专利名称：用于通过气化干燥的含碳原料，接着进行氧化将热能提供给热处理系统的方法和系统及 ...的制作方法
技术领域：
本发明包括用于从原料热处理系统供应热能的方法。本发明还包括执行所述方法的系统以及包括所述系统的原料热处理设备。
背景技术：
为了其干燥/脱水和/或为了获得特定的特性对湿和/或干原料和/或制造的产物进行热处理是本行业中不同人员熟知的并且成为规范。湿材料的热处理一方面需要处理气流，也称为载热气体，并且另一方面，需要执行该处理所需要的热能，通过处理气流将所述热能传递给有待处理的原料。
最广泛使用的处理气流是热空气、未完全燃烧的气体、水蒸气或除了将它的热容量传送和散布给有待处理的介质之外无其他目的的任何加热气体。由于它的性质，例如对于大多数处理介质的化学稳定性以及中性，以及自然地用含碳物质开发的特定相互作用，更具体地在这些相互作用的特定条件下(温度、压力、水蒸气饱和度等)当含碳物质是湿的时，二氧化碳(CO2)是重要的开发目标，例如用于对含碳物质进行热处理的加热气体。通过通常称为“热介质”的方式来提供处理原料所需要的热能。所述热处理方法和系统依赖于热能的外部供应。最近几年来，已经开发了用于原料热处理的许多方法用来通过它们的有氧燃烧(oxycombustion)来同时产生加热气体CO2以及来自含碳干物质的用于处理所需要的热量。另一方面，所述有氧燃烧生成CO2气流以及完成热处理所需要的热能。然而,这些方法和系统再次依赖于氧的连续流。总之，现有方法和系统依赖于-该处理所需要的热能的连续外部供应；-或有氧燃烧所需要的氧的连续外部供应。然而，这些方法和系统需要较高能量并且对环境具有负面影响。
发明内容
本发明的一个目的是避免所提到的不便之处。本发明的另一个目的是提供了消耗较少能量用于供应原料热处理系统的方法和系统。本发明的另一个目的是提出了热处理系统的供应方法和系统，从而可以使所述系统摆脱维持连续的外部供应。最后，本发明的一个目的是提出了热处理系统的供应方法和系统，以减少这种系统对环境的负面影响。本发明可以通过将热能供应到原料热处理系统上的方法来实现所述目的，所述方法包括重复下面步骤至少一次
-在一个第一所谓的气化反应器中用包含高温CO2的气化气流以及氧(O2)来气化含碳干原料，所述气化作用提供了包含CO2、一氧化碳(CO)和氢(H2)以及最后地水蒸汽(H2Og)的分子的第一气流；-在一个第二所谓的氧化反应器中通过氧化态的氧载体(MeO)来氧化在所述第一气流中存在的一氧化碳(CO)和氢(H2)的所述分子，所述氧化反应提供了包含CO2和水蒸气(H2Og)的高温的第二气流以及还原态的氧载体(Me)；-在一个第三所谓的活化反应器中用包含氧元素的气流来活化所述还原态的氧载体，所述氧化反应提供了氧化态的氧载体以及过量的热能；-将所述第二气流的热能和/或来自所述活化反应的所述过量热能的一部分提供给所述原料热处理系统；以及
-用来自氧载体活化反应的过量热能的至少一部分来提高气化气流的温度从而将所述气化气流升温到气化温度。在本公开中-气化气流是指用于气化干原料的CO2气流；-处理气流是指热处理系统用于进行原料热处理的气流；并且-处理的载气流(carriedgaseous flow)是指在处理原料负荷之后得到的在处理系统出口的处理气流。在本公开的这个步骤中，一旦本发明的方法仍然依赖于所述气化作用热需求所需要的O2源，通过供应纯氧来进行干原料的气化作用。下面我们将进一步详细说明本发明的系统和方法如何摆脱对外部供氧的依赖。另一方面，除了干原料，本发明的方法不需要从外部能源连续地供应热能和/或电能。本发明方法所消耗的唯一外部能量是在该方法初期启动气化步骤所需要的热能和/或电能。一旦气化作用开始，本发明的方法可以提供足够的能量来完成该方法中的所有步骤。因此，如在下面公开中我们将进一步详细说明的，第二气流的热量足以为该热处理系统提供热能。第二气流的热容中可供使用的能量和通过氧载体活化反应提供的热能足以使气化气流达到气化温度。最终可以通过在气化反应器中由氧(O2)供应提供的热量补充来得到提高所述气化气流温度所需要的所有能量。然后所述供应限于额外的热需求，每个O2分子氧化两个氢分子(H2)和/或碳原子从而生成两个H2O和/或两个CO (或作为含碳原料起始组分的函数，一个H2O和一个CO)，从而产生对于本发明方法的反应有用的热能。然后可以进行一个新的气化步骤，并且因此它是本方法步骤的一个新的重复。在一个特别有利的第一方式的实施方式中，处理系统所使用的处理气流可以至少一部分地包括含CO2的第二气流(释放它包含的至少部分的水蒸气)。在这种方式的实施方式中，将热能的至少一部分提供给热处理系统可以包括将第二气流的至少一部分提供给原料热处理系统。然后该第二气流构成了将热能传递给热处理系统的手段。在这种第一方式的实施方式中，本发明方法为热处理系统不但提供了热能，而且同样地提供了用于处理的气流。通常在该第一方式的实施方式中，本发明的方法可以包括在将其用作处理气流之前，降低供应到热处理系统中的第二气流所述部分温度的步骤。可以通过热交换或通过与包含冷CO2的气流混合来实现温度降低。
通常在该第一方式的实施方式中，本发明的方法可以包括在将其用作热处理系统中的处理气流之前调节第二气流中CO2浓度的步骤。可以通过在希望的比例下使后者与一定量的纯的、冷的20°C)以及干燥的CO2混合来实现第二气流CO2浓度的调节。在该第一方式的实施方式中，本发明的方法可以包括闭路循环在热处理系统的出口处运载的热处理气流中存在的CO2的至少一部分，从而至少部分地构成气化气流，其中所述闭路循环包括分离所述加载的处理气流中存在的CO2和水蒸气的步骤。所述循环至少部分地允许与气化气流同时地使用同一 CO2气流作为处理气流，以及调节所述处理气流。下面在本公开中我们可以看到可以通过气化作用有利地提供所述CO2气流。在一个第二方式的实施方式中，将热能的至少一部分提供给热处理系统可以包括将热能转移给热处理气流。在这种情况下，可以通过本领域专业人士已知的交换器来实现 热转移。通常在这种第二方式的实施方式中，本发明方法可以包括闭路循环第二气流中的CO2的至少一部分从而构成所述气化气流。循环可以包括通过本领域专业人士已知的系统来分离第二气流中存在的CO2和水蒸气的步骤。有利地，还原态的氧载体的活化反应包括通过预热的大气空气来氧化所述还原态的载体。在这种第一方式实施方式的情况下，大气空气的预热可以有利地包括在热处理之后将热能从热处理系统出口处运载的热处理气流转移给所述大气空气。在第二方式实施方式的情况下，大气空气的预热可以有利地包括在第二反应器的出口在第二气流之后将热能转移给所述大气空气。在第一方式实施方式的情况下，将热能从该系统出口处运载的热处理气流转移给所述大气空气实现了所运载的所述热处理气流中存在的CO2和水蒸气的分离。在第二方式实施方式的情况下，将热能从第二气流转移给所述大气空气实现了所述第二气流中存在的CO2和水蒸气的分离。根据本发明的另一个方面，我们提出了用于原料热处理系统的热能供给系统，包括-用于含干碳原料的一个第一气化反应器，带有包含高温CO2的气化气流以及允许最终用于气化反应的热量补充的额外的氧(02)，所述反应器提供了包含CO2、一氧化碳(CO)和氢(H2)以及最后地水蒸汽(H2Og)的分子的第一气流；-通过氧化态的氧载体(MeO)来氧化所述第一气流中存在的一氧化碳(CO)和氢(H2)的所述分子的一个第二氧化反应器，所述第二反应器提供了包含CO2和水蒸气(H2Og)的高温第二气流以及还原态的氧载体(Me)；-用包含氧元素的气流来活化所述还原态的氧载体的一个第三活化反应器，所述反应器提供了氧化态的氧载体以及过量的热能；-将所述第二气流的热能和/或来自所述活化反应的所述过量热量的至少一部分提供给所述原料热处理系统的装置；以及-用来自氧载体活化反应的过量热量的至少一部分来提高所述气化气流的温度的装置，从而将所述气化气流升温到气化温度。另一方面，该系统可以包括将氧载体从第二反应器传送到第三反应器和/或从第三反应器传送到第二反应器的机械装置。有利地，本发明系统可以包括作为气化气流在第二气流中存在的CO2的至少一部分的闭路循环回路，其中所述循环回路包括分离CO2和水蒸气的装置。在本发明系统的一个特别有利的形式中，该循环回路至少间接地接通第二反应器、热处理系统、分离CO2和水蒸气的装置、提高气化气流温度的装置以及第一反应器。根据本发明的另一个方面，我们提出了结合本发明能量供给系统的原料热处理系统。 根据本发明的其他方面，我们提出了包括本发明的原料热处理系统以及所述热处理系统的能量供应系统的原料热处理设备。通过分析非限制性的实施方式的详细说明以及附图可以清楚其他优点和特征。
-图I是本发明设备的一个第一形式的示意性表示；并且-图2是本发明设备的一个第二形式的示意性表示。
具体实施例方式图I是本发明设备的优选形式的示意性表示。设备100包括用于热处理设备104的热能供应系统102。供应系统102包括气化反应器106、氧化反应器108以及氧载体的活化反应器110。气化反应器106拥有在CO2控制下的含碳物质MPCS的进料室(未显示)。该进料室由CO2控制以避免任何空气进入气化反应器106中并且保证所述气化反应器的密闭度。进料室包括在气化反应器中的进料口(未显示)以及含碳物质MPCS引入装置(未显示)。一方面将含碳MPCS的干原料112，以及另一方面将包含1000°C或更高温度的CO2的气化气流FGG进料到气化反应器106中。最后，通过将氧(O2)引入到气化气流FGG中在气化反应的中心产生热量补充。然后引入的每摩尔氧氧化两摩尔H2和/或两摩尔C，在气化反应器的中心部分产生相应的热能。所述最后的补充允许控制所述气化反应器中反应的热调节以及提高反应的产量，从而提高本发明方法的能量和反应的最终产量。在气化反应器106中，将含碳MPCS的干原料提供到包含约1000/1100°C高温的含碳原料的气化气流FGG中。在该温度下，CO2与含碳干原料之间的相互作用是充分的。热反应是剧烈并且立即的。碳C组成的原料MPCS与同一含碳原料MPCS的分子氧O反应从而形成每个反应的一氧化碳CO C+0 — CO使含碳干原料MPCS的剩余的碳达到反应性CO2的入口温度。在该温度下它们主要地是氧化还原剂，并且在下面反应(在1000°C下称为“B0UD0UART平衡”)之后与CO2反应。1C+1C02=2C0当离开气化反应器106时，称为第一气流PFG的气体组合，是处于彡900°C的温度下。它由下面各项组成-通过热解含碳干原料(MPCS)以及从“反应性CO2”转化成CO(在其氧化-还原特性的最佳温度下在剩余的碳上)而产生的CO ；-在分子分解在1000/1100°C的温度下通过热解由“反应性C02”产生的物质而生成的含碳干原料(MPCS)期间释放的H2 ；-通过强制氧化用于热解所述含碳干原料(MPCS)所需要的热量补充的H2而产生的 H2Og ；-最后，来自气化气流FGG的过量的C02。过量的CO2是根据为气化和B0UD0UART吸热反应供应热能的需要，可以用作“反应性CO2”补充的热载体。在气化反应器106的出口处第一气流PFG是在900°C或更高的温度 下。然后将第一气流PFG引入到氧化反应器108中。一方面将第一气流PFG，并且另一方面将标记为MeO的氧化态或活化态的氧载体进料到该氧化反应器108中。活化的氧载体MeO氧化在下面反应的第一气流PFG中存在的一氧化碳CO和氢H2分子C0+Me0 — C02+Me ；以及H2+MeO — H20+Me通过用气体分子CO和H2改变它的氧将活化的氧载体MeO还原成失活的氧载体Me来进行所述氧化反应。实际上，在高于900°C的气化反应器106的出口温度下，所述分子极具氧化还原性并且易燃烧。从氧化反应器108流出的称为第二气流DFG的气体组合包括-通过CO分子的氧化反应得到的CO2；-在第一气流中最初存在的CO2；以及
-通过H2分子氧化反应得到的H20g。在900°C或更高的温度下第二气流DFG从氧化反应器108中流出并且将用作热处理系统中的处理气流。但是，在氧化反应器108入口处的第二气流DFG处于彡900°C的温度下。因此它比产生对于它的大多数热处理操作所需要的更热。此外，它包含约34%的水蒸气(这个比率是相对于在气化反应器中投入运行的MPCS的化学组成)。通过提供来自调节CO2存储器114的冰冷并且干燥的CO2，在将其引入到热处理系统104的热处理区之前，可以方便地调节该气流。在希望的比例下通过混合装置116使冰冷并且干燥的CO2与第二气流DFG混合从而在所述处理条件下得到处理气流FGT。在本实施例中由CO2和水蒸气组成的处理气流FGT是处于200°C或更低的温度下。将该处理气流提供给原料热处理系统104。在出口处热处理系统104提供由来自处理材料的处理气流FGT和水蒸气组成的加载的处理气流FGTC。考虑了连续生产能量及其结果CO2，可以去除处理气流FGT的一个等价部分。在热处理系统104的出口，处理气流FGTC中的等价部分被排除在外。然后可以将该CO2排放到大气中，而不损害环境，因为它是由可再生材料产生的；此外，生产了针对本发明方法/系统而产生的主要能量，而不产生或排放有害的co2。在除湿之后的其他应用中和/或例如在用于生产生物质“原料”的微藻培养装置中还可以将所述CO2循环再用。将循环加载的处理气流FGTC以及大气空气流FA提供给吸收冷却系统118。该冷却系统进行加载的处理气流FGTC与大气空气流FA之间的热交换。所述热交换将加载的热处理气流FGTC的热量传递给大气空气流FA。所述热交换可以将加载的热处理气流FGTC充分冷却从而将水蒸气冷凝并且分离CO2和水蒸气。在出口处，冷却系统提供液体水H2(\、相对于相应于热处理阶段温度的预热的空气流FAP ;使最终处理温度达到30°C，，并且用来干燥木材，它可以达到130°C或更高(高于300°C，如果这是高温处理方法)以及所述循环的CO2流 FCO2。将预热的空气流FAP提供给用于失活的氧载体的活化反应器110。所述反应器110相等地接收由氧化反应器108提供的失活的氧载体(或还原态)Me。使这些失活的氧载体Me与预热的大气空气流FAP相接触。通过下面反应，在预热的大气空气流FAP中存在的氧 分子O2氧化(活化)失活的氧载体Me+l/202 — MeO氧载体被活化并且能够提供到氧化反应器108中以用于新的氧化反应。在其出口处，活化反应器110提供将提供给氧化反应器108的活化的氧载体MeO以及贫氧的热空气流FAA。这种贫氧的空气流FAA仍然是热的并且可以通过热交换器(未显示)用于调节处理气流FGT和/或在将所述的循环的CO2流FCO2引入到活化反应器110的交换器El中之前将它预热。当氧载体的氧化反应是非常放热性的时，在活化反应器110中产生显著过量的热能，相应于大于85%的所使用的MPCS的内能潜力。通过提供所述CO2流FCO2的一部分的一个第一热交换器El来释放该过量热量(在未显示的交换器中通过流FAA来冷却或预热)。在热交换器El中在1000°C或更高温度下将所述CO2加热。在所述热交换器El的出口处得到的CO2气流用作气化气流FGG。该冷CO2流(< 200C ) FCO2的另一部分用于供应调节CO2的存储器114。通过一个第二热交换器来同样地释放在活化反应器110中产生的过量热量，允许提高气体联合产生流FGG (gaseous co-generation flow FGG)的温度,该气体联合产生流FGG用于在可以包括润轮交流发电机的系统120中联合产生(co-generation)机械能和/或电力的高压和高温下以水蒸气形式产生热力学能量。另一方面供应系统包括机械装置130，以允许将氧载体从氧化反应器108传送到活化反应器110中，反之亦然。图2是本发明设备的一个第二形式的示意性表示。图2所示的设备200包括图I所示的所有设备元件100。另一方面,设备200包括包含微藻类的生物反应器202。将加载的处理气流FGTS中存在的CO2的一部分冷却并且注入到生物反应器202中。在藻类培养生物反应器202中，由微藻类进行的光合作用来使用二氧化碳C02。光合作用一方面产生含碳生物质BC，并且另一方面通过分离碳元素〈〈C 和氧分子〈〈02 来产生氧气流FO2。将得到的碳酸盐化的生物质BC提供给生物质调节系统204，该系统可以是
-用于从具有高含量的在药典中使用的脂类以及药物进料分子和/或用于精炼的烃类的微藻中提取精油的系统；在提取结束时，以可以返回到气化器106中的碳形式保留约30%的生物质；-或例如在将它引入到气化反应器106中之前有待调节的干燥系统。可以将氧气流FO2提供给本发明系统(例如在气化反应器102的水平)，从而补充反应器102中含碳物质的气化反应。因此，实现了该方法的自主性，使其不需要外部氧源(作为热装置)。有利地，在这种第二方式的实施方式中生产碳酸盐化的生物质刺激了总产量。现在我们将公开在图I中所示的设备100中投入运行的本发明方法的能量平衡，以Ikg生物质的加载物作为含碳干原料MPCS作为举例。Ikg生物质的平均化学组成如下 -C ^ 50% :即对于 Ikg MCPS 0. 500kg,即 41. 67 摩尔。因此，热能为41. 67x 394kj/mol=16, 417. 98kj-O2 ^ 44% :即每 Ikg MCPS :0. 440kg 即 13. 75 摩尔 O2,因此 27. 50 “O” ；以及-H2 ^ 6% 即每 Ikg MCPS 0. 060kg,即 29. 76 摩尔。因此，热能为29. 76x 242kJ/mol=7, 201. 92kJ即内能能量为16，417. 98+7，201. 92=23，619. 90kJ在气化反应器的出口处按照这种组成，在气化反应器106中该MCPS的“内部”气化反应将产生-27. 50 摩尔 CO;-14. 17 摩尔 C ;以及-29. 76 摩尔 H2;S卩，对于Ikg (MCPS/生物质)，O. 830kg处于气体形式并且O. 170kg处于固态碳形式，即生物质碳。在彡1，000°C温度下，这些14. 17摩尔碳将与相同摩尔量的CO2反应并且将它们还原，从而形成28. 34摩尔的CO。按照下面的反应，热化学反应C02+C=2C0是吸热的C02-l/202=C0+0+283kJ/molC+l/202 (来自 CO2) =CO-I I lkj/mol即通过这个反应“转化的” CO2热债(热亏损，thermal deficit)为172kJ/mol。最后，第一气流的组成为-55. 84摩尔CO，因此用于补偿吸热需求的有用的热能为-14. 17 摩尔 CO2X 172kJ/mol=2, 437. 24kJ+用于气化和转化的MCPS和反应性CO2的热容=1，786. 14kj。-29. 76 摩尔 H2 ;其中气化反应的能量需求为2，437. 24+1，786. 14kJ=4, 223. 38kJ
在这种热解介质中分子相互作用被认为是无热的。通过分子组分的氧放热地氧化碳补偿了系统分子的放热性裂化。该反应可以计算出热流和总体热交换，提供易于达到所述热解温度的有用热能。它还起热流体的作用，用来为在它们介质的分子组成中未找到氧的碳反应提供吸热性补偿能量(以及氧)。在该气化反应器中反应的总平衡是吸热的。在Ikg (MPCS/生物质)上用于产生所述反应的热量供应是4，223. 38kJ。如果所述气流FGG仅由用于转化反应的14. 17摩尔CO2组成，在活化反应器110中在其通过的过程中，其处于高于1000°c的温度下，即回收的热容仅574. 344kJ0因此，对于气化反应器106中的反应，损失4，233. 38-574. 344=3,649. 036kJ的热容。如我们将在显示的序列中看到的，可以使用该能量(如通过反应链产生的)来提供该热容。另一方面，这引起将该能量从该来源传递给气化反应器102。为此，需要补充循环的CO2 (然后外部供应用于启动该方法)。 为了产生这类热能，可以在气化反应器106中在其入口处以反应相形式用气化气流FGG进行O2注入。在本发明的热解介质中，在1000/1100°C下，分子氢最初与可供使用的氧反应并且本发明的方法(在本实例中)具有29. 762摩尔H2,因此全部热值为7，202. 404kJ。如果这是选择的选项，则需要15. 079摩尔的氢来产生失去的热容。注入的每摩尔O2将与两摩尔氢反应来产生两摩尔H2O,从而将需要7. 54摩尔O2来补偿该反应所需要的热容不足。将保留14. 863摩尔H2并且与CO反应从而在氧化反应器108中得到反应序列。在氧化反应器的出口处14. 863摩尔H2的热值为14.683x 242kJ/mol=3, 553. 286kJ ;并且55. 84摩尔CO的热值为55. 84x 283kJ/mol=15, 802. 72kJ.在来自氧化反应器106的第一气流PFG中存在的CO和H2的氧化反应是放热的15，802. 72+3，553. 286=19，356. 008kJ当例如氧载体是NiO (NiO处于活化态并且Ni处于失活态)时，需要70. 523摩尔MeO来氧化55. 84摩尔CO以及14. 683摩尔H2。将70. 523摩尔MeO还原成70. 523摩尔Me(以NiO变成Ni作为举例)是吸热的70. 523mols x 244. 30kJ/mol=17, 066. 566kJ最后，在氧化反应器中反应的热平衡是放热的并且产生2，289. 442kJ。离开氧化反应器的第二气流DFG由从反应得到的CO2+最后地“过量”的热CO2+通过H2的氧化反应产生的水蒸气组成，即-来自该反应的2. 457kg CO2 (55. 84 摩尔，I. 252Nm3) +-来自该反应的O. 536kg H2Og (29. 76 摩尔，O. 667Nm3)-即按质量计22%以及按体积计53%。该第二气流DFG处于彡900°C温度下并且包含显著的热能有待在液体H2O中冷凝的 29. 762 摩尔(H2Og)的 3，573. 083kJ 热容 +2，228. 951kJ 热焓，即5，802. 034kJ在热交换系统116中使用该热能用来产生处理气流FGT。所述处理气流FGT主要包含-有待在所述交换器116中用冰冷并且干燥的CO2(来自存储器114)来改变其热容之后保持的第二气流DFG的部分，在所述热交换过程中可以将该CO2部分地除湿；-可以使用在热交换器116中可以用作冷源的来自存储器114的干CO2的部分来调节所述处理气流FGT (根据除湿和冷却的要求，所述来自存储器114的干燥CO2可以是过量的；然后将该过量物再引入到冷却系统118中用于再循环)。然后，可以使所述处理气流FGT达到原料处理所需要的温度(工作温度30至彡300°C以及更高，对于在温度下处理而言)并且可以将它的残留湿度降至最低。对于本发明系统和方法的这个步骤，热平衡已经是正的对于Ikg (MPCS/生物质)，对于气化反应器的反应的热量供应为_4，223. 38kJ ； 对于第一气流“燃料”的氧化反应器的放热为+2，289. 442kJ ；离开氧化反应器的第二气流DFG的可供使用的热容为+5，802. 034kJ。即每kg使用的生物质MPCS总和是正的2，289. 442kJ+5, 802. 034=8，091. 476-4，223. 38kT=3. 868. 096kT在活化反应器的出口处Me变成MeO的再活化反应是放热的244. 30kJ/mol。在本实施例中，我们具有70. 523摩尔Me/kg使用的生物质的MPCS。考虑在这个活化反应器中产生的热能+17，228. 769kJ/kg使用的生物质的MPCS。气化CO2将从交换器El获得其热容(即4，223. 38kJ/g的MPCS，考虑了前述平衡)。本发明系统/方法的反应和交换的最终能量平衡为3，868. 096+17，228. 769=21，096. 865kJ/kg 的 MCPS0还考虑了 89%的原料能量潜力。该总能量可用于本发明系统和方法的应用以及工作能量的生产。可以释放这种可供使用的能量从而能够在热处理系统中处理原料。这种能量的较大部分是过量的并且可以用于能量联产(co-generation)，用于相应的应用中，将它们机械地和/或转化成电能。在本发明中，原料热处理系统可以是包括下面各项的系统干燥 在用于制造过程之前有待除湿和/或脱水的所有原料； 在进行使用和/或调节之前可以进行干燥的所有原料和/或制造的产物；热处理 易于与CO2相互作用的所有原料(在其组成中)，并且在将其用于制造过程之前，应当尽可能均匀地和/或在高温下扩散热量(作为通过优化的动力学来加热CO2所需要的相互作用的函数，高达1000/1100°C以及更高)； 可以进行热处理的所有原料和/或制造的产物(在使用和/或调节之前所有热化学和/或热物理学的修饰/中和)。本发明绝不限于所公开的实施例。
权利要求
1.一种用于原料热处理系统(104)的热能供应方法，其中所述方法包括 -在一个第一所谓的气化反应器(106)中用包含高温CO2的气化气流(FGG)和氧(O2)来气化含碳的干燥原料(MPCS)，所述气化作用提供了基本上包含一氧化碳(CO)、氢(H2)以及最后地水蒸汽(H2Og)的分子的第一气流(PFG)； -在一个第二所谓的氧化反应器(108)中通过氧化态的氧载体(MeO)来氧化所述第一气流(PFG)中存在的所述一氧化碳(CO)和氢(H2)分子，用包含CO2和水蒸气(H2Og)的高温第二气流(DFG)以及还原态的氧载体(Me)来提供所述氧化反应； -在一个第三所谓的活化反应器中用包括氧元素的气流(FAP)来活化还原态的所述氧载体，所述氧化反应提供了氧化态的氧载体(MeO)以及过量的热能； -将所述第二气流(DFG)的热量和/或来自所述活化反应的所述过量热量的一部分提供给所述用于原料热处理系统(104);以及 -用来自氧载体活化反应的过量热量的至少一部分来提高气化气流(FGG)的温度从而将所述气化气流(FGG)升温到气化温度。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于将热能的至少一部分提供给所述热处理系统(104)包括将所述第二气流(DFG)的至少一部分提供给用于原料热处理系统(104)，用作气体热处理流(FGT)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于包括在用作处理气流(FGT)之前降低所述供应的第二气流(DFG)的至少一部分的温度。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其特征在于包括在所述热处理系统(104)的出口处使加载的热处理气流(FGTC)中存在的CO2的至少一部分进行闭路循环；从而至少部分地构成所述气化气流(FGG)，所述闭路循环包括分离所述加载的处理气流(FGTC)中存在的CO2和水蒸气(H2Og)的步骤。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于将热能的至少一部分提供给所述热处理系统(104)包括将热能传送给热处理的气流。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于包括使来自所述第二气流(DFG)的至少一部分CO2进行闭路循环，从而构成所述气化气流。
7.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于还原态的氧载体(Me)的所述活化反应包括通过预热的大气空气(FAP)来氧化还原态的所述氧载体(Me)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述大气空气预热包括在所述热处理系统的出口处在加载的热处理气流(FGTC)之后将热能传递给所述大气空气。
9.根据权利要求4和8所述的方法，其特征在于在热处理系统(104)的出口处在加载的热处理气流(FGTC)之后将热能传递给所述大气空气(FA)实现所述加载的热处理气流(FGTC)中存在的CO2和水蒸气(H2Og)的分离。
10.一种用于原料热处理系统(104)的热能供应系统(102)，其中所述热能供应系统包括 -包含干碳(MPCS)以及含高温CO2的气化气流(FGG)的一个第一原料气化反应器(106)，所述反应器(106)提供包含CO2、 一氧化碳(CO)、氢(H2)以及最后地水蒸汽(H2Og)的分子的第一气流(PFG)； -通过氧化状态的氧载体(MeO)来氧化在所述第一气流(PFG)中存在的一氧化碳(CO)和氢(H2)的所述分子的一个第二氧化反应器(108)，将包含CO2和水蒸气(H2Og)的高温第二气流(DFG)以及还原态的氧载体(Me)提供给所述第二反应器(108)； -用包含氧元素的气流(FA)来活化所述还原态的氧载体(Me)的一个第三活化反应器(110)，所述反应器(110)提供氧化态的氧载体(MeO)以及过量的热能； -用来调节气体处理流(FGT)的温度从而将所述第二流(DFG)的热量和/或来自所述活化反应的所述过量热量的至少一部分提供给所述原料热处理系统(104)的装置；以及 -用来自氧载体活化反应的过量热量的至少一部分来提高所述气化气流(FGG)的温度从而使所述气化气流(FGG)达到气化温度的装置(El )。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于包括从所述第二反应器(108)至所述第三反应器(110)和/或从所述第三反应器(110)至所述第二反应器(108)传送氧载体的机械装置(130)。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的系统，其特征在于包括在所述第二气流(DFG)以及所述气化气流(FGG)中存在的CO2的至少一部分的闭路的循环回路，其中所述循环回路包括分离CO2和水蒸气(H2Og)的装置(118)。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于所述循环回路至少间接地与下面各项相互连接所述第二反应器(108)、所述热处理系统(104)、分离CO2和水蒸气(H2Og)的所述装置(118)、用于提高气化气流(FGG)温度的所述装置(E1)、以及所述第一反应器(106)。
14.用于原料的热处理系统，结合根据权利要求10至13中任一项所述的能量供应系统和处理气流(FGT)。
15.用于原料热处理的设备(100)，包括根据权利要求10至14中任一项所述的原料热处理系统(104)以及所述热处理系统的能量供应系统(102)。
全文摘要
本发明涉及为用于处理原料的系统提供热能的方法。本发明还涉及实现所述方法的系统以及涉及用于操作所述系统的设备。所述方法包括在第一反应器中通过含CO2的气体气化流来气化干燥的含碳原料(MPCS)的步骤，在第二反应器中通过氧载体来氧化气化气体的步骤，以及在第三反应器中将用于氧化反应的氧载体活化的步骤。
文档编号B01J12/00GK102844412SQ201080065418
公开日2012年12月26日 申请日期2010年10月8日 优先权日2010年2月1日
发明者雷蒙德·弗朗索瓦·古约马奇 申请人:能源与环境解决方案参考有限公司