CN101613613B - 秸秆快速热裂解过程的高效热能利用方法 - Google Patents
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Abstract
一种秸秆快速热裂解过程的高效热能利用方法。包括干燥；提升；裂解；气固分离；精馏洗涤；精馏洗涤排出气体冷凝；气固分离后炭粉冷却；冷却后的炭粉分离；精馏洗涤后重质油经冷却后泵出，一路产出秸秆重油，另一路返回精馏洗涤；将冷凝后的油气水油水分离，低沸点轻质油一路收集产出，另一路再送精馏洗涤；将裂解炉排出的烟气与空气预热器的冷空气换热，冷空气加热后送入裂解炉。空气预热器排出的烟气冷却至150℃以下，再送入干燥步骤(1)和提升步骤(2)等步骤。它能高效、综合地提高热裂解过程中的热能利用率，从而降低生产成本，提高炭、可冷凝气体和可燃气体或生物质燃料的产出率和质量。可广泛应用于秸秆快速热裂解生产。
Description
技术领域
本发明属于秸秆热裂解技术领域，更明确地说涉及秸秆快速热裂解过程的高效热能利用方法的设计、创新。
背景技术
生物质热裂解是指生物质在完全缺氧或有限氧供应条件下的热降解，最终生成炭、可冷凝气体(生物燃油)和可燃气体(不可冷凝)的过程。生物质热裂解是复杂的热化学反应过程，包含分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。生物质的三种主要组成物常常被假设独立地进行热分解，半纤维素主要在225～350℃分解；纤维素主要在325～375℃分解；木质素在250～500℃分解。半纤维素和纤维素主要产生挥发性物质，而木质素主要分解成炭。
热裂解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热时成分迅速裂解成木炭和挥发分。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物质油和不可冷凝气体。在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分还会进一步裂解，形成不可冷凝气体和二次生物质油，称为二次裂解反应。生物质热解过程最终形成生物质油、不可冷凝气体和生物炭。为了得到高产率的生物质油，需快速除去一次热解产生的气态产物，以抑制二次裂解反应的发生。
我国是生物质资源丰富的大国，仅农作物秸秆的产量就达到了7亿吨/年。然而，目前的利用率仅为7％，多数秸秆就地焚烧，既造成了大气污染又浪费了资源。开发利用秸秆的途径很多，诸如热化学转化技术，包括气化、液化技术和裂解技术等；生物化学转化技术等。其中热裂解制油技术被认为是热化学转化技术的前沿课题，可将秸秆转化成生物质油，所产生的气体可作燃料，固体物为高质量木炭。
生物质快速裂解的研究始于20世纪70年代。目前存在的主要问题是快速裂解的条件较难控制，条件控制不好，热能利用率较低，对产率影响较大。也就是说，生物质快速热裂解的技术还不够成熟。只有提高热裂解过程中的热能利用率，才能降低生产成本、提高生物质燃料的产出率，也才能开发更经济的转化设备和技术，改善生物质的使用性能，进而开发出有价值的生物质油副产品。因此，高效、综合地提高热裂解过程中的热能利用率，是生物质热裂解中急待解决的难题之一。
发明内容
本发明的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种秸秆快速热裂解过程的高效热能利用方法。它能高效、综合地提高热裂解过程中的热能利用率，从而降低生产成本，提高炭、可冷凝气体(生物燃油)和可燃气体或生物质燃料的产出率和质量。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
1.地槽中粉碎秸秆物料的干燥；2.将干燥物料提升至料仓；3.由料仓输送至裂解炉热裂解；4.将热裂解产物经裂解系统除尘器气固分离；5.将气固分离后气态生物质送精馏洗涤塔精馏洗涤；6.将精馏洗涤塔塔顶排出的气体经塔顶冷凝器冷凝；7.将气固分离后的炭粉送炭粉冷却器冷却；8.将冷却后的炭粉送炭粉除尘器分离，所得炭粉送炭粉贮槽；9.将自精馏洗涤塔塔底排出的重质油经塔底冷却器冷却后再由回流泵泵出，一路即产出的秸秆重油，另一路返回精馏洗涤塔；10.将步骤6冷凝后产生的油气水送油水分离器分离，所得秸秆低沸点轻质油一路收集产出，另一路再送精馏洗涤塔参与洗涤，所得水回收；还包括步骤11.将裂解炉排出的烟气与流经空气预热器的冷空气换热后排出，将流经空气预热器的冷空气加热送入裂解炉参与裂解。
还包括步骤12.将自空气预热器排出的烟气经烟气冷却器冷却至150℃以下，再由烟气引风机送入原料地槽进行干燥步骤1和提升步骤2，同时将物料间隙中的冷空气置换出来以降低进入裂解炉的夹带气体的含氧量。
炭粉冷却步骤7采用内冷式沸腾床冷却器，以冷却水和导热油的两级冷凝冷却炭粉。冷水被换热成热水后可用于生活，冷导热油被换热成热导热油后再经导热油冷却器的水冷却后热水亦可作为生产或生活用热。
自炭粉冷却器顶部排出的炭粉经步骤8炭粉除尘器分离后，夹带炭粉的燃气再送回裂解炉，以调整裂解炉用热。一方面提高了燃气的温度，另一方面可通过夹带炭粉调节裂解炉用热量。
步骤10由油水分离器分离的不凝燃气再经不凝气引风机返回炭粉冷却器底部进口。一方面可使炭粉冷却器内部沸腾，将炭冷却至150℃以下，以便于后续处理，同时将炭粉的热能部分传给不凝燃气以提高进炉燃气的温度，节省热能；部分热量被冷却介质带出，以加热进炉空气或作为生活用热。
本工艺采用裂解产生的燃气为裂解炉热源，燃烧后的高温气体用导热油初步冷却至150℃送入空气脱除仓(地槽)，以脱除物料空隙中的空气，并对物料进一步干燥，然后排空。精馏洗涤塔的功能是，由冷凝器冷凝下来的生物质油部分回流，用液体对气体进一步洗涤净化，以除去裂解气中的固体物，冷凝下来的部分生物质油作为产品，所得产品不含固体悬浮物，透明度好，质量高。气体洗涤塔塔顶的冷凝器采用导热油作冷凝剂，与裂解炉出气冷却器串接，被加热的导热油用于物料干燥。本方法的特点是：热裂解炉用自身产生的燃气加热，不需要任何化石燃料；热量被充分利用，可通过调节裂解温度，调整所产生燃气的比率，一方面满足生产过程用热，一方面使装置的产油率最高；整个装置不排放任何污染物，洗涤塔底流出的含渣高沸点物量少，且可作为锅炉燃料油使用；重点过程采用自动化控制，计算机监控，操作方便可靠，安全性强。
本方法以自产的热裂解燃气作燃料，由过程热集成技术优化过程用能，装置产生物质油的量高。它开发了裂解高温气体洗涤净化处理技术，该技术可去除高温裂解气中的固体微粒，气体中所含生物质油成份被冷凝成液时，不含固体悬浮物，质量高。生产时的操作控制点采用自动检测、在线计算机控制，整套装置无污染物排放，可安全稳定连续运行。
本发明以装置自产的不凝气为裂解炉加热燃料，以热集成技术优化操作条件与设备配置，采取了以下高效利用热能的措施：用裂解炉烟气的热量加热进炉热空气；烟气被冷却至150℃以下后，用做气流输送的气源，在气流输送中完成秸秆的干燥，且使进裂解炉秸秆的温度被提升至100℃左右。同时，用烟气将秸秆中的空气置换出来；从裂解炉出气中分离下来的炭粉温度高，高温炭粉若直接排出系统，遇空气会自燃，且造成了热量的损失。本发明采用内冷式沸腾床冷却器冷却炭粉，可使炭粉排放温度降至150℃以下，且将回收的热量部分用于进炉燃气加热，部分作为生产或生活用热；精馏洗涤塔底设置了热量回收装置，由导热油充分回收裂解气的热能。
本发明热能利用率高，产油率高。它高效、综合地提高了热裂解过程中的热能利用率，从而降低生产成本，提高炭、可冷凝气体(生物燃油)和可燃气体或生物质燃料的产出率和质量。可广泛应用于秸秆以及其它生物质资源的快速热裂解生产中。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1。一种秸秆快速热裂解过程的高效热能利用方法，如图1所示。它包括以下步骤：
1.地槽中粉碎秸秆物料的干燥；2.将干燥物料提升至料仓；3.由料仓输送裂解炉热裂解；4.将热裂解产物经裂解系统除尘器气固分离；5.将气固分离后气态生物质送精馏洗涤塔精馏洗涤；6.将精馏洗涤塔塔顶排出的气体经塔顶冷凝器冷凝；7.将气固分离后的炭粉送炭粉冷却器冷却；8.将冷却后的炭粉送炭粉除尘器分离，所得炭粉送炭粉贮槽；9.将自精馏洗涤塔塔底排出的重质油经塔底冷却器冷却后再由回流泵泵出，一路即产出的秸秆重油，另一路返回精馏洗涤塔；10.将步骤6冷凝后产生的油气水送油水分离器分离，所得秸秆低沸点轻质油一路收集产出，另一路再送精馏洗涤塔参与洗涤，所得水回收；还包括步骤11.将裂解炉排出的烟气与流经空气预热器的冷空气换热后排出，将流经空气预热器的冷空气加热送入裂解炉参与裂解。
还包括步骤12.将自空气预热器排出的烟气经烟气冷却器冷却至150℃以下，再由烟气引风机送入原料地槽进行干燥步骤1和提升步骤2，同时将物料间隙中的冷空气置换出来以降低进入裂解炉的夹带气体的含氧量。
炭粉冷却步骤7为内冷式沸腾床冷却器，以冷却水和导热油的两级冷凝冷却炭粉。冷水被换热成热水后可用于生活，冷导热油被换热成热导热油后再经导热油冷却器的水冷却后热水亦可作为生产或生活用热。
自炭粉冷却器顶部排出的炭粉经步骤8炭粉除尘器分离后，夹带炭粉的燃气再送回裂解炉，以调整裂解炉用热。
步骤10由油水分离器分离的不凝燃料气再经不凝气引风机返回炭粉冷却器底部进口。塔顶冷凝器以循环水冷凝，节约能源。
实施例1以装置自产的不凝气为裂解炉加热燃料，以热集成技术优化操作条件与设备配置，热能利用率高，产油率高。它高效、综合地提高了热裂解过程中的热能利用率，从而降低生产成本，提高炭、可冷凝气体(生物燃油)和可燃气体或生物质燃料的产出率和质量。可广泛应用于秸秆以及其它生物质资源的快速热裂解生产中。
Claims (5)
1.一种秸秆快速热裂解过程的高效热能利用方法，包括以下步骤：
(1)地槽中粉碎秸秆物料的干燥；(2)将干燥物料提升至料仓；(3)由料仓输送裂解炉热裂解；(4)将热裂解产物经裂解系统除尘器气固分离；其特征在于还包括以下步骤：(5)将气固分离后气态生物质送精馏洗涤塔精馏洗涤；(6)将精馏洗涤塔塔顶排出的气体经塔顶冷凝器冷凝；(7)将气固分离后的炭粉送炭粉冷却器冷却；(8)将冷却后的炭粉送炭粉除尘器分离，所得炭粉送炭粉贮槽；(9)将自精馏洗涤塔塔底排出的重质油经塔底冷却器冷却后再由回流泵泵出，一路即产出的秸秆重油，另一路返回精馏洗涤塔；(10)将步骤(6)冷凝后产生的油气水送油水分离器分离，所得秸秆低沸点轻质油一路收集产出，另一路再送精馏洗涤塔参与洗涤，所得水回收；(11)将裂解炉排出的烟气与流经空气预热器的冷空气换热后排出，并将流经空气预热器的冷空气送入裂解炉参与裂解。
2.按照权利要求1所述的秸秆快速热裂解过程的高效热能利用方法，其特征在于还包括步骤(12)将自空气预热器排出的烟气经烟气冷却器冷却至150℃以下，再由烟气引风机送入原料地槽进行干燥步骤(1)和提升步骤(2)，同时将物料间隙中的冷空气置换出来以降低进入裂解炉的夹带气体的含氧量。
3.按照权利要求1或2所述的秸秆快速热裂解过程的高效热能利用方法，其特征在于所说的炭粉冷却步骤(7)为内冷式沸腾床冷却，以冷却水和导热油的两级冷凝冷却炭粉，冷水被换热成热水后用于生活，冷导热油被换热成热导热油后再经导热油冷却器的水冷却后热水作为生产或生活用热。
4.按照权利要求3所述的秸秆快速热裂解过程的高效热能利用方法，其特征在于所述炭粉自炭粉冷却器顶部排出经步骤(8)炭粉除尘器分离后，夹带炭粉的燃气再送回裂解炉，以调整裂解炉用热。
5.按照权利要求4所述的秸秆快速热裂解过程的高效热能利用方法，其特征在于步骤(10)由油水分离器分离的不凝燃料气再经不凝气引风机返回炭粉冷却器底部进口。
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