一種微波熱解制生物油和活性炭的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微波熱解制生物油和活性炭的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]生物質(zhì)來源廣泛，儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉以及可再生，而且作為唯一能轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生能源，利用過程產(chǎn)生的二氧化碳排放量為零，環(huán)境友好，是一種綠色環(huán)保的可再生能源。生物質(zhì)裂解轉(zhuǎn)化而來的液體生物油基本上不含硫、氮和金屬成分,氣體富含co、h2、CH4等可燃性組分，而固體則是一種生物質(zhì)半焦。
[0003]目前生物質(zhì)快速裂解技術(shù)可以獲得很高的液體收率，但組成復(fù)雜、含氧量高，而且熱值較低、酸性強(qiáng)，需要進(jìn)一步的加氫脫氧。熱解氣體需經(jīng)過氣化、重整、脫焦、分離純化等步驟才能得到滿足工業(yè)應(yīng)用的氣體燃料。固體質(zhì)地疏松，顆粒均勻，從外觀看是一種制備生物質(zhì)活性炭的良好材料，但仍需進(jìn)行造孔活化才能制得活性炭產(chǎn)品。由此可見，基于生產(chǎn)單一產(chǎn)品的生物質(zhì)利用技術(shù)都存在生產(chǎn)成本偏高和經(jīng)濟(jì)適用性差的問題。如何高效綜合利用生物質(zhì)熱解氣液固產(chǎn)物是降低生物燃料生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)生物能源產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。
[0004]CN201110067027.9公開了一種農(nóng)作物秸桿制取木炭活性炭可燃?xì)馍镉偷闹谱鞣椒?。將粉碎壓制成型的秸桿經(jīng)過熱解、炭化、活化過程制作秸桿活性炭，同時(shí)熱解過程產(chǎn)生的揮發(fā)分進(jìn)行冷凝回收得到可燃?xì)夂蜕镉汀?br>[0005]CN201210581881.1公開了一種廢棄人造板熱解多聯(lián)產(chǎn)綜合利用方法，將經(jīng)過破碎、篩選等預(yù)處理粗料送入慢速熱解器進(jìn)行炭化，再將得到的細(xì)料送入快速熱解反應(yīng)器進(jìn)行熱解反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過氣固分離后得到生物炭和熱解蒸汽，生物炭經(jīng)過活化制備活性炭，熱解蒸汽經(jīng)過冷凝后得到生物油和不可冷凝燃?xì)?。上述專利方法的重點(diǎn)是基于開發(fā)活性炭產(chǎn)品，生物油氣更多是作為副產(chǎn)品，這對(duì)于開發(fā)生物質(zhì)油氣資源來說是極為不利的。
[0006]CN201010159906.X公開利用城市污泥低溫?zé)峤馔瑫r(shí)制備生物油和活性炭的方法，首先將原料送入流化床熱解，然后旋風(fēng)分離捕集落下來的熱解炭，并通過落料管、回料器和返料管返回?zé)峤夥磻?yīng)器進(jìn)行循環(huán)，熱解炭經(jīng)過多次循環(huán)后成為活性炭并隨熱解氣進(jìn)入陶瓷過濾器被捕集，排出的熱解氣冷凝回收生物油。該方法采用流化床雖然提高了生物油的收率，但制備活性炭存在單位產(chǎn)品能耗相對(duì)較高、熱利用效率低的問題，而且回用熱解氣作為活化氣，活性炭產(chǎn)品質(zhì)量難以保障。
[0007]CN201110185346.X公開了一種生物質(zhì)熱解煉制-分級(jí)定向轉(zhuǎn)化的方法。采用梯度升溫和分布收集的方法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的定向轉(zhuǎn)化。其中，水溶性熱解油用于發(fā)酵，脂溶性熱解油精制高品質(zhì)生物油，熱解渣制備活性炭或納米二氧化硅。但這種梯度升溫是一種中慢速熱解，會(huì)影響生物油收率，而且水溶性熱解油采用生物轉(zhuǎn)化的方法，造成設(shè)備復(fù)雜、流程繁復(fù)等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種微波熱解制生物油和活性炭的系統(tǒng)，該系統(tǒng)生物質(zhì)熱解率高，能夠得到高收率生物油和高品質(zhì)的活性炭產(chǎn)品，具有良好應(yīng)用前景。
[0009]本發(fā)明的微波熱解制生物油和活性炭的系統(tǒng)，包括微波熱解反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、冷凝器、焦炭?jī)?chǔ)料倉(cāng)、微波活化反應(yīng)器、氣體燃燒器、活性炭冷卻塔和氮?dú)獍l(fā)生器；微波熱解反應(yīng)器通過管路與旋風(fēng)分離器連接，旋風(fēng)分離器頂部的出氣口與冷凝器連接，旋風(fēng)分離器底部與焦炭?jī)?chǔ)料倉(cāng)連接；焦炭?jī)?chǔ)料倉(cāng)底部與微波活化反應(yīng)器物料進(jìn)口連接，微波活化反應(yīng)器物料出口通過管路與活性炭冷卻塔的進(jìn)料口連接，微波活化反應(yīng)器上的出氣口通過管路與燃燒器進(jìn)氣管路連接；冷凝器出氣口通過管路與燃燒器相連，燃燒器的出氣管路分為兩路，一路與微波活化反應(yīng)器連接，另一路與微波熱解反應(yīng)器的流化氣和噴動(dòng)氣管路連接；活性炭冷卻塔進(jìn)氣口與氮?dú)夤苈废噙B，出氣口通過管路并入流化氣和噴動(dòng)氣管路，活性炭冷卻塔底部設(shè)置物料出口。
[0010]本發(fā)明系統(tǒng)中，微波熱解反應(yīng)器采用導(dǎo)向噴動(dòng)流化床，在流化床壁設(shè)置一定數(shù)量的微波石英窗口，每個(gè)窗口對(duì)應(yīng)一個(gè)微波發(fā)生器，單個(gè)微波發(fā)生器的功率為50(T2000W,根據(jù)反應(yīng)器的容積等情況設(shè)置具體的窗口數(shù)量，一般設(shè)置Γ16個(gè)，保證反應(yīng)器內(nèi)的功率密度在0.1XlO5?1X 105W/m3;微波熱解反應(yīng)器下部設(shè)置法蘭盤，用于法蘭盤固定導(dǎo)向管和連接微波熱解反應(yīng)器上下兩部分，法蘭盤下部設(shè)置錐形氣體分布板，豎直向上均勻布孔；錐形氣體分布板底端連接噴動(dòng)氣入口，兩側(cè)連接流化氣入口 ；反應(yīng)器連接生物質(zhì)螺旋加料器，通過螺旋推送的方式進(jìn)料。
[0011]本發(fā)明系統(tǒng)中，焦炭?jī)?chǔ)料倉(cāng)采用分段式結(jié)構(gòu)，一般設(shè)置2?4段，每段的頂部和底部都設(shè)置電動(dòng)閥門，通過閥門的切換來控制焦炭顆粒的在微波活化器中的連續(xù)進(jìn)料。
[0012]本發(fā)明系統(tǒng)中，冷凝器采用多級(jí)冷凝，冷凝方式分別為空冷(10(T15(TC)、水冷(25?50 V )和冷卻液冷(5?10°C )，依次得到重質(zhì)油(餾程:>200 °C )、中輕質(zhì)油(餾程:80-200°C)和揮發(fā)油(餾程:80°C)。重質(zhì)油可進(jìn)一步通過加氫裂化得到汽柴油餾分，中輕質(zhì)油和揮發(fā)油可用于提取制備化學(xué)品。
[0013]本發(fā)明系統(tǒng)中，熱解生成的不可凝熱解氣含有C0、H2、CxHy等可燃?xì)怏w，進(jìn)入燃燒器中進(jìn)行點(diǎn)火燃燒，燃燒器底部設(shè)置進(jìn)氣口，可以通入含氧氣體，如空氣、氧氣等進(jìn)行助燃，不可凝熱解氣與助燃?xì)庵仍?:0.5^1:2。燃燒得到的氣體溫度可達(dá)900°C，一部分作為微波活化氣，一部分作為噴動(dòng)氣和流化氣的氣源。
[0014]本發(fā)明系統(tǒng)中，微波活化反應(yīng)器設(shè)置等徑螺桿，所述螺桿為等螺距、等深槽的圓柱體，采用螺旋進(jìn)料的方式，微波活化溫度為50(T90(TC ;燃燒器的高溫氣體作為微波活化氣通入微波活化反應(yīng)器內(nèi)，活化過程產(chǎn)生的揮發(fā)性可燃?xì)怏w連同未反應(yīng)的活化氣一起通過管路回到燃燒器，提供新的活化氣源?；罨^程中控制活化氣的氣體流量在0.05、.5L/min之間。由于微波獨(dú)特的加熱方式，焦炭的擴(kuò)孔活化時(shí)間顯著降低，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的螺旋推動(dòng)轉(zhuǎn)速來控制焦炭的活化時(shí)間；其中所述的揮發(fā)性可燃?xì)怏w含有CO、CxHy, H2等氣體。
[0015]本發(fā)明系統(tǒng)中，活化后的活性炭產(chǎn)品送到活性炭冷卻塔，此時(shí)活性炭溫度仍高達(dá)400^500V，通過氮?dú)獾姆磸?fù)循環(huán)冷卻使活性炭降溫至100°C以下出料，而經(jīng)熱交換的氮?dú)馀c部分燃燒氣混合后可直接作為噴動(dòng)氣和流化氣送入微波熱解反應(yīng)器。
[0016]本發(fā)明的微波熱解制生物油和活性炭的系統(tǒng)的操作方法如下:開啟導(dǎo)向噴動(dòng)流化床的微波加熱裝置，通入噴動(dòng)氣、流化氣使反應(yīng)器內(nèi)的床料呈局部噴動(dòng)流化狀態(tài)，同時(shí)通過床料的吸收微波迅速升溫，達(dá)到熱解溫度，將噴動(dòng)氣、流化氣速率調(diào)到設(shè)定值，待溫度達(dá)到平衡后，將生物質(zhì)原料通過螺旋推動(dòng)送入導(dǎo)向噴動(dòng)流化床內(nèi)，使生物質(zhì)原料迅速受熱裂解，產(chǎn)生熱解氣和部分焦炭被帶出流化床，焦炭通過旋風(fēng)分離器得到收集，而熱解氣體則進(jìn)入多級(jí)冷凝系統(tǒng)，分別收集不同沸程的生物油，供下一步的生物油精制和開發(fā)利用；不可凝的熱解氣體進(jìn)入燃燒器中，點(diǎn)火燃燒，生成高溫燃燒氣，一部分作為活化氣用于焦炭的微波活化，一部分作為噴動(dòng)氣和流化氣的氣源由管路進(jìn)入反應(yīng)器；從旋風(fēng)分離器收集的焦炭連續(xù)送入焦炭?jī)?chǔ)料倉(cāng)，來控制焦炭顆粒的連續(xù)微波活化，焦炭顆粒進(jìn)入微波活化反應(yīng)器吸收微波后迅速升溫，并在活化氣氛圍下，于一定的活化溫度和時(shí)間內(nèi)制備活性炭產(chǎn)品，活化過程產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體連同未反應(yīng)活化氣一起通過管路回到燃燒器，提供新的活化氣源；活化后的活性炭產(chǎn)品送到活性炭冷卻塔，通過氮?dú)獾姆磸?fù)循環(huán)冷卻使活性炭降溫至100°C以下出料，預(yù)熱的氮?dú)馀c部分燃燒氣混合后直接作為噴動(dòng)氣和流化氣送入微波熱解反應(yīng)器。
[0017]本發(fā)明方法中，達(dá)到熱解溫度后，優(yōu)選將少部分生物質(zhì)原料送入反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，待溫度達(dá)到平衡后，再將剩余生物質(zhì)原料送入反應(yīng)器。
[0018]本發(fā)明方法中，所述的床料為具有較高機(jī)械強(qiáng)度和摩擦系數(shù)的陶瓷類微波吸收介質(zhì)，包括SiC, SiN, S1-C-N, Μο/Α1Ν等，密度為3?4g/cm3，顆粒大小0.1?1.0mm,優(yōu)選0.2^0.5mm。
[0019]本發(fā)明方法中，所述生物質(zhì)原料為玉米秸桿、稻殼、麥桿、木塊、樹葉或樹枝等任何含有木質(zhì)纖維素的生物質(zhì)；原料形狀可以是包括片材、圓形、圓柱、錐形、長(zhǎng)方體等任何形狀的生物質(zhì)，原料最大方向尺寸不超過20mm,優(yōu)選0.5mnTl0mm。
[0020]本發(fā)明方法中，所述的導(dǎo)向噴動(dòng)流化床中的熱解條件:微波功率密度為0.1XlO5?1X 105W/m3，熱解溫度為45(T55