CN106433712A - 一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，该工艺适用于规模化生产中各类生物质的热解炭化加工。该工艺主要由连续热解炭化、燃气燃油提纯以及高温烟气回用3个工序组成，物料通过连续热解炭化工序完成制炭工艺，产生生物炭和粗热解气；燃气燃油提纯工序是将粗热解气中热解焦油和热解气的进行净化分离；高温烟气回用工序是将分离后的热解焦油、气充分燃烧，产生的高温烟气用于前端热解炭化供能，最终实现生物炭的连续生产和副产物的充分利用。

Description

一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺
技术领域
本发明属于可再生能源技术领域，具体涉及一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，该工艺适用于规模化生产中各类生物质的热解炭化加工。工作中，该工艺流程不仅能实现生物炭和热解气联产，还能通过燃油和部分燃气燃烧回用实现自供热功能，多余的燃气通入居民用气管网。
背景技术
生物炭是生物质有机材料在缺氧或绝氧环境中，经热裂解后生成的固态产物。其资源丰富，用途广泛，既可作为高品质能源，也可作为还原剂，还可作为土壤改良剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂，生物炭通过固定生物质中的碳，对大气土壤碳循环、陆地碳储存等都有重要影响。我国能源结构主要以煤炭为主，因其使用造成的环境污染，生态破坏日趋严重，人均能源消费水平和能源利用率比较低。因此，发展新的能源工业，调整能源结构和提高能源利用率在我国已成为当务之急。
热解焦油作为热解炭化过程中产生的副产物，在低温下易凝结，容易和水、炭颗粒、灰分等杂质结合在一起，堵塞燃气管道，卡死阀门，腐蚀金属等问题而不方便直接被利用，现阶段研究人员对热解焦油进行了分析研究，发现其中含有100多种物质，多为环状分子结构难以分解。经过试验测试，发现热解焦油的热值可达到34MJ，因此焦油的充分燃烧既解决了污染问题，又能带来热量能源。生物燃气是将粗热解气中的热解焦油、水和木醋液等液体产物分离之后得到的不可冷凝气体，其主要成分是CO、H2、CO2、CH4等气体，热值可达20MJ，作为一种清洁高效的燃气具有极高的利用价值。
目前，由于对生物质热解研究的重视，已产生了一些较显著的成果，但研究多集中于生物质热解机理和生物质热解设备的研究，如热解设备按生产方式可分为间歇式和连续式，关于生物质热解炭化工艺流程的研究很少，从而导致热解炭化加工中始终存在能源投入、消耗大，废热排放等问题，这些问题单纯从机械设备上去解决十分不经济。因此如何更通过优化热解炭化加工工艺流程，降低能源投入与消耗是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决技术背景中所述现有生物质热解炭化技术中存在的运行成本高、热损失量大、焦油处理工艺复杂等问题，公开一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺其特征在于该工艺主要由连续热解炭化、燃气燃油提纯以及高温烟气回用3个工序组成，物料通过连续热解炭化工序完成制炭工艺，产生生物炭和粗热解气；燃气燃油提纯工序是将粗热解气中热解焦油和热解气进行净化分离；高温烟气回用工序是将分离后的热解焦油、热解气充分燃烧，产生的高温烟气用于前端热解炭化供能。具体通过以下工艺细节实现：
工序1：连续热解炭化，外部热源为物料炭化提供启动供能，正常运行后更换为由工序3的高温烟气供能，通过回转窑实现物料的连续热解炭化，产生的生物炭保温炭化后换热冷却并储存，热解气进入工序2。
工序2：燃气燃油提纯，工序1产生的热解气依次通过折流板过滤、两级冷凝分离和电捕焦油器，之后再经罗茨风机将气体储存至气柜，供工序3使用。
工序3：高温烟气回用，经工序2分离储存后的热解焦油和清洁热解气，通入至各自的燃烧器，燃烧产生的高温烟气为工序1的热解炭化提供热量。
整个工艺流程的工作环境始终保持密闭。
2.所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序1所述的启动热源是天然气燃烧产生的高温烟气，正常运行后关闭天然气供应，由热解气和热解焦油的燃烧提供热解热源；工序2所述的罗茨风机采用调频控速，其转速通过工序1中采集的回转窑压力信号进行反馈调节，以便维持热解反应室的压力稳定；工序3所述的燃气量采用电磁阀调控，其开度通过工序1中采集的回转窑温度信号进行反馈调节，通过燃气量调控热解反应室的温度。
3.所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序1中，在进料处设有连续密闭进料和均匀布料工段，保证热解反应的平稳进行和产气量的稳定性。
4.所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序1中产生的热解气出口处连接折流板过滤器，折流板过滤器采用400℃伴热保温，避免除尘阶段焦油的冷凝。
5.所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序2中的热解气过滤除尘之后经过两级风冷换热，第一级风冷换热将热解气温度降至200℃，第二级风冷换热将热解气温度降至室温。
6.所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序3中的储气柜连接两条支路，一支路连接热解气燃烧器，另一支路连接居民用气管网，供居民生活用气。
7.所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序3中的热解气和热解焦油燃烧产生的高温烟气通入至回转窑外层，烟气后端接调频引风机控制烟气的停留时间，保证充分换热。
8.所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序3中的高温烟气通过回转窑换热后再接入原料烘干工序，将原料含水率降至15％以下。
附图说明
图1为一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的具体结构和工作过程进一步的描述。
如图1的一种闭式热解炭化多联产工艺流程示意图所示，该工艺主要由连续热解炭化、燃气燃油提纯以及高温烟气回用3个工序组成，物料通过连续热解炭化工序完成制炭工艺，产生生物炭和粗热解气；燃气燃油提纯工序是将粗热解气中热解焦油和热解气进行净化分离；高温烟气回用工序是将分离后的热解焦油、热解气充分燃烧，产生的高温烟气用于前端热解炭化供能。整个工艺流程的工作环境始终保持密闭。
根据以上分类，本发明结合图例说明如下：
实施例：采用玉米秸秆生产联产生物炭和燃气
采用本发明的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，原料为粉碎后玉米秸秆，长度约3～4mm，利用天然气燃烧产生的高温烟气作为设备的启动热源，将回转窑加热至设定的温度，设备开始运行，物料经过密封进料和均匀布料保证了热解的缺氧环境和进料量的稳定性，之后经过回转窑的热解炭化生成生物炭和粗热解气，生物炭经过循环水冷将温度降至100℃以下防止收集过程中自燃；粗热解气进入工序2进行燃气和燃油的提纯，经过折流板过滤除掉粗热解气中90％的灰尘颗粒等杂质，之后在经过列管换热器的控温技术，实现热解焦油和水的分离，并得到纯净的可燃气；存储罐可储8公斤的气体压力，经过减压后直接通入燃气燃烧器中燃烧，储油罐的热解焦油在80℃保温下通入至燃油燃烧器燃烧，两种燃料燃烧产生的高温烟气控制温度约800℃通入至回转窑外壁为前端的热解炭化提供热量，出来的低温烟气约为200℃用于物料干燥，实现能量充分利用，剩余的燃气通过居民用气管网，供周边居民使用。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于该工艺主要由连续热解炭化、燃气燃油提纯以及高温烟气回用3个工序组成，物料通过连续热解炭化工序完成制炭工艺，产生生物炭和粗热解气；燃气燃油提纯工序是将粗热解气中热解焦油和热解气进行净化分离；高温烟气回用工序是将分离后的热解焦油、热解气充分燃烧，产生的高温烟气用于前端热解炭化供能。具体通过以下工艺细节实现：
工序1：连续热解炭化，外部热源为物料炭化提供启动供能，正常运行后更换为由工序3的高温烟气供能，通过回转窑实现物料的连续热解炭化，产生的生物炭保温炭化后换热冷却并储存，热解气进入工序2。
工序2：燃气燃油提纯，工序1产生的热解气依次通过折流板过滤、两级冷凝分离和电捕焦油器，之后再经罗茨风机将气体储存至气柜，供工序3使用。
工序3：高温烟气回用，经工序2分离储存后的热解焦油和清洁热解气，通入至各自的燃烧器，燃烧产生的高温烟气为工序1的热解炭化提供热量。
整个工艺流程的工作环境始终保持密闭。
2.根据权利要求1所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序1所述的启动热源是天然气燃烧产生的高温烟气；工序2所述的罗茨风机采用调频控速，其转速通过工序1中采集的回转窑压力信号进行反馈调节；工序3所述的燃气量采用电磁阀调控，其开度通过工序1中采集的回转窑温度信号进行反馈调节。
3.根据权利要求1或2所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序1中，在进料处设有连续密闭进料和均匀布料工段。
4.根据权利要求1或2所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序1中产生的热解气出口处连接折流板过滤器，折流板过滤器采用400℃伴热保温。
5.根据权利要求1或2所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序2中的热解气过滤除尘之后经过两级风冷换热，第一级风冷换热将热解气温度降至200℃，第二级风冷换热将热解气温度降至室温。
6.根据权利要求1或2所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序3中的储气柜连接两条支路，一支路连接热解气燃烧器，另一支路连接居民用气管网。
7.根据权利要求1或2所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序3中的热解气和热解焦油燃烧产生的高温烟气通入至回转窑外层，烟气后端接调频引风机。
8.根据权利要求1或2所述的一种回转式生物质连续热解炭气联产工艺，其特征在于工序3中的高温烟气通过回转窑换热后再接入原料烘干工序，将原料含水率降至15％以下。
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