CN112940765A - 生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物质的处理系统，尤其是一种生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统，其包括非相变干燥处理装置、下行床热解处理装置，非相变干燥处理装置包括非相变干燥器，下行床热解处理装置包括下行床热解再生器，还包括气体换热器、空气供给装置、气体混合器，下行床热解再生器与气体换热器相连接，气体换热器与空气供给装置相连接，气体换热器、空气供给装置分别与气体混合器相连接，气体混合器与非相变干燥器相连接；通过将非相变干燥处理装置、下行床热解处理装置耦合在一起，利用不凝性气体燃烧产生的高温烟气使空气变成非相变干燥器所需的热载气，高温烟气的余热得到有效地利用，提高了资源利用率，降低了整个生物质的处理成本。

Description

生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统
技术领域
本发明涉及生物质的处理系统，尤其是一种生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统。
背景技术
全球生物质资源年产量达1700亿吨，储量丰富，非粮废弃生物质产量也相当可观，如全球秸秆每年产量约30亿吨，我国秸秆每年产量高达7亿吨。这些农业生物质的不合理处置，如弃置、焚烧，不仅造成资源浪费，也带来日益严重的空气污染等环境问题。
生物质快速热解制备生物油是一种高效清洁的生物质处理利用技术。生物质热解处理系统主要包括生物质干燥处理装置和下行床热解处理装置，也就是先将生物质经过干燥除水处理，然后再将干燥后的生物质通过下行床热解处理装置进行处理。
目前，生物质干燥处理装置优选为非相变干燥处理装置，非相变干燥处理装置具有效果好、成本低等优点，非相变干燥处理装置包括非相变干燥器，非相变干燥器也即是旋流分离器，生物质干燥处理时，通过热载气将生物质带入旋流分离器，生物质颗粒在旋流场中产生高速自转运动，其自转速率可达到20000r/min到60000r/min，生物质颗粒自转产生的离心力克服孔道中液相的毛细阻力，达到生物质颗粒表面和孔道中水分的高效率、低能耗脱除。同时，利用生物质颗粒在旋流器内脉动自转产生快速振荡，改变生物质颗粒表面与水相接触界面的性质，强化脱水效果。为了保证非相变干燥处理装置的处理效果，热载气的温度最好在70-90℃之间，热载气通常为空气，所以空气在进入非相变干燥器中前需要通过加热装置进行加热处理。
经过干燥处理的生物质(有时还需通过破碎处理)再进入下行床热解处理装置进行处理，下行床热解处理装置包括下行床热解反应器、气液分离器、急冷塔、气柜、下行床热解再生器，下行床热解反应器与气液分离器相连接，气液分离器与急冷塔相连接，急冷塔与气柜相连接，气柜与下行床热解再生器相连接，下行床热解反应器的下部与下行床热解再生器的下部相连接，下行床热解再生器的上部与下行床热解反应器的上部相连接。下行床热解处理装置的处理流程为：生物质在下行床热解反应器中与固体热载体快速混合并发生热解，产生热解油气和热解炭；带有固体热载体、热解油气及热解炭的混合相通过下行床热解反应器内部的卧式分离组件中分离处理，固体热载体经过卧式分离组件分离后进入下行床热解再生器中重新加热至600-800℃后，再通入下行床热解反应器进行循环使用；热解油气及热解炭则进入气液分离器中进行气固分离，分离出的热解炭冷却后出装置；分离出的热解油气进入急冷塔喷淋冷却，得到热解液和不凝性气体；不凝性气体进入气柜中再通入下行床热解再生器燃烧供热。
不凝性气体在下行床热解再生器燃烧会产生高温烟气，高温烟气的温度在400℃左右，目前产生的高温烟气直接外排处理，而没有对其余热进行利用，导致资源的浪费，也提高了生物质的处理成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种资源利用率高、处理成本低的生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统，包括非相变干燥处理装置、下行床热解处理装置，非相变干燥处理装置包括非相变干燥器；
下行床热解处理装置包括下行床热解反应器、气液分离器、急冷塔、气柜、下行床热解再生器，下行床热解反应器与气液分离器相连接，气液分离器与急冷塔相连接，急冷塔与气柜相连接，气柜与下行床热解再生器相连接，下行床热解反应器的下部与下行床热解再生器的下部相连接，下行床热解再生器的上部与下行床热解反应器的上部相连接；
非相变干燥器与下行床热解反应器相连接，还包括气体换热器、空气供给装置、气体混合器，下行床热解再生器与气体换热器相连接，气体换热器与空气供给装置相连接，气体换热器、空气供给装置分别与气体混合器相连接，气体混合器与非相变干燥器相连接。
进一步的是，非相变干燥处理装置还包括第一破碎机，第一破碎机与非相变干燥器相连接。
进一步的是，下行床热解处理装置还包括第二破碎机、热解反应进料设备，第二破碎机、热解反应进料设备依次设置在非相变干燥器与下行床热解反应器之间。
进一步的是，下行床热解反应器中设置有卧式分离组件。
进一步的是，还包括热解炭收集装置，热解炭收集装置与气液分离器相连接。
进一步的是，气液分离器为旋风分离器。
进一步的是，还包括热解液收集装置，热解液收集装置与急冷塔相连接。
进一步的是，还包括换热器，换热器一端与急冷塔的下部相连接，另一端与急冷塔的上部相连接。
进一步的是，气柜与下行床热解反应器的上部相连接。
本发明的有益效果是：通过设置气体换热器、空气供给装置、气体混合器，下行床热解再生器与气体换热器相连接，气体换热器与空气供给装置相连接，气体换热器、空气供给装置分别与气体混合器相连接，气体混合器与非相变干燥器相连接，使非相变干燥处理装置、下行床热解处理装置耦合在一起，不凝性气体在下行床热解再生器燃烧产生的高温烟气进入气体换热器进行换热处理后，在通入气体混合器中与空气供给装置提供的空气在气体混合器进行混合，使烟气与空气变成温度在70-90℃之间的热载气，热载气进入非相变干燥器中对生物质进行干燥处理。可见，通过将非相变干燥处理装置、下行床热解处理装置耦合在一起，非相变干燥处理装置的物料为下行床热解处理装置提供原料，下行床热解处理装置的热量供给非相变干燥处理装置作为能量使用，利用不凝性气体燃烧产生的高温烟气使空气变成非相变干燥器所需的热载气，不再需要加热装置对空气进行加热使其变成热载气，高温烟气的余热得到有效地利用，提高了资源利用率，降低了整个生物质的处理成本。
更进一步，将气柜与下行床热解反应器的上部相连接，气柜中的部分不凝性气体能够通入下行床热解反应器中，不凝性气体能够使生物质进料更顺畅，物料混合更均匀，降低生物质在下行床热解反应器中出现堵塞现象的可能性；并且通过控制通入下行床热解反应器中不凝性气体流速及流量，使下行床热解反应器的系统压力、生物质停留时间控制更稳定，保证下行床热解反应器能够长时间连续稳定运行；不凝性气体还能够使在下行床热解反应器生成的油气快速移出，缩短了油气停留的时间，减少二次裂解，提高热解液的产率；不凝性气体中的还原性气体有助于大分子物质裂解，提高热解液的品质。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图中零部件、部位及编号：非相变干燥器1、下行床热解反应器2、气液分离器3、急冷塔4、气柜5、下行床热解再生器6、气体换热器7、空气供给装置8、气体混合器9、第一破碎机10、第二破碎机11、热解反应进料设备12、热解炭收集装置13、热解液收集装置14、换热器15。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统，也就是一种生物质的处理系统，包括非相变干燥处理装置、下行床热解处理装置，非相变干燥处理装置包括非相变干燥器1；
下行床热解处理装置包括下行床热解反应器2、气液分离器3、急冷塔4、气柜5、下行床热解再生器6，下行床热解反应器2与气液分离器3相连接，气液分离器3与急冷塔4相连接，急冷塔4与气柜5相连接，气柜5与下行床热解再生器6相连接，下行床热解反应器2的下部与下行床热解再生器6的下部相连接，下行床热解再生器6的上部与下行床热解反应器2的上部相连接；
非相变干燥器1与下行床热解反应器2相连接，还包括气体换热器7、空气供给装置8、气体混合器9，下行床热解再生器6与气体换热器7相连接，气体换热器7、空气供给装置8均与气体混合器9相连接，气体混合器9与非相变干燥器1相连接。
非相变干燥处理装置、下行床热解处理装置耦合在一起，不凝性气体在下行床热解再生器6燃烧产生的高温烟气进入气体换热器7进行换热处理后，在通入气体混合器9中与空气供给装置8提供的空气在气体混合器9进行混合，使烟气与空气变成温度在70-90℃之间的热载气，热载气进入非相变干燥器1中对生物质进行干燥处理。通过将非相变干燥处理装置、下行床热解处理装置耦合在一起，利用不凝性气体燃烧产生的高温烟气使空气变成非相变干燥器所需的热载气，不再需要加热装置对空气进行加热使其变成热载气，高温烟气的余热得到有效地利用，提高了资源利用率，降低了整个生物质的处理成本。
具体的，有些生物质的粒径较大，为了保证非相变干燥器1的干燥效果，粒径较大的生物质需要进行破碎处理，再如图1所示，非相变干燥处理装置还设置有第一破碎机10，第一破碎机10与非相变干燥器1相连接，第一破碎机10能够将生物质的粒径破碎至20mm以下，生物质先经过第一破碎机10破碎处理将其粒径破碎至20mm以下，再进入非相变干燥器1进行处理，经过非相变干燥器1干燥处理的生物质含水率为5-15％。
为了保证生物质在下行床热解反应器2中的热解效果，进入下行床热解反应器2的生物质粒径小于3mm，所以经过非相变干燥器1干燥处理的生物质还需经过细破处理，再如图1所示，下行床热解处理装置还包括第二破碎机11、热解反应进料设备12，第二破碎机11、热解反应进料设备12依次设置在非相变干燥器1与下行床热解反应器2之间。经过干燥处理的生物质先经过第二破碎机11将其粒径破碎至3mm以下，然后再通过热解反应进料设备12输送至下行床热解反应器2中，热解反应进料设备12提高了生物质的进料效果。
生物质在下行床热解反应器2中与固体热载体快速混合并发生热解，产生热解油气和热解炭，为了实现固体热载体、热解油气及热解炭的混合相的分离，下行床热解反应器2中设置有卧式分离组件，卧式分离组件中将固体热载体分离出来，分离出来的固体热载体进入下行床热解再生器中重新加热至600-800℃后，再通入下行床热解反应器进行循环使用。分离出来的热解油气及热解炭则进入气液分离器3中进行气固分离，为了保证气固分离的效果，气液分离器3优选为旋风分离器。为了便于收集分离出来的热解炭，本发明还设置有热解炭收集装置13，热解炭收集装置13与气液分离器3相连接，分离出的热解炭冷却后收集在热解炭收集装置13中。
分离出的热解油气进入急冷塔4喷淋冷却，得到热解液和不凝性气体，为了便于收集热解液，再如图1所示，本发明还设置有热解液收集装置14，热解液收集装置14与急冷塔4相连接，热解液从急冷塔4出来后收集在热解液收集装置14中。为了降低急冷塔4中喷淋液体的使用量，降低处理成本，本发明还设置有换热器15，换热器15一端与急冷塔4的下部相连接，另一端与急冷塔4的上部相连接，热解液从急冷塔4出来后输送至换热器15中降温处理后再进入急冷塔4中作为喷淋液体使用，这样设置还能提高热解液的品质。
再如图1所示，本发明的气柜5与下行床热解反应器2的上部相连接。气柜5中的部分不凝性气体能够通入下行床热解反应器2中成为循环使用的气体，不凝性气体能够使生物质进料更顺畅，物料混合更均匀，降低生物质在下行床热解反应器2中出现堵塞现象的可能性；并且通过控制通入下行床热解反应器2中不凝性气体流速及流量，使下行床热解反应器2的系统压力、生物质停留时间控制更稳定，保证下行床热解反应器2能够长时间连续稳定运行；不凝性气体还能够使在下行床热解反应器2生成的油气快速移出，缩短了油气停留的时间，减少二次裂解，提高热解液的产率；不凝性气体中的还原性气体有助于大分子物质裂解，提高热解液的品质。

Claims (9)

1.生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统，包括非相变干燥处理装置、下行床热解处理装置，非相变干燥处理装置包括非相变干燥器(1)；
下行床热解处理装置包括下行床热解反应器(2)、气液分离器(3)、急冷塔(4)、气柜(5)、下行床热解再生器(6)，下行床热解反应器(2)与气液分离器(3)相连接，气液分离器(3)与急冷塔(4)相连接，急冷塔(4)与气柜(5)相连接，气柜(5)与下行床热解再生器(6)相连接，下行床热解反应器(2)的下部与下行床热解再生器(6)的下部相连接，下行床热解再生器(6)的上部与下行床热解反应器(2)的上部相连接；
非相变干燥器(1)与下行床热解反应器(2)相连接，其特征在于：还包括气体换热器(7)、空气供给装置(8)、气体混合器(9)，下行床热解再生器(6)与气体换热器(7)相连接，气体换热器与空气供给装置(8)相连接，气体换热器(7)、空气供给装置(8)分别与气体混合器(9)相连接，气体混合器(9)与非相变干燥器(1)相连接。
2.如权利要求1所述的生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统，其特征在于：非相变干燥处理装置还包括第一破碎机(10)，第一破碎机(10)与非相变干燥器(1)相连接。
3.如权利要求1所述的生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统，其特征在于：下行床热解处理装置还包括第二破碎机(11)、热解反应进料设备(12)，第二破碎机(11)、热解反应进料设备(12)依次设置在非相变干燥器(1)与下行床热解反应器(2)之间。
4.如权利要求1所述的生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统，其特征在于：下行床热解反应器(2)中设置有卧式分离组件。
5.如权利要求1所述的生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统，其特征在于：还包括热解炭收集装置(13)，热解炭收集装置(13)与气液分离器(3)相连接。
6.如权利要求1所述的生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统，其特征在于：气液分离器(3)为旋风分离器。
7.如权利要求1所述的生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统，其特征在于：还包括热解液收集装置(14)，热解液收集装置(14)与急冷塔(4)相连接。
8.如权利要求1所述的生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统，其特征在于：还包括换热器(15)，换热器(15)一端与急冷塔(4)的下部相连接，另一端与急冷塔(4)的上部相连接。
9.如权利要求1至8任意一项所述的生物质非相变干燥耦合下行床热解的系统，其特征在于：气柜(5)与下行床热解反应器(2)的上部相连接。
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