CN204824732U - 农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置主要设备包括：生物质粉碎机、干燥机、换热器、热风炉、介质加热器、介质收集仓、生物质粉料收集仓、热解器、介质和炭灰分离器、热解气和炭灰分离器、炭灰冷却器、一级冷却器、二级冷却器、重油过滤器、轻油过滤器、重油储罐、轻油储罐。装置适用于包括树枝、树叶、果壳、锯末、各种农作物秸秆、根茎、稻壳、玉米芯等农林废弃生物质固相热解生产工业燃料油。装置年产能可实现万吨以上的规模，生物质热解深度均匀，热能充分回收利用，油品转化率达到55％，油品含水率低于18％，油品热值大于4500kcal/kg。装置生产连续可控，无任何污染排放。

Description

农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置

技术领域

本实用新型涉及一种农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置，属于生物质能源领域。

背景技术

农林废弃生物质包括树枝、树叶、果壳、锯末、各种农作物秸秆、根茎、稻壳、玉米芯等，这些生物质有一部分用于饲料、建材、化工、制炭行业和农户做饭取暖的柴薪，但大多数没被利用，尤其是农作物秸秆，产量巨大，用途有限。焚烧秸秆会造成大气污染；秸秆粉碎还田会加重病虫害，影响产量和作物品质；将秸秆压缩成型作为固体燃料，对炉膛结构有特殊要求，推广难度比较大，尤其是原有燃煤锅炉改造比较困难；将秸秆热解制取燃气，只适合小范围集中用户使用，操作不方便，运行费用高。而将农作物秸秆和其它农林废弃物加工成液体燃料，具有能量密度高、易储存、易运输、运费低、不受区域限制、使用清洁方便的特点，而且适合所有分散的锅炉或炉窑使用，原有燃煤锅炉或炉窑，不必改变结构，只需增加一个燃油燃烧器就能正常使用，并能保证原有热能出力。将农林废弃生物质转化成工业液体燃料，意义是重大的。既能取代部分化石能源，改变国家能源供应结构，缓解温室气体排放压力；又能彻底解决农林废弃生物质出路问题，消除焚烧秸秆的困扰；还为农民增加收益。所以，转化成工业液体燃料是农林废弃生物质资源化利用的发展方向。

农林废弃生物质加工成液体燃料是我国近十年来的热门研究课题，仅我国公开的与此相关的专利就有50多个，但多数没有工业价值，尤其还没有实现年产能达到万吨以上能够正常运行的工业装置和成熟技术。

植物生物质液化技术有湿法(液相)和干法(固相)两种。湿法技术是将生物质粉体在水热状态下，高温高压致使生物质由大分子固态水解成小分子液态，与水分分离提纯后即是生物质燃料油。湿法技术对生物质水分要求低，油的转化率较高，但存在能耗高、排放污水的缺陷，开发这类技术的已非常少。干法技术是将干燥至尽可能水分含量低的生物质粉体在400～600℃绝氧状态下迅速裂解成小分子气体，然后再迅速冷凝成液体，即成生物质燃料油。干法技术因有不能转化成液体的不可凝气体产生，油的转化率低一些。干法技术工艺过程比较复杂，对设备材料选用要求比较高。但能耗低，不排污，能够清洁生产，以致成为业界近十多年来开发的重点。

生物质的热解是个吸热过程，干法(固相)热解制油技术的核心是热解方式，已公开专利阐述的生物质干法热解制取燃料油技术特征可以归纳为三类：

间接烧蚀流化热解法：这种热解方式有回转式、螺旋推进式、旋转锥式、热管式等热解设备形式，都是间接烘烧物料接触的金属板，再把热量传导给物料，物料通过机械搅动或自重降落，达到流化翻腾、强化传热的目的。如公开的专利：CN201420090715一种竖置对辊式生物质反应器；CN201410063865内燃加热旋叶式生物质热解液化装置；CN200910185370一种生物质螺旋热解装置及热解工艺；CN200810246227内燃加热旋转锥式生物质热解液化装置；CN200810156645内燃加热移动床式生物质热解液化装置。这些专利都是采用间接烧蚀流化热解法工艺模式，因导热体与物料接触面积小，换热量不足，不能满足物料热解对热量的瞬间需求，实验室装置可以，但做成工业大型装置就比较困难，同时也有热解不均匀、油的转化率低、炭灰中夹生料较多的缺陷。

载热气体流化热解法：这种热解方式是采用单一惰性气体(氮气、CO₂等)或混合气体作为载热气体，送入热解器吹动生物质粉体呈沸腾流化状态。这种方式传热效率高，热解速度快，热解均匀，炭灰无生料夹带，热解蒸气脱离迅速，能有效避免二次聚合，出油率高，油品质量也比较好。许多公开的专利就是采用这种热解方式，如：CN201410307991一种生物质热解制备生物油的方法；CN201410078694生物质热解制油的方法；CN201410015006基于内外双循环喷动流化床的生物质快速裂解装置；CN201010577473一种多功能流化床式生物质热解转化装置；CN201010109435生物质环流式快速热解制油方法；CN201020041274一种生物质流化床快速热解制取生物质热解油的装置；CN200910193381生物质分级热解制备生物油和化学品的方法和装置；CN200510057216一种生物质热解液化的工艺方法及装置系统；CN01242632自热式循环流化床生物质热解油化装置。但这种热解方式严重缺陷就是能耗非常高，载热流化气体循环加热和冷却，要浪费大量热能，如果没有其它燃料辅助，生产出燃料油一半以上用于系统加热，是非常不经济的。不凝燃气与循环惰性气体混合，因有效成分浓度低，不能燃烧，只能排放，给大气也造成污染。

载热固体流化热解法：这种热解方式是循环加热蓄热固体介质(石英砂、陶瓷颗粒、氧化锆颗粒等非金属矿物颗粒或者高温生物质灰)与生物质连续混合流化，传热面积大，传热效率高，装置冷却量小，节约能耗，油品收率高，不凝气热值高可以作为装置热源燃气使用。目前已公开的专利采用这种方式的不多，如：CN201310666335一种稻壳生产甲醇生物质油的方法；CN201110096813固体蓄热球加热生物质热解液化系统；CN02270179生物质热解液化装置。这种热解方式是目前能够实现装置大型化的比较可行的方式，代表了生物质热解制油技术比较先进的工艺模式，但对热解器的结构设计要求比较高，物料和介质输送工艺比较复杂，技术难度比较大。如果在热工、材料、结构和设备衔接设计不合理，就会出现热解不均、热能损失大和设备寿命短的问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提出一种能够工业化生产的农林废弃生物质热解制取工业燃料油装置，可以实现年产生物质燃料油能力在2万吨以上的规模，能够适用于热解玉米、小麦、水稻、高粱、棉花、葵花等农作物秸秆和树枝、树叶、锯末、果壳等林业副产物而生产工业液体燃料油。提出切实可行的整体装置解决方案，做到热解油品得率高，转化率达到55％；热解深度均匀，炭灰能综合利用；油品水分含量小于18％，热值高于4500kcal/kg；热能充分利用，避免生产装置损失浪费热量；装置能够连续运行，生产过程容易控制，生产中无任何污染排放，实现清洁生产。

为实现上述目的，本实用新型提出以下生物质热解制油装置技术方案：

生物质粉碎机(1)，选用锤片式，也可选用刀片式粉碎机，优选高耐磨锤片式粉碎机。粉碎机筛板孔径2～6mm，优选4mm。

干燥机(2)，选用回转干燥机利用热风进行干燥，也可选用盘式干燥机或双桨叶干燥机以导热油为介质进行干燥。优选回转干燥机。生物质在干燥机中的干燥时间不少于10min。

换热器(3)，选用翅片列管气气换热器，也可选用导热油与气体翅片列管换热器。优选翅片列管气气换热器。

热风炉(4)，选用燃气卧式直接热风炉，炉膛温度800℃～1500℃，炉压9000Pa～18000Pa。

介质加热器(5)，选用直管式或间断扩张加热管式，风速20～45m/s，耐温不小于1200℃。

介质收集仓(6)，选用重力式或旋风分离式，并有足够高度的料仓空间。

生物质粉料收集仓(7)，选用多联旋风分离式，也可选用布袋过滤式或滤筒过滤式，还可选用旋风分离与其它两种方式的组合式。

热解器(8)，采用载热固体流化热解法，设备设计为曲流式或旋流式结构，可以是立式，也可以是卧式。加热介质和生物质同时按比例进入，呈混合流化状态，流速0.05～3m/s，优选0.1～1.0m/s。热解器设有混合器、布料器、调节器和防爆器辅助机构，并设置合适的缓冲空间。

介质和炭灰分离器(9)，选用机械式或气流式分离器，优选气流式分离器，分离气体闭环循环。

热解气和炭灰分离器(10)，选用单联或多联式旋风分离器，也可采用耐油耐酸耐高温布袋式过滤器，还可采用沉降式与旋风分离组合式。气体流速12～30m/s，优选18～25m/s。

炭灰冷却器(11)，选用密闭不漏气的冷却器，可采用密闭桨叶式冷却器，也可采用螺旋式冷却器，还可采用列管式冷却器。使用水或空气间接冷却，使出灰温度在100℃以内，优选50℃以内。

一级冷却器(12)，采用间接式冷却器，生物质油喷淋冷却热解气体，或者热解气体进入生物质油内鼓泡换热冷却。冷却器内置或外置换热器，水与生物油换热，冷却生物油。换热器可以是板式换热器，也可以是列管换热器，还可以是盘管换热器。

二级冷却器(13)，采用间接式冷却器，生物质油喷淋冷却一级冷却器未冷凝的热解气体，或者热解气体进入生物质油鼓泡换热冷却。冷却器内置或外置换热器，水与生物油换热，冷却生物油。换热器可以是板式换热器，也可以是列管换热器，还可以是盘管换热器。二级冷却器可以是单体冷却器，也可以是多联式冷却器，将轻油进行更多的精细分离。

重油过滤器(14)，选用真空过滤器，也可选用袋式压滤器，还可选用板式密闭过滤器或蝶式分离器。机械杂质通过粒径小于1um。

轻油过滤器(15)，选用真空过滤器，也可选用袋式压滤器，还可选用板式密闭过滤器，或蝶式分离器。机械杂质通过粒径小于1um。

重油储罐(16)，选用耐酸性材料制作的储罐，储存量不小于7天。

轻油储罐(17)，选用耐酸性材料制作的储罐，储存量不小于7天。

附图说明

图1为本实用新型农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置示意图。

图中：1、生物质粉碎机2、干燥机3、换热器4、热风炉5、介质加热器6、介质收集仓7、生物质粉料收集仓8、热解器9、介质和炭灰分离器10、热解气和炭灰分离器11、炭灰冷却器12一级冷却器13、二级冷却器14、重油过滤器15、轻油过滤器16、重油储罐17、轻油储罐。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

如图1所示，本实用新型农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置主要设备包括：1、生物质粉碎机2、干燥机3、换热器4、热风炉5、介质加热器6、介质收集仓7、生物质粉料收集仓8、热解器9、介质和炭灰分离器10、热解气和炭灰分离器11、炭灰冷却器12一级冷却器13、二级冷却器14、重油过滤器15、轻油过滤器16、重油储罐17、轻油储罐。

如图1所示，生物质粉碎机1与干燥机2相连，经粉碎的生物质输送到干燥2进行干燥，干燥湿气除尘后外排。热风炉4与介质加热器5相连，热风炉产生的高温烟气提供给介质加热器5煅烧并输送蓄热介质。介质加热器5与介质收集仓6相连，高温热介质经气流输送或自然流到介质收集仓6，高温尾气与热介质一起进入介质收集仓6。介质收集仓6与换热器3和介质加热器5热风进入端相连，介质收集仓6排出的高温尾气一部分进入换热器3，一部分进入介质加热器5进行循环。自然风进入换热器3，经换热加热后一部分进入干燥机2作为干燥热源，一部分进入热风炉4作为助燃风。换热器3进入的高温尾气经换热降温后将干燥机2排出的生物质粉料气力输送到生物质粉料收集仓7，经除尘后的尾气再进入干燥机2与换热热风混合作为干燥热源。介质收集仓6和生物质粉料收集仓7与热解器8相连，热介质和生物质粉料同时按比例计量进入热解器8进行混合和快速热解。热解器8与介质和炭灰分离器9相连，生物质热解后炭灰和传热介质一起进入介质和炭灰分离器9，经气流或机械分离出的介质再进入介质加热器5进行加热，循环使用；分离出的炭灰进入炭灰冷却器11进行密闭间接冷却，冷却介质为循环水。热解器8与热解气和炭灰分离器10相连，除去热解气中所含炭灰杂质，炭灰杂质再进入炭灰冷却器11进行冷却。由炭灰冷却器11排出的炭灰进入不属于本装置范围之内的炭灰加工生产装置。热解气和炭灰分离器10与一级冷却器12相连，经脱除炭灰的热解气进入一级冷却器迅速冷凝，直接冷却介质为生物质燃料油，间接冷却介质为循环水。将一级冷却器12冷凝重油输送到重油过滤器14进行精细脱除机械杂质，净化重油输送到重油储罐16储存待售。一级冷却器12未冷凝热解气再进入到二级冷却器13再次冷凝，直接冷却介质为生物质燃料油，间接冷却介质为循环水。二级冷却器13所得冷凝轻油输送到轻油过滤器15进行精滤，净化轻油输送到轻油储罐17储存待售。二级冷却器13未冷凝所排不凝气为高热值燃气，经油气分离净化后输送到热风炉4作为燃料。

如图1所示，本实用新型仅公开了农林废弃生物质热解制取工业燃料油装置系统的主要特征，并未给出具体设备的详细内部结构、形状、外形尺寸、相对位置、设备衔接方式和辅助设备及部件，本领域技术人员不能因此限定本实用新型的专利范围，凡本实用新型所揭示的装置系统技术特征和原则之内所作的具体设备的结构、形状、外形尺寸、衔接方式和布局，都等同于本实用新型的改进，均属本实用新型专利保护范围之内。

Claims (8)

1.农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置，其特征是由生物质粉碎机(1)、干燥机(2)、换热器(3)、热风炉(4)、介质加热器(5)、介质收集仓(6)、生物质粉料收集仓(7)、热解器(8)、介质和炭灰分离器(9)、热解气和炭灰分离器(10)、炭灰冷却器(11)、一级冷却器(12)、二级冷却器(13)、重油过滤器(14)、轻油过滤器(15)、重油储罐(16)、轻油储罐(17)组成，生物质粉碎机(1)与干燥机(2)相连，经粉碎的生物质输送到干燥(2)进行干燥；热风炉(4)与介质加热器(5)相连，热风炉产生的高温烟气提供给介质加热器(5)煅烧并输送蓄热介质；介质加热器(5)与介质收集仓(6)相连，高温热介质经气流输送或自然流到介质收集仓(6)；介质收集仓(6)与换热器(3)和介质加热器(5)热风进入端相连，介质收集仓(6)排出的高温尾气一部分进入换热器(3)，一部分进入介质加热器(5)进行循环；自然风进入换热器(3)，经换热加热后一部分进入干燥机(2)作为干燥热源，另一部分进入热风炉(4)作为助燃风，换热器(3)进入的高温尾气经换热降温后将干燥机(2)排出的生物质输送到生物质粉料收集仓(7)，尾气再进入干燥机(2)作为干燥热源；介质收集仓(6)和生物质粉料收集仓(7)与热解器（8）相连，热介质和生物质同时进入热解器(8)进行混合和热解；热解器(8)与介质和炭灰分离器(9)相连，生物质热解后炭灰和传热介质一起进入介质和炭灰分离器(9)进行分离，介质再进入介质加热器(5)进行加热，分离出的炭灰进入炭灰冷却器(11)进行冷却；热解器(8)与热解气和炭灰分离器(10)相连，除去热解气中所含炭灰杂质，炭灰杂质再进入炭灰冷却器(11)进行冷却；热解气和炭灰分离器(10)与一级冷却器(12)和二级冷却器(13)相连，热解气在一级冷却器(12)冷凝重油输送到重油过滤器(14)进行净化，净化重油输送到重油储罐(16)储存待售，一级冷却器(12)未冷凝热解气再进入到二级冷却器(13)再次冷凝，所得冷凝轻油输送到轻油过滤器(15)进行净化，净化轻油输送到轻油储罐(17)储存待售，二级冷却器(13)与热风炉(4)相连，未冷凝燃气输送到热风炉(4)作为燃料。

2.根据权利要求1所述的农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置，其特征在于生物质热解器的结构形式为曲流式或旋流式，加热介质和生物质呈混合流化状态，流速0.05～3m/s，优选0.1～1.0m/s。

3.根据权利要求1所述的农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置，其特征在于二级冷却器(13)排出的不凝热解气输送到热风炉(4)作为燃料燃烧用于加热蓄热固体介质。

4.根据权利要求1所述的农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置，其特征在于从介质收集仓(6)排出的高温烟气，一部分用于介质加热器(5)的蓄热介质加热和输送气流，一部分通过换热器(3)加热自然风提供给热风炉(4)作为助燃风和干燥机(2)作为干燥热源。

5.根据权利要求1所述的农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置，其特征在于干燥机(2)选用回转干燥机，也可选用盘式干燥机，还可选用双桨叶干燥机，优选回转干燥机，生物质在干燥机中的干燥时间不少于10min。

6.根据权利要求1所述的农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置，其特征在于介质和炭灰分离器(9)采用循环气流分离式，或机械分离式，优选循环气流分离式。

7.根据权利要求1所述的农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置，其特征在于设置炭灰冷却器(11)用于冷却炭灰，可采用密闭桨叶式冷却器，也可采用螺旋式冷却器，还可采用列管式冷却器。

8.根据权利要求1所述的农林废弃生物质热解制取工业燃料油生产装置，其特征在于设置油品过滤器(14)和(15)用于工业燃料油的脱除机械杂质，选用真空过滤器，也可选用袋式压滤器，还可选用板式密闭过滤器或蝶式分离器。