海藻熱解制油、半焦燃燒雙循環組合系統及處理方法
【專利摘要】本發明涉及生物質資源利用，特指一種海藻熱解制油、半焦燃燒雙循環組合系統及處理方法。本發明將快速床作為熱解爐，以循環流化床為半焦燃燒利用裝置，以循環流化床燃燒生成的熱灰和循環不凝氣作為熱解爐的熱載體。海藻碎片在熱解爐內受熱分解氣態物經分離后形成生物油和不凝氣，快速床出口排出的半焦直接送入循環流化床燃燒，產生的高溫煙氣進入氣固分離器，分離下來的飛灰送往返料閥進而進入熱解床作為熱載體，除塵后的煙氣流過尾部受熱面，最后排入大氣，尾部受熱面加熱產生的蒸汽用于發電與供熱。從而真正實現了海藻生物質綜合高效利用。
【專利說明】海藻熱解制油、半焦燃燒雙循環組合系統及處理方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物質資源利用，特指一種海藻熱解制油、半焦燃燒雙循環組合系統及處理方法，具體涉及一種以快速流化床作為熱解爐、以循環流化床為半焦燃燒利用裝置、以循環流化床燃燒生成的熱灰和循環不凝氣作為熱解爐的熱載體的海藻生物質組合利用系統，用于制油及供熱發電等。
【背景技術】
[0002]自然界蘊藏著一種豐富的“綠色”可再生能源:生物質能源，占世界能源總消耗的14%，僅次于石油、煤炭和天然氣；隨著化石能源的日益枯竭和環境惡化問題的日趨嚴重，生物質能的開發與利用愈發受到重視；生物質指任何可再生的或可循環的有機物質(不包括多年生長的用材林)，主要包括薪柴、農林作物、雜草、城市固體廢棄物、生活污水、水生植物、禽畜糞便等；各國對海洋生物質的研究還比較少，而海洋生物資源開發的潛力巨大，其中海藻植物約有一萬多種，尤其我國有廣闊的海疆，海島沿岸14200多公里，生長著三四千種海藻，包括紅藻、褐藻及綠藻等種群，部分海藻產量居世界首位；海藻類植物的生存環境是海洋，其在種植空間、生長速度和吸收二氧化碳方面與陸地植物相比有很大的優勢。
[0003]同時一些海藻的自我生長繁殖能力也極其旺盛。在本次奧運會帆船青島賽區近海領域，條滸苔和片滸苔(2種綠藻)大量聚集瘋狂生長，全民出動共清理了六十多萬噸滸苔；對于如此巨大的海藻量，肥料出口、食品等加工品的消耗能力有限，可以考慮能源利用處理，中國沿海很多經濟發達地區，適合因地制宜地開發當地海藻生物質能源解決當地的能源短缺問題，世界上一些國家正在關注海藻能源利用的開發=LiveFuels公司宣稱美國將實現海藻-生物質原油的轉化；日本也正在研究以海藻為原料提取甲烷發電。
[0004]在能源利用方面，中國發明專利“利用海藻與陸上生物質共同熱解制取生物油的方法”(ZL200810041468 .X)和“海藻生物質的異密度循環流化床燃燒處理方法”(ZL200710172603.X)從不同角度分別提出了熱解與燃燒利用海藻生物質的新方法，但單獨作為孤立系統時熱量利用不充分，尤其熱解時需要外界提高熱源，燃燒時很多熱量和灰分也沒得到充分利用，浪費較多，實際操作時并不利于經濟性的推廣，不符合資源的高效綜合利用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是為了克服以上的缺點而提出一種可成功實現海藻的快速熱解制油床與海藻半焦燃燒循環流化床有機結合，能夠有效提高系統能量利用率，將海藻的高灰分作為系統熱載體合理利用，減少環境污染的海藻熱解制油、半焦燃燒雙循環組合系統。
[0006]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
海藻生物質熱解制油、半焦燃燒雙循環組合系統，該組合系統包括快速熱解床、半焦循環流化床、熱解床返料閥、流化床返料閥、熱解床氣固分離器、半焦流化床氣固分離器、氣液分離器、油水分離器、生物油儲罐、不凝氣儲罐、尾部受熱面，以上部件采用以下方式連接:熱解床氣固分離器下部固體半焦出口連接熱解床返料閥入口，熱解床返料閥溢流口與循環流化床半焦入口連接，快速熱解床頂部出口與熱解床氣固分離器的入口連接，熱解床氣固分離器上部出口與氣液分離器入口連接，氣液分離器油水混合液出口與油水分離器入口連接，油水分離器水出口與氣液分離器冷卻水入口連接，油水分離器油出口與生物油儲罐入口相連接，氣液分離器氣體出口與不凝氣儲罐入口相連，不凝氣儲罐第一出口與快速熱解床下部不凝氣入口相連，不凝氣儲罐第二出口與半焦循環流化床下部補燃氣入口相連，剩余不凝氣外供；循環流化床的底灰溢流口與流化床返料閥第一入口相連，流化床返料閥灰出口與快速熱解床灰載體進口相連；半焦循環流化床流化床頂部出口與半焦流化床氣固分離器的入口連接，半焦流化床氣固分離器下部灰出口與流化床返料閥第二入口相連，流化床氣固分離器上部煙氣出口與尾部受熱面相連。
[0007]所述的快速熱解床是快速流化床，以循環不凝氣和半焦循環流化床燃燒產生的熱灰作為熱載體。
[0008]所述的快速熱解床熱解制油后產生的半焦直接送入半焦循環流化床內燃燒，熱解制油后產生的部分不凝氣作為補燃氣直接送入循環流化床內燃燒。
[0009]本發明系統的使用方法為:將海藻生物質進行采集與篩選，曬干，粉碎或切割成長度為0.1-1Omm顆粒，進入快速熱解床，熱解床初始階段通入氮氣，當不凝氣達到保證海藻在熱解床停留時間Is的流量后停止氮氣，床內溫度控制在450°C飛00°C范圍內，所需熱量來自循環流化床燃燒產生的熱灰和快速熱解床的循環不凝氣；海藻在快速熱解床內熱解產生熱解氣、水蒸汽和半焦，熱解氣和水蒸汽通過熱解床氣固分離器進入氣液分離器冷凝下生物油和水，一起由氣液分離器底部出口進入油水分離器，分離形成的生物油進入生物油儲罐，分離出來的水則作為冷卻水返回氣液分離器；氣液分離器排出的不凝氣進入不凝氣儲罐，一部分作為補燃氣進入半焦循環流化床燃燒，一部分作為熱載體循環進入快速熱解床，剩余不凝氣收集在不凝氣儲罐可用于外供；快速熱解床產生的半焦溫度介于4500C飛00°C，由熱解床氣固分離器進入熱解床返料閥再送入半焦循環流化床內燃燒，空氣由循環流化床底部供入用于燃燒，燃燒產生的煙氣一起攜帶飛灰由循環流化床出口進入流化床氣固分離器，分離出的飛灰進入流化床返料閥，連同循環流化床的底灰溢流灰一起送入快速熱解床；氣固分離器排出 的熱煙氣流經尾部受熱面，最后排入大氣；尾部受熱面產生的高溫蒸汽可用于供熱和發電；流化床返料閥下行排灰口排出的灰可以作為建筑和化工原料。
[0010]與現有技術比較，本發明具有以下優點:
(1)實現了海藻生物質資源的制油、制氣、供熱、發電的循環利用，具有高的經濟、環境效益；
(2)海藻快速熱解后產生的高溫半焦直接送入循環流化床燃燒，減少了系統能量損失和環境污染；
(3)以海藻灰和不凝氣作為熱解供熱熱載體，充分利用了海藻的高含灰量，同時提高了熱解品質，減少了熱解制油成本；
(4)采用循環流化床燃燒海藻，充分利用了海藻適合低溫燃燒，同時海藻灰分多也充當了床料的作用。【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的結構示意圖；
圖中I為快速熱解床、2為循環流化床、3為熱解床返料閥、4為流化床返料閥、5為熱解床氣固分離器、6為流化床氣固分離器、7為氣液分離器、8為油水分離器、9為生物油儲罐、10為不凝氣儲罐、11為尾部受熱面。
【具體實施方式】
[0012]結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。[0013]海藻生物質熱解制油、半焦燃燒雙循環組合系統，其結構如圖1所示，該結構如圖1所示，該組合系統包括快速熱解床(爐體高度6m，直徑0.lm)、循環流化床(密相區垂直段直徑0.095m,高度0.3m ;密相區擴展段高度0.2m ;稀相區直徑0.14m,高度0.5m)、熱解床返料閥、流化床返料閥、熱解床氣固分離器、流化床氣固分離器、氣液分離器、油水分離器、生物油儲罐、不凝氣儲罐、尾部受熱面；系統各部分連接方式:快速熱解床氣固分離器下部固體半焦出口連接熱解床返料閥入口，熱解床返料閥溢流口與循環流化床半焦入口連接，快速熱解床氣固分離器上部出口與氣液分離器入口連接，氣液分離器油水混合液出口與油水分離器入口連接，油水分離器水出口與氣液分離器冷卻水入口連接，油水分離器油出口與生物油儲罐入口相連接，氣液分離器氣體出口與不凝氣儲罐入口相連，不凝氣儲罐第一出口與快速熱解床下部不凝氣入口相連，不凝氣儲罐第二出口與循環流化床下部補燃氣入口相連，剩余不凝氣可外供；循環流化床的底灰溢流口與流化床返料閥第一入口相連，流化床返料閥灰出口與快速熱解床灰載體進口相連；循環流化床的流化床氣固分離器下部灰出口與流化床返料閥第二入口相連，流化床氣固分離器上部煙氣出口與尾部受熱面相連。
[0014]本發明系統工作原理為:將海藻生物質進行采集與篩選，曬干，粉碎或切割成長度為0.1-0.5_顆粒，給料速度為10kg/h，進入快速熱解床，熱解床初始階段通入氮氣，當不凝氣達到0.04m3/s流量后停止氮氣，床內溫度控制在450°C飛00°C范圍內，所需熱量來自循環流化床燃燒產生的熱灰和快速熱解床的循環不凝氣；海藻在快速熱解床內熱解產生的熱解氣、水蒸汽和半焦，熱解氣和水蒸汽通過熱解床頂部的氣固體分離器進入氣液分離器冷凝下生物油和水，一起由氣液分離器底部出口進入油水分離器，分離形成生物油進入儲罐，分離出來的水則作為冷卻水返回氣液分離器；氣液分離器排出的不凝氣一部分作為補燃氣送入循環流化床燃燒，一部分作為熱載體循環送入快速熱解床，剩余不凝氣可用于外供。快速熱解床產生的半焦溫度介于450°C "600°C,由返料閥進入循環流化床內燃燒，空氣由床底部供入用于燃燒，燃燒產生的煙氣一起攜帶飛灰由循環流化床出口進入氣固分離器，分離出的飛灰進入返料閥，連同循環流化床的底灰溢流灰一起送入快速熱解床；氣固分離器排出的熱煙氣流經尾部受熱面，最后排入大氣；尾部受熱面產生的高溫蒸汽可用于供熱和發電；流化床返料閥下行排灰口排出的灰可以作為建筑和化工原料。
【權利要求】
1.海藻生物質熱解制油、半焦燃燒雙循環組合系統，其特征在于:所述組合系統包括快速熱解床、半焦循環流化床、熱解床返料閥、流化床返料閥、熱解床氣固分離器、半焦流化床氣固分離器、氣液分離器、油水分離器、生物油儲罐、不凝氣儲罐、尾部受熱面；熱解床氣固分離器下部固體半焦出口連接熱解床返料閥入口，熱解床返料閥溢流口與循環流化床半焦入口連接，快速熱解床頂部出口與熱解床氣固分離器的入口連接，熱解床氣固分離器上部出口與氣液分離器入口連接，氣液分離器油水混合液出口與油水分離器入口連接，油水分離器水出口與氣液分離器冷卻水入口連接，油水分離器油出口與生物油儲罐入口相連接，氣液分離器氣體出口與不凝氣儲罐入口相連，不凝氣儲罐第一出口與快速熱解床下部不凝氣入口相連，不凝氣儲罐第二出口與半焦循環流化床下部補燃氣入口相連，剩余不凝氣外供；循環流化床的底灰溢流口與流化床返料閥第一入口相連，流化床返料閥灰出口與快速熱解床灰載體進口相連；半焦循環流化床流化床頂部出口與半焦流化床氣固分離器的入口連接，半焦流化床氣固分離器下部灰出口與流化床返料閥第二入口相連，流化床氣固分離器上部煙氣出口與尾部受熱面相連。
2.如權利要求1所述的海藻生物質熱解制油、半焦燃燒雙循環組合系統，其特征在于:所述快速熱解床的爐體高度6m，直徑0.1m;所述半焦循環流化床的密相區垂直段直徑0.095m,高度0.3m ;密相區擴展段高度0.2m ;稀相區直徑0.14m,高度0.5m。
3.如權利要求1所述的海藻生物質熱解制油、半焦燃燒雙循環組合系統的處理方法，其特征在于步驟如下:將海藻生物質進行采集與篩選，曬干，粉碎或切割，進入快速熱解床，熱解床初始階段通入氮氣，當不凝氣達到保證海藻在熱解床停留時間Is的流量后停止氮氣，床內溫度控制在450°C飛00°C范圍內，所需熱量來自循環流化床燃燒產生的熱灰和快速熱解床的循環不凝氣；海藻在快速熱解床內熱解產生熱解氣、水蒸汽和半焦，熱解氣和水蒸汽通過熱解床氣固分離器進入氣液分離器冷凝下生物油和水，一起由氣液分離器底部出口進入油水分離器，分離形成的生物油進入生物油儲罐，分離出來的水則作為冷卻水返回氣液分離器；氣液分離器排出的不凝氣進入不凝氣儲罐，一部分作為補燃氣進入半焦循環流化床燃燒，一部分作.為熱載體循環進入快速熱解床，剩余不凝氣收集在不凝氣儲罐可用于外供；快速熱解床產生的半焦溫度介于450°C "600°C,由熱解床氣固分離器進入熱解床返料閥再送入半焦循環流化床內燃燒，空氣由循環流化床底部供入用于燃燒，燃燒產生的煙氣一起攜帶飛灰由循環流化床出口進入流化床氣固分離器，分離出的飛灰進入流化床返料閥，連同循環流化床的底灰溢流灰一起送入快速熱解床；氣固分離器排出的熱煙氣流經尾部受熱面，最后排入大氣；尾部受熱面產生的高溫蒸汽可用于供熱和發電；流化床返料閥下行排灰口排出的灰可以作為建筑和化工原料。
4.如權利要求3所述的海藻生物質熱解制油、半焦燃燒雙循環組合系統的處理方法，其特征在于:將海藻生物質進行采集與篩選，曬干，粉碎或切割成長度為0.1-1Omm顆粒，給料速度為10kg/h,進入快速熱解床。
5.如權利要求3所述的海藻生物質熱解制油、半焦燃燒雙循環組合系統的處理方法，其特征在于:熱解床初始階段通入氮氣，當不凝氣達到0.04m3/s流量后停止氮氣。
【文檔編號】C10B49/02GK103468284SQ201310418786
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】王爽, 王謙, 姜秀民, 吉恒松, 何志霞, 徐姍楠, 韓向新, 劉建國 申請人:江蘇大學