[發明專利]一種生物質有氧熱解方法與裝置

在審

• 申請號: 202110584367.2
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113322088A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 李斌;唐家斟;賀亞京;謝興;林丹;劉東京
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C10B53/00
• 分類號: C10B53/00;C10B57/00;C10B49/04
• 代理公司: 暫無信息
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本發明公開了一種生物質有氧熱解方法與裝置，包括熱解反應器、部分氧化反應器和冷凝裝置，所述熱解反應器內可布置帶驅動裝置的機械輸送裝置，生物質被給入熱解反應器后，與熱氣體混合被加熱熱解產生揮發分和熱解焦，所述熱氣體由熱解焦部分氧化產生，所述生物質/熱解焦由機械輸送裝置輸送至熱解反應器固體出口，出來后熱解焦進入部分氧化反應器與限量空氣反應產生熱氣體并得到生物質焦或灰，所述揮發分經靠近生物質入口的氣體出口排出進入冷凝裝置冷凝獲得熱解氣和生物油。本發明通過在熱解過程中引入限量空氣與熱解焦反應為熱解過程供熱，實現生物質自熱熱解，突破生物質熱解技術放大過程中面臨的傳熱瓶頸，方法簡單，易于放大，技術經濟性好。

技術領域

本發明屬于生物質能技術領域，尤其涉及一種生物質有氧熱解方法與裝置。

背景技術

生物質熱解通常是在惰性/無氧氣氛下進行的，熱解過程是一個吸熱反應過程，需要從外部供給熱量以維持熱解反應在某一特定溫度下進行。生物質熱解所需的熱量通常是通過熱解爐壁面由外向內傳遞的，包括采用高溫煙氣沖刷熱解爐外壁面換熱，熱解爐外壁面為熱解過程傳熱提供所需的傳輸面積。然而，當熱解技術放大應用也即熱解爐體積放大時，熱解爐的處理量與熱解爐體積成正比，而傳熱面積則與僅與其外表面積成正比，這將造成熱解爐放大時其傳熱面積的增長遠小于其處理量或體積的增長。為了匹配熱解爐處理量增長所需的傳熱量，熱解爐放大一般將以其傳熱面積放大倍數為基準，這將進一步擴大熱解爐的體積。

生物質熱解爐的傳熱過程不僅涉及熱量從外部傳遞到熱解爐壁面，還涉及到從熱解爐壁面向熱解爐內空間/物料的傳遞，如何將外部熱量快速、有效地傳遞到熱解爐內已成為限制熱解技術放大應用和商業化運行的重要瓶頸。特別是在熱解爐放大時，熱解爐內空間/體積大幅增長，熱量傳遞的空間距離/穿透距離大幅增加，這給爐內均勻穩定傳熱以及實現爐內穩定的溫度場提出了很大的難題，常規的間接換熱方式一般難以滿足熱解爐放大的技術要求，而固體熱載體式換熱方式則需附加復雜的固體熱載體循環傳輸與加熱系統，極大限制了其應用范圍。因此，創新熱解過程傳熱方法、發展新型熱解技術是推動生物質熱解技術不斷發展的重要趨勢。

發明內容

本發明根據現有技術中存在的問題，提出了一種生物質有氧熱解方法與裝置，本發明通過在熱解過程中引入限量空氣與熱解焦反應為熱解過程供熱，實現生物質自熱熱解，突破生物質熱解技術放大過程中面臨的傳熱瓶頸問題，該方法簡單易行，易于放大，具有很好的技術經濟性。

本發明所采用的技術方案如下：

一種生物質有氧熱解裝置，包括熱解反應器、部分氧化反應器和冷凝裝置，所述熱解反應器內布置帶驅動裝置的機械輸送裝置；所述熱解反應器設置有生物質進口、熱解焦固體出口、揮發分氣體出口以及熱氣體進口，所述部分氧化反應器設置有空氣進口、熱氣體出口、固體出口和固體進口。所述熱解焦固體出口連接部分氧化反應器固體進口，所述揮發分氣體出口連接冷凝裝置氣體進口，所述熱氣體進口連接部分氧化反應器的熱氣體出口；部分氧化反應器內的熱解焦與通入部分氧化反應器中的限量空氣進行部分氧化反應，生成熱氣體并將熱氣體通入熱解反應器為熱解過程供熱。進一步，部分氧化反應器中通入限量空氣的量按生物質給料速率計算其空氣當量比一般不超過10％，根據生物質種類不同其優化的當量比在5％左右。

進一步，所述熱解反應器和部分氧化反應器設計為分體式結構，通過管道實現兩者的連接，或者按分區將熱解反應器和部分氧化反應器整合在一個反應器內，設計為一體式結構。進一步，所述冷凝裝置的氣體出口和液體出口，分別用于收集冷凝后的不可冷凝的熱解氣和生物油。

進一步，所述熱解反應器的布置型式為臥式或立式，在熱解反應器內部選擇性的布置機械輸送裝置。

進一步，所述機械輸送裝置包括螺旋絞龍、傳送帶和振動爐排。

進一步，所述部分氧化反應裝置選用固定床、移動床、流化床或懸浮床。

進一步，所述冷凝裝置選擇單級直接冷凝裝置、多級間接冷凝系統或多級直接/間接復合冷凝系統。