用于由生物质制备燃料的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于降低由生物质制备燃料的制造成本并且减少向大气的废气 排放的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 对于热电生产，日趋使用由生物质制造的球丸来代替煤炭，因此有助于降低二氧 化碳排放。近年来，球丸生产以不对生物质进行热处理的生产方式为主，从而生产出所谓的 第一代球丸或者"白色球丸"。现在所关注的焦点改变为所谓的第二代球丸的生产，在第二 代球丸生产过程中，对生物质进行热处理以改变生物质的性质。这些方法中的一个使用所 谓的蒸汽爆破方法，在所述方法中，使用蒸汽对生物质进行热处理。
[0003] 在使用蒸汽爆破方法作为热处理方法（诸如专利320971所描述的那样）或者通 过对生物质或者所谓的木质纤维素材料进行热处理的其它相关方法的球丸生产中，这些方 法涉及向大气的废气排放，而这种排放被认为是不适当的。对容纳有被供应的生物质的容 器加压、随后使用供汽加压、随后立即排放的蒸汽爆破方法也从被加热的质量体排放蒸汽 和挥发性气体。
[0004] 存在关于生物质或者所谓的木质纤维素材料的蒸汽处理的有效和期满专利。这些 专利主要得出以下结论：有利的是对已经供应有生物质的封闭容器施加蒸汽（饱和蒸汽或 者过热蒸汽）并且根据在反应器中希望实现的效果将封闭容器加热到给定温度（所述给定 温度在160度至300度的温度范围内）、然后在一个或者两个步骤内排空反应器。
[0005] 现有技术的一部分内容在于改变反应器的填充程度，改变所供应的生物质的水分 并且计算用于加热生物质（质量体中的干燥材料和水分）并且在反应器中产生所希望的压 力/温度关系的相关所需蒸汽量。典型的操作范围在150摄氏度至280摄氏度之间，但是 发现如果使温度保持在190摄氏度至235摄氏度之间、或者近似地使压力在15巴至28巴， 则能够最好地实现针对能量目的的优选性质。
[0006] 当加热供应有蒸汽的压力容器中的潮湿生物质时，蒸汽会凝结在颗粒上以将能量 传递到生物质，并且其水分被加热至所希望的温度范围。另外，必须供应一定量的蒸汽，以 便达到生物质周围环境所希望的总压力和总温度。
[0007] 这种系统所面临的挑战在于，其消耗相当多的能量来生产所需蒸汽量（每吨材料 约200kg至600kg蒸汽）。供应一定量的生物质，根据反应器的填充程度、所希望的压力和温 度、入口温度和待处理的质量体的水分含量确定向所述一定量的生物质添加的蒸汽量。与 在同一容器/反应器中存在更多质量体时相比，当在反应器中存在少量质量体体积时需要 加热更少的蒸汽，并且与更为潮湿的材料相比，更为干燥的质量体需要更少的蒸汽被加热， 而所希望的压力/处理温度会继而影响总蒸汽需求。
[0008] 如在挪威专利No. 320, 971、加拿大专利No. 1，267, 407(DeLong)或者其它专利中 描述的那样，能够通过在一个或者两个步骤中进行排空而完成对反应器的排空。因此，能够 将所谓的爆破压力降低至低于所希望的操作压力的较低水平。根据实际所希望实现的效 果，这种爆破压力能够从1巴到3巴直至处理压力。如果仅用于排空反应器，则希望更低的 爆破压力，如果希望使纤维发生纤维分离或者"爆裂"，则希望更高的爆破压力、即希望在反 应器和质量体排放到的地点之间存在更大的压差（通常接近大气压力或者略高，以便降低 体积）。
[0009] 能够以流经管或者通道的流的形式从反应器排空/排放生物质，所述管或者通道 朝具有更低压力的容积扩张，在所述具有更低压力的容积内质量体与蒸汽分离，使得在蒸 汽扩张到户外的同时质量体留在罐/分离器/旋风分离器中。
[0010] 排空快速地进行，其中驱动力是压差。压差越大，则与待进一步使用的质量体同时 排放的蒸汽量越大。当发生此类情况时，因此释放大量能量。优选地应该回收这些能量。
[0011] 在热处理过程中，从生物质释放挥发性气体（挥发物），挥发性气体与蒸汽混合并 且污染蒸汽。所产生的气体主要是随时间排放并且产生的有机酸和醛类。气体量取决于时 间、温度和压力。主要并且占据支配地位的初始反应是将半纤维素分解成例如糠醛、甲酸、 乙酸的分界反应。在混合物中发现过多的气体组分。这些气体具有不同的沸点并且在不同 的温度范围或者能够溶于水或者不能溶于水。这些气体中的若干种气体具有强烈的气味， 这种强烈的气味为所述方法所特有并且很多人认为这种气味难闻，这些气体还包含大量剩 余的、更应被重复使用的碳。
[0012] 与这类处理有关的热回收的普遍问题在于在几秒内排放大量气体和蒸汽，这就是 对换热单元有很高要求的原因，此外，在挥发性（不可凝结）气体和可凝结气体的质量体 组分较难预测的情况下产品流非常复杂。这能够导致下游处理过程的压力增大，而压力增 大会干扰质量体流动。除此之外，还存在组分中的很多就其具有强烈气味而言是原生气 (crude)并且能够使暴露于其的人员感到身体不适的事实。
[0013] 目的
[0014] 本发明的目的在于提供一种用于由生物质生产燃料的方法和设备，使得更大程度 地回收使用能量并且降低或者消除就具有难闻气味而言的缺点。
【发明内容】
[0015] 通过本发明实现上述目的，根据第一方面本发明包括由权利要求1限定的方法。
[0016] 根据另一方面，本发明包括权利要求16要求保护的设备。
[0017] 从属权利要求公开了本发明的优选实施例。
[0018] 本发明涉及一种通过允许排出蒸汽的能量回收同时允许消除气味问题而尤其在 使用蒸汽爆破方法的球丸生产中具有优势的方法和设备，其中所述气味问题是排放组分中 伴随蒸汽的气体（挥发性有机化合物（V0C))所固有的。
[0019] 具有可变容积的容器能够是具有柔性壁部的容器，或者是具有至少一个可动壁部 的容器、诸如具有呈可动活塞形式的壁部的圆筒形容器。
[0020] 在此，不对就干燥并且可选地成球丸而言的生物质的最终处理进行进一步说明， 这是因为这种最终处理能够以本领域已知的多种方式进行并且不构成本发明的组成部分。
【附图说明】
[0021] 在下文中，参照附图，通过实施例的非限制性示例对本发明进行进一步说明，附图 中：
[0022] 图1示出了在特定处理阶段的根据本发明的设备；
[0023] 图2示出了在处理的另一步骤中的图1的设备；
【具体实施方式】
[0024] 图1是从左至右显示的，其中示出了用于含有木材/纸浆/纤维素的材料的热处 理的反应器11。在反应器11中，在存在水蒸气和空气的情况下，质量体在加压条件下被加 热。水蒸气和空气之间的混合比可以改变，反应器的填充水平也同样能够改变。
[0025] 反应器中的温度和停留时间可以改变，典型地温度在160°C至300°C的范围内、停 留时间在1至15分钟的范围内。作为控制元素，实际上不希望更高的温度和更长的处理时 间，这是因为其造成更多的降解、更多的质量损失以及进行下游处理时就不希望的量的不 可凝结气体、具有强烈气味的气体等而言的问题。
[0026] 反应器典型地包括用于控制并且监测处理过程的设备和装置，包括控制压力的 阀、用于分别加热和冷却反应器的部件等。因为在反应器11中处理如何进行不是本发明的 主要问题，所以未示出以上部件。
[0027] 容器12是压力释放容器，在热处理结束时将反应混合物释放到压力释放容器中。 反应器11中的至少一部分压力被突然释放，因此将反应混合物从反应器排出至压力释放 容器12中。
[0028] 本领域技术人员将理解的是，只要不负面干扰处理量，除了蒸汽和空气之外的其 它气体也可以存在于反应器中。例如通过在处理过程中添加富氧空气或者消耗的氧气，反 应器中氧气和氮气的比与空气中氧气和氮气的比不同。
[0029] 在完成反应处理时，将反应混合物从反应器11经由管道21排出至压力释放罐12。 这以本领域已知的方式进行并且本身不具有任何新特征。以本领域已知的任何适当方式将 包含一定量的水分的固体移动到压力释放罐12中并且经由管道22转移到后处理步骤。包 含可凝结组分以及在当时条件下不可凝结的组分的气体通过压力释放罐12的顶部处或者 顶部附近的管道23并且由此直接通向至少一个换热器13。
[0030] 换热器13冷却气流并且确保气体的可凝结组分被凝结，以便由此减小气流体积。 由制冷剂接收的凝结热在当前处理中或者在当前处理外以任何适当的方式作为能量使用。 典型地，这种能量用于预热用于干燥单元或者用于燃烧的空气。来自换热器13的凝结物除 了水之外还包括应当在水被排放或者回收以再次使用之前移除的组分。通过管道25排放 凝结物，而气体通过管道26到达处理的下一个步骤。
[0031] 对于一个或多个换热器13,其能够是制冷剂与排出气体保持分开的间接式换热 器，或者能够是冷却水与排出气体混合的直接式换热器。所述一个或多个换热器