專利名稱：一種高效凈化分離及收集生物油的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物質能利用技術領域，尤其涉及一種生物油凈化分離收集的方法
及裝置。
背景技術：
目前，發達國家以生物能源和化工產品生產為主的生物質產業正在蓬勃興起， 其中，用生物質快速熱解技術制取生物油，大力發展生物能源以替代化石燃料，是當前 的研究主流和發展前沿。由于生物質快速熱解條件非常苛刻，目前用生物質熱解制備的 生物油，還存在氧含量高，腐蝕性和粘度較大，化學成分復雜和不穩定等問題，要替代 石油燃料尚有一定距離。專利CN02112008.8和CN02218043.5公開了一種生物質整合式熱裂解分級制取
液體燃料的技術和裝置，采用變截面流化床反應器，高、中、低冷凝器組成的分級冷凝 系統，通過分級冷凝獲取不同餾分的生物油，生物油固體顆粒物含量高的問題。專利CN 公開了一種生物質真空裂解制備生物油的方法，包括以下流程(1)真空裂解經預處 理后的原料加入反應釜中，在外圍管式爐加熱下升溫裂解，反應釜內置有導熱器件。(2) 冷凝低溫下的揮發份(主要為水蒸汽)被導入干燥塔，高溫下的揮發份被導入盤管冷 凝器中冷凝。(3)吸收不可凝氣中的水蒸汽被干燥塔吸收，氮化物和硫化物被鼓泡吸 收瓶吸收。該專利存在生產的生物油粘度較高，冷凝過程換熱效率不高的問題。專利 CN200810198249.2公開了一種分級制取生物油的裝置及方法，在真空壓力下，熱裂解裝 置外加熱升溫時，根據熱解溫度不同，將低溫段制得的含水量較高的生物油提前分離， 控制熱解溫度的停留時間，收集中溫段時生成的含水量低，有機組分含量高的生物油， 另外在真空裂解反應器下游設置催化裂解裝置，將長鏈有機物和復雜芳香族化合物裂解 為短鏈和簡單芳香型化合物。該專利生物油產率較低，生產成本較高的問題。上述專利均未涉及爐內過濾與有機冷凝劑噴淋相結合的生物油凈化分離機收集 方法。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術生物油粘度較高、固體顆粒物含量高等技術問 題，提供一種高效凈化分離及收集生物油的方法及裝置。為實現以上目的，本發明采取了以下的技術方案一種高效凈化分離及收集生 物油的方法，包括以下步驟(1)生物油分離將經過破碎的生物質通入流化床，生物質在流化床內快速熱 解，生成包括可冷凝生物油、熱解氣的熱解氣體產物以及固體殘渣；將產生的固體殘渣 和熱解氣體產物快速分離；(2)生物油冷凝將步驟(1)分離出來的熱解氣體產物采用有機冷凝劑快速冷 凝，將熱解氣體產物中的可冷凝生物油冷凝成小液滴；
(3)生物油收集將步驟(2)冷凝得到的生物油液滴與氣體分離，得到生物油； 分離出來的熱解氣經過進一步處理利用。現有技術是采用固體殘渣和熱解氣體產物在床外分離，本發明采用的是在床內 分離；生物油冷凝現在最常用的方法是采用生物油循環噴淋，少量的采用間接換熱冷 凝，本發明中采用有機溶劑冷凝。所述步驟(2)中生物質熱解氣體產物冷卻時采用直冷方式，采用的有機冷凝劑 為L-異構烷烴。有機溶劑與生物油不互溶，與生物油混合時分層，溶劑位于生物油上 層。直冷的方式是冷凝劑與需要冷卻的物質直接接觸，一般采用噴頭將冷凝劑霧化的方 式。所述步驟(2)中生物質熱解氣體產物冷卻時所述冷卻劑的溫度為-15 30°C。 確保生物質熱解氣體產物中的可冷凝氣體完全冷凝，提高生物油產率。本發明還提供了一種高效凈化分離及收集生物油的裝置，該裝置配合流化床使 用，流化床爐膛內一般分成密相區和稀相區兩個部分，實際運行時床料和物料比較多的 區域叫密相區，是反應發生的地方，物料和床料比較少的區域為稀相區；連接在流化床 中下部上設有進料機構，流化床頂部設有流化床氣體出口，底部設有流化氣進口；該種 高效凈化分離及收集生物油的裝置，包括有管束過濾器，所述管束過濾器設置在流化床 中部內的密相區，通過管束過濾器在流化床密相區將氣化產物分離出來，并凈化，還包 括有文丘里冷凝管，油泵，冷凝器、油箱和氣液分離器；文丘里冷凝管管從進口到出 口一般分成入口段、收縮段、喉口、擴散段幾個部分，所述文丘里冷凝管的一端與管束 過濾器的頂端連接，另一端連接到氣液分離器，在所述文丘里冷凝管的喉口上均勻布設 有至少一個噴嘴，所述喉口通過管道依次與油泵、冷凝器連接，冷凝器另一端連接到油 箱；所述油箱的頂端連接到氣液分離器；在油箱內灌注有有機冷凝劑。本發明中文丘里 冷凝管能加強冷凝劑與氣化氣體產物的混合。管束過濾器用于將生物質在流化床內熱解產生的熱解氣體產物(包括可冷凝生 物油和熱解氣)、固體殘渣以及床內的床料分離，并將熱解氣體產物快速導出流化床，防 止熱解產生的生物油發生二次裂解，提高生物油產率，同時利用床料與管束過濾器外表 面的快速摩擦作用，將過濾時可能附著在管束過濾器外表面的生物焦摩快速去除，防止 管束過濾器堵塞；文丘里冷凝管用于對熱解氣體產物進行冷凝，從而得到生物油，氣液 分離器用于將冷凝后氣體中的生物油液滴與熱解氣分離，并將分離出來的液體儲存在油 箱中。所述文丘里冷凝管與水平面為傾斜布置，其遠離流化床的一端低于靠近流化床 的一端設置，所述傾斜角度在2 15°之間。便于在文丘里冷凝管內冷凝下來的有機液 體(生物油及冷凝劑)順冷凝管壁面流進氣液分離器，避免液體在文丘里冷凝管內聚集， 影響文丘里冷凝管正常運作。在文丘里冷凝管喉口處的圓周上采用多個噴嘴對稱布置。所述噴嘴為傾斜布置，噴嘴與來流方向夾角在45 90°之間。以形成穩定的流 場，使冷凝劑與生物質熱解氣體產物混合均勻，以達到良好的冷卻效果。所述有機冷凝劑為L-異構烷烴。所述氣液分離器采用多個旋風分離器并聯布置。可以提高氣液分離效率，增加生物油產量。本發明與現有技術相比，具有如下優點1、本發明利用有機溶劑直冷的方式對生物質熱解氣體產物進行冷凝，制備生物 油。避免了傳統直冷工藝采用生物油冷凝熱解氣體時，生物油多次循環冷凝后，粘性增 加，流動性能較差，同時生物油與固體顆粒容易在噴嘴處結團，造成噴嘴堵塞。2、本發明采用的冷凝劑為L-異構烷烴，與生物油不互溶，且產生分層。在生 產過程中L-異構烷烴可以方便的循環使用，節約生產成本。同時L-異構烷烴流動性及 穩定性較好，可以有效防止噴嘴堵塞。3、本發明采用管束過濾器進行氣固分離，生產的生物油固體顆粒物含量低，流 動性能好。4、該發明工藝適應性較強，且結構簡單、緊湊，易于放大。
圖1是本發明生物質快速熱解制取生物油的裝置結構示意圖；圖2是圖1文丘里管喉口局部放大圖；圖3是文丘里管喉口 A-A截面視圖；圖4是氣液分離器B-B截面視圖；附圖標記說明1-管束過濾器，2-文丘里管，3-氣液分離器，4-料斗，5-螺 旋進料器，6-流化氣進口，7-流化床，8-流化床氣體出口，9-冷凝劑出口，10-油泵， 11-喉口，12-油箱，13-冷凝器，14-噴嘴。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明內容做進一步詳細說明。實施例一種高效凈化分離及收集生物油的方法，包括以下步驟(1)生物油分離將經過破碎的生物質通入流化床，生物質在流化床內快速熱 解，生成包括可冷凝生物油、熱解氣的熱解氣體產物以及固體殘渣。將產生的固體殘渣 和熱解氣體產物快速分離。(2)生物油冷凝將步驟(1)分離出來的熱解氣體產物采用有機冷凝劑快速冷 凝，將熱解氣體產物中的可冷凝生物油冷凝成小液滴；(3)生物油收集將步驟(2)冷凝得到的生物油液滴與氣體分離，得到生物油； 分離出來的熱解氣經過進一步處理利用。步驟2中生物質熱解氣體產物冷卻時采用直冷方式，采用的有機冷凝劑為L-異 構烷烴。步驟(2)中生物質熱解氣體產物冷卻時所述有機冷凝劑的溫度可選為-15 30本實施例中選取為_5°C。請參閱圖1和圖4所示，一種與流化床配合使用的高效凈化分離及收集生物油的 裝置，流化床用來產生生物油，連接在流化床7中下部上有進料機構，該進料機構包括 有螺旋進料器5，在螺旋進料器5上設有料斗4組成，流化床7頂部設有流化床氣體出口8，底部設有流化氣進口 6;該種高效凈化分離及收集生物油的裝置包括有設置在流化床 7中部內密相區的管束過濾器1，還包括有文丘里冷凝管2，油泵10，冷凝器13、油箱12 和氣液分離器3;文丘里冷凝管2的一端與管束過濾器1的頂端連接，另一端連接到氣液 分離器3，文丘里冷凝管2的喉口 11上均勻布設有至少一個噴嘴14，喉口 11通過管道依 次與油泵10、冷凝器13連接，冷凝器13另一端連接到油箱12，在油箱12上設有冷凝劑 出口 9，其通過管道與冷凝器13連接；油箱12的頂端連接到氣液分離器3;在油箱12內 灌注有有機冷凝劑。有機冷凝劑為L-異構烷烴。請結合參閱圖2所示，文丘里冷凝管2與水平面為傾斜布置，其遠離流化床7的 一端低于靠近流化床7的一端設置，傾斜角度在2 15°之間。本實施例中選取為5°。請結合參閱圖3所示，在文丘里冷凝管2喉口 11處的圓周上采用多個噴嘴14 對稱布置。可以如圖3所示的四個噴嘴對稱布置，或者六個、八個及更多個噴嘴對稱布置。噴嘴14為傾斜布置，噴嘴與來流方向夾角在45 90°之間。本實施例中選取 為 75°。氣液分離器3可采用多個旋風分離器并聯布置，能更有效的將冷凝后氣體中的 生物油液滴與熱解氣分離。本發明的具體運行過程如下經破碎成細顆粒狀的生物質放置在料斗4內，然 后通過螺旋進料器5進入流化床7內，在從流化床氣體進口8通入的高溫氣體流化、加熱 下，在流化床7內550°C熱解，生成熱解氣體產物(包括生物油和熱解氣)和固體殘渣； 熱解產物大部分通過管束過濾器1分離，分離出來的熱解氣體產物進入文丘里冷凝管2 ； 少量氣體(包括熱解氣體產物、固體殘渣)不通過管束過濾器1，直接從流化床氣體出口 8排出流化床7 ；進入文丘里冷凝管2的生物質熱解氣體產物在經過文丘里管喉口 11時， 在從噴嘴14噴入的低溫冷凝劑(L-異構烷烴)作用下，生物質熱解氣體產物中的可冷凝 氣體冷凝成小液滴，并隨氣體一起進入氣液分離器3;少量可冷凝氣體直接冷凝成液體 生物油，沿傾斜的文丘里冷凝管2流入氣液分離器3，進入氣液分離器3中氣體里的小液 滴和氣體被分離開分離出來的液體被儲存在油箱12中，油箱12中的液體自動分層，下 層液體為生物油，上層液體為冷凝劑L-異構烷烴；上層的L-異構烷烴從冷凝劑出口 9， 流出油箱12，然后被冷凝器13冷卻到-5°C，然后通過油泵10鼓入噴嘴14中，用來冷卻 生物質熱解氣體產物；分離出來的熱解氣經過進一步處理利用。上列詳細說明是針對本發明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本 發明的專利范圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均應包含于本案的專利范圍 中。
權利要求
1.一種高效凈化分離及收集生物油的方法，包括以下步驟(1)生物油分離將經過破碎的生物質通入流化床，生物質在流化床內快速熱解， 生成包括可冷凝生物油、熱解氣的熱解氣體產物以及固體殘渣，將產生的固體殘渣和熱 解氣體產物快速分離；(2)生物油冷凝將步驟(1)分離出來的熱解氣體產物采用有機冷凝劑快速冷凝，將 熱解氣體產物中的可冷凝生物油冷凝成小液滴；(3)生物油收集將步驟(2)冷凝得到的生物油液滴與氣體分離，得到生物油；分離 出來的熱解氣經過進一步處理利用。
2.如權利要求1所述的高效凈化分離及收集生物油的方法，其特征在于所述步驟 (2)中生物質熱解氣體產物冷卻時采用直冷方式，采用的有機冷凝劑為L-異構烷烴。
3.如權利要求1所述的高效凈化分離及收集生物油的方法，其特征在于所述步驟 (2)中生物質熱解氣體產物冷卻時所述有機冷凝劑的溫度為-15 30°C。
4.一種高效凈化分離及收集生物油的裝置，其特征在于包括有管束過濾器(1)、文 丘里冷凝管(2)和氣液分離器(3)，所述管束過濾器(1)設置在流化床(7)中部內的密相 區，還包括有油泵(10)、冷凝器(13)和油箱(12)；所述文丘里冷凝管(2)的一端與管 束過濾器(1)的頂端連接，另一端連接到氣液分離器(3)，所述文丘里冷凝管(2)的喉口 (11)上均勻布設有至少一個噴嘴(14)，所述喉口(11)通過管道依次與油泵(10)、冷凝器(13)連接，冷凝器(13)另一端連接到油箱(12)；所述油箱(12)的頂端連接到氣液分離 器(3)；在油箱(12)內灌注有有機冷凝劑。
5.如權利要求4所述的高效凈化分離及收集生物油的裝置，其特征在于所述文丘 里冷凝管(2)與水平面為傾斜布置，其遠離流化床(7)的一端低于靠近流化床(7)的一端 設置，所述傾斜角度在2 15°之間。
6.如權利要求4所述的高效凈化分離及收集生物油的裝置，其特征在于在文丘里 冷凝管(2)喉口(11)處的圓周上采用多個噴嘴對稱布置。
7.如權利要求4所述的高效凈化分離及收集生物油的裝置，其特征在于所述噴嘴(14)為傾斜布置，噴嘴與來流方向夾角在45 90°之間。
8.如權利要求4所述的高效凈化分離及收集生物油的裝置，其特征在于所述有機 冷凝劑為L-異構烷烴。
9.如權利要求4所述的高效凈化分離及收集生物油的裝置，其特征在于 分離器(3)采用多個旋風分離器并聯布置。所述氣液
全文摘要
本發明公開了一種高效凈化分離及收集生物油的方法，包括以下步驟生物油分離將經過破碎的生物質通入流化床，生物質在流化床內快速熱解，生成包括可冷凝生物油、熱解氣的熱解氣體產物以及固體殘渣，將產生的固體殘渣和熱解氣體產物快速分離；生物油冷凝將步驟(1)分離出來的熱解氣體產物采用有機冷凝劑快速冷凝，將熱解氣體產物中的可冷凝生物油冷凝成小液滴；生物油收集將步驟(2)冷凝得到的生物油液滴與氣體分離，得到生物油；分離出來的熱解氣經過進一步處理利用。本發明利用有機溶劑直冷的方式對生物質熱解氣體產物進行冷凝，制備生物油。避免了傳統直冷工藝采用生物油冷凝熱解氣體時，生物油多次循環冷凝后，粘性增加，流動性能較差，同時生物油與固體顆粒容易在噴嘴處結團，造成噴嘴堵塞。
文檔編號C10G1/00GK102021013SQ201010243318
公開日2011年4月20日 申請日期2010年8月2日 優先權日2010年8月2日
發明者常勝, 李海濱, 王小波, 趙增立, 鄭安慶 申請人:中國科學院廣州能源研究所