[發明專利]生物質快速熱裂解的方法及其裝置

有效

• 申請號: 201110308862.7
• 申請日: 2011-10-12
• 公開（公告）號: CN102408901A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 劉運權;王奪
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;C10B57/00;C10G1/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種生物質熱裂解，尤其是涉及一種生物質快速熱裂解的方法及其裝置。

背景技術

隨著中國經濟的高速發展，能源供應不足的矛盾日趨突出，我國原油依賴進口問題嚴重。因此，充分立足本國資源開發可替代能源，特別是生物質能源，以減少對石油的依賴，對于保證國家能源安全，實現可持續發展具有重要的意義。生物質能源作為唯一可以轉化為液體燃料的可再生能源，是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統中占有重要地位。生物質是指一切直接或間接利用綠色植物光合作用形成的有機物質，包括除化石燃料外的植物、動物和微生物及其排泄與代謝物等。生物質快速熱裂解是生物質能源應用的重要方面，它能夠將生物質原料，如秸稈、木屑、農產品加工廢料等，轉化為高品位的生物質油，該技術對生物質原料的要求為含水量低于10％和粒徑小于2mm。生物質快速熱裂解是指在無氧環境下，將生物質快速加熱到較高反應溫度，引起大分子的分解，產生小分子氣體和可凝性揮發分以及少量焦炭的過程，可凝性揮發分被快速冷卻成可流動液體，稱之為生物質油。生物質油具有刺激性焦味，高密度(～1200kg/m³)，酸性(pH值2.8～3.8)以及較低熱值(14～18.5MJ/kg)。生物質油成分復雜，包含酸類、醛類、酮類、呋喃類等上百種化合物，單一的水冷方式將熱裂解蒸汽中所有能夠冷凝的生物質油集中在一起，不能將生物質油分級收集，不利于生物質油在更廣泛的范圍內應用，同時，由于水冷冷凝方式換熱不佳，導致生物質油產率較低。如中國專利CN200510057216.2公開的《一種生物質熱裂解液化的工藝方法及其裝置系統》和CN201110006196.1公開的《一種生物質熱裂解爐》等，均是采用水冷的方式收集生物質油，這種冷卻方式不能夠分級收集生物質油，且由于冷凝效果不理想，造成了生物質油產率低。

針對這個問題，本申請案的生物質油收集系統對熱裂解蒸汽采用高壓噴淋、水冷和冰冷的三個步驟，能夠收集到不同成分的生物質油，且能提高生物質油產率。

發明內容

本發明的目的在于針對現有的冷卻方式不能夠分級收集生物質油，且由于冷凝效果不理想，造成了生物質油產率低等問題，提供一種不僅可提高生物質油的產率，而且通過分級冷凝獲得生物質油，可提高生物質油的應用范圍的生物質快速熱裂解的方法及其裝置。

所述生物質快速熱裂解裝置設有加料倉、自動給料裝置、質量流量儀、氣體預熱器、熱裂解反應器、分離器、生物炭收集器、冷卻器、循環泵、激冷塔、塔底暫儲罐、第1生物質油收集罐、水冷冷凝器、第2生物質油收集罐、冰水冷凝器、第3生物質油收集罐；所述加料倉的出料口經自動給料裝置接熱裂解反應器的生物質物料進口，質量流量儀的進口接氮氣進口，質量流量儀的出口經氣體預熱器接熱裂解反應器的混合氣進口，熱裂解反應器的熱裂解蒸氣生物炭和灰份出口接分離器的進口，分離器的生物炭和灰份出口接生物炭收集器進口，分離器的熱裂解蒸氣出口接激冷塔的進口，激冷塔的生物質油出口接塔底暫儲罐的進口，塔底暫儲罐的一路出口接第1生物質油收集罐的進口，塔底暫儲罐的另一路出口依次經循環泵和冷卻器接激冷塔，激冷塔經水冷冷凝器分別與第2生物質油收集罐和冰水冷凝器連接，冰水冷凝器的出口接第3生物質油收集罐，冰水冷凝器的不可凝性氣體出口接質量流量儀的入口。

所述分離器可設第1級分離器和第2級分離器；所述收物炭收集器可設第1級生物炭收集器和第2級生物炭收集器，第1級生物炭收集器設于第1級分離器下端，第2級生物炭收集器設第2級分離器下端。

所述熱裂解反應器可采用生物質鼓泡流化床反應器等。

生物質熱裂解產生的不可凝性氣體作為載氣。載熱體可采用熱穩定性好、導熱好、不易粉末化的石英砂。

所述激冷塔是一種使熱裂解蒸汽中的生物質油冷凝的裝置，在該裝置中，通過循環泵將噴淋介質壓縮到高壓狀態，噴入到熱裂解蒸汽中，獲得冷凝的生物油，密度較大的生物油沉積到塔底暫儲罐中，密度較小的噴淋介質流出激冷塔，進入冷卻器，釋放出在塔內吸收的熱量，以供給下次噴淋使用。

所述塔底暫儲槽不僅收集激冷塔內得到的生物質油，塔底暫儲罐頂部還布置有噴淋介質高壓噴嘴，保證熱解蒸汽在塔底暫儲槽內進一步得到冷卻，增強換熱效果。

噴淋介質是指輕質生物質油、甲醇、環己烷、己烷或正十二烷等，對噴淋介質的要求是密度低于生物質油。若噴淋介質能與生物油相溶，則要求它混合在生物質油中不會對生物質油的后續應用造成影響，不過，最好是選擇與生物油不相溶的噴淋介質。