生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化工藝，生物質(zhì)粉經(jīng)煙氣提升管干燥和提升并在頂部氣固分級分離，煙氣外排，細(xì)顆粒進(jìn)入半焦返料器，大中顆粒在下行熱解反應(yīng)器頂端與高溫循環(huán)載體實(shí)現(xiàn)快速混合升溫與毫秒熱解，在反應(yīng)器立管下部油氣、熱載體與半焦快速分離；熱解油氣經(jīng)分餾塔獲得不同餾分油品和干氣，熱載體和部分半焦進(jìn)入燒焦提升管燃燒加熱；燃燒后的高溫載體經(jīng)兩級氣固分離器與煙氣分離后，煙氣經(jīng)過換熱后被引到煙氣提升管底部提升和干燥生物質(zhì)粉，大中顆粒熱載體進(jìn)入下行熱解反應(yīng)器頂部作為高溫循環(huán)熱載體，細(xì)灰進(jìn)入冷卻料倉后外排作為硅鉀肥。
【專利說明】
生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化工藝
1.
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明提供生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化工藝，屬于生物質(zhì)能源領(lǐng)域。
2.
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國農(nóng)林廢棄物約8.8億噸以上，由于缺乏有效利用技術(shù)而不得不被焚燒或廢棄，不僅浪費(fèi)資源，也造成霧霾天氣、大氣污染、土壤礦化、火災(zāi)和交通事故等大量社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)問題，成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)和難點(diǎn)?，F(xiàn)有生物質(zhì)綜合利用途徑相當(dāng)廣，很多途徑資源利用率和經(jīng)濟(jì)效益都很高，如造紙、直燃發(fā)電、纖維乙醇和沼氣等，但由于規(guī)模和消耗量小、使用效率低、污染或特定地域要求，都不能從根本上滿足生物質(zhì)規(guī)?；咝Ц咧祷鍧嵉囊?。近三十年新興起的快速熱解提煉技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量密度大、易于存貯和運(yùn)輸?shù)囊后w，可生產(chǎn)車用替代燃料、液體燃料和化工原料，是環(huán)境友好性、最有希望的石油替代品，不存在產(chǎn)品規(guī)模和消費(fèi)地域限制，能夠滿足大規(guī)模、高效、高值化和清潔無污染的要求，被公認(rèn)為“本世紀(jì)生物能最有工業(yè)化發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)”，既是目前國際上生物質(zhì)能研發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，又是我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)-新能源領(lǐng)域的前沿探索項(xiàng)目。
[0003]國際上代表性工藝主要有荷蘭Twente大學(xué)的旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)工藝、美國Georgia工學(xué)院的攜帶床反應(yīng)工藝、加拿大Ensyn工程師協(xié)會的鼓泡循環(huán)流化床工藝、美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)渦旋反應(yīng)工藝、加拿大Laval大學(xué)的多層真空熱解磨反應(yīng)工藝等。國內(nèi)各單位也相繼開發(fā)了類似技術(shù)。但由于工藝缺陷和不足，目前僅有旋轉(zhuǎn)錐工藝、鼓泡循環(huán)流化床工藝實(shí)現(xiàn)了萬噸級工業(yè)化生產(chǎn)。在上述工藝中，僅有循環(huán)流化床快速熱解工藝?yán)脽峤猱a(chǎn)生的部分半焦循環(huán)燃燒產(chǎn)生的熱量即可滿足反應(yīng)所需熱量的需求，能量利用合理、液體收率高、設(shè)備簡單、易于大型化、也是被國內(nèi)外研究的最多，被認(rèn)為是最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的生物質(zhì)快速熱解工藝。但一般循環(huán)流化床熱解需要流化氣、冷卻負(fù)荷大，流化磨損產(chǎn)生的細(xì)粉油中難以脫除。下行循環(huán)流化床具有順重力場并流下行運(yùn)動、固固或氣固接觸時間短、反應(yīng)快、徑向分布均勻、返混小、并能靈活地調(diào)節(jié)固/氣或固比等優(yōu)點(diǎn)，既保持了流化床熱解得高液體收率和大規(guī)?；a(chǎn)優(yōu)點(diǎn)，又無需流化風(fēng)、熱解氣停留時間小、顆粒磨損細(xì)粉少，降低了冷卻負(fù)荷和能耗，油中脫灰相對容易，因而下行循環(huán)流化床將是生物質(zhì)快速熱解亟待開發(fā)和應(yīng)用的最佳反應(yīng)器。但由于生物質(zhì)原料含鉀、含水量較高，同時生物質(zhì)原料以及熱解半焦與載體比重差異大，目前國際上典型的快速熱解工藝中，普遍存在熱質(zhì)傳遞與反應(yīng)調(diào)控、油中帶灰、油中高含水、液收率低、油氣結(jié)焦堵塞、半焦載體異重返料、生物油加熱自聚、流化氣稀釋干氣和耗能、含鉀載體熔融導(dǎo)致床料結(jié)焦死床、生物質(zhì)原料干燥、反應(yīng)器機(jī)械運(yùn)動部件高溫磨損等影響生物質(zhì)快速熱解技術(shù)工業(yè)放大和長周期穩(wěn)定運(yùn)行的十大難題。
[0004]本發(fā)明人發(fā)明了一種固體有機(jī)物自混合下行流化床快速熱解工藝(ZL200810000615.9)，其特征在于干燥粉碎后的固體有機(jī)物經(jīng)通過螺旋輸送機(jī)輸送進(jìn)入自混合下行流化床反應(yīng)器的入口，與從另一入口進(jìn)入的高溫再生劑在自混合下行流化床反應(yīng)器中接觸、混合、反應(yīng)，快速離開反應(yīng)段;氣相通過自混合下行流化床反應(yīng)器的氣相出口進(jìn)入急冷器冷凝分離為熱解油和熱解氣，經(jīng)油罐分離，部分熱解油由液體循環(huán)栗打回到水冷器冷卻后做為急冷器冷源；固相通過流化床返料器和預(yù)熱空氣一起進(jìn)入流化床再生器燃燒再生，經(jīng)流化床再生后的固體溫度升高，進(jìn)入慣性氣固分離器，先分出大部分顆粒固體進(jìn)入再生劑緩沖倉，再進(jìn)入自混合下行流化床反應(yīng)器再次循環(huán)，其余微小固體隨氣流先進(jìn)入省煤器預(yù)熱空氣，然后進(jìn)入旋流分離器分出微顆粒高溫固體外排;分離后的煙氣通過粉碎加料器進(jìn)入有機(jī)物粉干燥提升器，然后經(jīng)旋分器分離出干燥的有機(jī)物后經(jīng)引風(fēng)機(jī)排空；空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入省煤器預(yù)熱后進(jìn)入流化床再生器;有機(jī)物通過粉碎加料器進(jìn)入有機(jī)物粉干燥提升器，然后經(jīng)旋分器分離通過螺旋輸送機(jī)輸送進(jìn)入自混合下行流化床反應(yīng)器的入口，這樣下行自混合流化床反應(yīng)器和流化床再生器耦合，形成一個固體熱載體循環(huán)的反應(yīng)再生耦合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了熱質(zhì)傳遞與反應(yīng)的調(diào)控。盡管通過熱載體分級分離，大中顆粒熱載體通過下行熱解反應(yīng)器熱解、微小顆粒熱灰外排，從源頭上消除熱灰造成的油中帶灰難題。但生物質(zhì)粉干燥后未分級分離，其中的細(xì)小顆粒還會從源頭上產(chǎn)生油中帶灰現(xiàn)象。油氣未直接進(jìn)行分餾，油中高含水問題未能有效解決。另外油氣結(jié)焦堵塞、半焦載體異重返料、生物油加熱自聚和生物質(zhì)原料干燥難題一直困擾生物質(zhì)自混合下行流化床快速熱解工藝的工業(yè)化推廣。
3.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有生物質(zhì)熱解液化技術(shù)存在的不足而提出的一種生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化工藝，既徹底解決了生物質(zhì)熱解熱質(zhì)傳遞與反應(yīng)調(diào)控、油中帶灰、油中高含水、液收率低、油氣結(jié)焦堵塞、半焦載體異重返料、生物油加熱自聚、流化氣稀釋干氣和耗能、含鉀載體熔融導(dǎo)致床料結(jié)焦死床、生物質(zhì)原料干燥、反應(yīng)器機(jī)械運(yùn)動部件高溫磨損等影響生物質(zhì)快速熱解技術(shù)工業(yè)放大和長周期穩(wěn)定運(yùn)行的十大難題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明的目的是通過將生物質(zhì)粉和熱載體均實(shí)現(xiàn)分級分離，大中顆粒載體和生物質(zhì)通過下行熱解反應(yīng)器熱解、生物質(zhì)細(xì)粉直接送入燒焦提升管燃燒加熱，細(xì)熱載體直接外排做硅鉀肥，從源頭上消除油中帶灰和生物質(zhì)灰利用以及含鉀載體熔融導(dǎo)致床料結(jié)焦死床的難題。其特征是將大量小于6_的生物質(zhì)粉經(jīng)煙氣提升管干燥和提升，生物質(zhì)粉被二級氣固分離器分級分離，煙氣外排，細(xì)顆粒生物質(zhì)通過半焦返料閥進(jìn)入燒焦提升管，大中顆粒生物質(zhì)經(jīng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器在下行熱解反應(yīng)器頂端與通過高溫載體返料閥下落的高溫循環(huán)熱載體迅速實(shí)現(xiàn)快速混合升溫與毫秒熱解，在反應(yīng)器立管下部油氣與半焦和熱載體在氣固分離器作用下快速分離;熱解油氣經(jīng)分餾塔獲得不同餾分油品和干氣，熱載體和部分半焦通過空氣輸送的半焦返料閥進(jìn)入燒焦提升管燃燒加熱，部分半焦流入外取熱器取熱降溫后作為半焦產(chǎn)品；燃燒后的高溫載體經(jīng)兩級氣固分離器與煙氣分離后，煙氣經(jīng)過換熱后被引到煙氣提升管底部提升和干燥生物質(zhì)粉，大中顆粒熱載體進(jìn)入下行熱解反應(yīng)器頂部作為高溫循環(huán)熱載體，細(xì)灰進(jìn)入冷卻料倉后外排作為硅鉀肥。
[0008]燒焦提升管反應(yīng)溫度為850°C-1100°C。
[0009]高溫?zé)彷d體與生物質(zhì)粉的混合比例為2-8: I。
[0010]下行熱解反應(yīng)器出口反應(yīng)溫度為450°c-600°c。
[0011]外取熱器可以是利用干氣將450°C-600 °C的半焦在流化態(tài)外取熱器中換熱生產(chǎn)高壓蒸汽，干氣經(jīng)分離器回收固體顆粒后通過進(jìn)水預(yù)熱器預(yù)熱外取熱器進(jìn)水，冷卻到300°C以下，利用循環(huán)風(fēng)機(jī)送入流化態(tài)外取熱器底部，半焦外排溫度小于260 V。
[0012]本發(fā)明將實(shí)施例來詳細(xì)敘述本發(fā)明的特點(diǎn)。
4.
【附圖說明】
[0013]附圖為本發(fā)明的工藝示意圖。附圖的圖面設(shè)明如下:
[0014]1、燒焦提升管2、氣體分布器3、進(jìn)氣管4、慣性氣固分離器5、高溫載體返料控制器6、熱載體二級氣固分離器7、細(xì)灰冷卻料倉8、下行熱解反應(yīng)器9、油氣氣固分離器10、油氣分餾塔11、重油出口 12、輕油出口 13、木醋液出口 14、引風(fēng)機(jī)15、煙氣提升管16、煙氣一級氣固分離器17、上部料倉18、旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器19、煙氣二級氣固分離器20、煙氣出口 21、生物質(zhì)粉入口 22、干氣出口 23、半焦返料閥24、流化態(tài)外取熱器25、分離器26、進(jìn)水預(yù)熱器27、循環(huán)風(fēng)機(jī)28、半焦分離器29、半焦出口。
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來詳述本發(fā)明的工藝特點(diǎn)。
5.
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例，將大量小于6mm的生物質(zhì)粉經(jīng)生物質(zhì)粉入口21進(jìn)入煙氣提升管15干燥和提升，生物質(zhì)顆粒被煙氣一級氣固分離器16和煙氣二級氣固分離器19分級分離，煙氣從煙氣出口 20外排，細(xì)顆粒生物質(zhì)通過半焦返料閥23進(jìn)入燒焦提升管I，大中顆粒生物質(zhì)經(jīng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器18在下行熱解反應(yīng)器8頂端與通過高溫載體返料閥5下落的高溫循環(huán)熱載體迅速實(shí)現(xiàn)快速混合升溫與毫秒熱解，在下行熱解反應(yīng)器8立管下部油氣與半焦和熱灰在油氣氣固分離器9作用下快速分離，熱載體和部分半焦通過空氣輸送的半焦返料閥23進(jìn)入燒焦提升管I與進(jìn)氣管3和氣體分布器2來的空氣混合、燃燒加熱;含有半焦的油氣再經(jīng)過半焦分離器28氣固分離，半焦流入流化態(tài)外取熱器24干氣換熱降溫，降溫后的半焦作為產(chǎn)品從半焦出口 29排出；熱解油氣經(jīng)分餾塔10獲得木醋液13、輕油12、重油11和熱解干氣22;加熱后的高溫?zé)彷d體經(jīng)慣性氣固分離器4和熱載體二級氣固分離器6與煙氣分離后，煙氣經(jīng)過廢熱鍋爐換熱后被引風(fēng)機(jī)14引到煙氣提升管15底部提升和干燥從生物質(zhì)粉入口 21加入的小于6mm的生物質(zhì)粉，大中顆粒熱載體進(jìn)入下行熱解反應(yīng)器8頂部作為高溫循環(huán)載體，細(xì)灰進(jìn)入冷卻料倉7后外排作為硅鉀肥
[0017]燒焦提升管I反應(yīng)溫度為850°C-110(TC。
[0018]高溫?zé)彷d體與生物質(zhì)粉的混合比例為2-8: I。
[0019]下行熱解反應(yīng)器8出口反應(yīng)溫度為4500C-600°C。
[0020]外取熱器24可以是利用干氣將450°C_600°C的半焦在流化態(tài)外取熱器24中換熱生產(chǎn)高壓蒸汽，干氣經(jīng)分離器25回收固體顆粒后通過進(jìn)水預(yù)熱器26預(yù)熱外取熱器24進(jìn)水，冷卻到300°C以下，利用循環(huán)風(fēng)機(jī)27送入流化態(tài)外取熱器24底部，半焦外排溫度小于260°C。
[0021]本發(fā)明所提供的生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化工藝，通過將生物質(zhì)粉和熱載體均實(shí)現(xiàn)分級分離，大中顆粒載體和生物質(zhì)通過下行熱解反應(yīng)器熱解、生物質(zhì)細(xì)粉直接送入燒焦提升管燃燒加熱，細(xì)熱載體直接外排做硅鉀肥，從源頭上消除油中帶灰、流化氣稀釋干氣和耗能和生物質(zhì)灰利用以及含鉀載體熔融導(dǎo)致床料結(jié)焦死床的難題。利用燒焦提升管的高氣速、下行管的自由落體以及半焦返料器消除了半焦載體異重返料難題;利用雙管(下行反應(yīng)管和燒焦提升管)耦合解決了熱質(zhì)傳遞與反應(yīng)的調(diào)控和反應(yīng)器機(jī)械運(yùn)動部件高溫磨損的難題;利用油汽直接分餾解決了油氣結(jié)焦堵塞和生物油加熱自聚以及油中高含水難題；利用煙氣干燥生物質(zhì)，解決了生物質(zhì)原料干燥難題，提高了熱解升溫速率從而提高了液體收率，這些技術(shù)措施的集成，從而解決了影響生物質(zhì)快速熱解技術(shù)工業(yè)放大和長周期穩(wěn)定運(yùn)行的十大難題，消除了困擾生物質(zhì)自混合下行流化床快速熱解工藝工業(yè)化推廣的瓶頸。不同生物質(zhì)快速熱解的液體收率:松木粉68%、楊木粉62%、玉米秸桿39%、棉花秸桿55%，油中含灰小于0.2%，含水小于1% ;氣體熱值約3800大卡，半焦熱值約5400大卡。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化工藝，其特征是將大量小于6mm的生物質(zhì)粉經(jīng)煙氣提升管干燥和提升，生物質(zhì)粉被二級氣固分離器分級分離，煙氣外排，細(xì)顆粒生物質(zhì)通過半焦返料閥進(jìn)入燒焦提升管，大中顆粒生物質(zhì)經(jīng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器在下行熱解反應(yīng)器頂端與通過高溫載體返料閥下落的高溫循環(huán)熱載體迅速實(shí)現(xiàn)快速混合升溫與毫秒熱解，在反應(yīng)器立管下部油氣與半焦和熱載體在氣固分離器作用下快速分離;熱解油氣經(jīng)分餾塔獲得不同餾分油品和干氣，熱載體和部分半焦通過空氣輸送的半焦返料閥進(jìn)入燒焦提升管燃燒加熱，部分半焦流入外取熱器取熱降溫后作為半焦產(chǎn)品;燃燒后的高溫載體經(jīng)兩級氣固分離器與煙氣分離后，煙氣經(jīng)過換熱后被引到煙氣提升管底部提升和干燥生物質(zhì)粉，大中顆粒熱載體進(jìn)入下行熱解反應(yīng)器頂部作為高溫循環(huán)熱載體，細(xì)灰進(jìn)入冷卻料倉后外排作為硅鉀肥。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化工藝，其特征在于燒焦提升管反應(yīng)溫度為850 cC-1lOO °C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化工藝，其特征在于高溫?zé)彷d體與生物質(zhì)粉的混合比例為2-8: I。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化工藝，其特征在于下行熱解反應(yīng)器出口反應(yīng)溫度為450 0C -600 0C。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化工藝，其特征在于外取熱器可以是利用干氣將450°C-60(TC的半焦在流化態(tài)外取熱器中換熱生產(chǎn)高壓蒸汽，干氣經(jīng)分離器回收固體顆粒后通過進(jìn)水預(yù)熱器預(yù)熱外取熱器進(jìn)水，冷卻到300°C以下，利用循環(huán)風(fēng)機(jī)送入流化態(tài)外取熱器底部，半焦外排溫度小于260°C。
【文檔編號】C05G1/00GK105950195SQ201610565551
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月18日
【發(fā)明人】田原宇, 喬英云, 謝克昌
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)