CN1417290A - 低成本无污染的生物质液化工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的低成本无污染的生物质液化工艺及装置，涉及生物质可利用化处理、尤其是利用生物质生成液体燃料的工艺及装置。它利用生物质的气化产物(即生物气)进行加热、使待液化生物质获得热量，省却了固态中间热载体，从而克服了现有技术中的不足。整个液化过程包括生物质粉碎体与生物气的混合、生物质粉碎体的裂解、生物油和生物气的分离及收集。液化装置则主要由生物质气化炉1、生物质液化器4、气固分离器5、冷凝器6等组成，其中液化器呈等径的圆筒状或变径的倒锥状，内壁光滑。本发明具有工艺过程合理、装置结构简单、操作安全可靠、无二次污染、节能、成本低等多种优点，与现有技术相比，更易于推广应用。

Description

低成本无污染的生物质液化工艺及装置
技术领域：
本发明涉及生物质可利用化处理的工艺及其装置，尤其是利用生物质生成液体燃料的工艺及装置。
背景技术：
生物质是一种含碳物料。生物质利用则主要是指将各类农作物秸秆和农林有机残余物转化为高效、高品质的油或气资源。其中，生物质液化是指生物质在无氧状态下进行快速高温热裂解，使其大部分有机质转化为液体燃料(即生物油)。生物油的用途主要有：(1)直接取代矿物油在燃油锅炉或其它燃烧器中进行燃烧；(2)作为工业原料提炼化工产品；(3)改良改性后可替代柴油汽油用于内燃机。生物质液化的关键是要在无氧状态下提供所需的热源，使待液化生物质在中温条件下实现快速热裂解。现有技术是通过消耗电能或石油液化气等其它优质能源来加热固态的中间热载体(如沙子)，然后再将高温热载体和待液化生物质按一定比例送入液化器，经过混合运动后生物质获得热量并发生热裂解，从而液化成生物油(参见：①“A Theoretical andExperimental Study of the Thermal Degradation of Biomass”，NTNU，Norway，1996；②刘荣厚，沈阳农业大学博士学位论文“生物质热裂解特性及热裂解试验研究”，1997)。现有技术中的共同缺点是：(1)消耗优质能源来加热中间热载体，使得液化成本较高、不利于产业化；(2)固态热载体和待液化生物质要混合均匀，使得液化器结构复杂且易磨损；(3)使用后的热载体若处理不当，易对环境造成二次污染。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种生物质液化工艺及装置，使成本低廉、工艺过程及装置结构简单、无二次污染。
本发明通过以下方式来实现：
生物质液化工艺过程为：①将尺寸小于2mm的生物质粉碎体送入液化器，同时，将另由生物质气化炉产出的500～650℃生物气送入液化器；生物质粉碎体与生物气的质量之比为1∶2～1∶3；②使生物气与生物质粉碎体一起在液化器中作气固两相流动，流动速度为3～5m/s、流动时间小于2s，在流动过程中生物质粉碎体获得热量并得到热裂解、生成可冷凝气体；③将所有气体连同热解后的固体残余物引出液化器，经气固分离器进行分离；④将固体残余物由气固分离器下部的物料收集器进行收集；⑤将气体引入冷凝器，分离成生物油和生物气，分别输出。
为实现上述生物质液化工艺而使用的液化装置，包括生物质气化炉、生物质液化器、气固分离器、冷凝器等，其中液化器呈等径的圆筒状或变径的倒锥状，内壁光滑；液化器底部设置进料口和进气口，进料口经过物料输送器与原料筒相连，进气口与气化炉的出口相连；液化器顶部出口经过气固分离器后与冷凝器连接，冷凝器上设置液体和气体出口。
本发明的特点是提供了一种利用生物质的气化产物(即生物气)对待液化生物质进行加热的生物质液化工艺及装置，省却了固态中间热载体，从而克服了现有技术中的不足。
整个液化过程包括生物质粉碎体(即待液化生物质原料)与生物气的混合、生物质粉碎体的裂解、生物油和生物气的分离及收集。液化装置主要由生物质气化炉、生物质液化器、气固分离器、冷凝器等组成。气化炉1采用现有的产品(固定床式或流化床式均可)。由气化炉产出的生物气(即由生物质气化而得到的高温无氧可燃气体)被直接引入液化器4的底部的进气口14，通过调节进入气化炉的空气量使生物气的温度达到500～650℃；与此同时，原料筒2中的生物质粉碎体经由物料输送器3被送入液化器底部的进料口13。生物质粉碎体的尺寸应小于2mm，如果其自身即成、则无需再作粉碎，如果其自身体积较大、则可由碎料机粉碎而成(碎料机采用现有的产品即可，可与原料筒相连或不相连)。生物质粉碎体与生物气的质量之比为1∶2～1∶3、以使生物质粉碎体能够从生物气中充分吸收足够的热量而被液化。液化器4是为本发明而设计的专用装置，其结构呈等径的圆筒状或变径的倒锥状，内壁光滑，其直径和高度的具体尺寸可由生物质粉碎体与生物气的输入量以及流动速度和流动时间而决定(对于变径的倒锥，其最上端直径应为最下端直径的1.5～2倍)。生物质粉碎体和生物气一起在液化器内自下而上地作气固两相流动，其流动速度为3～5m/s，流动时间小于2s，流动过程中生物质粉碎体从生物气中获得热量、从而被热裂解，其中大部分有机质生成可冷凝气体(也含有少量的不可冷凝气体)。所有气体(包括气化炉产生的气体和液化器产生的气体)连同热解后的固体残余物(即木炭)一起从液化器顶部出口15流出，经气固分离器5使固体残余物得到分离，并由置于分离器下部的物料收集器12进行收集，气体则继续流向冷凝器6。在冷凝器内，由喷淋头7喷出的生物油对气体进行喷淋冷却(生物油最初可以采用预先灌装在冷凝器底部的有机液体代替、通过油泵9抽吸)，可冷凝气体即被冷凝成生物油、汇集到冷凝器的底部、由液体出口11流出(同时，生物油还可通过冷凝器底部的冷却水管8获得间接冷却)；由气化炉和液化器所产出的不可冷凝气体则通过气体出口10由风机抽出，并可作为可燃气直接使用。
本发明所提出的生物质液化技术，是将生物质气化产物(即生物气)与待液化生物质原料(即生物质粉碎体)在液化器内直接作气固两相流动，也就是利用了高温生物质气化产物给待液化生物质原料直接提供裂解所需的热量，不仅省却了固态中间热载体，使得生物质粉碎体可直接从高温气体中获得热量、而且从冷到热及从热到冷两方面的能量消耗得到了相互利用。具有工艺过程合理、装置结构简单、操作安全可靠、无二次污染、节能、成本低等多种优点，与现有技术相比，更易于推广应用。
附图说明：
附图1是生物质液化装置示意图(其中液化器为等径结构)。
附图2是等径状的液化器结构剖视图。
附图3是倒锥状的液化器结构剖视图。
具体实施方式：
下面结合实施例及其附图作进一步描述。
气化炉1采用现有的固定床下吸式，额定产气量为400m3/hr，通过改变其最下游的风机风量可调节出口气体的温度(本例为550℃)。由气化炉出口的高温无氧可燃生物气被直接引入液化器4底部(由额定产气量可知送入速率约为400kg/hr)，与此同时，原料筒2中的生物质粉碎体(采用0.8mm左右的锯末屑)经由螺旋式物料输送器3也被送入液化器底部(送入速率为150kg/hr)。根据前述生物质粉碎体与生物气的送入速率可知两者的质量混合比约为1∶2.7。液化器由不锈钢材料制作、呈等径的圆筒状，内壁光滑，其内径取为300mm，其高度取为4m，由此决定了气固两相流在液化器内的流动速度约为4m/s，流动时间为1s。气固分离器5采用旋风式分离器(具体大小由气体流速决定)，喷淋头7为一般常用的喷淋头，冷却水管8为铜制的冷却盘管，油泵9为流量4m3/hr的齿轮泵，物料收集器12为钢制矩形结构(容积为0.2m3)，冷凝器6为直立式的单级冷凝塔，液体出口11与储存生物油的容器相连，气体出口10所连的风机选用流量为400m3/hr的罗茨风机。该装置第一次工作时需在冷凝器内预置100公斤的工业酒精替代生物油。
实验表明，本发明所提供的生物质液化工艺及装置，生物油产率为50wt％左右、木炭产率为20wt％左右，产出成本约只有产出收益的一半。

Claims (2)

1.一种低成本无污染的生物质液化工艺，其特征在于具体工艺过程为：①将尺寸小于2mm的生物质粉碎体送入液化器，同时，将另由生物质气化炉产出的500～650℃生物气送入液化器；生物质粉碎体与生物气的质量之比为1∶2～1∶3；②使生物气与生物质粉碎体一起在液化器中作气固两相流动，流动速度为3～5m/s、流动时间小于2s，在流动过程中生物质粉碎体获得热量并得到热裂解、生成可冷凝气体；③将所有气体连同热解后的固体残余物引出液化器，经气固分离器进行分离；④将固体残余物由气固分离器下部的物料收集器进行收集；⑤将气体引入冷凝器，分离成生物油和生物气，分别输出。
2.一种低成本无污染的生物质液化装置，其特征在于整个装置包括生物质气化炉(1)、生物质液化器(4)、气固分离器(5)、冷凝器(6)等，其中液化器(4)呈等径的圆筒状或变径的倒锥状，内壁光滑；液化器底部设置进料口(13)和进气口(14)，进料口经过物料输送器(3)与原料筒(2)相连，进气口与气化炉的出口相连；液化器顶部出口(15)经过气固分离器后与冷凝器连接，冷凝器上设置液体出口(11)和气体出口(10)。
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