CN101560405A - 生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法及其装置。通过两级旋风分离器和炭过滤器可以有效回收固体物质和炭，利用喷淋冷凝收集热解挥发份中大部分的重质油分，进一步利用电捕捕捉挥发份中的微小油滴，利用最后的间壁水冷器对轻质油分进行补充冷却收集，挥发份从冷却系统入口处的200℃通过逐级冷却收集生物油，最终达到出口处的30℃以下，基本完成挥发份中可冷凝部分的全部收集。通过快速热裂解技术以及分级冷却收集工艺，将纤维素类生物质废料转化为不同品味级别的液体燃料，同时对热裂解过程中挥发份气体与焦炭产物的回收与利用，实现对整套热裂解系统的自身的加热，节约成本。

Description

生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法及其装置。

背景技术

能源是经济和社会发展的重要物质基础，工业革命以来，世界能源消费剧增，煤炭、石油、天然气等化石能源资源消耗迅速，生态环境不断恶化，特别是温室气体排放导致日益严峻的全球气候变化，人类社会的可持续发展受到严重威胁。上世纪70年代以来，可持续发展思想逐步成为国际社会共识，可再生能源开发利用受到世界各国高度重视，许多国家将开发利用可再生能源作为能源战略的重要组成部分，提出了明确的可再生能源发展目标，制定了鼓励可再生能源发展的法律和政策，可再生能源得到迅速发展。而生物质能作为唯一可固定碳的可再生能源，其高效转换和清洁利用日益受到全世界的重视，以提高利用效率为目的的新技术新工艺的应用将最大化利用生物质能源，预计到21世纪中叶，采用新技术的各种生物质替代燃料将满足全球总能耗的40％以上。而在生物质的能源化利用领域中，生物质快速热裂解液化技术作为一种高效的生物质能量转换技术，是目前世界上公认的生物质能研究开发前沿技术，具有独特的优势。该技术能以连续的工艺和工业化生产方式将生物质转化为高品位的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的液体燃料，可作为可再生替代液体燃料在锅炉中直接燃烧、与煤混烧、乳化代替柴油或精制后作为动力燃料，还可以作为化工原料从中提取具有商业价值的化工产品。生物油硫、氮含量低，是清洁无污染的液体燃料，生产原料广泛不与粮食争地，原料收集面积小便于运输大大降低了成本，也是国家政策大力支持的产业。

生物质快速热裂解液化的主要技术特点包括：1)保证反应器高的传热速率(通常通过给料生物质尺寸细小来实现)；2)反应器中气相区温度控制在500℃，且挥发份停留时间少于2s；3)将挥发份进行快速冷凝获得生物油。其中反应器的类型及加热方式的选择，在很大程度上决定了热裂解产物的最终分布，甚至决定了整个热裂解工艺的优劣，所以反应器类型和加热方式的选择是各种技术路线的关键环节。国外从20世纪70年代末就开始了对热裂解反应器的研究，通过长期的研究发展了多种生物质裂解技术，为生物质热裂解液化制油提供了有效可行的方法。依据反应器与加热方式的不同可分为以下几类：(1)流化床反应器，该类反应器依靠循环工质通过气固多相流对生物质颗粒进行快速加热，实现高加热速率，温度相对均匀等要求，控制气相区停留时间少于2s，能有效抑制热裂解产物二次反应而提高液体产率，成为目前最具发展潜力也是应用最为广泛的工艺。典型的有西班牙Union Fenosa公司开发的给料200kg/h的鼓泡流化床反应器，加拿大RTI公司开发的50kg/h的鼓泡流化床反应器，还有在意大利ENEL由Ensyn开发研制的650kg/h的循环流化床反应器等。(2)辐射热交换反应器，主要是通过灼热的反应器表面直接(导热)或间接(辐射)接触对生物质的进行加热，使生物质快速升温实现快速热裂解释放出大量的挥发份气体。该技术可以对大尺寸的生物质颗粒进行快速热裂解处理，但是由于加热过程受到反应器本身温度变化的影响，生物质颗粒温度分布不均匀，从而对产物有一定影响。其中英国Aston大学开发的消融热解反应器、CNRS在Nancy开发的旋涡反应器都属于该类反应器，近年来，英国Aston大学正在对其早期开发的辐射换热加热器进行改进，成功的研制出了7.5kg/h给料量的热裂解液化反应系统。(3)直接接触式反应器，主要是通过将生物质颗粒与预先加热的固体或者气体工质在反应器内进行直接接触式的换热，实现对生物质进行快速加热，完成热裂解过程。例如，BTG公司在Twente大学开发的给料量为200kg/h的旋锥式反应器(由移动床驱动)，以及Egemin公司在美国乔治亚科技研究所开发的载热气流加热反应器，该类反应器由于换热速率不高，对过程的控制性差(尤其是二次反应)，在生物质热裂解液化技术工艺中已经渐渐被淘汰。除了上述几个主要的反应器，另外加拿大Laval大学的真空裂解装置、西班牙PaisVasco大学的喷动床热裂解反应器、瑞士自由降落反应器、美国华盛顿大学的微波裂解反应器和喷动流化床反应器等均以最大限度地增加液体产品收率为目的。其中基于流化床技术的生物质热裂解反应器，有着加热速率高、气相停留时间短、控温简便、固体产物分离简便、投资低等优点，已经成为主流工艺。

经过近二十年研究，生物质快速热裂解制取生物油技术已取得了一定进展，并在未来几年内预计将逐步进入规模化商业应用。目前国外主要有Ensyn，Dynamotive，ROI和BTG等几家单位在从事生物质快速热裂解液化技术的研究和相应的技术推广。我国生物质快速热裂解制取液体燃料技术发展相对滞后。自1995年沈阳农业大学从荷兰引进一套旋转锥闪速热裂解装置以来，国内众多高校科研单位也进行了生物质热裂解液化研究，但是目前大部分还是着重以提升生物油产率为目的的生物质热裂解制取生物油的试验研究，对于该项技术的大型化应用缺乏技术支持和相关经验。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法及其装置的技术方案。

所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，其特征在于包括如下工艺步骤：

1)原料进入料斗并经组合式给料装置给入流化床反应器，在流化床反应器内热裂解后的挥发分通过一级旋风分离器、二级旋风分离器和炭过滤器实现气炭分离，一级旋风分离器下分离出的固体产物直接返料进入流化床反应器提供热量，二级旋风分离器下和炭过滤器下分离下来的炭送到炭燃烧炉内燃烧生成烟气，流经反应器换热器对流化床反应器内流化介质石英沙进行加热以提供热裂解所需的热量，经过反应器换热器后已部分冷却的热烟气通入原料干燥室并排空，在原料干燥室内干燥后的原料收集于料仓；

2)经步骤1)中二级旋风分离器和炭过滤器得到的挥发份进入喷淋塔，冷凝介质经过喷淋塔的喷嘴雾化，将进入喷淋塔中的裂解气体充分冷凝成生物油，并捕集生物油颗粒，一同回落入油液分离器中，油液分离器上层为密度较小的喷淋介质，下层为密度较大的生物油，生物油积累至一定程度进入储油罐存储，上部的喷淋介质在喷淋介质冷却器中经过水冷换热之后在泵的作用下循环利用；

3)经步骤2)中喷淋塔喷淋冷凝后的生物质裂解挥发份含有不可冷凝气体和少量生物油微小液滴进入电捕焦油器进一步收集生物油；

4)步骤3)中的挥发份再经一级间壁式水冷器和二级间壁式水冷器进一步冷却挥发份，从二级间壁式水冷器出来的不可凝裂解气体经过气体滤清装置后，由煤气泵将部分气体再循环输送到流化床反应器用作流化气体，多余气体输送到储气罐经过进一步处理作燃气或其他用途。

所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，其特征在于步骤2)喷淋塔内的温度设置为190℃-210℃。

所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，其特征在于步骤2)喷淋塔内的温度设置为200℃。

所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，其特征在于步骤4)一级间壁式水冷器内的温度设置为90℃-110℃。

所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，其特征在于步骤4)一级间壁式水冷器内的温度设置为100℃。

所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，其特征在于步骤4)二级间壁式水冷器内的温度设置为45℃-50℃。

所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料装置，其特征在于组合式给料装置分别接储气罐和流化床反应器，流化床反应器分别接一级旋风分离器、储气罐和经反应器换热器分别接原料干燥室、炭燃烧炉，原料干燥室分别接料仓和引风机，一级旋风分离器一端接二级旋风分离器另一端接回流化床反应器，二级旋风分离器和炭过滤器的一端连接，二级旋风分离器和炭过滤器的另一端连接后接炭燃烧炉，炭过滤器连接喷淋塔，喷淋塔一端经油液分离器连储液罐，喷淋塔另一端经电捕焦油器、一级间壁式水冷器、二级间壁式水冷器、气体滤清装置与储气罐连接，油液分离器经喷淋介质冷却器连喷淋塔。

所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料装置，其特征在于所述的组合式给料装置包括料斗、搅拌电机和转动电机，搅拌电机固定在料斗的上部，搅拌电机一端设置破拱装置，在料斗的出料口下装有给料螺旋，给料螺旋与转动电机相连，给料螺旋上部和下部分别设置播料风管和给料风管，播料风管和给料风管的一端分别连接储气罐，给料风管的另一端与流化床反应器连接。

所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料装置，其特征在于所述的喷淋塔左侧设置热解挥发份入口，右侧依次设置热解挥发份出口、喷嘴一和喷嘴二，喷淋塔底部设置与油液分离器相连的连接口。

所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料装置，其特征在于所述的电捕焦油器内设置电极丝，电极丝的末端连接设置高压直流电源。

本发明的有益效果：

1)将成熟的流化床技术应用到生物质热裂解技术上，充分利用流化床气固相传热传质强烈优点实现生物质的短时间受热升温，气相停留时间短避免了挥发份二次反应的发生，回收利用固体炭实现流化床反应器的自供热；

2)生物质热裂解挥发份中的固体焦炭直接影响生物油的质量，对其进行有效的分离也是该工艺中的难点所在，本工艺采用两级旋风分离器和炭过滤器组合达到有效回收固体产物炭和高效过滤挥发份中固体物质的目的，从一级旋风分离器中分离出的温度较高的包括流化载体的石英砂等大颗粒固体产物直接返回反应器继续供给热量，二级旋风分离器实现90％以上的固体焦炭的分离并提供给炭燃烧炉作为燃料，微小颗粒的焦炭(＜10μm)在炭过滤器中利用微孔蜂窝陶瓷的过滤作用实现分离；

3)生物质热解气中含有很多小粒径的胶质颗粒，组分非常复杂，其冷凝是在一个温度范围内进行的，此外热解气又是一种非热力学平衡产物，在冷凝过程中会发生一系列聚合和缩聚反应形成大分子物质，这些特性给其冷凝过程带来了很多困难。由喷淋冷凝器、电捕焦油器和两级间壁式水冷器组成分级冷凝系统，在尽可能直接得到高品质燃料油同时，适合于对不同的生物油液体燃料液体进行分别处理，从而降低后续处理费用和最大化高品质燃料油的产量；

4)采用尾气再循环将不可凝裂解气通过煤气泵返回用作流化气体，实现工艺的气体自循环平衡，从而降低了额外气源的成本。炭燃烧炉和反应器换热器组成了高效的反应器自供热系统，其将由气炭分离系统分离下来的固体颗粒直接返料回流化床反应器，炭燃烧利用，使得生物质热裂解所需的热量能得到自行供给，而原料干燥室则有效地利用了反应器自供热系统所产生的余热。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为组合式给料装置的结构示意图；

图3为喷淋塔的结构示意图。

图中：1-组合式给料装置，2-流化床反应器，3-反应器换热器，4-一级旋风分离器，5-二级旋风分离器，6-炭过滤器，7-喷淋塔，8-油液分离器，9-储液罐，10-喷淋介质冷却器，11-电捕焦油器，12-一级间壁式水冷器，13-二级间壁式水冷器，14-气体滤清装置，15-炭燃烧炉，16-料仓，17-原料干燥室，18-储气罐，19-引风机，1.1-料斗，1.2-搅拌电机，1.3-破拱装置，1.4-转动电机，1.5-给料螺旋，1.6-播料风管，1.7-给料风管，7.1-热解挥发份入口，7.2-热解挥发份出口，7.3-喷嘴一，7.4-喷嘴二，7.5-连接口。

具体实施方式

现结合附图说明对本发明做更详细的说明：

如图1所示，生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，包括如下工艺步骤：

1)原料进入料斗并经组合式给料装置1给入流化床反应器2，在流化床反应器2内热裂解后的挥发分通过一级旋风分离器4、二级旋风分离器5和炭过滤器6实现气炭分离，一级旋风分离器4下分离出的固体产物直接返料进入流化床反应器2提供热量，二级旋风分离器5下和炭过滤器6下分离下来的炭送到炭燃烧炉15内燃烧生成烟气，流经反应器换热器3对流化床反应器2内流化介质石英沙进行加热以提供热裂解所需的热量，经过反应器换热器3后已部分冷却的热烟气通入原料干燥室17并排空，在原料干燥室17内干燥后的原料收集于料仓16；

2)经步骤1)中二级旋风分离器5和炭过滤器6得到的挥发份进入喷淋塔7，冷凝介质经过喷淋塔7的喷嘴雾化，将进入喷淋塔7中的裂解气体充分冷凝成生物油，并捕集生物油颗粒，一同回落入油液分离器8中，油液分离器8上层为密度较小的喷淋介质，下层为密度较大的生物油，生物油积累至一定程度进入储油罐9存储，上部的喷淋介质在喷淋介质冷却器10中经过水冷换热之后在泵的作用下循环利用；

3)经步骤2)中喷淋塔7喷淋冷凝后的生物质裂解挥发份含有不可冷凝气体和少量生物油微小液滴进入电捕焦油器11进一步收集生物油；

4)步骤3)中的挥发份再经一级间壁式水冷器4和二级间壁式水冷器5进一步冷却挥发份，从二级间壁式水冷器5出来的不可凝裂解气体经过气体滤清装置14后，由煤气泵将部分气体再循环输送到流化床反应器2用作流化气体，多余气体输送到储气罐18经过进一步处理作燃气或其他用途。

上述生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，喷淋塔7内的温度设置为190℃-210℃，优选为200℃。

上述生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，一级间壁式水冷器4内的温度设置为90℃-110℃，优选为100℃。

上述生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，二级间壁式水冷器5内的温度设置为45℃-50℃。

喷淋冷凝、电捕焦油和间壁冷凝逐级收集的过程：

利用喷淋冷凝收集热解挥发份中大部分的重质油分，进一步利用电捕捕捉挥发份中的微小油滴，利用最后的间壁水冷器对轻质油分进行补充冷却收集，挥发份从冷却系统入口处的200℃通过逐级冷却收集生物油，最终达到出口处的30℃以下，基本完成挥发份中可冷凝部分的全部收集。

喷淋冷凝的工作原理：生物质颗粒在流化床内受热，转变成热裂解气体和焦炭，焦炭经过两级旋风分离器会被基本脱除，剩余的裂解气体进入喷淋塔7内开始冷凝。裂解气从气态冷凝到液态的生物油这一过程中，要发生相变，裂解气由气相转变为液相有四个热量排放阶段：

A：高温气相裂解气由进入冷凝器时的温度降到气液相临界点时的温度所排出的热量；

B：由临界点的气相裂解气冷凝为液相油时所排出的冷凝热，也即潜热；

C：由临界点的液相油降低到与冷凝介质温度相平衡时的热量；

D：不可冷凝气体的焓差。

以生物质热裂解的给料量为1Kg/h为例，选取异构烷烃作为喷淋冷凝介质，带入裂解气、生物油、异构烷烃的相关物性参数，并通过传热计算，得出喷淋液体的流量，从而得知喷淋系统喷嘴和泵的参数要求。喷淋塔7主体为不锈钢材质，塔内选用不锈钢空心锥形喷嘴，采用双喷嘴上下布置方式，选用高压自吸泵来满足喷淋过程中喷淋介质的流量和压力要求。喷淋系统主要部件参数见表1，设计温度为200℃。在反应初期喷淋介质选用与生物油掺混后迅速分层并对生物油没有影响的异构烷烃，后使用间壁冷凝下的轻质成品生物油作为冷凝介质。

表1喷林系统主要部件参数

电捕焦油器11的工作原理：高压直流电源产生的负高压，接入电晕极(阴极)，它与沉淀极(阳极)之间产生电场，电场强度超过一定极限后在阴阳两极间即产生电晕放电，此时流经电场区的挥发份发生电离，产生大量的离子和电子其中的焦油等粒子与离子或电子结合而苻电，在电场力的作用下向两极运动。由于电子质量小，运动速度快，空间分布广，所以主要是苻负电的粒子向沉淀极运动，到达沉淀极板中和后，依靠残存的静电引力和分子间凝聚力首先吸附于沉淀极，而后靠自身重力沿极板下落，通过焦油出口排出。

电捕焦油器11主要用于收集挥发份中不可冷凝气的油气泡状态或极细小的焦油滴(Φ1-17μm)。

两级间壁水冷器采用传统工业中的不锈钢列管式换热器，采用多管程增大换热面积，冷却介质是水，入口温度在50℃左右，排气温度为25℃左右。

如图1所示，生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料装置，组合式给料装置1分别接储气罐18和流化床反应器2，流化床反应器2分别接一级旋风分离器4、储气罐18和经反应器换热器3分别接原料干燥室17、炭燃烧炉15，原料干燥室17分别接料仓16和引风机19，一级旋风分离器4一端接二级旋风分离器5另一端接回流化床反应器2，二级旋风分离器5和炭过滤器6的一端连接，二级旋风分离器5和炭过滤器6的另一端连接后接炭燃烧炉15，炭过滤器6连接喷淋塔7，喷淋塔7一端经油液分离器8连储液罐9，喷淋塔7另一端经电捕焦油器11、一级间壁式水冷器12、二级间壁式水冷器13、气体滤清装置14与储气罐18连接，油液分离器8经喷淋介质冷却器10连喷淋塔7。

如图2所示，组合式给料装置1包括料斗1.1、搅拌电机1.2和转动电机1.4，搅拌电机1.2固定在料斗1.1的上部，搅拌电机1.2一端设置破拱装置1.3，在料斗1.1的出料口下装有给料螺旋1.5，给料螺旋1.5与转动电机1.4相连，给料螺旋1.5上部和下部分别设置播料风管1.6和给料风管1.7，播料风管1.6和给料风管1.7的一端分别连接储气罐18，给料风管1.7的另一端与流化床反应器2连接。

如图3所示，喷淋塔7左侧设置热解挥发份入口7.1，右侧依次设置热解挥发份出口7.2、喷嘴一7.3和喷嘴二7.4，喷淋塔7底部设置与油液分离器8相连的连接口7.5。

如图1所示，分级冷凝系统实现将产物分段冷凝的目的，并可以通过调整冷凝器的温度对生物油进行分级收集，以达到粗生物油初级分离的目的。其中喷淋冷凝器2设计温度为200℃，反应初期喷淋介质选用与生物油掺混后迅速分层并对生物油没有影响的异构烷烃，后使用间壁冷凝下的轻质成品生物油作为冷凝液，雾化后的的冷凝介质直接喷洒到高温热解气中，细微的冷凝液直接与热解气接触，胶质颗粒与冷凝液滴相接触后被收集，热解气迅速降温从而抑制聚合和缩聚等反应的发生，得到液体产物50％以上的具有重油品质的液体产物；经过生物质热裂解挥发份中含有较多的生物油雾，以内充不可冷凝气的油气泡状态或极细小的焦油滴(Φ1-17μm)存在于热解气中，这部分油雾沉降速度小于气流速度，很容易悬浮于热解气中而被带走，利用喷淋冷凝后的电捕焦油器11来收集这部分液体产物最为经济可靠，油雾在电捕焦油器的电场力作用下向两级运动，到达沉淀极板中后依靠残存的静电引力和分子间凝聚力吸附于沉淀极，而后靠自身重力沿极板下落，通过焦油出口排除，效率可达98％以上，获得30％以上的中质油；热解气最后通过两级间壁式水冷器，通过调整冷凝器的温度(降膜冷凝的最终温度)收集在汽油馏程范围内的轻质燃料油，最后一级温度为45-50℃，其作用是将生物质热裂解过程中的挥发份中包括水分在内的可冷凝成分冷凝下来，该段收集得到的液体产物因含有较多水分，需采用常规的分馏处理程序去除其中的水分，除水分后的产物可以和一级间壁式水冷器冷凝得到的液体产物一起成为轻质燃料油或用作化工原料。

如图2所示，组合式给料装置1将木屑等生物质原料送入流化床反应器2，克服了传统重力下料方式的不足，由给料螺旋1.5保证原料的定量供给，气力输送保证将原料快速送入流化床反应器2。气力输送由下料风和播料风组成，下料风保证给料螺旋1.5出来的原料顺利下落入播料风管1.6，播料风则起到输送原料的作用。通过优化流化床反应器2流化风、播料风和下料风之间的配比，保证了物料的输送。为了防止进料口积炭采用螺旋进料器使生物质沿反应器筒体垂直的方向进入。由于生物质种类的差异，如软木类和草本类植物休止角较大，在料斗1.1内容易出现搭桥现象而导致给料不畅，需要外力的振动来实现破拱。在料斗1.1的外壁和料斗1.1出口处分别安装了搅拌电机1.2和破拱装置1.3，来改善料斗1.1内部和出口处生物质物料的流动性，配合播料风、给料风的调解，基本实现了对任何物料都可以连续均匀的给料。

自热自循环工艺：生物质快速热解一般得到50-75％的生物油，其余产物为焦炭和燃气，每公斤生物油热解得到的焦炭和燃气的总能量大于热解所需的热量，完全可以利用热解副产物来为生物质热解提供热量，从而实现自热式的热解液化。本工艺中通过利用热解副产物焦炭的燃烧烟气和燃气热量来加热流化载体石英砂，实现整套工艺的自热循环，炭燃烧炉15和反应器换热器3组成了高效的反应器自供热系统，其将由气炭分离系统分离下来的固体颗粒直接返料回流化床反应器，炭燃烧利用，使得生物质热裂解所需的热量能得到自行供给；而原料干燥室17则有效地利用了反应器自供热系统所产生的余热。采用尾气再循环将不可凝裂解气通过煤气泵返回，用作流化气体从而降低了额外气源的成本，实现系统气体自循环的平衡。

本发明的最佳实施方式：

借助传统给料方式将生物质原料首先给入料斗1.1，组合式给料装置1将生物质原料送入与之相连的流化床反应器2内，进入流化床反应器2的原料在密相床内被闪速加热达到约500℃的较佳的反应温度，原料迅速受热分解释放出挥发份，并在小于1s的时间内被流化风快速带离流化床反应器2，热解固体产物炭同时也被气力夹带出流化床反应器2。从反应器出来的炭和挥发份混合物进入气炭分离系统，气炭混合物首先进入二级旋风分离器5，其中约95％左右的炭被旋风分离器分离下来，其中一级旋风分离器4下的高温固体直接返料进入流化床反应器2提供热量，剩余的炭和挥发份一起再进入后续的炭过滤器6，由气固分离器将其中剩余的炭过滤出来，干净的挥发份进入后续的分级冷凝系统。分级冷凝系统由喷淋塔7、电捕焦油器11、一级间壁式水冷器12和二级间壁式水冷器13组成，其中喷淋塔7的温度最高，该温度相当于汽油的终馏点，其作用是把那些沸点较高的液体产物先冷却下来得到具有重油品质的燃料油，可直接燃烧利用或进行进一步裂化深加工成轻质燃料油；电捕焦油器11对生物质热解气中的油雾进行高效分离收集；两级间壁式冷凝器中的一级间壁水冷式冷凝器12的温度设定在100℃，其主要目的是收集在汽油馏程范围内的轻质燃料油，该段的产物可通过提炼加工成高品质动力用油；二级间壁水冷式冷凝器13的温度为45-50℃，其作用是将生物质热裂解过程中的挥发份中包括水在内的可冷凝成分冷凝下来，该段收集得到的液体产物因含有较多水分，需采用常规的分馏处理程序去除其中的水分，去除水分后的产物可以和一级间壁水冷式冷凝器12冷凝得到的液体产物一起成为轻质燃料油或用作化工原料。从气固分离系统收集下来的炭给入炭燃烧炉15燃烧生成热烟气，生成的热烟气通入反应器换热器3将热量传给流化床反应器2的密相床床层，提供生物质热裂解所需的热量。经过部分冷却的热烟气通入原料干燥室17对原料进行干燥，干燥后的原料收集于料仓16。从分级冷凝系统出来的不可凝裂解气泵入储气罐18，其中的部分气体经过脱二氧化碳工艺用作可燃气，另外的部分气体返回流化床反应器2用于床料的流化。

Claims (10)

1.生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，其特征在于包括如下工艺步骤：

1)原料进入料斗并经组合式给料装置(1)给入流化床反应器(2)，在流化床反应器(2)内热裂解后的挥发分通过一级旋风分离器(4)、二级旋风分离器(5)和炭过滤器(6)实现气炭分离，一级旋风分离器(4)下分离出的固体产物直接返料进入流化床反应器(2)提供热量，二级旋风分离器(5)下和炭过滤器(6)下分离下来的炭送到炭燃烧炉(15)内燃烧生成烟气，流经反应器换热器(3)对流化床反应器(2)内流化介质石英沙进行加热以提供热裂解所需的热量，经过反应器换热器(3)后已部分冷却的热烟气通入原料干燥室(17)并排空，在原料干燥室(17)内干燥后的原料收集于料仓(16)；

2)经步骤1)中二级旋风分离器(5)和炭过滤器(6)得到的挥发份进入喷淋塔(7)，冷凝介质经过喷淋塔(7)的喷嘴雾化，将进入喷淋塔(7)中的裂解气体充分冷凝成生物油，并捕集生物油颗粒，一同回落入油液分离器(8)中，油液分离器(8)上层为密度较小的喷淋介质，下层为密度较大的生物油，生物油积累至一定程度进入储油罐(9)存储，上部的喷淋介质在喷淋介质冷却器(10)中经过水冷换热之后在泵的作用下循环利用；

3)经步骤2)中喷淋塔(7)喷淋冷凝后的生物质裂解挥发份含有不可冷凝气体和少量生物油微小液滴进入电捕焦油器(11)进一步收集生物油；

4)步骤3)中的挥发份再经一级间壁式水冷器(4)和二级间壁式水冷器(5)进一步冷却挥发份，从二级间壁式水冷器(5)出来的不可凝裂解气体经过气体滤清装置(14)后，由煤气泵将部分气体再循环输送到流化床反应器(2)用作流化气体，多余气体输送到储气罐(18)经过进一步处理作燃气或其他用途。

2.根据权利要求1所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，其特征在于步骤2)喷淋塔(7)内的温度设置为190℃-210℃。

3.根据权利要求1所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，其特征在于步骤2)喷淋塔(7)内的温度设置为200℃。

4.根据权利要求1所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，其特征在于步骤4)一级间壁式水冷器(4)内的温度设置为90℃-110℃。

5.根据权利要求1所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，其特征在于步骤4)一级间壁式水冷器(4)内的温度设置为100℃。

6.根据权利要求1所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料的方法，其特征在于步骤4)二级间壁式水冷器(5)内的温度设置为45℃-50℃。

7.生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料装置，其特征在于组合式给料装置(1)分别接储气罐(18)和流化床反应器(2)，流化床反应器(2)分别接一级旋风分离器(4)、储气罐(18)和经反应器换热器(3)分别接原料干燥室(17)、炭燃烧炉(15)，原料干燥室(17)分别接料仓(16)和引风机(19)，一级旋风分离器(4)一端接二级旋风分离器(5)另一端接回流化床反应器(2)，二级旋风分离器(5)和炭过滤器(6)的一端连接，二级旋风分离器(5)和炭过滤器(6)的另一端连接后接炭燃烧炉(15)，炭过滤器(6)连接喷淋塔(7)，喷淋塔(7)一端经油液分离器(8)连储液罐(9)，喷淋塔(7)另一端经电捕焦油器(11)、一级间壁式水冷器(12)、二级间壁式水冷器(13)、气体滤清装置(14)与储气罐(18)连接，油液分离器(8)经喷淋介质冷却器(10)连喷淋塔(7)。

8.根据权利要求7所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料装置，其特征在于所述的组合式给料装置(1)包括料斗(1.1)、搅拌电机(1.2)和转动电机(1.4)，搅拌电机(1.2)固定在料斗(1.1)的上部，搅拌电机(1.2)一端设置破拱装置(1.3)，在料斗(1.1)的出料口下装有给料螺旋(1.5)，给料螺旋(1.5)与转动电机(1.4)相连，给料螺旋(1.5)上部和下部分别设置播料风管(1.6)和给料风管(1.7)，播料风管(1.6)和给料风管(1.7)的一端分别连接储气罐(18)，给料风管(1.7)的另一端与流化床反应器(2)连接。

9.根据权利要求7所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料装置，其特征在于所述的喷淋塔(7)左侧设置热解挥发份入口(7.1)，右侧依次设置热解挥发份出口(7.2)、喷嘴一(7.3)和喷嘴二(7.4)，喷淋塔(7)底部设置与油液分离器(8)相连的连接口(7.5)。

10.根据权利要求7所述的生物质自热自循环式热裂解制取液体燃料装置，其特征在于所述的电捕焦油器(11)内设置电极丝，电极丝的末端连接设置高压直流电源。

Images