CN110791324A - 一种微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法 - Google Patents

一种微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法 Download PDF

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Abstract

一种微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法，将木本油料加工剩余物收集并作为原料，将其干燥至含水量8～14％后，通过粉碎和成型机械压缩并粉碎制粒，形成标准化颗粒物A；然后将所述标准化颗粒物A在反应容器中，在900～1200℃的催化剂环境下进行热解反应，其产生的产物进行分离收集，得到生物气B和生物炭C；然后将生物气B依次经过粗过滤、水洗和干燥工序后进入储气系统；而生物炭C则进入储存箱。本发明。

Description

一种微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法
技术领域
本发明属于生物质加工技术领域，更为具体地，涉及一种微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法。
背景技术
油茶、油桐和山苍籽作为木本食用、工业用和芳香油料等大宗木本油料资源类型代表，近年来，其种植呈逐年递增趋势。上述木本油料资源在进行加工时，通常会伴随产生较大数量的加工剩余物，目前木本油料加工剩余物主要以焚烧和丢弃为主，不仅造成资源的浪费，且会带来生态环境的污染问题，造成负面影响。
而随着相关政策落地，要求促进传统产业转型升级，加快新兴产业发展，推动能源结构优化，高效利用木本油料加工剩余物成为了相关产业发展的一个新的发展点，能够产生相当的经济价值；同时利用木本油料加工剩余物高效热化学转化获得的生物气可有效补偿现有化石能源的短缺，属于绿色可再生能源范畴，极具发展潜力，也具有社会效益。
在现有技术中，利用生物质气化工艺来对木本油料加工剩余物进行处理是一种很好的加工途径。现有生物质气化工艺技术种类、路线繁多，但普遍对原料要求专一性高，存在原料广适性差、副产物中的焦油成分难处理等缺陷，且制备的生物燃气产品热值较低。如专利201820262555.7公布了一种生物质气化炉，该生物质气化炉包括炉体、炉盖以及供气化介质装置，操作简便且气化效率高，但是存在连续性和热值较差的缺陷；专利201510740284.2公布了一种生物质热解气化方法及生物质热解系统，该方法及系统热解速度快、能耗低，得到生物质燃气品质较好，但是存在能耗较高，生物气热值和气化效率还有进一步提升的空间。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法，能够有效降低生产成本和提高生物气热值和气化效率，以解决上述技术背景中的缺陷。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法，将木本油料加工剩余物收集并作为原料，将其干燥至含水量8～14％后，通过粉碎和成型机械压缩并粉碎制粒，形成标准化颗粒物A；然后将所述标准化颗粒物A在反应容器中，在900～1200℃的催化剂环境下进行热解反应，其产生的产物进行分离收集，得到生物气B和生物炭C；然后将生物气B依次经过粗过滤、水洗和干燥工序后进入储气系统；而生物炭C则进入储存箱。
本发明还公开了一种用于木本油料剩余物热解气化的反应装置，该反应装置包括热解反应器以及供料装置，所述热解反应器为复合结构反应器，包括设置于上部的下吸气式固定化床气化炉以及设置于下部的上吸气式流化床气化炉；所述下吸气式固定化床气化炉套装在上吸气式流化床气化炉上，所述下吸气式固定化床气化炉上部连接供料装置进行供料，并在下吸气式固定化床气化炉的上部侧旁设置有液氧罐来对炉体内进行液氧供氧，同时在所述下吸气式固定化床气化炉的侧壁上还设置于若干微波发射器来对下吸气式固定化床气化炉提供微波辅助；而所述上吸气式流化床气化炉的吸气位置连接供氧管路以及水蒸气供应管路，同时在上吸气式流化床气化炉的上部则设置有燃气出口，并通过该燃气出口连接燃气收集管。
作为进一步限定，所述供料装置为连续式封闭布料下料器。
作为进一步限定，所述热解反应器对应的下吸气式固定化床气化炉以及上吸气式流化床气化炉的炉体上均设置有水套，水套连接蒸汽腔，并通过蒸汽腔与所述水蒸气供应管路相连以利用设备自产水蒸汽作为辅助气化剂。
作为进一步限定，所述热解反应器的炉体下底设置旋转水槽，所述旋转水槽内部设置旋转灰刀，炉体通过旋转灰刀与旋转水槽的相对转动，实现生物炭C的湿式出料；而为了获得最佳的出料效果，所述旋转灰刀的设置斜度为20～30。
作为进一步限定，所述燃气收集管后部依次连接换热器、喷淋塔以及冷却器，换热器、喷淋塔、冷却器的底部为互通的沉淀池，而喷淋塔的喷淋用水经沉淀池处理后循环使用，不外排；而沉淀池内沉积的灰渣、焦油等高热值生物质通过分离，再回到气化炉作为原料进行气化使用。
一种微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法，具体包括一下操作步骤：
S1、将木本油料剩余物进行收集后归类，将木本油料的枝桠、果壳及落叶在70～120℃的温度条件下进行烘干，将上述物料的水分控制在8～14％；然后通过粉碎机粉碎至颗粒粒度1～5mm；然后将木本油料加工处理后的饼粕作为成型颗粒的胶黏剂，将其粒度粉碎至1～5mm，将两种颗粒进行混合，并控制饼粕颗粒的量为总物料的10～30％，在搅拌机辅助下匀质，并将匀质物料在环模压缩比为3.5～6.5的条件下压缩，得到标准化颗粒物料A。
S2、以上述反应装置作为反应器，将标准化颗粒物料A通过供料装置填充加入至反应器中，填充过程中加入占原料质量比0.2～1.5％的活性催化剂，并与物料均匀混配后在反应器中进行催化热解，催化热解过程中采用液氧罐供氧，控制氧气流量为1～4m3/h/吨原料，利用1.5KW微波发射器进行微波辅助，并在上吸气式流化床气化炉的底部通入氧气以及水蒸汽，反应30～70min。
S3、在反应器进行催化热解的过程中收集燃气，燃气从气化炉出来先经过换热器降温再经过喷淋塔水洗并降温，之后再经过两级间接冷却器降至室温，脱出水分和焦油后经增压风机加压后经过止回阀送至储气柜，获得产品生物气B；在反应器的炉体下底设置带旋转灰刀的旋转水槽，通过旋转灰刀与旋转水槽之间的相对转动，对生物炭C进行湿式脱出。
作为进一步限定，所述活性催化剂包括微波催化剂和热解催化剂，其中，微波催化剂为SiO2，而热解催化剂为KF/CaO；作为优选，SiO2和KF/CaO的质量比用量配比为1∶3～1∶4。
作为进一步限定，所述反应器在进行催化热解反应时控制上吸气式流化床气化炉的床内温度为800～1200℃，下吸气式固定化床气化炉的床内温度为700～800℃，而水蒸汽流速为1～2m3/h/吨物料。
本发明的优点及有益效果在于：
开发了生物质先流化后固定化相结合的气化方式，上下结合产气，实现全气化技术，从而强化气化过程。
将水蒸汽与氧气混合作为气化剂将林产生物质中的固定碳进一步转化为可燃气，提高燃气热值和气化效率，经实验验证，产气率提高10％，热值提高5％，效果显著。
采用湿式出生物炭，克服了传统生物质气化过程中易造成生物气的流失和泄漏，以及干式携有大量余热的缺陷，在减少危险隐患的同时，可有效改善工作环境。
开发技术广适性强，设备简单，便于操作和推广。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的反应装置结构示意图。
其中：1、连续式封闭布料下料器；2、微波发射器；3、液氧罐接口；4、下吸气式固定化床气化炉；5、上吸气式流化床气化炉；6、燃气出口；7、组合进气口。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示以及实施例，进一步阐述本发明。
在下述实施例中，本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
参见图1的一种木本油料剩余物热解气化的反应装置的实施例，在该实施例中，木本油料剩余物热解气化的反应装置包括热解反应器，该热解反应器包括上部的下吸气式固定化床气化炉4以及设置于下部的上吸气式流化床气化炉5；该下吸气式固定化床气化炉4上部开进料口，并在进料口位置设置有一个连续式封闭布料下料器1作为供料装置，下吸气式固定化床气化炉4在上部侧旁设置有多个液氧罐接口3，下吸气式固定化床气化炉4通过液氧罐接口3连接液氧罐来对炉体内进行液氧供氧，同时在下吸气式固定化床气化炉4的侧壁上还设置有三个1.5KW的微波发射器2。
下吸气式固定化床气化炉4套装在上吸气式流化床气化炉5上，而该上吸气式流化床气化炉5的下吸口为组合进气口，分别连接供氧管路以及水蒸气供应管路，同时在下吸气式固定化床气化炉4的上部还设置有燃气出口6，通过该燃气出口6连接燃气收集管，可对下吸气式固定化床气化炉4产生的产物燃气进行收集，并通过燃气收集管一次连接换热器、喷淋塔以及冷却器进行燃气的净化处理。
在本实施例中，为了提高设备能效，下吸气式固定化床气化炉4以及上吸气式流化床气化炉5的炉体上均设置有水套，水套连接蒸汽腔，并通过蒸汽腔与水蒸气供应管路相连以利用设备自产水蒸汽作为辅助气化剂。
而在该热解反应器的炉体下底设置旋转水槽，所述旋转水槽内部设置有斜度为20～30°的旋转灰刀，炉体通过旋转灰刀与旋转水槽的相对转动，实现生物炭C的湿式出料。
在实施例中，利用上述木本油料剩余物热解气化的反应装置进行微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法处理时，其操作步骤为：
首先将油茶枝桠、果壳及落叶等在低温条件下100℃烘干，烘干水分控制在11％，通过粉碎机粉碎至颗粒粒度3mm；同时，将油茶饼粕经过粉碎，粒度控制2mm，将油茶饼粕粉碎颗粒加入前述粉碎颗粒中，控制油茶饼粕颗粒的加入量为总物料的20％；将匀质物料在环模压缩比为4.5的条件下压缩至标准化颗粒物料A。
将标准化颗粒物料A通过连续式封闭布料下料器1自上至下填充至反应器，填充过程中加入0.2～1.5％的活性催化剂(SiO2和KF/CaO用量配比为1∶3)，并与物料均匀混配；催化热解过程中，系统采用液氧罐通过液氧罐接口3进行供氧，由流量计控制氧气流量为2m3/h/吨原料，并使用三个1.5KW微波发射器2进行微波辅助。催化热解过程中通过0～1300℃的K分度热电偶计量温度变化，将气化温度控制900～1000℃，使整个催化热解过程过程持续时间为60min，期间控制水蒸汽流速1.5m3/h/吨物料。
本实施例还采用了全封闭湿式出灰技术。在炉体即上吸气式流化床气化炉5的下底设置旋转水槽，旋转水槽内部设置斜度为36°的旋转灰刀，配置7Mpa液压油缸，采用液压推动水槽旋转实现旋转灰刀与旋转水槽的相对转动，从而通过旋转灰刀刮出生物炭C来实现全封闭湿式出灰。
同时，通过燃气出口6的设置，燃气从上吸气式流化床气化炉5中出来先经过换热器降温，换热器通过加热空气为部分气化剂提供热源。燃气再经过喷淋塔水洗并降温，之后再经过两级间接冷却器降至室温，脱出水分(＜0.5％)和焦油(小于30mg/m3)，燃气经增压风机加压后经过止回阀送至储气柜，获得产品生物气B。
在本实施例的工艺条件下，该生物气B的各项指标检测如下表所示：
Figure BSA0000195993390000061
而为了充分利用原料，在换热器、喷淋塔、冷却器的底部设置有互通的沉淀池，而喷淋塔的喷淋用水经沉淀池处理后循环使用，不外排；而沉淀池内沉积的灰渣、焦油等高热值生物质原料通过分离，再回到气化炉作为原料进行气化使用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于木本油料剩余物热解气化的反应装置，其特征在于，装置包括热解反应器以及供料装置，所述热解反应器为复合结构反应器，包括设置于上部的下吸气式固定化床气化炉以及设置于下部的上吸气式流化床气化炉；所述下吸气式固定化床气化炉套装在上吸气式流化床气化炉上，所述下吸气式固定化床气化炉上部连接供料装置进行供料，并在下吸气式固定化床气化炉的上部侧旁设置有液氧罐来对炉体内进行液氧供氧，同时在所述下吸气式固定化床气化炉的侧壁上还设置于若干微波发射器来对下吸气式固定化床气化炉提供微波辅助；而所述上吸气式流化床气化炉的吸气位置连接供氧管路以及水蒸气供应管路，同时在上吸气式流化床气化炉的上部则设置有燃气出口，并通过该燃气出口连接燃气收集管。
2.根据权利要求1所述的用于木本油料剩余物热解气化的反应装置，其特征在于，所述供料装置为连续式封闭布料下料器。
3.根据权利要求1所述的用于木本油料剩余物热解气化的反应装置，其特征在于，所述热解反应器对应的下吸气式固定化床气化炉以及上吸气式流化床气化炉的炉体上均设置有水套，水套连接蒸汽腔，并通过蒸汽腔与所述水蒸气供应管路相连以利用设备自产水蒸汽作为辅助气化剂。
4.根据权利要求1所述的用于木本油料剩余物热解气化的反应装置，其特征在于，所述热解反应器的炉体下底设置旋转水槽，所述旋转水槽内部设置旋转灰刀，炉体通过旋转灰刀与旋转水槽的相对转动以实现生物炭C的湿式出料。
5.根据权利要求4所述的用于木本油料剩余物热解气化的反应装置，其特征在于，所述旋转灰刀的设置斜度为20～30°。
6.根据权利要求1所述的用于木本油料剩余物热解气化的反应装置，其特征在于，所述燃气收集管后部依次连接换热器、喷淋塔以及冷却器，换热器、喷淋塔、冷却器的底部为互通的沉淀池，而喷淋塔的喷淋用水经沉淀池处理后循环使用，不外排；而沉淀池内沉积的灰渣、焦油等高热值生物质通过分离，再回到气化炉作为原料进厅气化使用。
7.一种微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法，利用如权利要求2中所述的设备作为反应器进行微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化的处理，具体包括一下操作步骤：
S1、将木本油料剩余物进行收集后归类，将木本油料的枝桠、果壳及落叶在70～120℃的温度条件下进行烘干，将上述物料的水分控制在8～14％；然后通过粉碎机粉碎至颗粒粒度1～5mm；然后将木本油料加工处理后的饼粕作为成型颗粒的胶黏剂，将其粒度粉碎至1～5mm，将两种颗粒进行混合，并控制饼粕颗粒的量为总物料的10～30％，在搅拌机辅助下匀质，并将匀质物料在环模压缩比为3.5～6.5的条件下压缩，得到标准化颗粒物料A；
S2、以用于木本油料剩余物热解气化的反应装置作为反应器，将标准化颗粒物料A通过供料装置填充加入至反应器中，填充过程中加入占原料质量比0.2～1.5％的活性催化剂，并与物料均匀混配后在反应器中进行催化热解，催化热解过程中采用液氧罐供氧，控制氧气流量为1～4m3/h/吨原料，利用1.5KW微波发射器进行微波辅助，并在上吸气式流化床气化炉的底部通入氧气以及水蒸汽，控制反应器内气化温度900～1200℃，反应30～70min；
S3、在反应器进行催化热解的过程中收集燃气，燃气从气化炉出来先经过换热器降温再经过喷淋塔水洗并降温，之后再经过两级间接冷却器降至室温，脱出水分和焦油后经增压风机加压后经过止回阀送至储气柜，获得产品生物气B；在反应器的炉体下底设置带旋转灰刀的旋转水槽，通过旋转灰刀与旋转水槽之间的相对转动，对生物炭C进行湿式脱出。
8.根据权利要求1所述的微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法，其特征在于，所述活性催化剂包括微波催化剂和热解催化剂。
9.根据权利要求1所述的微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法，其特征在于，所述活性催化剂为质量比为1∶3～1∶4的SiO2和KF/CaO。
10.根据权利要求1所述的微波耦合液氧辅助木本油料剩余物热解气化方法，其特征在于，所述反应器在进行催化热解反应时，控制上吸气式流化床气化炉的床内温度为800～1200℃，下吸气式固定化床气化炉的床内温度为700～800℃，而水蒸汽流速为1～2m3/h/吨物料。
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