專(zhuān)利名稱(chēng)：生物質(zhì)制取生物油的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)了一種生物質(zhì)制取生物油的裝置及其方法，涉及生物質(zhì)資源利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人類(lèi)社會(huì)的快速發(fā)展，世界能源需求日益增長(zhǎng)，人類(lèi)長(zhǎng)期依賴(lài)的化石能源不僅日趨枯竭，而且在化石能源的大規(guī)模利用中，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。生物質(zhì)(包括農(nóng)業(yè)秸桿、林業(yè)廢棄物以及各類(lèi)有機(jī)垃圾等)是一種可再生的清潔能源，而且是唯一可轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生資源。利用生物質(zhì)制取液體燃料，不僅能夠減輕對(duì)石油的依賴(lài)，而且能夠大幅度降低大氣污染以及溫室氣體的排放。
生物質(zhì)熱解液化是制取液體燃料生物油的主要技術(shù)之一，是指生物質(zhì)經(jīng)快速加熱，在400 - 60(TC條件下生物質(zhì)直接熱解生成氣體產(chǎn)物和固體焦炭；將熱解氣體快速冷卻，冷凝獲得的液態(tài)產(chǎn)物即為生物油，未冷凝的不凝性氣體和固態(tài)焦炭可為生物質(zhì)熱解提供熱源或作為副產(chǎn)品輸出。為了提高生物油產(chǎn)率，改善生物油品質(zhì)，滿足工業(yè)化的需求，世界各國(guó)開(kāi)發(fā)了多種熱解反應(yīng)器，包括流化床反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器、真空移動(dòng)床反應(yīng)器、微波加熱反應(yīng)器等。利用目前的熱解液化技術(shù)，生物油產(chǎn)率可在40% 80%，但是由于生物質(zhì)原料含氧量高，水分大，造成生物油中氧量含高(35-40Wt%)，含水率大(15-30 wt %)，導(dǎo)致生物油酸性強(qiáng)，物化性質(zhì)不穩(wěn)定，品質(zhì)低。為了改善熱解產(chǎn)物品質(zhì)，目前研究者較為關(guān)注的技術(shù)路線主要包括催化熱解和催化加氫兩個(gè)方面有研究者提出了在熱解過(guò)程中加入催化劑進(jìn)行催化熱解，催化劑通常為分子篩催化劑、堿土金屬氧化物等[肖睿，張會(huì)巖，一種生物質(zhì)在線催化熱解制取低氧含量液體燃料的方法，2011100003772. 7;]，但是催化熱解面臨的最大問(wèn)題是催化劑容易結(jié)焦失活，導(dǎo)致催化劑的壽命較短，且脫氧率有限。催化加氫是在高壓條件下生物油中加入氫和催化劑實(shí)現(xiàn)生物油脫氧，從而獲得高品質(zhì)的生物油，但是目前的主要障礙是需要消耗大量的氫源，且反應(yīng)壓力高，一般在IOMPa以上，能耗大，經(jīng)濟(jì)性差，而且貴金屬催化劑不適合在生物質(zhì)熱解過(guò)程中加入。最近有研究者提出貴金屬Pt催化劑和中孔分子篩催化劑相結(jié)合的條件下進(jìn)行催化熱解和催化加氫以提高油的品質(zhì)，但是面臨催化劑成本高，易失活的問(wèn)題。因此開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的生物質(zhì)熱解制油工藝具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題據(jù)于現(xiàn)有技術(shù)的局限，本發(fā)明的目的是提供一種生物質(zhì)制取生物油的裝置及其方法，以解決現(xiàn)有生物質(zhì)熱解制取液體燃料的生物油含氧量高、水分大、系統(tǒng)能源消耗高的問(wèn)題，提出一種通過(guò)生物質(zhì)分級(jí)熱轉(zhuǎn)化制取低含氧量、低含水率的生物油裝置及其方法。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)制取生物油的裝置，該裝置包括熱解反應(yīng)器，氣化反應(yīng)器、燃燒反應(yīng)器，急冷器，給水加熱器和生物質(zhì)干燥器，第一旋風(fēng)除塵器和第二旋風(fēng)除塵器、輸料管、返料管、料倉(cāng)、下降管和給料器，以及連接管路；其中，
熱解反應(yīng)器包括生物質(zhì)進(jìn)料口和氣體進(jìn)口，以及熱解氣體出口和半焦出口 ；氣化反應(yīng)器包括半焦進(jìn)口、水蒸氣進(jìn)口、氣體產(chǎn)物出口、循環(huán)床料出口和排渣口 ；燃燒反應(yīng)器包括燃?xì)膺M(jìn)口，空氣/氧氣進(jìn)口，循環(huán)床料進(jìn)口，煙氣/循環(huán)床料出口 ；急冷器包括熱解氣體進(jìn)口，冷卻介質(zhì)進(jìn)口，冷凝的生物油出口，不凝性氣體出口 ；給水加熱器為間壁式換熱器，包括高溫?zé)煔膺M(jìn)口、煙氣出口、給水進(jìn)口和水蒸氣出口 ；生物質(zhì)干燥器為接觸式換熱器，包括煙氣進(jìn)口、煙氣出口、生物質(zhì)進(jìn)口和干燥生物質(zhì)出口 ；其中，
輸料管將熱解反應(yīng)器的半焦出口和氣化反應(yīng)器的半焦進(jìn)口連接，熱解反應(yīng)器的熱解氣體出口與第一旋風(fēng)除塵器進(jìn)氣口連接，除塵后的熱解氣體通入急冷器熱解氣體進(jìn)口 ；氣化反應(yīng)器的氣體產(chǎn)物出口與熱解反應(yīng)器的氣體進(jìn)口連接；
返料管將氣化反應(yīng)器的循環(huán)床料出口與燃燒反應(yīng)器的循環(huán)床料進(jìn)口相連；煙氣/循環(huán) 床料出口與第二旋風(fēng)除塵器進(jìn)口連接，第二旋風(fēng)除塵器的料腿直接伸入燃燒反應(yīng)器中；急冷器的不凝性氣體出口與燃燒反應(yīng)器的燃?xì)膺M(jìn)口相連；
第二旋風(fēng)除塵器氣體出口與給水加熱器的高溫?zé)煔膺M(jìn)口連接，給水加熱器的煙氣出口與生物質(zhì)干燥器煙氣進(jìn)口連接；給水加熱器的水蒸氣出口直接與氣化反應(yīng)器的水蒸氣進(jìn)口連接；生物質(zhì)干燥器出口連接料倉(cāng)，料倉(cāng)出口通過(guò)下降管和給料器進(jìn)口相連，給料器出口與熱解反應(yīng)器進(jìn)口直接連接。優(yōu)選的，熱解反應(yīng)器為噴動(dòng)流化床或者鼓泡流化床，熱解反應(yīng)器氣體進(jìn)口和生物質(zhì)進(jìn)料口分別位于熱解反應(yīng)器的下部；
氣化反應(yīng)器為噴動(dòng)流化床或者鼓泡流化床，氣化反應(yīng)器的水蒸氣進(jìn)口位于氣化反應(yīng)器的底部；
燃燒反應(yīng)器為循環(huán)流化床，燃燒反應(yīng)器燃?xì)膺M(jìn)口和空氣/氧氣進(jìn)口分別位于燃燒反應(yīng)器的下部
熱解反應(yīng)器的半焦出口，氣化反應(yīng)器半焦進(jìn)口和循環(huán)床料出口以及燃燒反應(yīng)器的循環(huán)床料進(jìn)口均位于各自反應(yīng)器的下部，且半焦出口的位置高于半焦進(jìn)口，循環(huán)床料出口的位置聞?dòng)谘h(huán)床料進(jìn)口。本發(fā)明還提供了一種生物質(zhì)制取生物油的方法，該方法包括如下步驟
步驟I :經(jīng)破碎、自然干燥的生物質(zhì)首先進(jìn)入生物質(zhì)干燥器，將生物質(zhì)的含水量干燥到3%以下；
步驟2:干燥后的生物質(zhì)通過(guò)作為中間儲(chǔ)罐的料倉(cāng)經(jīng)下降管由給料器送入熱解反應(yīng)器，在反應(yīng)溫度40(T60(TC，還原性氣氛下發(fā)生快速熱解，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生成熱解氣和熱解半焦；
步驟3 :由熱解反應(yīng)器半焦出口的熱解半焦經(jīng)過(guò)輸料管進(jìn)入氣化反應(yīng)器，與氣化介質(zhì)水蒸氣在750 900°C發(fā)生氣化反應(yīng)，氣化產(chǎn)物為H2、CO和CO2 ;氣化產(chǎn)物被送入熱解反應(yīng)器，使生物質(zhì)熱解在富氫的還原性氣氛下進(jìn)行，并同時(shí)提供熱解所需要的熱量；
步驟4 由熱解反應(yīng)器熱解氣體出口的熱解氣體經(jīng)過(guò)第一旋風(fēng)除塵器去除隨氣流攜帶的細(xì)小半焦顆粒后進(jìn)入急冷器冷卻，熱解氣體冷卻后分離為生物油和不凝性氣體兩部分，其中生物油一部分作為產(chǎn)品輸出裝置，另一部分由急冷器冷卻介質(zhì)進(jìn)口送入急冷器作為生物油的冷卻介質(zhì)；
步驟5 :急冷器不凝性氣體出口的不凝性氣體送入燃燒反應(yīng)器與空氣/氧氣燃燒，加熱燃燒反應(yīng)器中作為熱載體的循環(huán)床料，燃燒反應(yīng)器操作溫度控制在850 1000°C，循環(huán)床料由燃燒煙氣攜帶經(jīng)第二旋風(fēng)除塵器的料腿送入氣化反應(yīng)器，為半焦氣化提供熱量；第二旋風(fēng)除塵器氣體出口的高溫?zé)煔庀韧ㄈ虢o水加熱器，再送入生物質(zhì)干燥器后排出裝置。優(yōu)選的，所述的半焦氣化產(chǎn)物為富氫氣體，其中成分H2 :50% 70%、CO 5% 15%和CO2 15% 30%，熱解反應(yīng)器的氣體入口溫度在700°C 850°C。優(yōu)選的，所述的給料器和料倉(cāng)之間的下降管保持存有生物質(zhì)。優(yōu)選的，所述的給水加熱器出口水蒸氣溫度在450°C飛00°C。 優(yōu)選的，所述的急冷器冷卻介質(zhì)為循環(huán)的生物油；急冷器冷卻介質(zhì)入口的生物油溫度控制在25°C以下。優(yōu)選的，所述的生物質(zhì)干燥器內(nèi)的操作溫度在80 200°C，煙氣出口的排煙溫度在150°C以下。優(yōu)選的，所述的生物質(zhì)為經(jīng)過(guò)自然干燥后的農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物等中的任一種或其任意組合，破碎后的生物質(zhì)粒徑在O. 5 5_。優(yōu)選的，所述的循環(huán)床料為惰性的熱載體，包括灰渣、A1203、SiO2中的任一種。有益效果本發(fā)明的方法對(duì)生物質(zhì)實(shí)現(xiàn)分級(jí)熱轉(zhuǎn)化利用，生物質(zhì)快速熱解獲得生物油、不凝性氣體和半焦，其中熱解生成的不凝性氣體通過(guò)燃燒為生物質(zhì)熱解過(guò)程和半焦氣化過(guò)程提供熱量，利用半焦與水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)為熱解過(guò)程提供富氫氣體，且半焦的氣化過(guò)程和不凝性氣體的燃燒過(guò)程分開(kāi)，在保證自供熱氣化的條件下，避免惰性氣體和氧氣混入氣化產(chǎn)物氣中，從而為熱解反應(yīng)器提供高濃度的氫。本發(fā)明的工藝生物質(zhì)熱解過(guò)程中所需加入的氫直接來(lái)自生物質(zhì)熱解制油系統(tǒng)的內(nèi)部，避免了對(duì)外供氫氣的依賴(lài)，既降低了生物質(zhì)制油的經(jīng)濟(jì)成本和能耗，又降低了生物油中的含氧量，提高生物油的品質(zhì)。本發(fā)明的工藝過(guò)程通過(guò)各級(jí)反應(yīng)器的設(shè)置，充分利用生物質(zhì)的能量，包括不凝性氣體的燃燒、高溫?zé)煔饧訜峤o水和干燥生物質(zhì)，提高了生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生物油系統(tǒng)的能源效率，而且生物質(zhì)熱解前進(jìn)行干燥預(yù)處理有利于降低生物油含水率，提高生物油的品質(zhì)。


圖I為本發(fā)明的工藝過(guò)程及系統(tǒng)裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。以下結(jié)合附圖I和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明的一種生物質(zhì)制取生物油的裝置及其方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的生物質(zhì)制取生物油的裝置及其方法，該方法通過(guò)生物質(zhì)分級(jí)熱轉(zhuǎn)化，將生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器富氫的還原性氣氛下快速熱解獲得生物油，不凝性氣體和半焦，其中熱解生成的不凝性氣體通過(guò)燃燒為生物質(zhì)熱解過(guò)程和半焦氣化過(guò)程提供熱量，利用半焦與水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)為熱解過(guò)程提供富氫氣體，且燃燒反應(yīng)器的高溫?zé)煔庥糜诩訜峤o水和干燥生物質(zhì)，使裝置在自供熱源和自供氫源下實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)熱解制油，本發(fā)明不僅在熱解過(guò)程有效脫氧，提高生物油品質(zhì)，而且系統(tǒng)能源效率高。本發(fā)明提供的生物質(zhì)制取生物油的裝置包括熱解反應(yīng)器1，氣化反應(yīng)器2、燃燒反應(yīng)器3，急冷器4，給水加熱器5和生物質(zhì)干燥器6，第一旋風(fēng)除塵器7和第二旋風(fēng)除塵器8、輸料管9、返料管11、料倉(cāng)12、下降管13和給料器14，以及連接管路；其中，
熱解反應(yīng)器I包括生物質(zhì)進(jìn)料口 IA和氣體進(jìn)口 1B，以及熱解氣體出口 IC和半焦出口ID ;氣化反應(yīng)器2包括半焦進(jìn)口 2A、水蒸氣進(jìn)口 2B、氣體產(chǎn)物出口 2C、循環(huán)床料出口 2D和排渣口 2E ;燃燒反應(yīng)器3包括燃?xì)膺M(jìn)口 3A，空氣/氧氣進(jìn)口 3B，循環(huán)床料進(jìn)口 3C，煙氣/循環(huán)床料出口 3D ;急冷器4包括熱解氣體進(jìn)口 4A，冷卻介質(zhì)進(jìn)口 4D，冷凝的生物油出口 4B，不凝性氣體出口 4C ;給水加熱器5為間壁式換熱器，包括高溫?zé)煔膺M(jìn)口 5A、煙氣出口 5C、給水進(jìn)口 5B和水蒸氣出口 ;生物質(zhì)干燥器6為接觸式換熱器，包括煙氣進(jìn)口 6A、煙氣出口 6C、生物質(zhì)進(jìn)口 6B和干燥生物質(zhì)出口 6D ;其中，
輸料管9將熱解反應(yīng)器I的半焦出口 ID和氣化反應(yīng)器2的半焦進(jìn)口 2A連接，熱解反應(yīng)器I的熱解氣體出口 IC與第一旋風(fēng)除塵器7進(jìn)氣口連接，除塵后的熱解氣體通入急冷器4熱解氣體進(jìn)口 4A ;氣化反應(yīng)器2的氣體產(chǎn)物出口 2C與熱解反應(yīng)器I的氣體進(jìn)口 IB連接；返料管11將氣化反應(yīng)器2的循環(huán)床料出口 2D與燃燒反應(yīng)器3的循環(huán)床料進(jìn)口 3C相連；煙氣/循環(huán)床料出口 3D與第二旋風(fēng)除塵器8進(jìn)口連接，第二旋風(fēng)除塵器8的料腿10直接伸入燃燒反應(yīng)器3中；急冷器4的不凝性氣體出口 4C與燃燒反應(yīng)器3的燃?xì)膺M(jìn)口 3A相連；
第二旋風(fēng)除塵器8氣體出口 8B與給水加熱器5的高溫?zé)煔膺M(jìn)口 5A連接，給水加熱器5的煙氣出口 5C與生物質(zhì)干燥器6煙氣進(jìn)口 6A連接；給水加熱器5的水蒸氣出口直接與氣化反應(yīng)器2的水蒸氣進(jìn)口 2B連接；生物質(zhì)干燥器6出口 6D連接料倉(cāng)12，料倉(cāng)出口 12B通過(guò)下降管13和給料器14進(jìn)口相連，給料器14出口與熱解反應(yīng)器I進(jìn)口 IA直接連接。熱解反應(yīng)器I為噴動(dòng)流化床或者鼓泡流化床，熱解反應(yīng)器I氣體進(jìn)口 IB和生物質(zhì)進(jìn)料口 IA分別位于熱解反應(yīng)器I的下部；
氣化反應(yīng)器2為噴動(dòng)流化床或者鼓泡流化床，氣化反應(yīng)器2的水蒸氣進(jìn)口 2B位于氣化反應(yīng)器2的底部；
燃燒反應(yīng)器3為循環(huán)流化床，燃燒反應(yīng)器3的燃?xì)膺M(jìn)口 3A和空氣/氧氣進(jìn)口 3B分別位于燃燒反應(yīng)器3的下部。熱解反應(yīng)器I的半焦出口 1D，氣化反應(yīng)器2的半焦進(jìn)口 2A和循環(huán)床料出口 2D以及燃燒反應(yīng)器3的循環(huán)床料進(jìn)口 3C均位于各自反應(yīng)器的下部，且半焦出口 ID的位置高于半焦進(jìn)口 2A，循環(huán)床料出口 2D的位置高于循環(huán)床料進(jìn)口 3C。本發(fā)明還提供了一種生物質(zhì)制取生物油的方法，該方法包括如下步驟
步驟I :經(jīng)破碎、自然干燥的生物質(zhì)首先進(jìn)入生物質(zhì)干燥器6，將生物質(zhì)的含水量干燥到3%以下；
步驟2 :干燥后的生物質(zhì)通過(guò)作為中間儲(chǔ)罐的料倉(cāng)12經(jīng)下降管13由給料器14送入熱解反應(yīng)器1，在反應(yīng)溫度40(T6(KrC，還原性氣氛下發(fā)生快速熱解，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生成熱解氣和熱解半焦；
步驟3 :由熱解反應(yīng)器I半焦出口 ID的熱解半焦經(jīng)過(guò)輸料管9進(jìn)入氣化反應(yīng)器2，與氣化介質(zhì)水蒸氣在750 900°C發(fā)生氣化反應(yīng)，氣化產(chǎn)物為H2、CO和CO2 ;氣化產(chǎn)物被送入熱解反應(yīng)器1，使生物質(zhì)熱解在富氫的還原性氣氛下進(jìn)行，并同時(shí)提供熱解所需要的熱量；步驟4 由熱解反應(yīng)器I熱解氣體出口 IC的熱解氣體經(jīng)過(guò)第一旋風(fēng)除塵器7去除隨氣流攜帶的細(xì)小半焦顆粒后進(jìn)入急冷器4冷卻，熱解氣體冷卻后分離為生物油和不凝性氣體兩部分，其中生物油一部分作為產(chǎn)品輸出裝置，另一部分由急冷器4冷卻介質(zhì)進(jìn)口 4D送入急冷器4作為生物油的冷卻介質(zhì)；
步驟5 :急冷器4不凝性氣體出口 4C的不凝性氣體送入燃燒反應(yīng)器3與空氣/氧氣燃燒，加熱燃燒反應(yīng)器中作為熱載體的循環(huán)床料，燃燒反應(yīng)器3操作溫度控制在850 IOOO0C，循環(huán)床料由燃燒煙氣攜帶經(jīng)第二旋風(fēng)除塵器8的料腿10送入氣化反應(yīng)器2，為半焦氣化提供熱量；第二旋風(fēng)除塵器8氣體出口 SB的高溫?zé)煔庀韧ㄈ虢o水加熱器5，再送入生物質(zhì)干燥器6后排出裝置。所述的半焦氣化產(chǎn)物為富氫氣體，其中成分H2 :50% 70%、CO 5% 15%和CO215% 30%，熱解反應(yīng)器I的氣體入口溫度在700°C 850°C。
所述的給料器14和料倉(cāng)12之間的下降管13保持存有生物質(zhì)。所述的給水加熱器5出口水蒸氣溫度在450°C ^600°C。所述的急冷器4冷卻介質(zhì)為循環(huán)的生物油；急冷器4冷卻介質(zhì)入口 4D的生物油溫度控制在25°C以下。所述的生物質(zhì)干燥器6內(nèi)的操作溫度在80 200°C，煙氣出口 6C的排煙溫度在150°C以下。所述的生物質(zhì)為經(jīng)過(guò)自然干燥后的農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物等中的任一種或其任意組合，破碎后的生物質(zhì)粒徑在O. 5 5_。所述的循環(huán)床料為惰性的熱載體，包括灰渣、A1203、SiO2中的任一種。本發(fā)明的裝置包括熱解反應(yīng)器1，氣化反應(yīng)器2、燃燒反應(yīng)器3，急冷器4，給水加熱器5和生物質(zhì)干燥器6，旋風(fēng)除塵器7和8、輸料管9、返料管11、料倉(cāng)12、下降管13和給料器14以及連接管路組成。其中熱解反應(yīng)器I包括兩個(gè)進(jìn)口 生物質(zhì)進(jìn)料口 IA和氣體進(jìn)口 1B，以及兩個(gè)出口 熱解氣體出口 IC和半焦出口 ID ;氣化反應(yīng)器2包括一個(gè)半焦進(jìn)口 2A，一個(gè)水蒸氣進(jìn)口 2B，一個(gè)氣化產(chǎn)物出口 2C，一個(gè)循環(huán)床料出口 2D和一個(gè)排渣口 2E ；燃燒反應(yīng)器3包括有3個(gè)進(jìn)口和I個(gè)出口 燃?xì)膺M(jìn)口 3A，空氣/氧氣進(jìn)口 3B，循環(huán)床料進(jìn)口3C，煙氣/循環(huán)床料出口 3D ;急冷器包括熱解氣體進(jìn)口 4A，冷卻介質(zhì)進(jìn)口 4D，冷凝的生物油出口 4B，不凝性氣體出口 4C。其中輸料管9將熱解反應(yīng)器I的半焦出口 ID和氣化反應(yīng)器2的半焦進(jìn)口 2A連接，氣體產(chǎn)物出口 2C與熱解反應(yīng)器I的氣體進(jìn)口 IB通過(guò)管道連接；返料管11將氣化反應(yīng)器2的循環(huán)床料出口 2D與燃燒反應(yīng)器3的循環(huán)床料進(jìn)口 3C相連；燃燒反應(yīng)器3的煙氣/循環(huán)床料出口 3D與旋風(fēng)除塵器8氣體進(jìn)口 8A連接，旋風(fēng)除塵器8的料腿10直接伸入燃燒反應(yīng)器3中；熱解反應(yīng)器I的熱解氣體出口 IC與旋風(fēng)除塵器7進(jìn)氣口 7A連接，氣體出口 7B連接到急冷器4入口 4A，急冷器4的不凝性氣體出口 4C與燃燒反應(yīng)器3的燃?xì)膺M(jìn)口 3A相連；給水加熱器5為間壁式換熱器，包括高溫?zé)煔膺M(jìn)口 5A和中溫?zé)煔獬隹?C，給水進(jìn)口 5B和水蒸氣出口 ;生物質(zhì)干燥器6為接觸式換熱器，包括煙氣進(jìn)口 6A和煙氣出口 6C，生物質(zhì)進(jìn)口 6B和干燥生物質(zhì)出口 6D，其中旋風(fēng)除塵器8氣體出口 8B與給水加熱器5高溫?zé)煔膺M(jìn)口 5A連接，煙氣出口 5C與生物質(zhì)干燥器6煙氣進(jìn)口 6A連接；給水加熱器5水蒸氣出口直接與氣化反應(yīng)器2的水蒸氣進(jìn)口 2B連接；生物質(zhì)干燥器6的干燥生物質(zhì)出口 6D通過(guò)輸送管道與料倉(cāng)12連接，料倉(cāng)12出口 12B與下降管13上端連接，下降管13下端連接給料器14進(jìn)口 14A，給料器14出口 14B與熱解反應(yīng)器I的生物質(zhì)進(jìn)口 IA直接連接。另外，熱解反應(yīng)器I為噴動(dòng)流化床或者鼓泡流化床，氣體進(jìn)口 IB位于反應(yīng)器布風(fēng)板之下的底部，生物質(zhì)進(jìn)料口 IA位于反應(yīng)器下部布風(fēng)板之上；氣化反應(yīng)器2為噴動(dòng)流化床或者鼓泡流化床，水蒸氣進(jìn)口 2B位于氣化反應(yīng)器2布風(fēng)板之下的底部；燃燒反應(yīng)器3為循環(huán)流化床，燃?xì)膺M(jìn)口 3A和空氣/氧氣進(jìn)口 3B位于反應(yīng)器的下部；熱解反應(yīng)器I的半焦出口1D，氣化反應(yīng)器2的半焦進(jìn)口 2A和循環(huán)床料出口 2D以及燃燒反應(yīng)器3的循環(huán)床料進(jìn)口 3C均位于各自反應(yīng)器的下部，且出口 ID的位置高于進(jìn)口 2A，出口 2D的位置高于進(jìn)口 3C。在上述的裝置中，生物質(zhì)熱解制油的工藝過(guò)程如下經(jīng)自然干燥、破碎到O. 5-2_ 的生物質(zhì)如生物質(zhì)秸桿、林業(yè)木屑等，首先進(jìn)入生物質(zhì)干燥器6，利用系統(tǒng)煙氣余熱在80 200°C下進(jìn)行干燥，得到含水率低于3%的干燥生物質(zhì)。然后干燥后的生物質(zhì)進(jìn)入作為中間儲(chǔ)罐的料倉(cāng)12，經(jīng)下料管13通過(guò)給料器14送入熱解反應(yīng)器1，料倉(cāng)12和下料管13中的原料起到隔離生物質(zhì)干燥器6和熱解反應(yīng)器I氣體的作用，避免氣體竄混，另外通過(guò)調(diào)節(jié)給料器14的轉(zhuǎn)速，可調(diào)節(jié)裝置生物質(zhì)熱解制油的處理量。在熱解反應(yīng)器I中同時(shí)通入來(lái)自氣化反應(yīng)器2的氣化產(chǎn)物氣H2、⑶和CO2，生物質(zhì)在富氫的還原性氣氛下，40(T550°C范圍內(nèi)快速熱解，轉(zhuǎn)化為熱解氣體和半焦。熱解氣體經(jīng)熱解反應(yīng)器I上部出口 IC進(jìn)入旋風(fēng)除塵器7，去除攜帶的細(xì)小半焦顆粒后進(jìn)入急冷器4，旋風(fēng)除塵器7粉塵出口 7C的細(xì)小半焦顆粒排出裝置或者送入氣化反應(yīng)器2，熱解氣體在急冷器4中分離為可凝性產(chǎn)物生物油和不凝性氣體，生物油由急冷器4下部出口 4B輸出，其中生物油一部分作為產(chǎn)品輸出裝置，另一部分作為生物油的冷卻介質(zhì)由急冷器4入口 4D送入急冷器4 ;不凝性氣體經(jīng)急冷器4上部出口 4C輸出，經(jīng)氣體管路送入燃燒反應(yīng)器3。另外，熱解反應(yīng)器I出口的熱解半焦經(jīng)過(guò)輸料管9進(jìn)入氣化反應(yīng)器2，與氣化介質(zhì)水蒸氣在800 900°C發(fā)生氣化反應(yīng)，氣化產(chǎn)物為富氫氣體，其中含仏50% 70%、C0 5% 15%和CO2 15% 30% ；750 850°C的氣化產(chǎn)物氣被送入熱解反應(yīng)器1，使生物質(zhì)熱解在富氫的還原性氣氛下進(jìn)行，并同時(shí)提供熱解所需要的熱量，而半焦氣化所需熱量由氣化反應(yīng)器2與燃燒反應(yīng)器3之間的循環(huán)床料提供，即氣化反應(yīng)器2與燃燒反應(yīng)器3直接相連，來(lái)自急冷器4的不凝性氣體在燃燒反應(yīng)器3與空氣/氧氣燃燒，燃燒反應(yīng)器3操作溫度控制在85(Tl000°C，加熱燃燒反應(yīng)器中的循環(huán)床料，高溫循環(huán)床料由燃燒煙氣攜帶經(jīng)旋風(fēng)除塵器8的料腿10送入氣化反應(yīng)器2，循環(huán)床料作為熱載體為半焦氣化提供熱量，并在燃燒反應(yīng)器3和氣化反應(yīng)器2之間循環(huán)，所述的循環(huán)床料為灰渣、Al2O3或SiO2等惰性材料，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)半焦氣化的自供熱，并且將燃燒過(guò)程與氣化過(guò)程分開(kāi)，避免了惰性氣體和氧氣混入氣化產(chǎn)物氣中，從而為熱解反應(yīng)器提供含氫50%以上的富氫氣體。氣化反應(yīng)器2下部設(shè)有排渣口2E，裝置經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行后可從排渣口 2E排出部分灰渣和床料，保持反應(yīng)器內(nèi)床層高度的穩(wěn)定，且排出的灰渣和床料也可以混入氣化反應(yīng)器2出口的氣化產(chǎn)物氣一起送入熱解反應(yīng)器I。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書(shū)中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
參考文獻(xiàn)
1、[BridgwaterA.V. , Review of fast pyrolysis of biomass and productupgrading, Biomass and Bioenergyj 2012， 38: 68 - 94， Butler Eoinj DevlinGerj Meier Dietrich, McDonnell Kevin, A review of recent laboratory researchand commercial developments in fast pyrolysis and upgrading, Renewable andSustainable Energy Reviews, 2011， 15: 4171-4186]
2、Thangalazhy-GopakumarSuchithraj Adhikari Sushilj Gupta Ram B.， TuMaobingj Taylor Steven, Production of hydrocarbon fuels from biomass using catalytic pyrolysis under helium and hydrogen environments, BioresourceTechnology, 2011，102: 6742 - 6749; Mante Ofei D.，Agblevor F. A.，Oyama S. T.，McClung R.，The influence of recycling non—condensable gases in the fractionalcatalytic pyrolysis of biomass，Bioresource Technology，2012，111 :482-490]
3、ChoudharyT. V.， Phillips C. B.，Renewable fuels via catalytichydrodeoxygenation, Applied Catalysis A: General, 2011，397 : I - 12; DemirbasAyhan,Competitive liquid biofuels from biomass，Applied Energy ,2011, 88: 17 -28
4、WangYuxinj He Taoj Liu Kaituoj Wu Jinhuj Fang Yunmingj From biomass toadvanced bio-fuel by catalytic pyrolysis/hydro-processing: Hydrodeoxygenationof bio-oil derived from biomass catalytic pyrolysis, Bioresource Technology,2012,108: 280 - 28權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)制取生物油的裝置，其特征在于該裝置包括熱解反應(yīng)器(1)，氣化反應(yīng)器(2)、燃燒反應(yīng)器(3)，急冷器(4)，給水加熱器(5)和生物質(zhì)干燥器(6)，第一旋風(fēng)除塵器(7)和第二旋風(fēng)除塵器(8)、輸料管(9)、返料管(11)、料倉(cāng)(12)、下降管(13)和給料器(14)，以及連接管路；其中， 熱解反應(yīng)器(I)包括生物質(zhì)進(jìn)料口(IA)和氣體進(jìn)口(1B)，以及熱解氣體出口(IC)和半焦出口(ID);氣化反應(yīng)器(2)包括半焦進(jìn)口(2A)、水蒸氣進(jìn)口(2B)、氣體產(chǎn)物出口(2C)、循環(huán)床料出口(2D)和排渣口(2E);燃燒反應(yīng)器(3)包括燃?xì)膺M(jìn)口(3A)，空氣/氧氣進(jìn)口(3B)，循環(huán)床料進(jìn)口(30，煙氣/循環(huán)床料出口(3D);急冷器(4)包括熱解氣體進(jìn)口(4A)，冷卻介質(zhì)進(jìn)口(4D)，冷凝的生物油出口(4B)，不凝性氣體出口(4C);給水加熱器(5)為間壁式換熱器，包括高溫?zé)煔膺M(jìn)口(5A)、煙氣出口(50、給水進(jìn)口(58)和水蒸氣出口(5D);生物質(zhì)干燥器(6)為接觸式換熱器，包括煙氣進(jìn)口(6A)、煙氣出口(6C)、生物質(zhì)進(jìn)口(6B)和干燥生物質(zhì)出口(6D);其中， 輸料管(9)將熱解反應(yīng)器(I)的半焦出口(ID)和氣化反應(yīng)器(2)的半焦進(jìn)口(2A)連接，熱解反應(yīng)器(I)的熱解氣體出口( 1C)與第一旋風(fēng)除塵器(7)進(jìn)氣口連接，除塵后的熱解氣體通入急冷器(4)熱解氣體進(jìn)口(4A);氣化反應(yīng)器(2)的氣體產(chǎn)物出口(2C)與熱解反應(yīng)器(I)的氣體進(jìn)口(IB)連接； 返料管(11)將氣化反應(yīng)器(2)的循環(huán)床料出口(2D)與燃燒反應(yīng)器(3)的循環(huán)床料進(jìn)口(3C)相連；煙氣/循環(huán)床料出口(3D)與第二旋風(fēng)除塵器(8)進(jìn)口連接，第二旋風(fēng)除塵器(8)的料腿(10)直接伸入燃燒反應(yīng)器(3)中；急冷器(4)的不凝性氣體出口(4C)與燃燒反應(yīng)器(3)的燃?xì)膺M(jìn)口(3A)相連； 第二旋風(fēng)除塵器(8)氣體出口(8B)與給水加熱器(5)的高溫?zé)煔膺M(jìn)口(5A)連接，給水加熱器(5)的煙氣出口(5C)與生物質(zhì)干燥器(6)煙氣進(jìn)口(6A)連接；給水加熱器(5)的水蒸氣出口(5D)直接與氣化反應(yīng)器(2)的水蒸氣進(jìn)口(2B)連接；生物質(zhì)干燥器(6)出口(6D)連接料倉(cāng)(12)，料倉(cāng)出口(12B)通過(guò)下降管(13)和給料器(14)進(jìn)口相連，給料器(14)出口與熱解反應(yīng)器(I)進(jìn)口( 1A)直接連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物質(zhì)制取生物油的裝置，其特征在于熱解反應(yīng)器(I)為噴動(dòng)流化床或者鼓泡流化床，熱解反應(yīng)器(I)氣體進(jìn)口( 1B)和生物質(zhì)進(jìn)料口( 1A)分別位于熱解反應(yīng)器(I)的下部； 氣化反應(yīng)器(2)為噴動(dòng)流化床或者鼓泡流化床，氣化反應(yīng)器(2)的水蒸氣進(jìn)口(2B)位于氣化反應(yīng)器(2)的底部； 燃燒反應(yīng)器(3)為循環(huán)流化床，燃燒反應(yīng)器(3)的燃?xì)膺M(jìn)口(3A)和空氣/氧氣進(jìn)口(3B)分別位于燃燒反應(yīng)器(3)的下部 熱解反應(yīng)器(I)的半焦出口(1D)，氣化反應(yīng)器(2)的半焦進(jìn)口(2A)和循環(huán)床料出口(2D)以及燃燒反應(yīng)器(3 )的循環(huán)床料進(jìn)口( 3C)均位于各自反應(yīng)器的下部，且半焦出口( ID)的位置高于半焦進(jìn)口(2A)，循環(huán)床料出口(2D)的位置高于循環(huán)床料進(jìn)口(3C)。
3.—種生物質(zhì)制取生物油的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 步驟I :經(jīng)破碎、自然干燥的生物質(zhì)首先進(jìn)入生物質(zhì)干燥器(6)，將生物質(zhì)的含水量干燥到3%以下； 步驟2 :干燥后的生物質(zhì)通過(guò)作為中間儲(chǔ)罐的料倉(cāng)(12)經(jīng)下降管(13)由給料器(14)送入熱解反應(yīng)器(1)，在反應(yīng)溫度40(T6(Krc，還原性氣氛下發(fā)生快速熱解，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生成熱解氣和熱解半焦； 步驟3 :由熱解反應(yīng)器(I)半焦出口(ID)的熱解半焦經(jīng)過(guò)輸料管(9)進(jìn)入氣化反應(yīng)器(2)，與氣化介質(zhì)水蒸氣在750 900°C發(fā)生氣化反應(yīng)，氣化產(chǎn)物為H2、CO和CO2 ;氣化產(chǎn)物被送入熱解反應(yīng)器(1)，使生物質(zhì)熱解在富氫的還原性氣氛下進(jìn)行，并同時(shí)提供熱解所需要的熱量； 步驟4 :由熱解反應(yīng)器(I)熱解氣體出口(IC)的熱解氣體經(jīng)過(guò)第一旋風(fēng)除塵器(7)去除隨氣流攜帶的細(xì)小半焦顆粒后進(jìn)入急冷器(4)冷卻，熱解氣體冷卻后分離為生物油和不凝性氣體兩部分，其中生物油一部分作為產(chǎn)品輸出裝置，另一部分由急冷器(4)冷卻介質(zhì)進(jìn)口(4D)送入急冷器(4)作為生物油的冷卻介質(zhì)； 步驟5 :急冷器(4)不凝性氣體出口(4C)的不凝性氣體送入燃燒反應(yīng)器(3)與空氣/氧氣燃燒，加熱燃燒反應(yīng)器中作為熱載體的循環(huán)床料，燃燒反應(yīng)器(3)操作溫度控制在850 1000°C，循環(huán)床料由燃燒煙氣攜帶經(jīng)第二旋風(fēng)除塵器(8)的料腿(10)送入氣化反應(yīng)器(2)，為半焦氣化提供熱量；第二旋風(fēng)除塵器(8)氣體出口(SB)的高溫?zé)煔庀韧ㄈ虢o水加熱器(5)，再送入生物質(zhì)干燥器(6)后排出裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)制取生物油的方法，其特征在于，所述的半焦氣化產(chǎn)物為富氫氣體，其中成分H2 :50% 70%、C0 5% 15%和CO2 15% 30%，熱解反應(yīng)器(I)的氣體入口溫度在700°C 850°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)制取生物油的方法，其特征在于，所述的給料器(14)和料倉(cāng)(12)之間的下降管(13)保持存有生物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)制取生物油的方法，其特征在于，所述的給水加熱器(5)出口水蒸氣溫度在450°C 600°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)制取生物油的方法，其特征在于，所述的急冷器(4)冷卻介質(zhì)為循環(huán)的生物油；急冷器(4)冷卻介質(zhì)入口(4D)的生物油溫度控制在25°C以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)制取生物油的方法，其特征在于，所述的生物質(zhì)干燥器(6)內(nèi)的操作溫度在80 200°C，煙氣出口(6C)的排煙溫度在150°C以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)制取生物油的方法，其特征在于，所述的生物質(zhì)為經(jīng)過(guò)自然干燥后的農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物等中的任一種或其任意組合，破碎后的生物質(zhì)粒徑在O. 5 5mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)制取生物油的方法，其特征在于，所述的循環(huán)床料為惰性的熱載體，包括灰渣、A1203、SiO2中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種生物質(zhì)制取生物油的裝置及其方法，該裝置包括熱解反應(yīng)器(1)，氣化反應(yīng)器(2)、燃燒反應(yīng)器(3)，急冷器(4)。該方法包括如下步驟，步驟1經(jīng)破碎、自然干燥的生物質(zhì)首先進(jìn)入生物質(zhì)干燥器(6)，將生物質(zhì)的含水量干燥到3％以下；步驟2干燥后的生物質(zhì)通過(guò)作為中間儲(chǔ)罐的料倉(cāng)(12)經(jīng)下降管(13)由給料器(14)送入熱解反應(yīng)器(1)，在反應(yīng)溫度400~600℃，還原性氣氛下發(fā)生快速熱解，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生成熱解氣和熱解半焦；步驟3由熱解反應(yīng)器(1)半焦出口(1D)的熱解半焦經(jīng)過(guò)輸料管(9)進(jìn)入氣化反應(yīng)器(2)。本發(fā)明不僅在熱解過(guò)程有效脫氧，提高生物油品質(zhì)，而且系統(tǒng)能源效率高。
文檔編號(hào)C10B57/10GK102703098SQ20121017000
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者沈來(lái)宏, 肖軍 申請(qǐng)人:東南大學(xué)