CN103740388A - 海藻生物质回转窑干馏制油系统 - Google Patents

Abstract

一种生物干馏技术领域的海藻生物质回转窑干馏制油系统，包括：循环流化床燃烧炉的输入端分别与启动燃料给料装置、燃烧炉床料螺旋给料器、干馏炉返料器的输出端和燃烧炉返料器的输出端相连，输出端与燃烧炉旋风分离器相连，燃烧炉旋风分离器的第一输出端分别与除尘器和汽轮机相连。本发明能够在海藻干馏制油时实现所需干馏热量自供给平衡，建立了海藻生物质干馏制油的能量自平衡系统，解决了小型锅炉矮小空间内组织燃烧效果不理想的缺陷，提高了燃烧效率，具有低负荷稳燃性好、燃尽率高的优点。

Description

海藻生物质回转窑干馏制油系统

技术领域

本发明涉及的是一种用于特定的固态原物料或特殊形式的固态原物料的干馏技术领域的系统，具体是一种海藻生物质回转窑干馏制油系统。

背景技术

当今人们越来越面临能源资源匮乏的严峻挑战。全球石油需求将以每年1.9%的速度增长，2025年全球石油平均日需求量将从2001年的7700万桶上升到1.21亿桶，其中美国和亚洲发展中国家的增长量占到60%左右，美国能源部能源信息署.国际能源展望2004，清华大学出版社，2004年。据美国《Oil and Gas Journal》2003年统计表明，世界石油剩余可采储量为1567亿t，约合11486亿桶，照此需求供给，不到30年石油就面临枯竭。并且，现今的石油产量不断递减，在今后10～20年间石油的供求之间将会出现巨大的差距。当前我国能源供需矛盾尖锐，石油资源短缺已成为严重制约我国国民经济和社会可持续发展的“瓶颈”。2005年我国石油进口已达到1.36亿t，对外依存度达到42.9%。预计2010年我国的石油对外依存度将达到50%，如此发展到2020年，这一数字将上升到60%以上，中国新能源资源潜力及前景展望，天然气工业，2008年，第28卷第1期，149～153页。

随着化石能源的日益枯竭和环境恶化问题的日趋严重，开发洁净可再生能源已经成为21世纪全球紧迫的问题。生物质能作为一种丰富的可再生能源，受到世界各国的重视，多年来一直在进行各自的研究，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系。

海藻中含有丰富的有机和无机物质，除了可以提供丰富的食物和药物以外，海藻还可以为人们提供潜力巨大的生物质能资源。海藻相对于陆上生物质有其独特优势，生长在海里，不占用土地资源；海藻没有叶、茎、根，即，没有无用生物量，故整个藻体都可用于能源利用；而且其生长速度快，便于养殖；种类繁多，各类海藻生长季节不单一，可以交替大量繁殖，保证全年资源充足，解决了生物质资源分散和受季节限制等大规模应用的瓶颈问题。陆地生物质的生产要求使用世界上最优良的土地与环境，而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。

在作为能源转化利用方面，陆上生物质以木质素、纤维素等难热解成分为主，因此所需的热解条件，如：温度、升温速率等较高，所需成本也更高。而藻类含有较多的脂类、可溶性多糖和蛋白质等易热解化学组分，故热解条件更容易满足。另外，同树木相比，藻类的光能利用效率更高，生长更快，生物产量也更高。海藻中不含有木质素，对于制取生物油有一定优势。

海藻的能源转化方法较多，可以直接燃烧供热、发电，干馏制油，生物法，化学合成法等。常规的干馏制取生物燃油容易调整控制干馏工况，转换速度快，缺点是热量需要外部提供。如微藻制油，其制成品的价格是目前石油的不止4倍；其需要大型的培养场地；从微藻中提炼油的方法均存在能耗大或溶剂损失代价高的问题，成为制约其发展的瓶颈问题。因此如果能够在生物质干馏制油时实现热量自供给平衡，将使得生物质干馏制油技术更具优势。

干馏炉的正确选择和设计对大型海藻生物质转化工艺技术成功并获得良好的经济性至关重要。热重分析仪、修正铝甄等微型装置多用来进行热解机理性研究；固定床和小型流化床可进行热解试验研究，考察不同的干馏反应条件对大型海藻生物质热解产物产率及成分分布的影响，为装置的放大生产提供技术参考。流化床中流化气可以稀释油气浓度并快速将油气带出反应器，相比固定床的优点是鼓泡相中气固接触少，油气二次焦化反应和裂解反应程度低，油产率高。回转窑进料尺寸适应性强，窑体的回转使得物料充分混合并不断破碎，大型海藻生物质颗粒的传热传质速率高，热解充分；仅通过反应器转速和倾角便可灵活调节海藻在窑内的停留时间、混合强度和及处理量，从而控制热解反应程度；适应不同种类的大型海藻生物质。其中回转窑的大型海藻生物质利用率和油收率比较高，而循环流化床燃烧效率高，燃烧温度低，燃烧烟气中SO₂、NO_x等生成物少，两者都有很好的放大性，通过试验研究可以为工艺放大提供设计参考数据。该工艺是实现大型海藻生物质综合利用、城市煤气化、集中供热、热电联产、发展人造石油和大型海藻化学工业的先进工艺。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102533296，公开日2012-07-04，记载了一种油页岩回转窑干馏与循环流化床燃烧工艺，将回转窑干馏炉与循环流化床有机结合，油页岩颗粒与来自循环流化床锅炉的热循环灰及部分循环流化床锅炉底灰混合后送入回转窑干馏炉干馏制取页岩油和干馏煤气，干馏煤气热值高，一部分作为半焦返料装置的返料风和油页岩半焦颗粒一起进入循环流化床锅炉燃烧，而剩余的部分送入内燃机直燃发电。但该现有技术采用常规流化床燃烧技术，由于油页岩半焦热值低，导致运行过程中可能出现运行稳定性差，燃烧效率低，热强度不高等缺点；尤其对于处理量较少的小型锅炉而言，由于炉膛矮小，火焰形成不够长，没有足够的燃尽时间，矮小空间内组织燃烧效果不理想；常规循环流化床只采用外循环方式回料，会增加媒体物料的损失。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种海藻生物质回转窑干馏制油系统，采用复合循环流化床技术，引入分离会输燃尽装置，延长了半焦停留时间，强化混合燃尽作用，解决了小型锅炉矮小空间内组织燃烧效果不理想的缺陷，提高了燃烧效率，具有低负荷稳燃性好、燃尽率高的优点，并可实现完全的热量自供给平衡。此外，可以通过分离会输燃尽装置，将部分热烟气带出的媒体物料及半焦颗粒分离捕捉，回输至燃烧室下部密相区，实现半焦颗粒团的循环燃烧和减少媒体物料损失。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：循环流化床燃烧炉的输入端分别与启动燃料给料装置、燃烧炉床料螺旋给料器、干馏炉返料器的输出端和燃烧炉返料器的输出端相连，输出端与燃烧炉旋风分离器相连，燃烧炉旋风分离器的第一输出端分别与除尘器和汽轮机相连，燃烧炉旋风分离器的第二输出端分别与混合器的输入端以及燃烧炉返料器的输入端相连，海藻生物质给料仓、介质仓以及干馏载气储罐的输出端分别与混合器的输入端相连，混合器的输出端和干馏炉螺旋给料器的输出端均与回转窑干馏炉的输入端相连，回转窑干馏炉的输出端与干馏炉气固分离器的输入端相连，干馏炉气固分离器的输出端分别与干馏炉返料器的输入端、冷凝回收系统的输入端、不凝气储罐的输入端以及灰渣仓的输入端相连，冷凝回收系统的输出端与液体储罐的输入端相连，不凝气储罐的输出端与干馏炉返料器的输入端相连。

所述的循环流化床燃烧炉为复合循环流化床，其入口处设有梯台型配风装置以增加固体颗粒的停留时间，出口处设有分离回输燃尽装置以分离、捕捉热烟气带出的部分媒体物料和海藻半焦颗粒团。

所述的梯台型配风装置包括：风箱、布风板、耐热温度不小于800℃的风帽以及放料管；

所述的风箱为碳素结构钢板组成，布风板为耐高温不锈钢板构成，风帽为耐热铸钢材质。

所述的回转窑干馏炉的衬里内筒上交错布置若干挡板和搅拌棒以增强海藻生物质与热载体的混合。

本发明通过启动燃料将系统预热，使其稳定运行；来自循环流化床燃烧炉旋风分离器的750～850℃的循环热灰通过燃烧炉返料器送入密闭混合器；将大型海藻生物质经干燥破碎机破碎成0～40mm的颗粒，利用星型旋转阀送入密闭混合器，与循环灰以及部分循环流化床锅炉底灰充分混合，重量混合比为海藻灰：海藻为2～3:1；此外，可以根据需求选择性添加煤、废橡胶或塑料等有机物或者石灰石脱硫剂、铁粉等无机物干馏介质，通过介质仓经星型旋转阀将合适的干馏介质加入密闭混合器；海藻、循环海藻灰以及干馏介质的混合物通过螺旋给料器送入回转窑干馏炉中；海藻和循环灰在回转窑转动过程中充分混合换热，在干馏介质的作用下，经过15～30分钟完成大型海藻生物质的干馏；温度为450～550℃的产物，如干馏煤气、大型海藻油气和半焦进入密闭的气固分离装置中，分离出的气体产物进入冷凝回收系统，气体产物被冷却至80℃以下，分离出大型海藻油和不冷凝气；不冷凝气送入不凝气储罐进行储存，然后将部分或全部不冷凝干馏煤气加压后作为干馏炉返料装置的返料风，和大型海藻半焦等固体物质一起进入循环流化床锅炉燃烧；燃烧释放的热量通过该锅炉的受热面传递给水，将水加热至过热蒸汽作为外供热源和/或送入汽轮机作功发电，剩余的煤气送入内燃机燃烧发电；半焦和煤气在循环流化床燃烧炉中流化燃烧，燃烧温度在850～900℃，燃烧在空气不足的情况下进行，即过量空气系数α=0.89～0.95，燃烧温度不宜过高，过高会导致海藻灰熔融，由于循环海藻灰中碱金属的自脱硫作用，从而减少了脱硫剂石灰石的使用；燃烧过程中，烟气携带的一部分颗粒进入旋风分离器进行气固分离，分离的循环热灰一部分由星型旋转阀送入密闭混合器，作为干馏热源，一部分通过燃烧炉返料器返回循环流化床锅炉；燃烧炉产生的烟气经除尘器分离下来飞灰，含碳量小于2%后，由引风机加压送入烟囱排入大气中；循环流化床燃烧炉及干馏炉内充分燃烧、干馏形成的海藻灰、底灰，含碳量小于2%，以及经除尘器分离下来飞灰，含碳量小于2%送入灰渣仓，之后运往建材厂作为建材原料，可生产建筑砌块、水泥、陶粒等产品，也可送入肥料厂作肥料，从而实现大型海藻生物质的科学综合优化利用。

技术效果

本发明采用复合循环流化床技术，在燃烧室出口设有分离回输燃尽装置，将热烟气带出的媒体物料和海藻半焦颗粒团分离、捕捉，通过分离器下部设置的回输通道返回燃烧室下部密相区，实现海藻半焦颗粒团的循环燃烧和减少媒体物料损失。分离回输燃尽装置，延长了半焦停留时间，强化混合燃尽作用，解决了小型锅炉矮小空间内组织燃烧效果不理想的缺陷，提高了燃烧效率，具有低负荷稳燃性好、燃尽率高的优点。同时在流化床入口应用梯台型不均等配风流化技术，实现了大颗粒物料在流化床内的循环燃烧，增加了固体颗粒在床内的停留时间，从而可实现固体半焦的高效燃烧。该系统解决了对于处理量较少的小型锅炉，由于炉膛矮小、火焰形成不够长、没有足够的燃尽时间而导致的矮小空间内组织燃烧效果不理想、燃烧效率低、运行不稳定的缺点。此外，在回转窑干馏炉衬里内筒上交错布置多个挡板及搅拌棒，可大幅度增加传质传热作用，增强海藻生物质与海藻灰等热载体的混合效果，增长停留时间，使得海藻生物质中的生物油被最大限度地提炼出来。该系统将回转窑干馏炉与复合式循环流化床系统有机结合，能够在海藻干馏制油时实现所需干馏热量自供给平衡，建立了海藻回转窑干馏制油—大型海藻干馏后产生的海藻半焦废弃物与海藻干馏气冷凝后的不冷凝气共同在循环流化床内燃烧供热的海藻生物质干馏制油的能量自平衡系统。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为循环流化床燃烧炉的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例包括：循环流化床燃烧炉11的输入端分别与启动燃料给料装置1、燃烧炉床料螺旋给料器2、干馏炉返料器9的输出端和燃烧炉返料器10的输出端相连，输出端与燃烧炉旋风分离器12相连，并通过鼓风机17送入流化风，燃烧炉旋风分离器12的第一输出端分别与除尘器18和汽轮机22相连，燃烧炉旋风分离器12的第二输出端由星型旋转阀分别与混合器5的输入端以及燃烧炉返料器10的输入端相连，海藻生物质给料仓3、介质仓4以及干馏载气储罐16的输出端分别与混合器5的输入端相连，混合器5的输出端和干馏炉螺旋给料器6的输出端均与回转窑干馏炉7的输入端相连，回转窑干馏炉7的输出端与干馏炉气固分离器8的输入端相连，干馏炉气固分离器8的输出端分别与干馏炉返料器9的输入端、冷凝回收系统13的输入端、不凝气储罐21的输入端以及灰渣仓23的输入端相连，冷凝回收系统13的输出端与液体储罐14的输入端相连，不凝气储罐21的输出端与干馏炉返料器9的输入端相连。

本系统的实施过程主要如下所述：将启动燃料1加入循环流化床燃烧炉进行系统启动，通过鼓风机17经梯台型配风装置26送入不均等流化风，强化大颗粒物料的循环燃烧，增加固体颗粒在床内的停留时间，逐步加入燃烧炉床料2，至系统稳定运行；将0～40mm的颗粒状大型海藻生物质经给料仓3由星型旋转阀送入密闭的混合器5，在混合器5中海藻颗粒与来自循环流化床旋风分离器12分离下的温度为750～850℃的循环灰以及部分循环流化床锅炉底灰混合，重量混合比为海藻灰：海藻为2～3:1，此外煤、废橡胶或塑料等有机物或者石灰石脱硫剂、铁粉等无机物干馏介质可加入介质仓4，根据不同的工艺要求通过星型旋转阀将合适的干馏介质加入混合器5；大型海藻生物质与循环灰及干馏介质的混合物通过干馏炉螺旋给料器6送入回转窑干馏炉7中，海藻生物质和循环灰在回转窑干馏炉7的转动过程中充分混合换热，在合适的干馏载气16如H2及水蒸气等的作用下进行干馏，经过15～30分钟完成大型海藻生物质的干馏；温度为450～550℃的干馏产物煤气、大型海藻生物油气和大型海藻半焦进入密闭的干馏炉气固分离装置8中，分离出的气体产物进入冷凝回收系统13，煤气被冷却至80℃以下，分离出大型海藻生物油和不冷凝气；不冷凝气送入不凝气储罐21进行储存，然后部分或全部加压后作为干馏返料器9的返料风，与海藻半焦、海藻灰等固体物质一起循环送入流化床燃烧炉作为燃烧介质，燃烧释放的热量通过锅炉的受热面传递给水，将水加热至热蒸汽作为外供热源和/或送入汽轮机22作为发电，剩余的煤气可送入内燃机燃烧发电；大型海藻生物油进入液体储罐14进行储存，预处理后送入炼油厂15精炼加工后进入流通市场使用；分离出的干馏固体产物大型海藻半焦通过干馏炉返料器9进入流化床燃烧炉11进行流化燃烧，燃烧温度在850～900℃，燃烧在空气不足的情况下进行，过量空气系数α=0.89～0.95，燃烧温度不宜过高，过高会导致海藻灰熔融，由于循环海藻灰中碱金属的自脱硫作用，从而减少了脱硫剂石灰石的使用；燃烧释放的热量加热床料及大型海藻灰，通过燃烧室出口的分离回输燃尽装置25，将热烟气带出的部分媒体物料和海藻半焦颗粒团分离、捕捉，通过分离器下部设置的回输通道返回燃烧室下部密相区，实现海藻半焦颗粒团的循环燃烧和减少媒体物料损失，之后经燃烧炉旋风分离器12进行气固分离，分离后的高温床料及海藻灰部分由燃烧炉返料器10返回循环流化床锅炉11，剩余部分由星型旋转阀送入密闭混合器5，为大型海藻生物质的干馏制油提供热源；分离后的烟气经除尘器18分离下来飞灰，含碳量小于2%后，由引风机19加压送入烟囱20排入大气中；循环流化床燃烧炉及干馏炉内充分燃烧、干馏形成的海藻灰、底灰，含碳量小于2%，以及经除尘器分离下来飞灰，含碳量小于2%均送入灰渣仓23，之后运往建材厂及肥料厂24作为建材原料，可生产建筑砌块、水泥等高附加值产品，亦可用来作肥料等，从而实现大型海藻生物质的科学综合优化利用。

Claims (3)

1.一种海藻生物质回转窑干馏制油系统，其特征在于，包括：循环流化床燃烧炉的输入端分别与启动燃料给料装置、燃烧炉床料螺旋给料器、干馏炉返料器的输出端和燃烧炉返料器的输出端相连，输出端与燃烧炉旋风分离器相连，燃烧炉旋风分离器的第一输出端分别与除尘器和汽轮机相连，燃烧炉旋风分离器的第二输出端分别与混合器的输入端以及燃烧炉返料器的输入端相连，海藻生物质给料仓、介质仓以及干馏载气储罐的输出端分别与混合器的输入端相连，混合器的输出端和干馏炉螺旋给料器的输出端均与回转窑干馏炉的输入端相连，回转窑干馏炉的输出端与干馏炉气固分离器的输入端相连，干馏炉气固分离器的输出端分别与干馏炉返料器的输入端、冷凝回收系统的输入端、不凝气储罐的输入端以及灰渣仓的输入端相连，冷凝回收系统的输出端与液体储罐的输入端相连，不凝气储罐的输出端与干馏炉返料器的输入端相连；

所述的循环流化床燃烧炉为复合循环流化床，其入口处设有梯台型配风装置以增加固体颗粒的停留时间，出口处设有分离回输燃尽装置以分离、捕捉热烟气带出的部分媒体物料和海藻半焦颗粒团。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的回转窑干馏炉的衬里内筒上交错布置若干挡板和搅拌棒以增强海藻生物质与热载体的混合。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征是，所述的梯台型配风装置包括：风箱、布风板、耐热温度不小于800℃的风帽以及放料管。

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