CN106675596A - 一种生物质与液化残渣热解的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质与液化残渣热解的系统和方法。该系统包括混合成型单元、共热解单元、液化残渣除尘单元以及电石生产单元；混合成型单元包括生物质入口、液化残渣入口和型球出口；共热解单元包括型球入口、热解油气出口以及混合半焦出口；液化残渣除尘单元设有热解气入口、除尘气出口以及含尘液化残渣出口；电石生产单元设置有混合半焦入口、生石灰入口、富氧气体喷嘴、电石炉气出口以及电石出口。本发明提供的系统和方法利用液态的液化残渣对生物质热解所得的热解气进行除尘，并循环利用含尘液化残渣使其与生物质混合共热解制备混合半焦，并利用混合半焦的显热制备电石，实现其高价值利用和系统节能。

Description

一种生物质与液化残渣热解的系统和方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种生物质与液化残渣热解的系统和方法。
背景技术
生物质是一种可再生能源，净增产量巨大，目前农林牧业的废弃物一般被直接作为燃料燃烧，但往往造成燃烧不充分、环境污染严重的问题。与煤炭相比，生物质挥发份含量高，热解可得到大量的轻质焦油和热解气；同时，热解生物质焦中固定碳含量高，硫氮和灰分含量低，其成分非常适于作电石生产的原料。但是，生物质比重小，在热解过程中很容易产生粉尘，造成热解油气中的含尘量过高。
同时，煤直接液化生产过程中，会产生大量的液化残渣，约为原煤质量的30％。液化残渣为一种高炭、高挥发分、含有液化催化剂的物质，其一定温度下会发生软化，产生流动性，且具有很强的粘结性，现有技术报道了一种粉煤热解高温煤气除尘的方法，显示液态液化残渣对高温煤气的除尘效果较好；专利还报道，液化残渣在绝氧环境下热解会产生大量的油气产品，使液化残渣能够变废为宝，得到充分利用，因此液化残渣的利用研究具有很重要的意义。
发明内容
本专利旨在将液态的液化残渣作为生物质热解的除尘剂，之后将含尘液化残渣与生物质混合、成型、共热解得到生物质焦与液化残渣焦的混合焦，并将混合焦作为电石生产的原料，制备电石，充分利用液化残渣粘结性高及生物质焦灰分低的优势，并结合热量的充分利用，以实现热解油气及电石的清洁节能生产。
为实现上述目的，本发明通过液态特化残渣对生物质热解气进行除尘，并进一步油气分离后获得轻质焦油及经热解气；然后，含尘液化残渣在高温下与生物质混合成型，并发生共热解，将液化残渣及生物质中的油气产品充分提出，一方面可将夹带出炉的粉尘再热解，提高产品的利用率；另一方面，液化残渣中的催化剂具有催化裂解焦油的作用，使热解所得的焦油轻质化，使液化残渣的价值得到充分利用，变废为宝；最后，生物质与液化残渣供热解产生的混合焦被直接热送至气流床，采用氧热法生产电石，充分利用混合焦的显热，降低电石生产能耗。本发明因此提出了一种生物质与液化残渣热解的系统，包括混合成型单元、共热解单元、液化残渣除尘单元以及电石生产单元；其中，
所述混合成型单元包括生物质入口、液化残渣入口和型球出口，所述混合成型单元用于将生物质和液化残渣混合搅拌并压制成型得到型球；
所述共热解单元包括型球入口、热解油气出口以及混合半焦出口，所述型球入口与所述型球出口相连；所述热解单元用于所述型球的热解得到热解油气及高温混合焦；
所述液化残渣除尘单元设有热解气入口、除尘气出口以及含尘液化残渣出口；所述热解气入口与所述热解油气出口相连；所述液化残渣除尘单元用于对所述热解油气处理得到除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；
所述电石生产单元设置有混合半焦入口、生石灰入口、富氧气体喷嘴、电石炉气出口以及电石出口，所述混合半焦入口和所述混合半焦出口相连，所述电石生产单元用于混合半焦和生石灰的反应。
具体地，所述混合成型单元包括混合工段以及成型工段，其中，
所述所述混合工段包括所述生物质入口、所述液化残渣入口、捏合搅拌装置以及混合物料出口；
所述成型工段包括混合物料入口以及所述型球出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连。
进一步地，所述混合工段所用装置为捏合机或螺旋混料机。
所述成型工段所用装置为普通压球机。
具体地，所述共热解单元使用的装置是无热载体蓄热式旋转床；其中，
所述无热载体蓄热式旋转床内部设置有上下两层蓄热式辐射管，平行均匀分布在料层的上方和下方，且相邻的上层辐射管与下层辐射管错开分布；所述无热载体蓄热式旋转床侧壁设置多个所述热解油气出口。
进一步地，所述液化残渣除尘单元使用的装置是高温密闭保温容器。
所述电石生产单元使用的装置是气流床。
具体地，所述系统还包括普通输送装置和保温输送装置，所述混合半焦入口通过所述保温输送装置与所述混合半焦出口相连，所述型球入口通过所述普通输送装置与所述型球出口相连，所述高温输送装置为保温桶或保温链板。
本发明还提供一种利用上述系统对生物质与液化残渣进行热解的方法，其特征在于，包括步骤：
A.混合成型：在所述混合成型单元将所述生物质和所述液化残渣混合搅拌并压制成型；
B.共热解：在所述共热解单元将所述型球进行热解得到所述热解油气及所述高温混合焦；
C.液化残渣除尘：将所述粗煤气和液态液化残渣进行接触，得到所述除尘煤气以及所述含尘煤液化残渣油浆；
D.液化残渣处理：在所述含尘煤液化残渣油浆中，对含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用，含尘浓度≥50wt％的油浆排出至所述成型单元；
E.电石生产：在所述电石生产单元将所述混合半焦和所述生石灰进行冶炼。
进一步地，将所述生物质粒度控制为≤5mm，将所述液化残渣的温度控制在260-360℃。
将所述共热解单元所述生物质与所述液化残渣的质量比控制为1:0.2-0.6，反应温度为500-650℃，反应时间为30-60min。
具体地，将所述液态液化残渣的温度控制在300-420℃。
作为优选的实施方案，将所述生石灰的粒度控制在＜5mm，所述混合半焦与所述生石灰的反应温度为1700-2000℃。
本发明提供了一种利用液态的液化残渣对生物质热解所得的热解气进行除尘，并循环利用含尘液化残渣使其与生物质混合共热解制备混合半焦，最后利用混合半焦为原料，并充分利用混合半焦的显热制备电石的方法和系统。充分利用了液化残渣的特性，实现了液化残渣的高价值利用，并充分实现系统节能。
该发明具有以下有益效果：
(1)充分利用煤液化残渣的特性，作为生物质热解气的除尘剂，并在吸收饱和后与生物质发生共热解，产生油气产品，实现液化残渣高附加值利用，变废为宝；
(2)液化残渣的粘度大，且粉尘与液体煤液化残渣介质的相溶性好，易于捕集粉尘，对热解气的除尘效率高；
(3)含尘液化残渣与生物质混合压球后热解，由于液化残渣的高粘性，本身可降低生物质热解气的含尘量；同时，液化残渣中的催化剂，对热解油气中的重质组分具有很好的催化裂解作用，可提高焦油轻质组分质量；再者，含尘液化残渣与生物质共热解，将夹带出炉的粉尘重新回炉热解，提高了原料利用率，且在整个过程中不产生污染排放；
(4)充分结合液化残渣灰分高以及生物质半焦灰分低的特点，将二者混合作为电石生产的原料，可实现液化残渣的完全利用；
(5)通过生物质与液化残渣共热解与电石生产的耦合，将共热解所得的混合半焦通过热送技术直接送至气流床，采用氧热法生产电石，可充分利用热解半焦的显热，极大的降低原料成本和生产能耗；
(6)利用蓄热式无热载体预热炉作为共热解装置，利用辐射管加热，无需热载体，使得热解油气的品质较高；且可灵活控制不同热解段的温度，热效率高。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明的生产工艺流程图；
图2是本发明的生产系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
本发明提出了一种生物质与液化残渣共热解耦合电石生产的方法，如图1，包括以下步骤：
第一步：生物质与液化残渣成型：将生物质与含尘液化残渣(第一次实验为不含尘液化残渣)，混合搅拌，并压制成型；
其中：所述生物质包括农、林、牧业废弃物中的一种或几种；所述生物质在进预热炉前经过初步破碎，使其长度≤5mm；
所述液化残渣为液态，温度为260-360℃；
所述生物质与液化残渣的质量比为1:0.2-0.6；
第二步：生物质与液化残渣共热解：将生物质与液化残渣混合压制所得型球送入无热载体蓄热式旋转床，热解得到热解油气及高温混合焦；
其中，所述预热炉的加热方式可以是无热载体蓄热式辐射管；热解温度为500-650℃，热解时间为30-60min；
第三步：液化残渣除尘：由无热载体蓄热式旋转床排出的热解油气进入液态液化残渣容器，与所述液态液化残渣进行直接接触后，得到除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；除尘煤气经进一步油气分离后储存备用；所述接触洗涤后得到的含尘液化残渣油浆中，含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用；含尘浓度≥50wt％的油浆，通过密闭保温罐输送至成型单元的搅拌装置；
所述液态液化残渣的温度为300-420℃；
第四步：电石生产：生物质与液化残渣共热解产生的混合半焦经保温密闭输送装置送入电石反应装置，与螺旋输送装置运输的粉状生石灰按照一定的比例混合后，喷入气流床；同时，从气流床下侧通入的含氧气体使部分混合半焦燃烧产生热量，使混合半焦与生石灰反应，产生电石。
所述生石灰的粒度＜5mm；
所述混合半焦与生石灰的反应温度为1700-2000℃。
本发明还提出了一种生物质与液化残渣共热解耦合电石生产的系统，如图2：
本发明所描述的系统由混合成型单元1、生物质与液化残渣共热解单元2、液化残渣除尘单元3以及电石生产单元4组成。
混合成型单元1包括混合工段1-1以及成型工段1-2；所述混合工段所用装置为捏合机或螺旋混料机，包括生物质入口11、液化残渣/含尘液化残渣入口12、捏合搅拌装置13以及混合物料出口14；所述成型工段所用装置为普通压球机，包括混合物料入口15以及型球出口16；所述混合物料入口15与搅拌工段的混合物料出口14相连；
生物质与液化残渣共热解单元2的装置可以是无热载体蓄热式旋转床；包括型球入口21、热解油气出口22以及混合半焦出口23；所述型球入口21通过普通输送装置，与混合成型单元1的型球出口16相连；
所述无热载体蓄热式旋转床内部设置双层蓄热式辐射管，每层所述蓄热式辐射管围绕预热炉四周平行且均匀分布，所述上层蓄热式辐射管与下层蓄热式辐射管平行且沿炉体高度方向上错开分布。
所述无热载体蓄热式旋转床侧壁设置多个油气出口，便于油气产品的快速导出，避免二次裂解；
液化残渣除尘单元3的装置可以是高温密闭保温容器，设有热解气入口31、除尘气出口32以及含尘液化残渣出口33；所述热解气入口31与共热解单元2的热解油气出口22相连；
电石冶炼单元4的装置可以是气流床，设有混合半焦入口41、生石灰入口42、富氧气体喷嘴43、电石炉气出口44以及电石出口45；所述混合半焦入口41通过高温固体输送装置与共热解单元2的混合半焦出口23相连。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
利用本发明的系统，将粒度小于5mm的农业废弃物与液化残渣除尘单元送来的290℃的所述液化残渣在捏合机中混合搅拌，所述生物质与所述液化残渣的质量比为1:0.5，之后经压球机压制成型，并通过螺旋输送机送入无热载体蓄热式旋转床内，均匀分布到预热炉的料板上依次从入口旋转至出口，并在旋转的过程中通过辐射管加热，发生热解，产生热解油气以及混合半焦；其中，进料口的温度较低，为400-450℃，均匀温度场的热解温度为550-600℃；热解产生的热解油气从各个热解气出口采出后汇合，并直接输送至液化残渣除尘容器，与340℃的所述液态液化残渣进行直接接触，得除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；若含尘煤液化残渣油浆的含尘浓度＜50wt％可循环使用，当其含尘浓度≥50wt％时，输送至混合压球单元，与生物质混合压球；热解产生的混合半焦从炉底的混合半焦出口采出，并通过高温密闭输送装置直接送至气流床电石生产装置，与生石灰混合后在1800℃下反应产生电石。
实施例2
本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将粒度小于5mm的农业废弃物与液化残渣除尘单元送来的260℃的所述液化残渣在捏合机中混合搅拌，所述生物质与所述液化残渣的质量比为1:0.2，之后经压球机压制成型，并通过螺旋输送机送入无热载体蓄热式旋转床内，均匀分布到预热炉的料板上依次从入口旋转至出口，并在旋转的过程中通过辐射管加热，发生热解，产生热解油气以及混合半焦；其中，进料口的温度较低，为400-450℃，均匀温度场的热解温度为500-550℃；热解产生的热解油气从各个热解气出口采出后汇合，并直接输送至液化残渣除尘容器，与420℃的所述液态液化残渣进行直接接触，得除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；若含尘煤液化残渣油浆的含尘浓度＜50wt％可循环使用，当其含尘浓度≥50wt％时，输送至混合压球单元，与生物质混合压球；热解产生的混合半焦从炉底的混合半焦出口采出，并通过高温密闭输送装置直接送至气流床电石生产装置，与生石灰混合后在1700℃下反应产生电石。
实施例3
本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将粒度小于5mm的农业废弃物与液化残渣除尘单元送来的360℃的所述液化残渣在捏合机中混合搅拌，所述生物质与所述液化残渣的质量比为1:0.6，之后经压球机压制成型，并通过螺旋输送机送入无热载体蓄热式旋转床内，均匀分布到预热炉的料板上依次从入口旋转至出口，并在旋转的过程中通过辐射管加热，发生热解，产生热解油气以及混合半焦；其中，进料口的温度较低，为450-480℃，均匀温度场的热解温度为600-650℃；热解产生的热解油气从各个热解气出口采出后汇合，并直接输送至液化残渣除尘容器，与300℃的所述液态液化残渣进行直接接触，得除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；若含尘煤液化残渣油浆的含尘浓度＜50wt％可循环使用，当其含尘浓度≥50wt％时，输送至混合压球单元，与生物质混合压球；热解产生的混合半焦从炉底的混合半焦出口采出，并通过高温密闭输送装置直接送至气流床电石生产装置，与生石灰混合后在2000℃下反应产生电石。
实施例4
本实施例与上述实施例1所用系统一样，但工艺条件不同，如下所述。将粒度小于5mm的农业废弃物与液化残渣除尘单元送来的300℃的所述液化残渣在捏合机中混合搅拌，所述生物质与所述液化残渣的质量比为1:0.4，之后经压球机压制成型，并通过螺旋输送机送入无热载体蓄热式旋转床内，均匀分布到预热炉的料板上依次从入口旋转至出口，并在旋转的过程中通过辐射管加热，发生热解，产生热解油气以及混合半焦；其中，进料口的温度较低，为430-470℃，均匀温度场的热解温度为580-600℃；热解产生的热解油气从各个热解气出口采出后汇合，并直接输送至液化残渣除尘容器，与380℃的所述液态液化残渣进行直接接触，得除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；若含尘煤液化残渣油浆的含尘浓度＜50wt％可循环使用，当其含尘浓度≥50wt％时，输送至混合压球单元，与生物质混合压球；热解产生的混合半焦从炉底的混合半焦出口采出，并通过高温密闭输送装置直接送至气流床电石生产装置，与生石灰混合后在1900℃下反应产生电石。

Claims (10)

1.一种生物质与液化残渣热解的系统，包括混合成型单元、共热解单元、液化残渣除尘单元以及电石生产单元；其中，
所述混合成型单元包括生物质入口、液化残渣入口和型球出口，所述混合成型单元用于将生物质和液化残渣混合搅拌并压制成型得到型球；
所述共热解单元包括型球入口、热解油气出口以及混合半焦出口，所述型球入口与所述型球出口相连；所述热解单元用于所述型球的热解得到热解油气及高温混合焦；
所述液化残渣除尘单元设有热解气入口、除尘气出口以及含尘液化残渣出口；所述热解气入口与所述热解油气出口相连；所述液化残渣除尘单元用于对所述热解油气处理得到除尘煤气以及含尘煤液化残渣油浆；
所述电石生产单元设置有混合半焦入口、生石灰入口、富氧气体喷嘴、电石炉气出口以及电石出口，所述混合半焦入口和所述混合半焦出口相连，所述电石生产单元用于混合半焦和生石灰的反应。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合成型单元包括混合工段以及成型工段，其中，
所述所述混合工段包括所述生物质入口、所述液化残渣入口、捏合搅拌装置以及混合物料出口；
所述成型工段包括混合物料入口以及所述型球出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述混合工段所用装置为捏合机或螺旋混料机；
所述成型工段所用装置为普通压球机。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述共热解单元使用的装置是无热载体蓄热式旋转床；其中，
所述无热载体蓄热式旋转床内部设置有上下两层蓄热式辐射管，平行均匀分布在料层的上方和下方，且相邻的上层辐射管与下层辐射管错开分布；所述无热载体蓄热式旋转床侧壁设置多个所述热解油气出口。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述液化残渣除尘单元使用的装置是高温密闭保温容器；
所述电石生产单元使用的装置是气流床。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括普通输送装置和保温输送装置，所述混合半焦入口通过所述保温输送装置与所述混合半焦出口相连，所述型球入口通过所述普通输送装置与所述型球出口相连，所述高温输送装置为保温桶或保温链板。
7.一种用权利要求1-6任一所述系统对生物质与液化残渣进行热解的方法，其特征在于，包括步骤：
A.混合成型：在所述混合成型单元将所述生物质和所述液化残渣混合搅拌并压制成型；
B.共热解：在所述共热解单元将所述型球进行热解得到所述热解油气及所述高温混合焦；
C.液化残渣除尘：将所述粗煤气和液态液化残渣进行接触，得到所述除尘煤气以及所述含尘煤液化残渣油浆；
D.液化残渣处理：在所述含尘煤液化残渣油浆中，对含尘浓度＜50wt％的油浆循环使用，含尘浓度≥50wt％的油浆排出至所述成型单元；
E.电石生产：在所述电石生产单元将所述混合半焦和所述生石灰进行冶炼。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述生物质粒度控制为≤5mm，将所述液化残渣的温度控制在260-360℃；
将所述共热解单元所述生物质与所述液化残渣的质量比控制为1:0.2-0.6，反应温度为500-650℃，反应时间为30-60min。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
将所述液态液化残渣的温度控制在300-420℃。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
将所述生石灰的粒度控制在＜5mm，所述混合半焦与所述生石灰的反应温度为1700-2000℃。
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