CN114672334A - 一种生物质热解方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质热解方法，所述热解方法包括以下步骤：将生物质与经过原位催化热解，气相产物通过三级喷淋分离，其中生物质与催化剂热解后形成混合催化剂，通过混合催化剂循环热解生物质多次后煅烧的到生物灰与催化剂的混合物，将生物灰吹扫回收催化剂。本发明通过使用初始催化剂对生物质进行原位催化热解，并将热解后残留的炭与初始催化剂的固体混合物直接作为混合型催化剂，应用于后续热解中，累积多次热解后，通过煅烧和吹扫热解残留物,使催化剂再生回收，并作为初始催化剂投入到下一次的循环热解中，从而提高催化剂的循环使用率，降低成本。

Description

一种生物质热解方法

技术领域

本发明涉及生物质热解领域，具体涉及一种生物质热解方法。

背景技术

生物质和其他粘性含碳物料(如油田油性污泥、含矿尘泥、工业污泥、危险废液)的热化学转化(如碳化、热解、气化)可产生固态、液态和气态产物，这些产物按需求制成可回收、易利用、易运输及易储存的能源形态，可供热发电或用作化工及其它产业的原料，根据原料不同和热处理目的的差异，可采用碳化、气化、热解、液化或者其他相关的热化学反应和工艺；

热解采用的反应器形式很多，如移动床、固定床、流化床、烧蚀床、悬浮炉和回转窑等，其中工业生产以移动床、固定床、回转窑和流化床为主，各种热解方式一般都有其特定的目的，即主要回收热解产物中的某一二种主要物质。

现有技术存在以下不足：然而由于原位催化采用催化剂、原料直接混合的运行模式，因此它仍存在反应后催化剂难以从炭产物中分离回收的问题，在传统的原位催化热解中，为了实现催化剂的重复利用，每轮热解反应后都需要进行煅烧再生过程，操作烦琐且会导致额外的能量消耗，回收成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质热解方法，以解决背景技术中不足。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种生物质热解方法，所述热解方法包括以下步骤：

S1：收集生物质，粉碎造粒投入热解炉中热解得生物质炭和气相产物；

S2：将生物质与经过原位催化热解，气相产物通过三级喷淋分离，其中生物质与催化剂热解后形成混合催化剂，通过混合催化剂循环热解生物质多次后煅烧的到生物灰与催化剂的混合物，将生物灰吹扫回收催化剂；

S3；收集生物灰和气相产物；

优选的，所述步骤S1中，生物质的含水率小于10％，粉碎压缩造粒后形成0.8-2cm的颗粒，在热解炉中为无氧条件下485℃温度下进行热解1.5h。

优选的，所述步骤S2中，热解的温度为800℃，循环热解多次后催化剂置于800℃的空气气氛中煅烧5h。

优选的，所述步骤S2中，一级喷淋量为65m3/h，二级、三级喷淋量均为35m3/h，分离得到热解气、木醋液和木焦油。

优选的，所述步骤S2中，木醋液经过木醋液循环水泵抽出，经过换热器进行降温。

优选的，所述木醋液通入喷淋罐中，对生物质炭进行喷淋，每个罐中各字少四个喷嘴。

优选的，所述木焦油返回热解炉与生物质共同热解。

优选的，所述催化剂再生后作为初始催化剂，投入下一个循环热解使用。

优选的，提供原位催化步骤中催化剂的分离回收方法，具体步骤为：

(1)称取1g生物质和0.5g催化剂，将两者充分混合后放入反应管，并一同置于加热炉中生成炭产物，热解的最终温度控制在800℃。

(2)生成的炭产物不与初始催化剂分离，而是作为混合催化剂，继续与1g生物质原料均匀混合，并进行第二次热解，循环热解过程重复三次后固体残渣放入马弗炉中，并于800℃的空气气氛中煅烧5h，得到生物灰与催化剂的混合物，由于生物灰的质量很轻，因此采用吹扫的方式将残余的灰分从催化剂中去除。

(3)再生后，将分离回收的催化剂作为初始催化剂，投入下一个循环热解。

在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

本发明通过使用初始催化剂对生物质进行原位催化热解，并将热解后残留的炭与初始催化剂的固体混合物直接作为混合型催化剂，应用于后续热解中，累积多次热解后，通过煅烧和吹扫热解残留物,使催化剂再生回收，并作为初始催化剂投入到下一次的循环热解中，从而提高催化剂的循环使用率，降低成本。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种小麦秸秆热解方法，具体步骤为：收集小麦秸秆，其含水率＜10wt％，粉碎，压缩造粒形成0.8-2cm的颗粒，然后投入到热解炉中，在无氧条件下490℃温度下进行热解80min，得生物质炭和气相产物，将生物质与经过原位催化热解，气相产物通过三级喷淋分离后，其中，一级喷淋量为50m3/h，二级、三级喷淋量均为40m3/h，分离得到热解气、木醋液和木焦油；

然后将所述木焦油返回热解炉与秸秆进行共同热解。

经测定，热解气收率为35.6％；生物质炭收率为45％，生物质炭固定碳含量为65.2％，返炉木焦油的粘度为366cp，固含量为14.1％。

实施例2

本实施例提供一种小麦秸热解方法，具体步骤为：收集小麦秸秆，其含水率＜10wt％，粉碎，压缩造粒形成0.8-2cm的颗粒，然后投入到热解炉中，在无氧条件下485℃温

度下进行热解1.5h，得生物质炭和气相产物，将生物质与经过原位催化热解，气相产物通过三级喷淋分离后，其中，一级喷淋量为65m3/h，二级、三级喷淋量均为35m3/h，分离得到热解气、木醋液和木焦油；

木醋液经过木醋液循环水泵抽出，经过换热器进行降温，通入喷淋罐中，对生物质炭进行喷淋，每个罐中各有四个喷嘴；

然后将所述木焦油返回热解炉与秸秆进行共同热解。

经测定，热解气收率为35％；生物质炭收率为45.2％，生物质固定碳含量为65％，返炉木焦油的粘度为365cp，固含量为13.2％。

实施例3

本实施例提供一种棕榈秸秆热解方法，具体步骤为：收集棕榈杆，其含水率＜10wt％，粉碎，压缩造粒形成0.8-2cm的颗粒，然后投入到热解炉中，在无氧条件下485℃温度下进行热解1.5h，得生物质炭和气相产物，将生物质与经过原位催化热解，气相产物通过三级喷淋分离后，其中，一级喷淋量为65m3/h，二级、三级喷淋量均为35m3/h，分离得到热解气、木醋液和木焦油；

木醋液经过木醋液循环水泵抽出，经过换热器进行降温，通入喷淋罐中，对生物质炭进行喷淋，每个罐中各有2个喷嘴；

然后将所述木焦油返回热解炉与棕榈秸秆进行共同热解。

经测定，热解气收率为33％；生物质炭收率为44.2％，固定碳含量为62.3％，返炉木焦油的粘度为371cp，固含量为13.7％。

实施例4

本实施例提供一种褐藻的热解方法，具体步骤为：收集褐藻，其含水率为＜40％，烘干至含水率低于10wt％，粉碎，压缩造粒形成0.8-2cm的颗粒，然后投入到热解炉中，在无氧条件下485℃温度下进行热解1.5h，得生物质炭和气相产物，将生物质与经过原位催化热解，气相产物通过三级喷淋分离后，其中，一级喷淋量为65m3/h，二级、三级喷淋量均为35m3/h，分离得到热解气、木醋液和木焦油；

木醋液经过木醋液循环水泵抽出，经过换热器进行降温，通入喷淋罐中，对生物质炭进行喷淋；

然后将所述木焦油返回热解炉与褐藻进行共同热解。

经测定，热解气收率为27％；生物质炭收率为47.2％，固定碳含量为60.3％，返炉木焦油的粘度为367cp，固含量为13.5％。

实施例5

本实施例提供一种松木屑的热解方法，具体步骤为：收集松木屑，其含水率＜10％，粉碎，压缩造粒形成0.8-2cm的颗粒，然后投入到热解炉中，在无氧条件下485℃温度下进行热解1.5h，得生物质炭和气相产物，将生物质与经过原位催化热解，气相产物通过三级喷淋分离后，其中，一级喷淋量为65m3/h，二级、三级喷淋量均为35m3/h，分离得到热解气、木醋液和木焦油；

木醋液经过木醋液循环水泵抽出，经过换热器进行降温，通入喷淋罐中，对生物质炭进行喷淋，每个罐中各有四个喷嘴；

然后将所述木焦油返回热解炉与松木屑进行共同热解。

经测定，热解气收率为37％；生物质炭收率为48.2％，固定碳含量为67.3％，返炉木焦油的粘度为370cp，固含量为13.8％。

实施例6

本实施例提供一种树叶的热解方法，具体步骤为：收集树叶，其含水率小于10％，粉碎，压缩造粒形成0.8-2cm的颗粒，然后投入到热解炉中，在无氧条件下485℃温度下进行热解1.5h，得生物质炭和气相产物，将生物质与经过原位催化热解，气相产物通过三级喷淋分离后，其中，一级喷淋量为65m3/h，二级、三级喷淋量均为35m3/h，分离得到热解气、木醋液和木焦油；

木醋液经过木醋液循环水泵抽出，经过换热器进行降温，通入喷淋罐中，对生物质炭进行喷淋，每个罐中各有四个喷嘴；

然后将所述木焦油返回热解炉与树叶进行共同热解。

经测定，热解气收率为34.5％；生物质炭收率为44.2％，固定碳含量为65.3％，返炉木焦油的粘度为361cp，固含量为13.2％。

经测定，热解气收率为30％；生物质炭收率为32.5％，生物质炭固定碳含量为61.4％，所得木焦油的粘度为391cp，固含量为17.8％。

实施例7

本实施例基于实施例1至实施例6，提供原位催化步骤中催化剂的分离回收方法，具体步骤为：

(1)称取1g生物质和0.5g催化剂，将两者充分混合后放入反应管，并一同置于加热炉中生成炭产物，热解的最终温度控制在800℃。

(2)生成的炭产物不与初始催化剂分离，而是作为混合催化剂，继续与1g生物质原料均匀混合，并进行第二次热解，循环热解过程重复三次后固体残渣放入马弗炉中，并于800℃的空气气氛中煅烧5h，得到生物灰与催化剂的混合物，由于生物灰的质量很轻，因此采用吹扫的方式将残余的灰分从催化剂中去除。

(3)再生后，将分离回收的催化剂作为初始催化剂，投入下一个循环热解。

该循环热解方法先使用初始催化剂对生物质进行原位催化热解，并将热解后残留的炭与初始催化剂的固体混合物直接作为混合型催化剂，应用于后续热解中，累积多次热解后，通过煅烧和吹扫热解残留物,使催化剂再生回收，并作为初始催化剂投入到下一次的循环热解中，从而提高催化剂的循环使用率，降低成本。

实施例8

本发明提供的生物质热解方法，对设备没有特殊要求，只要能够实现本发明的生物质和木焦油返炉共同热解即可。为了更清楚的说明本发明的技术方案，本发明实施例通过生物质炭化炉来实施，

具体地，所述生物质炭化炉，包括外筒体和嵌套其内的内筒体，所述外筒体和所述内筒体间形成加热区；

至少二个燃烧喷嘴，沿所述外筒体的周向方向，在与加热区相对应的外筒体上均匀间隔设置，所述燃烧喷嘴的轴线与所述内筒体的外壁相切；

螺旋进料机，其出料端与所述内筒体连通，且所述内筒体与所述螺旋进料机通过密封结构滑动密封连接；

木焦油进油管，所述木焦油进油管伸入所述内筒体，通过所述密封结构与所述内筒体密封连接。

所述密封结构包括，法兰盘，在所述法兰盘的盘面上设置有适于插入所述木焦油进油管的通孔，所述木焦油进油管插入所述通孔后与所述法兰盘固定密封连接，所述法兰盘套设在所述螺旋进料机外，其内圈与所述螺旋进料机的外壁固定连接；

膨胀节，所述膨胀节套设在所述螺旋进料机外，所述膨胀节一端与所述法兰盘固定连接，另一端与所述内筒体滑动密封连接，所述膨胀节在所述法兰盘与所述内筒体之间处于压缩状态；

密封圈，所述密封圈设置在所述膨胀节与所述内筒体之间。

在位于所述法兰盘和所述内筒体之间的木焦油进油管外，套设进油外管，所述进油外管上设置有球阀，所述木焦油进油管穿过所述球阀与所述内筒体密封连接。

压力容器，所述压力容器上设置有压力表，顶部设置有泄压口，底部设置有导淋口上设置压力表，还设有进油口、惰性气体进口和出油口，其中，所述惰性气体进口的水平位置高于所述进油口，所述出油口的水平位置低于所述出油口，所述出油口通过进油管线与所述木焦油进油管连通，所述进油管线上设置有惰性气体预留口和泄压旁路。

沉降装置，与所述内筒体的出料端密封连接，且在竖直方向上，所述沉降装置内部具有物料分离通道，顶部设置有生物质热解气出口，底端设置有生物质炭出口。

具体地操作为，将生物质原料通过密封料仓上设置的生物质原料进口送入密封料仓，同时从惰性气体进口通入保护气，一般为氮气，生物质原料从密封送料装置的进料端进入到密封送料装置然后从出料端出料，所述密封进料装置可以为传送带结构或螺旋送料结构，将生物质原料输送至螺旋进料机的进料端。生物质原料通过螺旋进料机输送至炭化炉的内筒体中，燃烧喷嘴中通入可燃气体，通过燃烧释放热量将炭化炉内筒体中的温度加热至合适的热解温度。热解后的产物通过内筒体的出料端进入沉降装置，在沉降装置内部的物料分离通道中实现气相产物和生物质炭的分离，生物质炭从沉降装置底端的生物质炭出口排出，气体产物从顶部热解气出口引出。气相产物进入净化分离系统，首先进入喷淋塔除去其中夹带的炭粉，然后进入分离装置，将气相产物分离得到不凝气、木醋液和木焦油，将木焦油通过管线与压力容器上的进油口连通，然后从惰性气体进口通入惰性气体进行加压，将木焦油从出油口压出，通过进油管线与木焦油进油管连通进料，通过压力表可直接控制木焦油的进料速率，进料稳定，木焦油引入炭化炉内筒体内，再次炭化裂解，碳链断裂，生成焦炭和小分子的碳氢化合物，从而达到处理木焦油和不外排木焦油的目的。

若有异物堵塞进油管线的出口时，可以使用惰性气体进行充压，对管线进行疏通工作，若有大量的异物堵塞进油管线而进行惰性气体充压无作用的情况下，此时需要对管线进行人工机械的清理，而之前充压的惰性气体憋在进油的管线中，此时可以从进油管线上的泄压旁路和压力容器上的泄压口进行泄压，将压力容器中的木焦油通过底部导淋口排出，避免拆卸进油管线的过程中对人身造成伤害。

如果需要将木焦油进油管抽出来进行人工清理工作的时候，当木焦油进油管被抽出来的时候，可通过球阀对进油外管进行密封，防止炭化炉中的气体泄漏出来和系统中进氧气，操作方便。

从上述实施例和对比例中的数据可知，本发明提供的技术方案所得生物质炭的固定碳含量为65wt％以上，灰分为35％以下，所得木焦油50℃粘度低于378cp，固含量在15wt％以下。相比于对比例1，热解气收率提高5％以上，生物质炭收率增加12％以上。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种生物质热解方法，所述热解方法包括以下步骤：其特征在于：

S1：收集生物质，粉碎造粒投入热解炉中热解得生物质炭和气相产物；

S2：将生物质与经过原位催化热解，气相产物通过三级喷淋分离，其中生物质与催化剂热解后形成混合催化剂，通过混合催化剂循环热解生物质多次后煅烧的到生物灰与催化剂的混合物，将生物灰吹扫回收催化剂；

S3；收集生物灰和气相产物。

2.根据权利要求1所述的一种生物质热解方法，其特征在于：所述步骤S1中，生物质的含水率小于10％，粉碎压缩造粒后形成0.8-2cm的颗粒，在热解炉中为无氧条件下485℃温度下进行热解1.5h。

3.根据权利要求1所述的一种生物质热解方法，其特征在于：所述步骤S2中，热解的温度为800℃，循环热解多次后催化剂置于800℃的空气气氛中煅烧5h。

4.根据权利要求1所述的一种生物质热解方法，其特征在于：所述步骤S2中，一级喷淋量为65m3/h，二级、三级喷淋量均为35m3/h，分离得到热解气、木醋液和木焦油。

5.根据权利要求4所述的一种生物质热解方法，其特征在于：所述步骤S2中，木醋液经过木醋液循环水泵抽出，经过换热器进行降温。

6.根据权利要求5所述的一种生物质热解方法，其特征在于：所述木醋液通入喷淋罐中，对生物质炭进行喷淋，每个罐中各字少四个喷嘴。

7.根据权利要求6所述的一种生物质热解方法，其特征在于：所述木焦油返回热解炉与生物质共同热解。

8.根据权利要求1所述的一种生物质热解方法，其特征在于：所述催化剂再生后作为初始催化剂，投入下一个循环热解使用。