本發(fā)明提供生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化裝置，屬于生物質(zhì)能源領(lǐng)域。

2.

背景技術(shù)：

目前我國農(nóng)林廢棄物約8.8億噸以上，由于缺乏有效利用技術(shù)而不得不被焚燒或廢棄，不僅浪費(fèi)資源，也造成霧霾天氣、大氣污染、土壤礦化、火災(zāi)和交通事故等大量社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)問題，成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)和難點(diǎn)。現(xiàn)有生物質(zhì)綜合利用途徑相當(dāng)廣，很多途徑資源利用率和經(jīng)濟(jì)效益都很高，如造紙、直燃發(fā)電、纖維乙醇和沼氣等，但由于規(guī)模和消耗量小、使用效率低、污染或特定地域要求，都不能從根本上滿足生物質(zhì)規(guī)模化高效高值化清潔的要求。近三十年新興起的快速熱解提煉技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量密度大、易于存貯和運(yùn)輸?shù)囊后w，可生產(chǎn)車用替代燃料、液體燃料和化工原料，是環(huán)境友好性、最有希望的石油替代品，不存在產(chǎn)品規(guī)模和消費(fèi)地域限制，能夠滿足大規(guī)模、高效、高值化和清潔無污染的要求，被公認(rèn)為“本世紀(jì)生物能最有工業(yè)化發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)”，既是目前國際上生物質(zhì)能研發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，又是我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)-新能源領(lǐng)域的前沿探索項(xiàng)目。

國際上代表性工藝主要有荷蘭Twente大學(xué)的旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)工藝、美國Georgia工學(xué)院的攜帶床反應(yīng)工藝、加拿大Ensyn工程師協(xié)會(huì)的鼓泡循環(huán)流化床工藝、美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)渦旋反應(yīng)工藝、加拿大Laval大學(xué)的多層真空熱解磨反應(yīng)工藝等。國內(nèi)各單位也相繼開發(fā)了類似技術(shù)。但由于工藝缺陷和不足，目前僅有旋轉(zhuǎn)錐工藝、鼓泡循環(huán)流化床工藝實(shí)現(xiàn)了萬噸級(jí)工業(yè)化生產(chǎn)。在上述工藝中，僅有循環(huán)流化床快速熱解工藝?yán)脽峤猱a(chǎn)生的部分半焦循環(huán)燃燒產(chǎn)生的熱量即可滿足反應(yīng)所需熱量的需求，能量利用合理、液體收率高、設(shè)備簡單、易于大型化、也是被國內(nèi)外研究的最多，被認(rèn)為是最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的生物質(zhì)快速熱解工藝。但一般循環(huán)流化床熱解需要流化氣、冷卻負(fù)荷大，流化磨損產(chǎn)生的細(xì)粉油中難以脫除。下行循環(huán)流化床具有順重力場并流下行運(yùn)動(dòng)、固固或氣固接觸時(shí)間短、反應(yīng)快、徑向分布均勻、返混小、并能靈活地調(diào)節(jié)固/氣或固比等優(yōu)點(diǎn)，既保持了流化床熱解得高液體收率和大規(guī)?；a(chǎn)優(yōu)點(diǎn)，又無需流化風(fēng)、熱解氣停留時(shí)間小、顆粒磨損細(xì)粉少，降低了冷卻負(fù)荷和能耗，油中脫灰相對(duì)容易，因而下行循環(huán)流化床將是生物質(zhì)快速熱解亟待開發(fā)和應(yīng)用的最佳反應(yīng)器。但由于生物質(zhì)原料含鉀、含水量較高，同時(shí)生物質(zhì)原料以及熱解半焦與載體比重差異大，目前國際上典型的快速熱解工藝中，普遍存在熱質(zhì)傳遞與反應(yīng)調(diào)控、油中帶灰、油中高含水、液收率低、油氣結(jié)焦堵塞、半焦載體異重返料、生物油加熱自聚、流化氣稀釋干氣和耗能、含鉀載體熔融導(dǎo)致床料結(jié)焦死床、生物質(zhì)原料干燥、反應(yīng)器機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件高溫磨損等影響生物質(zhì)快速熱解技術(shù)工業(yè)放大和長周期穩(wěn)定運(yùn)行的十大難題。

本發(fā)明人發(fā)明了一種固體有機(jī)物自混合下行流化床快速熱解工藝(ZL200810000615.9)，其特征在于干燥粉碎后的固體有機(jī)物經(jīng)通過螺旋輸送機(jī)輸送進(jìn)入自混合下行流化床反應(yīng)器的入口，與從另一入口進(jìn)入的高溫再生劑在自混合下行流化床反應(yīng)器中接觸、混合、反應(yīng)，快速離開反應(yīng)段；氣相通過自混合下行流化床反應(yīng)器的氣相出口進(jìn)入急冷器冷凝分離為熱解油和熱解氣，經(jīng)油罐分離，部分熱解油由液體循環(huán)泵打回到水冷器冷卻后做為急冷器冷源；固相通過流化床返料器和預(yù)熱空氣一起進(jìn)入流化床再生器燃燒再生，經(jīng)流化床再生后的固體溫度升高，進(jìn)入慣性氣固分離器，先分出大部分顆粒固體進(jìn)入再生劑緩沖倉，再進(jìn)入自混合下行流化床反應(yīng)器再次循環(huán)，其余微小固體隨氣流先進(jìn)入省煤器預(yù)熱空氣，然后進(jìn)入旋流分離器分出微顆粒高溫固體外排；分離后的煙氣通過粉碎加料器進(jìn)入有機(jī)物粉干燥提升器，然后經(jīng)旋分器分離出干燥的有機(jī)物后經(jīng)引風(fēng)機(jī)排空；空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入省煤器預(yù)熱后進(jìn)入流化床再生器；有機(jī)物通過粉碎加料器進(jìn)入有機(jī)物粉干燥提升器，然后經(jīng)旋分器分離通過螺旋輸送機(jī)輸送進(jìn)入自混合下行流化床反應(yīng)器的入口，這樣下行自混合流化床反應(yīng)器和流化床再生器耦合，形成一個(gè)固體熱載體循環(huán)的反應(yīng)再生耦合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了熱質(zhì)傳遞與反應(yīng)的調(diào)控。盡管通過熱載體分級(jí)分離，大中顆粒熱載體通過下行熱解反應(yīng)器熱解、微小顆粒熱灰外排，從源頭上消除熱灰造成的油中帶灰難題。但生物質(zhì)粉干燥后未分級(jí)分離,其中的細(xì)小顆粒還會(huì)從源頭上產(chǎn)生油中帶灰現(xiàn)象。油氣未直接進(jìn)行分餾，油中高含水問題未能有效解決。另外油氣結(jié)焦堵塞、半焦載體異重返料、生物油加熱自聚和生物質(zhì)原料干燥難題一直困擾生物質(zhì)自混合下行流化床快速熱解工藝的工業(yè)化推廣。

3.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有生物質(zhì)熱解液化技術(shù)存在的不足而提出的一種生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化裝置，既徹底解決了生物質(zhì)熱解熱質(zhì)傳遞與反應(yīng)調(diào)控、油中帶灰、油中高含水、液收率低、油氣結(jié)焦堵塞、半焦載體異重返料、生物油加熱自聚、流化氣稀釋干氣和耗能、含鉀載體熔融導(dǎo)致床料結(jié)焦死床、生物質(zhì)原料干燥、反應(yīng)器機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件高溫磨損等影響生物質(zhì)快速熱解技術(shù)工業(yè)放大和長周期穩(wěn)定運(yùn)行的十大難題。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

本發(fā)明的目的是通過將生物質(zhì)粉和熱載體均實(shí)現(xiàn)分級(jí)分離，大中顆粒載體和生物質(zhì)通過下行熱解反應(yīng)器熱解、生物質(zhì)細(xì)粉直接送入燒焦提升管燃燒加熱，細(xì)熱載體直接外排做硅鉀肥，從源頭上消除油中帶灰和生物質(zhì)灰利用以及含鉀載體熔融導(dǎo)致床料結(jié)焦死床的難題。其特征是生物質(zhì)粉入口設(shè)置在煙氣提升管的下部，在煙氣提升管頂部設(shè)置氣固二級(jí)分離器，一級(jí)氣固分離器的煙氣出口與二級(jí)氣固分離器入口相連，一級(jí)氣固分離器的固體出口通過上部料倉和旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器與下行熱解反應(yīng)器頂部連通；二級(jí)氣固分離器的煙氣出口直接外排，二級(jí)氣固分離器的固體出口通過半焦返料閥與燒焦提升管底部連通；燒焦提升管為底部設(shè)置氣體分布器和進(jìn)氣管，頂部設(shè)置慣性氣固分離器；慣性氣固分離器的固體出口通過高溫載體返料控制器與下行熱解反應(yīng)器頂部連通，煙氣出口與熱載體二級(jí)氣固分離器的入口相通；熱載體二級(jí)氣固分離器的固體出口與細(xì)灰冷卻料倉，氣相出口通過引風(fēng)機(jī)與煙氣提升管的底部連通；下行熱解反應(yīng)器底部設(shè)置油氣氣固分離器，油氣氣固分離器的氣相出口與半焦分離器的入口相通，底部通過半焦返料閥與燒焦提升管底部連通；半焦分離器的固體出口與外取熱器連通，半焦分離器的氣相出口與油氣分餾塔相連。

油氣分餾塔設(shè)置脫過熱段和兩段精餾塔內(nèi)件，從上到下設(shè)置熱解干氣出口、木醋液出口、輕油出口、重油出口。

外取熱器是流化態(tài)外取熱器底部設(shè)置氣體分布器，頂部氣體出口通過分離器、進(jìn)水預(yù)熱器和循環(huán)風(fēng)機(jī)與流化態(tài)外取熱器底部的氣體分布器相連。

燒焦提升管反應(yīng)溫度為850℃-1100℃。

高溫?zé)彷d體與生物質(zhì)粉的混合比例為2-8：1。

下行熱解反應(yīng)器出口反應(yīng)溫度為450℃-600℃。

本發(fā)明將實(shí)施例來詳細(xì)敘述本發(fā)明的特點(diǎn)。

4.附圖說明

附圖1為本發(fā)明的工藝示意圖。附圖1的圖面設(shè)明如下：

1、燒焦提升管 2、氣體分布器 3、進(jìn)氣管 4、慣性氣固分離器 5、高溫載體返料控制器 6、熱載體二級(jí)氣固分離器 7、細(xì)灰冷卻料倉 8、下行熱解反應(yīng)器 9、油氣氣固分離器 10、油氣分餾塔 11、重油出口 12、輕油出口 13、木醋液出口 14、引風(fēng)機(jī) 15、煙氣提升管 16、煙氣一級(jí)氣固分離器 17、上部料倉 18、旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器 19、煙氣二級(jí)氣固分離器 20、煙氣出口 21、生物質(zhì)粉入口 22、熱解干氣出口 23、半焦返料閥 24、外取熱器 25、分離器 26、進(jìn)水預(yù)熱器 27、循環(huán)風(fēng)機(jī) 28、半焦分離器 29、半焦出口。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來詳述本發(fā)明的工藝特點(diǎn)。

5.具體實(shí)施方式

生物質(zhì)粉入口21設(shè)置在煙氣提升管15的下部，在煙氣提升管15頂部設(shè)置氣固二級(jí)分離器，一級(jí)氣固分離器16的煙氣出口與二級(jí)氣固分離器19入口相連，一級(jí)氣固分離器16的固體出口通過上部料倉17和旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器18與下行熱解反應(yīng)器8頂部連通；二級(jí)氣固分離器19的煙氣出口直接外排，二級(jí)氣固分離器19的固體出口通過半焦返料閥23與燒焦提升管1底部連通；燒焦提升管1為底部設(shè)置氣體分布器2和進(jìn)氣管3，頂部設(shè)置慣性氣固分離器4；慣性氣固分離器4的固體出口通過高溫載體返料控制器5與下行熱解反應(yīng)器8頂部連通，煙氣出口與熱載體二級(jí)氣固分離器6的入口相通；熱載體二級(jí)氣固分離器6的固體出口與細(xì)灰冷卻料倉7，氣相出口通過引風(fēng)機(jī)14與煙氣提升管15的底部連通；下行熱解反應(yīng)器8底部設(shè)置油氣氣固分離器9，油氣氣固分離器9的氣相出口與半焦分離器28的入口相通，底部通過半焦返料閥23與燒焦提升管1底部連通；半焦分離器28的固體出口與流化態(tài)外取熱器24連通，半焦分離器25的氣相出口與油氣分餾塔10相連。

油氣分餾塔10設(shè)置脫過熱段和兩段精餾塔內(nèi)件，從上到下設(shè)置熱解干氣出口22、木醋液出口13、輕油出口12、重油出口11。

外取熱器24是流化態(tài)外取熱器底部設(shè)置氣體分布器，頂部氣體出口通過分離器25、進(jìn)水預(yù)熱器26和循環(huán)風(fēng)機(jī)27與流化態(tài)外取熱器底部的氣體分布器相連。

燒焦提升管1反應(yīng)溫度為850℃-1100℃。

高溫?zé)彷d體與生物質(zhì)粉的混合比例為2-8：1。

下行熱解反應(yīng)器8出口反應(yīng)溫度為450℃-600℃。

本發(fā)明所提供的生物質(zhì)下行循環(huán)床毫秒熱解液化裝置，通過將生物質(zhì)粉和熱載體均實(shí)現(xiàn)分級(jí)分離，大中顆粒載體和生物質(zhì)通過下行熱解反應(yīng)器熱解、生物質(zhì)細(xì)粉直接送入燒焦提升管燃燒加熱，細(xì)熱載體直接外排做硅鉀肥，從源頭上消除油中帶灰、流化氣稀釋干氣和耗能和生物質(zhì)灰利用以及含鉀載體熔融導(dǎo)致床料結(jié)焦死床的難題。利用燒焦提升管的高氣速、下行管的自由落體以及半焦返料器消除了半焦載體異重返料難題；利用雙管(下行反應(yīng)管和燒焦提升管)耦合解決了熱質(zhì)傳遞與反應(yīng)的調(diào)控和反應(yīng)器機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件高溫磨損的難題；利用油汽直接分餾解決了油氣結(jié)焦堵塞和生物油加熱自聚以及油中高含水難題；利用煙氣干燥生物質(zhì)，解決了生物質(zhì)原料干燥難題，提高了熱解升溫速率從而提高了液體收率，這些技術(shù)措施的集成，從而解決了影響生物質(zhì)快速熱解技術(shù)工業(yè)放大和長周期穩(wěn)定運(yùn)行的十大難題，消除了困擾生物質(zhì)自混合下行流化床快速熱解工藝工業(yè)化推廣的瓶頸。

不同生物質(zhì)快速熱解的液體收率：松木粉68％、楊木粉62％、玉米秸稈39％、棉花秸稈55％，油中含灰小于0.2％，含水小于1％；氣體熱值約3800大卡，半焦熱值約5400大卡。