[发明专利]热解的方法及专用热解系统

说明书

本发明涉及热解的方法，以及实施该方法的专用热解系统。现有的含有机质的材料的热解方法，其热解速度、热解效率较低，热解液体产物产量较低，热解设备尺寸大、造价高、最高工作温度高，设备耐用性差。本发明提出了一种新的热解方法，其采用硅碳化合物作为载热体，加热效率提高10～30倍、热解效率大幅度提高，可实现闪速热解，热解液体产物产量高，产出物价值高，特别适合生物质的热解。实施本发明方法的专用热解系统，具有可小型化、最高工作温度低、生产效率高、设备造价低、耐用等优点。

技术领域

本发明涉及热解技术领域，特别是一种高效率、高产出的含有机质原料的高速热解方法，以及实现这种方法的专用热解系统。

背景技术

热解，又称为热裂解，是在不含氧、绝氧或者缺氧的气氛条件下，加热含有有机质的原料、使其中的有机质大分子分解为较小分子的过程。这些较小分子的成分通常为可燃的气体或液体，以及碳单质，可用作燃料或化工原料。当热解的温度较高时，还称之为“高温裂解”。

与人类活动有关的固体废弃物、煤炭和生物质往往含有较多的成分复杂的有机质成分，可采用热解的方法处置或加工。近年来包括生物质、固体废弃物、煤炭等含有有机质的原料的热解处置和加工作为具有潜在应用前景的能源制造技术获得了重视。国内外均已公开了众多的相关热解技术，和建立了试验或者工业化的应用装置。例如，中国专利CN99811493、CN200610014998、CN200680015682 、CN200910266270 、CN201310421699、CN201410169770，美国专利US4448589、US4848249、US 4865625、US5678496、US7878131、US8420875等所公开的处理技术及其应用领域。这些公开的技术及其应用范围也部分地展示了本发明的技术领域或者其应用领域。

热解过程是吸热过程，其升温和热解需要大量的热，并且大量的热需要在尽可能短的时间内传递给待热解原料。如何将必要的热量在期望的时间内传递给待热解原料，是高效热解技术面临的一项重大挑战。生物质、尤其是混合的生物质，是含多种高度非均相有机材料的复杂混合物或组合物，其由于成分复杂、成分变动性高，几何形态高度不均匀，其不同成分的热解容易程度相差甚大，其热解的传热过程控制难度较大。

通常，使用传热介质，或称载热体，向待热解原料传热是较为普遍选用的热解传热技术路线，其中气体、固体传热介质使用较多。采用气体作为传热介质的，由于气体体积热容量低，需要体积数百上千倍于待热解原料的大量高温气体提供热量，而高温气体往往在接触待热解原料颗粒表面后，迅速使待热解原料表面炭化，产生低价值的热解产物（碳），而且碳在颗粒表面形成隔热层，使得热解无法深入到原料颗粒内部，造成热解速度下降、效率降低、产物价值低。使用很高温度的气体载热体作为热解的传热介质，还带来了控制难度的增大和设备投资的增加，以及运行中设备腐蚀大幅度提高。采用普通的固体热介质，例如砂或石英砂、氧化铝砂、氧化镁砂、热解灰渣、普通陶瓷球，仍然存在着热容量低、换热传热慢、效率低等因素，实践中难以实现“闪速热解”，限制了热解速度的提高、效率的增加和产出物的价值提高；并且，石英砂、氧化铝砂、灰渣、陶瓷球等的再加热耗时较长，加热或者换热效率较低等问题，严重制约了热解反应的可持续性和热解的整体热效率。

例如，美国专利3,853,498提出的一种通过吸热热解将城市废物转化为燃料气体的系统，该系统使用两个含砂流化床，以及在两个床之间传送砂的装置：在一个床中，砂通过放热燃烧反应被加热，在另一个流化床中，加热的砂用于吸热热解反应。这种系统迄今为止未见有成功的商业用途。从全球范围来说，目前，包括市政废弃物的固废、生物质、煤炭等含有机质的材料的热解方式处置，仍然难以推广应用，无法替代直接焚烧处置或燃烧，尽管后者带来巨大的环境安全风险或污染。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种高效率、高价值产出的含有机质的材料、包括生物质的高速热解方法，或高速热解加工方法，以及实现这种方法的热解系统。