CN1215146C - 生物质快速裂解制备液体燃料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质快速裂解制备液体燃料的方法，以生物质颗粒(≤3mm)为原料，在喷动流化床裂解反应器中，在压力(表压)0.01-0.1MPa，400-550℃的条件下，以本裂解反应产生的不凝气为喷动气与流化气(喷动气与流化气之比为1-5)和载气的条件下，通过快速裂解的方式得到液体燃料，其产率可达76.6%。采用本发明的方法，产物蒸汽停留时间为0.1-1秒，并可连续流出，原料生物质粒子则在床内循环(在反应器中停留时间为1-5秒)，使大颗粒粒子进行充分裂解直到粒子变小后才被气体带出床层。这种方法解决了裂解反应器中原料粒子和产物蒸汽对停留时间要求不同的难题，不但提高了生物质的裂解效率，也提高了液体燃料产率。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体燃料的制备方法，具体的说涉及一种生物质为原料快速裂解制备液体燃料的方法。
背景技术
目前能源和环境问题已成为全球注意的焦点，从长远看液体燃料短缺将是困扰人类发展的大问题。生物质作为唯一能转化为液体燃料的可再生能源，扩大和优化其利用已成为全球的共识。由生物质裂解转化而来的液体燃料—生物油比较干净，该油品基本上不含硫，氮和金属成分，对环境无污染。除了从能源利用考虑外，还因生物油中含较多的醇类化合物，用作发动机燃料时不必再加添加剂以提高辛烷值。另外由于生物质燃料有二氧化碳零排放的特点，故生物质能洁净有效的利用还有利于减少温室气体的排放。
生物质通常是指陆生植物(木材、薪材、秸秆等)和水生植物，是一种稳定的可再生能源资源，来源丰富。我国是农业大国，每年有大量生物质废弃物产生。仅我国农作物秸秆产量每年约为7亿吨，可用作能源的资源量为2.8-3.5亿吨；薪材的年合理开采量约为1.58亿吨，另外还有大量的水生植物。但这些资源至今未被充分利用，且常因就地焚烧而污染环境，这已成为全国性的问题。另一方面中国的石油资源有限，对油品的需求量却在不断增加，发展生物质液化工艺对我国具有更大的现实意义。
一般认为，在常压下的快速裂解是用生物质生产液体燃料最经济的方法。快速裂解指反应时间几秒钟或更少的情况，因裂解蒸汽停留时间过长会发生二次反应，降低油得率。但要使有一定尺度的粒子裂解完全又需让其有必要的停留时间。可见裂解反应器中原料粒子和产物蒸汽对停留时间的要求是不同的，这是开发生物质快速裂解技术时必须面对的一个难题。目前，生物质快速裂解的方法中使用的裂解反应器主要有流化床、气流床、旋转锥和蜗旋等裂解反应器，这些反应器对此要么采取折中的方法，要么设备复杂，操作困难。总之，到目前为止还没有找到一种较为理想的解决方法，以满足生物质快速裂解的要求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种生物质快速裂解制备液体燃料的方法，以此解决现有技术存在的缺陷，并满足生物质快速裂解的要求。
本发明的构思
喷动流化床是集流化床和喷动床为一体的新型流态化技术。在此类反应器中，产物蒸汽可连续流出，而固体粒子则在床内循环进行充分裂解，直到粒子变小后才被气体带出床层。这种循环使粒子的停留时间脱离了蒸汽停留时间的制约，而大粒子将获得足够的停留时间，显然这对提高生物质的裂解效率是十分有利的。
利用喷动流化床作为生物质快速裂解装置还有不少明显的优点。传统流化床的操作气速范围很窄，超出此范围易发生分层或节涌。而喷动流化床允许很宽的气速范围，这一性质最适用于要求短气体停留时间和高气固接触效率的过程。当喷动流化床中存在性质有较大差异的粒子时，也不存在分层问题；所以其对床层内粒子会因化学反应引起粒径和其它物理化学性质改变时特别有利。一般喷动床在环形区内容易堵塞，而喷动流化床无此缺点。而且在喷动流化床的环形区内，向下运动的粒子和向上运动的气体间逆向接触，故传热和传质速度极大，固体粒子所需的加热时间很短。再者，喷动流化床的操作较容易，制造和运行的成本都较低。
技术方案
本发明所述液体燃料制备方法的主要步骤是：
将原料置于喷动流化床裂解反应器中热裂解，裂解温度为400-550℃，裂解压力为0.01-0.1MPa，裂解产物蒸汽在裂解反应器中停留时间为0.1-1秒并经冷凝后得到液体燃料，原料即生物质粒子在裂解反应器中的停留时间为1-5秒。流化气速率为0.1-0.2m3/m2.s，喷动气与流化气的速率之比为1-5。
其中所述原料为生物质，包括农业废弃物，如：秸秆，果壳，果核，玉米芯等农副产品的废弃物；林业废弃物，如：薪柴，落叶、树皮、树根及林业加工废弃物；水生植物，如：藻类、浮萍、水葫芦、风信子等；能源作物，如：油料作物和富含碳氢化合物的植物等。所说的原料被粉碎至≤3mm，即所说的生物质粒子。在同样的条件下，使用本发明的方法至少可增产10-15％的液体燃料。
由于喷动流化床固有的特点，生物质的大粒子在裂解反应器中内循环充分裂解，即获得足够的停留时间进行充分裂解，直到粒子变小后才被气体带出床层。
附图说明
图1以生物质为原料制备液体燃料流程示意图。
其中：1-料斗；2-螺旋进料器；3-裂解反应器；4-导向管；5-气体分布板；6-旋风分离器；7-灰斗；8-冷凝器；9-气体净化器；10-气体循环压缩机；11-气体缓冲罐；12-流量计。
下面结合附图对本发明作进一步说明：
将原料—生物质颗粒加入料斗1中，经螺旋进料器2并藉助载气的载带进入到喷动流化床裂解反应器3中进行热裂解反应，裂解反应温度为400-550℃，裂解压力为0.01-0.1Mpa，实验时原料加入量为2kg-15kg/h。来自循环压缩机10的洁净不凝气经流量计12计量后分别作为喷动气、流化气及载气，喷动气经喷嘴、流化气则先进入腔体再经分布板5进入反应器3中，对生物质进行喷动流化，底部放置石英砂作流化介质。为使床层稳定裂解反应器3内设置了导向管。床层底部的流化介质主要在喷动气的作用下，先沿导向管内部上升，然后再沿导向管与裂解反应器构成的环隙下降，形成稳定的内循环流，同时载带生物质颗粒(作为内循环流的组分之一)在反应器中进行内循环，可有效地提高传热效率和生物质的裂解速率。流化气速率为0.1-0.2m3/m2.s，喷动气与流化气的速率之比为1-5，宜优选为2-4。载气的流量为流化气的5-15％。裂解产物蒸汽在裂解反应器中的停留时间为0.1-1.0秒，原料在裂解反应器中的停留时间为1-5秒。反应产物经旋风分离器6将大部分焦碳与气体产物分离，焦碳进入灰斗7中。气体产物经冷凝器8冷凝至小于30℃后分开。其中液相产品在冷凝器的底部得到。剩下的不凝气进入净化器9净化，以除去微小的焦粉和焦油雾，再经气体循环压缩机10压缩后进入气体缓冲罐11。出缓冲罐的部分气体进入加热炉(图中未标出)作为燃料，其流率应相当于裂解产生不凝气的速率。其余分两路，一路为原料载气，另一路再分为喷动气与流化气进入裂解反应器3。启动时采用惰性气体如N2，CO2作为喷动气、流化气及载气。
本发明与目前以生物质为原料采用其它裂解反应器制取液体燃料的方法相比，可以使生物质充分裂解，并得到更多的液体燃料。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步阐明，但这些实施例并不影响本发明的保护范围：
实施例1
将≤3mm的原料生物质加入料斗中，经螺旋进料器并藉助载气的载带进入到喷动流化床裂解反应器中进行裂解反应，裂解反应温度为400℃，裂解反应压力(表压)0.02Mpa，原料加入量为2.5kg/h。来自循环压缩机10的洁净不凝气经流量计12计量后分别作为喷动气、流化气和载气，喷动气经喷嘴、流化气进入反应器的腔体再经分布板5进入反应器3中，对生物质和石英砂进行喷动流化，生物质颗粒在反应器内形成循环，反应器3内设导向管4。底部放置石英砂作流化介质。载气的流量为0.3m3/h。流化气流量为2.4m3/h，喷动气与流化气之比为2。反应产物经旋风分离器6将焦碳与气体产物分离，焦碳进入灰斗7中。气体产物经冷凝器8冷凝后分成气液两相。其中液相产品在冷凝器的底部得到，产率为70.3wt％。而若以流化床作反应器，流化气流量为3.2m3/h，其它条件相同，液相产品产率为63.8.wt％。
实施例2
除裂解反应温度外其它工艺条件与实施例1相同，裂解反应温度为450℃所得产品的产率为：76.6wt％。而若以流化床作反应器，流化气流量为3.2m3/h，其它条件相同，液相产品产率为67.5wt％。
实施例3
除裂解反应温度外其它工艺条件与实施例1相同，裂解反应温度为550℃所得产品的产率为：69.6wt％。而若以流化床作反应器，流化气流量为3.2m3/h，其它条件相同，液相产品产率为62.4wt％。
以上结果可以看出，用喷动流化床作为生物质快速裂解反应器可使液体燃料的产率显著增加，与流化床相比，可提高10％以上。
Claims (3)
1、一种生物质快速裂解制备液体燃料的方法，其主要步骤包括将原料生物质置于裂解反应器中裂解，裂解产物经冷凝器(8)后得到液体燃料，其特征在于：所述的裂解反应器为喷动流化床裂解反应器(3)，裂解温度为400-550℃，裂解压力为0.01-0.1MPa；流化气速率为0.1-0.2m3/m2.s，喷动气与流化气的速率之比为1-5。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：原料即生物质粒子在裂解反应器中停留时间为1-5秒，裂解产物蒸汽在裂解反应器中的停留时间为0.1-1秒，生物质大粒子在裂解反应器(3)内循环，并可获得足够的停留时间进行充分裂解。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：喷动气与流化气的速率之比为2-4。
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