CN107189806B - 一种序批式生物质液化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种序批式生物质液化工艺，该工艺采用间接换热方式直接回收已经裂解液化生物质中的热能，工艺包括两组或两组以上并联设置的序批式生物质液化单元、与序批式生物质液化单元配合使用的高温导热油循环管路以及低温导热油循环管路。与现有技术相比，本发明工艺原理简单，工艺***整体压力低，占地面积小，投资少，是制造生物质燃料的一种很好的选择，SBH反应器采用间接换热方法直接回收已经裂解液化生物质中的热能，使用设备少，回收效率高，并且SBH反应器在整个生物质液化过程中，始终保持封闭状态，无蒸汽释放，无需添加催化剂，压力由相应温度下水的饱和蒸汽压控制，热能损失少，生物质中有机挥发份损失少，具有很好的应用前景。

Description

一种序批式生物质液化工艺
技术领域
本发明属于可再生能源技术领域，涉及一种生物质处理工艺，尤其是涉及一种序批式生物质液化工艺。
背景技术
随着化石能源日益枯竭，人类对于可再生生物质能源的兴趣日益提高，世界各国都投入了大量资金和人力，开发生产可再生能源的工艺。所有化石能源其实最早也来源于生物质，经过上亿年的地质变迁，生物质中的水分被逐渐析出，生物质中的微观结构也发生了变化，变成了我们今天使用的石油、天然气、煤等，统称为化石能源。我们现在开发的各种可再生生物质能源技术就是要缩短生物质演变的时间，用很短的时间完成大自然需要上亿年才能完成的转变。
开发可再生生物质能源的关键是要破解生物质的原有结构，并将其中大量的水分除去。仿照大自然制造化石能源的过程，首先需要对生物质进行液化，然后在液体中提取人类所需要的能源。
连续式生物质液化(Continuous Biosolid Hydrolysis，CBH)是当前制造生物质燃料的主要方法。在CBH中，含有大量水分的生物质固体通过连续工艺，加温加压，再热能回收，冷却，减压，脱水干燥，即可获得具有较高热值的生物质燃料。生物质CBH中，用于加热生物质的大部分热能被回收，热能的利用效率达到了最高。另外，在CBH中，如果运行工况不变，所有的设备一旦稳定运行，无需频繁操作和调整，这就大大降低了对***自动控制的要求。
连续式生物质液化CBH虽然具有很多优点，但也存在一些缺陷。首先，CBH的整体压力较高，习惯于使用低压设备的用户往往不愿意使用高压设备；其次，由于***的压力较高，整个***的工艺环节较多，***投资也偏大，这也是许多用户不能接受的；第三，CBH的设备较多，***复杂，占地面积也相对较大。
为了简化CBH***，降低***压力，目前，有多个厂家(特别是在欧洲)研发水热碳化工艺(Hydro Thermal Carbonization，HTC)。HTC工艺的生物质碳化过程在一个反应罐中完成，物料加热靠向罐内输入高温蒸汽实现。反应器中加入酸性催化剂后，生物质碳化的温度可以降低至200℃，***压力可以降低至2.0MPa。HTC***处理能力的提高和生产的连续性靠安装多个HTC反应罐实现。
由于HTC工艺中物料加热靠向罐内输入高温蒸汽实现，为了保证蒸汽能够在低压环境下连续输入，HTC反应罐需要在蒸汽注入时不断减压。频繁减压，增加了***的复杂性。另外，减压靠释放反应罐中的蒸汽实现，生物质中一部分有机挥发物质也同时蒸发，这使得最终碳化产品中的热值相应减少。HTC***的能量回收是依靠回收蒸汽的显热和潜热实现，由于反应罐释放的蒸汽温度很低，回收后的能源温度更低，这种低值能源很难被利用，故HTC***的能耗较高。
HTC工艺的初衷是要通过一个反应罐完成全部生物质碳化过程，从而简化CBH***，减少投资和占地。但由于增加了蒸汽释放、蒸汽冷凝、热能回收等环节，工艺逐步复杂。HTC的多个工程实例表明，其整体工艺的投资和占地面积与连续式CBH***比较都不相上下。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可通过间接媒质回收碳化后生物质液体的能源，回收效率高，占地面积小，经济实用性好的序批式生物质液化工艺。
本发明是一种序批式生物质液化工艺(Sequence Biosolid Hydrolysis，SBH)。该***发明的目的就是要克服现有序批式水热碳化技术的缺陷。在SBH***中只有一种结构简单的反应器，原理简单，***整体压力低，占地面积小，投资少，是制造生物质燃料的一种很好的选择。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种序批式生物质液化工艺，该工艺采用间接换热方式直接回收已经裂解液化生物质中的热能，所述的工艺包括两组或两组以上并联设置的序批式生物质液化单元、与序批式生物质液化单元配合使用的高温导热油循环管路以及低温导热油循环管路；
在工作状态下，当一组序批式生物质液化单元采用高温导热油加热时，另一组序批式生物质液化单元进料，当采用高温导热油加热的序批式生物质液化单元中的生物质完成液化后，与该序批式生物质液化单元配合使用的高温导热油循环管路关闭，低温导热油循环管路打开，同时打开另一组已经完成生物质进料的序批式生物质液化单元的低温导热油循环管路，将已完成生物质液化的序批式生物质液化单元的热量直接传递给另一组已经完成生物质进料的序批式生物质液化单元。
所述的序批式生物质液化单元包括SBH反应器、设置在SBH反应器底部的生物质物料进口阀门、插设在SBH反应器中的磁力耦合搅拌机、设置在SBH反应器顶部的第一放汽阀门、与第一放汽阀门相连通的汽体收集器、设置在SBH反应器边壁上的换热器、与换热器配合使用的换热控制单元、设置在SBH反应器底部的卸料阀门、与卸料阀门相连通的闪蒸罐；
在工作状态下，完成生物质液化的序批式生物质液化单元在热量传递后，该序批式生物质液化单元中的SBH反应器内部温度降低，待温度降低至极限值时，关闭与该序批式生物质液化单元配合使用的低温导热油循环管路，打开卸料阀门，将已经液化的生物质以汽爆方式进入闪蒸罐中；
而完成生物质进料的另一组序批式生物质液化单元中的SBH反应器在经过低温导热油循环管路的热量传递后，SBH反应器内部温度升高，当完成生物质液化的序批式生物质液化单元的低温导热油循环管路关闭时，则同时关闭另一组序批式生物质液化单元的低温导热油循环管路，并打开与另一组序批式生物质液化单元配合使用的高温导热油循环管路，对另一组序批式生物质液化单元中SBH反应器的生物质加热，直至生物质完全液化。
所述的SBH反应器内生物质液化的设定温度为200-300℃，液化持续时间为10-30分钟。
所述的SBH反应器中设有用于检测换热器中油温的温度计、用于检测生物质温度的温度计、用于检测生物质液位的液位计、防止SBH反应器超压的***阀、用于检测换热器和SBH反应器内部压力的压力计。
所述的换热器包括但不限于盘管式换热器、列管式换热器或夹套式换热器中的一种；
所述的换热控制单元包括与盘管式换热器连接并且供高温导热油通过的第一阀门及第二阀门、与盘管式换热器连接并且供低温导热油通过的第三阀门及第四阀门；
所述的闪蒸罐的顶部设有第二放汽阀门，该第二放汽阀门通过管道与汽体收集器相连通。
所述的高温导热油循环管路包括与每个序批式生物质液化单元中的第一阀门及第二阀门相连接的高温导热油循环管道、设置在高温导热油循环管道上的高温导热油泵、高温导热油高位膨胀槽、回路控制阀、高温导热油换热器、高温导热油泄油阀、紧急冷却器以及与紧急冷却器配合使用的紧急冷却器控制阀、与高温导热油泄油阀配合使用的第一泄油槽、向高温导热油循环管道供热的热源；
所述的热源包括但不限于生物质导热油锅炉、蒸汽炉或电加热炉中的一种。
作为优选的技术方案，所述的热源机构包括通过热源循环管路与高温导热油换热器相连接的生物质导热油锅炉、设置在热源循环管路上的导热油泵、导热油高位膨胀槽、导热油控制阀及导热油泄油阀、与导热油泄油阀配合使用的第二泄油槽。
所述的低温导热油循环管路包括与每个序批式生物质液化单元中的第三阀门及第四阀门相连接的低温导热油循环管道、设置在低温导热油循环管道上的低温导热油泵、低温导热油高位膨胀槽以及低温导热油泄油阀、与低温导热油泄油阀配合使用的第三泄油槽。
所述的闪蒸罐依次与液化生物质储液池、后续生物质裂解液脱水处理单元相连接。
所述的液化生物质储液池为全密封储液池，液化生物质储液池的顶部设有第三放汽阀门，该第三放汽阀门通过管道与汽体收集器相连通；
所述的后续生物质裂解液脱水处理单元包括依次与液化生物质储液池相连接的裂解液换热器、脱水器以及干燥器、与脱水器相连接的厌氧消化罐、设置在厌氧消化罐与裂解液换热器之间的冷却水泵及冷却水塔；
所述的液化生物质储液池与裂解液换热器之间设有液体泵，所述的脱水器与厌氧消化罐之间设有脱水液输送泵；
所述的干燥器上设有第四放汽阀门，该第四放汽阀门通过管道与汽体收集器相连通。
在工作状态下，已经裂解并经闪蒸工艺降温的生物质裂解液存储在液化生物质储液池，液化生物质储液池中裂解液通过液体泵输送至裂解液换热器的管程，冷却后的裂解液温度下降至50℃以下，而从裂解液换热器输出的裂解液再输送至脱水器进行脱水，脱水后的生物质固体再输送至干燥器，得到含水率小于10％的生物质干燥颗粒，而蒸汽通过放第四放汽阀门输送至汽体收集器，处理后排放；
脱水时脱出的液体为高浓度有机废水，高浓度有机废水经厌氧消化生成沼气，沼气经过滤、脱硫后作为燃料使用，或者，高浓度有机废水经好氧消化，直接达标处理。
作为优选的技术方案，脱水时脱出的液体为高浓度有机废水，通过脱水液输送泵输送至厌氧消化罐，而裂解液换热器壳程冷却生物质产生的热水通过冷却水泵输送给厌氧消化罐作为加热消化液的热能，厌氧消化罐产生的沼气过滤、脱硫后，作为沼气锅炉的燃料，沼气锅炉生产的热能则供给干燥器使用。产生的沼气可以在自身***中使用，亦可作为能源提供给其他用户使用。厌氧消化产生的沼液，如果已经达到了排放标准，可以直接排放；如果其某些指标仍然高于排放标准，则需要进一步的处理。厌氧消化后产生的固体沼渣，仍然是一种生物质，可以作为生物质原料重新进入生物质液化***处理。
本发明序批式生物质液化(SBH)工艺的核心装置是SBH反应器。反应器是一个圆形柱状罐体，安装有磁力耦合搅拌机。反应器的边壁上安装有螺旋管式换热管。生物质进入反应器后，反应器的进料阀门和放汽阀门关闭，高温导热油通过换热器对生物质加热，搅拌机工作。随着生物质温度的升高，生物质中的少量水分会蒸发，但由于反应器是密闭的压力容器(耐压>3MPa)，当蒸发产生的蒸汽压力等于相应水温度的饱和蒸汽压时，生物质中的水分蒸发就会停止。当反应器中的生物质温度升高至裂解温度后，反应器中的生物质基本裂解，生物质被液化。
在实际应用时，当第一组SBH反应器升温时，第二组SBH反应器的生物质进料完成。第一组SBH反应器中的生物质液化后，高温导热油对生物质的加温将停止。低温导热油通过低温导热油泵、换热器，将热能传导给第二组SBH反应器，第二组SBH反应器中的生物质将被预热，而第一组SBH反应器中的裂解液温度将下降，压力也随之降低。当第二组SBH反应器中生物质的温度被预热到最大值时，第一组SBH反应器中的裂解液温度也降低至最低值。此时，第一组SBH反应器中的温度将略高于100℃，压力略大于大气压。预热结束后，第一组SBH反应器开始出料，而第二组SBH反应器开始由高温导热油加热。
通过打开第一组SBH反应器下部的阀门，已经降温降压的裂解液进入闪蒸罐(Flash Tank)，裂解液的温度还会有小幅度的下降，压力降低至常压(大气压)。闪蒸后的裂解液进入储液池。液化生物质储液池中的裂解液经过冷却、脱水、干燥(如果需要的话)，即可获得碳化颗粒。由于生物质在反应过程中的蒸发非常小，因此，所获得的碳化颗粒中将会保留很高的燃值，是很好的固体燃料。如果生物质的成分是市政污泥，碳化颗粒的热值一般可超过3000大卡/kg，与褐煤的燃值相当，可作为SBH***生物质导热油炉的燃料。
本发明基于序批式生物质液化装置的工艺***是序批式工作的，每个SBH反应器的工作周期为2-8小时(根据生物质的种类，反应器的容积确定)。当需要处理的生物质量较大时，需要安装多组SBH反应器。
本发明工艺中，生物质液化通过2个，或2个以上的SBH反应器完成，每组SBH反应器中安装有磁力耦合搅拌器、换热器以及其他必须的监测和安全设备。SBH反应器中生物质完成液化的判断标准是生物质在SBH反应器中的温度达到设定温度，并持续了设定的时间。
SBH反应器进料时，应保持SBH反应器内留有一定的汽化空间，即进料后的生物质体积要小于SBH反应器内部的容积。SBH反应器进料时，为保证进料顺利，安装在SBH反应器上部的放汽阀门应打开，进料完成后，为保持SBH反应器内的压力，安装在SBH反应器上部的放汽阀门应关闭。安装在SBH反应器上部的放汽阀门放出的气体应收集后做除臭、冷凝处理后方可排放。打开SBH反应器的出料阀门后，为了确保全部裂解生物质排放出SBH反应器，还要打开安装在SBH反应器上部的放汽阀门。出料闪蒸罐上部安装有大孔径放汽阀门，SBH反应器出料前应该打开。闪蒸罐放汽阀门发出的气体应收集后做除臭、冷凝处理后方可排放。
在实际运行过程中，只要SBH反应器中有物料，SBH反应器中安装的磁力搅拌器应始终保持运行状态。
SBH反应器边壁安装的换热器可以是夹套式，亦可以为盘管式，夹套或盘管的耐压等级应等同于反应器的耐压等级。
SBH反应器加热所需要的高温导热油由一个耐高温高压的导热油泵输送，热能通过一个导热油换热器取得。高温导热油在换热器的管程中流动，热源在换热器的壳程流动。在高温导热油回路安装有热膨胀罐，卸油槽和紧急冷却器。
高温导热油回路的紧急冷却器为一个水冷式冷却器，由出口和入口2个阀门控制。高温导热油回路中一般总有一个反应器需要加热，因此紧急冷却器通常不使用。当高温导热油回路中没有反应器需要加热时，给高温导热油回路提供的热源应减少，直至关闭。但当热源的减少不够及时，高温导热油的温度持续升高，达到或者超过允许值时，就要启动紧急冷却器。
SBH反应器加热所需要的低温导热油由一个耐高温高压的导热油泵输送，导热油泵通过导热油循环，将已经裂解反应器的热量传送给完成生物质进料SBH反应器。一组低温导热油泵回路在同一时间内，只能在2组SBH反应器之间通过低温导热油循环***交换热能。如果需要同一时间内有多对SBH反应器同时通过低温导热油循环***交换热能，则需要给每对SBH反应器安装一套低温导热油循环***。每组低温导热油回路均安装有热膨胀罐和卸油槽。
导热油换热器壳程中可以是高温导热油，由生物质导热油炉加热，并通过一台导热油泵输送、并循环，形成导热油炉导热油循环回路。回路中安装有热膨胀罐，卸油槽。导热油换热器壳程中也可以是高温蒸汽，由外部高温蒸汽源提供。
生物质导热油炉可以直接使用***自身生产的生物质燃料或其他生物质燃料。如果没有条件使用生物质导热油炉，亦可以使用其他任何型式的导热油炉。
裂解后的生物质经闪蒸后，温度仍然较高，需要首先用泵将其打入SBH冷却器，冷却后的生物质进入存贮池。等待后续的脱水工艺使用。
脱水后的生物质可以直接作为燃料使用，亦可以经过干燥后，再作为燃料使用。
本发明采用间接换热方法取代常用的蒸汽直接换热，工艺中只有一种结构简单的反应器，原理简单，工艺***整体压力低，占地面积小，投资少，是制造生物质燃料的一种很好的选择。本发明工艺采用间接换热方法直接回收已经裂解液化生物质中的热能，使用设备少，回收效率高，在整个生物质液化过程中，始终保持封闭状态，无蒸汽释放，无需添加催化剂，压力由相应温度下水的饱和蒸汽压控制。由于本发明工艺中的热能得到有效的回收，已经裂解液化的生物质在最后释放(闪蒸)时的温度接近100℃，压力接近常压，损失的热能少，生物质中有机挥发份损失少，不但最终产品的利用价值高，而且大大降低了运行成本。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)生物质物料在一个反应器中完成全部液化过程，工艺简单，向反应器中投加生物质物料时，对投加泵要求的压力低，***中对物料尺寸的要求不苛刻，只要输送泵可以接受，颗粒尺寸略大(例如5cm)亦无影响；
2)反应器中的压力仅与物料的温度有关，且永远不会超过对应温度水的饱和蒸汽压，故整个生物质液化过程中无需酸性或碱性催化剂降低反应压力；
3)由于***运行中，不添加酸性或碱性催化剂，故一般中性生物质液化时，对***中设备和管道材质的要求降低，无需采用高防腐材质(如不锈钢316L等)；
4)物料在反应罐中通过间接媒质加热时，无需减压和释放蒸汽，从而无需蒸汽释放装置，蒸汽冷凝装置等；
5)由于加热过程中没有蒸汽释放，生物质中的有机挥发份得到充分保留，最终碳化产品的热值高；
6)通过间接媒质回收碳化后生物质液体的能源，工艺简单，回收效率高，整体***工艺简单，占地面积小，投资小。
附图说明
图1为本发明序批式生物质液化单元结构示意图；
图中，1─生物质物料，2─SBH反应器，3─闪蒸罐，4─液化生物质储液池，5─汽体收集器，6─后续生物质裂解液脱水处理单元，010─磁力耦合搅拌机，01─第一阀门，02─第二阀门，03─第三阀门，04─第四阀门，05─生物质物料进口阀门，06─卸料阀门，07─第一放汽阀门，08─第二放汽阀门，09─第三放汽阀门；
图2为本发明工艺流示意程图；
图中，101,102,103,104─SBH反应器，201─低温导热油泵，202─低温导热油高位膨胀槽，203─低温导热油泄油阀，204─第三泄油槽，301─高温导热油泵，302─高温导热油高位膨胀槽，303,307─回路控制阀，304─高温导热油换热器，305─高温导热油泄油阀，306─第一泄油槽，308,309─紧急冷却器控制阀，310─紧急冷却器，401─生物质导热油锅炉，402─导热油泵，403─导热油高位膨胀槽，404,405─导热油控制阀，406─导热油泄油阀，407─第二泄油槽；
图3为本发明后续生物质裂解液脱水处理单元的流程示意图；
图中，4─液化生物质储液池，501─液体泵，502─裂解液换热器，503─脱水器，504─干燥器，505─第四放汽阀门，5─汽体收集器，601─厌氧消化罐，602─冷却水泵，603─脱水液输送泵，604─冷却水塔，7─后续工艺，8─厌氧消化罐生产的沼气，9─沼液，10─沼渣。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
一种序批式生物质液化工艺，该工艺采用间接换热方式直接回收已经裂解液化生物质中的热能，工艺包括两组或两组以上并联设置的序批式生物质液化单元、与序批式生物质液化单元配合使用的高温导热油循环管路以及低温导热油循环管路，在工作状态下，当一组序批式生物质液化单元采用高温导热油加热时，另一组序批式生物质液化单元进料，当采用高温导热油加热的序批式生物质液化单元中的生物质完成液化后，与该序批式生物质液化单元配合使用的高温导热油循环管路关闭，低温导热油循环管路打开，同时打开另一组已经完成生物质进料的序批式生物质液化单元的低温导热油循环管路，将已完成生物质液化的序批式生物质液化单元的热量直接传递给另一组已经完成生物质进料的序批式生物质液化单元。
如图1所示，序批式生物质液化单元包括SBH反应器2、设置在SBH反应器2底部的生物质物料进口阀门05、插设在SBH反应器2中的磁力耦合搅拌机010、设置在SBH反应器2顶部的第一放汽阀门07、与第一放汽阀门07相连通的汽体收集器5、设置在SBH反应器2边壁上的换热器、与换热器配合使用的换热控制单元、设置在SBH反应器2底部的卸料阀门06、与卸料阀门06相连通的闪蒸罐3。
在工作状态下，完成生物质液化的序批式生物质液化单元在热量传递后，该序批式生物质液化单元中的SBH反应器2内部温度降低，待温度降低至极限值时，关闭与该序批式生物质液化单元配合使用的低温导热油循环管路，打开卸料阀门06，将已经液化的生物质以汽爆方式进入闪蒸罐3中；
而完成生物质进料的另一组序批式生物质液化单元中的SBH反应器2在经过低温导热油循环管路的热量传递后，SBH反应器2内部温度升高，当完成生物质液化的序批式生物质液化单元的低温导热油循环管路关闭时，则同时关闭另一组序批式生物质液化单元的低温导热油循环管路，并打开与另一组序批式生物质液化单元配合使用的高温导热油循环管路，对另一组序批式生物质液化单元中SBH反应器2的生物质加热，直至生物质完全液化。
SBH反应器2内生物质液化的设定温度为200-300℃，液化持续时间为10-30分钟。
SBH反应器2中设有用于检测换热器中油温的温度计、用于检测生物质温度的温度计、用于检测生物质液位的液位计、防止SBH反应器2超压的***阀、用于检测换热器和SBH反应器2内部压力的压力计。
换热器包括但不限于盘管式换热器、列管式换热器或夹套式换热器中的一种。在本实施例中，换热器为盘管式换热器，换热控制单元包括与盘管式换热器连接并且供高温导热油通过的第一阀门01及第二阀门02、与盘管式换热器连接并且供低温导热油通过的第三阀门03及第四阀门04；
闪蒸罐3的顶部设有第二放汽阀门08，该第二放汽阀门08通过管道与汽体收集器5相连通。
高温导热油循环管路包括与每个序批式生物质液化单元中的第一阀门01及第二阀门02相连接的高温导热油循环管道、设置在高温导热油循环管道上的高温导热油泵301、高温导热油高位膨胀槽302、回路控制阀303,307、高温导热油换热器304、高温导热油泄油阀305、紧急冷却器310以及与紧急冷却器310配合使用的紧急冷却器控制阀308,309、与高温导热油泄油阀305配合使用的第一泄油槽306、向高温导热油循环管道供热的热源；热源包括但不限于生物质导热油锅炉、蒸汽炉或电加热炉中的一种。
在本实施例中，热源采用生物质导热油锅炉，包括通过热源循环管路与高温导热油换热器304相连接的生物质导热油锅炉401、设置在热源循环管路上的导热油泵402、导热油高位膨胀槽403、导热油控制阀404,405及导热油泄油阀406、与导热油泄油阀406配合使用的第二泄油槽407。
低温导热油循环管路包括与每个序批式生物质液化单元中的第三阀门03及第四阀门04相连接的低温导热油循环管道、设置在低温导热油循环管道上的低温导热油泵201、低温导热油高位膨胀槽202以及低温导热油泄油阀203、与低温导热油泄油阀203配合使用的第三泄油槽204。
闪蒸罐3依次与液化生物质储液池4、后续生物质裂解液脱水处理单元6相连接。
液化生物质储液池4为全密封储液池，液化生物质储液池4的顶部设有第三放汽阀门09，该第三放汽阀门09通过管道与汽体收集器5相连通；
后续生物质裂解液脱水处理单元包括依次与液化生物质储液池4相连接的裂解液换热器502、脱水器503以及干燥器504、与脱水器503相连接的厌氧消化罐601、设置在厌氧消化罐601与裂解液换热器502之间的冷却水泵602及冷却水塔604；
液化生物质储液池4与裂解液换热器502之间设有液体泵501，脱水器503与厌氧消化罐601之间设有脱水液输送泵603；
干燥器504上设有第四放汽阀门505，该第四放汽阀门505通过管道与汽体收集器5相连通。
在实际应用时，生物质进料时，生物质物料进口阀门05和第一放汽阀门07要同时打开，常温生物质原料1通过生物质物料进口阀门05进入SBH反应器2，SBH反应器2中被原料挤出的气体通过第一放汽阀门07进入汽体收集器5。生物质进料完成后，生物质物料进口阀门05和第一放汽阀门07要同时关闭，SBH反应器2开始加热，此时，第一阀门01、第二阀门02打开，其余阀门关闭。高温导热油通过阀门第一阀门01、第二阀门02进入盘管式换热器，伴随着导热油炉的启动，高温导热油逐渐升温，SBH反应器2中生物质的温度也将不断升高。SBH反应器2中的磁力耦合搅拌机010工作，使整个反应器中的生物质温度尽可能地均匀。加热过程中，生物质中的少量水分会蒸发，产生蒸汽，SBH反应器2中的压力也逐渐升高。但由于SBH反应器2是密闭的耐压容器(耐压>3MPa，或更高)，当反应器中的压力等于相应水温度的饱和蒸汽压(saturated vapor pressure)时，蒸发将停止。当SBH反应器2中生物质的温度升高至设定的生物质裂解温度时，生物质将裂解液化。
生物质液化后，第一阀门01、第二阀门02关闭。第一组SBH反应器2加温时，第二组SBH反应器2的生物质进料已经完成。将第一组和第二组的第三阀门03、第四阀门04打开，其余阀门保持关闭状态。此时，在外部导热油泵的驱动下，第一组SBH反应器2的盘管换热器和第二组SBH反应器2的盘管换热器中的导热油将形成循环，第一组SBH反应器2中的裂解液温度和压力下降，第二组SBH反应器2中的生物质温度和压力将上升，已经裂解液化生物质中热能得以回收。
当第一组SBH反应器2的温度下降至略高于100℃，压力略高于大气压，而第二组SBH反应器2的温度接近100℃时，第二组中生物质物料的预热结束。此时，第一组SBH反应器2和第二组SBH反应器2的第三阀门03、第四阀门04均关闭。第二组SBH反应器2的第一阀门01、第二阀门02打开，开始用高温导热油对第二组SBH反应器2加热。
第二组SBH反应器2的预热结束亦表示第一组SBH反应器2降温降压结束，此时，打开第一组SBH反应器2底部的放料阀门06，裂解液进入闪蒸罐(Flash Tank)3，闪蒸罐3上部的第二放汽阀门08打开，闪蒸时产生的蒸汽通过管道进入汽体收集器5。裂解液闪蒸后，温度将降低至100℃以下，而压力将降为常压。闪蒸后，通过连接液化生物质储液池4的管道，裂解液将进入液化生物质储液池4，裂解液再通过管道输送至后续生物质裂解液脱水处理单元6。液化生物质储液池4中有搅拌器，防止裂解液沉淀。
图2中，反应器101,102,103,104是***中4组SBH反应器，图中的反应器只给出了每个反应器加热导热油路的示意，其余部分的原理参考图1。
低温导热油泵201是低温导热油泵，低温导热油循环管路中还包括低温导热油高位膨胀槽202，低温导热油泄油阀203和第三泄油槽204。
高温导热油泵301是高温导热油循环泵，高温导热油循环管路中还包括高温导热油高位膨胀槽302，回路控制阀303和307，高温导热油换热器304，高温导热油泄油阀305和第一泄油槽306，紧急冷却器310，紧急冷却器控制阀308和309。高温导热油的热源来自生物质导热油锅炉401，热源机构还包括导热油泵402，导热油高位膨胀槽403，导热油控制阀404和405，导热油泄油阀406和第二泄油槽407。
如果要回收反应器101中已经裂解生物质的热能给反应器102中的生物质预热，低温导热油泵201应启动，反应器101的第三阀门03和第四阀门04、反应器102的第三阀门03和第四阀门04打开，其余阀门关闭，则反应器101内生物质裂解液的温度和压力降低，而反应器102内生物质的温度升高。在图2所示***中，同一时间内，只能有2组反应器之间通过低温导热油循环***交换热能。如果需要同一时间内有多对反应器同时通过低温导热油循环***交换热能，则需要给每对反应器安装一套低温导热油循环***。低温导热油升温膨胀时，多余的导热油将进入低温导热油高位膨胀槽202。导热油***维护时，可将循环***的低温导热油泄油阀203打开，导热油流入第三泄油槽204。
高温导热油通过高温导热油泵301给反应器中已经预热的生物质再加热。此时，回路控制阀门303和307应处于打开状态。具体是给哪个反应器加热，依据打开的阀门确定。如反应器101的第一阀门01和第二阀门02打开，其余阀门关闭，则高温导热油对反应器101加热。高温导热油的热源通过高温导热油换热器304取得。高温导热油在高温导热油换热器304的管程中流动，而生物质导热锅炉401加热的导热油在高温导热油换热器304的壳程流动。高温导热油升温膨胀时，多余的导热油将进入高温导热油高位膨胀槽302。导热油***维护时，可将循环单元的高温导热油泄油阀305打开，导热油流入第一泄油槽306。高温导热油回路中并联有一个紧急冷却器310。一般情况下，高温导热油回路中，总有一个以上反应器使用高温导热油加热。当***中没有反应器使用高温导热油加热时，生物质导热油炉应该减火降温。如果由于热惯性作用，高温导热油持续升温，已接近或超过设定值时，就要启动紧急冷却器310，并同时打开紧急冷却器控制阀308和309。紧急冷却器310为一个降温装置，通过热能消耗，可以降低高温导热油的温度。
高温导热油的热源由生物质导热油锅炉401提供，导热油泵402是生物质导热油炉导热油的循环泵，生物质导热油锅炉401和导热油泵402运行时，导热油控制阀404和405应处于打开状态。生物质导热油锅炉401加热的导热油在高温导热油换热器304的壳程流动，给管程流动的高温导热油加热。生物质导热油锅炉401加热的导热油升温膨胀时，多余的导热油将进入导热油高位膨胀槽403。生物质导热油锅炉***维护时，可将循环单元的导热油泄油阀406打开，导热油流入第二泄油槽407。
如图3所示，后续生物质裂解液脱水处理单元包括依次与液化生物质储液池4相连接的裂解液换热器502、脱水器503以及干燥器504、与脱水器503相连接的厌氧消化罐601、设置在厌氧消化罐601与裂解液换热器502之间的冷却水泵602及冷却水塔604。
液化生物质储液池4与裂解液换热器502之间设有液体泵501，脱水器503与厌氧消化罐601之间设有脱水液输送泵603。
干燥器504上设有第四放汽阀门505，该第四放汽阀门505通过管道与汽体收集器5相连通。
在实际应用时，已经裂解并经闪蒸工艺降温的生物质裂解液存储在液化生物质储液池4，液化生物质储液池4中裂解液通过液体泵501输送至裂解液换热器502的管程，冷却后的裂解液温度将下降至50℃以下，各种常规设备均可对其处理。从裂解液换热器502输出的裂解液再输送至脱水器503，脱水后的生物质固体再输送至干燥器504(如果需要的话)，最后即可以得到含水率小于10％的生物质干燥颗粒。生物质颗粒输送至后续工艺7中，可作为能源使用。由于生物质已经裂解，脱水后的生物质固体含水率很小，可降至30％以下，如果继续对其干燥。干燥过程产生的蒸汽亦很少。蒸汽通过放第四放汽阀门505输送至汽体收集器5，处理后排放。
脱水时脱出的液体为高浓度有机废水，高浓度有机废水经厌氧消化生成沼气，沼气经过滤、脱硫后作为燃料使用，或者，高浓度有机废水经好氧消化，直接达标处理。
本实施例中，，高浓度有机废水通过脱水液输送泵603输送至厌氧消化罐601。裂解液换热器502壳程冷却生物质产生的热水通过冷却水泵602输送给厌氧消化罐601作为加热消化液的热能。厌氧消化罐601产生的沼气8过滤、脱硫后，可作为沼气锅炉的燃料，沼气锅炉生产的热能则可供给干燥器504，作为进一步干燥生物质的热源(图中未表示)。如果脱水后的生物质无需干燥，或沼气锅炉生产的热能多于干燥器504所需要的热能，多余的沼气还可做其他能源利用。
厌氧消化罐601消化后的沼液9，如果已经达到了排放标准，即可以直接排放；如果其某些指标仍然高于排放标准，则需要进一步的处理。厌氧消化罐601消化后产生的沼渣10(极少)则可以输送至原始生物质集中地，与其他生物质一起，进入SBH***再液化。
本实施例工艺***中，生物质液化通过2个，或2个以上的SBH反应器2完成，每组SBH反应器2中安装有磁力耦合搅拌机010、换热器以及其他必须的监测和安全设备。
在实际操作过程中，当一组SBH反应器2用高温导热油加热时，另一组SBH反应器2进料。当一组SBH反应器2中的生物质完成液化后，该组SBH反应器2的高温导热油回路关闭，低温导热油回路打开，同时打开另一组已经完成生物质进料的SBH反应器2的低温导热油回路，将已完成液化反应器的热量传递给另一组已经完成生物质进料的SBH反应器2。完成液化SBH反应器2在热量传递后，SBH反应器2内部的温度将降低，当温度降低至极限值时，关闭低温导热油回路，打开反应器的卸料阀门06，已经液化的生物质将以汽爆方式进入闪蒸罐3。当全部液化的生物质出料完毕后，即可以重新开始新的生物质进料。
完成生物质进料SBH反应器2在经过低温导热油回路的热量传递后，SBH反应器2内部的温度将升高，当完成液化SBH反应器2的低温导热油回路关闭时，同时关闭完成生物质进料SBH反应器2的低温导热油回路。打开完成生物质进料SBH反应器2的高温导热油回路，对SBH反应器2中的物料加温，直至SBH反应器2中的生物质完成液化。
SBH反应器2中生物质完成液化的判断标准是生物质在SBH反应器2中的温度达到设定温度，并持续了设定的时间。
生物质液化的设定温度范围为200-300℃，设定的持续时间为10-30分钟。具体的温度和持续时间依生物质的种类不同，需要通过反应釜试验确定。
SBH反应器2进料时，应保持SBH反应器2内留有一定的汽化空间，即进料后的生物质体积要小于SBH反应器2内部的容积。SBH反应器2进料时，为保证进料顺利，安装在SBH反应器2上部的第一放汽阀门07应打开，进料完成后，为保持SBH反应器2内的压力，安装在SBH反应器2上部的第一放汽阀门07应关闭。安装在SBH反应器2上部的第一放汽阀门07放出的气体应收集后做除臭、冷凝处理后方可排放。
打开SBH反应器2的卸料阀门06后，为了确保全部裂解生物质排放出SBH反应器2，还要打开安装在SBH反应器2上部的第一放汽阀门07。出料闪蒸罐3上部安装有大孔径第二放汽阀门08，SBH反应器2出料前应该打开。闪蒸罐3上的第二放汽阀门08发出的气体应收集后做除臭、冷凝处理后方可排放。
在实际运行过程中，只要SBH反应器2中有物料，SBH反应器2中安装的磁力搅拌器应始终保持运行状态。
SBH反应器2至少还要安装检测换热器中油温的温度计、检测物料温度的温度计、检测物料液位的液位计(或物位计)、防止SBH反应器2超压的***阀、检测换热器和SBH反应器2内部压力的压力计等。
SBH反应器2边壁安装的换热器可以是夹套式，亦可以为盘管式，夹套或盘管的耐压等级应等同于反应器的耐压等级。
SBH反应器2加热所需要的高温导热油由一个耐高温高压的导热油泵输送，热能通过一个导热油换热器取得。高温导热油在换热器的管程中流动，热源在换热器的壳程流动。在高温导热油回路安装有热膨胀罐，卸油槽和紧急冷却器310。
高温导热油回路的紧急冷却器310为一个水冷式冷却器，由出口和入口2个阀门控制。高温导热油回路中一般总有一个反应器需要加热，因此紧急冷却器310通常不使用。当高温导热油回路中没有反应器需要加热时，给高温导热油回路提供的热源应减少，直至关闭。但当热源的减少不够及时，高温导热油的温度持续升高，达到或者超过允许值时，就要启动紧急冷却器。
SBH反应器2加热所需要的低温导热油由一个耐高温高压的导热油泵输送，导热油泵通过导热油循环，将已经裂解反应器的热量传送给完成生物质进料SBH反应器2。一组低温导热油泵回路在同一时间内，只能在2组SBH反应器2之间通过低温导热油循环***交换热能。如果需要同一时间内有多对SBH反应器2同时通过低温导热油循环***交换热能，则需要给每对SBH反应器2安装一套低温导热油循环***。每组低温导热油回路均安装有热膨胀罐和卸油槽。
导热油换热器壳程中可以是高温导热油，由生物质导热油炉加热，并通过一台导热油泵输送、并循环，形成导热油炉导热油循环回路。回路中安装有热膨胀罐，卸油槽。导热油换热器壳程中也可以是高温蒸汽，由外部高温蒸汽源提供。
生物质导热油炉可以直接使用***自身生产的生物质燃料或其他生物质燃料。如果没有条件使用生物质导热油炉，亦可以使用其他任何型式的导热油炉。
裂解后的生物质经闪蒸后，温度仍然较高，需要首先用泵将其打入SBH冷却器2，冷却后的生物质进入液化生物质储液池4。等待后续的脱水工艺使用。
脱水后的生物质可以直接作为燃料使用，亦可以经过干燥后，再作为燃料使用。
脱水后的脱水液是高浓度有机废水，可以直接作为液体有机质利用，亦可以通过厌氧消化，使其生产沼气。厌氧消化生产出的沼气可以在自身***中使用，亦可作为能源提供给其他用户使用。厌氧消化产生的沼液，如果已经达到了排放标准，可以直接排放；如果其某些指标仍然高于排放标准，则需要进一步的处理。厌氧消化后产生的固体沼渣，仍然是一种生物质，可以作为生物质原料重新进入生物质液化***处理。
本实施例采用间接换热方法取代常用的蒸汽直接换热，***中只有一种结构简单的反应器，原理简单，***整体压力低，占地面积小，投资少，是制造生物质燃料的一种很好的选择。
本实施例***采用间接换热方法直接回收已经裂解液化生物质中的热能，使用设备少，回收效率高，在整个生物质液化过程中，始终保持封闭状态，无蒸汽释放，无需添加催化剂，压力由相应温度下水的饱和蒸汽压控制。由于本发明***中的热能得到有效的回收，已经裂解液化的生物质在最后释放(闪蒸)时的温度接近100℃，压力接近常压，损失的热能少，生物质中有机挥发份损失少，不但最终产品的利用价值高，而且大大降低了运行成本。

Claims (9)

1.一种序批式生物质液化工艺，该工艺采用间接换热方式直接回收已经裂解液化生物质中的热能，其特征在于，所述的工艺包括两组或两组以上并联设置的序批式生物质液化单元、与序批式生物质液化单元配合使用的高温导热油循环管路以及低温导热油循环管路；
在工作状态下，当一组序批式生物质液化单元采用高温导热油加热时，另一组序批式生物质液化单元进料，当采用高温导热油加热的序批式生物质液化单元中的生物质完成液化后，与该序批式生物质液化单元配合使用的高温导热油循环管路关闭，低温导热油循环管路打开，同时打开另一组已经完成生物质进料的序批式生物质液化单元的低温导热油循环管路，将已完成生物质液化的序批式生物质液化单元的热量直接传递给另一组已经完成生物质进料的序批式生物质液化单元；
所述的序批式生物质液化单元包括SBH反应器(2)、设置在SBH反应器(2)底部的生物质物料进口阀门(05)、插设在SBH反应器(2)中的磁力耦合搅拌机(010)、设置在SBH反应器(2)顶部的第一放汽阀门(07)、与第一放汽阀门(07)相连通的汽体收集器(5)、设置在SBH反应器(2)边壁上的换热器、与换热器配合使用的换热控制单元、设置在SBH反应器(2)底部的卸料阀门(06)、与卸料阀门(06)相连通的闪蒸罐(3)；
在工作状态下，完成生物质液化的序批式生物质液化单元在热量传递后，该序批式生物质液化单元中的SBH反应器(2)内部温度降低，待温度降低至极限值时，关闭与该序批式生物质液化单元配合使用的低温导热油循环管路，打开卸料阀门(06)，将已经液化的生物质以汽爆方式进入闪蒸罐(3)中；
而完成生物质进料的另一组序批式生物质液化单元中的SBH反应器(2)在经过低温导热油循环管路的热量传递后，SBH反应器(2)内部温度升高，当完成生物质液化的序批式生物质液化单元的低温导热油循环管路关闭时，则同时关闭另一组序批式生物质液化单元的低温导热油循环管路，并打开与另一组序批式生物质液化单元配合使用的高温导热油循环管路，对另一组序批式生物质液化单元中SBH反应器(2)的生物质加热，直至生物质完全液化。
2.根据权利要求1所述的一种序批式生物质液化工艺，其特征在于，所述的SBH反应器(2)内生物质液化的设定温度为200-300℃，液化持续时间为10-30分钟。
3.根据权利要求1所述的一种序批式生物质液化工艺，其特征在于，所述的SBH反应器(2)中设有用于检测换热器中油温的温度计、用于检测生物质温度的温度计、用于检测生物质液位的液位计、防止SBH反应器(2)超压的***阀、用于检测换热器和SBH反应器(2)内部压力的压力计。
4.根据权利要求1所述的一种序批式生物质液化工艺，其特征在于，所述的换热器包括但不限于盘管式换热器、列管式换热器或夹套式换热器中的一种；
所述的换热控制单元包括与换热器连接并且供高温导热油通过的第一阀门(01)及第二阀门(02)、与换热器连接并且供低温导热油通过的第三阀门(03)及第四阀门(04)；
所述的闪蒸罐(3)的顶部设有第二放汽阀门(08)，该第二放汽阀门(08)通过管道与汽体收集器(5)相连通。
5.根据权利要求4所述的一种序批式生物质液化工艺，其特征在于，所述的高温导热油循环管路包括与每个序批式生物质液化单元中的第一阀门(01)及第二阀门(02)相连接的高温导热油循环管道、设置在高温导热油循环管道上的高温导热油泵(301)、高温导热油高位膨胀槽(302)、回路控制阀(303,307)、高温导热油换热器(304)、高温导热油泄油阀(305)、紧急冷却器(310)以及与紧急冷却器(310)配合使用的紧急冷却器控制阀(308,309)、与高温导热油泄油阀(305)配合使用的第一泄油槽(306)、向高温导热油循环管道供热的热源；
所述的热源包括但不限于生物质导热油锅炉、蒸汽炉或电加热炉中的一种。
6.根据权利要求4所述的一种序批式生物质液化工艺，其特征在于，所述的低温导热油循环管路包括与每个序批式生物质液化单元中的第三阀门(03)及第四阀门(04)相连接的低温导热油循环管道、设置在低温导热油循环管道上的低温导热油泵(201)、低温导热油高位膨胀槽(202)以及低温导热油泄油阀(203)、与低温导热油泄油阀(203)配合使用的第三泄油槽(204)。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种序批式生物质液化工艺，其特征在于，所述的闪蒸罐(3)依次与液化生物质储液池(4)、后续生物质裂解液脱水处理单元(6)相连接。
8.根据权利要求7所述的一种序批式生物质液化工艺，其特征在于，所述的液化生物质储液池(4)为全密封储液池，液化生物质储液池(4)的顶部设有第三放汽阀门(09)，该第三放汽阀门(09)通过管道与汽体收集器(5)相连通；
所述的后续生物质裂解液脱水处理单元包括依次与液化生物质储液池(4)相连接的裂解液换热器(502)、脱水器(503)以及干燥器(504)、与脱水器(503)相连接的厌氧消化罐(601)、设置在厌氧消化罐(601)与裂解液换热器(502)之间的冷却水泵(602)及冷却水塔(604)；
所述的液化生物质储液池(4)与裂解液换热器(502)之间设有液体泵(501)，所述的脱水器(503)与厌氧消化罐(601)之间设有脱水液输送泵(603)；
所述的干燥器(504)上设有第四放汽阀门(505)，该第四放汽阀门(505)通过管道与汽体收集器(5)相连通。
9.根据权利要求8所述的一种序批式生物质液化工艺，其特征在于，在工作状态下，已经裂解并经闪蒸工艺降温的生物质裂解液存储在液化生物质储液池(4)，液化生物质储液池(4)中裂解液通过液体泵(501)输送至裂解液换热器(502)的管程，冷却后的裂解液温度下降至50℃以下，而从裂解液换热器(502)输出的裂解液再输送至脱水器(503)进行脱水，脱水后的生物质固体再输送至干燥器(504)，得到含水率小于10％的生物质干燥颗粒，而蒸汽通过放第四放汽阀门(505)输送至汽体收集器(5)，处理后排放；
脱水时脱出的液体为高浓度有机废水，高浓度有机废水经厌氧消化生成沼气，沼气经过滤、脱硫后作为燃料使用，或者，高浓度有机废水经好氧消化，直接达标处理。
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