CN107586567A - 一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺，该工艺主要由原料烘焙预处理、连续干馏、气化重整、燃气回用加热工序组成，其中原料烘焙预处理、连续干馏、气化重整、燃气回用加热工序通过物质和能量的耦合转换及焦油消减，提高系统生产效率并实现余热的高效梯级利用，达到清洁生产目的。粉碎的原料经过烘焙预处理后之后进行连续干馏，可有效提高热解气的热值，提升燃气品质。连续干馏产生的热解气和热解炭，经过气化重整后达到了消减焦油的目的，并且提高了热解气和热解炭的品质。燃气回用加热产生的高温气通过热能梯级利用，提高了系统能源利用效率和生产率。本发明可实现生物质热解气炭高效清洁联产。
Description
技术领域
本发明属于可再生能源技术领域，具体涉及一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺系统，尤其是可以通过物质和能量的耦合转换及焦油消减，提高系统生产效率并实现余热的高效梯级利用，达到清洁生产，适用于生物质热解炭气油联产实验或生产系统。
背景技术
我国具有丰富的农林废弃物资源，据统计农作物年产量9亿吨左右，约折合4.5亿吨标准煤，大量废弃的秸秆在田间地头焚烧，不仅浪费大量的生物质能源，而且对环境造成了严重污染。生物质热化学转换技术指在加热条件下采用化学手段将生物质转换成高品质燃料的技术。生物质热解气炭清洁联产技术，指生物质原料在绝氧或低氧环境中加热升温引起分子内部分解形成生物炭和生物质燃气，并经过气化重整消减其中焦油成分的过程，属生物质热化学转化技术一种。近年来，开发的先进生物质热解炭化技术，尤其是在分布式能源与多能互补等现代技术支撑下的生物质干馏多联产技术，在生物质综合利用方面表现出强大的技术优势。生物炭具有良好微观结构和理化特性，可生产炭基肥、土壤改良剂和缓释肥等；生物质燃气作为清洁燃料可替代化石能源，满足农村炊事和供热需求。目前，生物质热解气炭联产技术已成为世界前沿热点研究之一。
生物质热化学转化过程为吸热过程，需要有外部热源，根据加热方式可分为外加热、内加热和自燃加热三种。干馏技术、气化重整技术一般采用外加热方式。专利CN102936507 A 以热解生成的燃气为燃料，采用燃气热风炉提供外部热源，实现了生物质干馏炭气油联产；专利CN 202881187 U与专利CN 102936507 A类似，也采用了热解生产的燃气作为外部热源的燃料，实现热解多联产。气化重整技术一般采用生物质热解气通过催化剂床层或热解炭床层经过反应重整，产生纯净合成气，消解组分中焦油含量。专利CN103484163A采用氧化气化热解气和热解产物在镍基催化剂下催化水蒸气重整，实现纯净合成气生成；专利 CN102424359A采用低温热解炭高温气化产生的粗合成气通过催化床层进行气化重整，实现纯净合成气生成。
以薪柴或热解生成的燃气为燃料，采用独立的外部热源给热解系统加热，解决了系统供热的问题，实现了生物质热解多联产，但系统相对比较复杂，且生产过程中余热未能合理利用，普遍存在能源利用效率不高的问题。
发明内容
为了克服现有生物质热解多联产系统采用独立的外部热源，系统复杂且能源利用效率相对较低等缺点，本发明公开了一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺，将原料烘焙预处理、连续干馏、气化重整、燃气回用加热工序通过物质和能量的耦合转换及焦油消减，达到提高系统生产效率、余热的高效梯级利用和清洁生产的目的。
本发明为达到这一目的所采取的系统方案是：一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺，主要由原料烘焙预处理、连续干馏、气化重整、燃气回用加热工序组成，其中原料烘焙预处理、连续干馏、气化重整、燃气回用加热工序通过物质和能量的耦合转换及焦油消减，提高系统生产效率并实现余热的高效梯级利用，达到清洁生产目的，其特征在于包括步骤：
(a)原料烘焙预处理：将粉碎处理好的原料通过高温气直接换热的方式，对原料进行烘焙加热，原料中H2O和CO2等气体脱出并通过尾气排出，使原料含水率达到后端连续热解的工艺技术要求，提高系统热解生产率；
(b)连续干馏：烘焙后的物料通过外加热方式，采用连续干馏技术进行热解炭化，生成热解气与生物炭；
(c)气化重整：热解干馏后的热解炭落入鼓泡床反应器中，干馏后的热解气作为气化剂，从下方通入反应器中进行热解炭气化重整，消减热解炭和热解气中焦油成分，提高气炭联产品质，实现清洁生产；
(d)燃气回用加热：气化重整后的热解气作为燃气在气罐中进行存储，并进行回用对气化重整反应器进行外加热，高温尾气通过气化重整反应器后，对连续干馏工序进行外加热，通过后的尾气直接通入烘焙预处理工序，直接对原料加热烘焙脱水，达到热能梯级连续利用的目的。
所述一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺，其特征在于其中的(a)原料烘焙预处理工序采用的热媒为(d)燃气回用加热工序产生的高温尾气，温度控制在200～300℃，使原料充分脱除H2O和CO2，并通过尾气排出。
所述一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺，其特征在于其中的(b)连续干馏工序采用外加热连续式生物质热解技术工艺，热解温度控制在 500～650℃左右，采用的热媒为(d)燃气回用加热工序产生的高温尾气，进料量依据炭化室温度调节，进入连续干馏工序的物料含水率一般控制在10％以下，有利用提高热解气热值；产生的热解气在(c)气化重整工序作为气化剂对产生的热解炭进行重整提质。
所述一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺，其特征在于其中的(c)气化重整工序使用连续干馏工序产生的热解炭，落入鼓泡床反应器中，并从下方通入连续干馏工序产生的热解气作为气化剂，进行气化重整，消减热解气和热解炭中焦油成分，达到清洁联产目的；外加热热媒采用(d)燃气回用加热工序产生的高温热气，温度保持在750～850℃。
所述一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺，其特征在于其中的(d)燃气回用加热产生的高温热气作为热媒，连续供(a)原料烘焙预处理工序和(b)连续干馏工序(c)连续干馏工序使用，并逐级利用热量，(d)燃气回用加热产生的热气升温到750～850℃对(c)气化重整工序进行外加热，之后有余热的尾气保持在500～650℃对(b)连续干馏工序进行外加热，再出来的尾气保持在200～300℃，直接通入(a) 原料烘焙预处理工序进行烘焙加热，从而达到能量梯级利用。
本发明具有以下优点或积极效果：
(1)粉碎的原料经过烘焙预处理后大大降低了物料中H2O和CO2，之后进行连续干馏，可有效提高热解气的热值，提升燃气品质。
(2)连续干馏产生的热解气和热解炭，经过气化重整后达到了消减焦油的目的，并且提高了热解气和热解炭的品质，实现了气炭清洁联产，提高了生产系统的经济性。
(3)由于气化重整、连续干馏、原料烘焙预处理工序热能需求按顺序递减，燃气回用加热产生的高温气按照气化重整、连续干馏、原料烘焙预处理工序顺序通过上述工序的反应器，应用于各个工序中，通过物质和能量的高效转换和利用，实现了原料烘焙预处理、连续干馏、气化重整、燃气回用加热工序有机耦合，通过热能梯级利用提高了系统能源利用效率和生产率。
(4)该系统通过原料烘焙预处理、连续干馏、气化重整、燃气回用加热工序的物质与能量的耦合转换及焦油消减，实现了生物质热解气炭清洁联产。
附图说明：
图1为一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺流程图。
具体实施方式：
本实施例为生物质热解气炭联产小试生产系统，下面结合附图对本发明的实施例进行描述：该生产系统通过生物质基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的热解气炭清洁联产工艺，实现物质和能量的高效转换和气炭清洁联产，该工艺系统主要由原料烘焙预处理、连续干馏、气化重整、燃气回用加热工序组成，原料烘焙预处理、连续干馏、气化重整、燃气回用加热工序通过物质和能量的耦合转换及焦油消减，提高系统生产效率并实现余热的高效梯级利用，达到清洁生产目的。(a)原料烘焙预处理：将粉碎处理好的原料通过高温气直接换热的方式，对原料进行烘焙加热，原料中H2O和CO2等气体脱出并通过尾气排出，使原料含水率达到后端连续热解的工艺技术要求，提高系统热解生产率；(b)连续干馏：烘焙后的物料通过外加热方式，采用连续干馏技术进行热解炭化，生成热解气与生物炭；(c)气化重整：热解干馏后的热解炭落入鼓泡床反应器中，干馏后的热解气作为气化剂，从下方通入反应器中进行热解炭气化重整，消减热解炭和热解气中焦油成分，提高气炭联产品质，实现清洁生产；(d)燃气回用加热：气化重整后的热解气作为燃气在气罐中进行存储，并进行回用对气化重整反应器进行外加热，高温尾气通过气化重整反应器后，对连续干馏工序进行外加热，通过后的尾气直接通入烘焙预处理工序，直接对原料加热烘焙脱水，达到热能梯级连续利用的目的。
(a)原料烘焙预处理工序采用的热媒为(d)燃气回用加热工序产生的高温尾气，温度控制在200～300℃，使原料充分脱除H2O和CO2，并通过尾气排出，烘焙反应器采用逆流换热，高温尾气从反应器尾部进入，烘焙物料，并使物料达到基本不含水分的微焦状态。(b)连续干馏工序采用外加热连续式生物质热解技术工艺，热解温度控制在500～650℃左右，采用的热媒为(d)燃气回用加热工序产生的高温尾气，进料量依据炭化室温度调节，进入连续干馏工序的物料含水率一般控制在10％以下，有利用提高热解气热值；产生的热解气在(c) 气化重整工序作为气化剂对产生的热解炭进行重整提质。(c)气化重整工序使用连续干馏工序产生的热解炭，落入鼓泡床反应器中，并从下方通入连续干馏工序产生的热解气作为气化剂，进行气化重整，消减热解气和热解炭中焦油成分，达到清洁联产目的；外加热热媒采用 (d)燃气回用加热工序产生的高温热气，温度保持在750～850℃。(d)燃气回用加热产生的高温热气作为热媒，连续供(a)原料烘焙预处理工序和(b)连续干馏工序(c)连续干馏工序使用，并逐级利用热量，(d)燃气回用加热产生的热气升温到750～850℃对(c)气化重整工序进行外加热，之后有余热的尾气保持在500～650℃对(b)连续干馏工序进行外加热，再出来的尾气保持在200～300℃，直接通入(a)原料烘焙预处理工序进行烘焙加热，从而达到能量梯级利用。
中试系统性能试验结果表明：该生产系统通过生物质基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的热解气炭清洁联产工艺，实现了提高系统生产效率、余热的高效梯级利用和清洁生产的目的，气化重整后的高值热解气热值可达到12MJ/Nm3以上，生物炭综合产率(含气化消耗的原料)达到25％以上。
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 (5)
1.一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺，主要由原料烘焙预处理、连续干馏、气化重整、燃气回用加热工序组成，其中原料烘焙预处理、连续干馏、气化重整、燃气回用加热工序通过物质和能量的耦合转换及焦油消减，提高系统生产效率并实现余热的高效梯级利用，达到清洁生产目的，其特征在于包括步骤：
(a)原料烘焙预处理：将粉碎处理好的原料通过高温气直接换热的方式，对原料进行烘焙加热，原料中H2O和CO2等气体脱出并通过尾气排出，使原料含水率达到后端连续热解的工艺技术要求，提高系统热解生产率；
(b)连续干馏：烘焙后的物料通过外加热方式，采用连续干馏技术进行热解炭化，生成热解气与生物炭；
(c)气化重整：热解干馏后的热解炭落入鼓泡床反应器中，干馏后的热解气作为气化剂，从下方通入反应器中进行热解炭气化重整，消减热解炭和热解气中焦油成分，提高气炭联产品质，实现清洁生产；
(d)燃气回用加热：气化重整后的热解气作为燃气在气罐中进行存储，并进行回用对气化重整反应器进行外加热，高温尾气通过气化重整反应器后，对连续干馏工序进行外加热，通过后的尾气直接通入烘焙预处理工序，直接对原料加热烘焙脱水，达到热能梯级连续利用的目的。
2.根据权利要求1所述一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺，其特征在于其中的(a)原料烘焙预处理工序采用的热媒为(d)燃气回用加热工序产生的高温尾气，温度控制在200～300℃，使原料充分脱除H2O和CO2，并通过尾气排出。
3.根据权利要求1所述一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺，其特征在于其中的(b)连续干馏工序采用外加热连续式生物质热解技术工艺，热解温度控制在500～650℃左右，采用的热媒为(d)燃气回用加热工序产生的高温尾气，进料量依据炭化室温度调节，进入连续干馏工序的物料含水率一般控制在10％以下，有利用提高热解气热值；产生的热解气在(c)气化重整工序作为气化剂对产生的热解炭进行重整提质。
4.根据权利要求1所述一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺，其特征在于其中的(c)气化重整工序使用连续干馏工序产生的热解炭，落入鼓泡床反应器中，并从下方通入连续干馏工序产生的热解气作为气化剂，进行气化重整，消减热解气和热解炭中焦油成分，达到清洁联产目的；外加热热媒采用(d)燃气回用加热工序产生的高温热气，温度保持在750～850℃。
5.根据权利要求1所述一种基于连续干馏、气化重整与烘焙耦合处理的生物质热解气炭清洁联产工艺，其特征在于其中的(d)燃气回用加热产生的高温热气作为热媒，连续供(a)原料烘焙预处理工序和(b)连续干馏工序(c)连续干馏工序使用，并逐级利用热量，(d)燃气回用加热产生的热气升温到750～850℃对(c)气化重整工序进行外加热，之后有余热的尾气保持在500～650℃对(b)连续干馏工序进行外加热，再出来的尾气保持在200～300℃，直接通入(a)原料烘焙预处理工序进行烘焙加热，从而达到能量梯级利用。
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