CN102719262A

CN102719262A - 一种固体生物质干馏气化方法

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Publication number: CN102719262A
Application number: CN2012102225674A
Authority: CN
Inventors: 王家俊; 马仁贵; 刘勇
Original assignee: HEFEI TIANYAN EXPLOITATION OF GREEN ENERGY SOURCES CO Ltd
Current assignee: HEFEI TIANYAN EXPLOITATION OF GREEN ENERGY SOURCES CO Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明提供了一种固体生物质干馏气化方法，包括：a）将固体生物质与含有碳颗粒的高温烟气混合、干馏；b）分别收集干馏得到的干馏气和生物焦。本发明提供的干馏方法涉及气固两相内燃技术，在干馏过程中利用碳颗粒的热辐射和传导效应，使固体生物质快速发生一系列的物理化学变化，从而分解成生物焦和干馏气，所述干馏气化方法时间短、产能大、原料利用充分。

Description

一种固体生物质干馏气化方法

技术领域

本发明涉及生物循环利用技术领域，具体涉及一种固体生物质干馏气化方法。

背景技术

随着能源危机的日益加剧，开发利用可再生能源满足社会需求是缓解能源供求紧张局面的主要措施之一。生物质能是取之不尽用之不竭的可再生能源之一。近年来可再生的固体生物质有效开发利用备受各国政府及科技工作者的高度重视，其中，干馏气化是其高效利用的一种形式。干馏气化所得产品为中热值的干馏气和高品质的生物焦。但是，由于固体生物质密度低，现有的干馏技术因生产周期长，规模小，难以满足现代社会生产生活需要。

现有技术中固体生物质干馏气化的主要方法主要有间接干馏技术和内燃炉窖干馏技术。间接干馏技术过程为将固体生物质粉碎，增密成型后装入密闭的干馏罐，罐外加热保温12~24小时，其中干馏气可用于生活，干馏碳待其降温至着火点以下，再从罐内取出自然降至室温储存待用。炉窖干馏技术是低温内燃干馏技术。将固体生物质粉碎增密成棒料，码入窖内，封闭窖门，点燃炉窖下方的固体燃料燃烧炉，待炉内棒料温度升至300℃时，即时关闭燃烧炉门，让棒料在窖内升温保温自然干馏，直至挥发份和水蒸汽完全排出为止。

间接干馏技术的缺点是：整个过程，自装材料至干馏碳取出约在40小时以上且干馏罐容积有限。炉窖干流技术的缺点是干馏温度难以控制，干馏碳质量难以保证，干馏时间过长（5—7天），且排出的废气对环境污染严重。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种干馏时间短、产能大、原料利用充分的固体生物质干馏气化方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种固体生物质干馏气化方法，包括：

a）将固体生物质与含有碳颗粒的高温烟气混合、干馏；

b）分别收集干馏得到的干馏气和生物焦。

优选的，还包括步骤c）将步骤b）收集的干馏气或生物焦燃烧，得到含有碳颗粒的高温烟气，并重复步骤a）~步骤b）的操作。

优选的，步骤a）具体为：

a11）将生物质或生物焦粉在流化床燃烧器中燃烧得到含碳颗粒的高温烟气；

a12）将所述含碳颗粒的高温烟气与固体生物质混合，进行干馏操作。

优选的，步骤a）具体为：

a21）将干馏气或其它可燃气体在气体燃烧炉中燃烧，得到高温烟气；

a22）将步骤a21）得到的高温烟气与生物焦或固体生物质混合，进行燃烧，得到含有碳颗粒的高温烟气；

a23）将所述含有碳颗粒的高温烟气与固体生物质混合，进行干馏操作。

优选的，步骤b）具体为：

b 1）将生物焦和干馏气分离；

b2）所述生物焦冷却后一部分进行步骤c）操作，剩余部分作为产品包装；

b3）所述干馏气预热空气后，一部分进行步骤c）操作，剩余部分经净化冷却后，经水封进入储柜，供用户使用。

优选的，还包括步骤b4）将储气后的产品通入燃烧器中进行步骤c）操作。

优选的，所述固体生物质为：秸秆、谷壳、木材、加工剩余物、污水处理厂脱水污泥等。

优选的，所述固体生物质的粒径为10目~100目。

优选的，所述干馏温度为：400~800℃。

优选的，所述生物焦的重量占固体生物质的重量为30%~60%，所述干馏气为300~500m³。

本发明提供了一种固体生物质的干馏气化方法，通过含有碳颗粒的高温烟气与固体生物质进行干馏操作，最终得到干馏气和生物焦。由于在燃料燃烧时形成的热烟气以及所述热烟气向干馏炉输送过程中，会携带大量的碳颗粒，而所述碳颗粒吸热升温，部分碳颗粒与烟气中残余氧气进行氧化反应，同时富余的碳颗粒还与燃烧产生的二氧化碳进行还原反应。两相高温流体进入干馏炉后还以对流、辐射、传导等形式将热能向固体生物质快速传递，固体生物质挥发物中的焦油粒子被高温碳颗粒催化裂解得到干馏气，水蒸气则与高温碳颗粒进行水煤气化反应得到水煤气。使得固体生物质完全分解为无毒的对人类有益的可再生利用的燃料资源。另外，本发明提供的制备方法是连续式操作，在得到干馏气和生物焦后，能够将一部分产品返回到燃烧器内进行燃烧，从而提供高温烟气和碳颗粒。使得固体生物质的分解效率大大提高，根据实验证明，使用发明提供的干馏气化方法处理固体生物质，所述固体生物质的转化率为90%以上。

附图说明

图1本发明实施例1提供的使用固体燃料进行两相流体内燃（热）干馏气化工艺流程图；

图2本发明实施例2提供的以气体燃料进行两相流体内燃（热）干馏气化工艺流程图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

干馏是一个复杂的化学反应过程，包括脱水、热解、脱氢、热缩合、加氢、焦化等反应。不同物质的干馏过程虽各有差别，但一般均可分为三个阶段：①脱水分解。干馏操作初期，温度相对较低，有机物首先脱水，随着温度升高，逐渐分解产生低分子挥发物。②热解。随着干馏温度的继续升高，有机物中的大分子发生链的断裂，即发生热解，得到液体有机物(包括焦油)。这些干馏产物随干馏物质而异，如干馏糠壳可得糠醛，干馏油页岩可得页岩油和一些杂环化合物。③缩合和碳化。当温度进一步提高时，随着水和有机物蒸气的析出，剩余物质受热缩合成胶体。同时，析出的挥发物逐渐减少，胶体逐渐固化和碳化。随着温度升高、加热时间延长，所生成的固体产物中的挥发分碳含量逐渐增多，氢、氧、氮和硫等其他元素含量逐渐减少。从木材干馏可得木炭，从煤可得焦炭。本发明正是看到了干馏的优点，以及大量废弃固体生物质的存在而提出了一个既不浪费原料，保护环境，又可循环利用的干馏方法，也可称为固体生物质转化为干馏气和生物焦的转化方法。

为了解决现有技术问题，本发明提供了一种固体生物质的干馏气化方法，包括：

a）将固体生物质与含有碳颗粒的高温烟气混合、干馏；

b）分别收集干馏得到的干馏气和生物焦。

按照本发明，首先将固体生物质与含有碳颗粒的高温烟气混合，所述含有碳颗粒的高温烟气优选由气体燃料或固体燃料燃烧产生的高温烟气携带粉碎的生物焦炭粒子或其他含碳物质形成，将所述含有碳颗粒的高温烟气中包括气固两相，将所述气固两相与固体生物质混合，优选的混合设备为干馏炉，更优选为立式下吸式干馏炉或卧式回转干馏炉。所述含有碳颗粒的高温烟气与固体生物质在干馏炉中密切接触，在高温烟气传热的同时，高温碳颗粒的辐射和接触传导，强化了热能传递，在加快物料干燥干馏的同时并进行一系列物理化学反应。

其中，本发明最主要的发明点在于利用了碳颗粒能够伴随着高温烟气的流动吸热升温，部分碳颗粒与烟气中残余氧气进行氧化反应，同时富余的碳颗粒还与燃烧产生的二氧化碳进行还原反应。两相高温流体进入干馏炉后还以对流、辐射、传导等形式将热能向固体生物质快速传递，固体生物质挥发物中的焦油粒子被高温碳颗粒催化裂解，水蒸气则与高温碳颗粒进行水煤气化反应。

按照本发明，所述固体生物质优选为本领域人员熟知的固体生物质，例如植物的秸秆、谷壳、林业采伐及林产品加工剩余物、污水处理厂脱水污泥等。而为了使干馏更充分，在进行干馏操作之前，还应将所述固体生物质粉碎为10~100目的固体生物质粉或颗粒。

按照本发明，在制备产品后，为了让整个干馏工艺成为循环操作过程，而不再是间歇式操作过程，本发明将一部分的产品作为燃料再次进入干馏工艺中，具体过程为：

步骤c）将步骤b）收集的部分干馏气或生物焦燃烧，得到含有碳颗粒的高温烟气，并重复步骤a）~步骤b）的操作。按照本发明，在将干馏气和/或生物焦返回燃烧器中燃烧时，所述干馏气返回量占所述干馏气总产量的体积百分比优选为5~8%，所述生物焦的返回量占所述生物焦总产量的重量百分比为10~18%。

由于返回燃烧器的产品可以为生物焦或干馏气，所以由碳颗粒和高温烟气形成的高温气固两相流体可在不同的燃烧器中进行，当以燃气为燃料（如干馏气）时，碳颗粒，优选以生物焦或其他含碳物质制得从燃烧器喉部与扩压管交接处送入，碳颗粒在燃气喷射燃烧时被加热成高温碳颗粒，即形成高温气固两相流体。当以固体生物质粉末或生物焦、碳或其他含碳物质为燃料在流化床燃烧炉内流化燃烧时，高温烟气携带过量碳颗粒即为气固两相高温流体。

当使用固体流化床燃烧器时，步骤a）具体为：

当使用气体燃烧器时，步骤a）具体为：

按照本发明，所述干馏操作的干流温度优选为400~800℃。干馏温度的不同是由需要得到的干馏转化的物质不同而确定。干馏操作后，将干馏气和生物焦分别收集，为了是更好的将气固两相分开，方便运输和再利用。所以步骤b）具体为：另外，当使用固体生物质或生物焦作为燃料时，还可以将所述生物焦或固体生物质与预热的空气在流化床燃烧炉中燃烧，得到高温烟气中含有残留的生物胶，高温烟气在上升过程中残余氧气与残留的生物焦继续燃烧，得到含有碳颗粒的高温烟气；

b1）将生物焦和干馏气分离；

b3）所述干馏气将空气预热后，热空气进行步骤c）操作，干馏气则经冷却、净化、再经水封进入储气柜，得到产品。

按照本发明，干馏气加热空气的设备优选为空气预热器。按照步骤b）的方法进行操作，优选的，还包括b4）将储气后的产品通入燃烧器中进行步骤c）操作。这样做的目的是为了减少其它气体燃料的使用量而提供的解决措施。

通过本发明的方法制备转化固体生物质，每吨固体生物质在不同的干馏温度下，生物焦与干馏气产率不同：高温干馏（800℃），生物焦重量占原料重量的30%~35%，其余转化为干馏气500~550m³；低温干馏（400℃），生物焦重量占原料总重量的55%~60%，所得干馏气为300~350m³；中温干馏（600℃）所得产品介于高温、低温干馏之间，生物焦重量占原料总重量的40%~45%。由于本发明得到的生物焦以及干馏气能够返回燃烧步骤作为燃料补充，所以当以生物焦为燃料时，消耗的生物焦的总量占生物焦总重量的8~10%；当以干馏气为燃料时，消耗的干馏气体积占干馏气总体积的5~8%。值得一提的是，所消耗的燃料燃烧产生的CO₂会被还原为可燃气体。通过上述操作，固体生物质90%以上均能转化为可利用能源，保护了环境。

本发明的特点是：用秸秆等固体生物质为原料，以获取优质能源为目的，应用气固两相高温流体干燥干馏固体生物质，具有干馏速度快，碳元素利用充分，干馏气产量高，可实现规模化，连续操作，可与内燃发电机组配套，可满足工农业生产需求。

该发明的特点还在于整个干馏过程高品位能源消耗低，干馏所需的热能完全可由固体生物质干馏副产品提供：如以获取生物焦粉为主要目的，则以副产品干馏气为燃料，使用燃气燃烧器加少量焦粉向干馏炉提高热能；若以获取干馏气为目的，则以生物焦粉为燃料进行流化燃烧，向干馏炉提高热能。

本发明提供的方法是用燃料燃烧产生的高温烟气携带碳颗粒而形成的气固两相热流体向固体生物质粉末传送热能，使其干燥干馏转化为优质能源品种的工艺技术。所述方法与传统的生物质干馏工艺相比，具有能耗省、升温快、温度均匀、干馏时间短、产能大、可长期连续稳定运行，且干馏产物质量高、碳元素利用充分等优点。

实施例1

如图1所示，为本实施例使用流化床燃烧器与立式连续进出料固体生物质干馏气化炉匹配的实施方式。

首先将粉碎的秸秆等固体生物质粉末输入立式下吸式气化干馏炉，将火种投入流化床燃烧器，接着输入秸秆粉末或生物焦粉，并启动鼓风机，燃烧产生的高温热烟气携带未燃烬的秸秆粉末或焦粉流入干馏炉与下落的生物质粉末混合，并把热能向其传递。生物质粉末在重力及下吸负压的作用下纷纷落入固定床层，并与燃烧器燃烧产生的碳颗粒密切接触，碳颗粒继续向生物质粉末以辐射、传导形式传递热能，使生物质粉末得以快速干燥干馏，同时进行一系列物理化学反应。当系统试火器可点燃前可将热烟气回流，当试火器可点燃时，可缓慢启动干馏炉回转炉排，用排出的热焦粉输入流化床燃烧器，系统进入正常运行：秸秆等固体生物质粉末连续不断地输入干馏炉，干馏气不断地被引出，生物焦粉连续排出，部分热焦粉输入流床燃烧器，大部分焦粉经间接冷却后供给用户。干馏气经净化后可用于生产、生活领域。

实施例2

如图2所示，为本实施例使用燃气燃烧器与固体生物质卧式回转干馏炉匹配的实施方式

启动卧式回转干馏炉和螺旋进料器，当固体生物质粉末输入量达到干馏炉总容积约50%时，启动燃气燃烧器，燃烧产生的高温烟气喷入卧式干馏炉膛加热逆向输入的生物质粉末，待干馏炉排出的气体可点燃时，提取干馏炉排出的焦粉由单螺杆输送器强行挤入燃气燃烧器喉部与高速气流在扩压管内边混合边燃烧，熊熊燃烧的火焰携带高温碳颗粒射向干馏炉深处。在射流过程中高温两相流体与被回转窖圆周上的抄手不断抄起扬下的稀相区秸秆粉末充分接触，烟气所含的热能大部分在此被秸秆粉末所吸收，热容量大的高温碳颗粒则与扬起的秸秆粉末一起落下进入密相区，两者充分混杂，紧密接触，强化传热，加快秸秆粉末干燥干馏速率。干燥干馏出的水蒸气和挥发物由密相区升浮至稀相区，在此与刚射入的高温烟气和高温碳颗粒充分接触，并进行了一系列热化学反应，生成高品质的优质燃气和生物焦粉。秸秆等固体生物质粉末不断从低温端输入，干馏气和生物焦粉不断从高温端排出，这就是干馏装置稳定运行的全过程。

本发明是在微负压（系统在引风机作用下形成的微负压）作用下进行。干馏温度根据所得产品要求，可控制在400~800℃下进行。当选择低温干馏温度为400℃时，干馏气产率为300~340m³每吨生物质，生物焦600公斤；当选择高温干馏，温度为800℃时，生物焦产率为300公斤/每吨生物质，干馏气500m³。

以上对本发明提供的一种固体生物质干馏气化方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种固体生物质干馏气化方法，其特征在于，包括：

a）将固体生物质与含有碳颗粒的高温烟气混合、干馏；

b）分别收集干馏得到的干馏气和生物焦。

2.根据权利要求1所述的干馏气化方法，其特征在于，还包括步骤c）将步骤b）收集的干馏气或生物焦燃烧，得到含有碳颗粒的高温烟气，并重复步骤a）~步骤b）的操作。

3.根据权利要求1所述的干馏气化方法，其特征在于，步骤a）具体为：

4.根据权利要求1所述的干馏气化方法，其特征在于，步骤a）具体为：

5.根据权利要求1所述的干馏气化方法，其特征在于，步骤b）具体为：

b 1）将生物焦和干馏气分离；

6.根据权利要求5所述的干馏气化方法，其特征在于，还包括步骤b4）将储气后的产品通入燃烧器中进行步骤c）操作。

7.根据权利要求1~5任意一项所述的方法，其特征在于，所述固体生物质为：秸秆、谷壳、木材、加工剩余物、污水处理厂脱水污泥等。

8.根据权利要求7所述的干馏气化方法，其特征在于，所述固体生物质的粒径为10目~100目。

9.根据权利要求1~5任意一项所述的干馏气化方法，其特征在于，所述干馏温度为：400~800℃。

10.根据权利要求1~5任意一项所述的干馏气化方法，其特征在于，所述生物焦的重量占固体生物质的重量为30%~60%，所述干馏气为300~500m³。