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Abstract

本发明涉及一种生物质加工方法，有效解决生物质的裂解及产物的分离，裂解木焦油的二次加工及裂解热量的来源问题，其方法是，生物质干燥粉碎后进入裂解反应器，裂解炭化成木炭和油气产物，木炭从下部出气口一部分进入气化器，与空气反应生成一氧化碳，木炭另一部分进入木炭储罐供二次加工使用，油气夹带炭粉尘依次通过沉降室、旋分分离器、丝网过滤器分离炭粉尘后进入分馏塔分馏，得中热值气体，木醋液和木焦油，中热值气体与气化器内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油则进入加氢反应器，用氢催化剂加氢处理，经过加氢反应生成加氢产物，本发明工艺简单，环保，节省能源。

Description

一种生物质加工方法
一、技术领域
本发明涉及农业化工领域，特别是一种生物质加工方法。
二、背景技术
生物质(如农业秸杆、木材等)是可再生的能源，利用加热裂解、结合二次加工工艺可以将生物质转化为炭、液体燃料油和气体，从而得到人类生产生活所需要的燃料和化工产品，目前，典型具有商业化生产潜力的裂解工艺包括文献(Diebold J P，Czernik S，Scahill J W，Philips S D，Feik C J.Hot-gas filtration toremove char from pyrolysis vapours produced in the vortex reactor at NREL.In：Milne T A，editor.Biomass Pyrolysis Oil Properties and Combustion Meeting.NREL，1994，p.90～108)提到的烧蚀涡流反应器工艺，生物质裂解后的固体和气体产物在反应器外用适当的装置分离；另一文献(Wagenaar B M，Kuipers J A M，Prins W，Van Swaaij W P M.The rotating cone flash pyrolysis reactor.Blacltie Academicand Professional，1994，vol.2：1122～1133)还提到了一种旋转锥反应器工艺；还有文献(B.Scholze，C.Hanser，D.Meier.Characterization of the water-insolublefraction from fast pymlysis liquids(pyrolytic lignin)Part II.GPC，carbonyl goups，and13C-NMR Joumal of Analytical andApplied Pyrolysis58-59(2001)387-400.)提到流化床反应器工艺，这些工艺技术只重视了生物质裂解加工工艺的裂解部分，部分考虑到了裂解产物的气固分离问题，没有考虑到裂解木焦油的二次加工及裂解热量的来源问题，故改进势在必行。
三、发明内容
针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种生物质加工方法，可有效解决生物质的裂解及产物的分离，裂解木焦油的二次加工及裂解热量的来源问题，其解决的技术方案是，生物质经干燥粉碎后进入裂解反应器，在500～800℃下裂解炭化成木炭和油气产物，得产物以重量百分比计的油气30-70％、其中含炭粉尘5％左右和木炭30-70％，木炭从下部出气口一部分进入气化器，在700-1200℃下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣由下部排渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，木炭另一部分进入木炭储罐供二次加工使用，油气夹带炭粉尘在250℃以上保温状态下，依次通过沉降室、旋分分离器、丝网过滤器分离炭粉尘后进入分馏塔分馏，塔顶温度40℃以下，塔底温度200℃以上，木醋液出口温度85-95℃，分馏得以重量计的中热值气体1/3，木醋液和木焦油2/3(木醋液和木焦油含量因不同原料其各多少是不同的，但木醋液与木焦油混合物占2/3重量)，中热值气体与气化器内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油则进入加氢反应器，反应压力在0.1～20MPa，300-500℃下，用氢催化剂加氢处理，以氢：木焦油体积比为1000-10000：1，经过加氢反应生成加氢产物，加氢产物分馏后得液化气、汽油和柴油的混合物。本发明工艺简单，清洁、环保，无污染，节省了大量的能源，是化工领域内的一个创新。
四、附图说明
附图为本发明的工艺流程图。
五、具体实施方式
以下结合实际情况对本发明的具体实施方式作详细说明。
由附图给出，本发明***处理能力设计为1吨/小时，进料速率1吨/小时，生物质10经干燥粉碎后进入裂解反应器1，在650℃下裂解炭化，得产物：以重量百分比计的油气炭粉尘混合物45％和木炭55％，木炭一部分从下部出气口进入气化器7，在950℃下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣从下部排渣管11排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，木炭另一部分进入木炭储罐8供二次加工使用；油气夹带炭粉尘在260℃保温状态下，依次通过沉降室2、旋分分离器3、丝网过滤器4分离炭粉尘后进入分馏塔5分馏，塔顶温度35℃，，塔底温度250℃，木醋液出口温度90℃，分馏得以重量计的中热值气体1/3，木醋液和木焦油2/3，其中，中热值气体与气化器7内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器1，供裂解反应器1作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐9供二次加工用，木焦油送入加氢反应器6，反应压力在10MPa，400℃下，用钴或钼作氢催化剂加氢处理，以氢：木焦油体积比为1000-10000：1，反应生成加氢产物，加氢产物分馏后得液化气、汽油和柴油的混合物。
本发明主要产物包括木炭、木醋液、木焦油加氢产物；所说的裂解反应器是由金属材料或陶瓷材料制成，反应温度为500～800℃，可以是市售的移动床裂解炉、流化床裂解炉等目前所采用的生物质裂解反应器，加热方式为燃气加热，使用的燃气为生物质裂解产生的中热值气体(主要可燃成分为氢气、甲烷、一氧化碳)和裂解产物炭经气化后获得的一氧化碳；所说的沉降室2、旋分分离器3、丝网过滤器4为高温油气除尘***，可以是一个，也可是多个并联或串联操作的，其中沉降室2，旋分分离器3可以与裂解反应器1加工成一体的结构，旋风分离器可以设计安装在沉降室内部，也可以根据需要用沉降室，旋分分离器，丝网过滤器三种设备中的一种或集中进行组合形成除尘***，整个除尘***需要保温，保持内部温度250℃以上；所说的分流塔5可以是板式塔或填料塔，塔顶有冷凝器，塔底有或无再沸器；所说的分馏塔不但可以将除尘后的高温油气分离成中热值气体、木醋液、木焦油，还可以增加侧线，将其中的木醋液和木焦油进一步切割成不同温度范围的馏分；所说的加氢反应器6，可以是低压、中压或高压加氢反应器，内部装填有催化剂，所说的催化剂为钴、钼、镍、钨中的任何一种，也可以是铂、铼的贵金属催化剂；所说的加氢产物可以进一步利用与分流塔5同样的分馏塔分馏成液化气、汽油、柴油等燃料油；所说的气化器7为市售的移动床反应器，使用的原料为裂解产生的炭、空气和水，产生的残渣与木醋液一起作为原料加工成有机肥料；所说的生物质为农业秸秆和木材，其中农业秸秆包括玉米秸秆、棉花秸秆、花生壳、黄豆秸秆等，木材包括各种树木及其木屑、锯末等。
实施例1
本发明以棉花秸秆为原料，粉碎后粒度<5mm，含水量<15％，***处理能力设计为1吨/小时，进料速率1吨/小时，送入移动床裂解炉(反应器)，裂解温度650℃，裂解生成木炭和含有炭粉尘的油气，油气中含炭粉尘约5％，每小时产重量计的木炭350kg，其中50kg木炭从下部出气口进入气化器7，在850℃下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣从下部排渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，得炭300kg，重量计的650kg油气夹带炭粉尘在270℃保温状态下，依次通过沉降室2、旋分分离器3、丝网过滤器4，分离粉尘(粉尘32.5kg)后进入分馏塔5分馏，塔顶温度30℃，塔底温度280℃，木醋液出口温度95℃，分馏得重量计的中热值气体367.5kg/小时或写为体积(300m3/小时)，木醋液200kg/小时，木焦油50kg/小时，其中，中热值气体与气化器7内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油送入加氢反应器6，反应压力在8Mpa，用钴或钼作氢催化剂在350℃加氢处理，以氢：木焦油体积比为1000-10000：1(立方米)，得到重量计的加氢产物48kg/小时，分馏后得重量计的液化气10kg/小时，汽油馏分12kg/小时，柴油馏分26kg/小时；要指出的是木焦油在加氢及催化剂作用及反应下，有部分木焦油在反应中生成了水和催化剂一起被排出，故加氢产物小于木焦油量，以下同。
实施例2
本发明可以锯末为原料，粉碎后粒度<1mm，含水量<15％，***处理能力设计为1吨/小时，进料速率1吨/小时，送入流化床裂解炉(反应器)，裂解温度600℃，每小时产重量计的炭320kg，其中80kg木炭从下部出气口进入气化器7，在1000℃下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣从下部排渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，得炭240kg，重量计的600kg油气夹带炭粉尘在300℃保温状态下，依次通过沉降室2、旋分分离器3、丝网过滤器4，分离粉尘(粉尘30kg)后进入分馏塔5分馏，塔顶温度25℃，塔底温度300℃，木醋液出口温度85℃，分馏得重量计的中热值气体290kg/小时或写为体积(220m3/小时)，木醋液180kg/小时，木焦油100kg/小时，其中，中热值气体与气化器7内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油送入加氢反应器6，反应压力在5MPa，用钴或钼作氢催化剂在430℃加氢处理，以氢：木焦油体积比为1000-10000：1(立方米)，得到重量计的加氢产物900kg/小时，分馏后得重量计的液化气20kg/小时，汽油馏分30kg/小时，柴油馏分40kg/小时。
实施例3
本发明还可以锯末为原料，粉碎后粒度<1mm，含水量<10％，***处理能力设计为1吨/小时，进料速率1吨/小时，送入移动床裂解炉，裂解温度680℃，每小时产重量计的炭300kg，其中80kg木炭从下部出气口进入气化器7，在1100℃下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣从下部排渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，得炭220kg，重量计的700kg油气夹带炭粉尘在320℃保温状态下，依次通过沉降室2、旋分分离器3、丝网过滤器4，分离粉尘(粉尘35kg)后进入分馏塔5，塔顶温度20℃，塔底温度350℃，木醋液出口温度88℃，分馏得以重量计的中热值气体245kg/小时或写为体积(180m3/小时)，木醋液120kg/小时，木焦油300kg/小时，其中，中热值气体与气化器7产生的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油送入加氢反应器6，反应压力在15MPa，用钴或钼作氢催化剂经450℃加氢处理，以氢：木焦油体积比为1000-10000：1(立方米)，得到重量计的加氢产物280kg/小时，分馏后得重量计的液化气30kg/小时，汽油馏分90kg/小时，柴油馏分160kg/小时。
实施例4：
本发明以花生壳为原料，粉碎，粒度<7mm，含水量<15％，***处理能力设计为1吨/小时，进料速率1吨/小时，送入流化床裂解炉，裂解温度700℃，每小时产重量计的木炭650kg，其中150kg木炭从下部出气口进入气化器7，在1200℃下与空气反应生成一氧化碳供裂解反应器作燃料使用，气化后的残渣从下部排渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，得炭500kg，重量计的350kg油气夹带炭粉尘在350℃保温状态下，依次通过沉降室2、旋分分离器3、丝网过滤器4，分离粉尘(粉尘17.5kg)后进入分馏塔5分馏，塔顶温度15℃，塔底温度400℃，木醋液出口温度92℃，分馏得以重量计的中热值气体82.5kg/小时或写为体积(120m3/小时)，木醋液200kg/小时，木焦油50kg/小时，其中，中热值气体与气化器7内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油送入加氢反应器6，反应压力在18MPa，用钴或钼作氢催化剂经470℃加氢处理，以氢：木焦油体积比为1000-10000：1(立方米)，得到重量计的加氢产物48kg/小时，分馏后得重量计的液化气10kg小时，汽油馏分12kg时，柴油馏分26kg小时。
本发明在裂解产物气固分离中综合了重力沉降，旋分分离和丝网过滤，使油气满足了分离和二次加工工艺的要求；工艺过程中所消耗的裂解能量来自生物质裂解后产生的中热值气体和固体木炭气化后的一氧化碳，清洁，环保，能耗低；通过加氢工艺，将木焦油转化成加氢产物，而加氢产物通过进一步分离后可以得到液化气、汽油、柴油等燃料，可以实现农林生物质转化为洁净的燃料及化工原料，同时，整个加工过程中没有有害废物排放，经济和社会效益巨大。

Claims (5)

1.一种生物质加工方法，其特征在于，以棉花秸秆为原料，粉碎后粒度＜5mm，含水量＜15％，以进料速率1吨/小时，送入移动床裂解炉，裂解温度650℃，裂解生成木炭和含有炭粉尘的油气，每小时产木炭350kg，其中50kg木炭从下部出气口进入气化器(7)，在850℃下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣从下部排渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，得炭300kg，650kg油气夹带炭粉尘在270℃保温状态下，依次通过沉降室(2)、旋分分离器(3)、丝网过滤器(4)，分离粉尘后进入分馏塔(5)分馏，塔顶温度30℃，塔底温度280℃，木醋液出口温度95℃，分馏得重量计的中热值气体367.5kg/小时，木醋液200kg/小时，木焦油50kg/小时，其中，中热值气体与气化器(7)内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油送入加氢反应器(6)，反应压力在8Mpa，用钴或钼作氢催化剂在350℃加氢处理，以氢∶木焦油体积比为1000-10000∶1，得到重量计的加氢产物48kg/小时，分馏后得液化气10kg/小时，汽油馏分12kg/小时，柴油馏分26kg/小时。
2.一种生物质加工方法，其特征在于，将花生壳，粉碎，粒度＜7mm，含水量＜15％，以进料速率1吨/小时，送入流化床裂解炉，裂解温度700℃，每小时产重量计的木炭650kg，其中150kg木炭从下部出气口进入气化器(7)，在1200℃下与空气反应生成一氧化碳供裂解反应器作燃料使用，气化后的残渣从下部排渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，得炭500kg，350kg油气夹带炭粉尘在350℃保温状态下，依次通过沉降室(2)、旋分分离器(3)、丝网过滤器(4)，分离粉尘后进入分馏塔(5)分馏，塔顶温度15℃，塔底温度400℃，木醋液出口温度92℃，分馏得中热值气体82.5kg/小时、木醋液200kg/小时，木焦油50kg/小时，其中，中热值气体与气化器(7)内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油送入加氢反应器(6)，反应压力在18MPa，用钴或钼作氢催化剂经470℃加氢处理，以氢∶木焦油体积比为1000-10000∶1，得加氢产物48kg/小时，分馏后得液化气10kg小时，汽油馏分12kg时，柴油馏分26kg小时。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物质加工方法，其特征在于，所说的裂解反应器是由金属材料或陶瓷材料制成的移动床裂解炉或流化床裂解炉。
4.根据权利要求1或2所述的一种生物质加工方法，其特征在于，所说的沉降室、旋分分离器、丝网过滤器为高温油气除尘***，是一个或多个并联或串联，其中沉降室、旋分分离器与裂解反应器加工成一体的结构，旋分分离器安装在沉降室内部，用沉降室、旋分分离器、丝网过滤器组合形成除尘***，整个除尘***保持内部温度250℃以上。
5.根据权利要求1或2所述的一种生物质加工方法，其特征在于，所说的分馏塔是板式塔或填料塔，塔顶有冷凝器，分馏塔将除尘后的高温油气分离成中热值气体、木醋液、木焦油，增加侧线，将其中的木醋液和木焦油进一步切割成不同温度范围的馏分。
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