CN101550347A - 生物质浆态雾化热裂解工艺和装置 - Google Patents
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Abstract
一种生物质浆态雾化热裂解工艺和装置，所述的工艺的流程包括以下步骤：搅拌混合、气化、气固分离、冷凝集油，本发明的装置通过管道与搅拌机的输出端依次顺序连接的螺杆泵、在线研磨机、I级在线过滤器、浆态生物质储罐、供浆泵、II级在线过滤器、雾化喷枪、热裂解反应器、旋风分离器、气－气热交换器、汽－水热交换器和集油器。所述的生物质包括农作物秸秆、其他植物秸秆、树枝和木屑。本发明由于采用浆态雾化反应器，其优点是浆态的生物质雾化效果好，温度场稳定，浆态雾化实现了气料与物料的均匀混合，为充分地热裂解提供了保证，提高了热裂解效果和材料的利用率；设备结构紧凑，投资费用低，工艺采用连续式循环操作，生产效率高，产油量大。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质燃料油的制备工艺及实施该工艺的专用设备，属于生物质能利用技术领域。
背景技术
生物质是一种清洁的可再生能源，将生物质资源转换成生物质能的方法有许多种，不同的转换方法和工艺过程可获得诸如液体、固体、气体等不同形态的生物质能。从提高能量密度，便于储存和运输的角度来看，使生物质资源转换为液体(生物油)应最为理想。然而将生物质资源转换为液体生物油是一个尚未成熟的技术，国外的研究工作虽然已有近30年，尚处于工业性试验阶段，国内在这方面的研究尚处于起步阶段。将生物质资源制成浆态(固-液混合物)，利用生物质浆态雾化热裂解装置制备生物质燃料油的方法，尚未见文献报道。现有的各种生物质热裂解方法所采用的工艺和装置存在着温度场不均匀不稳定，物料混合不均匀，能耗高，结构复杂庞大，设备投资费用高等诸多缺点。固态的生物质为粉末状态，雾化效果不好，这也是目前热裂解工艺不能产业化应用的主要原因。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质浆态雾化热裂解工艺和装置，以便能够将低品位的生物质能转换成高品位的液体燃料，解决现有技术存在的温度场不均匀稳定，物料混合不均匀，能耗高，结构复杂庞大，设备投资费用高的问题。
本发明的技术方案是：
一种生物质浆态雾化热裂解工艺，其特征在于：所述的工艺的流程包括以下步骤：
(1)搅拌混合：将生物质粉粒与生物质油按照适当的比例拌和成浆态生物质；
(2)气化：将所述的浆态生物质送入热裂解反应器内在高温气体作用下气化；
(3)气固分离：用旋风分离器将所述的气化生物质分离为部分炭粒子和含生物质气体，并用炭收集器将分离出的部分炭粒子收集；
(4)冷凝集油：依次用气-水换热器和集油器将含生物质气体冷凝成生物质燃料油；
所述的生物质包括农作物秸秆、其他植物秸秆、树枝和木屑。
在所述的气固分离步骤中采用气-气换热器对分离后的高温气体进行一次降温，由此获得的热量作为所述的气化步骤中的热裂解反应器的加热能源；经一次降温后的气体温度为400-450℃，该气体进入所述的气-水换热器用水二次降温至40℃，再经所述的集油器将生物质气体冷凝成生物质燃料油。
所述的冷凝集油步骤中分离出的非凝气体作为所述的气化步骤中的反应器的燃料气体。
所述的搅拌混合步骤中的生物质粉粒由变频调速螺旋输送机经电子皮带秤连续送入搅拌机，同时由变频调速热水泵经流量计连续按重量份的比例加入生物质粉粒和生物质油，其中生物质油所占比例至少为40％；在搅拌机内拌和成浆态生物质。
所述的浆态生物质由螺杆输浆泵，经在线过滤器后通过雾化喷枪喷入所述的热裂解反应器，变频调节螺杆输浆泵的转速可连续调节浆态生物质的喷入量；所述的热裂解反应器用加热炉加热至500～550℃，持续20～40分钟。
一种实施权利要求1所述的生物质浆态雾化热裂解工艺的装置，其特征在于：该装置包括搅拌机，该搅拌机的输出端通过管道依次顺序连接有螺杆泵、I级在线过滤器、雾化喷枪、热裂解反应器、旋风分离器、气-水热交换器和集油器；在所述的旋风分离器的底端连接有炭收集器，在所述的热裂解反应器加热端连接有加热装置。
在所述的螺杆输浆泵与I级在线过滤器之间连接有在线研磨机；在所述的I级在线过滤器与雾化喷枪之间依次连接有浆态生物质储罐、供浆泵和II级在线过滤器；所述的加热装置为加热炉，在所述的集油器设有用于排出非凝气体的气体出口，该非凝气体一部分作为燃料并通过风机输送到所述的加热炉，另一部分作为浆态生物质的雾化介质通过一高压风机连接到所述的雾化喷枪的气体接口。
在所述的旋风分离器与气-水热交换器之间连接有气-气换热器的一端，该换热器的另一端用于加热输入到所述的加热炉的非凝气体。
在所述的搅拌机的输入口与一螺旋输送机的输出端连接，螺旋输送机的输入端与一生物质粉粒料仓的出口连接。
本发明由于采用浆态雾化反应器，其优点是浆态的生物质雾化效果好，温度场稳定，浆态雾化实现了气料与物料的均匀混合，为充分地热裂解提供了保证，提高了热裂解效果和材料的利用率；设备结构紧凑，投资费用低，工艺采用连续式循环操作，生产效率高，产油量大。
附图说明
图1为本发明生物质浆态雾化热裂解工艺的基本流程图；
图2为本发明生物质浆态雾化热裂解工艺实施例的流程图；
图3为本发明生物质浆态雾化热裂解装置实施例的构成示意图。
附图标记说明：1、生物质粉粒料仓，2、调速螺旋输送机，3、搅拌机，4、螺杆输浆泵，5、在线研磨机，6、I级在线过滤器，7、浆态生物质储罐，8、供浆泵，9、II级在线过滤器，10、雾化喷枪，11、热裂解反应器，12、旋风分离器，13、气-气热交换器，14、汽-水热交换器，15、集油器，151、非凝气体出口，17、加热炉，18、生物油储罐，19、高压风机，21、低压风机，22、炭收集器。
具体实施方式
参见图1，本发明的基本工艺流程为：
(1)搅拌混合：将生物质粉粒与生物质油按照适当的比例拌和成浆态生物质。
(2)气化：将所述的浆态生物质送入热裂解反应器内在高温气体作用下气化。
(3)气固分离：用旋风分离器将所述的气化生物质分离为部分炭粒子和含生物质气体，并用炭收集器将分离出的部分炭粒子收集。
(4)冷凝集油：依次用气-水换热器和集油器将含生物质气体冷凝成生物质燃料油。
所述的生物质包括农作物秸秆、其他植物秸秆、树枝和木屑。
参见图2，本发明一个具体的工艺过程实施例包括：
1、将30-50目的生物质粉粒由变频的调速螺旋输送机经电子皮带秤连续送入搅拌机，同时由变频调速热水泵经流量计连续按4重量份生物质粉粒对6重量份生物质油(生物质油的比例至少为40％，否则浓度太大不能有效雾化。当然生物质油的比例不能太大，否则生产效率太低。生物质油的比例一般在40％～80％)的比例加生物质油(初次生产时可采用柴油)，在搅拌机内搅拌混合成浆态生物质。
2、由螺杆泵经在线过滤器通过喷枪将浆态生物质喷入反应器，变频调节螺杆泵的转速可连续调节浆态生物质的喷入量，浆态生物质在高温气体(500-550℃)作用下气化。
3、气化生物质进入旋风分离器分离，部分炭粒子分离进入炭收集器，气体进入气-气交换器，使生物质气体降温，气-气交换器是为了节省加热的能源。
4、经气-气热交换后，400-450℃的气体进入气-水换热器再用水降温至约40℃，经集油器含生物质气体冷凝成生物质燃料油。
本实施例中的生物质为木屑，在较高的升降速率条件下，经热裂解后生成液体(生物质燃料油)、气体(非凝气体)、固体(炭)三种产品。
参见图3，本发明的生物质浆态雾化热裂解装置包括：通过管道与搅拌机3的输出端依次顺序连接的螺杆泵4、在线研磨机5、I级在线过滤器6、浆态生物质储罐7、供浆泵8、II级在线过滤器9、雾化喷枪10、热裂解反应器11、旋风分离器12、气-气热交换器13、汽-水热交换器14和集油器15。在所述的旋风分离器12的底端连接有炭收集器22，在所述的热裂解反应器11的加热端(底端)连接有加热炉17。
在所述的集油器15设有用于排出非凝气体的气体出口151，该非凝气体一部分通过风机21送入加热炉17，作为燃料；非凝气体的另一部分通过高压风机19连接到雾化喷枪10作为浆态生物质的雾化介质。可采用惰性气体作为设备开始运行所需雾化介质。
所述的气-气换热器13的输出端的循环回路连接到风机21与加热炉17之间的气体管道上，用于加热该气体管道内的非凝气体。
在所述的搅拌机3的输入口装有一调速螺旋输送机2，该调速螺旋输送机2的输入端与一生物质粉粒料仓1的出口连接。
上述各个设备采用常规设备。
本发明的生物质浆态雾化热裂解装置的工作过程为：
1、将生物质粉粒料仓1的生物质粉粒经调速螺旋输送机2输送至搅拌机3。
2、将所述的生物质粉粒与生物质油按比例混合成浆态，并由螺杆泵4经在线研磨机5和I级在线过滤器6的研磨或过滤，存入浆态生物质储罐7。
3、通过供浆泵8经II级在线过滤器9过滤后送入雾化喷枪10，将浆态生物质喷入热裂解反应器11，在高温气体作用下气化。
4、气化的生物质进入旋风分离器12分离，部分炭粒子分离进入炭收集器22，气体则进入气-气交换器13，使生物质气体一次降温。
5、经气-气交换器13的一次降温后，温度为400-450℃的气体进入气-水换热器14再用水二次降温至40℃，含生物质气体被冷凝成生物质燃料油进入集油器15，该生物质燃料油的一部分作为浆态原料循环使用，用来制备浆态生物质；其余部分即为成品生物质燃料油。
6、经集油器15分离出的非凝结性气体从气体出口151引出，该非凝气体一部分通过风机21送入加热炉17，作为燃料；非凝气体的另一部分通过高压风机19连接到雾化喷枪10作为浆态生物质的雾化介质。可采用惰性气体作为设备开始运行所需雾化介质。
热裂解反应器11是整个***中的关键设备，必须使浆态木屑在极短的时间能均匀受热，并能达到较高的升温速率(大于1000℃/S)和限定的停留时间。分离器12为旋风式，作用是分离木屑被热解后生成物中的固定产物。设置气-气热交换器13是为节省加热的能源。气-水热交换器14需要达到较快的冷却速率(大于650℃/S)，将高温气体快速冷却到45℃以下，生成物中可凝结气体凝结成液体(生物质燃料油)。集油器15实为一种气液分离器，将凝结的生物质燃料油与不凝结气体分离。用高压风机19对浆态生物质进行雾化可以使木屑在反应器11内均匀受热，并能达到较高的升温速率(大于1000℃/S)。而现有技术是对固态生物质进行雾化，雾化效果无法得到保证。
热裂解机理的研究表明，通过加热速度和最终反应温度，可以实质性地改变液体、气体和固体产品的比例。在较高的加热速率和较快的冷却速率下，最终反应温度在某个适当的中温范围内，可以得到最大的液体(生物质燃料油)量。
Claims (9)
1、一种生物质浆态雾化热裂解工艺，其特征在于：所述的工艺的流程包括以下步骤：
(1)搅拌混合：将生物质粉粒与生物质油按照适当的比例拌和成浆态生物质；
(2)气化：将所述的浆态生物质送入热裂解反应器内在高温气体作用下气化；
(3)气固分离：用旋风分离器将所述的气化生物质分离为部分炭粒子和含生物质气体，并用炭收集器将分离出的部分炭粒子收集；
(4)冷凝集油：依次用气-水换热器和集油器将含生物质气体冷凝成生物质燃料油；
所述的生物质包括农作物秸秆、其他植物秸秆、树枝和木屑。
2、根据权利要求1所述的生物质浆态雾化热裂解工艺，其特征在于：在所述的气固分离步骤中采用气-气换热器对分离后的高温气体进行一次降温，由此获得的热量作为所述的气化步骤中的热裂解反应器的加热能源；经一次降温后的气体温度为400-450℃，该气体进入所述的气-水换热器用水二次降温至40℃，再经所述的集油器将生物质气体冷凝成生物质燃料油。
3、根据权利要求1所述的生物质浆态雾化热裂解工艺，其特征在于：所述的冷凝集油步骤中分离出的非凝气体作为所述的气化步骤中的反应器的燃料气体。
4、根据权利要求1所述的生物质浆态雾化热裂解工艺，其特征在于：
所述的搅拌混合步骤中的生物质粉粒由变频调速螺旋输送机经电子皮带秤连续送入搅拌机，同时由变频调速热水泵经流量计连续按重量份的比例加入生物质粉粒和生物质油，其中生物质油所占比例至少为40％；在搅拌机内拌和成浆态生物质。
5、根据权利要求1所述的生物质浆态雾化热裂解工艺，其特征在于：
所述的浆态生物质由螺杆输浆泵，经在线过滤器后通过雾化喷枪喷入所述的热裂解反应器，变频调节螺杆输浆泵的转速可连续调节浆态生物质的喷入量；所述的热裂解反应器用加热炉加热至500～550℃，持续20～40分钟。
6、一种实施权利要求1所述的生物质浆态雾化热裂解工艺的装置，其特征在于：该装置包括搅拌机，该搅拌机的输出端通过管道依次顺序连接有螺杆泵、I级在线过滤器、雾化喷枪、热裂解反应器、旋风分离器、气-水热交换器和集油器；在所述的旋风分离器的底端连接有炭收集器，在所述的热裂解反应器加热端连接有加热装置。
7、根据权利要求6所述的生物质浆态雾化热裂解装置，其特征在于：
在所述的螺杆输浆泵与I级在线过滤器之间连接有在线研磨机；在所述的I级在线过滤器与雾化喷枪之间依次连接有浆态生物质储罐、供浆泵和II级在线过滤器；所述的加热装置为加热炉，在所述的集油器设有用于排出非凝气体的气体出口，该非凝气体一部分作为燃料并通过风机输送到所述的加热炉，另一部分作为浆态生物质的雾化介质通过一高压风机连接到所述的雾化喷枪的气体接口。
8、根据权利要求7所述的生物质浆态雾化热裂解装置，其特征在于：在所述的旋风分离器与气-水热交换器之间连接有气-气换热器的一端，该换热器的另一端用于加热输入到所述的加热炉的非凝气体。
9、根据权利要求6、7或8所述的生物质浆态雾化热裂解装置，其特征在于：在所述的搅拌机的输入口与一螺旋输送机的输出端连接，螺旋输送机的输入端与一生物质粉粒料仓的出口连接。
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