CN101560404A - 一种微波热解制备生物质油的方法 - Google Patents

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本发明公开了一种微波热解制备生物质油的方法，具体步骤为，生物质由料仓进入螺旋输送机，螺旋输送机的送料速率为30～60公斤/小时；生物质通过螺旋输送机进入微波热解反应器，吸收微波后温度逐渐上升至90－100℃，随着螺旋输送的推进，在微波热解反应器后段的已炭化生物质温度迅速上升至450℃～550℃，达到生物质产油的最佳温度为475℃～500℃；在微波热解反应器内热解产生高温有机蒸气，由引风机送入旋风分离器进行气固分离，去除碳粒和沙子；经旋风分离器排出有机蒸气后，再送入冷凝器进行淬冷，可冷凝部分变成生物质油，滴入油罐，从而制得生物质油。本发明的优点：不需要热传导，符合生物质油提取的最佳工艺要求；成本低；热解温度精确可控，且无热惯性。

Description

一种微波热解制备生物质油的方法
【技术领域】
本发明是属于新能源技术领域，具体地说，是一种微波热解制备生物质油的方法。
【背景技术】
人类正面临着巨大的能源与环境压力，当今的能源主要来自于煤炭、石油、天然气等矿物燃料，虽然矿物能源的应用极大地推动了社会的进步，但其资源却在日益耗尽，且不可再生。同时，矿物能源的过量使用已引起了日益严重的环境问题，因此，开发和寻找新的可替代能源已成为人类社会亟待解决的重大问题之一，以生物质能源代替化石燃料不仅可以减少CO2温室气体的排放，还可以减少因为矿物燃料使用而排放SO2、NOX等污染物，因而生物质能源是未来最重要的一种可替代能源。
一切有生命的可以生长的有机物质统称为生物质，它包括植物、动物和微生物。生物质能是指蕴藏在生物质中的能量，能够作为能源使用的生物质资源有很多种，大体可分植物和非植物两大类，其中植物类主要包括森林、农作物、草类等陆生植物和水草、藻类等水生植物，而非植物类主要有动物粪便、动物尸体、废水中的有机成分、垃圾中的有机成分等。我国目前可供能源开发利用的生物质资源主要有各类有机废弃物，如农作物秸杆、薪柴、木材加工废料、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市生活有机垃圾等。从长远发展的眼光看，液体燃料的短缺将是未来困扰人类发展的重大问题，因此生物质作为唯一可以转化为液体燃料的可再生资源，其重要性正越来越为人们所重视。
何仁公开了生物质油的制备工艺及其装置，中国专利号CN1844317，其一种利用农作物秸秆等生物质制备不同组分生物质油的工艺和装置，生物质物料经粉碎、干燥、裂解、多级冷凝、分离工序制备得到生物质油，该装置对应各工序设有物料粉碎装置、干燥装置、送料装置、主体裂解装置、多级冷凝装置、分离装置及收集装置；何仁还公开了生物质油的裂解气化燃烧装置，中国专利号CN2913866，其包括炉体，炉体内设有高温裂解室，一进料管经炉体接入高温裂解室，高温裂解室下端带有喷嘴，高温裂解室外周炉腔构成燃烧室，燃烧室内对应喷嘴设有点火器；李效时公开了快速热裂解技术制取生物质油的方法，中国专利号CN1962818，其是关于一种利用快速热裂解技术每小时处理500公斤稻壳粉，日产一吨生物质油的方法，该方法包括对物料进行干燥、粉碎，然后将处理后的物料通过送料系统输送到反应器中进行热裂解反应，并将反应得到的产物进行分离得到所述的生物质油；山东大学公开了一种利用微波热解生物质的方法及装置，中国专利号CN1912465，特别是利用微波加热实现生物质热解的方法及装置，该装置采用垂直窑结构，主要由截止门、螺旋压料装置、漏气引风机、微波热解室、炭燃烧室和出灰绞龙构成。
结合以上现有的技术可知，生物质热解液化是生物质在完全缺氧或有限氧供给的条件下受热后降解为液体产物以及一部分气体产物和固体产物的过程，生物质热解液化的关键设备是热解反应器，根据反应的不同分类，国内外现有热解液化技术主要有以下几种：(1)流化床式，(2)旋转锥式，(3)烧蚀式；其中，(1)流化床式主要缺点为流化气体的引入加大了系统的运行能耗，因为这部分外加气体也会经历加热后冷却的工艺过程，此外，流化气体还稀释了热解产生的不可冷凝气体，使其热值大为降低，为其应用带来困难；(2)旋转锥式反应器主要缺点是外旋转锥必须由一悬臂的外伸轴支撑作旋转运动，而支撑外伸轴的轴承必需要能够在高温高粉尘工况下长时间可靠地工作，困难相当大，此外，沙子等惰性热载体不停地在两锥壁面之间作螺旋运动，它对高温壁面的摩擦磨损也将非常严重；(3)烧蚀式热解液化器既需要清扫用的惰性气体如氮气，反应器内又必须要有作旋转运动的部件，这种液化反应的优点不够明显。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微波热解制备生物质油的方法，以实现资源的再利用。
为实现以上目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
(1)生物质由料仓进入螺旋输送机，螺旋输送机的送料速率为30～60公斤/小时；
(2)生物质通过螺旋输送机进入微波热解反应器，吸收微波后温度逐渐上升至90-100℃，随着螺旋输送的推进，在微波热解反应器后段的已炭化的生物质温度迅速上升至450℃～550℃，达到生物质产油的最佳温度为475℃～500℃，从微波热解反应器的出料口排出碳渣，其中，当生物质在吸收微波后，温度升至90-100℃时，水分开始大量蒸发，输送至微波热解反应器中段时原料开始炭化，而温度在200-350℃范围，同时由于微波热解反应器内的螺旋输送机的搅拌作用，使开始炭化的生物质上下翻转向前推进，促进了微波的均匀加热效应，再者炭化了的生物质比未炭化的生物质吸收微波的能力强几十倍，因而温升速率的幅度很大；
(3)在微波热解反应器内热解产生的高温有机蒸气，由引风机送入旋风分离器进行气固分离，去除其中的碳粒和沙子；
(4)经旋风分离器排出有机蒸气后，再送入冷凝器进行淬冷，可冷凝部分变成生物质油，滴入油罐，从而制得生物质油。
所述的生物质原料选自有机废弃物，如农作物秸杆、薪柴、木材加工废料、禽畜粪便，工业有机废弃物，城市生活有机垃圾中的一种或几种；
所述的微波热解反应器，其工作压力为-0.01～-0.04MPa的微负压状态，以利于隔绝氧气，避免明火燃烧。
在上述的生物质原料热解液化的方法中，热解反应器内温度的控制是非常关键的因素，热解温度过高或过低都不利于生物油的提取，上述几种反应器的温度控制都存在着很长的温控惯性，而微波热解反应器恰好能弥补上述缺陷，它能精确地控制温度，无热惯性，通过微波功率调节器，多点测温探头的信号采集，PLC控制器组成闭环控制回路，使物料在热解反应器出口处的温度达到最佳的热解温度后迅速离开热解反应器进入碳渣收集箱，产生的高温有机蒸气迅速离开热解反应器淬冷，同时PLC根据所测温度自动调节微波功率的大小，对于选定的原料处理量，使微波功率的大小调整到最佳值，系统达到一种动态的平衡，比起其它方式的热解反应技术，采用自动控制方式的微波热解反应技术是真正意义上的节能技术。
本发明一种微波热解制备生物质油的方法的积极效果是：
(1)生物质原料及碳渣吸收微波的能力特强，因而微波加热速度快，且里外同时加热，不需要热传导，符合生物质油提取的最佳工艺要求；
(2)对原料的粒度要求降低，从而减少预处理成本；
(3)热解温度精确可控，且无热惯性。
【附图说明】
图1一种微波热解制备生物质油的方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
以下提供本发明一种微波热解制备生物质油的方法的具体实施方式，但本发明不限于所提供的实施例。
实施例1
50Kg颗粒状的废弃木屑装入原料仓(粒径3mm左右)，通过螺旋输送机送入微波热解反应器，螺旋输送机的送料速率设定为40Kg/h。进入微波热解反应器前端内的木屑吸收微波后温度逐渐上升至90℃～100℃，由于热解器内的压力为微负压，达-0.02MPa，此时水份大量蒸发，此反应段为烘干阶段。由于微波热解反应器内的螺旋输送机在输送木屑的同时兼有搅拌作用，它促进了微波的均匀加热效应。木屑输送至热解器中段时开始炭化，温度在200℃～350℃范围，此时进入炭化阶段。由于炭化了的木屑吸收微波的能力比起干燥阶段的木屑吸波能力强几十倍，随着螺旋输送的向前推进，在反应器后段已炭化的木屑温度迅速上升至450℃，进入热解阶段。产生的高温有机蒸汽由引风机送入旋风分离器，去除碳粒后入冷凝器进行淬冷，其中的可冷凝部分变成生物质油，滴入油罐，油量为20kg。
实施例2
30Kg段状的玉米废弃秸杆装入原料仓(段长度10mm左右)，通过螺旋输送机送入微波热解反应器，螺旋输送机的送料速率设定为30Kg/h。进入微波热解反应器前端内的秸杆吸收微波后温度逐渐上升至90℃～100℃，由于热解器内的压力为微负压，达-0.02MPa，此时水份大量蒸发，此反应段为烘干阶段。由于微波热解反应器内的螺旋输送机在输送秸杆的同时兼有搅拌作用，它促进了微波的均匀加热效应。秸杆输送至热解器中段时开始炭化，温度在200℃～250℃范围，此时进入炭化阶段。由于炭化了的秸杆吸收微波的能力比起干燥阶段的秸杆吸波能力强几十倍，随着螺旋输送的向前推进，在反应器后段已炭化的秸杆温度迅速上升至480℃，进入热解阶段。产生的高温有机蒸汽由引风机送入旋风分离器，去除碳粒后入冷凝器进行淬冷，其中的可冷凝部分变成生物质油，滴入油罐，油量为17kg。
实施例3
80Kg由制粒机制成的压缩型秸杆木屑混合物料装入原料仓(粒径5mm，长度15mm)，通过螺旋输送机送入微波热解反应器，螺旋输送机的送料速率设定为50Kg/h。进入微波热解反应器前端内的物料吸收微波后温度逐渐上升至90℃～100℃，由于热解器内的压力为微负压，达-0.02MPa，此时水份大量蒸发，此反应段为烘干阶段。由于微波热解反应器内的螺旋输送机在输送物料的同时兼有搅拌作用，它促进了微波的均匀加热效应。物料输送至热解器中段时开始炭化，温度在280℃～300℃范围，此时进入炭化阶段。由于炭化了的物料吸收微波的能力比起干燥阶段的物料吸波能力强几十倍，随着螺旋输送的向前推进，在反应器后段已炭化的物料温度迅速上升至475℃，进入热解阶段。产生的高温有机蒸汽由引风机送入旋风分离器，去除碳粒后入冷凝器进行淬冷，其中的可冷凝部分变成生物质油，滴入油罐，油量为24kg。

Claims (3)

1.一种微波热解制备生物质油的方法，其特征在于，具体步骤为，
(1)生物质由料仓进入螺旋输送机，螺旋输送机的送料速率为30～60公斤/小时；
(2)生物质通过螺旋输送机进入微波热解反应器，吸收微波后温度逐渐上升至90-100℃，随着螺旋输送的推进，在微波热解反应器后段的已炭化的生物质温度迅速上升至450℃～550℃，达到生物质产油的最佳温度为475℃～500℃，从微波热解反应器的出料口排出碳渣；
(3)在微波热解反应器内热解产生的高温有机蒸气，由引风机送入旋风分离器进行气固分离，去除其中的碳粒和沙子；
(4)经旋风分离器排出有机蒸气后，再送入冷凝器进行淬冷，可冷凝部分变成生物质油，滴入油罐，从而制得生物质油。
2.根据权利要求1所述的一种微波热解制备生物质油的方法，其特征在于，所述的生物质选自有机废弃物，工业有机废弃物，城市生活有机垃圾中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种微波热解制备生物质油的方法，其特征在于，所述的微波热解反应器，其工作压力为-0.01～-0.04MPa的微负压状态。
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