CN108570330A - 一种生物质下行循环床毫秒热解液化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质下行循环床毫秒热解液化工艺，生物质粉经烟气提升管干燥和提升并在顶部气固分级分离，烟气外排，细颗粒进入半焦返料器，大中颗粒在下行热解反应器顶端与高温循环载体实现快速混合升温与毫秒热解，在反应器立管下部油气、热载体与半焦快速分离；热解油气经分馏塔获得不同馏分油品和干气，热载体和部分半焦进入烧焦提升管燃烧加热；燃烧后的高温载体经两级气固分离器与烟气分离后，烟气经过换热后被引到烟气提升管底部提升和干燥生物质粉，大中颗粒热载体进入下行热解反应器顶部作为高温循环热载体，细灰进入冷却料仓后外排作为硅钾肥。

Description

一种生物质下行循环床毫秒热解液化工艺
技术领域
本发明提供一种生物质下行循环床毫秒热解液化工艺，属于生物质能源领域。
背景技术
目前我国农林废弃物约8.8亿吨以上，由于缺乏有效利用技术而不得不被焚烧或废弃，不仅浪费资源，也造成雾霾天气、大气污染、土壤矿化、火灾和交通事故等大量社会经济和生态问题，成为公众关注的焦点和难点。现有生物质综合利用途径相当广，很多途径资源利用率和经济效益都很高，如造纸、直燃发电、纤维乙醇和沼气等，但由于规模和消耗量小、使用效率低、污染或特定地域要求，都不能从根本上满足生物质规模化高效高值化清洁的要求。近三十年新兴起的快速热解提炼技术将生物质转化为能量密度大、易于存贮和运输的液体，可生产车用替代燃料、液体燃料和化工原料，是环境友好性、最有希望的石油替代品，不存在产品规模和消费地域限制，能够满足大规模、高效、高值化和清洁无污染的要求，被公认为“本世纪生物能最有工业化发展潜力的技术”，既是目前国际上生物质能研发的重点和热点，又是我国战略新兴产业-新能源领域的前沿探索项目。
国际上代表性工艺主要有荷兰Twenty大学的旋转锥式反应工艺、美国Georgia工学院的携带床反应工艺、加拿大En-syn工程师协会的鼓泡循环流化床工艺、美国国家可再生能源实验室(NREL)涡旋反应工艺、加拿大Laval大学的多层真空热解磨反应工艺等。国内各单位也相继开发了类似技术。但由于工艺缺陷和不足，目前仅有旋转锥工艺、鼓泡循环流化床工艺实现了万吨级工业化生产。在上述工艺中，仅有循环流化床快速热解工艺利用热解产生的部分半焦循环燃烧产生的热量即可满足反应所需热量的需求，能量利用合理、液体收率高、设备简单、易于大型化、也是被国内外研究的最多，被认为是最有可能实现工业化生产的生物质快速热解工艺。但一般循环流化床热解需要流化气、冷却负荷大，流化磨损产生的细粉油中难以脱除。下行循环流化床具有顺重力场并流下行运动、固固或气固接触时间短、反应快、径向分布均匀、返混小、并能灵活地调节固/气或固比等优点，既保持了流化床热解得高液体收率和大规模化生产优点，又无需流化风、热解气停留时间小、颗粒磨损细粉少，降低了冷却负荷和能耗，油中脱灰相对容易，因而下行循环流化床将是生物质快速热解亟待开发和应用的最佳反应器。但由于生物质原料含钾、含水量较高，同时生物质原料以及热解半焦与载体比重差异大，目前国际上典型的快速热解工艺中，普遍存在热质传递与反应调控、油中带灰、油中高含水、液收率低、油气结焦堵塞、半焦载体异重返料、生物油加热自聚、流化气稀释干气和耗能、含钾载体熔融导致床料结焦死床、生物质原料干燥、反应器机械运动部件高温磨损等影响生物质快速热解技术工业放大和长周期稳定运行的十大难题。
本发明人发明了一种固体有机物自混合下行流化床快速热解工艺(ZL200810000615.9)，其特征在于干燥粉碎后的固体有机物经通过螺旋输送机输送进入自混合下行流化床反应器的入口，与从另一入口进入的高温再生剂在自混合下行流化床反应器中接触、混合、反应，快速离开反应段；气相通过自混合下行流化床反应器的气相出口进入急冷器冷凝分离为热解油和热解气，经油罐分离，部分热解油由液体循环泵打回到水冷器冷却后做为急冷器冷源；固相通过流化床返料器和预热空气一起进入流化床再生器燃烧再生，经流化床再生后的固体温度升高，进入惯性气固分离器，先分出大部分颗粒固体进入再生剂缓冲仓，再进入自混合下行流化床反应器再次循环，其余微小固体随气流先进入省煤器预热空气，然后进入旋流分离器分出微颗粒高温固体外排；分离后的烟气通过粉碎加料器进入有机物粉干燥提升器，然后经旋分器分离出干燥的有机物后经引风机排空；空气经鼓风机进入省煤器预热后进入流化床再生器；有机物通过粉碎加料器进入有机物粉干燥提升器，然后经旋分器分离通过螺旋输送机输送进入自混合下行流化床反应器的入口，这样下行自混合流化床反应器和流化床再生器耦合，形成一个固体热载体循环的反应再生耦合系统，实现了热质传递与反应的调控。尽管通过热载体分级分离，大中颗粒热载体通过下行热解反应器热解、微小颗粒热灰外排，从源头上消除热灰造成的油中带灰难题。但生物质粉干燥后未分级分离,其中的细小颗粒还会从源头上产生油中带灰现象。油气未直接进行分馏，油中高含水问题未能有效解决。另外油气结焦堵塞、半焦载体异重返料、生物油加热自聚和生物质原料干燥难题一直困扰生物质自混合下行流化床快速热解工艺的工业化推广。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有生物质热解液化技术存在的不足而提出的一种一种生物质下行循环床毫秒热解液化工艺，既彻底解决了生物质热解热质传递与反应调控、油中带灰、油中高含水、液收率低、油气结焦堵塞、半焦载体异重返料、生物油加热自聚、流化气稀释干气和耗能、含钾载体熔融导致床料结焦死床、生物质原料干燥、反应器机械运动部件高温磨损等影响生物质快速热解技术工业放大和长周期稳定运行的十大难题。
本发明的技术方案：
本发明的目的是通过将生物质粉和热载体均实现分级分离，大中颗粒载体和生物质通过下行热解反应器热解、生物质细粉直接送入烧焦提升管燃烧加热，细热载体直接外排做硅钾肥，从源头上消除油中带灰和生物质灰利用以及含钾载体熔融导致床料结焦死床的难题。其特征是将大量小于6mm的生物质粉经烟气提升管干燥和提升，生物质粉被二级气固分离器分级分离，烟气外排，细颗粒生物质通过半焦返料阀进入烧焦提升管，大中颗粒生物质经旋转进料器在下行热解反应器顶端与通过高温载体返料阀下落的高温循环热载体迅速实现快速混合升温与毫秒热解，在反应器立管下部油气与半焦和热载体在气固分离器作用下快速分离；热解油气经分馏塔获得不同馏分油品和干气，热载体和部分半焦通过空气输送的半焦返料阀进入烧焦提升管燃烧加热，部分半焦流入外取热器取热降温后作为半焦产品；燃烧后的高温载体经两级气固分离器与烟气分离后，烟气经过换热后被引到烟气提升管底部提升和干燥生物质粉，大中颗粒热载体进入下行热解反应器顶部作为高温循环热载体，细灰进入冷却料仓后外排作为硅钾肥。
烧焦提升管反应温度为850℃-1100℃。
高温热载体与生物质粉的混合比例为2-8：1。
下行热解反应器出口反应温度为450℃-600℃。
外取热器可以是利用干气将450℃-600℃的半焦在流化态外取热器中换热生产高压蒸汽，干气经分离器回收固体颗粒后通过进水预热器预热外取热器进水，冷却到300℃以下，利用循环风机送入流化态外取热器底部，半焦外排温度小于260℃。
本发明将实施例来详细叙述本发明的特点。
附图说明
附图1为本发明的工艺示意图。附图的图面设明如下：
1、烧焦提升管 2、气体分布器 3、进气管 4、惯性气固分离器 5、高温载体返料控制器 6、热载体二级气固分离器 7、细灰冷却料仓 8、下行热解反应器 9、油气气固分离器10、油气分馏塔 11、重油出口 12、轻油出口 13、木醋液出口 14、引风机 15、烟气提升管16、烟气一级气固分离器 17、上部料仓 18、旋转进料器 19、烟气二级气固分离器 20、烟气出口 21、生物质粉入口 22、干气出口 23、半焦返料阀 24、流化态外取热器 25、分离器26、进水预热器 27、循环风机 28、半焦分离器 29、半焦出口。
下面结合附图和实施例来详述本发明的工艺特点。
具体实施方式
实施例，将大量小于6mm的生物质粉经生物质粉入口21进入烟气提升管15干燥和提升，生物质颗粒被烟气一级气固分离器16和烟气二级气固分离器19分级分离，烟气从烟气出口20外排，细颗粒生物质通过半焦返料阀23进入烧焦提升管1，大中颗粒生物质经旋转进料器18在下行热解反应器8顶端与通过高温载体返料阀5下落的高温循环热载体迅速实现快速混合升温与毫秒热解，在下行热解反应器8立管下部油气与半焦和热灰在油气气固分离器9作用下快速分离，热载体和部分半焦通过空气输送的半焦返料阀23进入烧焦提升管1与进气管3和气体分布器2来的空气混合、燃烧加热；含有半焦的油气再经过半焦分离器28气固分离，半焦流入流化态外取热器24干气换热降温，降温后的半焦作为产品从半焦出口29排出；热解油气经分馏塔10获得木醋液13、轻油12、重油11和热解干气22；加热后的高温热载体经惯性气固分离器4和热载体二级气固分离器6与烟气分离后，烟气经过废热锅炉换热后被引风机14引到烟气提升管15底部提升和干燥从生物质粉入口21加入的小于6mm的生物质粉，大中颗粒热载体进入下行热解反应器8顶部作为高温循环载体，细灰进入冷却料仓7后外排作为硅钾肥
烧焦提升管1反应温度为850℃-1100℃。
高温热载体与生物质粉的混合比例为2-8：1。
下行热解反应器8出口反应温度为450℃-600℃。
外取热器24可以是利用干气将450℃-600℃的半焦在流化态外取热器24中换热生产高压蒸汽，干气经分离器25回收固体颗粒后通过进水预热器26预热外取热器24进水，冷却到300℃以下，利用循环风机27送入流化态外取热器24底部，半焦外排温度小于260℃。
本发明所提供的一种生物质下行循环床毫秒热解液化工艺，通过将生物质粉和热载体均实现分级分离，大中颗粒载体和生物质通过下行热解反应器热解、生物质细粉直接送入烧焦提升管燃烧加热，细热载体直接外排做硅钾肥，从源头上消除油中带灰、流化气稀释干气和耗能和生物质灰利用以及含钾载体熔融导致床料结焦死床的难题。利用烧焦提升管的高气速、下行管的自由落体以及半焦返料器消除了半焦载体异重返料难题；利用双管(下行反应管和烧焦提升管)耦合解决了热质传递与反应的调控和反应器机械运动部件高温磨损的难题；利用油汽直接分馏解决了油气结焦堵塞和生物油加热自聚以及油中高含水难题；利用烟气干燥生物质，解决了生物质原料干燥难题，提高了热解升温速率从而提高了液体收率，这些技术措施的集成，从而解决了影响生物质快速热解技术工业放大和长周期稳定运行的十大难题，消除了困扰生物质自混合下行流化床快速热解工艺工业化推广的瓶颈。不同生物质快速热解的液体收率：松木粉68％、杨木粉62％、玉米秸秆39％、棉花秸秆55％，油中含灰小于0.2％，含水小于1％；气体热值约3800大卡，半焦热值约5400大卡。

Claims (5)

1.一种生物质下行循环床毫秒热解液化工艺，其特征是将大量小于6mm的生物质粉经烟气提升管干燥和提升，生物质粉被二级气固分离器分级分离，烟气外排，细颗粒生物质通过半焦返料阀进入烧焦提升管，大中颗粒生物质经旋转进料器在下行热解反应器顶端与通过高温载体返料阀下落的高温循环热载体迅速实现快速混合升温与毫秒热解，在反应器立管下部油气与半焦和热载体在气固分离器作用下快速分离；热解油气经分馏塔获得不同馏分油品和干气，热载体和部分半焦通过空气输送的半焦返料阀进入烧焦提升管燃烧加热，部分半焦流入外取热器取热降温后作为半焦产品；燃烧后的高温载体经两级气固分离器与烟气分离后，烟气经过换热后被引到烟气提升管底部提升和干燥生物质粉，大中颗粒热载体进入下行热解反应器顶部作为高温循环热载体，细灰进入冷却料仓后外排作为硅钾肥。
2.根据权利要求1所述的一种生物质下行循环床毫秒热解液化工艺，其特征在于烧焦提升管反应温度为850℃-1100℃。
3.根据权利要求1所述的一种生物质下行循环床毫秒热解液化工艺，其特征在于高温热载体与生物质粉的混合比例为2-8：1。
4.根据权利要求1所述的一种生物质下行循环床毫秒热解液化工艺，其特征在于下行热解反应器出口反应温度为450℃-600℃。
5.根据权利要求1所述的一种生物质下行循环床毫秒热解液化工艺，其特征在于外取热器可以是利用干气将450℃-600℃的半焦在流化态外取热器中换热生产高压蒸汽，干气经分离器回收固体颗粒后通过进水预热器预热外取热器进水，冷却到300℃以下，利用循环风机送入流化态外取热器底部，半焦外排温度小于260℃。
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