[发明专利]用于烘干生物质材料的方法和设备

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及生物质材料的烘干的领域，并且尤其涉及回转炉和烘干处理中使用的传热介质，还涉及使用该回转炉和传热介质的烘干方法。

背景技术

基于生物质的燃料被认为是碳中和的，并且被认为是一种可再生能源。由于在全球范围内可获得大量的生物质废料，可将这种废料转换为半成品块料(raw pellets)形式的燃料、热解油(生物油)形式的燃料、纤维素乙醇形式的燃料、沼气形式的燃料或作为急需研究的主题的气化产品。这些处理意在增加生物质废料的能量密度，使得生物质废料可被经济地输送到市场并且易于被基于燃烧的传统发电技术所使用。

“烘干”描述的处理是指生物质材料在无氧的情况下被加热到200℃至320℃之间，以便完全去除生物质材料中的水分以及一些低沸点的挥发物，从而生物质材料可被进一步压缩成高密度的块料。烘干的生物质块料具有的额外的优点在于其具有轻微的斥水性，使得烘干的生物质块料不吸收水分，而水分能够引起膨胀和分解或随后的生物降解(由于细菌或真菌的侵害而导致)。因此，烘干的生物质燃料的稳定程度足以满足长途船运并且足以满足在储仓中长期储存。这些对商用固体燃料的意义重大。

此外，使用烘干的生物质块料的使得能够以最小程度的改造来实现基于煤炭公用发电站中的混燃。因为在所有的发电技术中，燃煤发电站通常具有最高的碳排放量，各国政府都要求燃煤发电站的运营人员采取措施来减小他们的碳排放。例如，欧盟提议在不损害公共设备运行的前提下通过多达25％的生物质块料混燃来取得有意义的减少碳排放的目标。

已经提出了多种方法来满足烘干生物质材料所需的加热。例如，已经提议使用流化床、移动床、螺杆反应器以及竖式炉来用于烘干。但是，由于主要考虑之一是保持烘干反应器无氧，这些方法将面临重大的挑战，因为它们都需要气体作为流化介质和/或作为对流传热介质。空气一般不被用作这种用于烘干处理的介质，因为空气含有大约21％的氧气，并且烘干应当在大致无氧的环境中进行。使用空气的替代物来作为流化介质和/或对流传热介质的费用可能会过高。其它的建议涉及使用回转炉来烘干生物质材料。

当然，除了在烘干期间维持低氧或无氧条件这一“普通”挑战之外，还需要维持相对恒定的工作温度。如果使用热气或基于燃料的加热系统，则很难取得和维持这种恒定的工作温度。此外，之前提议的烘干方法可能面对的难题是到松散填充的生物质材料的较差的热传递，这会减缓加热处理并且使得加热处理十分低效。由于经济上的考虑，通常需要将处理时间保持为不超过30分钟。

另外，需要控制生物质材料的颗粒尺寸，以便提供适于在随后的块料制造处理期间形成块料的颗粒。目前的烘干处理通常被设计为仅“加热”生物质材料到所需的温度。随后的减小颗粒是必要的，以便提供适于生产块料的颗粒。

发明内容

根据本发明的实施例，提出了用于烘干生物质材料的设备和方法。在一些布置中，应用了大致均匀的加热，并且还应用了对生物质材料的合理且精确的温度控制。这可在大致无氧的环境中进行。此外，根据本发明的实施例还可以提供高的热传递和能效以及生物质材料的加强的混合。此外，热传递可与减小颗粒尺寸相组合，以便提供适于生产块料的烘干颗粒。烘干处理可取得生物质废料的15GJ/m³或更高的能量致密度。

根据本发明的实施例，这可通过提供适于在用于烘干生物质材料并且减小生物质材料的颗粒尺寸的回转炉中使用的传热元件来实现。所述传热元件由圆形物体组成，所述圆形物体具有明显高于待烘干的生物质材料的比重(通常系数至少为五倍)的比重、足够回转炉中的传热元件加热待烘干的生物质材料的热容量，以及足够所述传热元件用作研磨介质以减小待烘干的生物质材料的颗粒尺寸的硬度。所述传热元件具有一个或多个形成在所述圆形物体的表面中的表面特征。所述表面特征被构造为增加所述传热元件和待烘干的生物质材料之间的牵引力。所述表面特征还能增加所述元件的表面积，这将加强热传递。

在一些实施例中，传热元件具有的热容量使得总质量为待烘干的生物质材料的质量的8-10倍的传热元件足以快速且均匀地加热生物质材料。

在一些实施例中，传热元件的表面特征包括切口，所述切口具有切口内边缘之间的介于大约30°到大约45°之间的角度。在一些实施例中，可存在一个或多个从所述切口分支出的分支切口。应明白正如文中使用的，“切口”可通过切割、模塑来形成，或通过形成传热元件的一部分并且使该部分的边缘被构造为增加传热元件和待烘干的生物质之间的牵引力的任何方法来形成。