一種生物質與液化殘渣熱解的系統和方法與流程

本發明屬于化工技術領域，尤其涉及一種生物質與液化殘渣熱解的系統和方法。

背景技術：

生物質是一種可再生能源，凈增產量巨大，目前農林牧業的廢棄物一般被直接作為燃料燃燒，但往往造成燃燒不充分、環境污染嚴重的問題。與煤炭相比，生物質揮發份含量高，熱解可得到大量的輕質焦油和熱解氣；同時，熱解生物質焦中固定碳含量高，硫氮和灰分含量低，其成分非常適于作電石生產的原料。但是，生物質比重小，在熱解過程中很容易產生粉塵，造成熱解油氣中的含塵量過高。

同時，煤直接液化生產過程中，會產生大量的液化殘渣，約為原煤質量的30％。液化殘渣為一種高炭、高揮發分、含有液化催化劑的物質，其一定溫度下會發生軟化，產生流動性，且具有很強的粘結性，現有技術報道了一種粉煤熱解高溫煤氣除塵的方法，顯示液態液化殘渣對高溫煤氣的除塵效果較好；專利還報道，液化殘渣在絕氧環境下熱解會產生大量的油氣產品，使液化殘渣能夠變廢為寶，得到充分利用，因此液化殘渣的利用研究具有很重要的意義。

技術實現要素：

本專利旨在將液態的液化殘渣作為生物質熱解的除塵劑，之后將含塵液化殘渣與生物質混合、成型、共熱解得到生物質焦與液化殘渣焦的混合焦，并將混合焦作為電石生產的原料，制備電石，充分利用液化殘渣粘結性高及生物質焦灰分低的優勢，并結合熱量的充分利用，以實現熱解油氣及電石的清潔節能生產。

為實現上述目的，本發明通過液態特化殘渣對生物質熱解氣進行除塵，并進一步油氣分離后獲得輕質焦油及經熱解氣；然后，含塵液化殘渣在高溫下與生物質混合成型，并發生共熱解，將液化殘渣及生物質中的油氣產品充分提出，一方面可將夾帶出爐的粉塵再熱解，提高產品的利用率；另一方面，液化殘渣中的催化劑具有催化裂解焦油的作用，使熱解所得的焦油輕質化，使液化殘渣的價值得到充分利用，變廢為寶；最后，生物質與液化殘渣供熱解產生的混合焦被直接熱送至氣流床，采用氧熱法生產電石，充分利用混合焦的顯熱，降低電石生產能耗。本發明因此提出了一種生物質與液化殘渣熱解的系統，包括混合成型單元、共熱解單元、液化殘渣除塵單元以及電石生產單元；其中，

所述混合成型單元包括生物質入口、液化殘渣入口和型球出口，所述混合成型單元用于將生物質和液化殘渣混合攪拌并壓制成型得到型球；

所述共熱解單元包括型球入口、熱解油氣出口以及混合半焦出口，所述型球入口與所述型球出口相連；所述熱解單元用于所述型球的熱解得到熱解油氣及高溫混合焦；

所述液化殘渣除塵單元設有熱解氣入口、除塵氣出口以及含塵液化殘渣出口；所述熱解氣入口與所述熱解油氣出口相連；所述液化殘渣除塵單元用于對所述熱解油氣處理得到除塵煤氣以及含塵煤液化殘渣油漿；

所述電石生產單元設置有混合半焦入口、生石灰入口、富氧氣體噴嘴、電石爐氣出口以及電石出口，所述混合半焦入口和所述混合半焦出口相連，所述電石生產單元用于混合半焦和生石灰的反應。

具體地，所述混合成型單元包括混合工段以及成型工段，其中，

所述所述混合工段包括所述生物質入口、所述液化殘渣入口、捏合攪拌裝置以及混合物料出口；

所述成型工段包括混合物料入口以及所述型球出口，所述混合物料入口與所述混合物料出口相連。

進一步地，所述混合工段所用裝置為捏合機或螺旋混料機。

所述成型工段所用裝置為普通壓球機。

具體地，所述共熱解單元使用的裝置是無熱載體蓄熱式旋轉床；其中，

所述無熱載體蓄熱式旋轉床內部設置有上下兩層蓄熱式輻射管，平行均勻分布在料層的上方和下方，且相鄰的上層輻射管與下層輻射管錯開分布；所述無熱載體蓄熱式旋轉床側壁設置多個所述熱解油氣出口。

進一步地，所述液化殘渣除塵單元使用的裝置是高溫密閉保溫容器。

所述電石生產單元使用的裝置是氣流床。

具體地，所述系統還包括普通輸送裝置和保溫輸送裝置，所述混合半焦入口通過所述保溫輸送裝置與所述混合半焦出口相連，所述型球入口通過所述普通輸送裝置與所述型球出口相連，所述高溫輸送裝置為保溫桶或保溫鏈板。

本發明還提供一種利用上述系統對生物質與液化殘渣進行熱解的方法，其特征在于，包括步驟：

A.混合成型：在所述混合成型單元將所述生物質和所述液化殘渣混合攪拌并壓制成型；

B.共熱解：在所述共熱解單元將所述型球進行熱解得到所述熱解油氣及所述高溫混合焦；

C.液化殘渣除塵：將所述粗煤氣和液態液化殘渣進行接觸，得到所述除塵煤氣以及所述含塵煤液化殘渣油漿；

D.液化殘渣處理：在所述含塵煤液化殘渣油漿中，對含塵濃度＜50wt％的油漿循環使用，含塵濃度≥50wt％的油漿排出至所述成型單元；

E.電石生產：在所述電石生產單元將所述混合半焦和所述生石灰進行冶煉。

進一步地，將所述生物質粒度控制為≤5mm，將所述液化殘渣的溫度控制在260-360℃。

將所述共熱解單元所述生物質與所述液化殘渣的質量比控制為1:0.2-0.6，反應溫度為500-650℃，反應時間為30-60min。

具體地，將所述液態液化殘渣的溫度控制在300-420℃。

作為優選的實施方案，將所述生石灰的粒度控制在＜5mm，所述混合半焦與所述生石灰的反應溫度為1700-2000℃。

本發明提供了一種利用液態的液化殘渣對生物質熱解所得的熱解氣進行除塵，并循環利用含塵液化殘渣使其與生物質混合共熱解制備混合半焦，最后利用混合半焦為原料，并充分利用混合半焦的顯熱制備電石的方法和系統。充分利用了液化殘渣的特性，實現了液化殘渣的高價值利用，并充分實現系統節能。

該發明具有以下有益效果：

(1)充分利用煤液化殘渣的特性，作為生物質熱解氣的除塵劑，并在吸收飽和后與生物質發生共熱解，產生油氣產品，實現液化殘渣高附加值利用，變廢為寶；

(2)液化殘渣的粘度大，且粉塵與液體煤液化殘渣介質的相溶性好，易于捕集粉塵，對熱解氣的除塵效率高；

(3)含塵液化殘渣與生物質混合壓球后熱解，由于液化殘渣的高粘性，本身可降低生物質熱解氣的含塵量；同時，液化殘渣中的催化劑，對熱解油氣中的重質組分具有很好的催化裂解作用，可提高焦油輕質組分質量；再者，含塵液化殘渣與生物質共熱解，將夾帶出爐的粉塵重新回爐熱解，提高了原料利用率，且在整個過程中不產生污染排放；

(4)充分結合液化殘渣灰分高以及生物質半焦灰分低的特點，將二者混合作為電石生產的原料，可實現液化殘渣的完全利用；

(5)通過生物質與液化殘渣共熱解與電石生產的耦合，將共熱解所得的混合半焦通過熱送技術直接送至氣流床，采用氧熱法生產電石，可充分利用熱解半焦的顯熱，極大的降低原料成本和生產能耗；

(6)利用蓄熱式無熱載體預熱爐作為共熱解裝置，利用輻射管加熱，無需熱載體，使得熱解油氣的品質較高；且可靈活控制不同熱解段的溫度，熱效率高。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

圖1是本發明的生產工藝流程圖；

圖2是本發明的生產系統示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。

本發明提出了一種生物質與液化殘渣共熱解耦合電石生產的方法，如圖1，包括以下步驟：

第一步：生物質與液化殘渣成型：將生物質與含塵液化殘渣(第一次實驗為不含塵液化殘渣)，混合攪拌，并壓制成型；

其中：所述生物質包括農、林、牧業廢棄物中的一種或幾種；所述生物質在進預熱爐前經過初步破碎，使其長度≤5mm；

所述液化殘渣為液態，溫度為260-360℃；

所述生物質與液化殘渣的質量比為1:0.2-0.6；

第二步：生物質與液化殘渣共熱解：將生物質與液化殘渣混合壓制所得型球送入無熱載體蓄熱式旋轉床，熱解得到熱解油氣及高溫混合焦；

其中，所述預熱爐的加熱方式可以是無熱載體蓄熱式輻射管；熱解溫度為500-650℃，熱解時間為30-60min；

第三步：液化殘渣除塵：由無熱載體蓄熱式旋轉床排出的熱解油氣進入液態液化殘渣容器，與所述液態液化殘渣進行直接接觸后，得到除塵煤氣以及含塵煤液化殘渣油漿；除塵煤氣經進一步油氣分離后儲存備用；所述接觸洗滌后得到的含塵液化殘渣油漿中，含塵濃度＜50wt％的油漿循環使用；含塵濃度≥50wt％的油漿，通過密閉保溫罐輸送至成型單元的攪拌裝置；

所述液態液化殘渣的溫度為300-420℃；

第四步：電石生產：生物質與液化殘渣共熱解產生的混合半焦經保溫密閉輸送裝置送入電石反應裝置，與螺旋輸送裝置運輸的粉狀生石灰按照一定的比例混合后，噴入氣流床；同時，從氣流床下側通入的含氧氣體使部分混合半焦燃燒產生熱量，使混合半焦與生石灰反應，產生電石。

所述生石灰的粒度＜5mm；

所述混合半焦與生石灰的反應溫度為1700-2000℃。

本發明還提出了一種生物質與液化殘渣共熱解耦合電石生產的系統，如圖2：

本發明所描述的系統由混合成型單元1、生物質與液化殘渣共熱解單元2、液化殘渣除塵單元3以及電石生產單元4組成。

混合成型單元1包括混合工段1-1以及成型工段1-2；所述混合工段所用裝置為捏合機或螺旋混料機，包括生物質入口11、液化殘渣/含塵液化殘渣入口12、捏合攪拌裝置13以及混合物料出口14；所述成型工段所用裝置為普通壓球機，包括混合物料入口15以及型球出口16；所述混合物料入口15與攪拌工段的混合物料出口14相連；

生物質與液化殘渣共熱解單元2的裝置可以是無熱載體蓄熱式旋轉床；包括型球入口21、熱解油氣出口22以及混合半焦出口23；所述型球入口21通過普通輸送裝置，與混合成型單元1的型球出口16相連；

所述無熱載體蓄熱式旋轉床內部設置雙層蓄熱式輻射管，每層所述蓄熱式輻射管圍繞預熱爐四周平行且均勻分布，所述上層蓄熱式輻射管與下層蓄熱式輻射管平行且沿爐體高度方向上錯開分布。

所述無熱載體蓄熱式旋轉床側壁設置多個油氣出口，便于油氣產品的快速導出，避免二次裂解；

液化殘渣除塵單元3的裝置可以是高溫密閉保溫容器，設有熱解氣入口31、除塵氣出口32以及含塵液化殘渣出口33；所述熱解氣入口31與共熱解單元2的熱解油氣出口22相連；

電石冶煉單元4的裝置可以是氣流床，設有混合半焦入口41、生石灰入口42、富氧氣體噴嘴43、電石爐氣出口44以及電石出口45；所述混合半焦入口41通過高溫固體輸送裝置與共熱解單元2的混合半焦出口23相連。

下面參考具體實施例，對本發明進行描述，需要說明的是，實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發明。

實施例1

利用本發明的系統，將粒度小于5mm的農業廢棄物與液化殘渣除塵單元送來的290℃的所述液化殘渣在捏合機中混合攪拌，所述生物質與所述液化殘渣的質量比為1:0.5，之后經壓球機壓制成型，并通過螺旋輸送機送入無熱載體蓄熱式旋轉床內，均勻分布到預熱爐的料板上依次從入口旋轉至出口，并在旋轉的過程中通過輻射管加熱，發生熱解，產生熱解油氣以及混合半焦；其中，進料口的溫度較低，為400-450℃，均勻溫度場的熱解溫度為550-600℃；熱解產生的熱解油氣從各個熱解氣出口采出后匯合，并直接輸送至液化殘渣除塵容器，與340℃的所述液態液化殘渣進行直接接觸，得除塵煤氣以及含塵煤液化殘渣油漿；若含塵煤液化殘渣油漿的含塵濃度＜50wt％可循環使用，當其含塵濃度≥50wt％時，輸送至混合壓球單元，與生物質混合壓球；熱解產生的混合半焦從爐底的混合半焦出口采出，并通過高溫密閉輸送裝置直接送至氣流床電石生產裝置，與生石灰混合后在1800℃下反應產生電石。

實施例2

本實施例與上述實施例1所用系統一樣，但工藝條件不同，如下所述。將粒度小于5mm的農業廢棄物與液化殘渣除塵單元送來的260℃的所述液化殘渣在捏合機中混合攪拌，所述生物質與所述液化殘渣的質量比為1:0.2，之后經壓球機壓制成型，并通過螺旋輸送機送入無熱載體蓄熱式旋轉床內，均勻分布到預熱爐的料板上依次從入口旋轉至出口，并在旋轉的過程中通過輻射管加熱，發生熱解，產生熱解油氣以及混合半焦；其中，進料口的溫度較低，為400-450℃，均勻溫度場的熱解溫度為500-550℃；熱解產生的熱解油氣從各個熱解氣出口采出后匯合，并直接輸送至液化殘渣除塵容器，與420℃的所述液態液化殘渣進行直接接觸，得除塵煤氣以及含塵煤液化殘渣油漿；若含塵煤液化殘渣油漿的含塵濃度＜50wt％可循環使用，當其含塵濃度≥50wt％時，輸送至混合壓球單元，與生物質混合壓球；熱解產生的混合半焦從爐底的混合半焦出口采出，并通過高溫密閉輸送裝置直接送至氣流床電石生產裝置，與生石灰混合后在1700℃下反應產生電石。

實施例3

本實施例與上述實施例1所用系統一樣，但工藝條件不同，如下所述。將粒度小于5mm的農業廢棄物與液化殘渣除塵單元送來的360℃的所述液化殘渣在捏合機中混合攪拌，所述生物質與所述液化殘渣的質量比為1:0.6，之后經壓球機壓制成型，并通過螺旋輸送機送入無熱載體蓄熱式旋轉床內，均勻分布到預熱爐的料板上依次從入口旋轉至出口，并在旋轉的過程中通過輻射管加熱，發生熱解，產生熱解油氣以及混合半焦；其中，進料口的溫度較低，為450-480℃，均勻溫度場的熱解溫度為600-650℃；熱解產生的熱解油氣從各個熱解氣出口采出后匯合，并直接輸送至液化殘渣除塵容器，與300℃的所述液態液化殘渣進行直接接觸，得除塵煤氣以及含塵煤液化殘渣油漿；若含塵煤液化殘渣油漿的含塵濃度＜50wt％可循環使用，當其含塵濃度≥50wt％時，輸送至混合壓球單元，與生物質混合壓球；熱解產生的混合半焦從爐底的混合半焦出口采出，并通過高溫密閉輸送裝置直接送至氣流床電石生產裝置，與生石灰混合后在2000℃下反應產生電石。

實施例4

本實施例與上述實施例1所用系統一樣，但工藝條件不同，如下所述。將粒度小于5mm的農業廢棄物與液化殘渣除塵單元送來的300℃的所述液化殘渣在捏合機中混合攪拌，所述生物質與所述液化殘渣的質量比為1:0.4，之后經壓球機壓制成型，并通過螺旋輸送機送入無熱載體蓄熱式旋轉床內，均勻分布到預熱爐的料板上依次從入口旋轉至出口，并在旋轉的過程中通過輻射管加熱，發生熱解，產生熱解油氣以及混合半焦；其中，進料口的溫度較低，為430-470℃，均勻溫度場的熱解溫度為580-600℃；熱解產生的熱解油氣從各個熱解氣出口采出后匯合，并直接輸送至液化殘渣除塵容器，與380℃的所述液態液化殘渣進行直接接觸，得除塵煤氣以及含塵煤液化殘渣油漿；若含塵煤液化殘渣油漿的含塵濃度＜50wt％可循環使用，當其含塵濃度≥50wt％時，輸送至混合壓球單元，與生物質混合壓球；熱解產生的混合半焦從爐底的混合半焦出口采出，并通過高溫密閉輸送裝置直接送至氣流床電石生產裝置，與生石灰混合后在1900℃下反應產生電石。