CN104099119A - 生物质流化热解液化方法及其配套装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开生物质流化热解液化方法及其配套装置，属于能源技术领域，其方法包括将生物质粉喂入流化床热解炉，以空气为流化介质使生物质充分燃烧，使流化床热解炉升温至600～650℃；增加生物质粉的给料量，使流化床热解炉持续运行，运行同时分离收集所产炭粉、生物油和可燃气；待贮气柜中可燃气贮满后，启动可燃气燃烧器，以可燃气燃烧产生的高温烟气为流化介质，同时停止空气供给；待贮气柜中可燃气用尽后，启动空气供给，同时停止喂入生物质，改为喂入炭粉；持续烧炭粉直到流化床热解炉内温度升至600～650℃，此时改为生物质粉，进入下一个工作流程。本发明不产生二次污染、节能、设备投资少、降低生产成本、提高了生物质热转化率。

Description

生物质流化热解液化方法及其配套装置

技术领域

本发明属于能源技术领域，具体涉及一种生物质流化热解液化法，同时还涉及该方法的配套装置。

背景技术

能源是现代社会赖以生存与发展的基础。目前我国能源结构中85%以上为煤炭、石油、天然气等不可再生的化石燃料，这些化石燃料不仅日益匮乏，在其开采到利用的大循环中还对环境造成了严重的污染，因此，寻求可再生利用的清洁能源成了世界各国都十分关心的问题。生物质（包括各种农业废弃物、林业及木材加工工业的废弃物、水生植物及各种有机垃圾等）就是通过光合作用而产生的可再生利用的清洁能源的原料。生物质能源化技术主要包括气化、燃烧发电、固体燃料以及液化等，气化、燃烧发电、固体燃料三种技术已经达到比较成熟的商业化水平，但从提高能量密度、便于储存和运输等角度来看，把生物质资源转换为液体（生物油）则最为理想，而且，清洁的生物油还具有低灰分、低硫等特点，在燃烧过程中几乎不产生有害气体，更为重要的是，生物油的原料是生物质，在生物质利用的大循环系统中能实现二氧化碳的零排放。生物质液化技术工艺可分为生物化学法和热化学法，生物化学法主要是指通过水解或发酵等手段将生物质转化为燃料乙醇，热化学法主要包括加压催化液化和快速热解液化等。生物质快速热解生产生物油技术是目前最为经济的生物质液化法。国内外研究生物质快速热解的工艺系统构成基本是相通的，均由四大部分组成：生物质原料的制备、快速热解、气固分离、快速冷凝。但是，不同研发单位采用不尽相同的热解方式和不同的载体加热方式，决定了生物质液化技术路线存在较大的差异。 

生物质热解液化是指在一定温度（草本生物质约450℃、木本生物质约550℃）缺氧条件下使生物质快速受热分解，热解气体再经快速冷凝而获得液体产物（生物油）和一部分气体产物（可燃气）及固体产物（炭粉）的热化学转化过程。影响生物质热解的因素主要有加热速率、热解反应温度、气相滞留时间和热解高温气体的淬冷等。在最佳反应条件下，三种热解产物的能量产率之和都大于100%，其原因是热解反应为吸热反应，吸收的热量转变为化学能储藏在了热解产物之中。气体产物的发热量较低，燃烧后的烟气温度约700℃，以烟气为流化介质时，带入的热量不能维持快速热解所需的温度。需补充少量的能量，本项目对流化床热解炉进行了巧妙的设计，可完成炭粉的燃烧、生物质的热解气化与生物质的热解液化。生物质热解产生的可燃气与炭粉可用于生物质原料的干燥，也可做为商品能源出售。 

快速热解是本系统的核心，常用的有气流床与流化床。气流床床料粒径小，气流速度高，有单独的床料加热装置，也就是双流化床热解系统。另一种为循环流化床，炭粉返回炉膛，以空气为流化介质，与生物质粉同时燃烧放热以提供热解所需能量。也有的以热解时产生的不凝气燃烧产生烟气为流化介质，由于质量不够用，再把炭粉气化产生可燃气进行补充。由于气化时要添加水蒸气，以至于产生的液体燃料中有较多的水，液体燃料的发热量较低。 

现有技术中，CN00235792.5号专利涉及一种生物质热解液化器； 02270176.1号专利涉及一种生物质液体燃料转换装置；01134142.4号专利涉及低成本无污染的生物质液化工艺及装置；专利申请号03128901.0涉及低能耗生物质热裂解的工艺及其装置；CN100387367C号专利涉及一种生物质热解液化的工艺方法及其装置系统。现有技术中存在的不足是：消耗优质能源来加热中间热载体，使得液化成本较高、不利于产业化；使用氮气作为载气，使得成本增高；使用后的热载体若处理不当，易对环境造成二次污染。 

发明内容

本发明目的在于提供一种生物质流化热解液化方法及其配套装置。 

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：生物质流化热解液化方法，包括如下步骤： 

（1）将生物质粉喂入流化床热解炉，以空气为流化介质使生物质充分燃烧，使流化床热解炉升温至600～650℃；

（2）增加生物质粉的给料量，使流化床热解炉内的生物质不完全燃烧收集产生的炭粉、生物油和可燃气，可燃气存储于贮气柜，维持热解炉内温度不变；

（3）待贮气柜中可燃气贮满后，启动可燃气燃烧器，以产生的高温烟气为流化介质，同时停止空气供给；喂入生物质粉，使流化床热解炉在闪速热解工况下运行；

（4）流化床热解炉温度低于450～500℃时，启动空气供给，同时向流化床热解炉内供入收集到的炭粉；持续烧炭粉直到流化床热解炉内的温度升至600～650℃，此时改为生物质粉，增加生物质粉的给料量，循环执行步骤（3）。

所述生物质包括草本类和木质类。草本类闪速热解温度范围为450～550℃，木质类闪速热解温度范围为500～600℃，流化床热解炉温度低于生物质闪速热解温度下限时，（也即是说，本发明中草本生物质的最低闪速热解温度为450℃，木质生物质的最低闪速热解温度为500℃）启动空气供给；持续烧炭粉至流化床热解炉内的温度比闪速热解温度上限稍高一些，（也即是说，本发明中草本类生物质的最高闪速热解温度为550℃，流化床热解炉加热到600℃即可，木质类生物质的最高闪速热解温度为600℃，流化床热解炉内温度加热到600～650℃即可）。 

优选的，所述流化床床料的粒径为3～5mm，在流化时床料可与生物质粉相互摩擦，同时可适应较大的生物质粉颗粒。 

优选的，所述生物质粉粒径小于等于5mm。 

生物质流化热解液化方法的配套装置，包括流化床热解炉，流化床热解炉的侧壁上设有生物质入口，底部设有风室，上部设有烟气出口；烟气出口通过管道依次与气固分离器、冷凝器以及贮气柜相连，气固分离器下部设有贮炭箱，贮炭箱通过喂料绞龙与设置在流化床热解炉侧壁上的炭粉入口相连；流化床热解炉下还设有燃烧室，燃烧室的进气口与贮气柜相连，燃烧室的出气口通过管道连入流化床热解炉底部的风室；所述风室同时还与进风管连通，进风管上设有风机。 

优选的，所述冷凝器为列管式冷凝器，冷凝器的排液口与生物油储罐相连。 

优选的，所述流化床热解炉内的烟气出口处设有挡板，防止热解气被带出流化床热解炉时，未燃烧完全的炭粉和生物质粉被带出流化床热解炉。 

优选的，所述贮气柜上设有排空阀，当贮气柜内的可燃气贮满后，打开排空阀，排出一部分可燃气，以免引起贮气柜压力过大而产生事故。 

优选的，所述气固分离器为旋风分离器。 

本发明的有益效果：本发明是采用热解副产物炭粉和可燃气燃烧释放的热量为热解提供热源，由于炭粉为完全燃烧，提高了床料温度；热解液化时，装置的热量来源为可燃气的燃烧，产生的高温烟气既作为热的载体把热量带入流化床热解炉内供生物质热解用，也作为生物质闪速热解生成的挥发分载气带出流化床热解炉，以减少其在流化床热解炉内的停留时间，减少其进一步分解生成不可凝气的时间，同一装置实现了流化床热解炉的加热与生物质的热解液化。本发明装置结构简单、操作安全可靠、不产生二次污染、节能、设备投资少、降低了生产成本，提高了生物油的质量（热转化率提高）。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。 

图2为图1中流化床热解炉的结构示意图。 

具体实施方式

生物质流化热解液化方法，如图1所示，包括如下步骤： 

（1） 将生物质粉喂入流化床热解炉1，以空气为流化介质使生物质充分燃烧，使流化床热解炉1升温至600～650℃；

（2） 增加生物质粉的给料量，使流化床热解炉1内的生物质不完全燃烧收集产生的炭粉、生物油和可燃气，可燃气存储于贮气柜5，维持热解炉内温度不变；

（3） 待贮气柜5中可燃气贮满后，启动可燃气燃烧器10，以产生的高温烟气为流化介质，同时停止空气供给；喂入生物质粉，使流化床热解炉在闪速热解工况下运行；

（4） 流化床热解炉温度低于450～500℃时，启动空气供给，同时向流化床热解炉1内供入收集到的炭粉；持续烧炭粉直到流化床热解炉内的温度升至600～650℃，此时改为生物质粉，增加生物质粉的给料量，循环执行步骤（3）。

生物质流化热解液化方法的配套装置，如图1和图2所示，包括流化床热解炉1，流化床热解炉1的侧壁上设有生物质入口8，底部设有风室13，风室13上部设置有布风板11，流化床热解炉1上部设有烟气出口，烟气出口处设有挡板12；烟气出口通过管道依次与气固分离器、冷凝器以及贮气柜5相连，气固分离器下部设有贮炭箱3，贮炭箱3通过喂料绞龙与设置在流化床热解炉1侧壁上的炭粉入口7相连，贮气柜5上设有排空阀15；流化床热解炉1下还设有燃烧室6，燃烧室6的进气口与贮气柜5相连，燃烧室6的出气口通过管道连入流化床热解炉1底部的风室13；所述风室13同时还与进风管14连通，进风管上设有风机。 

工作过程：设备启动时，将原料粉碎成粒径小于等于3mm的生物质粉后喂入流化床热解炉1，以空气为流化介质使生物质粉充分燃烧，流化床热解炉1温度升至600～650℃，增加生物质粉给料量，使流化床热解炉1内的生物质粉不完全燃烧，生成热解气体和炭粉，将产生的热解气体和炭粉带出流化床热解炉1，进入旋风分离器2进行气固分离，分离后的炭粉存贮于旋风分离器2下部的贮炭箱3内，分离后的热解气体进入列管冷凝器4冷凝，可燃气进入贮气柜5贮存，生物油存贮于生物油储罐9中；待贮气柜5中的可燃气贮满时，启动可燃气燃烧器10，以产生的高温烟气为流化介质，烟气温度控制在680～720℃，同时停止空气供给，喂入生物质粉，生物质粉闪速热解，产生的热解气体分离、冷凝、收集，流化床热解炉温度低于450～500℃，启动空气供给，同时向流化床热解炉1内供入收集到的炭粉，持续烧炭粉直到流化床热解炉1内的温度升至600～650℃，此时开始增加生物质粉给料量，进入下一个循环工作流程。 

下面利用上述方法及其配套装置，分别以玉米秸秆粉和杨木粉为生物质生产生物油的试验数据，如下表1。 

流化床热解炉运行参数：流化速度为2m/s，料床静态厚度为500mm，料床流化后高度为1200mm，流化介质压力位8000Pa，流化介质温度为650℃，烟气温度为650～700℃，热解时间1～2s。 

与双流化床比较，减少了加热流化床，床料的粒径由1mm增加至5mm，生物质粉由小于1mm增至5mm，粉碎电耗是原来的1/3.，由于炭粉在同一装置内燃烧，减少炭粉消耗量20%。  

Claims (8)

1.生物质流化热解液化方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将生物质粉喂入流化床热解炉，以空气为流化介质使生物质充分燃烧，使流化床热解炉升温至600～650℃；

(2)增加生物质粉的给料量，使流化床热解炉内的生物质不完全燃烧收集产生的炭粉、生物油和可燃气，可燃气存储于贮气柜，维持热解炉内温度不变；

(3)待贮气柜中可燃气贮满后，启动可燃气燃烧器，以产生的高温烟气为流化介质，同时停止空气供给；喂入生物质粉，使流化床热解炉在闪速热解工况下运行；

(4)流化床热解炉温度低于450～500℃时，启动空气供给，同时向流化床热解炉内供入收集到的炭粉；持续烧炭粉直到流化床热解炉内的温度升至600～650℃，此时改为生物质粉，增加生物质粉的给料量，循环执行步骤（3）。

2.根据权利要求1所述的生物质流化热解液化方法，其特征在于：所述流化床床料的粒径为3～5mm。

3.根据权利要求1所述的生物质流化热解液化方法，其特征在于：所述生物质粉粒径小于等于5mm。

4.根据权利要求1所述的生物质流化热解液化方法的配套装置，包括流化床热解炉，流化床热解炉的侧壁上设有生物质入口，底部设有风室，上部设有烟气出口；烟气出口通过管道依次与气固分离器、冷凝器以及贮气柜相连，气固分离器下部设有贮炭箱，其特征在于：所述贮炭箱通过喂料绞龙与设置在流化床热解炉侧壁上的炭粉入口相连；流化床热解炉下还设有燃烧室，燃烧室的进气口与贮气柜相连，燃烧室的出气口通过管道连入流化床热解炉底部的风室；所述风室同时还与进风管连通，进风管上设有风机。

5.根据权利要求4所述的生物质流化热解液化方法的配套装置，其特征在于：所述冷凝器为列管式冷凝器，冷凝器的排液口与生物油储罐相连。

6.根据权利要求4所述的生物质流化热解液化方法的配套装置，其特征在于：所述流化床热解炉内的烟气出口处设有挡板。

7.根据权利要求4所述的生物质流化热解液化方法的配套装置，其特征在于：所述贮气柜上设有排空阀。

8.根据权利要求4所述的生物质流化热解液化方法的配套装置，其特征在于：所述气固分离器为旋风分离器。