CN201198470Y - 生物质快速热解液化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生物质快速热解液化系统，其包括热解反应器、与热解反应器的生物质物料入口相连的进料装置、与热解反应器的循环热载气入口相连的反应启动器、与热解反应器的热解气出口相连的气固分离子系统、与气固分离子系统的气体出口相连的生物油冷凝储备子系统、以及与气固分离子系统的固体出口相连的热循环介质加热分离子系统，热循环介质加热分离子系统的热循环介质出口与热解反应器的热循环介质入口相连，其中，生物油冷凝储备子系统包括至少一个用于将获得的一部分生物油冷却以用作生物油冷凝储备子系统的冷凝介质的换热器。该系统能够充分提高生物质能利用率并最大程度降低系统运行成本。

Description

生物质快速热解液化系统

技术领域

本实用新型涉及一种生物质能转换系统，尤其涉及一种生物质快速热解液化系统。

背景技术

随着世界经济的不断发展，能源和环境问题日益突出。人类目前使用的主要能源有石油、天然气和煤炭3种。根据国际能源机构统计，地球上这3种能源供人类开采的年限分别只有40年、50年和240年。开发新能源已成关系人类社会可持续发展的重大课题。

生物质能是由植物与太阳能的光合作用而贮存于植物中的太阳能。据估计，植物每年贮存的能量相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1％。通过生物质能转换技术，可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭、石油和天然气等燃料。

目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以达到保护矿产资源，保障能源安全，实现CO₂减排，促进经济、社会的可持续发展。生物质能将成为未来能源重要组成部分，专家估计到2015年全球总能耗将有40％来自生物质能源，主要通过生物质能发电和生物质液体燃料的产业化发展实现。

目前，通过高温快速热解将生物质转变为液体燃料(生物油)是实现生物质能高效利用的重要途径之一。根据传热方式不同，生物质热裂解液化工艺一般可分为3类：(1)壁面间接加热式反应器。其主要通过灼热的反应器表面与生物质接触，将热量传递到生物质使其快速升温从而达到快速热裂解，如英国Aston大学的烧蚀热裂解反应器、NREL提出的涡流反应器及荷兰Twente大学设计的旋转锥生物质热裂解制油反应器等；(2)辐射换热式反应器，这类反应器的主要特征是由一高温的表面或热源提供生物质热裂解所需的热量，其主要通过热辐射进行热量传递，如美国Washington大学的热辐射反应器；(3)气固混合直接加热式反应器，其主要是借助热气流或气固两相流对生物质进行快速加热，其能提供高的加热速率以及相对均匀的反应温度，同时快速流动的载气便于热裂解一次产物及时析出，如加拿大Waterloo大学的流化床热裂解系统、加拿大Ensyn提出的循环流化床反应器和GTFJ的快速引射流反应器等。壁面间接加热式反应器的设备规模较为庞大，同时机械接触磨损厉害而使得运行维护成本也较高，因此在规模化应用中将受到限制，此类反应器一般主要提供机理性试验所需。而辐射式换热器换热效果较差，能耗大而难以规模化。相比于前两种类型，国外已开发并且试图规模化的生物质热裂解液化反应装置侧重于第三类。流化床(或循环流化床)热解液化工艺因能实现高的加热速率、较短的气体停留时间、简捷的温度控制、方便的炭回收、较低的投资以及成熟的设计方法而使得其成为目前最有发展潜力的热裂解制取液体燃料的工艺。

如中国专利第CN200510057215.8号所揭示的一种生物质热解液化的工艺方法及其双塔式装置系统。其工艺方法包括把生物质材料送入热解反应塔内让高温流化气和高温载热体与生物质材料混合以对生物质进行热裂解的步骤，在分离器中把热解气与残碳、灰份进行气固分离的步骤，以及在冷凝器中把热解气冷凝成生物油的步骤等。其中，载热体是与热解气、残碳等一道从热解反应塔内输出循环系统的；残碳被用来对载热体进行预加热。其装置系统还包括将载热体和残碳一道与其他物质先分离一次的初级分离器、燃烧残碳的载热体加热塔、以及用于将从载热体加热塔内出来的载热体-废气-灰分进行分离的载热体分离器。但是，从以上描述可以看出，第CN200510057215.8号专利具有以下不足之处：第一，该系统需装备专门的氮气供应系统以向热解反应塔和载热体加热塔内供应氮气，这增加了系统的复杂性和制造成本；第二，冷凝器内用于对热解气进行冷凝的介质为水，因此，获得的生物油中将含有较大水分，要想使用还需采用专门设备进一步进行分离，这将增加工艺流程难度和成本；第三，从冷凝器出来的不凝结气体和载气作为回收气，直接被循环用作热解反应塔的一部分流化气、载热体加热塔的一部分助燃气、以及送料机构内的一部分循环热载气，因此，一方面，可以作为气体燃料的不凝结气体没有形成可向外界输送的燃气产品，这导致了价值损失，另一方面，这种混合的回收气中含有大量的水分和焦油，然而却没有经过充分处理就直接用于后续流程，导致恶性循环，不但导致生物质能转化率降低，而且还将导致设备损坏，甚至发生安全事故。

因此，提供一种可降低运行成本、可提高生物油产率、并且可获得洁净可燃气体的生物质快速热解液化系统成为急需解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够充分提高生物质能利用率并最大程度降低系统运行成本的生物质快速热解液化系统。

本实用新型的技术方案是这样实现的：提供一种生物质快速热解液化系统，其包括热解反应器、与热解反应器的生物质物料入口相连的进料装置、与热解反应器的循环热载气入口相连的反应启动器、与热解反应器的热解气出口相连的气固分离子系统、与气固分离子系统的气体出口相连的生物油冷凝储备子系统、以及与气固分离子系统的固体出口相连的热循环介质加热分离子系统，热循环介质加热分离子系统的热循环介质出口与热解反应器的热循环介质入口相连，其中，生物油冷凝储备子系统包括至少一个用于将获得的一部分生物油冷却以用作生物油冷凝储备子系统的冷凝介质的换热器。

本实用新型采用冷凝下来的生物油作为冷凝介质，避免了由于外加冷凝介质而带来的进一步分离的繁琐工艺。优选地，生物油冷凝储备子系统可以包括至少一个冷凝塔、至少一个与冷凝塔的生物油出口相连的储油罐、以及至少一个连接在储油罐与冷凝塔的冷凝介质入口之间的循环生物油旁路。比如，冷凝塔可以为依次相连的两级或三级冷凝塔以确保可凝组分被充分冷凝成生物油。

其中，换热器设置在循环生物油旁路中，换热器可以为油-水换热器或冷却器，只要能达到将生物油充分冷却以用作冷凝介质的目的即可。

优选地，该系统还可以包括与生物油冷凝储备子系统的不可凝气体出口相连的燃气净化储备子系统，燃气净化储备子系统包括至少一个用于至少部分地除去不可凝气体中的水分和焦油的燃气净化装置。

比如，燃气净化储备子系统可以包括依次相连的油气分离器以及高压静电除焦装置。

具体地，燃气净化储备子系统可以进一步包括至少一个与燃气净化装置的燃气出口相连的储气柜以及至少一个循环热载气旁路，循环热载气旁路一端与燃气净化装置的燃气出口相连或者与储气柜相连，循环热载气旁路另一端直接地或通过反应启动器与热解反应器的循环热载气入口相连。

更优选地，燃气净化储备子系统可以进一步包括至少一个设置在循环热载气旁路中的用于将流经循环热载气旁路的循环热载气的温度升高的加热器。

其中，加热器可以为设置在热循环介质加热分离子系统的尾气出口以充分利用热循环介质加热分离子系统的尾气余热的盘管换热器。

优选地，气固分离子系统包括至少一个用于将较大颗粒固体分离的高温旋风分离装置以及至少一个用于将较小固体颗粒分离的高温气固分离装置。

具体地，热循环介质加热分离子系统与高温旋风分离装置的固体出口和/或高温气固分离装置的固体出口相连。可选择地，热循环介质加热分离子系统可以只与高温旋风分离装置的固体出口相连。

优选地，热循环介质加热分离子系统可以包括用于燃烧从热循环介质加热分离子系统分离出的生物质碳颗粒以加热循环介质并将燃烧后的生物质灰与热循环介质分离的热循环介质加热分离装置，以及用于将加热后的热循环介质送入热解反应器的高温返料器。

可选择地，热循环介质加热分离子系统可以包括两个独立的热循环介质加热装置和热循环介质分离装置。

可选择地，本实用新型的生物质快速热解液化系统还可以包括用于粉碎和干燥生物质物料的原料预处理子系统、将生成的燃气用于燃气发电机组发电以供整个系统使用的燃气发电子系统、以及用于控制整个系统有序工作的自动运行监控系统等。

本实用新型的有益效果是：1.本实用新型采用冷凝下来的生物油作为冷凝介质，避免了由于外加冷凝介质而带来的进一步分离的繁琐工艺；2.本实用新型采用燃气净化储备子系统，一方面，将可以作为气体燃料的不凝结气体形成可向外界输送的燃气产品，提升了产品价值，另一方面，采用燃气净化装置充分地除去不可凝气体中的水分和焦油，从而使生成的可燃气可以作为循环热载气放心地用于后续流程，而不会导致恶性循环；3.采用生成的可燃气作为循环热载气，既保证了热解所需要的还原性气氛，也避免了增加贫氧发生装置所需的设备投资，并且最大程度地降低了系统运行成本，并且，无需提供专门的氮气供应系统，进一步降低了成本；4.采用生成的生物质碳作为热源，通过生物质碳在一个热循环介质加热分离装置中的剧烈燃烧释放的热量对热载体进行加热，从而最大程度的降低了运行成本；5.采用高温气固分离装置，可以在高温条件下，将有机蒸汽与热载体和生物质灰在高温下进行彻底分离，从而保证了生物油的洁净度，避免了生物油后续处理带来的困难；6.采用高压静电除焦装置和油气分离器，对经喷淋冷却后的不可凝气体组分携带的生物油和水分进行进一步的净化，除去可燃气体中的杂质，为可燃气体的循环利用提供保障；7.在热循环介质加热器后端设置列管换热器用来加热循环热载气，使余热得以充分回收利用，降低运行成本；8.通过将生物质废弃物转化为可全部利用的生物油、可燃气(电力)和生物质灰(钾肥)，而且不产生任何废水、废气和废渣，满足对严格的环保要求；9.本实用新型所得的生物油的最高产率可达75％以上，而且生物油的黏度适中，热值高(约18-22MJ/kg)，可以应用于工业锅炉和窑炉的燃料，同时还可以提取高附加值的化学品。

以下结合附图和实施例，来进一步说明本实用新型，但本实用新型不局限于这些实施例，任何在本实用新型基本精神上的改进或替代，仍属于本实用新型权利要求书中所要求保护的范围。

附图说明

图1为本实用新型生物质快速热解液化系统实施例1的示意图。

具体实施方式

实施例1

请参照图1，本实用新型的生物质快速热解液化系统包括热解反应器3、与热解反应器3的生物质物料入口相连的进料装置(在本实施例中包括储料仓1和螺旋加料器2)、与热解反应器3的循环热载气入口相连的反应启动器16、与热解反应器3的热解气出口相连的气固分离子系统(在本实施例中包括高温旋风分离装置4和高温气固分离装置5)、与气固分离子系统的气体出口相连的生物油冷凝储备子系统(在本实施例中包括两个冷凝塔7、与冷凝塔7的生物油出口相连的储油罐8、以及连接在储油罐8与冷凝塔7的冷凝介质入口之间并设有换热器9的循环生物油旁路)、与生物油冷凝储备子系统的不可凝气体出口相连的燃气净化储备子系统(在本实施例中包括油气分离器10、用于储存从油气分离器10分离出的生物油的储油室11、用于对不可凝气体进一步除焦的高压静电除焦装置12、罗茨引风机13、储气柜14、以及连接储气柜14与反应启动器16并设有加热器15的循环热载气旁路)、以及与气固分离子系统的固体出口相连的热循环介质加热分离子系统(在本实施例中包括热循环介质加热分离装置6以及在图中未示出的高温返料器)。其中，热循环介质加热分离装置6的热循环介质出口通过高温返料器与热解反应器3的热循环介质入口相连。

本实用新型系统的工作流程如下：

经过粉碎和干燥后的生物质物料经提升机进入储料仓1，然后经过螺旋加料器2加入由快速流化床构成的热解反应器3。在热解反应器3内，生物质颗粒在循环热载气作用下与从热循环介质加热器6中返回的高温蓄热循环介质进行强烈的传热传质而发生快速热解。

热解生成的有机蒸汽挟带固体生物质碳颗粒和热循环介质一并进入由高温旋风分离器4和高温气固分离装置5构成的气固分离子系统，生物质碳颗粒和释热后的热循环介质被分离后一同经返料装置进入一个由多室流化床构成的热循环介质加热分离装置6，在助燃空气作用下，通过生物质碳剧烈燃烧释放的热量重新加热循环介质，加热后的热循环介质经高温返料器再返回热解反应器3。

从高温气固分离装置出来的高温有机热蒸汽进入两级冷凝塔7与经过良好雾化的生物油冷凝介质进行气液直接换热，其中的可凝组分被冷凝吸收进入储油罐8储存；部分生物油经板式油水换热器9冷却后作为冷凝介质循环使用。不可凝组分则进入燃气净化储备子系统，净化后的洁净燃气进入储气柜14备用。部分燃气经布置于热循环介质加热分离器的高温尾气出口的列管换热器15预热后返回热解反应器3用作循环热载气。

实施例2

作为本实用新型的另一种方案，其它部分与实施例1相同，不同之处在于：

本实用新型的生物质快速热解液化系统还可以包括用于粉碎和干燥生物质物料的原料预处理子系统、将生成的燃气用于燃气发电机组发电以供整个系统使用的燃气发电子系统、以及用于控制整个系统有序工作的自动运行监控子系统。

可以只设置一个冷凝塔7并且采用在冷凝塔7的高度方向上分为三组或三组以上的喷淋装置。

热循环介质加热分离子系统可以包括两个独立的热循环介质加热装置和热循环介质分离装置。

Claims (10)

1.一种生物质快速热解液化系统，包括热解反应器、与所述热解反应器的生物质物料入口相连的进料装置、与所述热解反应器的循环热载气入口相连的反应启动器、与所述热解反应器的热解气出口相连的气固分离子系统、与所述气固分离子系统的气体出口相连的生物油冷凝储备子系统、以及与所述气固分离子系统的固体出口相连的热循环介质加热分离子系统，所述热循环介质加热分离子系统的热循环介质出口与所述热解反应器的热循环介质入口相连，其特征在于，所述生物油冷凝储备子系统包括至少一个用于将获得的一部分生物油冷却以用作所述生物油冷凝储备子系统的冷凝介质的换热器。

2.如权利要求1所述的生物质快速热解液化系统，其特征在于，进一步包括与所述生物油冷凝储备子系统的不可凝气体出口相连的燃气净化储备子系统，所述燃气净化储备子系统包括至少一个燃气净化装置。

3.如权利要求2所述的生物质快速热解液化系统，其特征在于，所述燃气净化储备子系统进一步包括至少一个与所述燃气净化装置的燃气出口相连的储气柜以及至少一个循环热载气旁路，所述循环热载气旁路一端与所述燃气净化装置的燃气出口相连或者与所述储气柜相连，所述循环热载气旁路另一端直接地或通过所述反应启动器与所述热解反应器的循环热载气入口相连。

4.如权利要求3所述的生物质快速热解液化系统，其特征在于，所述燃气净化储备子系统进一步包括至少一个设置在所述循环热载气旁路中的加热器。

5.如权利要求4所述的生物质快速热解液化系统，其特征在于，所述加热器为设置在所述热循环介质加热分离子系统的尾气出口的盘管换热器。

6.如权利要求1～5之一所述的生物质快速热解液化系统，其特征在于，所述生物油冷凝储备子系统包括至少一个冷凝塔、至少一个与所述冷凝塔的生物油出口相连的储油罐、以及至少一个连接在所述储油罐与所述冷凝塔的冷凝介质入口之间的循环生物油旁路，所述换热器设置在所述循环生物油旁路中。

7.如权利要求6所述的生物质快速热解液化系统，其特征在于，所述换热器为油水换热器。

8.如权利要求6所述的生物质快速热解液化系统，其特征在于，所述气固分离子系统包括至少一个高温旋风分离装置以及至少一个高温气固分离装置。

9.如权利要求8所述的生物质快速热解液化系统，其特征在于，所述热循环介质加热分离子系统与所述高温旋风分离装置的固体出口和/或所述高温气固分离装置的固体出口相连。

10.如权利要求6所述的生物质快速热解液化系统，其特征在于，所述热循环介质加热分离子系统包括用于加热并分离所述热循环介质的热循环介质加热分离装置，以及用于将分离后的所述热循环介质送入所述热解反应器的高温返料器。

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