CN104861997A - 生物质热解反应系统及热解方法 - Google Patents

Abstract

生物质热解反应系统及热解方法。目前秸秆类生物质利用的主要途径包括秸秆堆肥还田、秸秆饲料化利用和秸秆能源化利用，其中秸秆能源化以其利用效率高、效益好等优势被广泛研究。一种生物质热解反应系统，其组成包括：热烟炉（1），热烟炉的出口与加热提升管（2）的下部连接，加热提升管上部与沉降分离室（3）右侧入口连接，沉降分离室与滚筒烘干机（6）外壁连接，滚筒烘干机分别与原料输送带（7）、原料斗（5）连接，原料斗通过输送口与热解反应器（8）连接，热解反应器的左上部连接有上热载体室（4），热解反应器下部与下热载体室（9）连接，加热提升管的右下部通过斜管与固固分离器（10）连接。本发明应用于生物质热解反应。

Description

生物质热解反应系统及热解方法

技术领域：

本发明涉及一种生物质热解反应系统及热解方法，属于生物质能源高效清洁利用技术领域，主要是采取固体热载体的生物质热解技术，以制取高品质可燃气、洁净的生物油和生物炭基有机肥产品。

背景技术：

生物质能是一种洁净的、可再生的新能源，我国生物质资源十分丰富，其中各类农作物秸秆、农产品谷壳、薪炭林和林业加工残余废弃物等的资源总量不低于10亿吨干物质/年，相当于4亿多吨标煤当量。由于收获季节农作物秸秆产量很大，保存困难，来不及利用，许多地区就地焚烧，不仅浪费资源，而且还导致严重的环境污染，虽然近几年政府采取强硬措施禁止秸秆焚烧，但秸秆如何科学处理成为一个大难题。

目前秸秆类生物质利用的主要途径包括秸秆堆肥还田、秸秆工业原料利用、秸秆饲料化利用和秸秆能源化利用，其中秸秆能源化以其利用效率高、效益好等优势被广泛重视和研究。

为了实现生物质在隔绝氧气的环境下发生热解反应，一般采取惰性气体或固体作为热载体为热解反应提供需要的能量。由于固体热载体蓄热能力强，在加热过程中能充分利用其余热，因而采取固体热载体的生物质热解反应系统具有热效率高、造价低、容易实现工业化等优势。但固体热载体工艺需要解决固体颗粒提升、分离和控制热解停留时间等一系列问题，其工艺流程较复杂。

发明内容：

本发明的目的是提供一种生物质热解反应系统及热解方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种生物质热解反应系统，其组成包括：热烟炉，所述的热烟炉的出口与加热提升管的下部连接，所述的加热提升管上部与沉降分离室右侧入口连接，所述的沉降分离室与滚筒烘干机外壁连接，所述的滚筒烘干机分别与原料输送带、原料斗连接，所述的原料斗通过输送口与热解反应器连接，所述的热解反应器的左上部连接有上热载体室，所述的热解反应器下部与下热载体室连接，所述的加热提升管的右下部通过斜管与固固分离器连接。

所述的生物质热解反应系统，所述的固固分离器通过送料装置与所述的下热载体室连接，所述的下热载体与伴热分离旋风器连接，所述的固固分离器的左下部管道与分离风机连接，所述的分离风机的入口与分离旋风器出口连接，所述的分离旋风器的下部与炭粉斗一连接，所述的炭粉斗一与有机肥成型机连接，所述的伴热分离旋风器下部与炭粉斗二连接，所述的炭粉斗二与所述的有机肥成型机连接。

所述的生物质热解反应系统，所述的伴热分离旋风器的出口通过管道与喷淋塔的顶部入口连接，所述的喷淋塔的右上部通过管道与换热器连接，所述的喷淋塔与净化塔连接，所述的净化塔通过管道分别与所述的热烟炉和生物燃气储气罐连接，所述的喷淋塔的左下部的油出口与循环油泵入口连接，所述的循环油泵的出口分别与所述的换热器入口、所述的热烟炉、所述的生物油进油罐连接。

所述的生物质热解反应系统，所述的热烟炉为油气两用燃烧器，所述的油气两用燃烧器使用热解系统产生的可燃气和生物油作为燃料，所述的分离旋风器采取外热式伴热，所述的有机肥成型机具有养分添加入口。

所述的生物质热解反应系统，所述的沉降分离室内具有导流板，所述的炭粉斗一中具有热解炭。

所述的生物质热解反应系统，所述的热解反应器左上部具有热载体入口，所述的热解反应器右上部具有原料入口，所述的热载体入口高于所述的原料入口，所述的热解反应器下部设置了双轴搅拌装置。

利用所述的生物质热解反应系统进行热解的方法，该方法包括如下步骤：

（1）原料经破碎粒径为20mm以下，水分低于30%，进入滚筒烘干机从沉降分离室过来的温度为250-500℃的热烟气进入滚筒烘干机，把原料烘干水分至低于10%；

（2）进入热解反应器的固体热载体温度为500-800℃，通过调整反应器搅拌速度，原料与热载体在热解反应器的停留时间为2-100秒，固体热载体从500-800℃下降至400-500摄氏度进入下热载体室；

（3）下热载体室通过分离后，把热解半焦分离出来，热载体温度400-500℃，进入加热提升管，其中从热烟炉过来的热烟气温度为700-1200℃，把热载体提升并加热至500-800℃；

（4）热解蒸汽进入喷淋塔的温度为400-500℃，被喷淋介质喷淋冷却后，热解蒸汽温度下降至40℃以下。

本发明的有益效果：

1.本发明采取固体热载体循环工艺提供热解反应能量，固体热载体加热耗能少；采取搅拌式热解反应器，可以调整热解反应时间，系统能够处理不同粒径的物料，并且可以调整热解产物的产率。

本发明克服了传统工艺热效率低、工艺复杂等问题，并能根据供能要求，调整热解停留时间，以改变油气产率，实现了不同原料、不同粒径范围的秸秆生物质的热解处理，达到了工艺最优化的目的。

本发明生物质热解处理技术是在缺氧和高温的反应条件下，通过对秸秆原料的热裂解方法生产生物可燃气、生物油和联产秸秆炭基有机复合肥的新型秸秆能源化利用方式。该工艺克服了传统秸秆气化工艺产气热值低、焦油含量高等缺点，并控制热解反应在均匀的温度下进行，得到的秸秆炭具有多孔特性，通过添加养分后，秸秆炭能作为有机肥还田使用，实现了秸秆资源的高效、循环利用。

本发明通过该工艺热解后产物产率（干燥基）分别为：生物油20-60%，生物可燃气15-65%，生物炭12-40%。

附图说明：

附图1是本发明的系统结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种生物质热解反应系统，其组成包括：热烟炉1，所述的热烟炉的出口与加热提升管2的下部连接，所述的加热提升管上部与沉降分离室3右侧入口连接，所述的沉降分离室与滚筒烘干机6外壁连接，所述的滚筒烘干机分别与原料输送带7、原料斗5连接，所述的原料斗通过输送口与热解反应器8连接，所述的热解反应器的左上部连接有上热载体室4，所述的热解反应器下部与下热载体室9连接，所述的加热提升管的右下部通过斜管与固固分离器10连接。

实施例2：

根据实施例1所述的生物质热解反应系统，所述的固固分离器通过送料装置与所述的下热载体室连接，所述的下热载体与伴热分离旋风器15连接，所述的固固分离器的左下部管道与分离风机11连接，所述的分离风机的入口与分离旋风器12出口连接，所述的分离旋风器的下部与炭粉斗一13连接，所述的炭粉斗一与有机肥成型机14连接，所述的伴热分离旋风器下部与炭粉斗二16连接，所述的炭粉斗二与所述的有机肥成型机连接。

实施例3：

根据实施例1或2所述的生物质热解反应系统，所述的伴热分离旋风器的出口通过管道与喷淋塔17的顶部入口连接，所述的喷淋塔的右上部通过管道与换热器19连接，所述的喷淋塔与净化塔18连接，所述的净化塔通过管道分别与所述的热烟炉和生物燃气储气罐连接，所述的喷淋塔的左下部的油出口与循环油泵21入口连接，所述的循环油泵的出口分别与所述的换热器入口、所述的热烟炉、所述的生物油进油罐连接。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的生物质热解反应系统，所述的换热器具有冷却水进出口，所述的换热器的进口与冷却水泵22出口连接，所述的换热器的出口与水冷塔20连接，所述的水冷塔出口与所述的冷却水泵入口连接。

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的生物质热解反应系统，所述的热烟炉为油气两用燃烧器，所述的油气两用燃烧器使用热解系统产生的可燃气和生物油作为燃料，所述的分离旋风器采取外热式伴热，所述的有机肥成型机具有养分添加入口。

实施例6：

根据实施例1或2或3或4或5所述的生物质热解反应系统，所述的沉降分离室内具有导流板，所述的炭粉斗一中具有热解炭。

实施例7：

根据实施例1或2或3或4或5或6所述的生物质热解反应系统，所述的热解反应器左上部具有热载体入口，所述的热解反应器右上部具有原料入口，所述的热载体入口高于所述的原料入口，所述的热解反应器下部设置了双轴搅拌装置。

实施例8：

一种实施例1—7之一所述的生物质热解反应系统的热解方法，该方法包括如下步骤：

（1）原料经破碎粒径为20mm以下，水分低于30%，进入滚筒烘干机从沉降分离室过来的温度为250-500℃的热烟气进入滚筒烘干机，把原料烘干水分至低于10%；

（2）进入热解反应器的固体热载体温度为500-800℃，通过调整反应器搅拌速度，原料与热载体在热解反应器的停留时间为2-100秒，固体热载体从500-800℃下降至400-500摄氏度进入下热载体室；

（3）下热载体室通过分离后，把热解半焦分离出来，热载体温度400-500℃，进入加热提升管，其中从热烟炉过来的热烟气温度为700-1200℃，把热载体提升并加热至500-800℃；

（4）热解蒸汽进入喷淋塔的温度为400-500℃，被喷淋介质喷淋冷却后，热解蒸汽温度下降至40℃以下；

（5）通过该工艺热解后产物产率分别为干燥基：生物油20-60%，生物可燃气15-65%，生物炭12-40%。

实施例9：

根据实施例1或2或3或4或5或6所述的生物质热解反应系统，采取固体热载体工艺的生物质热解反应系统分别处理粒径范围为0-20mm和0-5mm的玉米秸秆，其工艺参数分别如下：

案例1：处理粒径0-20mm的玉米秸秆

玉米秸秆粉碎后，通过20mm的筛网过筛，其晒下料的水分为28.6%，滚筒烘干机烟气温度为350℃，通过烘干后原料水分下降为5.6%进入热解反应器，其中进入热解反应器的固体热载体温度为720℃，控制热解停留时间为80s，热解反应器出口的固体热载体温度为450℃，通过喷淋捕捉，得到的生物气产率为61%，热值为16.8Mj/m3，通过净化塔后焦油含量小于20mg/m3，生物油产率为25%，生物炭产率为14%，通过添加养分加工成有机肥；

案例2：处理粒径0-5mm的玉米秸秆

玉米秸秆粉碎后通过5mm的筛网，筛下物的水分为29.5%，滚筒烘干机烟气温度为300℃，通过烘干后原料水分为4.8%，进入热解反应器，其中进入热解反应器的固体热载体温度为550℃，控制热解停留时间为2.5s，热解反应器出口的固体热载体温度为480℃，通过喷淋捕捉，得到的生物油产率为54%，热值为16.2Mj/m3；生物气产率为23%，生物炭产率为23%。

Claims (7)

1.一种生物质热解反应系统，其组成包括：热烟炉，其特征是：所述的热烟炉的出口与加热提升管的下部连接，所述的加热提升管上部与沉降分离室右侧入口连接，所述的沉降分离室与滚筒烘干机外壁连接，所述的滚筒烘干机分别与原料输送带、原料斗连接，所述的原料斗通过输送口与热解反应器连接，所述的热解反应器的左上部连接有上热载体室，所述的热解反应器下部与下热载体室连接，所述的加热提升管的右下部通过斜管与固固分离器连接。

2.根据权利要求1所述的生物质热解反应系统，其特征是：所述的固固分离器通过送料装置与所述的下热载体室连接，所述的下热载体与伴热分离旋风器连接，所述的固固分离器的左下部管道与分离风机连接，所述的分离风机的入口与分离旋风器出口连接，所述的分离旋风器的下部与炭粉斗一连接，所述的炭粉斗一与有机肥成型机连接，所述的伴热分离旋风器下部与炭粉斗二连接，所述的炭粉斗二与所述的有机肥成型机连接。

3.根据权利要求1或2所述的生物质热解反应系统，其特征是：所述的伴热分离旋风器的出口通过管道与喷淋塔的顶部入口连接，所述的喷淋塔的右上部通过管道与换热器连接，所述的喷淋塔与净化塔连接，所述的净化塔通过管道分别与所述的热烟炉和生物燃气储气罐连接，所述的喷淋塔的左下部的油出口与循环油泵入口连接，所述的循环油泵的出口分别与所述的换热器入口、所述的热烟炉、所述的生物油进油罐连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的生物质热解反应系统，其特征是：所述的热烟炉为油气两用燃烧器，所述的油气两用燃烧器使用热解系统产生的可燃气和生物油作为燃料，所述的分离旋风器采取外热式伴热，所述的有机肥成型机具有养分添加入口。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的生物质热解反应系统，其特征是：所述的沉降分离室内具有导流板，所述的炭粉斗一中具有热解炭。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的生物质热解反应系统，其特征是：所述的热解反应器左上部具有热载体入口，所述的热解反应器右上部具有原料入口，所述的热载体入口高于所述的原料入口，所述的热解反应器下部设置了双轴搅拌装置。

7.一种权利要求1—6之一所述的生物质热解反应系统的热解方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

（1）原料经破碎粒径为20mm以下，水分低于30%，进入滚筒烘干机从沉降分离室过来的温度为250-500℃的热烟气进入滚筒烘干机，把原料烘干水分至低于10%；

（2）进入热解反应器的固体热载体温度为500-800℃，通过调整反应器搅拌速度，原料与热载体在热解反应器的停留时间为2-100秒，固体热载体从500-800℃下降至400-500摄氏度进入下热载体室；

（3）下热载体室通过分离后，把热解半焦分离出来，热载体温度400-500℃，进入加热提升管，其中从热烟炉过来的热烟气温度为700-1200℃，把热载体提升并加热至500-800℃；

（4）热解蒸汽进入喷淋塔的温度为400-500℃，被喷淋介质喷淋冷却后，热解蒸汽温度下降至40℃以下。