CN108070405B - 基于三联中低温流化床的生物质多联产方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三联中低温流化床的生物质多联产方法及其系统，该系统包括生物质流化床干燥炉、生物质流化床热解炉、以及生物质流化床气化炉，生物质流化床干燥炉上设置有用于供高水分含量的生物质进入的第一生物质进口，生物质流化床热解炉上设置有用于供低水分含量高挥发份的生物质进入的第二生物质进口，生物质流化床气化炉上设置有用于供生物质原料进入的第三生物质进口。本发明采用三联流化床对生物质原料进行分级利用，能实现生物质原料干燥、热解、气化分段转化，各转化工段的产物能实现高效多联产，能实现整体项目经济效益最佳。
Description
技术领域
本发明涉及生物质及固体废弃物转化利用的技术领域，具体地指一种基于三联中低温流化床的生物质多联产方法及其系统。
背景技术
在我国电力短缺而生物质能源丰富的条件下，生物质发电有着广阔的发展前景。在能源和环境的双重压力下，大力开发清洁的可再生能源已成为摆在世界各国政府面前的一个非常紧迫的世界性课题。中国是一个农业大国，农林生物质资源丰富、数量巨大、品种多样，在利好的政策背景下，生物质资源化利用在中国获得了长足的发展，但同时在工艺、装备上还存在深入研究开发广阔空间。
生物质气化作为生物质资源化利用中一种热化学转化的方法，目前，生物质气化发电技术的基本原理是把生物质转化为可燃气，它既能解决生物质难于燃用而且分布分散的缺点，又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而且污染少的优点，所以气化发电是生物质能最有效最洁净的利用方法之一。
从气化形式上看，生物质气化过程可以分为固定床气化、流化床气化、气流床气化三大类。其中固定床气化，包括上吸式气化、下吸式气化和开心层式气化，这些形式的气化发电系统目前应用都有代表性的产品，而流化床气化是应用前景最广泛的技术，包括鼓泡床气化、循环流化床气化及双流化床气化，但是生物质流化床气化技术也有如下明显的缺点，比如气化合成气中焦油含量大、气化气热值低、产品结构单一、气化系统能效低、不能适应生物质高水分含量的特性等一系列问题。生物质气流床气化技术可能受限于高昂的生物质预处理成本，还未见到具体的应用项目。
纵观当前生物质资源化利用中气化发电工艺及装备，大多使用如下工艺：生物质原料预处理(削片、干燥到含水率20％以下)、固定床或者单流化床气化、气体湿式净化、合成气内燃机发电，这种生产工艺路线简单、产品单一、经济性差。该工艺运行过程中气化炉产出的可燃气中含有粉尘和焦油，且合成气热值非常低，用于内燃机发电必须对可燃气进行深度净化。目前，较好的可燃气净化方式采用湿式净化系统，即水洗加电捕焦，而焦油与水极难分离，会导致水污染，产生大量废水；同时由于净化不彻底采用内燃机或燃气轮机发电系统稳定性差。
现阶段国内秸秆气化发电项目，电捕焦对燃气中氧含量有要求，如超标可能会发生安全事故。而合成气经过水洗净化时，虽然去除了大部分粉尘和焦油，但还留有少量焦油，这部分少量焦油严重影响了内燃发电机的运行，使得内燃发电机稳定性差、效率下降及维护费用提高，特别规模化上网发电无法稳定运行，难以推广应用。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种基于三联中低温流化床的生物质多联产方法及其系统，该系统能实现生物质原料的分级利用，其具有整体效率高、运行稳定可靠、高效多元化、经济性好的显著特点。
为实现上述目的，本发明所提供的基于三联中低温流化床的生物质多联产方法，包括如下步骤：
1)将高水分含量的生物质、与来自生物质流化床反应器的高温床料在温度为100～250℃的生物质流化床干燥炉中进行干燥处理，生成水蒸汽，同时得到干燥的生物质和床料；
2)将步骤1)所得干燥的生物质和床料、与输入的低水分含量高挥发份的生物质、流化介质、以及来自生物质流化床反应器的高温床料在温度为250～550℃的生物质流化床热解炉中进行热解处理，生成热解气，同时得到床料和热解生物炭的混合料，对热解气进行冷凝处理，得到无水纯热解油和冷凝热解气；
3)将步骤2)所得的床料和热解生物炭的混合料、与输入的气化剂和生物质原料在温度为750～1100℃的生物质流化床反应器中进行高温反应，得到生成气和高温床料；
4)将步骤3)所得的高温床料分为两部分，第一部分应用到步骤1)中进行干燥处理，第二部分应用到步骤2)中进行热解处理，往复循环步骤1)至步骤3)的操作，直至反应结束。
进一步地，所述步骤1)中，生成的水蒸汽分为两部分，第一部分水蒸汽送入步骤3)的生物质流化床反应器内；第二部分水蒸汽经过冷凝处理后，生成冷凝水排出。
进一步地，所述步骤1)中，生成的水蒸汽全部经过冷凝处理后，生成冷凝水排出。
进一步地，所述步骤3)中，得到的生成气为无焦油的合成气。
进一步地，所述步骤3)中，得到的生成气为烟气，再将烟气进行冷凝处理，回收的高温蒸汽用于发电，同时排出冷凝的烟气。
进一步地，所述步骤3)中，输入的气化剂为空气、纯氧或富氧气体。
再进一步地，所述步骤1)中，所得的干燥的生物质和床料分为两部分，第一部分应用到步骤2)中进行热解处理；第二部分与步骤2)所得的床料和热解生物炭的混合料汇流后，再送入步骤3)的生物质流化床反应器中进行高温反应。
更进一步地，所述步骤2)中，所得的床料和热解生物炭的混合料分为两部分，第一部分直接送入步骤3)的生物质流化床反应器内；第二部分分离出热解生物炭后，再送入步骤3)的生物质流化床反应器内，分离出的热解生物炭应用到步骤2)中与流化介质换热处理，流化介质升温至250～550℃再送入生物质流化床热解炉内。
本发明还提供一种为实现上述方法而设计的基于三联中低温流化床的生物质多联产系统，包括生物质流化床干燥炉、生物质流化床热解炉、以及生物质流化床反应器；
所述生物质流化床干燥炉上设置有用于供高水分含量的生物质进入的第一生物质进口，所述生物质流化床热解炉上设置有用于供低水分含量高挥发份的生物质进入的第二生物质进口，所述生物质流化床反应器上设置有用于供生物质原料进入的第三生物质进口；
所述生物质流化床干燥炉的高温床料进口与生物质流化床反应器的第一高温床料出口连接，所述生物质流化床干燥炉的干燥床料出口与生物质流化床热解炉的第一床料进口连接，所述生物质流化床反应器的第二高温床料出口与生物质流化床热解炉的第二床料进口连接；
所述生物质流化床热解炉的床料和热解生物炭的混合料出口与生物质流化床反应器的床料进口连接，所述生物质流化床反应器上还设置有用于供气化剂进入的气体进口和用于供生成气排出的气体出口。
进一步地，它还包括第一冷凝器，所述第一冷凝器的进口与设置在生物质流化床干燥炉上的水蒸汽第一出口连接。
进一步地，所述生物质流化床干燥炉上还设置有水蒸汽第二出口，所述水蒸汽第二出口与设置在生物质流化床反应器上的水蒸汽进口连接。
进一步地，它还包括第二冷凝器，所述第二冷凝器的进口与设置在生物质流化床热解炉上的热解气出口连接，所述第二冷凝器上还设置有用于供无水纯热解油流出的出油口、以及用于供冷凝热解气输出的出气口。
进一步地，它还包括第三冷凝器，所述第三冷凝器的进口与设置在生物质流化床反应器上的气体出口连接，所述第三冷凝器上还设置有用于供蒸汽输出的蒸汽出口、以及用于供冷凝烟气排出的排出口。
进一步地，它还包括第一支路，所述第一支路的一端连接在生物质流化床干燥炉的干燥床料出口与生物质流化床热解炉的第一床料进口之间的管路上，所述第一支路的另一端连接在生物质流化床热解炉的床料和热解生物炭的混合料出口与生物质流化床反应器的床料进口之间的管路上。
进一步地，所述生物质流化床热解炉的床料和热解生物炭的混合料出口与生物质流化床反应器的床料进口之间的管路上还并联有第二支路，所述第二支路上设置有生物炭分离器，所述生物炭分离器上设置有用于供热解生物炭排出的排炭口。
再进一步地，它还包括用于供热解生物炭与流化介质换热的换热器，所述换热器的进炭口与生物炭分离器的排炭口连接，所述换热器上设置有用于供换热后低温生物炭排出的出炭口、用于供流化介质进入的介质进口、以及用于供换热后高温流化介质排出的介质出口，所述换热器的介质出口与生物质流化床热解炉的流化介质进口连接。
更进一步地，所述生物质流化床反应器为生物质流化床气化炉或者生物质流化床锅炉。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明采用三联流化床对生物质原料进行分级利用，能实现生物质原料干燥、热解、气化分段转化，各转化工段的产物能实现高效多联产，能实现整体项目经济效益最佳。
其二，本发明采用三联流化床对生物质原料进行分级利用，能适应生物质种类多样性的特点，可依据各类型生物质原料的典型特性，采用三联系统中多处不同的进料口选择性进料，因而能综合利用各种类型的生物质原料。
其三，本发明采用三联流化床对生物质原料进行分级利用，能有效解决项目现实存在的原始收集的生物质原料含水量很高带来热值低、干燥系统复杂、投资大的问题。
其四，本发明采用三联流化床对生物质原料进行分级利用，能非常灵活调节各级床之间的物料循环方式，能有效减少合成气后续利用系统中生物质中富含飞灰成分带来的不利影响，根据产品市场的产量需要来实现多种生物质能源产品的生产方式。
其五，本发明采用了低温流化床热解技术，热解温度在250～550℃以内，且分离过程中可采用气浮法对热解生物炭激冷处理，热解生物炭疏松多孔，相比于煤基焦炭、活性炭有更好的微孔结构，且质地更轻、无毒无害，是水处理、化工、环保领域适用性很广的活性炭原材料，市场应用前景广泛。
其六，本发明采用三联流化床对生物质原料进行分级利用，投资小、系统可靠，通过一套工艺系统来实现生物质的多种产品生产。
其六，本发明的干燥阶段温度控制在100～250℃内、热解阶段温度控制在250～550℃内、高温反应阶段温度控制在750～1100℃内，与现有的流化床工艺相比，大大降低了反应的温度。
附图说明
图1为本发明第一种实施方式的基于三联中低温流化床的生物质多联产系统的示意图；
图2为本发明第二种实施方式的基于三联中低温流化床的生物质多联产系统的示意图；
图中，生物质流化床干燥炉1(第一生物质进口1.1、高温床料进口1.2、干燥床料出口1.3、水蒸汽第一出口1.4、水蒸汽第二出口1.5)、生物质流化床热解炉2(第二生物质进口2.1、第一床料进口2.2、第二床料进口2.3、混合料出口2.4、热解气出口2.5、流化介质进口2.6)、生物质流化床反应器3(第三生物质进口3.1、第一高温床料出口3.2、第二高温床料出口3.3、床料进口3.4、气体进口3.5、气体出口3.6、水蒸汽进口3.7)、第一冷凝器4、第二冷凝器5(出油口5.1、出气口5.2)、第三冷凝器6(蒸汽出口6.1、排出口6.2)、第一支路7、第二支路8、生物炭分离器9、排炭口9.1、换热器10(进炭口10.1、出炭口10.2、介质进口10.3、介质出口10.4)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1所示为本发明第一种实施方式的基于三联中低温流化床的生物质多联产系统，包括生物质流化床干燥炉1、生物质流化床热解炉2、以及生物质流化床反应器3，其中，生物质流化床反应器3采用生物质流化床气化炉，优选地采用鼓泡床气化炉，提高固定碳物质的气化转化率。生物质流化床热解炉2可采用循环流化床或者鼓泡床热解炉，适应热解产品的需要，满足最大程度生产热解产品；生物质流化床干燥炉1采用鼓泡床干燥炉。
生物质流化床干燥炉1上设置有用于供高水分含量的生物质进入的第一生物质进口1.1，生物质流化床热解炉2上设置有用于供低水分含量高挥发份的生物质进入的第二生物质进口2.1，生物质流化床反应器3上设置有用于供生物质原料进入的第三生物质进口3.1；生物质流化床干燥炉1的高温床料进口1.2与生物质流化床反应器3的第一高温床料出口3.2连接，生物质流化床干燥炉1的干燥床料出口1.3与生物质流化床热解炉2的第一床料进口2.2连接，生物质流化床反应器3的第二高温床料出口3.3与生物质流化床热解炉2的第二床料进口2.3连接。生物质流化床热解炉2的床料和热解生物炭的混合料出口2.4与生物质流化床反应器3的床料进口3.4连接，生物质流化床反应器3上还设置有用于供气化剂进入的气体进口3.5和用于供生成气排出的气体出口3.6。循环床料物质可以是普通的石英砂或者燃煤锅炉底渣或者橄榄石。
上述技术方案中，它还包括第一冷凝器4和第二冷凝器5，第一冷凝器4的进口与设置在生物质流化床干燥炉1上的水蒸汽第一出口1.4连接。生物质流化床干燥炉1上还设置有水蒸汽第二出口1.5，水蒸汽第二出口1.5与设置在生物质流化床反应器3上的水蒸汽进口3.7连接。第二冷凝器5的进口与设置在生物质流化床热解炉2上的热解气出口2.5连接，第二冷凝器5上还设置有用于供无水纯热解油流出的出油口5.1、以及用于供冷凝热解气输出的出气口5.2。
它还包括第一支路7，第一支路7的一端连接在生物质流化床干燥炉1的干燥床料出口1.3与生物质流化床热解炉2的第一床料进口2.2之间的管路上，第一支路7的另一端连接在生物质流化床热解炉2的床料和热解生物炭的混合料出口2.4与生物质流化床反应器3的床料进口3.4之间的管路上。生物质流化床热解炉2的床料和热解生物炭的混合料出口2.4与生物质流化床反应器3的床料进口3.4之间的管路上还并联有第二支路8，第二支路8上设置有支路4上设置有生物炭分离器9，生物炭分离器9上设置有用于供热解生物炭排出的排炭口9.1。
上述技术方案中，它还包括用于供热解生物炭与流化介质换热的换热器10，换热器10的进炭口10.1与生物炭分离器9的排炭口9.1连接，换热器10上设置有用于供换热后低温生物炭排出的出炭口10.2、用于供流化介质进入的介质进口10.3、以及用于供换热后高温流化介质排出的介质出口10.4，换热器10的介质出口10.4与生物质流化床热解炉2的流化介质进口2.6连接。
利用上述基于三联中低温流化床的生物质多联产系统的工艺方法，包括如下步骤：
1)将高水分含量的生物质送入生物质流化床干燥炉1内，与来自生物质流化床反应器3的高温床料进行充分流化与混合，利用输入的高温床料(高温床料的温度为650～1100℃)来维持生物质流化床干燥炉1内的整体温度介于100～250℃以内，温度控制主要作用是既能提高生物质原料的干燥速率，又能避免燃料内挥发分的析出，本发明利用流化床床内物料在流化介质的流化作用下，床内物料不断的上下翻涌，具有混合均匀、传热传质迅速的特性，能最大限度满足生物质流化床干燥炉1内物料加热的均匀性。正常运行时，生物质流化床干燥炉1温度介于130～200℃以内，生成水蒸汽，同时得到干燥的生物质和床料；水蒸汽可以分为两部分，第一部分水蒸汽输入生物质流化床反应器3内，第二部分水蒸汽经过冷凝处理后得到冷凝水，回收蒸汽的冷凝热，由于水蒸汽中水汽含量非常高，蒸汽露点温度高，可以高位回收冷凝热用于供热或者为周边居民提供生活热水；
2)将经过生物质流化床干燥炉1处理后所得干燥的生物质和床料送入生物质流化床热解炉2中，与输入的低水分含量高挥发份的生物质、以及来自生物质流化床反应器3的高温床料混合处理，在高温床料提供热量情况下，生物质在生物质流化床热解炉2内控制热解温度为250～550℃，依据不同热解产物的需要调整热解温度及控制热解速率，生成热解气，同时得到床料和热解生物炭的混合料，热解气是含有大量轻质焦油的高热值合成气，主要成分为甲烷、氢气、一氧化碳、轻质焦油等，含有极其少量热解水分；热解气采用空气冷却或者外供循环冷却水作为冷却介质来冷却热解气体，热空气可以作为生物质流化床反应器3的气化剂使用；热循环冷却水可以对外供热或者为周边居民提供生活热水。由于热解气中水蒸汽含量低于5％，冷凝温度可低至100℃以下，可获得不含水的无水纯热解油和高热值的无水冷凝热解气。无水纯热解油可以作为化工原料进行产品深加工，而高热值无水冷凝热解气可作为燃料气商品直接对外销售。
3)将经过生物质流化床热解炉2处理后所得床料和热解生物炭的混合料送入生物质流化床反应器3内，与输入的气化剂(空气、纯氧或富氧气体)和生物质原料进行高温气化反应，生物质流化床干燥炉1中的干燥的生物质和床料也可以直接送入生物质流化床反应器3内进行气化反应，也可根据生物质流化床热解炉2产量的不同，调节生物质流化床干燥炉1送入生物质流化床反应器3反应物的运行比例；
同时，还可以根据市场需求的变化及原料特性变化，调整床料和热解生物炭的混合料送入生物质流化床反应器3中的比例，一部分混合料或全部混合料能送入混合料的生物炭分离器9，依据床料与生物炭物理特性的不同，采用气浮或其他物理方法来将生物炭从混合料中分离出来，分离出的热解生物炭应用到步骤2)中与流化介质换热处理，流化介质升温至250～550℃再送入生物质流化床热解炉内，热解生物炭经过冷却可以作为商品对外销售，分离后的床料送入生物质流化床反应器中继续循环使用。由于本工艺采用低温流化床热解技术，热解温度在250～550℃以内，且分离过程中采用气浮法对热解生物炭激冷处理，热解生物炭疏松多孔，相比于煤基焦炭、活性炭有更好的微孔结构，且质地更轻、无毒无害，是水处理、化工、环保领域适用性很广的活性炭原材料，市场应用前景广泛。
4)在生物质流化床反应器3(生物质流化床气化炉)中，通过控制进入生物质流化床反应器的反应气体的种类和量，调整反应进程，本实施例中采用富氧气体作为气化剂，为追求气体品质的场合，可以采用纯氧或富氧来气化，反应温度控制在750～1100℃，生物质原料经过中低温的热解、干燥后，其主要挥发分物质已经转化脱出或炭化固化，在生物质流化床反应器3内产于反应的物质主要为高热值固定碳组分，此时采用循环流化床(CFB)或者鼓泡床(BFB)型式的生物质流化床气化炉与气化剂一起进行气化反应，一方面将热解生物炭完全转化为高品质合成气，由于生物质原料已经经过了干燥、热解工艺，合成气中不含焦油；另一方面，床料物质在流化床生物质流化床反应器3内能被加热升温，高温床料物质能为生物质流化床干燥炉1、生物质流化床热解炉2提供足够的热能。
生物质流化床反应器3产生无焦油的合成气可以作为气体原料进行化工合成，生产甲醇、合成油、合成氨等化工产品，同时得到高温床料，生物质气化转化后的灰渣随高温床料一起循环至生物质流化床干燥炉1或生物质流化床热解炉2，最终从生物质流化床干燥炉1或生物质流化床热解炉2中排出灰渣，减少灰渣的显热损失，由于整体的气化过程采用中低温气化技术，生物质灰渣中富含的碱性矿物质在此温度下粘结性较差，不会对后续合成气利用系统带来烧结、结渣、腐蚀等不利影响；
5)将经过生物质流化床反应器3处理后得到的高温床料分为两部分，第一部分高温床料输入生物质流化床干燥炉1内，第二部分高温床料输入生物质流化床热解炉2内，往复循环步骤1)～3)直至反应结束。
实施例2：
如图2所示为本发明第二种实施方式的基于三联中低温流化床的生物质多联产系统，包括生物质流化床干燥炉1、生物质流化床热解炉包括生物质流化床干燥炉1、生物质流化床热解炉2、以及生物质流化床反应器3，其中，生物质流化床反应器3采用生物质流化床锅炉，优选为循环流化床燃烧炉，尽量使得固定碳物质的燃尽。生物质流化床热解炉2可采用循环流化床或者鼓泡床热解炉，适应热解产品的需要，满足最大程度生产热解产品。生物质流化床干燥炉1采用鼓泡床干燥炉。
生物质流化床干燥炉1上设置有用于供高水分含量的生物质进入的第一生物质进口1.1，生物质流化床热解炉2上设置有用于供低水分含量高挥发份的生物质进入的第二生物质进口2.1，生物质流化床反应器3上设置有用于供生物质原料进入的第三生物质进口3.1；生物质流化床干燥炉1的高温床料进口1.2与生物质流化床反应器3的第一高温床料出口3.2连接，生物质流化床干燥炉1的干燥床料出口1.3与生物质流化床热解炉2的第一床料进口2.2连接，生物质流化床反应器3的第二高温床料出口3.3与生物质流化床热解炉2的第二床料进口2.3连接。生物质流化床热解炉2的床料和热解生物炭的混合料出口2.4与生物质流化床反应器3的床料进口3.4连接，生物质流化床反应器3上还设置有用于供气化剂进入的气体进口3.5和用于供生成气排出的气体出口3.6。
上述技术方案中，它还包括第一冷凝器4、第二冷凝器5和第三冷凝器6，第一冷凝器4的进口与设置在生物质流化床干燥炉1上的水蒸汽第一出口1.4连接。第二冷凝器5的进口与设置在生物质流化床热解炉2上的热解气出口2.5连接，第二冷凝器5上还设置有用于供无水纯热解油流出的出油口5.1、以及用于供冷凝热解气输出的出气口5.2。第三冷凝器6的进口与设置在生物质流化床反应器3上的气体出口3.6连接，第三冷凝器6上还设置有用于供蒸汽输出的蒸汽出口6.1、以及用于供冷凝烟气排出的排出口6.2。循环床料物质可以是普通的石英砂或者燃煤锅炉底渣或者橄榄石。
生物质流化床干燥炉1与生物质流化床热解炉2和生物质流化床反应器3之间的管路上设置有用于供干燥的生物质和床料流出的第一支路7。生物质流化床热解炉2的床料和热解生物炭的混合料出口2.4与生物质流化床反应器3的床料进口3.4之间的管路上还设置有第二支路8，第二支路8上设置有支路4上设置有生物炭分离器9，生物炭分离器9上还设置有用于供热解生物炭排出的排炭口9.1。
上述技术方案中，它还包括用于供热解生物炭与流化介质换热的换热器10，换热器10的进炭口10.1与生物炭分离器9的排炭口9.1连接，换热器10上设置有用于供换热后低温生物炭排出的出炭口10.2、用于供流化介质进入的介质进口10.3、以及用于供换热后高温流化介质排出的介质出口10.4，换热器10的介质出口10.4与生物质流化床热解炉2的流化介质进口2.6连接。
利用上述基于三联中低温流化床的生物质多联产系统的工艺方法，包括如下步骤：
1)将高水分含量的生物质送入生物质流化床干燥炉1内，与来自生物质流化床反应器3的高温床料进行充分流化与混合，利用输入的高温床料(高温床料的温度为650～1100℃)来维持生物质流化床干燥炉1内的整体温度介于100～250℃以内，温度控制主要作用是既能提高生物质原料的干燥速率，又能避免燃料内挥发分的析出，本发明利用流化床床内物料在流化介质的流化作用下，床内物料不断的上下翻涌，具有混合均匀、传热传质迅速的特性，能最大限度满足生物质流化床干燥炉1内物料加热的均匀性。
正常运行时，生物质流化床干燥炉1温度介于130～200℃以内，生成水蒸汽，同时得到干燥的生物质和床料；水蒸汽可以分为两部分，第一部分水蒸汽输入生物质流化床反应器3内，第二部分水蒸汽经过冷凝处理后得到冷凝水，回收蒸汽的冷凝热，由于水蒸汽中水汽含量非常高，蒸汽露点温度高，可以高位回收冷凝热用于供热或者为周边居民提供生活热水；
2)将经过生物质流化床干燥炉1处理后所得干燥的生物质和床料送入生物质流化床热解炉2中，与输入的低水分含量高挥发份的生物质、流化介质、以及来自生物质流化床反应器3的高温床料混合处理，在高温床料提供热量情况下，生物质在生物质流化床热解炉2内控制热解温度为250～550℃，依据不同热解产物的需要调整热解温度及控制热解速率，优选为350～450℃热解温度范围内，生成热解气，同时得到床料和热解生物炭的混合料，热解气是含有大量轻质焦油的高热值合成气，主要成分为甲烷、氢气、一氧化碳、轻质焦油等，含有极其少量热解水分；热解气采用空气冷却或者外供循环冷却水作为冷却介质来冷却热解气体，热空气可以作为生物质流化床反应器3的气化剂使用；热循环冷却水可以对外供热或者为周边居民提供生活热水。由于热解气中水蒸汽含量低于5％，冷凝温度可低至100℃以下，可获得不含水的无水纯热解油和高热值的无水冷凝热解气。无水纯热解油可以作为化工原料进行产品深加工，而高热值无水冷凝热解气可作为燃料气商品直接对外销售；
3)将经过生物质流化床热解炉2处理后所得床料和热解生物炭的混合料送入生物质流化床反应器3内，与输入的气化剂和生物质原料进行高温气化反应，生物质流化床干燥炉1中的干燥的生物质和床料也可以直接送入生物质流化床反应器3内进行气化反应，也可根据生物质流化床热解炉2产量的不同，调节生物质流化床干燥炉1送入生物质流化床反应器3反应物的运行比例；同时，还可以根据市场需求的变化及原料特性变化，调整混合料送入生物质流化床反应器3中的比例，一部分混合料或全部混合料能送入混合料的生物炭分离器9，依据床料与生物炭物理特性的不同，采用气浮或其他物理方法来将生物炭从混合料中分离出来，分离出的热解生物炭应用到步骤2)中与流化介质换热处理，流化介质升温至250～550℃再送入生物质流化床热解炉内，热解生物炭经过冷却可以作为商品对外销售，分离后的床料送入流化床反应器中继续循环使用。
4)在生物质流化床反应器3(生物质流化床锅炉)中，利用热解炉送入的热解生物炭、外供气化剂(空气)进行燃烧反应，热解生物炭被完全燃烧放热，在燃烧炉锅炉内燃烧放热生产烟气，同时得到加热后的高温床料，依据生物质流化床锅炉产生蒸汽量及发电负荷，燃烧炉锅炉内可以输入生物质原料进行燃烧提高燃烧炉热量负荷，实现规模化电力生产。燃烧产生的烟气经过换热回收热能后进行脱硫脱氮处理，达到环保要求后对空排放。加热后的高温床料送入生物质流化床热解炉2及生物质流化床干燥炉1用于工艺提供热能使用，如此循环。
5)将经过生物质流化床反应器3处理后得到的高温床料分为两部分，第一部分高温床料输入生物质流化床干燥炉1内，第二部分高温床料输入生物质流化床热解炉2内，往复循环步骤1)～3)直至反应结束。
以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于三联中低温流化床的生物质多联产方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将高水分含量的生物质、与来自生物质流化床反应器的高温床料在温度为100～250℃的生物质流化床干燥炉中进行干燥处理，生成水蒸汽，同时得到干燥的生物质和床料；
2)将步骤1)所得干燥的生物质和床料、与输入的低水分含量高挥发份的生物质、流化介质、以及来自生物质流化床反应器的高温床料在温度为250～550℃的生物质流化床热解炉中进行热解处理，生成热解气，同时得到床料和热解生物炭的混合料，对热解气进行冷凝处理，得到无水纯热解油和冷凝热解气；
3)将步骤2)所得的床料和热解生物炭的混合料、与输入的气化剂和生物质原料在温度为750～1100℃的生物质流化床反应器中进行高温反应，得到生成气和高温床料；
4)将步骤3)所得的高温床料分为两部分，第一部分应用到步骤1)中进行干燥处理，第二部分应用到步骤2)中进行热解处理，往复循环步骤1)至步骤3)的操作，直至反应结束；
其中，所述步骤1)中，所得的干燥的生物质和床料分为两部分，第一部分应用到步骤2)中进行热解处理；第二部分与步骤2)所得的第一部分床料和热解生物炭的混合料汇流后，再送入步骤3)的生物质流化床反应器中进行高温反应；
所述步骤2)中，所得的床料和热解生物炭的混合料分为两部分，第一部分与步骤1)中所得第二部分的干燥的生物质和床料汇流后直接送入步骤3)的生物质流化床反应器内；第二部分分离出热解生物炭后，所得的床料再与步骤1)中所得第二部分的干燥的生物质和床料以及第一部分床料和热解生物炭的混合料汇流后再送入步骤3)的生物质流化床反应器内，分离出的热解生物炭应用到步骤2)中与流化介质换热处理，流化介质升温至250～550℃再送入生物质流化床热解炉内。
2.根据权利要求1所述的基于三联中低温流化床的生物质多联产方法，其特征在于：所述步骤1)中，生成的水蒸汽分为两部分，第一部分水蒸汽送入步骤3)的生物质流化床反应器内；第二部分水蒸汽经过冷凝处理后，生成冷凝水排出。
3.根据权利要求1所述的基于三联中低温流化床的生物质多联产方法，其特征在于：所述步骤1)中，生成的水蒸汽全部经过冷凝处理后，生成冷凝水排出。
4.根据权利要求2所述的基于三联中低温流化床的生物质多联产方法，其特征在于：所述步骤3)中，得到的生成气为无焦油的合成气。
5.根据权利要求3所述的基于三联中低温流化床的生物质多联产方法，其特征在于：所述步骤3)中，得到的生成气为烟气，再将烟气进行冷凝处理，回收的高温蒸汽用于发电，同时排出冷凝的烟气。
6.一种为实现权利要求1所述方法而设计的基于三联中低温流化床的生物质多联产系统，包括生物质流化床干燥炉(1)、生物质流化床热解炉(2)、以及生物质流化床反应器(3)，其特征在于：
所述生物质流化床干燥炉(1)上设置有用于供高水分含量的生物质进入的第一生物质进口(1.1)，所述生物质流化床热解炉(2)上设置有用于供低水分含量高挥发份的生物质进入的第二生物质进口(2.1)，所述生物质流化床反应器(3)上设置有用于供生物质原料进入的第三生物质进口(3.1)；
所述生物质流化床干燥炉(1)的高温床料进口(1.2)与生物质流化床反应器(3)的第一高温床料出口(3.2)连接，所述生物质流化床干燥炉(1)的干燥床料出口(1.3)与生物质流化床热解炉(2)的第一床料进口(2.2)连接，所述生物质流化床反应器(3)的第二高温床料出口(3.3)与生物质流化床热解炉(2)的第二床料进口(2.3)连接；
所述生物质流化床热解炉(2)的床料和热解生物炭的混合料出口(2.4)与生物质流化床反应器(3)的床料进口(3.4)连接，所述生物质流化床反应器(3)上还设置有用于供气化剂进入的气体进口(3.5)和用于供生成气排出的气体出口(3.6)；
它还包括第二冷凝器(5)，所述第二冷凝器(5)的进口与设置在生物质流化床热解炉(2)上的热解气出口(2.5)连接，所述第二冷凝器(5)上还设置有用于供无水纯热解油流出的出油口(5.1)、以及用于供冷凝热解气输出的出气口(5.2)；
它还包括第一支路(7)，所述第一支路(7)的一端连接在生物质流化床干燥炉(1)的干燥床料出口(1.3)与生物质流化床热解炉(2)的第一床料进口(2.2)之间的管路上，所述第一支路(7)的另一端连接在生物质流化床热解炉(2)的床料和热解生物炭的混合料出口(2.4)与生物质流化床反应器(3)的床料进口(3.4)之间的管路上；
所述生物质流化床热解炉(2)的床料和热解生物炭的混合料出口(2.4)与生物质流化床反应器(3)的床料进口(3.4)之间的管路上还并联有第二支路(8)，所述第二支路(8)上设置有生物炭分离器(9)，所述生物炭分离器(9)上设置有用于供热解生物炭排出的排炭口(9.1)；
它还包括用于供热解生物炭与流化介质换热的换热器(10)，所述换热器(10)的进炭口(10.1)与生物炭分离器(9)的排炭口(9.1)连接，所述换热器(10)上设置有用于供换热后低温生物炭排出的出炭口(10.2)、用于供流化介质进入的介质进口(10.3)、以及用于供换热后高温流化介质排出的介质出口(10.4)，所述换热器(10)的介质出口(10.4)与生物质流化床热解炉(2)的流化介质进口(2.6)连接。
7.根据权利要求6所述的基于三联中低温流化床的生物质多联产系统，其特征在于：它还包括第一冷凝器(4)，所述第一冷凝器(4)的进口与设置在生物质流化床干燥炉(1)上的水蒸汽第一出口(1.4)连接。
8.根据权利要求7所述的基于三联中低温流化床的生物质多联产系统，其特征在于：所述生物质流化床干燥炉(1)上还设置有水蒸汽第二出口(1.5)，所述水蒸汽第二出口(1.5)与设置在生物质流化床反应器(3)上的水蒸汽进口(3.7)连接。
9.根据权利要求7所述的基于三联中低温流化床的生物质多联产系统，其特征在于：它还包括第三冷凝器(6)，所述第三冷凝器(6)的进口与设置在生物质流化床反应器(3)上的气体出口(3.6)连接，所述第三冷凝器(6)上还设置有用于供蒸汽输出的蒸汽出口(6.1)、以及用于供冷凝烟气排出的排出口(6.2)。
10.根据权利要求6所述的基于三联中低温流化床的生物质多联产系统，其特征在于：所述生物质流化床反应器(3)为生物质流化床气化炉或者生物质流化床锅炉。
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| GR01 | Patent grant | ||
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