[發明專利]熱解反應系統和熱解有機進料的方法

在審

• 申請號: 201980050180.5
• 申請日: 2019-05-30
• 公開（公告）號: CN112513225A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: K·沙赫
• 申請（專利權）人: 皇家墨爾本理工大學
• 主分類號: C10B47/24
• 分類號: C10B47/24;C10B53/02;C10J3/54;C10J3/56;C10J3/74
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;于高瞻

本發明提供一種熱解反應系統，所述系統包括：熱解室，其包括進料入口、氣體入口和產物出口，其中所述熱解室被配置為：i)分別經由所述進料入口和所述氣體入口接收可熱解的有機進料和惰性氣體，ii)在熱解溫度下熱解有機進料以產生碳質熱解產物和熱解氣體，其中熱解氣體與惰性氣體混合以在所述熱解室中形成具有熱解室壓力的氣體混合物，以及iii)經由所述產物出口排出碳質熱解產物；氣體反應器，其被配置為在氣體反應溫度和氣體反應器壓力下通過燃燒和/或碳沉積使熱解氣體進行反應；以及第一分隔體，其限定出所述熱解室與所述氣體反應器之間的邊界，所述第一分隔體包括用以提供所述熱解室與所述氣體反應器之間的流體連通的多個第一開口，其中，所述熱解反應系統能夠在氣體反應器壓力小于熱解室壓力的情況下運轉，使得氣體混合物通過所述第一開口從所述熱解室流至所述氣體反應器，從而向所述氣體反應器中提供至少一部分熱解氣體以進行反應。

技術領域

本發明涉及熱解反應系統和熱解有機進料的方法。該系統包括：熱解室，其被配置為熱解有機進料；氣體反應器，其被配置為通過燃燒和/或碳沉積來使由此形成的熱解氣體反應；以及分隔體，其限定出熱解室與氣體反應器之間的邊界。分隔體包括多個開口，使得在使用期間包含熱解氣體和惰性氣體的氣體混合物通過開口從熱解室流至氣體反應器以進行反應。

背景技術

熱解是一種高溫分解過程，用于在基本上惰性的條件下，特別是在氧含量低到足以使吸熱裂化反應相對于放熱氧化反應占主導的條件下，使可熱解的有機進料(即包含至少一部分有機碳基材料的任何進料)轉化。低溫熱解(即300至350℃)被稱為烘焙，用于由木材制得木炭。工業熱解通常在中高溫(350至750℃)下進行，以生產能源用途、燃料用途或化學用途的產品。包括各種廢料和生物質源在內的有機進料的熱解產生三種產物流：固體碳質產物(炭(char))、熱解油組分(在環境溫度下為液態)和熱解氣體組分(在環境溫度和壓力下為氣態)。

可以將熱解產物(例如氣體、油和炭)轉化為多種增值產品，或者可以將所述熱解產物以其原始形式用于多種用途。例如，由熱解產生的生物炭可以用于土壤改良、土壤修復、水凈化、復合材料以及燃料。油組分和氣體組分可以以原始制得的方式使用，或者進一步改進以用作燃料。

已報道有各種不同的熱解反應系統用于進行工業熱解反應。由于熱解是吸熱反應，因此早先已經提出至少部分地通過犧牲性地燃燒一種或多種熱解產物組分來提供所需的能量輸入。這通常是通過將一部分熱的熱解氣體產物(包含汽化油組分和/或氣體組分)轉移到與熱解室相鄰的燃燒反應器中來完成的，如示意性地在圖1和圖1A中所示。因此，如在殼管式熱交換器布置中一樣，燃燒熱經由傳導從外部燃燒反應器傳遞至熱解室，從而提供驅動熱解所需的熱量輸入。

然而，在這樣的系統中的熱傳遞不能令人滿意，特別是在較大規模的反應器系統中，導致熱分布不良，因此熱解的速率低和/或炭產物的品質不良或不一致。

在其它報道的熱解反應系統中，可熱解的進料在包含受控量和/或受控分布的氧的氣體氣氛中進行熱反應，使得吸熱熱解和放熱燃燒或氣化反應均在熱解室中進行。盡管這可以解決熱解室中的溫度控制問題，但由于進行燃燒反應，所得的碳質產物不能滿足許多用途(例如生物炭制備)。

因此，持續需要新的熱解反應系統和熱解有機進料的方法，它們至少部分地解決上述缺點中的一個或多個，或者提供有用的替代方案。

本文中對專利文獻或作為現有技術給出的其它事項的引用，不應視為承認該文獻或事項是已知的或者其所包含的信息是自任一權利要求的優先權日起的公知常識的一部分。

發明內容

根據第一方面，本發明提供一種熱解反應系統，所述系統包括：

熱解室，其包括進料入口、氣體入口和產物出口，其中所述熱解室被配置為：i)分別經由所述進料入口和所述氣體入口接收可熱解的有機進料和惰性氣體；ii)在熱解溫度下熱解有機進料以產生碳質熱解產物和熱解氣體，其中熱解氣體與惰性氣體混合以在所述熱解室中形成具有熱解室壓力的氣體混合物；以及iii)經由所述產物出口排出碳質熱解產物；