CN110079349A - 一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺，包括依次通过管道连接的供料装置、热裂解反应器、旋风分离器，热裂解反应器采用斜管移动床反应器，旋风分离器分别通过管道连接炭收集装置、生物油收集装置，旋风分离器分离出的气体通过引风机经由管道送至反应器夹层。本发明利用流程中生成的不凝气作为加热热源，不需要任何化石燃料，属于自发热式，能够节约生产成本；可以通过调节不凝气与空气的混合气量控制反应器温度，有效地调节生物质热裂解产物分布和目的产物产率；具备连续化生产能力，设备运行稳定，整个工艺流程不排放任何污染物，环保经济。
Description
技术领域
本发明属于能源化工技术领域，涉及一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺。
背景技术
面对能源危机，生物质作为唯一能转化成可替代常规液态石油燃料和其他化学品的可再生资源，其开发利用是当前国内外广泛关注的重大课题。目前对生物质转化利用方式的研究主要集中在热化学转化方面，其中生物质热解液化技术是其利用的重要方式之一，该技术很大程度上能缓解当今社会的能源危机以及环境污染，是人类开发可再生资源的有效途径。
生物质热裂解是指生物质在完全缺氧或有限氧供给的条件下发生热解，最终生成液体生物油、可燃气体和固体生物质炭三个组成部分的过程。生物质快速热解是开发利用生物质能的有效途径，在中温(约500℃)、高加热传热速率和极短气体停留时间(通常小于2s)的条件下，将生物质直接加热使其裂解，在产生的挥发物二次裂解前进行快速冷却，从而得到高产率液态生物油。
生物质快速热裂解的研究始于20世纪70年代，国内的相关研发机构虽然在木质纤维素水解、可发酵糖生物利用以及代谢产物分离与纯化等方法和关键技术上取得了重大突破，但在快速热解技术开发中，尚未突破规模化生产和成套设备的难关，大多停留在中试和中试之前的研发阶段。因采用的热裂解工艺不同，生物质原料不同，尚不存在最好的热裂解工艺。目前工艺存在的主要问题是处理量低，生产能力小，快速裂解的条件不易控制，热能利用率不高，对产率影响较大。因此要进一步开发高效清洁的生物质能实际利用技术，使生物质热解制生物油技术走向较大规模的工业化生产，必须研究开发出一套新工艺。
发明内容
为了克服现有工艺的缺点和不足，实现连续化制取生物油，本发明提供一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺。
一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺，包括依次通过管道连接的供料装置、热裂解反应器、旋风分离器，热裂解反应器采用斜管移动床反应器，旋风分离器分别通过管道连接炭收集装置、生物油收集装置，旋风分离器分离出的气体通过引风机经由管道送至反应器夹层。斜管移动床反应器为夹套式结构，从上到下包括预热段、过渡段和反应段，物料入口设置在反应器顶部，产物出口设置在反应器底部，燃气与空气入口设置在反应器夹层底部，废气出口设置在反应器夹层顶部，反应器夹层外壁设置隔热和阻气层。预热段为圆柱形结构，过渡段为半圆台形结构，反应段为圆柱形结构，预热段与反应段直径关系满足5:3条件，预热段与反应段长度关系满足5:7条件，反应器内部炉管的中心线与竖直线的角度为30°。与现有反应器相比，具有以下优点：1)过渡段变窄使得颗粒经过后发生明显的交叉现象，其运动轨迹呈“之”字型，利于颗粒之间的热传递，同时气体经过过渡段后显著提高速度，可降低裂解气在反应器内的停留时间，减少二次裂解反应的发生；2)利用生物质热裂解产生的不凝气作为热源对反应器内的生物质颗粒进行加热，充分利用了可燃不凝气的热值，属于自发热式，能够节约成本；3)通过控制燃气量和进入炉膛的空气量比例调节炉膛整体温度，以调整裂解产物的分布和目的产物的产率；4)反应器倾斜可以增大生物质颗粒在反应器内的停留时间，让其裂解更加充分，有效提高生物油的产率。
优选的是：供料装置包括电机、料斗和螺旋送料器，电机设置在螺旋送料器一侧，料斗设置在螺旋送料器入料端，螺旋送料器出料端通过管道连接至反应器顶部。
优选的是：不凝气送至反应器夹层前先经由管道经过气体混合装置。
优选的是：旋风分离器为一级或二级串联旋风分离器。
优选的是：旋风分离器底部通过管道连接炭收集装置。
优选的是：旋风分离器顶部连接换热器，换热器分别经由管道连接生物油收集装置和气体输送管道。
优选的是：换热器为一级或二级串联换热器。
优选的是：管道设有阀门。
设备运行步骤为：生物质颗粒在螺旋加料器(3)的作用下进入斜管移动床反应器(6)，在整套工艺流程中，在引风机(22)的作用下，裂解气从斜管移动床反应器(6)引出进入旋风分离器(12)，经过气固分离后的固体颗粒与气体分别进入集炭器(14)和换热器(16)，气体经过换热器(16)的冷却冷凝为生物油和不凝气，生物油进入生物油收集器(18)，不凝气进入气体混合器(20)与空气混合后返回斜管移动床反应器(6)为生物质热裂解反应提供热量。
本发明与现有生物质热裂解生产工艺相比，具有以下优点：1)该工艺流程中核心装置生物质热裂解反应器采用斜管移动床反应器，有效强化了生物质颗粒之间的热传递，同时反应器倾斜可以增大颗粒的停留时间，保证颗粒充分裂解，提高生物油的产量；2)该工艺流程通过利用流程中生成的不凝气作为加热热源，不需要任何化石燃料，属于自发热式，能够节约生产成本；3)该工艺流程中可以通过调节不凝气与空气的混合气量控制反应器温度，可以有效地调节生物质热裂解产物分布和目的产物产率；4)具备连续化生产能力，设备运行稳定，整个工艺流程不排放任何污染物，环保经济。
附图说明
图1是生物质热裂解制取生物油的连续化生产工艺示意图。
图中：1-电机，2-料斗，3-螺旋加料器，4-管道，5-废气出口，6-斜管移动床反应器，7-燃气与空气入口，8-管道，9-管道，10-引风机，11-管道，12-旋风分离器，13-管道，14-集炭器，15-管道，16-换热器，17-管道，18-生物油收集器，19-管道，20-气体混合器，21-管道，22-引风机，23-管道，24-引风机，25-管道。
图2是斜管移动床反应器结构示意图；
图3是图2中反应器入口俯视图；
图4是图2中反应器出口仰视图。
图中：601-物料入口，602-反应器预热段，603-反应器过渡段，604-反应器反应段，605-废气出口，606-产物出口，607-燃气与空气入口，608-隔热层与阻气层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的描述说明：
图1为本发明提供的生物质热裂解制取生物油的连续化生产工艺示意图，主要包括：1-电机；2-料斗；3-螺旋加料器；6-斜管移动床反应器；10-引风机；12-旋风分离器；14-集炭器；16-换热器；18-生物油收集器；20-气体混合器；22-引风机；24-引风机。斜管移动床反应器(6)与螺旋加料器(3)通过管道(4)连接；斜管移动床反应器(6)与旋风分离器(12)通过管道(8)连接；斜管移动床反应器(6)与引风机(10)通过管道(9)连接；旋风分离器(12)与集炭器(14)通过管道(13)连接；旋风分离器(12)与换热器(16)通过管道(11)连接；换热器(16)与生物油收集器(18)通过管道(17)连接；换热器(16)与引风机(22)通过管道(19)连接；引风机(22)与气体混合器(20)通过管道(21)连接；气体混合器(20)与引风机(24)通过管道(23)连接；气体混合器(20)与引风机(10)通过管道(15)连接。
生物质热裂解生产工艺流程中生物质储存在料斗(2)内，螺旋加料器(3)在电机(1)的带动下，将生物质通过管道(4)送入斜管移动床反应器(6)顶部，发生生物质热裂解反应(生物质颗粒通过物料入口(601)连续进入反应器，首先在反应器预热段(602)中被加热至裂解所需温度，经过反应器过渡段(603)时，由于直径突然变窄，使得颗粒进入反应器反应段(604)时运动轨迹发生明显的交叉现象，强化了颗粒之间的热传递，颗粒发生裂解反应后生成的气体产物和剩余的固体残渣由产物出口(606)离开反应器，裂解过程中产生的不凝气在后续经过收集之后与空气混合由燃气与空气入口(607)进入反应器夹层，混合气在夹层中燃烧为反应器内的裂解过程提供热量，废气由废气出口(605)排入大气)。在引风机(22)带动下，将热裂解产物裂解气从斜管移动床反应器(6)的底部移出，并通过管道(8)进入旋风分离器(12)进行气固分离，分离出的残炭固体颗粒经过管道(13)进入集炭器(14)，而分离出的气体经过管道(11)进入换热器(16)进行冷却冷凝，冷却冷凝的生物油经过管道(17)进入生物油收集器(18)，而分离出的不凝气经过管道(19)通过引风机(22)经管道(21)进入气体混合器(20)，空气经过管道(25)被引风机(24)引入通过管道(23)进入气体混合器(20)，不凝气和空气的混合气经过管道(15)被引风机(10)通过管道(9)引入斜管移动床反应器(6)的燃气与空气入口(7)进入反应器的加热区，燃烧后的气体废气通过废气出口(5)移出。
实施例：
使用斜管移动床反应器对秸秆颗粒进行连续化快速热解。秸秆颗粒由布料器不断送入斜管移动床反应器，在反应器预热段被迅速加热至裂解所需温度。通过变径过渡段后，秸秆颗粒发生明显交叉现象，颗粒与颗粒之间的热传递得到强化，并在反应段迅速发生裂解反应。反应器倾斜延长了秸秆颗粒的停留时间，让其裂解更加充分，提高生物油产量。裂解过程生成的裂解气和剩余的固体残渣由产物出口引出反应器进入后续的气固分离系统和冷凝系统。利用秸秆颗粒裂解产生的不凝气作为热源对反应器内的秸秆颗粒进行加热，属于自发热式，能够节约生产成本。通过控制燃气量和进入炉膛的空气量比例调节炉膛整体温度，以调整裂解产物的分布和目的产物的产率，可广泛应用于秸秆快速热解制取生物油的连续化生产中。
使用以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺对秸秆颗粒进行工业化生产。通过该工艺流程中生成不凝气作为加热反应器的热源，属于自加热式，有效的防止因使用电加热造成成本过高。通过调节不凝气与空气的混合比例控制反应器温度，从而调节热裂解产物分布和目的产物产率。传热速率快，满足秸秆颗粒发生热裂解反应所需的升温速率要求。反应器内秸秆颗粒之间的热传递得到强化，颗粒裂解的同时反应生成的裂解气及时移出反应器，有效避免二次热裂解。反应器倾斜延长了秸秆颗粒的停留时间，使得颗粒裂解更加充分，有效提高生物油的产率，可广泛应用于秸秆快速热解制取生物油的工业化生产中。
Claims (9)
1.一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺，其特征在于：包括依次通过管道连接的供料装置、热裂解反应器、旋风分离器，热裂解反应器采用斜管移动床反应器，旋风分离器分别通过管道连接炭收集装置、生物油收集装置，旋风分离器分离出的气体通过引风机经由管道送至反应器夹层；斜管移动床反应器为夹套式结构，从上到下包括预热段、过渡段和反应段，物料入口设置在反应器顶部，产物出口设置在反应器底部，燃气与空气入口设置在反应器夹层底部，废气出口设置在反应器夹层顶部，反应器夹层外壁设置隔热和阻气层；预热段为圆柱形结构，过渡段为半圆台形结构，反应段为圆柱形结构，预热段与反应段直径关系满足5:3条件，预热段与反应段长度关系满足5:7条件，反应器内部炉管的中心线与竖直线的角度为30°。
2.如权利要求1所述一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺，其特征在于：供料装置包括电机、料斗和螺旋送料器，电机设置在螺旋送料器一侧，料斗设置在螺旋送料器入料端，螺旋送料器出料端通过管道连接至反应器顶部。
3.如权利要求1所述一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺，其特征在于：不凝气送至反应器夹层前先经由管道经过气体混合装置。
4.如权利要求1所述一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺，其特征在于：旋风分离器为一级或二级串联旋风分离器。
5.如权利要求1所述一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺，其特征在于：旋风分离器底部通过管道连接炭收集装置。
6.如权利要求1所述一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺，其特征在于：旋风分离器顶部连接换热器，换热器分别经由管道连接生物油收集装置和气体输送管道。
7.如权利要求1所述一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺，其特征在于：换热器为一级或二级串联换热器。
8.如权利要求1-7任一所述一种以斜管移动床反应器为核心的生物质热裂解生产工艺，其特征在于：管道设有阀门。
9.采用如权利要求1-8任一所述工艺对秸秆颗粒进行连续化快速热解的方法，其特征在于：秸秆颗粒由布料器不断送入斜管移动床反应器，在反应器预热段被迅速加热至裂解所需温度；通过变径过渡段后，秸秆颗粒发生明显交叉现象，颗粒与颗粒之间的热传递得到强化，并在反应段迅速发生裂解反应；裂解过程生成的裂解气和剩余的固体残渣由产物出口引出反应器进入后续的气固分离系统和冷凝系统；优选的是，生物质热裂解生产工艺流程中生物质储存在料斗(2)内，螺旋加料器(3)在电机(1)的带动下，将生物质通过管道(4)送入斜管移动床反应器(6)顶部，发生生物质热裂解反应(生物质颗粒通过物料入口(601)连续进入反应器，首先在反应器预热段(602)中被加热至裂解所需温度，经过反应器过渡段(603)时，由于直径突然变窄，使得颗粒进入反应器反应段(604)时运动轨迹发生明显的交叉现象，强化了颗粒之间的热传递，颗粒发生裂解反应后生成的气体产物和剩余的固体残渣由产物出口(606)离开反应器，裂解过程中产生的不凝气在后续经过收集之后与空气混合由燃气与空气入口(607)进入反应器夹层，混合气在夹层中燃烧为反应器内的裂解过程提供热量，废气由废气出口(605)排入大气)。在引风机(22)带动下，将热裂解产物裂解气从斜管移动床反应器(6)的底部移出，并通过管道(8)进入旋风分离器(12)进行气固分离，分离出的残炭固体颗粒经过管道(13)进入集炭器(14)，而分离出的气体经过管道(11)进入换热器(16)进行冷却冷凝，冷却冷凝的生物油经过管道(17)进入生物油收集器(18)，而分离出的不凝气经过管道(19)通过引风机(22)经管道(21)进入气体混合器(20)，空气经过管道(25)被引风机(24)引入通过管道(23)进入气体混合器(20)，不凝气和空气的混合气经过管道(15)被引风机(10)通过管道(9)引入斜管移动床反应器(6)的燃气与空气入口(7)进入反应器的加热区，燃烧后的气体废气通过废气出口(5)移出。
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2019
- 2019-05-30 CN CN201910464057.XA patent/CN110079349A/zh active Pending
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