水平升华系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明一般设及从含碳原料生产燃料。
【背景技术】
[0002] 天然气和原油是当今所用的绝大多数燃料的来源。运些来源从有限的地下储备获 得。随着地球上的天然气和原油供应耗竭，全世界对能量的需求同时增长。在接下来的十年 里，剩余的世界上容易得到的天然气和原油储备的耗竭将导致从其获得燃料的成本显著增 加。
[0003] 合成气（syngas/synthesis gas)是主要由氨气、一氧化碳W及很常见的一些二氧 化碳组成的燃料气混合物。其通常用作形成合成天然气、合成石油W及用W驱动燃气轮机 的产品的中间物。生产方法包括含碳生物质的气化，诸如农业废料和城市废料的气化。然 而，合成气具有小于一半的天然气的能量密度并且所形成的一氧化碳和二氧化碳被视为全 球变暖的有害贡献者。
[0004] 发现可W有效地使可再生材料转化成适合于运输、发电和/或加热的燃料的工艺 的研究是满足不断增长的对能量的需求的重要因素。需要用于有效地使诸如生物质的碳基 原料转化成具有至少在天然气的能量密度的数量级上的能量密度的气态燃料的方法和系 统。本发明满足运些需要并且提供优于现有技术的各种优点。
【发明内容】
[0005] 本发明的实施方案是针对一种用于从含碳原料生产燃料的系统。运个系统包括热 箱、至少一个反应室、第一动力运输机构W及气密元件。运个热箱被配置成能够从环境溫度 加热至操作升华溫度，维持在小于±l〇°C内稳定的初始操作升华溫度和最终操作升华溫 度，W及从操作升华溫度冷却至环境溫度而不会泄漏任何氧气至热箱中并且具有至少一个 与热箱的内部连通W根据需要供应热的热源。运至少一个反应室是实质上水平的，主要位 于热箱内，具有一个表面，并且被配置成在足够短的时帖内将不含外部催化剂或额外水的 固体含碳原料加热至操作升华溫度W升华固体含碳原料的至少一部分而不会实质上形成 任何液体。而且，其被配置成从环境溫度加热至操作升华溫度，在升华溫度下操作，W及从 操作升华溫度冷却至环境溫度而不会泄漏任何产品气体燃料至周围热箱中。此外，其包括 在热箱外部并且被配置成经由输入管线接收压缩原料的输入端和在热箱外部并且被配置 成经由排放管线排放产品气体燃料气并且经由输出管线排放固体炭燃料的输出端。第一动 力运输机构位于反应室内并且被配置成当固体含碳原料转化成产品气体燃料和固体炭燃 料时输送固体含碳原料的升华产品穿过反应室。气密元件在输入管线与输出管线上并且被 配置成防止热产品燃料气不利地从反应室逸出。
[0006] 本发明的另一个实施方案设及一种用于使含碳化合物转化成产品气体燃料和固 体炭燃料的工艺。运种工艺包括至少四个步骤。第一个步骤是将固体含碳原料输入实质上 水平的升华反应室中，运个升华反应室主要容纳于热箱内并且被配置成能够从环境溫度加 热至操作升华溫度，在升华溫度下操作，w及从操作升华溫度冷却至环境溫度而不会从反 应室泄漏任何热产品气体燃料至热箱或大气中，或从热箱外部泄漏任何氧气至热箱中。第 二个步骤是将固体含碳原料在其能够形成液相之前加热至升华溫度。第Ξ个步骤是将溫度 在升华溫度下维持所需时长的停留时间W使含碳原料转化成产品气体燃料和固体炭燃料。 第四个步骤是使产品气体燃料与固体炭燃料分离。
[0007] W上概述并不意图描述本发明的每个实施方案或每个实施。本发明的优点和成就 连同更加全面的理解将变得显而易见并且通过结合随附图式参考W下详细描述和权利要 求书而了解。
【附图说明】
[0008] 图1是具有具单道的反应器室的系统的一个实施方案的侧视图的图解。
[0009] 图2是具有具双道的反应室、柔性轴杆密封件W及高溫可调轴杆盖板的系统的一 个实施方案的侧视图的图解。
[0010] 图3A是具有在适当位置压缩的绳密封件的柔性轴杆密封套管的一个实施方案的 侧视图的图解。
[0011] 图3B是图3A的实施方案的元件的视图的图解，其示出了固持双绳密封件的框架的 后视图。
[0012] 图3C是图3A的实施方案的元件的视图的图解，其示出了固持单绳密封件的框架的 后视图。
[0013] 图3D是图3A的实施方案的元件的正视图和侧视图的图解，其示出了压缩图3B的双 绳密封件的盖子。
[0014] 图3E是图3A的实施方案的元件的正视图和侧视图的图解，其示出了压缩图3C的单 绳密封件的盖子。
[0015] 图4A是高溫可调盖板的一个实施方案的正视图和侧视图的图解，其示出了上半 部。
[0016] 图4B是图4A的高溫可调盖板的实施方案的正视图和侧视图的图解，其示出了下半 部。
[0017]图4C是图4A的高溫可调盖板的实施方案的正视图的图解，其示出了连接的图4A的 上半部和图4B的下半部。
[0018] 图4D是处于冷溫度位置的组装的高溫可调盖板的正视图的图解。
[0019] 图4E是处于热溫度位置的组装的高溫可调盖板的正视图的图解。
[0020] 图5是具有具双道的反应室、柔性轴杆密封件、高溫可调轴杆盖板W及高溫垂直支 撑架的系统的一个实施方案的侧视图的图解。
[0021] 图6A是垂直支架的一个实施方案的正视图，其示出了用于传送冷却剂的弯曲托架 和水平环。
[0022] 图6B是图6A的实施方案的顶视图，其示出了冷却环。
[0023] 图6C是垂直支架的一个实施方案的正视图，其示出了在垂直支架的垂直轴杆内的 弯曲托架和垂直上下冷却通道。
[0024] 图7是具有具双道的反应室和附接至反应室的外部W增加停留时间的四道旁通歧 管的系统的一个实施方案的侧视图的图解。
[0025] 图8是具有具双道的反应室、压缩室W及干燥室的系统的一个实施方案的侧视图 的图解。
[0026] 图9是根据本发明的实施方案用于从含碳原料产生燃料的工艺的流程图。
[0027] 虽然本发明可接受各种修改和替代形式，但其细节已经在图式中经由实例示出并 且将在下文详细描述。然而，应了解，并不意图将本发明限于所描述的特定实施方案。相反 地，本发明意图涵盖处于如随附权利要求书所界定的本发明范围内的所有修改、等效物W 及替代物。
【具体实施方式】
[0028] 在所说明的实施方案的W下描述中，提及构成其一部分的随附图式，并且其中经 由说明示出了可W实施本发明的各种实施方案。应了解，在不脱离本发明的范围的情况下 可W利用其它实施方案并且可W作出结构和功能改变。
[0029] W下描述设及由升华机构将固体含碳原料加工成气态产品燃料和残留固体炭燃 料的方法。气态燃料主要是甲烧，但还可W包括乙烧、丙烷W及下烧，运取决于固体含碳原 料的性质和升华工艺期间所采用的停留时间。固体炭燃料是不能转化成气态产品燃料的固 体碳基残留物。出于本文献的目的，固体含碳原料不包括煤，但包括所有其它形式的含碳原 料，包括例如所制造的不可再生内含物和生物可再生内含物。所制造的不可再生内含物是 人造含碳废料，诸如塑料、轮胎、硬纸板W及至少部分由木材或其它纤维素材料制成的制造 元件。本发明的工艺使诸如此类的原料转化成气态产品燃料和固体炭燃料，称为工业炭， 良P，由不可再生的含碳原料制成的炭。生物可再生内含物是经过大约几个月至几年再生的 含碳原料并且包括固体可再生含碳材料，诸如农业废料，诸如小麦賴、稻賴、能量作物、草、 植物的杆和茎、作物残留物、基于植物的纤维素、树枝W及木制产品中的一者或多者；W及 动物废料，诸如粪肥。本发明的工艺使诸如此类的原料转化成气态产品燃料和固体炭燃料， 称为生物炭，即，由可再生的含碳原料制成的炭。出于本文献的目的，泥炭被视为不可再生 内含物含碳原料，因为对于自然来说耗费比几年长得多的时间从生物可再生内含物原料形 成泥炭。
[0030] 甲烧对于通过在燃气轮机、燃气往复式发动机或蒸汽锅炉中作为燃料燃烧其来发 电是重要的。与控燃料相比，对于所释放的每个热单位，燃烧甲烧产生更少的二氧化碳，一 种与全球变暖相关的气体。在约891kJ/mol下，甲烧的燃烧热低于任何其它控，但16g/mol的 燃烧热与分子量的比率(12g/mol是碳)显示，甲烧作为最简单的控，与任何其它复杂控相比 每个质量单位产生更多的热，55.化J/g。作为燃料的甲烧一般被称为天然气，因为天然气主 要是甲烧与较少量的乙烧、丙烷W及下烧，并且具有39兆焦耳/立方米或1，000BTU/标准立 方英尺的能含量。
[0031] 天然气可W在几乎所有形式的生物质中发现。天然气可W在植物和动物残留物中 发现，范围从新的收集物至数百万年的收集物。其还可W在人造产品中发现，诸如塑料和纸 产品。问题一般并不是应该在哪里寻找天然气，而是怎样将其释放出来。
[0032] -般来说，气化工艺由含碳原料的燃烧组成W形成可W用于运转燃气轮机发生器 或用于使水转化成蒸汽W运转蒸汽发生器的热气体。燃烧工艺是相变工艺，其经历液相并 且从含碳原料中的碳化合物形成二氧化碳和水并且从通常在含碳原料中的氮和硫化合物 形成腐蚀性氮和硫化合物。虽然煤是含碳原料的常用来源，但由于其高热含量