CN102719265B - 一种固体废弃物或生物质高效热解产油系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体废弃物或生物质高效热解产油系统，固体废物或生物质喂料入热解炉，热解炉内部设置热电偶，通过智能温控仪控制反应管外的电炉丝的加热功率；热解挥发分产物由反应管顶部的出气口进入到半焦分离装置；随后，热解挥发分进入到至少两级冷凝装置进行冷凝；热解气中含有的大量不可冷凝的物质，继续经过一个高压静电分离装置，其中不可冷凝的热解油经过其被收集至收集瓶中。本发明系统的提出有利于强化固体废物、生物质物料热解过程中的传热传质效果；有利于挥发份的逸出；有效将半焦产物和气体进行分离，大大提高液态柴油产物的产率和品质。根据生物质喂料品种不同，可多获得的生物油产率超出一般生物质热解液化过程的10％-15％。

Description

一种固体废弃物或生物质高效热解产油系统

技术领域

本发明属于资源与环境技术领域，特别涉及固体废弃物或生物质高产率、高品质热解产油的技术与工艺。

背景技术

由于化石能源的日益减少和其带来的严重的环境污染，清洁的可再生能源日益成为化石能源最理想的替代品，发展可再生的清洁能源将是人类可持续发展的关键所在。固体废物与生物质热解液化生产的生物柴油作为一种可替代再生性清洁能源，成为新能源领域研究和开发的热点之一。

通过热化学处理将固体废弃物以及生物质转化为品质更高、用途广的能源产品及化学品，在世界范围内引起了特殊的重视。热裂解是指固体废物或生物质在完全没有氧或缺氧条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变为生物油、木炭和可燃气体的过程，其中的碳氢化合物都可转变为能源形式。热裂解液化技术指在中温500℃左右，高加热速率和极短气体停留时间(约2s)的条件下，将生物质直接热解．经快速冷却而得到液体油。热裂解则提供了高产量高品质的液体产物，因此生物油的制取目前几乎都通过快速热裂解得到。其最大的优点就在于产品油的易存储和易输运，不存在产品的就地消费问题，因而得到了国内外的广泛关注，是近几十年来发展起来的一种生物质的转换利用技术，已发展到第三代水平。固废或生物质热裂解液化产生的生物油可以进一步地分离提取制取燃料油和化工原料。

热解装置本身、固液气产物分离收集装置、附属设备、以及对各部件的控制直接影响生物质热解液化产油的产率和品质。在生物质热裂解的各种工艺中，研究者们采用了固定床、移动床热解装置、流化床热解装置、真空热裂解装置、涡旋反应装置、旋转锥壳反应装置等，如何提高反应器的加热速率及传热效果，以及开发新的热解油分离收集装置，以期强化传热效果，降低能耗，高品质高效高产率的得到液体柴油产物，成为各种技术路线的关键问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种固体废弃物或生物质高效热解产油系统，克服现有生物质热裂解的各种工艺技术中反应器的加热速率低，传热效果不佳，分离效率低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种固体废弃物或生物质高效热解产油系统，固体废物或生物质经粗略或规则破碎后，喂料入热解炉，热解炉内部沿着炉轴线设置两个以上热电偶，分别对应反应炉体下部、中部与上部温度，取主反应区内下部温度测点作为温控点，通过智能温控仪控制反应管外的电炉丝的加热功率；残炭在热解反应器底部收集，热解挥发分产物在吹扫气作用下，由反应管顶部的出气口进入到半焦分离装置，分离热解挥发分中的残炭；随后，热解挥发分进入到至少两级冷凝装置进行冷凝，冷却循环水由制冷装置提供；热解气中含有的大量不可冷凝的物质，继续经过一个高压静电分离装置，其中不可冷凝的热解油经过其被收集至收集瓶中，最终，热解气再经终端过滤器过滤排入收集气罐或返回热解炉中进行循环利用。

所述热解炉内部设置内界面，内界面一端与热解反应器的高温或加热壁面紧密接触，另一侧为指向轴线的敞开端，内界面上设置多微孔。

所述内界面材质为高温不锈钢。

所述半焦分离装置及其连接热解炉的管路设置伴热带进行加热，伴热带温度高于焦油冷凝温度，通过智能温控仪控制伴热带的加热功率。

所述半焦分离装置为单极或多级旋风分离器或高温烟气过滤器。

本发明的有益效果是：

(1)热解挥发分通过两级冷凝装置进行冷凝后，得到液体产物即生物油，被收集在冷凝瓶中。一般热解液化方案至此已基本结束流程。而从低温冷凝装置中分离收集得到的仅为热解挥发分中的可冷凝性液体油，其中的不可冷凝性液体油只能随热解气排出。本方案加设一高压静电液气分离装置，如图1中12部件所示，类似管式静电除尘器。液气分离装置顶部接有高压直流电源的阴极线，管壁为接地的阳极，之间形成高压电场；通过的热解气体被电离，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳板运动，在运动中与极微细的液滴相碰，则使微液滴荷以负电，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，微液滴则沉积于阳极管壁上，顺管壁靠重力沉降至收集瓶中，而分离后的气体则排至后续装置。根据生物质喂料品种不同，高压静电液气分离装置可捕获的生物油产率高达生物质原始重量的15％以上。

(2)热解反应器内设置了若干传热性能好、耐高温的板式内界面，内界面材质传热性能好、耐高温，一端与热解反应器的高温或加热壁面紧密接触，另一侧为指向轴线的敞开端，直接与物料接触，热量由高温反应器的边壁快速传向内接板；在且面上设计多微孔结构，提供热解气相产物的运移通道，使得热解气相产物可在内界面两侧穿移，与物料进行热质交换反应，增强传热传质效果，使反应更趋于完全，是之体现高效目的。

(3)热解反应器与半焦分离装置及其连接管路设置伴热带进行加热，温度高于焦油冷凝温度，亦通过智能温控仪控制伴热带的加热功率。这种伴热带的设置有效避免了焦油凝结，降低液态产物产率并导致清洗困难的问题。

本发明系统的提出有利于强化固体废物、生物质物料热解过程中的传热传质效果；有利于挥发份的逸出；有效将半焦产物和气体进行分离，大大提高液态柴油产物的产率和品质。根据生物质喂料品种不同，可多获得的生物油产率超出一般生物质热解液化过程的10％-15％。

附图说明

图1是本发明固体废弃物或生物质高效热解产油工艺流程图；

图2是本发明系统中热解反应器示意图；

其中，1、热解炉2、热电偶3、智能温控仪4、温度反馈5、半焦分离装置6、伴热带7、冷凝装置8、制冷装置9、冷凝瓶10、冷却水进水11、冷却水回水12、高压静电分离装置13、高压直流电源14、高压直流电源阴极15、气体净化装置16、排出或接收集气罐17、内界面18、惰性气体出口19、惰性气体出口调节阀20、保温层21、加热电炉丝22、惰性气体进口23、惰性气体进口调节阀

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

固体废物或生物质热裂解液化技术指在中温500℃左右，高加热速率和极短气体停留时间(约2s)的条件下，将生物质直接热解．经快速冷却而得到液体油。

如图1所示，固体废物或生物质经粗略或规则破碎后(视热解反应装置而定破碎尺度)，喂料入热解炉1，炉型可选择现行各种固定床、流动床等炉型。热解炉1可采用外热式或内热式等加热方式，吹扫气采用氮气等惰性气体。热解反应器1外部设置电炉丝22，作为热源兼作保温作用，最外层为石棉保温层20。热解反应器1内部，沿着反应炉轴线设置3个热电偶2，分别对应反应炉体下部、中部与上部温度，以对反应器内的温度进行实时监测，掌握温度分布情况，为生物质热解提供可靠的温度场。取主反应区内下部温度测点作为温控点，通过智能温控仪3控制反应管外的电炉丝的加热功率实现对反应器内温度场的控制。本方案设置若干独特的炉内内界面17，内界面17材质采用传热性能好、耐高温的不锈钢，一端与热解反应器的高温或加热壁面紧密接触，另一侧为指向轴线的敞开端，直接与物料接触，热量由高温反应器的边壁快速传向内接板；在且面上设计多微孔，提供热解气相产物的运移通道，增强传热传质效果。在设定温度下，生物质喂料与反应器壁及内置界面(或/和预热的流化介质石英砂)进行良好的热交换，实现迅速升温，发生热裂解反应，产生热解挥发分和残炭。残炭在热解反应器1底部收集，热解挥发分产物在吹扫气作用下，由反应管顶部的出气口进入到半焦分离装置5(单极或多级旋风分离器或高温烟气过滤器)，热解挥发分中的残炭被首先分离出来。为避免焦油凝结，半焦分离装置及其连接热解炉的管路需设置伴热带6进行加热，温度高于焦油冷凝温度，亦通过智能温控仪3控制伴热带6的加热功率。随后，热解挥发分进入到至少两级冷凝装置7进行冷凝，冷却循环水由制冷装置8提供。可冷凝气体经冷凝得到液体产物即生物油，被收集在冷凝瓶9中。一般热解液化方案至此已基本结束流程。而从低温冷凝装置7中排出的热解气中仍含有大量不可冷凝的物质，因此，本方案增加一个高压静电分离装置12，热解气流经此装置被电离分离，其中不可冷凝的热解油经过其被收集至收集瓶中。最终，热解气再经终端过滤器15过滤排入收集气罐16或返回热解炉中进行循环利用。

最佳实施方式采用流化床实现。试验过程为：首先开启智能温控仪，设置热解炉温度500℃，设置高温烟气分离装置温度为400℃，设置伴热带温度为350℃。接通电源对整个热解反应系统加热，半小时后开启吹扫氮气，设置底部入炉的氮气流量为10L/s，设置伴随喂料的氮气流量为7L/s，惰性气体的流量总共为17L/s。流化介质可采用250μm以下细沙。生物质采用油菜籽，当测温点处的温度达到设定值后，从热解炉中下部的进料口将称重得到初始重量的种子喂入热解炉。在设定温度下，油菜籽在流化介质带动下，与反应器壁和内置界面进行良好的热交换，实现迅速升温，发生裂解反应，产生热解挥发分和残炭，残炭部分积累在反应器内部，部分随挥发分在氮气作用下由热解炉顶部的惰性气体出口经过由伴热带加热保温的管道进入高温烟气分离装置。在其中将残炭进一步分离出来并收集称重。随后，热解挥发分进入冷凝装置，经冷凝得到的液体产物即为一级生物油，被收集在冷凝瓶中并称重。从冷凝装置中排出的热解气进入到高压静电分离装置。热解气流经此装置被电离分离，不可冷凝的微液滴则沉积于阳极管壁上，顺管壁靠重力沉降至收集瓶中并称重，为二级生物油。而分离后的气体则排到终端过滤器。经过滤后的气体，排入收集气罐或者返回热解炉中进行循环利用。

生物质入料及整套设备在反应进行前后均进行称重，生物质重量为M，由热解炉1和半焦分离装置5反应前后的质量差得到热解残炭的重量Mt，由冷凝装置7和高压静电分离装置12反应前后的质量差得到热解油的重量My，将收集到的热解油与最初的生物喂料的重量相比，即可获得该物料的生物油产率。采用本发明技术方案后，热解油的产率可增长10-15％。

尽管结合附图对本发明进行了上述描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之列。

Claims (4)

1.一种固体废弃物或生物质高效热解产油系统，其特征在于，固体废物或生物质经粗略或规则破碎后，喂料入热解炉，所述热解炉内部设置内界面，内界面一端与热解反应器的高温或加热壁面紧密接触，另一侧为指向轴线的敞开端，内界面上设置多微孔；热解炉内部沿着炉轴线设置两个以上热电偶，分别对应反应炉体下部、中部与上部温度，取主反应区内下部温度测点作为温控点，通过智能温控仪控制反应管外的电炉丝的加热功率；残炭在热解反应器底部收集，热解挥发分产物在吹扫气作用下，由反应管顶部的出气口进入到半焦分离装置，分离热解挥发分中的残炭；随后，热解挥发分进入到至少两级冷凝装置进行冷凝，冷却循环水由制冷装置提供；热解气中含有的大量不可冷凝的物质，继续经过一个高压静电分离装置，其中不可冷凝的热解油经过其被收集至收集瓶中，最终，热解气再经终端过滤器过滤排入收集气罐或返回热解炉中进行循环利用。

2.根据权利要求1所述固体废弃物或生物质高效热解产油系统，其特征在于，所述内界面材质为高温不锈钢。

3.根据权利要求1所述固体废弃物或生物质高效热解产油系统，其特征在于，所述半焦分离装置及其连接热解炉的管路设置伴热带进行加热，伴热带温度高于焦油冷凝温度，通过智能温控仪控制伴热带的加热功率。

4.根据权利要求1所述固体废弃物或生物质高效热解产油系统，其特征在于，所述半焦分离装置为单极或多级旋风分离器或高温烟气过滤器。

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