生物質(zhì)熱解制油的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)熱解制油的方法，包括以下步驟：（1）將生物質(zhì)原料粉碎，干燥；（2）干燥石英砂；（3）將石英砂裝入流化床中；（4）控制流化床溫度，以預(yù)熱氮?dú)饣蚧厥諝鉃檩d氣持續(xù)吹掃流化床，使流化床內(nèi)為無氧氣氛，控制壓力；（5）通過螺旋給料器并同時通入氮?dú)鉃榇盗巷L(fēng)將生物質(zhì)原料顆粒通入流化床內(nèi)發(fā)生熱解反應(yīng)，使物料呈流化狀態(tài)；（6）熱解反應(yīng)的產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出殘?zhí)吭筮M(jìn)入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝氣體；不可凝氣體一部分經(jīng)氣體燃燒器燃燒，用于流化床加熱和預(yù)熱器加熱，另一部分作為回收氣。本發(fā)明的方法可用于處理所有農(nóng)業(yè)廢棄物；生物油產(chǎn)率較高。副產(chǎn)物不可凝氣體可回收利用。無廢渣、廢水、廢氣排放。
【專利說明】生物質(zhì)熱解制油的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源能源化利用【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及通過快速熱解方法將秸桿、稻殼、甘蔗渣等農(nóng)業(yè)廢棄物類生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為生物油的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今社會，隨著人口的膨脹以及工業(yè)化進(jìn)程的加快，對能源產(chǎn)生了巨大需求，造成化石能源的大規(guī)模開采利用，導(dǎo)致化石能源的日益削弱、退化，同時還造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，使人與自然的和諧平衡遭到了極大的破壞，威脅著經(jīng)濟(jì)社會的良性發(fā)展。因此，在當(dāng)今這種化石能源逐漸枯竭、環(huán)境壓力日益加重、石油需求不斷上漲以及世界能源爭奪戰(zhàn)愈演愈烈的情況下，全球各國紛紛都在尋求和開發(fā)可再生能源。生物質(zhì)能的開發(fā)和利用是可再生能源研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，它是指以生物質(zhì)為載體的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量形式。生物質(zhì)通過快速熱解的工藝方法可生產(chǎn)用于替代化石燃料的生物油產(chǎn)品，同時副產(chǎn)炭產(chǎn)品及高熱值生物質(zhì)燃?xì)?。生物油作為唯一一種可再生、清潔的替代液體燃料，通過油品精制工藝生產(chǎn)運(yùn)輸用替代燃料，它的開發(fā)和利用不僅避免了因秸桿燃燒污染環(huán)境的問題，對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、保障能源安全也有著重要意義，
[0003]農(nóng)業(yè)廢棄物類生物質(zhì)資源以秸桿、稻殼、甘蔗渣等為主，其快速熱解技術(shù)以生產(chǎn)生物油為主要目的。該工藝過程在常壓高溫、密閉隔氧、高加熱速率的條件下進(jìn)行，通過急冷技術(shù)收集生物油產(chǎn)品，生產(chǎn)過程中伴有氣體、炭顆粒等副產(chǎn)品生成。生物油的直接燃料用途為鍋爐用或發(fā)電機(jī)用燃料；也可作為化工品原料用于提取糠醛、丙酮、苯酚等高附加值化工產(chǎn)品；其經(jīng)升級改質(zhì)工藝還可成為運(yùn)輸用燃料，作為化石燃油的替代品。
[0004]目前所有報道的研究成果顯示，生物油的生產(chǎn)方法都是基于熱解的原理。生物油生產(chǎn)設(shè)備通常由原料預(yù) 處理設(shè)備、產(chǎn)油反應(yīng)器、氣固分離設(shè)備、冷凝設(shè)備等四個主要部分組成。原料預(yù)處理設(shè)由粉碎機(jī)和烘干機(jī)組成。對于產(chǎn)油反應(yīng)器，現(xiàn)有文獻(xiàn)顯示，國內(nèi)外研究人員開發(fā)并利用的反應(yīng)器有固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器、燒蝕反應(yīng)器、下降管式反應(yīng)器、平行管式反應(yīng)器、回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器等，這些反應(yīng)器都可用于生產(chǎn)生物油，但由于各反應(yīng)器的制造結(jié)構(gòu)、進(jìn)料方式、傳熱方式、加熱方式以及需要控制的反應(yīng)參數(shù)不同，造成了其具有不能連續(xù)進(jìn)料、不能對原料快速加熱，不能快速導(dǎo)出熱解產(chǎn)生的高溫油氣等硬性技術(shù)缺陷，影響其產(chǎn)油性能；氣固分離裝置通常采用旋風(fēng)分離器，用于分離熱解氣體和殘?zhí)?；冷凝設(shè)備用于收集生物油，其設(shè)計是否達(dá)到驟冷的效果，會直接影響生物油的產(chǎn)率。
[0005]作為新能源及可再生能源工業(yè)，生物油的生產(chǎn)工藝必須滿足性能穩(wěn)定、節(jié)能減排、清潔高效的連續(xù)生產(chǎn)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定的生物質(zhì)熱解制油的方法。[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下:
[0008]生物質(zhì)熱解制油的方法，包括以下步驟:
[0009]( I)將生物質(zhì)原料粉碎成粒徑小于20目的顆粒，干燥使其含水量低于5wt%，防潮保存；
[0010](2)干燥粒徑在20目-50目的石英砂使其含水量小于0.lwt% ；
[0011](3)將步驟(2)獲得的石英砂裝入流化床中；
[0012](4)控制流化床溫度為480~580°C，以經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至250_350°C的氮?dú)饣蚧厥諝鉃檩d氣持續(xù)吹掃流化床，使流化床內(nèi)為無氧氣氛，壓力控制在0.1~0.2MPa ；
[0013](5)通過螺旋給料器并同時通入氮?dú)鉃榇盗巷L(fēng)將步驟(1)獲得的生物質(zhì)原料顆粒通入流化床內(nèi)發(fā)生熱解反應(yīng)，所述吹料風(fēng)與載氣的流量比為1:4-5，使物料呈流化狀態(tài)；
[0014](6)熱解反應(yīng)的產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出殘?zhí)吭筮M(jìn)入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝氣體；不可凝氣體一部分經(jīng)氣體燃燒器燃燒，用于流化床加熱和預(yù)熱器加熱，另一部分作為回收氣。
[0015]生物質(zhì)原料為秸桿、稻殼、甘蔗渣、玉米芯、蘆竹、微藻、椰子殼或木屑。
[0016]冷凝器冷流介質(zhì)的溫度優(yōu)選為-5~I (TC。
[0017]優(yōu)選的是螺旋給料器外表面設(shè)置有冷卻水夾套。
[0018]優(yōu)選的冷凝器為盤管式冷凝器。
`[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0020]1.本發(fā)明的方法可用于處理所有農(nóng)業(yè)廢棄物類生物質(zhì)，如秸桿、稻殼、甘蔗渣等，也可處理各種農(nóng)業(yè)廢棄物的混合物,對原料的適應(yīng)性強(qiáng)。
[0021]2.本發(fā)明的方法生物油產(chǎn)率可達(dá)到55wt%~65wt%。
[0022]3.在螺旋給料器外表面最好設(shè)置有冷卻水夾套，解決了生物質(zhì)原料受熱易粘結(jié)堵塞管道的技術(shù)問題。
[0023]4.優(yōu)選的冷凝器為盤管式冷凝器，其具有換熱面積大、換熱效率高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)急冷的技術(shù)要求，保證了生物油的高產(chǎn)率。
[0024]5.本發(fā)明的方法，將副產(chǎn)物不可凝氣體燃燒給流化床和預(yù)熱器提供熱量；不可凝氣體還可以經(jīng)循環(huán)回收作為載氣。
[0025]6.本發(fā)明的方法無廢洛、廢水、廢氣等污染物排放,屬于節(jié)能環(huán)保工藝。
[0026]7.本發(fā)明的方法僅在開工階段消耗化石能源給反應(yīng)器加熱以及利用氮?dú)庾鳛檩d氣，工藝流程穩(wěn)定后用回收氣，以自供給方式運(yùn)行。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。此處描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028]實(shí)施例1
[0029]生物質(zhì)熱解制油的方法，包括以下步驟:
[0030]( I)將蘆竹粉碎成粒徑小于20目的顆粒，干燥使其含水量低于5wt%，防潮保存；
[0031](2)干燥粒徑在50目的石英砂使其含水量小于0.lwt% ；
[0032](3)將步驟(2)獲得的石英砂裝入流化床中；[0033](4)控制流化床溫度為480°C，以經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至350°C的氮?dú)鉃檩d氣持續(xù)吹掃流化床，使流化床內(nèi)為無氧氣氛，壓力控制在0.1MPa ；
[0034](5)通過螺旋給料器并同時通入氮?dú)鉃榇盗巷L(fēng)將步驟(1)獲得的蘆竹顆粒通入流化床內(nèi)發(fā)生熱解反應(yīng)，吹料風(fēng)與載氣的流量比為1:4，使物料呈流化狀態(tài)；
[0035](6)熱解反應(yīng)的產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出殘?zhí)吭筮M(jìn)入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝氣體；不可凝氣體一部分經(jīng)氣體燃燒器燃燒，用于流化床加熱和預(yù)熱器加熱，另一部分作為回收氣替代步驟(4)中的氮?dú)?。冷凝器冷流介質(zhì)的溫度為_5°C。
[0036]還可以在螺旋給料器外表面設(shè)置有冷卻水夾套。冷凝器為盤管式冷凝器。
[0037]用麥秸桿、玉米芯、椰子殼或木屑替代實(shí)施例1的蘆竹，其它同實(shí)施例1，可以制備出生物油。
[0038]實(shí)施例2[0039]生物質(zhì)熱解制油的方法，包括以下步驟:
[0040]( I)將稻殼粉碎成粒徑小于20目的顆粒，干燥使其含水量低于5wt%，防潮保存；
[0041](2)干燥粒徑在30目的石英砂使其含水量小于0.lwt% ；
[0042](3)將步驟(2)獲得的石英砂裝入流化床中；
[0043](4)控制流化床溫度為500°C，以經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至300°C的氮?dú)鉃檩d氣持續(xù)吹掃流化床，使流化床內(nèi)為無氧氣氛，壓力控制在0.1MPa ；
[0044](5)通過螺旋給料器并同時通入氮?dú)鉃榇盗巷L(fēng)將步驟(1)獲得的稻殼顆粒通入流化床內(nèi)發(fā)生熱解反應(yīng)，吹料風(fēng)與載氣的流量比為1:4，使物料呈流化狀態(tài)；
[0045](6)熱解反應(yīng)的產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出殘?zhí)吭筮M(jìn)入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝氣體；不可凝氣體一部分經(jīng)氣體燃燒器燃燒，用于流化床加熱和預(yù)熱器加熱，另一部分作為回收氣替代步驟(4)中的氮?dú)狻＠淠骼淞鹘橘|(zhì)的溫度為0°C。
[0046]還可以在螺旋給料器外表面設(shè)置有冷卻水夾套。冷凝器為盤管式冷凝器。
[0047]用氮?dú)馓娲襟E(4)的回收氣為載氣，其它同本實(shí)施例，能夠制備出生物油和不可凝氣體；
[0048]實(shí)施例3
[0049]生物質(zhì)熱解制油的方法，包括以下步驟:
[0050]( I)將甘蔗渣粉碎成粒徑小于20目的顆粒，干燥使其含水量低于5wt%，防潮保存；
[0051](2)干燥粒徑在40目的石英砂使其含水量小于0.lwt% ；
[0052](3)將步驟(2)獲得的石英砂裝入流化床中；
[0053](4)控制流化床溫度為540°C，以經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至280°C的氮?dú)鉃檩d氣持續(xù)吹掃流化床，使流化床內(nèi)為無氧氣氛，壓力控制在0.2MPa ；
[0054](5)通過螺旋給料器并同時通入氮?dú)鉃榇盗巷L(fēng)將步驟(1)獲得的甘蔗渣顆粒通入流化床內(nèi)發(fā)生熱解反應(yīng)，吹料風(fēng)與載氣的流量比為1:5，使物料呈流化狀態(tài)；
[0055](6)熱解反應(yīng)的產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出殘?zhí)吭筮M(jìn)入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝氣體；不可凝氣體一部分經(jīng)氣體燃燒器燃燒，用于流化床加熱和預(yù)熱器加熱，另一部分作為回收氣替代步驟(4)中的氮?dú)?。冷凝器冷流介質(zhì)的溫度為5°C。
[0056]實(shí)施例4
[0057]生物質(zhì)熱解制油的方法，包括以下步驟:[0058](I)將微藻粉碎成粒徑小于20目的顆粒，干燥使其含水量低于5wt%，防潮保存；
[0059](2)干燥粒徑在20目的石英砂使其含水量小于0.lwt% ；
[0060](3)將步驟(2)獲得的石英砂裝入流化床中；
[0061](4)控制流化床溫度為580°C，以經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至250°C的氮?dú)鉃檩d氣持續(xù)吹掃流化床，使流化床內(nèi)為無氧氣氛，壓力控制在0.2MPa ；
[0062](5)通過螺旋給料器并同時通入氮?dú)鉃榇盗巷L(fēng)將步驟(1)獲得的生物質(zhì)原料顆粒通入流化床內(nèi)發(fā)生熱解反應(yīng)，吹料風(fēng)與載氣的流量比為1:5，使物料呈流化狀態(tài)；
[0063](6)熱解反應(yīng)的產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出殘?zhí)吭筮M(jìn)入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝氣體；不可凝氣體一部分經(jīng)氣體燃燒器燃燒，用于流化床加熱和預(yù)熱器加熱，另一部分作為回收氣替代步驟(4)中的氮?dú)狻?br> [0064]冷凝器冷流介質(zhì)的溫度為10°C。
[0065]各實(shí)施例制備的生物油具有以下特征見表1:
[0066]表1生物油典型特征
[0067]
【權(quán)利要求】
1.生物質(zhì)熱解制油的方法，其特征是包括以下步驟: (1)將生物質(zhì)原料粉碎成粒徑小于20目的顆粒，干燥使其含水量低于5wt%，防潮保存； (2)干燥粒徑在20目-50目的石英砂使其含水量小于0.lwt% ； (3)將步驟(2)獲得的石英砂裝入流化床中； (4)控制流化床溫度為480~580°C，以經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至250-350°C的氮?dú)饣蚧厥諝鉃檩d氣持續(xù)吹掃流化床，使流化床內(nèi)為無氧氣氛，壓力控制在0.1~0.2MPa ； (5)通過螺旋給料器并同時通入氮?dú)鉃榇盗巷L(fēng)將步驟(1)獲得的生物質(zhì)原料顆粒通入流化床內(nèi)發(fā)生熱解反應(yīng)，所述吹料風(fēng)與載氣的流量比為1:4-5，使物料呈流化狀態(tài)； (6)熱解反應(yīng)的產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出殘?zhí)吭筮M(jìn)入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝氣體；不可凝氣體一部分經(jīng)氣體燃燒器燃燒，用于流化床加熱和預(yù)熱器加熱，另一部分作為回收氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)熱解制油的方法，其特征是所述生物質(zhì)原料為秸桿、稻殼、甘蔗渣、玉米芯、蘆竹、微藻、椰子殼或木屑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)熱解制油的方法，其特征是所述冷凝器冷流介質(zhì)的溫度為-5~10°C。
4 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)熱解制油的方法，其特征是螺旋給料器外表面設(shè)置有冷卻水夾套。
【文檔編號】C10G1/00GK103849410SQ201410078694
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】陳冠益, 馬文超, 顏蓓蓓, 陳鴻, 張梟雄, 楊會軍 申請人:天津大學(xué)