CN104560074B - 一种微波热解制生物油和活性炭的系统 - Google Patents

一种微波热解制生物油和活性炭的系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104560074B
CN104560074B CN201310496029.9A CN201310496029A CN104560074B CN 104560074 B CN104560074 B CN 104560074B CN 201310496029 A CN201310496029 A CN 201310496029A CN 104560074 B CN104560074 B CN 104560074B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
microwave
activated carbon
activation
reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310496029.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104560074A (zh
Inventor
王鑫
李政
张全
乔凯
王领民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Original Assignee
China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Petroleum and Chemical Corp, Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals filed Critical China Petroleum and Chemical Corp
Priority to CN201310496029.9A priority Critical patent/CN104560074B/zh
Publication of CN104560074A publication Critical patent/CN104560074A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104560074B publication Critical patent/CN104560074B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/39—Apparatus for the preparation thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B51/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by combined direct and indirect heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B57/00—Other carbonising or coking processes; Features of destructive distillation processes in general
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1011—Biomass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Abstract

本发明公开一种微波热解制生物油和活性炭的系统，包括微波热解反应器、旋风分离器、冷凝器、焦炭储料仓、微波活化反应器、气体燃烧器、活性炭冷却塔和氮气发生器；微波热解反应器通过管路与旋风分离器连接，旋风分离器顶部的出气口与冷凝器连接，旋风分离器底部与焦炭储料仓连接；焦炭储料仓底部与微波活化反应器物料进口连接，微波活化反应器物料出口通过管路与活性炭冷却塔的进料口连接，微波活化反应器上的出气口通过管路与燃烧器进气管路连接；冷凝器出气口通过管路与燃烧器相连，燃烧器的出气管路分为两路，一路与微波活化反应器连接，另一路与微波热解反应器的流化气和喷动气管路连接；活性炭冷却塔进气口与氮气管路相连，出气口通过管路并入流化气和喷动气管路，活性炭冷却塔底部设置物料出口。该系统生物质热解率高，能够得到高收率生物油和高品质的活性炭产品，具有良好应用前景。

Description

一种微波热解制生物油和活性炭的系统
技术领域
本发明涉及一种微波热解制生物油和活性炭的系统。
背景技术
生物质来源广泛，储量丰富、价格低廉以及可再生，而且作为唯一能转化为液体燃料的可再生能源，利用过程产生的二氧化碳排放量为零，环境友好，是一种绿色环保的可再生能源。生物质裂解转化而来的液体生物油基本上不含硫、氮和金属成分，气体富含CO、H2、CH4等可燃性组分，而固体则是一种生物质半焦。
目前生物质快速裂解技术可以获得很高的液体收率，但组成复杂、含氧量高，而且热值较低、酸性强，需要进一步的加氢脱氧。热解气体需经过气化、重整、脱焦、分离纯化等步骤才能得到满足工业应用的气体燃料。固体质地疏松，颗粒均匀，从外观看是一种制备生物质活性炭的良好材料，但仍需进行造孔活化才能制得活性炭产品。由此可见，基于生产单一产品的生物质利用技术都存在生产成本偏高和经济适用性差的问题。如何高效综合利用生物质热解气液固产物是降低生物燃料生产成本，实现生物能源产业化的关键。
CN201110067027.9公开了一种农作物秸秆制取木炭活性炭可燃气生物油的制作方法。将粉碎压制成型的秸秆经过热解、炭化、活化过程制作秸秆活性炭，同时热解过程产生的挥发分进行冷凝回收得到可燃气和生物油。
CN201210581881.1公开了一种废弃人造板热解多联产综合利用方法，将经过破碎、筛选等预处理粗料送入慢速热解器进行炭化，再将得到的细料送入快速热解反应器进行热解反应，反应产物经过气固分离后得到生物炭和热解蒸汽，生物炭经过活化制备活性炭，热解蒸汽经过冷凝后得到生物油和不可冷凝燃气。上述专利方法的重点是基于开发活性炭产品，生物油气更多是作为副产品，这对于开发生物质油气资源来说是极为不利的。
CN201010159906.X公开利用城市污泥低温热解同时制备生物油和活性炭的方法，首先将原料送入流化床热解，然后旋风分离捕集落下来的热解炭，并通过落料管、回料器和返料管返回热解反应器进行循环，热解炭经过多次循环后成为活性炭并随热解气进入陶瓷过滤器被捕集，排出的热解气冷凝回收生物油。该方法采用流化床虽然提高了生物油的收率，但制备活性炭存在单位产品能耗相对较高、热利用效率低的问题，而且回用热解气作为活化气，活性炭产品质量难以保障。
CN201110185346.X公开了一种生物质热解炼制-分级定向转化的方法。采用梯度升温和分布收集的方法实现产物的定向转化。其中，水溶性热解油用于发酵，脂溶性热解油精制高品质生物油，热解渣制备活性炭或纳米二氧化硅。但这种梯度升温是一种中慢速热解，会影响生物油收率，而且水溶性热解油采用生物转化的方法，造成设备复杂、流程繁复等问题。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种微波热解制生物油和活性炭的系统，该系统生物质热解率高，能够得到高收率生物油和高品质的活性炭产品，具有良好应用前景。
本发明的微波热解制生物油和活性炭的系统，包括微波热解反应器、旋风分离器、冷凝器、焦炭储料仓、微波活化反应器、气体燃烧器、活性炭冷却塔和氮气发生器；微波热解反应器通过管路与旋风分离器连接，旋风分离器顶部的出气口与冷凝器连接，旋风分离器底部与焦炭储料仓连接；焦炭储料仓底部与微波活化反应器物料进口连接，微波活化反应器物料出口通过管路与活性炭冷却塔的进料口连接，微波活化反应器上的出气口通过管路与燃烧器进气管路连接；冷凝器出气口通过管路与燃烧器相连，燃烧器的出气管路分为两路，一路与微波活化反应器连接，另一路与微波热解反应器的流化气和喷动气管路连接；活性炭冷却塔进气口与氮气管路相连，出气口通过管路并入流化气和喷动气管路，活性炭冷却塔底部设置物料出口。
本发明系统中，微波热解反应器采用导向喷动流化床，在流化床壁设置一定数量的微波石英窗口，每个窗口对应一个微波发生器，单个微波发生器的功率为500~2000W，根据反应器的容积等情况设置具体的窗口数量，一般设置4~16个，保证反应器内的功率密度在0.1×105 ~ 10×105W/m3；微波热解反应器下部设置法兰盘，用于法兰盘固定导向管和连接微波热解反应器上下两部分，法兰盘下部设置锥形气体分布板，竖直向上均匀布孔；锥形气体分布板底端连接喷动气入口，两侧连接流化气入口；反应器连接生物质螺旋加料器，通过螺旋推送的方式进料。
本发明系统中，焦炭储料仓采用分段式结构，一般设置2~4段，每段的顶部和底部都设置电动阀门，通过阀门的切换来控制焦炭颗粒的在微波活化器中的连续进料。
本发明系统中，冷凝器采用多级冷凝，冷凝方式分别为空冷（100~150℃）、水冷（25~50℃）和冷却液冷（5~10℃），依次得到重质油（馏程：>200℃）、中轻质油（馏程：80-200℃）和挥发油（馏程：80℃）。重质油可进一步通过加氢裂化得到汽柴油馏分，中轻质油和挥发油可用于提取制备化学品。
本发明系统中，热解生成的不可凝热解气含有CO、H2、CxHy等可燃气体，进入燃烧器中进行点火燃烧，燃烧器底部设置进气口，可以通入含氧气体，如空气、氧气等进行助燃，不可凝热解气与助燃气之比在1:0.5~1：2。燃烧得到的气体温度可达900℃，一部分作为微波活化气，一部分作为喷动气和流化气的气源。
本发明系统中，微波活化反应器设置等径螺杆，所述螺杆为等螺距、等深槽的圆柱体，采用螺旋进料的方式，微波活化温度为500~900℃；燃烧器的高温气体作为微波活化气通入微波活化反应器内，活化过程产生的挥发性可燃气体连同未反应的活化气一起通过管路回到燃烧器，提供新的活化气源。活化过程中控制活化气的气体流量在0.05~0.5L/min之间。由于微波独特的加热方式，焦炭的扩孔活化时间显著降低，通过调节反应器内的螺旋推动转速来控制焦炭的活化时间；其中所述的挥发性可燃气体含有CO、CxHy、H2等气体。
本发明系统中，活化后的活性炭产品送到活性炭冷却塔，此时活性炭温度仍高达400~500℃，通过氮气的反复循环冷却使活性炭降温至100℃以下出料，而经热交换的氮气与部分燃烧气混合后可直接作为喷动气和流化气送入微波热解反应器。
本发明的微波热解制生物油和活性炭的系统的操作方法如下：开启导向喷动流化床的微波加热装置，通入喷动气、流化气使反应器内的床料呈局部喷动流化状态，同时通过床料的吸收微波迅速升温，达到热解温度，将喷动气、流化气速率调到设定值，待温度达到平衡后，将生物质原料通过螺旋推动送入导向喷动流化床内，使生物质原料迅速受热裂解，产生热解气和部分焦炭被带出流化床，焦炭通过旋风分离器得到收集，而热解气体则进入多级冷凝系统，分别收集不同沸程的生物油，供下一步的生物油精制和开发利用；不可凝的热解气体进入燃烧器中，点火燃烧，生成高温燃烧气，一部分作为活化气用于焦炭的微波活化，一部分作为喷动气和流化气的气源由管路进入反应器；从旋风分离器收集的焦炭连续送入焦炭储料仓，来控制焦炭颗粒的连续微波活化，焦炭颗粒进入微波活化反应器吸收微波后迅速升温，并在活化气氛围下，于一定的活化温度和时间内制备活性炭产品，活化过程产生的挥发性气体连同未反应活化气一起通过管路回到燃烧器，提供新的活化气源；活化后的活性炭产品送到活性炭冷却塔，通过氮气的反复循环冷却使活性炭降温至100℃以下出料，预热的氮气与部分燃烧气混合后直接作为喷动气和流化气送入微波热解反应器。
本发明方法中，达到热解温度后，优选将少部分生物质原料送入反应器内进行预热，待温度达到平衡后，再将剩余生物质原料送入反应器。
本发明方法中，所述的床料为具有较高机械强度和摩擦系数的陶瓷类微波吸收介质，包括SiC、SiN、Si-C-N、Mo/AlN等，密度为3~4g/cm3，颗粒大小0.1~1.0mm，优选0.2~0.5mm。
本发明方法中，所述生物质原料为玉米秸秆、稻壳、麦秆、木块、树叶或树枝等任何含有木质纤维素的生物质；原料形状可以是包括片材、圆形、圆柱、锥形、长方体等任何形状的生物质，原料最大方向尺寸不超过20mm，优选0.5mm~10mm。
本发明方法中，所述的导向喷动流化床中的热解条件：微波功率密度为0.1×105~ 10×105W/m3，热解温度为450~550℃，热解压力0.01~0.1MPa，流化气速率为0.05~0.15m/s，流化气与喷动气速率之比为1:1~1:4。
本发明方法中，初始阶段的流化气和喷动气完全由氮气提供，热解过程中的流化气和喷动气由氮气和热解气经燃烧后的部分燃烧气共同提供，二者比例根据实际需要进行调节。
本发明方法中，所述的床料呈局部喷动流化状态的流化气速率为0.01~0.1m/s，流化气与喷动气速率之比为1:1~1:10。
本发明方法中，所述的冷凝器采用多级冷凝，冷凝方式分别为空冷（100~150℃）、水冷（25~50℃）和冷却液冷（5~10℃），依次得到重质油、中轻质油和挥发油。
本发明方法中，燃烧器中的热解气与助燃气之比在1:0.5~1：2，其中助燃气为含氧气体，氧气在气相中的体积分数为40%~100%，可以为纯氧气、空气、氧气与氮气的混合物或氧气与惰性气体的混合物中的一种，优选空气。
本发明方法中，微波活化反应器中活性炭制备条件：微波功率密度为0.1×105 ~1×105W/m3，活化温度为500~900℃，活化气体流量为0.05~0.5L/min，活化时间为15~30分钟。
根据本发明方法得到的活性炭产品的比表面积为700~3500m2/g，孔容为0.4~2cm3/g。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、生物质热解采用微波加热的导向喷动流化床，导向喷动流化床兼具“喷动”和“流化”的流态化特性既克服了传统喷动床环隙区内气固两相接触差和高床层下喷动不稳定的缺点，又避免流化床内易分层或节涌的缺点，基本消除了环隙区底部“死区”的出现及易黏结颗粒的团聚；由于床料是微波吸收介质能够迅速升温并使生物质受热分解，而微波独特热效应也会使较大颗粒的生物质吸收微波后升温分解，同时床内较大速度气流形成的内循环作用能够进一步强化床内的传热和传质过程，温度场分布更加均匀，加快热解气分离开床体，降低二次裂解，使得微波喷动流化床也能够处理较大的颗粒物料，克服了流化床处理颗粒物料粒径小的局限，而且微波热解床壁温度显著低于传统流化床，有利于降低生物质在床壁结焦以及降低能耗。
2、采用微波制备活性炭，活化温度低且短，活化效率高。将热解气燃烧后得到高温气体一部分作为活化气用来制备活性炭，由于活化气由CO2和N2组成，制得的活性炭产品质量高而且品质稳定，而将活化气返回燃烧器，不仅使活化气能够循环使用，而且活化过程中产生的挥发性可燃气体可作为热解气的补充，提供新的活化气源，满足活化气消耗。
3、使用活化后的活性炭作为热源预热喷动气和流化气，同时与部分燃烧气混合可直接通入喷动流化热解床，无需外源性气体预热系统，而且喷动气和流化气中富含的CO2有利于生物质热解过程中氧元素更多以CO2形式释放，从而降低生物油中的含氧量。
4、将微波加热的导向喷动流化床与微波活化床组合使用得到的生物油收率高，活性炭品质好，而且使热解、炭化和活化过程连续进行，工艺集成度高，能耗低，有良好的工业应用前景。
附图说明
图1 生物质微波热解制生物油和活性炭的系统。
其中A喷动流化床、B气体导向管、C微波石英窗口、D微波发生器、E旋风分离器、F焦炭储料仓、G电动阀门、H气体燃烧器、I微波活化反应器、J活化气回路、K活性炭冷却塔、L1~L3多级冷凝、M为法兰盘、P锥形气体分布板、Q1喷动气入口、Q2流化气入口。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明方案进行详细说明，但本发明不受下述实施例的限制。
本发明的微波热解制生物油和活性炭的系统的操作方法如下：开启导向喷动流化床A的微波发生器D，由喷动气入口Q1通入喷动气、流化气入口Q2通入流化气，喷动气经气体导向管B、流化气经气体分布板P分别进入床层，使反应器内的床料呈局部喷动流化状态，同时床料吸收微波迅速升温达到热解温度，将喷动气、流化气速率调到设定值，温度平衡后，将生物质原料通过螺旋推动由送入导向喷动流化床内，生物质原料发生热解，产生热解气和部分焦炭被带出流化床，进入旋风分离器E进行气固分离，热解气由旋风分离器顶部的出气口经管路进入冷凝器L1~L3，分别收集不同沸程的生物油，焦炭由旋风分离器底部进入焦炭储料仓；不可凝的热解气体进入气体燃烧器H中，点火燃烧，生成高温燃烧气，经出气管路分为两路，一路进入微波活化反应器作为活化气用于焦炭的微波活化，另一路经流化气和喷动气管路进入反应器；通过切换F两端的电动阀门G来控制焦炭颗粒向微波活化反应器I的连续进料，焦炭进入微波活化反应器I，吸收微波后迅速升温，并在活化气氛围下，于一定的活化温度和时间内制备活性炭产品，活化气经活化气回路J返回至气体燃烧器H；活化后的活性炭产品送到活性炭冷却塔K，通过氮气的反复循环冷却使活性炭降温至100℃以下出料，预热的氮气与部分燃烧气混合后直接作为喷动气和流化气送入导向喷动流化床A。
实施例1
开启导向喷动流化床的微波发生器D（10个微波窗口），微波功率密度为10×105W/m3，从喷动气入口Q1和流化气入口Q2分别引入喷动气（其中喷动气从气体导向管B中导出）、流化气（经气体分布板M，孔径0.2mm，开孔率10%）使反应器内的床料呈局部喷动流化状态，流化气速率为0.1m/s，喷动气速率为0.15m/s，同时床料碳化硅（0.5mm）吸收微波迅速升温，然后将少量木屑（5mm）送入反应器内与碳化硅发生传热传质作用使反应器A温度达到热解温度500℃，此时将喷动气速率调至0.3m/s，微波功率密度降低至5×105W/m3。待温度达到平衡后，将木屑原料通过螺旋推动送入导向喷动流化床内，使生物质原料迅速受热裂解，产生的热解气体和部分焦炭被带出床，焦炭通过旋风分离器E得到收集，而热解气体则进入多级冷凝系统L1~L3，分别收集不同沸程的生物油，生物油收率72.7%。不可凝的热解气体则进入气体燃烧器H燃烧，热解气与空气之比为1:1，得到的高温燃烧气一部分作为活化气用于焦炭的微波活化，一部分作为喷动气和流化气由气体管路进入热解反应器。从旋风分离器E收集的焦炭连续送入焦炭储料仓F，通过切换F两端的电动阀门G来控制焦炭颗粒向微波活化反应器I的连续进料。焦炭颗粒在微波和活化气（来自于燃烧器）双重作用下迅速升温至900℃，微波功率密度为1×105W/m3，活化气流量为0.1L/min，活化时间30min。活性炭产品比表面积3500m2/g，孔容2cm3/g。活化后的活性炭产品送到活性炭冷却塔，通过氮气的反复循环冷却使活性炭降温至100℃以下出料，而预热的氮气与部分燃烧气混合后可直接作为喷动气和流化气送入微波热解反应器。
实施例2
开启导向喷动流化床的微波发生器D（10个微波窗口），微波功率密度为10×105W/m3，从喷动气入口Q1和流化气入口Q2（其中喷动气从气体导向管B中导出）、流化气（经气体分布板M，孔径0.2mm，开孔率10%）使反应器内的床料呈局部喷动流化状态，流化气速率为0.15m/s，喷动气速率为0.25m/s，同时床料氮化硅（0.5mm）吸收微波迅速升温，然后将少量木屑（10mm）送入反应器内与氮化硅发生传热传质作用使反应器A温度达到热解温度550℃，此时将喷动气速率调至0.4m/s，微波功率密度降低至8×105W/m3。待温度达到平衡后，将木屑原料通过螺旋推动送入导向喷动流化床内，使生物质原料迅速受热裂解，产生的热解气体和部分焦炭被带出床，焦炭通过旋风分离器E得到收集，而热解气体则进入多级冷凝系统L1~L3，分别收集不同沸程的生物油，生物油收率70.5%。不可凝的热解气体则进入气体燃烧器H燃烧，热解气与空气之比为1:0.5，得到的高温燃烧气一部分作为活化气用于焦炭的微波活化，一部分作为喷动气和流化气由气体管路进入热解反应器。从旋风分离器E收集的焦炭连续送入焦炭储料仓F，通过切换F两端的电动阀门G来控制焦炭颗粒向微波活化反应器I的连续进料。焦炭颗粒在微波和活化气（来自于燃烧器）双重作用下迅速升温至600℃，微波功率密度为0.5×105W/m3，活化气流量为0.5L/min，活化时间15min。活性炭产品比表面积1200m2/g，孔容1.1cm3/g。活化后的活性炭产品送到活性炭冷却塔，通过氮气的反复循环冷却使活性炭降温至100℃以下出料，而预热的氮气与部分燃烧气混合后可直接作为喷动气和流化气送入微波热解反应器。
对比例1
使用电加热的导向喷动流化床进行热解，开启喷动流化床加热装置，分别控制喷动气和流化气使反应器内的石英砂床料呈局部喷动流化状态，流化气速率为0.15m/s，喷动气速率为0.25m/s，当温度达到热解温度550℃时，将喷动气速率调至0.4m/s，同时将少量木屑（10mm）送入反应器内进行热解。待温度达到平衡后，将木屑原料通过螺旋推动送入导向喷动流化床内，使生物质原料迅速受热裂解，产生的热解气体和部分焦炭被带出床，焦炭通过旋风分离收集，而热解气体则进入多级冷凝系统，分别收集不同沸程的生物油，生物油收率62.6%。从旋风分离器收集的焦炭在活化床进行反应，活化温度600℃，活化气CO2流量为0.5L/min，活化时间15min。活性炭产品比表面积880m2/g，孔容0.6cm3/g。
对比例2
使用微波加热的普通流化床进行热解，开启流化床微波发生器（10个微波窗口），微波功率密度为10×105W/m3，通入流化气使反应器内的床料呈流化状态，流化气速率为1.0m/s，同时床料碳化硅（0.5mm）吸收微波迅速升温，然后将少量木屑（1mm）送入反应器内与碳化硅发生传热传质作用使反应器温度达到热解温度550℃，此时将流化气气速率调至0.2m/s，将微波功率密度降低至4×105W/m3。待温度达到平衡后，将木屑原料通过螺旋推动送入流化床内，使生物质原料迅速受热裂解，产生的热解气体和部分焦炭被带出床，焦炭通过旋风分离收集，而热解气体则进入多级冷凝系统，分别收集不同沸程的生物油，生物油收率64.1%。从旋风分离器收集的焦炭在活化床进行反应，活化温度600℃，活化气CO2流量为0.5L/min，活化时间15min。活性炭产品比表面积1010m2/g，孔容0.8cm3/g。

Claims (16)

1.一种微波热解制生物油和活性炭的系统，其特征在于：包括微波热解反应器、旋风分离器、冷凝器、焦炭储料仓、微波活化反应器、气体燃烧器、活性炭冷却塔和氮气发生器；微波热解反应器通过管路与旋风分离器连接，旋风分离器顶部的出气口与冷凝器连接，旋风分离器底部与焦炭储料仓连接；焦炭储料仓底部与微波活化反应器物料进口连接，微波活化反应器物料出口通过管路与活性炭冷却塔的进料口连接，微波活化反应器上的出气口通过管路与燃烧器进气管路连接；冷凝器出气口通过管路与燃烧器相连，燃烧器的出气管路分为两路，一路与微波活化反应器连接，另一路与微波热解反应器的流化气和喷动气管路连接；活性炭冷却塔进气口与氮气管路相连，出气口通过管路并入流化气和喷动气管路，活性炭冷却塔底部设置物料出口；微波热解制生物油和活性炭的系统的操作方法，包括如下内容：开启导向喷动流化床的微波发生器，通入喷动气、流化气使反应器内的床料呈局部喷动流化状态，同时通过床料的吸收微波迅速升温，达到热解温度，将喷动气、流化气速率调到设定值，将生物质原料通过螺旋推动送入导向喷动流化床内，使生物质原料迅速受热裂解，产生热解气和部分焦炭被带出流化床，焦炭通过旋风分离器得到收集，而热解气体则进入多级冷凝系统，分别收集不同沸程的生物油；不可凝的热解气体进入燃烧器中点火燃烧，生成高温燃烧气，一部分进入微波活化器作为活化气用于焦炭的微波活化，一部分作为喷动气和流化气的气源由管路进入反应器；从旋风分离器收集的焦炭连续送入焦炭储料仓，来控制焦炭颗粒的连续微波活化，焦炭颗粒进入微波活化反应器吸收微波后迅速升温，并在燃烧气氛围下，于一定的活化温度和时间内制备活性炭产品，活化过程产生的挥发性气体连同未反应活化气一起通过管路回到燃烧器，提供新的活化气源；活化后的活性炭产品送到活性炭冷却塔，通过氮气的反复循环冷却使活性炭降温至100℃以下出料，预热的氮气与部分燃烧气混合后直接作为喷动气和流化气送入微波热解反应器；所述的床料为SiC、SiN、Si-C-N或Mo/AlN中的一种或几种，密度为3~4g/cm3，颗粒大小0.1~1.0mm。
2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于：微波热解反应器采用导向喷动流化床，在流化床壁设置4~16个的微波石英窗口，每个窗口对应一个微波发生器。
3.按照权利要求2所述的系统，其特征在于：单个微波发生器的功率为500~2000W。
4.按照权利要求2所述的系统，其特征在于：微波热解反应器内的功率密度在0.1×105~ 10×105W/m3。
5.按照权利要求1或2所述的系统，其特征在于：微波热解反应器下部设置法兰盘，法兰盘下部设置锥形气体分布板，竖直向上均匀布孔；锥形气体分布板底端连接喷动气入口，两侧连接流化气入口。
6.按照权利要求1所述的系统，其特征在于：焦炭储料仓采用分段式结构，设置2~4段，每段的顶部和底部都设置电动阀门，通过阀门的切换来控制焦炭颗粒的在微波活化器中的连续进料。
7.按照权利要求1所述的系统，其特征在于：冷凝器采用多级冷凝，冷凝方式分别为空冷100~150℃、水冷25~50℃和冷却液冷5~10℃。
8.按照权利要求1所述的系统，其特征在于：微波活化反应器设置等径螺杆，所述螺杆为等螺距、等深槽的圆柱体，采用螺旋进料的方式。
9.一种微波热解制生物油和活性炭的系统的操作方法，其特征在于：开启导向喷动流化床的微波发生器，通入喷动气、流化气使反应器内的床料呈局部喷动流化状态，同时通过床料的吸收微波迅速升温，达到热解温度，将喷动气、流化气速率调到设定值，将生物质原料通过螺旋推动送入导向喷动流化床内，使生物质原料迅速受热裂解，产生热解气和部分焦炭被带出流化床，焦炭通过旋风分离器得到收集，而热解气体则进入多级冷凝系统，分别收集不同沸程的生物油；不可凝的热解气体进入燃烧器中点火燃烧，生成高温燃烧气，一部分进入微波活化器作为活化气用于焦炭的微波活化，一部分作为喷动气和流化气的气源由管路进入反应器；从旋风分离器收集的焦炭连续送入焦炭储料仓，来控制焦炭颗粒的连续微波活化，焦炭颗粒进入微波活化反应器吸收微波后迅速升温，并在燃烧气氛围下，于一定的活化温度和时间内制备活性炭产品，活化过程产生的挥发性气体连同未反应活化气一起通过管路回到燃烧器，提供新的活化气源；活化后的活性炭产品送到活性炭冷却塔，通过氮气的反复循环冷却使活性炭降温至100℃以下出料，预热的氮气与部分燃烧气混合后直接作为喷动气和流化气送入微波热解反应器。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：所述生物质原料为玉米秸秆、稻壳、麦秆、木块、树叶或树枝中的一种或几种，原料最大方向尺寸不超过20mm。
11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的导向喷动流化床中的热解条件：微波功率密度为0.1×105 ~ 10×105W/m3，热解温度为450~550℃，热解压力0.01~0.1MPa，流化气速率为0.05~0.15m/s，流化气与喷动气速率之比为1:1~1:4。
12.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的床料呈局部喷动流化状态的流化气速率为0.01~0.1m/s，流化气与喷动气速率之比为1:1~1:10。
13.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的冷凝器采用多级冷凝，冷凝方式分别为空冷100~150℃、水冷25~50℃和冷却液冷5~10℃。
14.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：燃烧器中的热解气与助燃气之比在1:0.5~1：2，其中助燃气为含氧气体，氧气在气相中的体积分数为40%~100%，选自为纯氧气、空气、氧气与氮气的混合物或氧气与惰性气体的混合物中的一种。
15.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：微波活化反应器中活性炭制备条件：微波功率密度为0.1×105~1×105W/m3，活化温度为500~900℃，活化气体流量为0.05~0.5L/min，活化时间为15~30分钟。
16.按照权利要求9~15任一方法制备的的活性炭，其特征在于：活性炭的比表面积为700~3500m2/g，孔容为0.4~2cm3/g。
CN201310496029.9A 2013-10-22 2013-10-22 一种微波热解制生物油和活性炭的系统 Active CN104560074B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310496029.9A CN104560074B (zh) 2013-10-22 2013-10-22 一种微波热解制生物油和活性炭的系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310496029.9A CN104560074B (zh) 2013-10-22 2013-10-22 一种微波热解制生物油和活性炭的系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104560074A CN104560074A (zh) 2015-04-29
CN104560074B true CN104560074B (zh) 2017-03-01

Family

ID=53077164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310496029.9A Active CN104560074B (zh) 2013-10-22 2013-10-22 一种微波热解制生物油和活性炭的系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104560074B (zh)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104818038A (zh) * 2015-05-18 2015-08-05 南京农业大学 一种生物质微波裂解系统
CN105062529A (zh) * 2015-09-09 2015-11-18 陕西美斯林能源科技研究院 一种喷动流化床粉煤热解装置及方法
CN105462604B (zh) * 2015-12-22 2017-06-20 华南理工大学 一种生活垃圾及油页岩整体热解装置及其热解方法
CN105771809A (zh) * 2016-05-03 2016-07-20 江苏大学 一种半连续式微波催化热裂解反应器
CN106370552A (zh) * 2016-11-04 2017-02-01 北京林业大学 生物质微波热裂解炼制在线分析实验装置及其方法
CN106698421A (zh) * 2016-12-08 2017-05-24 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 一种废旧轮胎的能源循环利用制备活性炭的系统及方法
CN106517192B (zh) * 2016-12-08 2019-03-01 神雾科技集团股份有限公司 利用煤制备活性炭的系统和方法
CN106494908A (zh) * 2016-12-12 2017-03-15 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 一种电子垃圾热解的进出料系统及方法
NO345369B1 (en) 2017-03-27 2021-01-04 Scanship As Microwave pyrolysis reactor I
CN107596731A (zh) * 2017-10-19 2018-01-19 武汉轻工大学 一种植物提取用低温超声循环与溶剂配送装置
CN107652995B (zh) * 2017-11-06 2019-10-01 南昌大学 一种酒糟快速热解制备生物燃气的方法
CN107892930B (zh) * 2017-11-06 2019-10-29 南昌大学 一种果核类废弃物快速热解制油的方法
CN107828431B (zh) * 2017-11-06 2019-10-01 南昌大学 一种果壳类废弃物微波辅助热解转化燃油的方法
CN107723015B (zh) * 2017-11-06 2020-03-13 南昌大学 一种下吸式快速热解生物质的装置
CN108715445A (zh) * 2018-07-14 2018-10-30 深圳市星聚工业自动化有限公司 一种微波气体扩散法膨胀石墨膨化装置
CN108998057B (zh) * 2018-07-18 2020-10-27 陕西科技大学 一种废弃过滤嘴微波解聚联产富酯热解油和活性炭的方法
CN109437191A (zh) * 2018-12-03 2019-03-08 大连理工大学 一种“压泵”耦合微波快速制备高产率活性炭的装置与方法
CN109758836B (zh) * 2019-03-12 2021-05-04 哈尔滨工业大学 基于微波提高半焦反应性方法的离心反应器装置
CN111001366A (zh) * 2019-12-02 2020-04-14 天津大学 一种降低污泥水热液化生物油中多环芳烃浓度的方法
CN111854374A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 北京金辉景新节能科技有限公司 一种真空微波脱水设备
CN111943195A (zh) * 2020-08-20 2020-11-17 河南科技大学 一种活性炭发生装置及活性炭制备系统
CN113753890A (zh) * 2021-08-23 2021-12-07 河海大学 一种处理含2-氯苯酚废水的生物炭及其制备方法、装置
WO2023122817A1 (en) * 2021-12-29 2023-07-06 OCS IP Pty Ltd Continuous carbonisation system and methods therefor
CN114874801B (zh) * 2022-05-25 2023-11-07 哈尔滨工业大学 一种颗粒燃料微波流化快速热解方法
CN114874797A (zh) * 2022-05-25 2022-08-09 哈尔滨工业大学 一种生物质微波快速制气系统及其制气方法
CN115031494A (zh) * 2022-06-21 2022-09-09 哈尔滨工业大学 一种沸腾床微波干燥装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69019757T2 (de) * 1989-10-17 1996-01-18 Kenneth Michael Holland Aktivkohle.
CN1876566A (zh) * 2006-03-24 2006-12-13 大连理工大学 微波辐射生物质制造活性炭的方法
WO2009090072A1 (de) * 2008-01-16 2009-07-23 Lucia Viviane Sanders Hydrothermale karbonisierung von biomasse
CN101525545A (zh) * 2009-04-13 2009-09-09 北京海润川投资咨询有限公司 工业化连续的农林生物质快速热解炼油方法及其装置
CN101633845A (zh) * 2009-02-23 2010-01-27 深圳市兖能投资管理有限公司 以垃圾分选物为原料制取煤气和/或活性炭的系统、装置和方法
CN101633847A (zh) * 2009-02-23 2010-01-27 深圳市兖能投资管理有限公司 微波加热式裂解炉
CN101671570A (zh) * 2009-09-08 2010-03-17 北京林业大学 一种小型移动式农林生物质快速热裂解装置
CN102206515A (zh) * 2011-04-26 2011-10-05 山东大学 一种生物质的多联产综合利用方法及装置
WO2011131207A1 (en) * 2010-04-23 2011-10-27 Organic Fuel Technology A/S Process for the production of biofuel

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69019757T2 (de) * 1989-10-17 1996-01-18 Kenneth Michael Holland Aktivkohle.
CN1876566A (zh) * 2006-03-24 2006-12-13 大连理工大学 微波辐射生物质制造活性炭的方法
WO2009090072A1 (de) * 2008-01-16 2009-07-23 Lucia Viviane Sanders Hydrothermale karbonisierung von biomasse
CN101633845A (zh) * 2009-02-23 2010-01-27 深圳市兖能投资管理有限公司 以垃圾分选物为原料制取煤气和/或活性炭的系统、装置和方法
CN101633847A (zh) * 2009-02-23 2010-01-27 深圳市兖能投资管理有限公司 微波加热式裂解炉
CN101525545A (zh) * 2009-04-13 2009-09-09 北京海润川投资咨询有限公司 工业化连续的农林生物质快速热解炼油方法及其装置
CN101671570A (zh) * 2009-09-08 2010-03-17 北京林业大学 一种小型移动式农林生物质快速热裂解装置
WO2011131207A1 (en) * 2010-04-23 2011-10-27 Organic Fuel Technology A/S Process for the production of biofuel
CN102206515A (zh) * 2011-04-26 2011-10-05 山东大学 一种生物质的多联产综合利用方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
微波裂解制生物油技术研究进展;吴爽 等;《林业化学与工业》;20121028;第32卷(第5期);第121页第1段 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104560074A (zh) 2015-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104560074B (zh) 一种微波热解制生物油和活性炭的系统
CN101550347B (zh) 生物质浆态雾化热裂解工艺
CN100549131C (zh) 生物质分级控温慢速热解工艺及其系统
CN101544901B (zh) 生物质热裂解制取生物油的方法及装置
CN102559220B (zh) 精确控制的生物质燃气、生物质炭制备系统
CN101613615B (zh) 一种煤的解耦提质方法和系统
CN201473491U (zh) 一种生物质快速热解装置
CN107828431B (zh) 一种果壳类废弃物微波辅助热解转化燃油的方法
CN104593090A (zh) 一种生物质热解气化制备合成气的方法及装置
CN201896159U (zh) 精确控制的生物质燃气、生物质炭制备系统
CN102786990B (zh) 一种生物质与煤流化床共气化的方法
CN101328415A (zh) 一种活塞式流化床低温干馏工艺方法
CN102703131A (zh) 一种用于宽粒径分布燃料的两段气化方法及其气化装置
CN101012384A (zh) 以生物质为原料气化制备燃气的方法和装置
RU2766422C2 (ru) Устройство газификации биомассы
CN102329651A (zh) 一种三段式生物质热解气化制取合成气的气化装置
CN101624531A (zh) 生物质喷动流化床热解分级冷凝制取生物油装置
CN103695014A (zh) 一种稻壳生产甲醇生物质油的方法
CN103756731A (zh) 一种交互循环双流化床固体燃料气化装置及方法
CN102220150B (zh) 生物质热解脱焦脱碳制备高品质燃气的方法
CN105710114B (zh) 一种生活垃圾及农林废弃物炭化循环综合处理系统及方法
CN107892930B (zh) 一种果核类废弃物快速热解制油的方法
CN103113905A (zh) 一种煤粉复合干馏装置及方法
Okekunle et al. Fuel Characterization of Bio-Oil from Fast Pyrolysis of Tectona grandis in a Fixed Bed Reactor at Different Temperatures (400− 700 C)
JP6412261B2 (ja) バイオマスのガス化装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant