用于使用生物质原料生产尿素的模块化系统和方法

专利名称：用于使用生物质原料生产尿素的模块化系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及通过所述生物气化工艺来转化生物质和生物质废物流，更具体地说，本发明涉及转化生物质和生物质废物流来生产较高阶的化学制品，诸如尿素。
背景技术：
虽然在过去已经在不同程度的效果和效率上实现了通过生物气化(合成气)工艺来转化生物质和生物质废物流以生产可用的产物，但是尚未开发用于生产尿素的生物质气化。由美国能源部引述的利用生物质类合成气来生产诸如尿素的较高阶化学制品的主要技术障碍是⑴进料加工和处理；⑵气化/转化；(3)除气和催化调控；⑷合成气的利用； (5)工艺整合和(6)工艺控制、传感器和最优化。
使用生物质作为原料的现有技术气化系统止步于合成气的形成。因为合成气品质低，所以其不能直接用来生产较高阶化学制品，诸如尿素。更确切而言，合成气用于向发电机提供动力或与正在转化为尿素的天然气流混合(参见上述技术障碍3)。另外，现有技术需要大型生产装置或大规模的工厂。鉴于这些工厂所需要的高容量生产，所以在合成气可转化为氨之前输入材料必须流动穿过顺序的加工装置。因为工厂的大小之故，所以工厂倾向于远离所有生物质原料的现成资源和可利用资源来定位，从而增加了运送成本或如果定位工厂或将生物质运送到工厂不是在经济上不可行，则(在遥远的乡村区域或地理上具有挑战性的区域的情况下)使运输极其艰难。生物质原料通常肮脏、贮存密度较低且难以处理(参见技术障碍1)，在其被运送到工厂且经加工之前倾向于贮存在野外。另外，生物质原料的加工特性既在多种类型的生物质之间显著变化也在多种类型的生物质内部显著变化。 此变化使工厂难以控制(更难以最优化)转化工艺和维持高水平的转化效率(参见上述技术障碍2和技术障碍4至6)。

发明内容
一种用于由生物质生产尿素的模块化系统和方法，所述模块化系统和方法包括以下步骤清洁生物质原料以去除大体上所有非有机物；掺合所述经清洁的生物质原料以获得大体上均质的掺合物；使所述经掺合的生物质原料丸粒化至大体上均一的尺寸；在气化器中气化所述丸粒；和使来自气化器的所得的CO2流与NH3化合以形成尿素。清洁步骤清洁生物质原料以便生物质优选地包括不超过15重量百分比的非有机物。清洁步骤还可包括以下子步骤分选生物质原料至约0. 75cm至1. 25cm(l/4in.至l/2in.)的预定尺寸和将生物质原料的体积尺寸减小约80%。
生物质原料可包括具有不同加工特性的单种生物质材料或具有不同加工特性 (诸如密度或热燃烧值)的两种或两种以上生物质材料，所述生物质原料优选地具有低于 15重量百分比的含湿量。丸粒化步骤使经清洁的生物质原料丸粒化且提供具有大体上相同加工特性的丸粒。类似地，由一种类型的生物质原料或一种品质的生物质原料生成的丸粒可与由另一种类型的生物质原料或另一种品质的生物质原料生成的丸粒化合且掺合，以生成两种丸粒流的掺合物，所述两种丸粒流的加工特性可经调节以维持温度和燃烧品质的一致性以达到改进的气化或最优的气化。
气化步骤优选地包括以下子步骤将丸粒粉碎为约Imm的细粒径。该细粒径提供了更有效的燃烧和生物质向经气化的生物质(合成气)转化的更高转化率。为了进一步改进气化器的效率和转化性能，气化步骤还可包括以下子步骤将有机油注入输入生物质原料流或生物质原料雾中。可控制向气化器进料的进料速度以便可在600°C至850°C范围内的气化器燃烧温度变化不超过士25°C。通过控制进入的生物质的品质、将生物质粉碎为细粒径和响应于关键的加工参数来调整进料速度，气化器有效达到约98%或更高的转化效率。
清洁来自气化器的所得的合成气流且随后将其压缩为约6，OOOpsi至7，OOOpsi的高压。此压力比现有技术工厂中所使用的压力大致高两倍。以30%的转化率在约6，OOOpsi 至7，OOOpsi的高压下，在旁路再循环环形系统中加工氨流。
根据本发明的系统和方法允许生物质到诸如尿素的较高阶化学制品的小规模、具成本效益的转化。例如，与各种工艺步骤的各个步骤相关联的设备可能是橇装式或包含于标准的48-英尺平板拖车的占据面积内。模块可在单个地点互连，或者清洁模块、丸粒化模块和气化模块(和与各个模块相关的工艺步骤)可各自出现在不同的地理位置。模块性还允许系统移动到可就地实施此方法的生物质来源的地点，诸如位于遥远乡村区域的农业村庄。
本发明的一个目标是提供尿素生产工厂，其具有比常规设计小的占据面积，在结构上是模块的且可易于运送、组装使用、更新、修改、使用后拆卸和再使用。本发明的另一个目标是提供具成本效益的、低容量的生产工厂。本发明的又一个目标是提供一种工厂，其可容纳通常在大多数乡村区域找到的生物质原料——也就是说，类型、尺寸和加工特性各不相同的生物质原料——还可以在将不均质的生物质原料转化为用于生成其他产物的合成气时实现高水平转化性能。本发明的另一个目标是提供易于处理的生物质原料且提供增加的密度、降低的贮存要求、增加的贮存寿命和减小的火险可能性。本发明的又一个目标是向气化工艺提供比当前工艺所提供的生物质原料更干净且更均一的生物质原料。本发明的另一个目标是提供一种生物质原料，其燃烧更均勻且可减少生成诸如焦油的副产物。本发明的又一个目标是向所述尿素/氨转化装置提供干净的合成气。本发明的另一个目标是提供在超高压下运行的旁路再循环环形系统，以实现几乎为100%的转化率。本发明的最后一个目标是提供一种工艺，其同时解决了使用生物质来生产诸如尿素的较高阶化学制品的所有六个技术障碍。


图1为尿素生产工艺的工艺流程图，所述尿素生产工艺是将农业生物质转化为尿素。农业生物质在被加料到气化装置中之前经丸粒化为一致的密度。
图2为配置在标准的48-英尺平板拖车上的原料制备模块的方块图。
图3为配置在标准的48-英尺平板拖车上的丸粒化模块的方块图。丸粒化模块可为橇装式。
图4为配置在标准的48-英尺平板拖车上的气化系统模块的方块图。
图5为配置在标准的48-英尺平板拖车上的尿素转化模块的方块图。
图6为尿素转化模块的二氧化碳压缩组件、冷凝器/反应器组件和水提取和干燥组件与合成气流之间的相互关系的示意图。
图7为尿素转化模块的二氧化碳压缩组件的示意图。
图8为尿素转化模块的池式冷凝器/反应器组件的示意图。
图9为尿素转化模块的水提取和干燥组件的示意图。
具体实施例方式在以下用于通过气化工艺转化生物质以生产尿素的技术说明中解决了列于背景技术中的所有六个技术障碍。所述工艺向气化器提供干净且一致的生物质原料，此工艺经设计用于具成本效益的低容量生产(例如，每小时1吨至每小时5吨的进料速度)且经模块化以获得改进的工艺控制和轻便性。使用按需有机油喷油器来向气化装置中补充生物质雾以维持生物质恒定且低波动的燃烧。所述气化工艺还具有用作生物质进料调节器的进料控制系统。随后，在向氨/尿素形成装置中注入合成气前，通过合成气流动穿过一组旋风分离器(气体清洁系统——洗涤器)来清洁经气化的生物质(合成气)。
与现有技术中的系统不同，所述工艺包括转化率30%的旁路环形再循环系统，其在引起几乎100%转化率的超高压(约6，OOOpsi至7，OOOpsi)下以运行。在产生氨期间， 高压允许更好地分离化学损坏。通过当今工业中常用的高容量且低压的工艺，不能实现具有相同水平生产力的转化性能。在这些现有技术的工艺中所运行的压力大约是本文所描述工艺的压力的二分之一。
使用所述工艺的生物质气化还可通过改造来使用，以产生其他可用的产物。一并解决所有六个技术障碍构成了本发明独特特征中的一个。与现有技术中的工艺不同，根据本发明的工艺纳入了由美国学者兼研究员Dr. W.Edwards Deming开发的系统“次优化”概念，而现有技术中的工艺企图最优化工艺的各个步骤和每个步骤。次优化的概念陈述了，整个工艺(系统)通过最优化各个单独子工艺(子系统)可导致次优化的性能。在必要时， 通过次优化子系统性能来获得真正的系统最优化，以实现整个或完整系统的最优化。向根据本文所描述的工艺中输入材料将经历额外的加工，也就是说，从粗磨到细磨和与附加的丸粒化步骤相混合的八个工艺步骤。虽然该额外的加工构成了准备工艺的次优化，但是额外的工艺可引起完整工艺的整体最优化。对附加的工艺内设备、资本支出和在制备原料中的加工时间和加工精力的需要最优化了气化和氨/尿素生产的关键工艺，从而解决了所有六个技术障碍。
本发明的另一个独特特征是，根据此工艺建造的尿素生产工厂优选地纳入模块构造。所述工厂是基于五模块配置，设计此配置为了使立即安装和启动时间/成本降至最低。 总包装设计改进了整体的可靠性和灵活性。模块结构使生产装置的占据面积降至最低，同时维持了操作和维护的容易性。模块结构使容易性增加，使用模块结构既可以实施更新和改造还可以允许装置建于中心位置且被运输到全世界的任何地方或允许使用标准的计划和规格在操作国来制造装置。模块构造还允许将要移动到生物质原料来源的某些模块，诸如原料制备模块。另外，模块化允许当上述模块的技术进步得以发展时，可通过替换特定的模块来升级生产工厂，而不影响包含整个系统(工厂)的其他模块。模块化还允许缩短工艺升级和维护的停工期。
I.工艺说明 用于通过气化生物质来生产尿素的工艺(以下称为“尿素工厂”)包括20个不同的工艺步骤，如图1所示。本文描述了各个工艺步骤，并且指定了仪器(器械)、加工程序、 技术要求、与现有技术相比的设计独特性和相关技术和工艺。
工艺步骤1-原材料(生物质)的进入 尿素工厂具有高度的生物质原料灵活性。一旦已知原料的重量、密度和BTU/热值，那么可调节工艺参数(计算机数字控制)以获得生物质的最优气化。这解决了上文所列的技术障碍5和技术障碍6。可用于此工艺的生物质原料包括(但不限于)轧棉机废料、 玉米稿秆、稻壳、甘蔗渣、纸制物品(报纸、办公室用纸、硬纸板等)、木材(木材磨屑(wood mills)、城市废弃木材等)、咖啡豆粕、坚果壳、稻草、牧草、畜肥、牧豆树、其他作物残余物、 非洲棕榈树(棕榈油)和其他生物质材料。经干燥为低于15%的含湿量，经清洁以去除非有机物并且经碾磨为一致尺寸(通过下文的工艺步骤2至工艺步骤幻的任何生物质均为可能的原材料，原材料可单独贮藏或者和用于使用此工艺来生产尿素的其他经干燥的生物质组合贮藏。例如，经加料于工艺的生物质可包括轧棉机废料、田地收获的棉花茎、玉米稿秆和稻草的混合物。只要存在经高度掺合的一致原料，那么系统可实现高水平的效率、生产力和经济性。
在过去，用于气化工艺的原料的一致性一直是限制生物质使用的关键阻碍。原材料的制备(图1中的步骤2至步骤1 解决了用于气化的若干关键性的生物质进料问题 (即，上述技术障碍1至技术障碍幻，并且改进了整体工艺的可信性、生产量效率和生产力。
工艺步骤2-开口和清洁 为了获得气化系统的效率和生产力，原材料(生物质)必须作为均质掺合物(微粒尺寸、掺合物和BTU值)来供给以便维持高操作标准并且减少副产物的堆积，副产物的堆积会降低工艺效率和增加维护成本。这可以可通过一系列操作来实现去除非有机材料并且掺合、减少且浓缩原生物质原料。原材料的制备从开放和清洁工艺开始，在开放和清洁工艺中向尿素工厂输送的生物质被倒入开口的螺旋式运输机，螺旋式运输机将原材料运送到过筛和分离工艺步骤。
工艺步骤3-过筛和分离 在过筛和分离中，当通过螺旋式运输机运载材料时，在细网眼底部的上进行运载， 以通过去除堆积在大多数生物质上的小的非有机颗粒物(尤其是沙)来获得对原材料的第一级清洁，所述生物质通常贮存于现场并且经受风吹雨打。
工艺步骤4-振动筛运载 在所述工艺中的下一步骤是通过具有网状底部的经提升的振动运输机来运载生物质。还进行下一步骤来去除非有机颗粒物。振动运输机是较主动的去除系统。还要求此运输机提升生物质以将生物质重力进料到下一加工步骤(粗磨)。在材料参与非有机物去除同时对其的运载还可通过以下设备来实现，如螺丝钻或气动运输机，所述设备具有用于从原材料输入中去除不理想材料的某种形式的筛分。
工艺步骤5-粗磨 粗磨是原材料制备的第一个步骤，在此步骤中可实现尺寸的均一性，所述尺寸优选地在约0. 75cm至1.25Cm(l/4in.至l/2in.)范围内。大多数生物质(且尤其从农业生产中获得的生物质)是不同生物质组份的组合(诸如外壳、种子、茎、叶子等之类的事物)。 在重力进料桶式研磨机中粗糙碾磨在尺寸和形状上不断变化的所到达的生物质。尺寸的减小不仅可实现第一级的材料分选而且是原材料清洁加工中的另一步骤，并且使原材料的体积尺寸实现约80 %的减小。体积尺寸的减小增加了运送和贮存用于加工的生物质原材料的能力。对位于将生产足够用于全年尿素生产(或其他产物)的生物质的区域的工厂而言， 这尤其关键，但是在全年(在收获期间)中循环产生作为农业副产物(即，废物流)的生物质。以浓缩方式来进行有效率的贮存对有效处理和运送输入原料而言很关键，另外，还减少了贮存成本。在优选具体实例中，在系统中，通过此步骤每小时可加工大约9，600磅。还可以通过诸如锤磨机的构件或其他形式的材料碾磨来实现此步骤。
工艺步骤6-掺合/贮存加工中的第一个步骤 所述工艺中的下一步骤使用了具有振荡式散布机的活底掺合料斗。此工艺实现了增加不同类型的生物质材料的掺合，从而实现更高水平的材料均一性。此步骤允许通过实现生物质混合物的均质性来增加原材料的品质。经带入尿素工厂最初阶段的类型不断变化的生物质不仅材料尺寸和材料类型不均一，而且加工特性也不均一，诸如含水量、BTU (热) 燃烧值、密度、重量和质量。振荡式散布机允许较好地混合生物质材料并且活底掺合料斗的机械作用进一步实现了生物质的尺寸和混合均一性。还可以通过摇动器和混合器来实现此工艺。
工艺步骤7-掺合/贮存加工中的第二个步骤 在下一步骤中，使用提升运输机来运送材料，所述提升运输机将生物质重力进料到具有振荡式散布机的第二活底掺合料斗中(参见步骤6)。在步骤7中重复步骤6中所进行的相同加工。
工艺步骤8-掺合钻 步骤8使用逆向旋转式螺旋掺合钻来运载并且进一步掺合生物质原材料。此步骤实现材料更精细的混合并且实现对可能仍存在的非有机材料的筛分。此筛分是通过位于掺合钻底部上的筛网来实现的。还可以通过振动筛运输机或其他形式的掺合和运输机的组合来实现此工艺。
工艺步骤9-丸粒研磨进料贮存 在工艺步骤9中，掺合钻(步骤8)将材料提升到具有振荡式进料器的活底掺合料斗。该步骤用作丸粒研磨的进料贮存并且对非有机材料进一步过滤工艺，同时参与控制原材料(生物质)的尺寸和一致性。随后，将材料重力进料到下一步骤(即丸粒研磨步骤—— 步骤10)。还可以通过摇动器和混合器来实现此工艺。
工艺步骤10-丸粒研磨(丸粒化) 所述工艺中的下一步骤是使生物质丸粒化。可通过使用标准制粒机来实现此步骤。生成的丸粒尺寸可在5/32英寸至1/2英寸范围内，优选在3/8英寸至1/2英寸范围内。 在优选具体实例中，丸粒尺寸范围在5/32英寸到1/4英寸，并且生成了在每立方英尺35磅至每立方英尺45磅范围内的经丸粒化原料。在另一优选具体实例中，丸粒尺寸范围在3/8 英寸变动到1/2英寸，以生成如上所述在相同密度范围中的经丸粒化原料。其他密度可能也适用，这取决于正在掺合的农业生物质。
进行丸粒化以减小生物质的尺寸，从而增加体积密度、降低生物质贮存可能的火险、减小贮存容量、改进材料处理和增加贮存寿命(因为某些生物质是季节性的，所以其需要大量堆积和贮存以供整年使用)。还可以通过支撑或建造生物质原材料的块状物来实现此工艺。
工艺步骤11-丸粒贮存工艺中 随后，将经丸粒化的生物质传送到气化进料装置(步骤1 或到仓库(步骤11)。 总之，使用网状运输机来运载丸粒，网状运输机具有位于运输机下方的冷却风扇以减少丸粒的热量(从丸粒化工艺中得到)。丸粒的此冷却可预防丸粒析水和积累热量和湿度吸收。 这有助于维持气化工艺所需要的生物质的品质。还可以通过允许材料冷却的任何其他运载构件来实现此工艺，诸如气动运输机。
工艺步骤12-气化进料装置 为了实现可能最好的气化系统，必须向气化器供应原材料(生物质)的均质掺合物以便维持高的操作标准。此均质的掺合物主要通过工艺步骤6至工艺步骤8来实现。在步骤12中，气化进料装置由顺序进料的、六腔室的活底掺合器组成。通过分散丸粒的物理性质和日复一日地减小原材料的变化性来实现生物质的精细掺合。还可以通过多层混合的任何其他构件来实现此精细的掺合。
工艺步骤13-气化器(生物质的气化) 生物质的气化具有若干子级别的工艺步骤。首先，经丸粒化的生物质流动穿过精细阶段的破碎机和粉碎机。此步骤十分关键，因为粉碎经丸粒化的生物质会使得小于约Imm 的生物质粒度的均一尺寸减小。这些精细混合且经掺合的生物质的均一微粒子向气化器提供以细雾来进料的材料，所述材料由于均一性和尺寸和增加的表面面积之故燃烧更平和。 提高的燃烧能力可减少生成诸如焦油等副产物的机率。还可以通过锤磨机或任何其他形式的细磨来实现此粉碎步骤。随后，将生物质进料到气化器，优选地气化器是向上通风的TRME 气化器。
气化设备具有有助于维持产物的高水平效率和品质控制的若干控制小面。首先， 存在按需的有机油喷油器，其用于在气化中补充生物质雾以维持生物质恒定且低波动的燃烧。气化器上的计算机数字控制监视气化的BTU值并且进行相应地调整以维持均一的燃烧轮廓。计算机数字传感用来触发按需的有机油喷油器。其次，气化工艺还具有用作生物质进料调节器的进料控制系统(也是计算机数字控制的)，生物质进料调节器含有与气化传感器有关系的速度调整以将燃烧温度维持在+/_25°C。速度控制加快或减慢向气化器中进料生物质的速度，从而用作调控气化温度。通过其他形式的气化(诸如流化床、起泡流化床、 携带式流化床或向下通风气化装置)可实现此工艺。所生成合成气的品质解决了上文所引述的技术障碍4。
工艺步骤14-再循环的可燃物 气化装置的另一子组件是再循环由气化生物质而生成的焦油。通过操纵含气体量来处理焦油以获得2比1的氢-碳比率。实现焦油的热裂解(使长的碳链断裂)可允许再次将此工艺副产物(焦油)引入气化腔室以生成有用的合成气。此整个工艺的产物是合成气、CO2和灰渣。在此工艺说明的步骤15中解决了灰渣的问题。在此工艺说明的步骤16中解决了(X)2的问题。
通过气化装置生成的气体(合成气)通过流动穿过制冷循环来冷却，且温度下降到低于约175°C。气体流动穿过多阶段压缩工艺以将气体压力增加为约6，OOOpsi至 7，000psi。此方式可制备将向氨装置(步骤17)加料的气体。此冷却和加压是工艺要求， 因为如果没有此冷却和加压则将导致不完全的氨反应。此工艺还可以通过气体冷却和加压的任何其他构件来实现。
工艺步骤15-灰渣清除 在工艺步骤13中，以超过98%的转化效率有效率气化了经丸粒化的原料，仅留下以进料材料的重量为基准的6%至9%的飞灰。在此工艺中生成的灰渣不包含重金属且经去除，并且灰渣可作为有用产物(肥料或用于生产波特兰水泥(Portland cement))出售。
工艺步骤16-0)2加工 CO2从所述工艺中去除(剥除)(参见步骤1 且和合成气一样流动穿过多阶段压缩工艺以实现约6，OOOpsi至7，OOOpsi的压力。随后，将经压缩的CO2加料到尿素生产装置(参见步骤18)。
工艺步骤17-氨装置(生产中间产物氨) 此步骤是已知的技术并且可使用Haber-Bosch氨装置来将合成气转化为氨。在此工艺中生成的氨是生产尿素所需要的(所含有的)中间产物并且直接地加料到步骤18。加工合成气以生产氨的其他方法包括使用Fischer-Tropes或任何其他的氨生产装置。
工艺步骤18-尿素形成 使用池式冷凝器反应器装置来实现尿素的生产，池式冷凝器反应器装置既接收步骤17中生成的氨还接收生物质气化(参见步骤16)中产生的C02。通过此装置生成的尿素含有46重量百分比的含氮量。在工艺的此步骤中可使用将氨转化为尿素的任何其他设备。
工艺步骤19-薄膜干燥剂或造粒(干燥液态尿素) 在步骤18中生成的尿素是液体形式。虽然尿素可以此方式出售，但是通过干燥尿素提高了贮存和运送的容易性。通过薄膜干燥或造粒来实现了产生干燥尿素。此举使产物稳定。选择使用薄膜干燥机或造粒机纯粹基于顾客的需要。
工艺步骤20-成品贮存 干燥尿素是十分稳定且相对惰性的产物。可以许多方式来处理贮存并且可引起某种形式的湿度控制的任何形式的贮存均为大量贮存产物可接受的方法。
II.模块配置 现参照图2至图5，尿素的生产工艺可以是模块化工艺，其中工艺步骤1至工艺步骤5包含原料制备模块100，步骤6至步骤11包含丸粒化模块200，步骤12至步骤15包含气化模块300且步骤16至步骤19包含尿素转化模块400。与各个模块相关的工艺设备的各种零件已映射到图1中相应的工艺步骤。
可为了成套操作而优选地在标准的48-英尺平板拖车T上分别配置原料制备模块 100、丸粒化模块200、气化模块300和尿素转化模块400。如果使用较小尺寸的平板拖车， 那么可能必须将模块100、模块200、模块300或模块400的单独部件分配到具备适当连接的两个或两个以上平板拖车中。
优选地，模块100、模块200、模块300和模块400各自为橇装式，以便到遥远的地点卸载。提供可移动的动力工厂P来向模块100、模块200、模块300和模块400中的一个或多个模块提供动力。模块100、模块200、模块300和模块400可运送到相同的地理位置、可位于相同的地理位置且可在相同的地理位置进行操作，或可分别位于不同的地理位置。虽然图2至图5并未图示工艺流程和各种部件之间的互连，但是所属领域的一般技术者将可以识别此流程图和各种工艺组件所需要的多种连接。
现参照图6至图9，图示了尿素转化模块400的替代优选具体实例，可配置所述尿素转化模块400以便能够适合装于标准的48-英尺平板拖车T的占据面积内。类似于上述图2至图5，与尿素转化模块400相关的设备的各种零件已经映射到图1中相应的工艺步马聚ο 虽然已经以某种具体程度描述了使用生物质原料来生产尿素的模块化系统和方法，但是在不脱离本公开的精神和范围的情况下，构造的细节与组件和步骤的配置的可有许多变化。因此，根据本公开的系统和方法仅受所附权利要求书的范围限制，包括其要素享有的全部同等权利范围。
权利要求
1.一种用于由生物质生产尿素的方法，所述方法包含以下步骤 清洁生物质原料以去除大体上所有非有机物；掺合所述经清洁的生物质原料以获得大体上均质的掺合物； 使所述经掺合的生物质原料丸粒化至大体上均一的尺寸； 在气化器中气化所述丸粒；和使来自所述气化器的所得的(X)2流与NH3化合以形成尿素。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质原料包括至少两种生物质原料，所述两种生物质原料各具有至少一种不同的加工特性。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤混合来自各具有至少一种不同加工特性的至少两种生物质原料的丸粒，以生成单个大体上均质的丸粒掺合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述生物质原料具有低于约15重量百分比的含湿量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述经清洁的生物质原料包括不超过1重量百分比的非有机物。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包含所述丸粒化步骤，其导致密度大体上相同的丸粒。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包含所述丸粒化步骤，其导致热燃烧值大体上相同的丸粒。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包含所述清洁步骤，其包括分选所述生物质原料至预定尺寸的子步骤。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包含所述气化步骤，其包括将所述丸粒粉碎为细粒径的所述子步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述细粒径为约1mm。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包含所述气化步骤，其包括以下子步骤中的至少一个子步骤将有机油注入输入生物质原料流中和改变向所述气化器进料的进料速度以维持大体上恒定的燃烧温度。
12.根据权利要求1所述的方法，其中当气化所述丸粒时所述气化器的燃烧温度变化不超过约士 25°C。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包含在600°C至850°C范围内的所述气化器的燃烧温度。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述气化器有效达到约98%的转化效率有。
15.根据权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤清洁来自所述气化器的所得的合成气流。
16.根据权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤将来自所述气化器的所得的合成气流压缩为约6，OOOpsi至7，OOOpsi的高压。
17.根据权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤以30%的转化率在约 6，OOOpsi至7，OOOpsi的高压下，在旁路再循环环形中加工所述NH3。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述清洁步骤、丸粒化步骤和气化步骤中的至少一个步骤发生的地理位置与所述其他步骤中的至少一个步骤发生的地理位置不同。
19.根据权利要求1所述的方法，其中与所述清洁步骤、丸粒化步骤和气化步骤的至少一个步骤相关的所有设备均包含于标准的平板卡车拖车的占据面积内。
20.根据权利要求1所述的方法，其中与所述清洁步骤、丸粒化步骤和气化步骤的至少一个步骤相关的所有设备均是橇装式。
全文摘要
本发明涉及用于从生物质生产尿素的一种模块化系统和方法，所述模块化系统和方法包括清洁生物质原料以大体上去除所有非有机物；掺合经清洁的生物质以获得大体上均质的掺合物；使经掺合的生物质丸粒化；和在气化器中气化丸粒。生物质原料可包括具有不同加工特性的生物质材料。气化步骤优选地包括将丸粒粉碎为细粒径；必要时将有机油注入输入生物质雾中；和控制进料速度以维持大体上恒定的燃烧温度。清洁所得的合成气流且将其压缩为约6,000psi至7,000psi的高压。以30％的转化率在约6,000psi至7,000psi的高压下，在旁路再循环环形系统中加工所得的氨流。
文档编号C10L5/40GK102186957SQ200980135104
公开日2011年9月14日 申请日期2009年8月12日 优先权日2008年8月12日
发明者T·R·柯林斯, J·L·西蒙敦, M·G·贝鲁威德斯, J·洛扎德 申请人:4A技术有限公司