CN102021013A - 一种高效净化分离及收集生物油的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效净化分离及收集生物油的方法，包括以下步骤：生物油分离：将经过破碎的生物质通入流化床，生物质在流化床内快速热解，生成包括可冷凝生物油、热解气的热解气体产物以及固体残渣，将产生的固体残渣和热解气体产物快速分离；生物油冷凝：将步骤(1)分离出来的热解气体产物采用有机冷凝剂快速冷凝，将热解气体产物中的可冷凝生物油冷凝成小液滴；生物油收集：将步骤(2)冷凝得到的生物油液滴与气体分离，得到生物油；分离出来的热解气经过进一步处理利用。本发明利用有机溶剂直冷的方式对生物质热解气体产物进行冷凝，制备生物油。避免了传统直冷工艺采用生物油冷凝热解气体时，生物油多次循环冷凝后，粘性增加，流动性能较差，同时生物油与固体颗粒容易在喷嘴处结团，造成喷嘴堵塞。

Description

一种高效净化分离及收集生物油的方法及装置

技术领域

本发明涉及生物质能利用技术领域，尤其涉及一种生物油净化分离收集的方法及装置。

背景技术

目前，发达国家以生物能源和化工产品生产为主的生物质产业正在蓬勃兴起，其中，用生物质快速热解技术制取生物油，大力发展生物能源以替代化石燃料，是当前的研究主流和发展前沿。由于生物质快速热解条件非常苛刻，目前用生物质热解制备的生物油，还存在氧含量高，腐蚀性和粘度较大，化学成分复杂和不稳定等问题，要替代石油燃料尚有一定距离。

专利CN02112008.8和CN02218043.5公开了一种生物质整合式热裂解分级制取液体燃料的技术和装置，采用变截面流化床反应器，高、中、低冷凝器组成的分级冷凝系统，通过分级冷凝获取不同馏分的生物油，生物油固体颗粒物含量高的问题。专利CN公开了一种生物质真空裂解制备生物油的方法，包括以下流程：(1)真空裂解：经预处理后的原料加入反应釜中，在外围管式炉加热下升温裂解，反应釜内置有导热器件。(2)冷凝：低温下的挥发份(主要为水蒸汽)被导入干燥塔，高温下的挥发份被导入盘管冷凝器中冷凝。(3)吸收：不可凝气中的水蒸汽被干燥塔吸收，氮化物和硫化物被鼓泡吸收瓶吸收。该专利存在生产的生物油粘度较高，冷凝过程换热效率不高的问题。专利CN200810198249.2公开了一种分级制取生物油的装置及方法，在真空压力下，热裂解装置外加热升温时，根据热解温度不同，将低温段制得的含水量较高的生物油提前分离，控制热解温度的停留时间，收集中温段时生成的含水量低，有机组分含量高的生物油，另外在真空裂解反应器下游设置催化裂解装置，将长链有机物和复杂芳香族化合物裂解为短链和简单芳香型化合物。该专利生物油产率较低，生产成本较高的问题。

上述专利均未涉及炉内过滤与有机冷凝剂喷淋相结合的生物油净化分离机收集方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术生物油粘度较高、固体颗粒物含量高等技术问题，提供一种高效净化分离及收集生物油的方法及装置。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种高效净化分离及收集生物油的方法，包括以下步骤：

(1)生物油分离：将经过破碎的生物质通入流化床，生物质在流化床内快速热解，生成包括可冷凝生物油、热解气的热解气体产物以及固体残渣；将产生的固体残渣和热解气体产物快速分离；

(2)生物油冷凝：将步骤(1)分离出来的热解气体产物采用有机冷凝剂快速冷凝，将热解气体产物中的可冷凝生物油冷凝成小液滴；

(3)生物油收集：将步骤(2)冷凝得到的生物油液滴与气体分离，得到生物油；分离出来的热解气经过进一步处理利用。

现有技术是采用固体残渣和热解气体产物在床外分离，本发明采用的是在床内分离；生物油冷凝现在最常用的方法是采用生物油循环喷淋，少量的采用间接换热冷凝，本发明中采用有机溶剂冷凝。

所述步骤(2)中生物质热解气体产物冷却时采用直冷方式，采用的有机冷凝剂为L-异构烷烃。有机溶剂与生物油不互溶，与生物油混合时分层，溶剂位于生物油上层。直冷的方式是冷凝剂与需要冷却的物质直接接触，一般采用喷头将冷凝剂雾化的方式。

所述步骤(2)中生物质热解气体产物冷却时所述冷却剂的温度为-15～30℃。确保生物质热解气体产物中的可冷凝气体完全冷凝，提高生物油产率。

本发明还提供了一种高效净化分离及收集生物油的装置，该装置配合流化床使用，流化床炉膛内一般分成密相区和稀相区两个部分，实际运行时床料和物料比较多的区域叫密相区，是反应发生的地方，物料和床料比较少的区域为稀相区；连接在流化床中下部上设有进料机构，流化床顶部设有流化床气体出口，底部设有流化气进口；该种高效净化分离及收集生物油的装置，包括有管束过滤器，所述管束过滤器设置在流化床中部内的密相区，通过管束过滤器在流化床密相区将气化产物分离出来，并净化，还包括有文丘里冷凝管，油泵，冷凝器、油箱和气液分离器；文丘里冷凝管管从进口到出口一般分成入口段、收缩段、喉口、扩散段几个部分，所述文丘里冷凝管的一端与管束过滤器的顶端连接，另一端连接到气液分离器，在所述文丘里冷凝管的喉口上均匀布设有至少一个喷嘴，所述喉口通过管道依次与油泵、冷凝器连接，冷凝器另一端连接到油箱；所述油箱的顶端连接到气液分离器；在油箱内灌注有有机冷凝剂。本发明中文丘里冷凝管能加强冷凝剂与气化气体产物的混合。

管束过滤器用于将生物质在流化床内热解产生的热解气体产物(包括可冷凝生物油和热解气)、固体残渣以及床内的床料分离，并将热解气体产物快速导出流化床，防止热解产生的生物油发生二次裂解，提高生物油产率，同时利用床料与管束过滤器外表面的快速摩擦作用，将过滤时可能附着在管束过滤器外表面的生物焦摩快速去除，防止管束过滤器堵塞；文丘里冷凝管用于对热解气体产物进行冷凝，从而得到生物油，气液分离器用于将冷凝后气体中的生物油液滴与热解气分离，并将分离出来的液体储存在油箱中。

所述文丘里冷凝管与水平面为倾斜布置，其远离流化床的一端低于靠近流化床的一端设置，所述倾斜角度在2～15°之间。便于在文丘里冷凝管内冷凝下来的有机液体(生物油及冷凝剂)顺冷凝管壁面流进气液分离器，避免液体在文丘里冷凝管内聚集，影响文丘里冷凝管正常运作。

在文丘里冷凝管喉口处的圆周上采用多个喷嘴对称布置。

所述喷嘴为倾斜布置，喷嘴与来流方向夹角在45～90°之间。以形成稳定的流场，使冷凝剂与生物质热解气体产物混合均匀，以达到良好的冷却效果。

所述有机冷凝剂为L-异构烷烃。

所述气液分离器采用多个旋风分离器并联布置。可以提高气液分离效率，增加生物油产量。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明利用有机溶剂直冷的方式对生物质热解气体产物进行冷凝，制备生物油。避免了传统直冷工艺采用生物油冷凝热解气体时，生物油多次循环冷凝后，粘性增加，流动性能较差，同时生物油与固体颗粒容易在喷嘴处结团，造成喷嘴堵塞。

2、本发明采用的冷凝剂为L-异构烷烃，与生物油不互溶，且产生分层。在生产过程中L-异构烷烃可以方便的循环使用，节约生产成本。同时L-异构烷烃流动性及稳定性较好，可以有效防止喷嘴堵塞。

3、本发明采用管束过滤器进行气固分离，生产的生物油固体颗粒物含量低，流动性能好。

4、该发明工艺适应性较强，且结构简单、紧凑，易于放大。

附图说明

图1是本发明生物质快速热解制取生物油的装置结构示意图；

图2是图1文丘里管喉口局部放大图；

图3是文丘里管喉口A-A截面视图；

图4是气液分离器B-B截面视图；

附图标记说明：1-管束过滤器，2-文丘里管，3-气液分离器，4-料斗，5-螺旋进料器，6-流化气进口，7-流化床，8-流化床气体出口，9-冷凝剂出口，10-油泵，11-喉口，12-油箱，13-冷凝器，14-喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明内容做进一步详细说明。

实施例：

一种高效净化分离及收集生物油的方法，包括以下步骤：

(1)生物油分离：将经过破碎的生物质通入流化床，生物质在流化床内快速热解，生成包括可冷凝生物油、热解气的热解气体产物以及固体残渣。将产生的固体残渣和热解气体产物快速分离。

(2)生物油冷凝：将步骤(1)分离出来的热解气体产物采用有机冷凝剂快速冷凝，将热解气体产物中的可冷凝生物油冷凝成小液滴；

(3)生物油收集：将步骤(2)冷凝得到的生物油液滴与气体分离，得到生物油；分离出来的热解气经过进一步处理利用。

步骤2中生物质热解气体产物冷却时采用直冷方式，采用的有机冷凝剂为L-异构烷烃。

步骤(2)中生物质热解气体产物冷却时所述有机冷凝剂的温度可选为-15～30℃，本实施例中选取为-5℃。

请参阅图1和图4所示，一种与流化床配合使用的高效净化分离及收集生物油的装置，流化床用来产生生物油，连接在流化床7中下部上有进料机构，该进料机构包括有螺旋进料器5，在螺旋进料器5上设有料斗4组成，流化床7顶部设有流化床气体出口8，底部设有流化气进口6；该种高效净化分离及收集生物油的装置包括有设置在流化床7中部内密相区的管束过滤器1，还包括有文丘里冷凝管2，油泵10，冷凝器13、油箱12和气液分离器3；文丘里冷凝管2的一端与管束过滤器1的顶端连接，另一端连接到气液分离器3，文丘里冷凝管2的喉口11上均匀布设有至少一个喷嘴14，喉口11通过管道依次与油泵10、冷凝器13连接，冷凝器13另一端连接到油箱12，在油箱12上设有冷凝剂出口9，其通过管道与冷凝器13连接；油箱12的顶端连接到气液分离器3；在油箱12内灌注有有机冷凝剂。有机冷凝剂为L-异构烷烃。

请结合参阅图2所示，文丘里冷凝管2与水平面为倾斜布置，其远离流化床7的一端低于靠近流化床7的一端设置，倾斜角度在2～15°之间。本实施例中选取为5°。

请结合参阅图3所示，在文丘里冷凝管2喉口11处的圆周上采用多个喷嘴14对称布置。可以如图3所示的四个喷嘴对称布置，或者六个、八个及更多个喷嘴对称布置。

喷嘴14为倾斜布置，喷嘴与来流方向夹角在45～90°之间。本实施例中选取为75°。

气液分离器3可采用多个旋风分离器并联布置，能更有效的将冷凝后气体中的生物油液滴与热解气分离。

本发明的具体运行过程如下：经破碎成细颗粒状的生物质放置在料斗4内，然后通过螺旋进料器5进入流化床7内，在从流化床气体进口8通入的高温气体流化、加热下，在流化床7内550℃热解，生成热解气体产物(包括生物油和热解气)和固体残渣；热解产物大部分通过管束过滤器1分离，分离出来的热解气体产物进入文丘里冷凝管2；少量气体(包括热解气体产物、固体残渣)不通过管束过滤器1，直接从流化床气体出口8排出流化床7；进入文丘里冷凝管2的生物质热解气体产物在经过文丘里管喉口11时，在从喷嘴14喷入的低温冷凝剂(L-异构烷烃)作用下，生物质热解气体产物中的可冷凝气体冷凝成小液滴，并随气体一起进入气液分离器3；少量可冷凝气体直接冷凝成液体生物油，沿倾斜的文丘里冷凝管2流入气液分离器3，进入气液分离器3中气体里的小液滴和气体被分离开：分离出来的液体被储存在油箱12中，油箱12中的液体自动分层，下层液体为生物油，上层液体为冷凝剂L-异构烷烃；上层的L-异构烷烃从冷凝剂出口9，流出油箱12，然后被冷凝器13冷却到-5℃，然后通过油泵10鼓入喷嘴14中，用来冷却生物质热解气体产物；分离出来的热解气经过进一步处理利用。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (9)

1.一种高效净化分离及收集生物油的方法，包括以下步骤：

(1)生物油分离：将经过破碎的生物质通入流化床，生物质在流化床内快速热解，生成包括可冷凝生物油、热解气的热解气体产物以及固体残渣，将产生的固体残渣和热解气体产物快速分离；

(2)生物油冷凝：将步骤(1)分离出来的热解气体产物采用有机冷凝剂快速冷凝，将热解气体产物中的可冷凝生物油冷凝成小液滴；

(3)生物油收集：将步骤(2)冷凝得到的生物油液滴与气体分离，得到生物油；分离出来的热解气经过进一步处理利用。

2.如权利要求1所述的高效净化分离及收集生物油的方法，其特征在于：所述步骤(2)中生物质热解气体产物冷却时采用直冷方式，采用的有机冷凝剂为L-异构烷烃。

3.如权利要求1所述的高效净化分离及收集生物油的方法，其特征在于：所述步骤(2)中生物质热解气体产物冷却时所述有机冷凝剂的温度为-15～30℃。

4.一种高效净化分离及收集生物油的装置，其特征在于：包括有管束过滤器(1)、文丘里冷凝管(2)和气液分离器(3)，所述管束过滤器(1)设置在流化床(7)中部内的密相区，还包括有油泵(10)、冷凝器(13)和油箱(12)；所述文丘里冷凝管(2)的一端与管束过滤器(1)的顶端连接，另一端连接到气液分离器(3)，所述文丘里冷凝管(2)的喉口(11)上均匀布设有至少一个喷嘴(14)，所述喉口(11)通过管道依次与油泵(10)、冷凝器(13)连接，冷凝器(13)另一端连接到油箱(12)；所述油箱(12)的顶端连接到气液分离器(3)；在油箱(12)内灌注有有机冷凝剂。

5.如权利要求4所述的高效净化分离及收集生物油的装置，其特征在于：所述文丘里冷凝管(2)与水平面为倾斜布置，其远离流化床(7)的一端低于靠近流化床(7)的一端设置，所述倾斜角度在2～15°之间。

6.如权利要求4所述的高效净化分离及收集生物油的装置，其特征在于：在文丘里冷凝管(2)喉口(11)处的圆周上采用多个喷嘴对称布置。

7.如权利要求4所述的高效净化分离及收集生物油的装置，其特征在于：所述喷嘴(14)为倾斜布置，喷嘴与来流方向夹角在45～90°之间。

8.如权利要求4所述的高效净化分离及收集生物油的装置，其特征在于：所述有机冷凝剂为L-异构烷烃。

9.如权利要求4所述的高效净化分离及收集生物油的装置，其特征在于：所述气液分离器(3)采用多个旋风分离器并联布置。

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