个或多个出口 13从反应箱3中排出，在一种优选的实施例中出口 13可被设置为帮助分散反应箱3中的热气体。反应产物可能被送至许多附加的后处理过程，例如加力燃烧室、洗涤器或精炼系统。从反应箱3排出的热气体状或液体状的反应产物也能用于在含氧气体进入一个或多个进气口 7前加热含氧气体。
[0036]反应箱3可包括一爆发压力释放设备15，即，一可重复密封的开口，对反应箱3里的超压情况快速响应和以一种受控制的方式排出过量的气体，作为能够安全地排放反应箱3中任何突然增加的气压的紧急降压工具。在如图1所示的分批配置的情况中，当进程关闭时，固体热解产物装入和撤出反应箱3。对于分批选项，提供有一可重复密封的装载/卸载舱口盖17，作为在每一处理程序之前或之后往反应箱3装载和从反应箱3卸载材料的工具。为了方便分批装卸作业，可设置在反应箱3中的笼子或篮子装置19是多种可能的工具的其中一种，来存储原料I和产物。产物冷却可包括通过许多可能的设备中的任何一种进行汽化液体，例如水的添加，以加速冷却过程。在一优选的实施例中，这可通过一个或多个设置于反应箱的上部的喷水设备20实现。
[0037]机械地，该过程包含多个阶段。作为本过程的一个例子，提供下列步骤，其可适用于一特别的优选实施例中，即一适合于用于形成反应箱3的外部结构组件的、改进的“20英寸”传统船运集装箱的分批热解过程。
[0038]首先通过舱口盖17将原料I装载至内部容积大约15立方米的反应箱3中。在这方面，原料I被装载至笼子设备19，然后笼子设备19被通过舱口盖17插入反应箱3中。然后，点火源9被用于连同一通过进气口 7进入反应箱3的、受控制的、流速范围在1000至2000立方米每小时的含氧气流触发含碳原料I顶部的燃烧。一旦此燃烧阶段开始，可关闭点火源9，通过控制含氧气体5维持含碳原料I的顶部的燃烧。热气体燃烧产物穿过含碳原料I向下渗出，(如图1中的弯曲箭头表示的)，为了使它们向下进入一个或多个出口 13，并通过如此做将热量传导至大部分含碳原料材料1，提高含碳原料I的温度到达使热解反应开始的温度点，并且越来越多的热解气态产物被释放进入反应箱3。最后，热解气体在反应箱3中占据优势，并且这些流入反应箱3上部的气体能够与含氧气体在邻近进气口 7处直接一起有效地燃烧。在此阶段，含氧气体的流速会降至一较低的流速，例如300至500立方米每小时，并且一包含进入的所有自由氧的完全消耗在内的挥发物燃烧区域或范围23形成在反应箱3的顶部，而且没有自由氧接触固体含碳原料I。在挥发物燃烧区域23释放的燃烧热能现在生成向下(如图1中的弯曲箭头所表示)穿过多数热解中的含碳材料I的热燃烧产物气体的净流，为加热大量材料服务，以及推动干燥过程和热解反应(通过供应热能以维持吸热反应)。通过调整含氧气体经过进气口 7进入反应箱3的流速来控制反应箱3中的温度。在某些情况下，由于热解固体体积的进一步减少，氧化的挥发物燃烧区域23和减少的含碳原料I区域的分隔进一步加强，导致顶部燃烧区域和热解材料之间额外的垂直间隔27。在一优选的实施例中，通过出口 13从反应箱3排出的热气态产物可经由一第二燃烧室作为其他过程的热源。在另一优选的实施例中，从反应箱3排出的热气态产物经过适当的废气排出控制措施(例如后燃器装置)处理后，可排放至大气层中。在另一优选的实施例中，从反应箱3排出的热气态产物可被冷却和净化(例如通过洗涤器)，供应至一原动机，例如一往复式动力机或一用于产生轴输出功率以驱动其他设备或发电的燃气轮机。
[0039]一优选的过程控制策略涉及在反应箱3中的多个关键部位的温度测量仪以及通过一控制系统对含氧气体流量的调整以达到或维持合适的温度条件。在一优选的实施例中，这些温度测量在反应箱3的上部的区域中的一个或多个位置29和反应箱3的下部的区域中的一个或多个位置31进行。在一优选的过程控制策略中，一控制算法可被使用以使的在该过程中靠近反应箱的底部31达到最低目标温度，该最低目标温度可在150至600° C的范围内，但不超过在反应箱3的上部的区域29的一最高温度，该最高温度可在500至1000° C的范围内。一旦达到底部区域最低目标温度，反应箱3中的温度条件可被维持一特定的时间周期，例如，在一优选的操作方法中该特定的时间周期为30分钟。需要注意的是，可调整特定的温度和处理时间，以针对给定尺寸和含水量的含碳原料I达到最佳性能。在一优选的实施例中，这些顶部和底部区域的温度点定位在大约在容纳有原料I和产物的笼子装置19的上方200mm和下方200mm的位置。在一优选的实施例中，对于给定平均尺寸的原料颗粒，含碳原料I在反应箱3中的深度是特定的，以使得气体绕路最小化。在这样的组合的一个例子中，料层厚度为1800_，原料的平均颗粒厚度为75至150_。在一进一步的优选的实施例中，一机械搅拌器可用于实现含碳原料I内部的流动性，这可能是有利的，例如促进气流分散穿过固体材料和提高固相和气相之间的传热和传质过程。一旦在反应箱3中达到合适的温度条件并维持该合适的温度条件到合适的时间段，停止含氧气体流，并且允许材料在移出反应箱3之前冷却。在一优选的实施例中，通过控制可在一般温度下被汽化的液体的添加，可有利地降低冷却速率，从而将热量从材料和反应箱3中排出。在一优选的实施例中，上述液体可为水。
[0040]在图1的实施例中，表不了一种分批处理的方案。然而，一包括连续顶部加料和从反应箱的底部撤出产品材料的可选实施例也是同样可行的，在该实施例中氧气的供应