一種熔融鹽噴淋熱解生物質(zhì)聯(lián)合制備生物油和多孔生物炭的裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物質(zhì)資源利用領(lǐng)域，具體涉及熔融鹽噴淋熱解生物質(zhì)聯(lián)合制備生物油和生物炭的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳統(tǒng)化石能源日益枯竭，以及由于使用化石能源帶來的環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，生物質(zhì)能作為一種低硫、低氮以及二氧化碳“零排放”的清潔和可再生能源，同時生物質(zhì)資源豐富，逐漸受到了國內(nèi)外研究者的關(guān)注和重視。
[0003]生物質(zhì)熱解是一種轉(zhuǎn)化生物質(zhì)到熱解油、固體炭和可燃氣的高效技術(shù)。熱解裝置的節(jié)能是必不可少的，目前，生物質(zhì)熱解技術(shù)包括利用反應(yīng)釜間接加熱和固體/氣體載熱直接加熱熱解工藝。間接加熱傳熱速度緩慢，傳熱效率低;氣體載熱缺點是需要大量高溫?zé)釤煔饽芎母?；熱固載體主要為石英砂載體，常用的熱解裝置為循環(huán)流化床，實現(xiàn)生物快速熱解。循環(huán)流化床具有熱效率高的優(yōu)點，但是需載氣的使用以及后續(xù)的氣固分離耗能大。同時熱解生物油具有刺激性氣味，密度較高，酸性較強，含氧量較高以及熱值較低且成分十分復(fù)雜，生物油難以直接利用，油品質(zhì)需要改善。催化熱解一定程度改善油品質(zhì)，但催化劑制備及催化劑失活問題導(dǎo)致熱解運行成本增高。
[0004]熔融鹽具有良好的蓄熱能力，傳質(zhì)傳熱系數(shù)高，粘度低、揮發(fā)性低以及適宜的熔點溫度等物理特性。熔鹽體系能為生物質(zhì)提供一個液相環(huán)境，傳熱和傳質(zhì)非常均勻和迅速，能夠快速高效分解生物質(zhì)，可以用于生物質(zhì)快速熱裂解的工藝過程。同時熔鹽離子存在，為生物質(zhì)熱解提供均相催化或化學(xué)反應(yīng)控制，生物質(zhì)熱解氣經(jīng)熔鹽層離子催化重整，為生物質(zhì)熱解產(chǎn)物定向化學(xué)組成提供可能性。由于生物質(zhì)密度低使得生物質(zhì)在熔鹽液面層中難以浸泡和充分接觸，同時生物質(zhì)熱解過程中大量爆氣鼓泡，形成壓力使得熱解氣帶動熔鹽層液面飛濺，導(dǎo)致熔鹽熱解過程難以控制，同時熱解過程中形成熱解炭存留在熔融鹽中，由于熔鹽液面包裹炭，使得炭在熔鹽中難以燃燒，炭與熔鹽分離限制了對生物質(zhì)熱處理應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明充分利用熔融鹽熱處理方法的優(yōu)點，針對熔融鹽熱解生物質(zhì)工藝面臨問題。本發(fā)明一種高溫熔融鹽噴淋熱解生物質(zhì)多聯(lián)產(chǎn)制備生物油及多孔生物炭的裝置和方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0007]—種熔融鹽噴淋熱解生物質(zhì)聯(lián)合制備生物油和多孔生物炭的裝置，該裝置包括兩套物料輸送裝置、兩套噴淋熱解裝置、旋液分離器、固體殘渣收集出口、熔鹽加熱池、RY型熔鹽循環(huán)栗、冷凝器、液體收集器和氣體收集器;物料輸送裝置和噴淋熱解裝置相連構(gòu)成熔鹽噴淋熱解生物質(zhì)主體系統(tǒng)，整個裝置采用方體倉結(jié)構(gòu);兩套物料輸送裝置和兩套噴淋熱解裝置配合工作；
[0008]物料輸送裝置采用直線螺紋步進方式輸送，物料輸送裝置上端為進料口，其內(nèi)部設(shè)有方體物料籃，物料籃底部為多孔結(jié)構(gòu)，孔徑小于0.5mm，物料籃與螺紋傳輸桿相連，并通過直線絲桿步進機控制;物料輸送裝置內(nèi)部設(shè)有物料籃支撐架，用于支撐物料籃;物料輸送裝置與噴淋熱解裝置采用物料進出密封卡槽接觸，實現(xiàn)物料輸送裝置與噴淋熱解裝置之間密封相通；
[0009]噴淋熱解裝置包括熔鹽噴淋頭、微孔過濾擋板和濾渣出口，噴淋熱解裝置外層采用保溫板包覆，形成保溫層;噴淋熱解裝置內(nèi)部上端設(shè)有熔鹽噴淋頭，噴淋熱解裝置內(nèi)部下端設(shè)有微孔過濾擋板，孔徑小于100目；噴淋熱解裝置下端外側(cè)設(shè)有濾渣出口；噴淋熱解裝置底部與旋液分離器連接，避免熔鹽在旋液分離器中冷凝，旋液分離器外壁采用電阻絲輔助加熱;旋液分離器上設(shè)有固體殘渣收集出口，旋液分離器依次通過熔鹽加熱池和RY型熔鹽循環(huán)栗回流至噴淋熱解裝置，通過熔鹽噴淋頭循環(huán)利用；熱解氣出口設(shè)置在噴淋熱解裝置頂部，經(jīng)冷凝器冷凝收集生物油，不可泠凝可燃氣進入氣體收集器或焚燒提供熱量;其外部通過熔鹽加熱池與可調(diào)速RY型熔鹽循環(huán)栗相連，防止熔融鹽與生物質(zhì)在噴淋熱解裝置反應(yīng)時凝固，熔融鹽在噴淋熱解裝置中的停留時間不低于5s;
[0010]熔鹽加熱池和RY型熔鹽循環(huán)栗之間設(shè)有熔鹽池閥門I，RY型熔鹽循環(huán)栗與I號噴淋熱解裝置之間設(shè)有熔鹽池閥門π，RY型熔鹽循環(huán)栗與2號噴淋熱解裝置之間設(shè)有熔鹽池閥門m。
[0011]—種熔融鹽噴淋熱解生物質(zhì)聯(lián)合制備生物油和多孔生物炭的方法，步驟如下:生物質(zhì)顆粒經(jīng)由進料口填充入物料輸送裝置內(nèi)的物料籃，物料籃由直線絲桿步進機經(jīng)螺紋輸送桿輸送至噴淋熱解裝置內(nèi)，并有物料進出密封卡槽實現(xiàn)噴淋熱解裝置和物料輸送裝置間的密封，同時采用N2或真空抽濾5-10min排出噴淋熱解裝置內(nèi)的空氣；
[0012]開啟熔鹽池閥門1、熔鹽池閥門Π及RY型熔鹽循環(huán)栗，高溫熔融鹽經(jīng)由熔鹽噴淋頭與生物質(zhì)顆粒接觸產(chǎn)生熱解氣，經(jīng)冷凝器冷凝收集熱解油，不可冷凝氣經(jīng)過取樣分析后，進入氣體收集器或通入焚燒爐進行燃燒提供額外能量;隨著熔鹽持續(xù)滲透生物質(zhì)顆粒，經(jīng)底部微孔過濾擋板流入旋液分離器過濾固體殘渣，流入熔鹽加熱池循環(huán)加熱;待生物質(zhì)顆粒完全熱解后，關(guān)閉熔鹽池閥門π，物料籃再次由直線絲桿步進機經(jīng)螺紋傳輸桿移出噴淋熱解裝置冷卻后收集熱解炭，并準(zhǔn)備下一批次物料熱解炭化，同時開啟熔鹽池閥門m，重復(fù)以上步驟開啟2號熔鹽噴淋熱解裝置，雙噴淋熱解裝置依次交替運行;少量的微細固體殘渣分別經(jīng)由噴淋熱解裝置底部濾渣出口和懸液分離器的固體濾渣收集出口排出。
[0013]本發(fā)明可選取金屬、堿金屬的氯化鹽、硅酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽或多種上述組成的共熔混合物。為保證熔鹽循環(huán)熱解系統(tǒng)的連貫性，本裝置采用雙熔鹽噴淋主體系統(tǒng)進行批次獨立運行方式。
[0014]本發(fā)明的工作原理:
[0015]物料籃內(nèi)生物質(zhì)與噴淋的熔融鹽接觸并受熱快速分解形成熱解氣和熱解炭;熱解氣在穿離熔融鹽液面層經(jīng)熔融金屬鹽離子催化后經(jīng)出氣口冷凝收集到高品質(zhì)的熱解油，不可冷凝可燃氣體經(jīng)焚燒爐為熔融加熱；隨著熔鹽持續(xù)噴淋，熔鹽經(jīng)熱解炭層持續(xù)滲透入生物質(zhì)熱解逐步熱解下層生物質(zhì)，直至生物質(zhì)完全熱解;熔融鹽經(jīng)物料籃底部孔流出并經(jīng)保溫?zé)峤鈧}底旋液分離器，經(jīng)分離固體殘渣后凈化的熔融鹽流入熔鹽池經(jīng)熔融鹽池二次加熱循環(huán)利用，熔熱解得到多孔生物炭經(jīng)出料口輸出裝置送入多孔碳收集裝置中。
[0016]本發(fā)明有益效果:
[0017](I)該裝置采用具有蓄熱一傳熱功能的熔融鹽作為熱載體，熔融鹽與生物質(zhì)充分接觸實現(xiàn)快速熱解，提高了傳質(zhì)和傳熱效率，同時熔融鹽可存儲反應(yīng)過程放出的熱量，充當(dāng)反應(yīng)介質(zhì)的作用，使化學(xué)熱與外部熱量得到合理利用；
[0018](2)熔融鹽噴淋式熱解生物質(zhì)為該方法一大特色，該裝置實現(xiàn)了生物質(zhì)與熔融鹽充分接觸，避免熱解氣對液面層大