CN103468284A - 海藻热解制油、半焦燃烧双循环组合系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物质资源利用，特指一种海藻热解制油、半焦燃烧双循环组合系统及处理方法。本发明将快速床作为热解炉，以循环流化床为半焦燃烧利用装置，以循环流化床燃烧生成的热灰和循环不凝气作为热解炉的热载体。海藻碎片在热解炉内受热分解气态物经分离后形成生物油和不凝气，快速床出口排出的半焦直接送入循环流化床燃烧，产生的高温烟气进入气固分离器，分离下来的飞灰送往返料阀进而进入热解床作为热载体，除尘后的烟气流过尾部受热面，最后排入大气，尾部受热面加热产生的蒸汽用于发电与供热。从而真正实现了海藻生物质综合高效利用。
Description
技术领域
本发明属于生物质资源利用，特指一种海藻热解制油、半焦燃烧双循环组合系统及处理方法，具体涉及一种以快速流化床作为热解炉、以循环流化床为半焦燃烧利用装置、以循环流化床燃烧生成的热灰和循环不凝气作为热解炉的热载体的海藻生物质组合利用系统，用于制油及供热发电等。
背景技术
自然界蕴藏着一种丰富的“绿色”可再生能源：生物质能源，占世界能源总消耗的14%，仅次于石油、煤炭和天然气；随着化石能源的日益枯竭和环境恶化问题的日趋严重，生物质能的开发与利用愈发受到重视；生物质指任何可再生的或可循环的有机物质(不包括多年生长的用材林)，主要包括薪柴、农林作物、杂草、城市固体废弃物、生活污水、水生植物、禽畜粪便等；各国对海洋生物质的研究还比较少，而海洋生物资源开发的潜力巨大，其中海藻植物约有一万多种，尤其我国有广阔的海疆，海岛沿岸14200多公里，生长着三四千种海藻，包括红藻、褐藻及绿藻等种群，部分海藻产量居世界首位；海藻类植物的生存环境是海洋，其在种植空间、生长速度和吸收二氧化碳方面与陆地植物相比有很大的优势。
同时一些海藻的自我生长繁殖能力也极其旺盛。在本次奥运会帆船青岛赛区近海领域，条浒苔和片浒苔（2种绿藻）大量聚集疯狂生长，全民出动共清理了六十多万吨浒苔；对于如此巨大的海藻量，肥料出口、食品等加工品的消耗能力有限，可以考虑能源利用处理，中国沿海很多经济发达地区，适合因地制宜地开发当地海藻生物质能源解决当地的能源短缺问题，世界上一些国家正在关注海藻能源利用的开发：LiveFuels公司宣称美国将实现海藻-生物质原油的转化；日本也正在研究以海藻为原料提取甲烷发电。
在能源利用方面，中国发明专利“利用海藻与陆上生物质共同热解制取生物油的方法”（ZL200810041468.X）和“ 海藻生物质的异密度循环流化床燃烧处理方法”（ZL200710172603.X）从不同角度分别提出了热解与燃烧利用海藻生物质的新方法，但单独作为孤立系统时热量利用不充分，尤其热解时需要外界提高热源，燃烧时很多热量和灰分也没得到充分利用，浪费较多，实际操作时并不利于经济性的推广，不符合资源的高效综合利用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服以上的缺点而提出一种可成功实现海藻的快速热解制油床与海藻半焦燃烧循环流化床有机结合，能够有效提高系统能量利用率，将海藻的高灰分作为系统热载体合理利用，减少环境污染的海藻热解制油、半焦燃烧双循环组合系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
海藻生物质热解制油、半焦燃烧双循环组合系统，该组合系统包括快速热解床、半焦循环流化床、热解床返料阀、流化床返料阀、热解床气固分离器、半焦流化床气固分离器、气液分离器、油水分离器、生物油储罐、不凝气储罐、尾部受热面，以上部件采用以下方式连接：热解床气固分离器下部固体半焦出口连接热解床返料阀入口，热解床返料阀溢流口与循环流化床半焦入口连接，快速热解床顶部出口与热解床气固分离器的入口连接，热解床气固分离器上部出口与气液分离器入口连接，气液分离器油水混合液出口与油水分离器入口连接，油水分离器水出口与气液分离器冷却水入口连接，油水分离器油出口与生物油储罐入口相连接，气液分离器气体出口与不凝气储罐入口相连，不凝气储罐第一出口与快速热解床下部不凝气入口相连，不凝气储罐第二出口与半焦循环流化床下部补燃气入口相连，剩余不凝气外供；循环流化床的底灰溢流口与流化床返料阀第一入口相连，流化床返料阀灰出口与快速热解床灰载体进口相连；半焦循环流化床流化床顶部出口与半焦流化床气固分离器的入口连接，半焦流化床气固分离器下部灰出口与流化床返料阀第二入口相连，流化床气固分离器上部烟气出口与尾部受热面相连。
所述的快速热解床是快速流化床，以循环不凝气和半焦循环流化床燃烧产生的热灰作为热载体。
所述的快速热解床热解制油后产生的半焦直接送入半焦循环流化床内燃烧，热解制油后产生的部分不凝气作为补燃气直接送入循环流化床内燃烧。
本发明系统的使用方法为：将海藻生物质进行采集与筛选，晒干，粉碎或切割成长度为0.1-10mm颗粒，进入快速热解床，热解床初始阶段通入氮气，当不凝气达到保证海藻在热解床停留时间1s的流量后停止氮气，床内温度控制在450℃~600℃范围内，所需热量来自循环流化床燃烧产生的热灰和快速热解床的循环不凝气；海藻在快速热解床内热解产生热解气、水蒸汽和半焦，热解气和水蒸汽通过热解床气固分离器进入气液分离器冷凝下生物油和水，一起由气液分离器底部出口进入油水分离器，分离形成的生物油进入生物油储罐，分离出来的水则作为冷却水返回气液分离器；气液分离器排出的不凝气进入不凝气储罐，一部分作为补燃气进入半焦循环流化床燃烧，一部分作为热载体循环进入快速热解床，剩余不凝气收集在不凝气储罐可用于外供；快速热解床产生的半焦温度介于450℃~600℃，由热解床气固分离器进入热解床返料阀再送入半焦循环流化床内燃烧，空气由循环流化床底部供入用于燃烧，燃烧产生的烟气一起携带飞灰由循环流化床出口进入流化床气固分离器，分离出的飞灰进入流化床返料阀，连同循环流化床的底灰溢流灰一起送入快速热解床；气固分离器排出的热烟气流经尾部受热面，最后排入大气；尾部受热面产生的高温蒸汽可用于供热和发电；流化床返料阀下行排灰口排出的灰可以作为建筑和化工原料。
与现有技术比较，本发明具有以下优点：
（1）实现了海藻生物质资源的制油、制气、供热、发电的循环利用，具有高的经济、环境效益；
（2）海藻快速热解后产生的高温半焦直接送入循环流化床燃烧，减少了系统能量损失和环境污染；
（3）以海藻灰和不凝气作为热解供热热载体，充分利用了海藻的高含灰量，同时提高了热解品质，减少了热解制油成本；
（4）采用循环流化床燃烧海藻，充分利用了海藻适合低温燃烧，同时海藻灰分多也充当了床料的作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中1为快速热解床、2为循环流化床、3为热解床返料阀、4为流化床返料阀、5为热解床气固分离器、6为流化床气固分离器、7为气液分离器、8为油水分离器、9为生物油储罐、10为不凝气储罐、11为尾部受热面。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
海藻生物质热解制油、半焦燃烧双循环组合系统，其结构如图1所示，该结构如图1所示，该组合系统包括快速热解床（炉体高度6m，直径0.1m）、循环流化床（密相区垂直段直径0.095m，高度0.3m；密相区扩展段高度0.2m；稀相区直径0.14m，高度0.5m）、热解床返料阀、流化床返料阀、热解床气固分离器、流化床气固分离器、气液分离器、油水分离器、生物油储罐、不凝气储罐、尾部受热面；系统各部分连接方式：快速热解床气固分离器下部固体半焦出口连接热解床返料阀入口，热解床返料阀溢流口与循环流化床半焦入口连接，快速热解床气固分离器上部出口与气液分离器入口连接，气液分离器油水混合液出口与油水分离器入口连接，油水分离器水出口与气液分离器冷却水入口连接，油水分离器油出口与生物油储罐入口相连接，气液分离器气体出口与不凝气储罐入口相连，不凝气储罐第一出口与快速热解床下部不凝气入口相连，不凝气储罐第二出口与循环流化床下部补燃气入口相连，剩余不凝气可外供；循环流化床的底灰溢流口与流化床返料阀第一入口相连，流化床返料阀灰出口与快速热解床灰载体进口相连；循环流化床的流化床气固分离器下部灰出口与流化床返料阀第二入口相连，流化床气固分离器上部烟气出口与尾部受热面相连。
本发明系统工作原理为：将海藻生物质进行采集与筛选，晒干，粉碎或切割成长度为0.1-0.5mm颗粒，给料速度为10kg/h，进入快速热解床，热解床初始阶段通入氮气，当不凝气达到0.04m3/s流量后停止氮气，床内温度控制在450℃~600℃范围内，所需热量来自循环流化床燃烧产生的热灰和快速热解床的循环不凝气；海藻在快速热解床内热解产生的热解气、水蒸汽和半焦，热解气和水蒸汽通过热解床顶部的气固体分离器进入气液分离器冷凝下生物油和水，一起由气液分离器底部出口进入油水分离器，分离形成生物油进入储罐，分离出来的水则作为冷却水返回气液分离器；气液分离器排出的不凝气一部分作为补燃气送入循环流化床燃烧，一部分作为热载体循环送入快速热解床，剩余不凝气可用于外供。快速热解床产生的半焦温度介于450℃~600℃，由返料阀进入循环流化床内燃烧，空气由床底部供入用于燃烧，燃烧产生的烟气一起携带飞灰由循环流化床出口进入气固分离器，分离出的飞灰进入返料阀，连同循环流化床的底灰溢流灰一起送入快速热解床；气固分离器排出的热烟气流经尾部受热面，最后排入大气；尾部受热面产生的高温蒸汽可用于供热和发电；流化床返料阀下行排灰口排出的灰可以作为建筑和化工原料。
Claims (5)
1.海藻生物质热解制油、半焦燃烧双循环组合系统，其特征在于：所述组合系统包括快速热解床、半焦循环流化床、热解床返料阀、流化床返料阀、热解床气固分离器、半焦流化床气固分离器、气液分离器、油水分离器、生物油储罐、不凝气储罐、尾部受热面；热解床气固分离器下部固体半焦出口连接热解床返料阀入口，热解床返料阀溢流口与循环流化床半焦入口连接，快速热解床顶部出口与热解床气固分离器的入口连接，热解床气固分离器上部出口与气液分离器入口连接，气液分离器油水混合液出口与油水分离器入口连接，油水分离器水出口与气液分离器冷却水入口连接，油水分离器油出口与生物油储罐入口相连接，气液分离器气体出口与不凝气储罐入口相连，不凝气储罐第一出口与快速热解床下部不凝气入口相连，不凝气储罐第二出口与半焦循环流化床下部补燃气入口相连，剩余不凝气外供；循环流化床的底灰溢流口与流化床返料阀第一入口相连，流化床返料阀灰出口与快速热解床灰载体进口相连；半焦循环流化床流化床顶部出口与半焦流化床气固分离器的入口连接，半焦流化床气固分离器下部灰出口与流化床返料阀第二入口相连，流化床气固分离器上部烟气出口与尾部受热面相连。
2.如权利要求1所述的海藻生物质热解制油、半焦燃烧双循环组合系统，其特征在于：所述快速热解床的炉体高度6m，直径0.1m；所述半焦循环流化床的密相区垂直段直径0.095m，高度0.3m；密相区扩展段高度0.2m；稀相区直径0.14m，高度0.5m。
3.如权利要求1所述的海藻生物质热解制油、半焦燃烧双循环组合系统的处理方法，其特征在于步骤如下：将海藻生物质进行采集与筛选，晒干，粉碎或切割，进入快速热解床，热解床初始阶段通入氮气，当不凝气达到保证海藻在热解床停留时间1s的流量后停止氮气，床内温度控制在450℃~600℃范围内，所需热量来自循环流化床燃烧产生的热灰和快速热解床的循环不凝气；海藻在快速热解床内热解产生热解气、水蒸汽和半焦，热解气和水蒸汽通过热解床气固分离器进入气液分离器冷凝下生物油和水，一起由气液分离器底部出口进入油水分离器，分离形成的生物油进入生物油储罐，分离出来的水则作为冷却水返回气液分离器；气液分离器排出的不凝气进入不凝气储罐，一部分作为补燃气进入半焦循环流化床燃烧，一部分作为热载体循环进入快速热解床，剩余不凝气收集在不凝气储罐可用于外供；快速热解床产生的半焦温度介于450℃~600℃，由热解床气固分离器进入热解床返料阀再送入半焦循环流化床内燃烧，空气由循环流化床底部供入用于燃烧，燃烧产生的烟气一起携带飞灰由循环流化床出口进入流化床气固分离器，分离出的飞灰进入流化床返料阀，连同循环流化床的底灰溢流灰一起送入快速热解床；气固分离器排出的热烟气流经尾部受热面，最后排入大气；尾部受热面产生的高温蒸汽可用于供热和发电；流化床返料阀下行排灰口排出的灰可以作为建筑和化工原料。
4.如权利要求3所述的海藻生物质热解制油、半焦燃烧双循环组合系统的处理方法，其特征在于：将海藻生物质进行采集与筛选，晒干，粉碎或切割成长度为0.1-10mm颗粒，给料速度为10kg/h，进入快速热解床。
5.如权利要求3所述的海藻生物质热解制油、半焦燃烧双循环组合系统的处理方法，其特征在于：热解床初始阶段通入氮气，当不凝气达到0.04m3/s流量后停止氮气。
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