秸稈快速熱裂解產物的凈化系統的制作方法

專利名稱：秸稈快速熱裂解產物的凈化系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于秸稈熱裂解技術領域，更明確地說涉及秸稈快速熱裂解產物 的凈化系統的設計、創新。
背景技術：
生物質熱裂解是指生物質在完全缺氧或有限氧供應條件下的熱降解，最 終生成炭、可冷凝氣體(生物燃油)和可燃氣體(不可冷凝)的過程。生物質熱 裂解是復雜的熱化學反應過程，包含分子鍵斷裂、異構化和小分子聚合等反 應。半纖維素和纖維素主要產生揮發性物質，而木質素主要分解成炭。
熱裂解過程由外至內逐層進行，生物質顆粒被加熱時，迅速裂解成木炭 和揮發分。 一次裂解反應生成生物質炭、 一次生物質油和不可冷凝氣體。在 多孔隙生物質顆粒內部和高溫氣相中的揮發分還會進一步裂解，形成不可冷 凝氣體和二次生物質油，稱為二次裂解反應。生物質熱解過程最終形成生物 質油、不可冷凝氣體和木炭。為了得到高產率的生物質油，需快速除去一次 熱解產生的氣態產物，以抑制二次裂解反應的發生。
我國是生物質資源豐富的大國，僅農作物秸稈的產量就達到了 7億噸/ 年。然而，目前的利用率僅為7%，多數秸稈就地焚燒，既造成了大氣污染 又浪費了資源。
開發利用秸稈的途徑很多，諸如熱化學轉化技術、生物化學轉化技術等。 其中熱裂解制油技術被認為是熱化學轉化技術的前沿課題，可將秸稈轉化成 生物質油，所產生的氣體可作燃料，固體物為高質量木炭。
生物質油是一種液體含氧含碳氫化合物的混合物，也包括酸、堿和醛酮 等含氫化合物，性能不穩定性，尤其是它的熱不穩定性，限制了其應用范圍。 生物質油具有高含氧量、有一定腐蝕性、黏度大、化學成分復雜、相對不穩 定等弱點。其含水率為25%時熱值為17MJ/Kg,相當于汽油/柴油燃料值的 40%。
生物質快速裂解的研究始于20世紀70年代。目前存在的主要問題是快 速裂解的條件較難控制，條件控制不好，對產率影響較大；生成的生物質油 在高溫下是氣體，并夾帶一定量的超細炭粉，當氣體冷卻時，超細炭粉會在設備和管道內產生污垢或堵塞，并導致冷卻得到的油品中含固體懸浮物。
目前，國內在快速熱裂解技術開發中，尚未突破規模化生產和成套設備
的大關。還沒見到形成一定生產規模的企業報道。生物質快速熱裂解的產品 (生物質油和木炭)在國內市場中尚屬空白。由于燃料的短缺，需求這些產
品的潛在客戶則很多，尤其是熱電廠，供熱、供暖鍋爐站房等。
目前，以生物質快速熱裂解生產生物質液體燃料的技術還不成熟。各國
的努力目標都在于降低原材料的成本、提高生物質燃料的產出率；開發更 經濟高效的轉化設備和技術；改善生物質的使用性能、開發有價值的生物質 油副產品。
也正因如此，不同于原油精餾及煤液化組分的精制，熱裂解后生物質油 氣的凈化處理比較困難。故生物燃料油精制方法的研究仍然是亟待解決的難 題之一。

發明內容
本發明的目的，就在于克服上述缺點和不足，提供一種秸稈快速熱裂解 產物的凈化系統。它能夠提高秸稈快速熱裂解后的生物炭和生物質油的熱穩 定性、熱值和產出率，去除油品中的固體懸浮物，提高油品質量，向市場提 供規模化生產、質量穩定的生物炭和生物質油產品，改善其使用性能，充分 利用國內豐富的秸稈資源。
為了達到上述目的，本發明包括盛放粉碎秸稈物料的地槽、將地槽中的 物料經布料器輸運到其中的料倉、與料倉連通的裂解爐、連通在裂解爐物料 出口上的裂解系統除塵器。空氣預熱器的熱空氣出口連接至裂解爐底部。裂 解系統除塵器的底部出口與炭粉冷卻器連接，裂解系統除塵器的頂部出口與 精餾洗滌塔的入口連接。炭粉冷卻器的頂部出口連接炭粉除塵器，炭粉除塵 器的底部出口連接炭粉貯槽，炭粉除塵器的頂部燃氣出口連回裂解爐的燃氣 進口。精餾洗滌塔的底部出口依次經塔底冷卻器和回流泵連回洗滌塔，回流 泵出來的流體部分進精餾洗滌塔循環洗滌氣體，部分排出作為秸稈重油產 品，精餾洗滌塔的頂部出口經塔頂冷凝器連接油水分離器。油水分離器的兩 下出口分別排出秸稈輕質油產品和水，部分輕質油從塔頂回流口回流至塔 內。
精餾洗滌塔的作用是精餾洗滌， 一可去除固體懸浮物，二可使生物質油 中不含或少含重組分，從而提高油品質量。熱裂解工藝是直接液化技術的關鍵，要求非常高的加熱速率和熱傳遞速
率、嚴格的溫度控制。最高反應溫度為500~650°C,氣相停留時間〈3s，升 溫速率^0(TC/s。利用裝置自身產生的不可冷凝氣體作為燃料，釆用遠程 控制，由中心控制室控制進料和溫度，由計算機控制燃燒器和熱裂解反應器。 本發明熱裂解釆用的是真空移動床。
裂解爐物料出口和裂解系統除塵器的入口之間還連接著激冷器。激冷器 以水或本系統出口中的秸稈輕質油激冷，在1~2秒內使自裂解爐排出的油氣 溫度快速降至45(TC以下。本發明釆用激冷器使自裂解爐排出的油氣快速降 至45(TC以下，可以很好地抑制油氣的二次熱裂解。
精餾洗滌塔的結構為氣體入口設于塔底部，入口上部設有2 3層角鋼 制每層均布的人字條板，人字條板上部設3層穿流塔盤，穿流塔盤上部設 3~8塊篩板，人字條板之間的中心距是角鋼底邊寬度的L5 2倍，所有人字 條板均同向排列，上下兩層人字條板的間距H為100 300亳米，但上下兩 層人字條板的間隙H則相互交錯。
炭粉冷卻器為內冷式沸騰床冷卻器，內裝冷卻水和導熱油兩組冷凝裝 置。固體副產物炭，會在二次裂解中起催化作用，所以應將其從生物質油中 快速分離。熱裂解液化的物料粒徑一般很小，故該工藝中采用兩組環流式旋 風分離器，并結合兩組冷凝裝置(冷卻介質分別為冷卻水和導熱油)快速從 氣態生物質油里分離回收固體碳粉。
熱裂解揮發組分的停留時間越長，二次裂解生成不可冷凝氣體的可能性 越大。因此，需快速冷卻揮發產物。生物質熱裂解反應器的設計除需對溫度 進行嚴格控制外，還應在生物質油收集過程中避免由于生物質油的多種重組 分的冷凝而導致反應器堵塞。
油水分離器的上出口將不凝氣經不凝氣引風機引入炭粉冷卻器的底部 入口。不凝氣引風機引入炭粉冷卻器后，使炭粉冷卻器中的炭粉沸騰，有利 于快速熱交換。
出油水分離器的輕質油產品另有一路引入精餾洗滌塔的塔板上部參與 洗滌。回流泵泵出的秸稈重油另有一路引入精餾洗滌塔下部參與精餾。
精餾洗滌的功能是，冷凝下來的生物質油部分回流，用液體對氣體進一 步洗滌凈化，以除去裂解氣中的固體物；塔底排出的少量含固油品中不含輕質油；冷凝下來的塔頂生物質油作為產品，所得產品不含固體懸浮物，透明 度好，質量高。本發明整個裝置不排放任何污染物，精餾洗滌后流出的含渣 高沸點物量少，且可作為鍋爐燃料油使用。操作方便可靠，安全性強。
本系統以裝置自產的熱裂解燃氣作燃料，由過程熱集成技術優化過程用 能，以激冷、除塵和精餾洗滌方式處理裂解后油氣，裝置產生物質油的產率 高、質量好。
本裂解高溫氣體洗滌凈化處理系統可去除高溫裂解氣中的固體微粒，氣 體中所含生物質油成份被冷凝成液時，不含固體懸浮物，質量高。生產時的 操作控制點釆用自動檢測、在線計算機控制，整套裝置無污染物排放，可安 全穩定連續運行。
本發明能夠提高秸稈快速熱裂解后的生物炭和生物質油的熱穩定性、熱 值和產出率，去除油品中的固體懸浮物，提高油品質量，向巿場提供規模化 生產、質量穩定的生物炭和生物質油產品，改善其使用性能，充分利用國內 豐富的秸稈資源。可廣泛推廣應用。


圖l為描述本發明系統的框圖，
圖2為精餾洗滌塔的結構示意圖。
具體實施例方式
實施例1。 一種秸稈快速熱裂解產物的凈化系統，如圖1、圖2所示。 它包括盛放粉碎秸稈物料的地槽2、將地槽2中的物料經布料器21輸運到 其中的料倉IO、與料倉IO連通的裂解爐3、連通在裂解爐3物料出口上的 裂解系統除塵器4。空氣預熱器11的熱空氣出口連接至裂解爐3底部。裂 解系統除塵器4的底部出口與炭粉冷卻器7連接，裂解系統除塵器4的頂部 出口與精餾洗滌塔9的入口連接。炭粉冷卻器7的頂部出口連接炭粉除塵器 8，炭粉除塵器8的底部出口連接炭粉貯槽14,炭粉除塵器8的頂部燃氣出 口連回裂解爐3的燃氣進口。精餾洗滌塔9的底部出口依次經塔底冷卻器 19和回流泵17連回精餾洗滌塔9，回流泵17出來的流體部分進精餾洗滌塔 9循環洗滌氣體，部分排出作為秸稈重油產品18，精餾洗滌塔9的頂部出口 經塔頂冷凝器5連接油水分離器15。油水分離器15的兩下出口分別排出秸 稈輕質油產品6和水，部分輕質油從塔頂回流口回流至塔9內。裂解爐3的物料出口和裂解系統除塵器4的入口之間還連接著激冷器。
激冷器l以水或本系統出口中的秸稈輕質油激冷，在1 2秒內使自裂解爐3 排出的物料溫度快速降至450°C以下。
精餾洗滌塔9的結構為氣體入口24設于塔底部，入口24上部設有2 層角鋼制每層均布的人字條板25，人字條板25上部設3層穿流塔盤26,穿 流塔盤26上部設3~8塊篩板27。人字條板25之間的中心距是角鋼底邊寬 度的2倍，所有人字條板25均同向排列，上下兩層人字條板25的間距H 為100 300亳米，但上下兩層人字條板25的間隙H則相互交錯。28、 29分 別為上、下回流口。
工作時，每條人字條板25均被重質油所覆蓋，氣體穿過兩層人字條板 25時，其中夾帶的較大顆粒及部分細顆粒被人字條板25所阻擋并進入液膜， 隨液體滴落至塔底，以防止大量固體顆粒在塔盤26上聚集并堵塞塔盤26。 氣體經穿流塔盤26被進一步洗滌后進入篩板27,經多層篩板27與塔頂回 流液傳質，使輕質油與重質油分離，重質油進入穿流塔盤26。穿流塔盤26 既有洗滌氣體的功能，也有分離作用，同時不易產生固體顆粒的聚集并堵塞。
炭粉冷卻器7為內冷式沸騰床冷卻器，內裝冷卻水和導熱油為冷卻介質 的兩組冷凝裝置。油水分離器15的上出口將不凝氣經不凝氣引風機16引入 炭粉冷卻器7的底部入口。
油水分離器15的秸稈輕質油產品6出口另有一路引入精餾洗滌塔9的 塔板上部參與洗滌。回流泵17泵出的秸稈重油18另有一路引入精館洗滌塔 9下部參與精餾洗滌。
炭粉冷卻器7和塔底冷卻器19的冷凝用導熱油經導熱油冷卻器20 冷卻。
圖中其余分別為布料器21、送料系統除塵器22和送料系統引風機23。 空氣預熱器ll、煙氣冷卻器12、煙氣引風機13。
本實施例的規模已達到了 1000Kg/h。由于釆用了冷凝精餾洗滌系列技 術，所產生物輕油的熱值達到了 26 27MJ/Kg，比國外類似產品提高了 35%, 而且油中基本不含固體懸浮物，質量高。所產木炭含碳量達到了 79 96%， 炭的假比重可通過炭化過程的溫度調整。炭的含碳量高，用途廣泛。本系統產品生物質油是含氧量極高的復雜有機成分的混合物，這些混合 物主要是一些分子量大的有機物，其化合物種類有數百種之多，從屬于多個
化學類別，幾乎包含了所有種類的含氧有機物，諸如醚、酯、醛、酮、酚、
有機酸、醇等。不同生物質的生物質油在主要成分的相對含量上大都表現出 相同的趨勢，在每種生物質油中，苯酚、蒽、萘和一些酸的含量相對較大。 它可以代替常規燃料，應用于鍋爐、內燃機和渦輪機。 本系統產品木炭的相對密度隨碳化原料種類、溫度、碳的含量不同而不
同。碳化原料的相對密度大，燒成的木炭相對密度也大；木炭含碳量則相對 密度大；碳化溫度越高，相對密度越大。木炭的發熱量主要取決于木炭的含 碳量。而炭化溫度高，木炭的含碳量就大。另外，生物質炭與原料的類別有 關。木炭空隙率大，反應能力就大。隨著存放時間的增長，含水率逐漸增加。
炭的低位發熱量大約在25MJ/kg左右，是一種中熱值的燃料，燃后污染 程度很低。可直接作民用燃料，烘烤食品、飲食燃用、采暖。用氣化爐轉化 成氣體燃料。還可用于冶煉高質量的有色金屬和鑄鐵；用作機械零件的滲 碳劑，提高鋼制零件表面的硬度和耐磨性；與硝酸鉀、硫磺配制黑火藥；制 成石墨。作固體潤滑劑，這對于無法使用潤滑油的轉動零件非常重要(用石 墨作滑動軸承)；作石墨電極；制成活性炭后，應用就更加廣泛，在化工、 醫藥、環保等方面都有廣泛應用。
不可冷凝氣體是一種可燃氣體，主要由CO、 CH4、 C02、 H2和水蒸氣 組成。不可冷凝氣體含量主要受反應溫度影響，極易燃燒，其燃燒火苗達l 米以上，因此通過設計可成為熱裂解裝置的熱源。
同時，本發明的產品還可用于開發生物炭+油+水的新型燃料，與水煤 漿相比，熱值高、含硫量低、燃燒中不堵塞管道和噴頭，可靈活調節產品結 構，以便于就近銷售。低沸點生物質油可作農機用燃料油。
實施例1能夠提高秸稈快速熱裂解后的生物炭和生物質油的熱穩定性、 熱值和產出率，去除油品中的固體懸浮物，提高油品質量，向市場提供規模 化生產、質量穩定的生物炭和生物質油產品，改善其使用性能，充分利用國 內豐富的秸稈資源。可廣泛推廣應用。
權利要求
1.一種秸稈快速熱裂解產物的凈化系統，包括盛放粉碎秸稈物料的地槽、將地槽中的物料經布料器輸運到其中的料倉、與料倉連通的裂解爐、連通在裂解爐物料出口上的裂解系統除塵器，空氣預熱器的熱空氣出口連接至裂解爐底部，其特征在于裂解系統除塵器的底部出口與炭粉冷卻器連接，裂解系統除塵器的頂部出口與精餾洗滌塔的入口連接，炭粉冷卻器的頂部出口連接炭粉除塵器，炭粉除塵器的底部出口連接炭粉貯槽，炭粉除塵器的頂部燃氣出口連回裂解爐的燃氣進口，精餾洗滌塔的底部出口依次經塔底冷卻器和回流泵連回洗滌塔，回流泵出來的流體部分進精餾洗滌塔循環洗滌氣體，部分排出作為秸稈重油產品，精餾洗滌塔的頂部出口經塔頂冷凝器連接油水分離器，油水分離器的兩下出口分別排出秸稈輕質油產品和水，部分輕質油從精餾洗滌塔塔頂回流口回流至塔內。
2. 按照權利要求1所述的秸稈快速熱裂解產物的凈化系統，其特征在于所說的裂解爐物料出口和裂解系統除塵器的入口之間還連接著激冷器，激冷器以水或本系統出口中的秸稈輕質油激冷，在1 2秒內使自裂解爐排出的物料溫度快速降至45(TC以下。
3. 按照權利要求1或2所述的秸稈快速熱裂解產物的凈化系統，其特征在于所說的精餾洗滌塔的結構為氣體入口設于塔底部，入口上部設有2 3層角鋼制每層均布的人字條板，人字條板上部設3層穿流塔盤，穿流塔盤上部設3 8塊篩板，人字條板之間的中心距是角鋼底邊寬度的1.5 2倍，所有人字條板均同向排列，上下兩層人字條板的間距H為100-300亳米，上下兩層人字條板的間隙H相互交錯。
4. 按照權利要求3所述的秸稈快速熱裂解產物的凈化系統，其特征在于所說的炭粉冷卻器為內冷式沸騰床冷卻器，內裝冷卻水和導熱油為冷卻介質的兩組冷凝裝置。
5. 按照權利要求4所述的秸稈快速熱裂解產物的凈化系統，其特征在于所說的油水分離器的上出口將不凝氣經不凝氣引風機引入炭粉冷卻器的底部入口。
6. 按照權利要求5所述的秸稈快速熱裂解產物的凈化系統，其特征在于所說的油水分離器的秸稈輕質油產品出口另有一路引入精餾洗滌塔的塔板上部參與洗滌。
7.按照權利要求6所述的秸稈快速熱裂解產物的凈化系統，其特征在于所說的回流泵泵出的秸稈重油另有一路引入精餾洗滌塔下部參與精餾。
全文摘要
一種秸稈快速熱裂解產物的凈化系統。包括粉碎裝置、地槽、料倉、裂解爐、裂解系統除塵器。空氣預熱器連接裂解爐底部。裂解系統除塵器的底部出口與炭粉冷卻器連接，頂部出口與精餾洗滌塔入口連接。炭粉冷卻器的頂部連接炭粉除塵器，底部出口連接炭粉貯槽，頂部燃氣出口連回裂解爐的燃氣進口。精餾洗滌塔底部出口經塔底冷卻器和回流泵排出秸稈重油，精餾洗滌塔頂部經塔頂冷凝器連接油水分離器。油水分離器分別排出秸稈輕質油和水。它能夠提高秸稈快速熱裂解后的生物炭和生物質油的熱穩定性、熱值和產出率，去除油品中的固體懸浮物，提高油品質量，提供質量穩定的產品，充分利用國內秸稈資源。
文檔編號C10K1/08GK101602953SQ200910158220
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月22日 優先權日2009年7月22日
發明者丁赤民, 李建隆 申請人:丁赤民;李建隆