[发明专利]热裂解法加工粉碎原料的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于加工粉碎原料的热裂解方法，该方法通过将粉碎原料装入加工腔室中进行加热。本发明还涉及一种采用热裂解法加工粉碎原料的装置。

背景技术

通过在350℃到600℃且低氧环境中加热木材或者其他木质纤维原料的热裂解过程来制备木炭，已经有数百年的历史。现存有很多种生产方法。其中一些生产方法仅仅是原始的间歇生产过程，碳的回收率很低，并且会造成严重的空气污染。另外，也有一些现代生产方法，其中热裂解过程是在完全密封的工业用加热腔中进行，所有产生的气体都能得到回收，且碳的回收率较高。平均而言，木材类的碳含量为50％，这也是木炭或者生物碳回收率的最大理论值。通过原始间歇生产过程得到的碳回收率为15％至25％。据称，采用现代工业生产方法可使从木材中回收碳的回收率高达40％。另一种用于提高生物质热值的方法是低温烘焙法(Torrefaction)。低温烘焙法主要为不充分的热裂解，并且可以在介于250℃到350℃之间的低温下进行。在颗粒成型(Pelletizing)之前，低温烘焙法被用于处理木材废料。与常规木材颗粒(其热含量为16MJ/kg)相比，低温烘焙形成的颗粒具有更高的热含量(其热含量为21MJ/kg)。另外，低温烘焙形成的颗粒不吸收水分，且能够抵御生物侵蚀的危害。因此，低温烘焙形成的颗粒是一种具有吸引力，且环境友好型的燃料。

美国专利US4118282涉及一种在密闭腔室中进行的间歇生产方法。该方法用于碳氢聚合物(塑料)的裂解或分解。该方法是由激光引发的，激光使塑料燃烧并生成残碳，在持续的加热过程中，碳可以吸收微波。美国专利US6184427涉及一种裂解碳氢化合物(塑料)的方法。由于塑料具有较低的介质损耗因数(Dielectric Loss Factor)，无法在使用微波条件下被充分加热，因此需要将其与敏化剂或具有较高介质损耗因数的材料混合。该方法是连续生产过程，然而在该方法中，需要将塑料挤出为形如意大利面的条带，并且在重力作用下通过反应器向下方移动。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改进型的热裂解方法和装置。本发明的目的通过如下方法实现，在该方法中，待加工的粉碎原料中，至少其大部分为生物质；而且，连续地供给所述粉碎原料通过加工腔室；并且至少在加工过程开始时使用微波能对该粉碎原料进行加热；且在进行微波加热之前，所述粉碎原料被压缩。本发明的装置的特征在于包括：用于连续地供给待加工的粉碎原料通过所述腔室并压缩所述待加工的粉碎原料的装置，用于在加工过程开始时引发原料加热过程的微波辐射装置，以及用于收集热裂解终产物的收集装置。

根据本发明的优选实施例，使用微波对连续输送的生物质的中部进行加热，而使用热风和燃烧生成的气体对该生物质原料的外层进行加热。

与现有的热裂解方法相比，本发明的热裂解方法具有如下优点：

1.本发明的方法能够应用于多种原料，包括木材、城市废弃木材、椰子壳、草、芦苇以及其他很多种植物原料。本发明的方法还可以应用于废弃塑料及橡胶。

2.本发明的方法可以接受小颗粒，如木屑；也能够接受小颗粒和大颗粒的混合物，如木屑与木片的混合物。

3.由于采用有效的微波加热，因此加工过程快速。整个热裂解过程一般持续5到15分钟。闪光热裂解(Flash pyrolysis)过程更好更加迅速，但其局限于使用粒径非常小的颗粒。

4.本发明的方法能够快速地启动或关闭。微波发生器的预热时间很短(约为5分钟)。而其他的加工方法的预热时间则要长很多。

5.热裂解过程是在自然低氧环境中在密闭的加工腔室中进行。

6.生物质颗粒被压缩至密度在0.30至1.2g/cm³的范围内。气孔已经被基本消除，因此能够极大地促进微波能量的利用以及从已加热区域至未加热区域之间的热传导。

7.微波功率输入以及挤出速度完全可调，因此过程易于控制。

8.当芯部温度达到约270℃时，反应开始放热，因此不再需要输入微波功率，反应即可持续进行。

9.能够从沿着加工腔室的特定部位提取热裂解过程产生的蒸汽、液体以及气体。

10.由于生物质的高度压缩，以及与腔室和微波辐射装置侧壁的摩擦力，挤出过程为自清洁过程。

11.过程是在密闭的环境下，且气体、液体以及固体副产物得到完全控制的情况下进行的，因此在该过程中实质上不产生空气污染。

12.相同的装置也可以用于生物质的烘焙或者木炭的生产过程。