本發(fā)明公開(kāi)了一種生物質(zhì)雙溫段催化熱解制備高品質(zhì)液體燃料的裝置和方法，涉及生物質(zhì)資源利用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

生物質(zhì)能是唯一一種可以轉(zhuǎn)化為氣體、固體以及液體燃料的、實(shí)現(xiàn)化石能源全替代的“多功能型”可再生能源，重點(diǎn)發(fā)展可替代石油基液體燃料與化學(xué)品的生物質(zhì)基高端產(chǎn)品(含氧液體燃料與高價(jià)值化學(xué)品)，有助于從根本上緩解我國(guó)石油短缺的局勢(shì)，保障國(guó)家能源安全，符合我國(guó)國(guó)家發(fā)展重大戰(zhàn)略需求。目前，國(guó)內(nèi)外將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料的主流技術(shù)包括了生物化學(xué)轉(zhuǎn)化法與熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法，其中，生物質(zhì)熱解液化技術(shù)是熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法中最具有發(fā)展?jié)摿Φ纳镔|(zhì)利用技術(shù)之一。

相比生物質(zhì)原料而言，生物質(zhì)熱解液化產(chǎn)物—生物油具有能量密度高、易儲(chǔ)存和運(yùn)輸方便等顯著優(yōu)點(diǎn)。生物油可以直接應(yīng)用于工業(yè)鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備，對(duì)生物油進(jìn)行精制后可以用來(lái)代替汽車燃油。但是，生物油中氧含量高達(dá)30-40wt％(一般重油的含氧量在1wt％左右)，高位熱值為16-19MJ/kg，不到石油的一半，此外，由于大量含氧不穩(wěn)定化合物的存在，油加熱到80℃就會(huì)發(fā)生聚合分解反應(yīng)，因此油的應(yīng)用范圍受到很大的限制。所以，要想提高生物油的利用價(jià)值，必須對(duì)生物油進(jìn)行精制處理。

生物油品質(zhì)提升工藝主要有物理方法和熱化學(xué)(催化)法。物理方法有乳化法和分餾精制法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物油有機(jī)組分的有效分離與應(yīng)用，但是并沒(méi)有根本改變生物油含氧量高、熱值低以及熱穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。熱化學(xué)(催化)方法主要有生物油催化裂化法以及生物油催化加氫法，催化裂化可以實(shí)現(xiàn)生物油的脫氧，提高生物油熱值而獲得較高品質(zhì)的液體燃料與化學(xué)品，但是，熱化學(xué)(催化)方法要對(duì)冷卻后的生物油再次加熱，這樣不但會(huì)改變生物油的性質(zhì)、破壞生物油穩(wěn)定性，還大大增加了熱量損耗，相比之下，一種可以一步實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)“熱解+提質(zhì)”的方法——“催化熱解”，成了最理想的生物油制取方式。然而，生物質(zhì)中的含氧官能團(tuán)如羧基、甲氧基等會(huì)增加催化熱解中催化劑結(jié)焦積炭，增加催化熱解反應(yīng)難度；并且，這樣制取的生物油由于成分復(fù)雜，性能依然不夠穩(wěn)定。

因此，從生物質(zhì)不同成分(氧含量不同)的理化特性出發(fā)，通過(guò)低溫?zé)峤馀c高溫催化熱解相結(jié)合的方法，對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行“分級(jí)熱解”，降低催化劑結(jié)焦，增強(qiáng)工藝的連續(xù)性與穩(wěn)定性；分離液體產(chǎn)物中不同品質(zhì)的成分，使各種品質(zhì)的液體燃料產(chǎn)物物盡其用，是實(shí)現(xiàn)生物油走向高值化與規(guī)模化利用的必經(jīng)之路，需求十分迫切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明旨在解決針對(duì)生物質(zhì)催化熱解制備生物油過(guò)程中，催化劑易結(jié)焦而喪失催化性能，帶來(lái)工藝的穩(wěn)定性與連續(xù)性降低問(wèn)題，以及針對(duì)生物油中高含氧組分與低含氧組分分不開(kāi)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)液體燃料產(chǎn)物物盡其用的問(wèn)題，提出了一種將低溫?zé)峤馀c高溫催化熱解相結(jié)合的方法和裝置，即一種生物質(zhì)雙溫段催化熱解制備高品質(zhì)液體燃料的裝置和方法。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)雙溫段催化熱解制備高品質(zhì)液體燃料的裝置，包括生物質(zhì)低溫?zé)峤庀到y(tǒng)和高溫催化熱解系統(tǒng)；

所述生物質(zhì)低溫?zé)峤庀到y(tǒng)包括：料倉(cāng)、第一螺旋進(jìn)料器、套管、重力分離器、第一冷凝器和第二螺旋進(jìn)料器；所述套管套接于第一螺旋進(jìn)料器上與第一螺旋進(jìn)料器同軸設(shè)置；所述第一螺旋進(jìn)料器一端的進(jìn)料口與料倉(cāng)相連，另一端的出料口與重力分離器的進(jìn)料口相連；所述重力分離器上端氣體出口與第一冷凝器的進(jìn)氣口相連，下端生物質(zhì)出口與第二螺旋進(jìn)料器的進(jìn)料口相連，第二螺旋進(jìn)料器的出料口與高溫催化熱解系統(tǒng)中的鼓泡流化床下端進(jìn)料口相連；

所述高溫催化熱解系統(tǒng)包括：鼓泡流化床、旋風(fēng)分離器、第二冷凝器、風(fēng)機(jī)和燃燒室；所述鼓泡流化床下端進(jìn)料口與第二螺旋進(jìn)料器相連，下端出料口與燃燒室相連；所述燃燒室底部設(shè)有空氣進(jìn)氣口，上端設(shè)有與鼓泡流化床上端進(jìn)料口相連的出料口；所述鼓泡流化床上端出氣口與旋風(fēng)分離器的入口相連，旋風(fēng)分離器氣體出口與第二冷凝器進(jìn)口相連，旋風(fēng)分離器的固體出口與燃燒室頂端相連；所述第二冷凝器的不冷凝氣體出口與風(fēng)機(jī)進(jìn)口相連，風(fēng)機(jī)出口與鼓泡流化床底部進(jìn)氣口相連，燃燒室頂部高溫氣體出口與套管的進(jìn)氣口相連。

進(jìn)一步的，所述重力分離器以及螺旋進(jìn)料器外部均包覆有保溫材料。

進(jìn)一步的，所述第二冷凝器為三級(jí)冷凝器。

進(jìn)一步的，所述鼓泡流化床、旋風(fēng)分離器、燃燒室及三者出口線路均包覆有保溫材料。

進(jìn)一步的，所述第一螺旋進(jìn)料器和第二螺旋進(jìn)料器由電機(jī)和進(jìn)料裝置組成。

本發(fā)明還提供一種生物質(zhì)雙溫段催化熱解制備高品質(zhì)液體燃料的方法，具體步驟如下：

將生物質(zhì)原料從料倉(cāng)頂部加入，第一螺旋進(jìn)料器將料倉(cāng)底部的原料帶出料倉(cāng)，在推進(jìn)的過(guò)程中與同軸套管中的高溫氣體進(jìn)行熱交換，當(dāng)原料被加熱至200-300℃后原料析出揮發(fā)物，在重力分離器中揮發(fā)物與固體分離，揮發(fā)物通過(guò)第一冷凝器，經(jīng)快速冷凝而獲得液體燃料；

固體產(chǎn)物落入重力分離器底部，經(jīng)第二螺旋進(jìn)料器送入鼓泡流化床，采用高溫催化熱解制備高品質(zhì)液體燃料：固體產(chǎn)物進(jìn)入鼓泡流化床即與其中的高溫床料混合并被迅速加熱到400-650℃進(jìn)行催化熱解；催化熱解產(chǎn)生的熱解蒸汽進(jìn)入螺旋分離器，使熱解蒸汽中攜帶的固體顆粒物經(jīng)燃燒室上部返回鼓泡流化床，爾后熱解蒸汽進(jìn)入第二冷凝器進(jìn)行三級(jí)冷凝，將低溫?zé)峤庹羝淠?-30℃，獲得高品質(zhì)液體燃料產(chǎn)物，不冷凝氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)返回鼓泡流化床充當(dāng)流化氣循環(huán)使用；催化熱解過(guò)程中，床料一旦結(jié)焦積碳，就會(huì)顆粒變大、質(zhì)量變大，將進(jìn)入燃燒室進(jìn)行燒焦，燒焦后床料由燃燒室上部返回鼓泡流化床循環(huán)使用；焦炭在燒焦過(guò)程產(chǎn)生高溫氣體流向套管，為低溫?zé)峤馓峁嵩础?/p>

進(jìn)一步的，所述螺旋進(jìn)料器既充當(dāng)進(jìn)料裝置又充當(dāng)?shù)蜏責(zé)峤庋b置，其熱解溫度和熱解時(shí)間由電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，工作溫度為200-300℃，熱解時(shí)間為15-60min，熱源由套管中流過(guò)的高溫氣體提供。

進(jìn)一步的，所述重力分離器既充當(dāng)氣固分離裝置又充當(dāng)高溫?zé)峤獾慕o料倉(cāng)，分離出的低溫?zé)峤庹羝?jīng)第一冷凝器進(jìn)一步分離為液體產(chǎn)物和不冷凝氣體，第一冷凝器將低溫?zé)峤庹羝淠?-30℃；

進(jìn)一步的，所述旋風(fēng)分離器工作溫度為350-600℃，將高溫?zé)峤庹羝械墓腆w顆粒物分離出。

有益效果：

本發(fā)明的裝置和方法具有如下的特色及優(yōu)點(diǎn)：

1、從生物質(zhì)不同成分(氧含量不同)的理化特性出發(fā)，通過(guò)低溫?zé)峤馀c高溫催化熱解相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)的“分級(jí)熱解”。

2、生物質(zhì)低溫?zé)峤庠谶M(jìn)料的過(guò)程中直接進(jìn)行，熱解產(chǎn)物在下一步熱解進(jìn)料過(guò)程中直接進(jìn)行，使整體步驟變得緊湊高效。

3、與主流的生物質(zhì)(循環(huán))流化床快速熱裂解制備生物油技術(shù)不同，本裝置中的快速熱裂解裝置采用尾氣循環(huán)利用，由于熱解過(guò)程沒(méi)有使用外來(lái)流化氣，因此工藝成本低。

4、整個(gè)裝置對(duì)結(jié)焦和積炭的催化劑即時(shí)燒焦，保證了催化劑的活性，使催化熱解過(guò)程更穩(wěn)定可靠；燒焦產(chǎn)生的高溫氣體作為低溫?zé)峤獾臒嵩?，?shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的熱源自給。

5、分級(jí)熱解使得生物質(zhì)中含氧較高的分子預(yù)先被脫出，改善下一步催化熱解的反應(yīng)特性，也將不同品質(zhì)的液體燃料產(chǎn)物分開(kāi)，使各種品質(zhì)的液體燃料產(chǎn)物物盡其用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的生物質(zhì)雙溫段催化熱解制備高品質(zhì)液體燃料的方法和裝置示意圖，其中有：

其中：生物質(zhì)低溫?zé)峤庀到y(tǒng)Ⅰ、生物質(zhì)高溫催化熱解系統(tǒng)Ⅱ；第一螺旋進(jìn)料器1、料倉(cāng)2、套管3、第一冷凝器4、重力分離器5、鼓泡流化床6、旋風(fēng)分離器7、第二冷凝器8，9，10、風(fēng)機(jī)11、燃燒室12、第二螺旋進(jìn)料器13。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。

如圖1所示，一種生物質(zhì)雙溫段催化熱解制備高品質(zhì)液體燃料的裝置，該裝置包括生物質(zhì)低溫?zé)峤庀到y(tǒng)(Ⅰ)，用于預(yù)處理生物質(zhì)，得到少量液體燃料，并將生物質(zhì)輸出給高溫催化熱解系統(tǒng)(Ⅱ)；高溫催化熱解系統(tǒng)(Ⅱ)，用于接收上述生物質(zhì)，將該生物質(zhì)高溫催化熱解，得到大量液體燃料，并為系統(tǒng)(Ⅰ)提供熱源。具體的，所述生物質(zhì)低溫?zé)峤庀到y(tǒng)(Ⅰ)包括：料倉(cāng)2、第一螺旋進(jìn)料器1、套管3、重力分離器5、第一冷凝器4和第二螺旋進(jìn)料器13；所述套管3套接于第一螺旋進(jìn)料器1上與第一螺旋進(jìn)料器1同軸設(shè)置；所述第一螺旋進(jìn)料器1一端的進(jìn)料口與料倉(cāng)2相連，另一端的出料口與重力分離器5的進(jìn)料口相連；所述重力分離器5上端氣體出口與第一冷凝器4的進(jìn)氣口相連，下端生物質(zhì)出口與第二螺旋進(jìn)料器13的進(jìn)料口相連，第二螺旋進(jìn)料器13的出料口與高溫催化熱解系統(tǒng)(Ⅱ)中的鼓泡流化床6下端進(jìn)料口相連；所述重力分離器5以及螺旋進(jìn)料器13外部均包覆有保溫材料。所述第一螺旋進(jìn)料器1和第二螺旋進(jìn)料器13由電機(jī)和進(jìn)料裝置組成。

所述高溫催化熱解系統(tǒng)(Ⅱ)包括：鼓泡流化床6、旋風(fēng)分離器7、第二冷凝器8、9、10、風(fēng)機(jī)11和燃燒室12；所述鼓泡流化床6下端進(jìn)料口與第二螺旋進(jìn)料器13相連，下端出料口與燃燒室12相連；所述燃燒室12底部設(shè)有空氣進(jìn)氣口，上端設(shè)有與鼓泡流化床6上端進(jìn)料口相連的出料口；所述鼓泡流化床6上端出氣口與旋風(fēng)分離器7的入口相連，旋風(fēng)分離器7氣體出口與第二冷凝器8、9、10進(jìn)口相連，旋風(fēng)分離器7的固體出口與燃燒室12頂端相連；所述第二冷凝器8、9、10的不冷凝氣體出口與風(fēng)機(jī)11進(jìn)口相連，風(fēng)機(jī)11出口與鼓泡流化床6底部進(jìn)氣口相連，燃燒室12頂部高溫氣體出口與套管3的進(jìn)氣口相連。所述鼓泡流化床6、旋風(fēng)分離器7、燃燒室12及三者出口線路均包覆有保溫材料。所述第二冷凝器8、9、10為三級(jí)冷凝器。

一種生物質(zhì)雙溫段催化熱解制備高品質(zhì)液體燃料的方法，具體步驟如下：將生物質(zhì)原料從料倉(cāng)頂部加入，第一螺旋進(jìn)料器將料倉(cāng)底部的原料帶出料倉(cāng)，在推進(jìn)的過(guò)程中與同軸套管中的高溫氣體進(jìn)行熱交換，當(dāng)原料被加熱至200-300℃后原料析出揮發(fā)物，在重力分離器中揮發(fā)物與固體分離，揮發(fā)物通過(guò)第一冷凝器，經(jīng)快速冷凝而獲得液體燃料；

固體產(chǎn)物落入重力分離器底部，經(jīng)第二螺旋進(jìn)料器送入鼓泡流化床，采用高溫催化熱解制備高品質(zhì)液體燃料：固體產(chǎn)物進(jìn)入鼓泡流化床即與其中的高溫床料混合并被迅速加熱到400-650℃進(jìn)行催化熱解；催化熱解產(chǎn)生的熱解蒸汽進(jìn)入螺旋分離器，使熱解蒸汽中攜帶的固體顆粒物經(jīng)燃燒室上部返回鼓泡流化床，爾后熱解蒸汽進(jìn)入第二冷凝器進(jìn)行三級(jí)冷凝，將低溫?zé)峤庹羝淠?-30℃，獲得高品質(zhì)液體燃料產(chǎn)物，不冷凝氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)返回鼓泡流化床充當(dāng)流化氣循環(huán)使用；催化熱解過(guò)程中，床料一旦結(jié)焦積碳，就會(huì)顆粒變大、質(zhì)量變大，將進(jìn)入燃燒室進(jìn)行燒焦，燒焦后床料由燃燒室上部返回鼓泡流化床循環(huán)使用；焦炭在燒焦過(guò)程產(chǎn)生高溫氣體流向套管，為低溫?zé)峤馓峁嵩础?/p>

本發(fā)明所述螺旋進(jìn)料器既充當(dāng)進(jìn)料裝置又充當(dāng)?shù)蜏責(zé)峤庋b置，其熱解溫度和熱解時(shí)間由電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，工作溫度為200-300℃，熱解時(shí)間為15-60min，熱源由套管中流過(guò)的高溫氣體提供。

本發(fā)明所述重力分離器既充當(dāng)氣固分離裝置又充當(dāng)高溫?zé)峤獾慕o料倉(cāng)，分離出的低溫?zé)峤庹羝?jīng)第一冷凝器進(jìn)一步分離為液體產(chǎn)物和不冷凝氣體，第一冷凝器將低溫?zé)峤庹羝淠?-30℃；

本發(fā)明所述旋風(fēng)分離器工作溫度為350-600℃，將高溫?zé)峤庹羝械墓腆w顆粒物分離出。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。