CN102241996A - 热解炉和生物质热解方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热解炉和生物质热解方法。与现有技术相比，由于本发明提供的热解炉的进料气固喷嘴设置于炉体顶端，因此，生物质原料从进料气固喷嘴进入炉体气流床后首先被预热并发生部分热解反应，然后进入流化床中进行热解反应。由于生物质原料被预热，温度升高，因此，预热后的生物质原料进入流化床后，不会降低流化床的温度，从而保证了流化床可以达到生物质原料充分热解的温度，提高了生物质热解气的产率。因此，本发明提供的热解炉具有较高的热解气的产率，从而提高了导致后续工艺中冷凝阶段的产油率。

Description

热解炉和生物质热解方法

技术领域

本发明涉及生物质能的利用和转化技术领域，更具体地说，涉及一种热解炉和生物质热解方法。

背景技术

传统生物质转化技术包括生物质气化、生物质热解、生物质发酵等，其中，利用生物质热解技术不仅可以将生物质转化为燃料和化学品，而且成本较低，因此得到了广泛的研究。根据热解过程的操作条件的不同，生物质热解工艺可以分为三大类：低温常规热解、中温快速热解和高温闪解。其中，中温快速热解的最大液体产率较高，并且，中温快速热解制备的生物油产品热值可达到传统燃料油的一半以上，不但可直接用于窑炉燃烧，更可以作为合成化学品的原料，因此，中温快速热解成为当前国际范围内热解技术的研究热点。

在中温快速热解中，生物质在隔绝空气或在少量空气存在的条件下，采用较低反应温度、较短的气体停留时间被热解得到气相产物，然后经骤冷和浓缩得到生物油产品。目前，针对生物质快速热解方面已研究开发了多种新型生物质热解制油装置，例如，循环流化床锅炉高温灰热解装置、链道式干燥热解制油装置、自热型变截面流化床生物质热裂解制油装置等。

申请号为200710032675.4的中国专利文献报道了一种生物质复合气化的方法及装置，生物质原料由该装置的中部进料后直接在该装置的流化床中发生热解反应。由于生物质原料为常温，在进入流化床后大大降低了流化床的温度，从而使流化床很难达到生物质原料的热解温度，造成生物质原料在该热解装置中不能充分热解。因此，该热解装置的生物质热解气产率较低，从而导致后续工艺中冷凝阶段的产油率较低。本发明人考虑，提供一种热解炉和生物质热解方法，提高生物质热解气的产率。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种具有较高的生物质热解气产率的热解炉，本发明还提供一种生物质热解方法。

本发明提供一种热解炉，包括炉体、设置于所述炉体内的流化床，还包括：

设置于所述炉体顶端的进料气固喷嘴。

优选的，所述进料气固喷嘴为心锥形喷嘴。

优选的，所述炉体顶端为炉体上部或炉体侧上部。

优选的，还包括：

设置于所述进料气固喷嘴与所述流化床之间的旋风分离器。

优选的，所述旋风分离器固定于所述炉体内壁上。

优选的，还包括：

设置于所述流化床下方的换热器。

优选的，所述换热器为盘管式换热器。

本发明提供一种生物质热解方法，包括以下步骤：

将生物质原料与载气经热解炉顶端喷出，混合、预热，得到混合物；

将所述混合物在500～800℃下进行热裂解反应，得到生物半焦和生物质热解气。

优选的，所述生物质原料的含水量低于10wt％，粒径为100微米～2毫米。

优选的，得到生物半焦和生物质热解气后还包括：

取部分所述生物质热解气，将其加热至500～700℃进行热裂解反应。

本发明提供一种热解炉和生物质热解方法。与现有技术相比，由于本发明提供的热解炉的进料气固喷嘴设置于炉体顶端，因此，生物质原料从进料气固喷嘴进入炉体后首先被预热并发生部分热解反应，然后进入流化床中进行热解反应。由于生物质原料被预热，温度升高，因此，预热后的生物质原料进入流化床后，不会降低流化床的温度，从而保证了流化床可以达到生物质原料充分热解的温度，提高了生物质热解气的产率。因此，本发明提供的热解炉具有较高的热解气的产率，从而提高了导致后续工艺中冷凝阶段的产油率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的热解炉示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，现在将本专利中涉及到的技术术语解释如下：

气流床层：气流床层是指气固喷嘴与流化床之间的空间。

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种热解炉，包括：

炉体7；

设置于炉体7内的流化床3，

设置于炉体7顶端的进料气固喷嘴1。

在上述热解炉中，流化床3底面与炉体7内壁构成燃烧室5。

本发明对采用的进料气固喷嘴并无特别限制，可以为本领域技术人员常用的喷嘴，优选为心锥形喷嘴。本发明中炉体7的顶端可以为炉体7的上部，也可以为炉体7的侧上部。流化床3优选设置于炉体7的中部或下部。由于进料气固喷嘴设置于炉体7的顶端，因此，使进料气固喷嘴与流化床3之间形成一定空间，为气流床层。在生物质原料进入热解炉后，首先在进料气固喷嘴1与流化床3之间的空间预热，然后进入流化床进行热裂解反应。

本发明提供的热解炉还优选包括设置于进料气固喷嘴1与流化床3之间的旋风分离器2。旋风分离器2固定于所述炉体内壁上。此外，该热解炉还优选包括设置于流化床3下方的换热器4和设置于换热器4下方的气体分布板6。换热器4优选为盘管式换热器。其中，进料气固喷嘴1用于将生物质原料和载气喷入热解炉中，形成位于进料气固喷嘴1与流化床3之间的气流床。所述载气优选为生物质热解气体，更优选为生物质轻气体。采用生物质轻气体作为生物质热解的热解载气，避免了热解炉中惰性气体的引入和积累，可以显著地提高生物质热解气的品质和热值，并最大限度地降低了系统气体的弛放量，有效地提高了整个过程的热解能量效率。所述热裂解气体中生物质轻气体的主要成分为CO，CO₂，H₂，H₂O和低碳烃类等。

流化床3优选为由惰性物料和生物质粉构成的物料层，所述惰性物料优选为砂粒、干焦炭、过渡型金属氧化物或流化催化裂化(简称FCC)催化剂颗粒。由于流化床3中惰性物料和生物质粉等蓄热载体的存在，生物质原料在流化床3中可以迅速被加热并发生快速热裂解，生成生物半焦及生物质热裂解气体，生成的热裂解气体包括生物质轻气体和生物质重气体。快速热裂解过程可以提高生物质热解产品中的生物质热解气的含量；同时，生物质原料在热解炉中发生粉化作用，生物质原料的粒径和密度降低，被流化风带出。生物半焦及生物质热裂解气体进入旋风分离器2，热裂解气体从旋风分离器2的顶部引出；固体颗粒从旋风分离器2的底部引出。固体颗粒的一部分作为燃料进入燃烧室5与空气燃烧作为换热器4的热源，另一部分作为生物质焦炭引出。生物质热裂解气体经过后续工序后，会返回一股轻组分气体，该轻组分气体分为三股气流，一部分作为固体生物质的载气进入进料喷嘴1，一部分作为燃料进入燃烧室5与空气燃烧作为换热器4的热源，第三部分进入换热器4，在换热器4中被加热后进入流化床3作为流化气体介质以及生物质颗粒的加热介质。

气体分布板6位于所述换热器下方，用于将气体均匀分布在燃烧室5中。在燃烧室5里，燃料燃烧释放出大量的热供给整个系统。所述燃料优选为生物质热解气中的生物质轻气体和生物质半焦，该燃烧室中生成的高温烟道气(约900℃)中氧含量极低，一般低于1％，可用于对生物质粉的预热或发电。另外，在燃烧室5里通过出口(图中未示出)将灰渣排放。

与现有技术相比，由于本发明提供的热解炉的进料气固喷嘴设置于炉体顶端，因此，生物质原料从进料气固喷嘴进入炉体后首先被预热并发生部分热解反应，然后进入流化床中进行热解反应。由于生物质原料被预热，温度升高，因此，预热后的生物质原料进入流化床后，不会降低流化床的温度，从而保证了流化床可以达到生物质原料充分热解的温度，提高了生物质热解气的产率。因此，本发明提供的热解炉具有较高的热解气的产率，从而提高了导致后续工艺中冷凝阶段的产油率。

本发明还提供一种生物质热解方法，包括以下步骤：

将生物质原料与载气经热解炉顶端喷出，混合、预热，得到混合物；

将所述混合物在500～800℃下进行热裂解反应，得到生物半焦和生物质热解气。

本发明得到生物半焦和生物质热解气后还优选包括：取部分所述生物质热解气，将其加热至500～700℃进行热裂解反应。

本发明采用的生物质原料的含水量优选低于10wt％，更优选低于8wt％。所述生物质原料的粒径优选为100微米～2毫米，更优选为100微米～1毫米。本发明还优选包括：将生物质原料预热干燥、粉碎研磨。本发明中优选包括经预热干燥并粉碎研磨的生物质粉经进料气固喷嘴吹入热解炉中，在喷嘴与流化床之间形成气流床，生物质粉料与热解炉中的生物质热解气接触，然后在重力作用下落入流化床中，并迅速完成充分的混合。所述生物质原料经进料气固喷嘴喷出后在气流床层预热，然后在重力作用下落入流化床中。流化床3的温度优选为650～750℃，更优选为680～720℃。在流化床3中，生物质粉料被高温惰性物料迅速加热到500～800℃，发生快速热解反应生成生物半焦及生物质热解气，生物质热解气包括生物质轻气体和生物质重气体。生物半焦及生物质热裂解气体进入旋风分离器2，热裂解气体从旋风分离器2的顶部引出，固体颗粒从旋风分离器2的底部引出。

本发明利用气流床的优势，使生物原料和热解气体能够在最短时间内完成充分的混合。通过蓄热物料的快速加热，生物质在流化床内完成快速热解，提高生物质热解的油品产率。由于利用生物质热解气作为流化介质，避免了氮气等对气相产物的污染，既免去了分离的需要，也可以有效地提高热解气体的品质，最大限度的降低系统的弛放量。旋风分离器在生物质热解气冷凝之前把大部分夹带的生物质焦炭及其他颗粒进行分离，降低了产品油中炭颗粒的含量，提高油品的稳定性。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

利用图1所示的热解炉，将经预热干燥并粉碎研磨的生物质原料和生物质热解气经进料气固喷嘴1以旋转气流的方式喷出，在气流床层中混合预热；

将得到的混合物落入温度为700℃的流化床3中，热裂解反应，得到生物半焦和和生物质热解气；

取部分所述生物质热解气，将其加热至600℃，然后通入流化床3中；

所述生物半焦由旋风分离器2收集。

实验结果证明，本实施例的生物质热解气的产率约为66％。

实施例2

利用图1所示的热解炉，将经预热干燥并粉碎研磨的生物质原料和生物质热解气经进料气固喷嘴1以旋转气流的方式喷出，在气流床层中混合预热；

将得到的混合物落入温度为720℃的流化床3中，热裂解反应，得到生物半焦和和生物质热解气；

取部分所述生物质热解气，将其加热至570℃，然后通入流化床3中；

所述生物半焦由旋风分离器2收集。

实验结果证明，本实施例的生物质热解气的产率约为70％。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种热解炉，包括炉体、设置于所述炉体内的流化床，其特征在于，还包括：

设置于所述炉体顶端的进料气固喷嘴。

2.根据权利要求1所述的热解炉，其特征在于，所述进料气固喷嘴为心锥形喷嘴。

3.根据权利要求1所述的热解炉，其特征在于，所述炉体顶端为炉体上部或炉体侧上部。

4.根据权利要求1所述的热解炉，其特征在于，还包括：

设置于所述进料气固喷嘴与所述流化床之间的旋风分离器。

5.根据权利要求1所述的热解炉，其特征在于，所述旋风分离器固定于所述炉体内壁上。

6.根据权利要求1所述的热解炉，其特征在于，还包括：

设置于所述流化床下方的换热器。

7.根据权利要求6述的热解炉，其特征在于，所述换热器为盘管式换热器。

8.一种生物质热解方法，其特征在于，包括以下步骤：

将生物质原料与载气经热解炉顶端喷出，混合、预热，得到混合物；

将所述混合物在500～800℃下进行热裂解反应，得到生物半焦和生物质热解气。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述生物质原料的含水量低于10wt％，粒径为100微米～2毫米。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，得到生物半焦和生物质热解气后还包括：

取部分所述生物质热解气，将其加热至500～700℃进行热裂解反应。

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