專利名稱：熱解爐和生物質(zhì)熱解方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物質(zhì)能的利用和轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種熱解爐和生物質(zhì)熱解方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)包括生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)熱解、生物質(zhì)發(fā)酵等，其中，利用生物質(zhì)熱解技術(shù)不僅可以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料和化學(xué)品，而且成本較低，因此得到了廣泛的研究。根據(jù)熱解過程的操作條件的不同，生物質(zhì)熱解工藝可以分為三大類低溫常規(guī)熱解、 中溫快速熱解和高溫閃解。其中，中溫快速熱解的最大液體產(chǎn)率較高，并且，中溫快速熱解制備的生物油產(chǎn)品熱值可達到傳統(tǒng)燃料油的一半以上，不但可直接用于窯爐燃燒，更可以作為合成化學(xué)品的原料，因此，中溫快速熱解成為當(dāng)前國際范圍內(nèi)熱解技術(shù)的研究熱點。在中溫快速熱解中，生物質(zhì)在隔絕空氣或在少量空氣存在的條件下，采用較低反應(yīng)溫度、較短的氣體停留時間被熱解得到氣相產(chǎn)物，然后經(jīng)驟冷和濃縮得到生物油產(chǎn)品。目前，針對生物質(zhì)快速熱解方面已研究開發(fā)了多種新型生物質(zhì)熱解制油裝置，例如，循環(huán)流化床鍋爐高溫灰熱解裝置、鏈道式干燥熱解制油裝置、自熱型變截面流化床生物質(zhì)熱裂解制油裝置等。申請?zhí)枮?00710032675. 4的中國專利文獻報道了一種生物質(zhì)復(fù)合氣化的方法及裝置，生物質(zhì)原料由該裝置的中部進料后直接在該裝置的流化床中發(fā)生熱解反應(yīng)。由于生物質(zhì)原料為常溫，在進入流化床后大大降低了流化床的溫度，從而使流化床很難達到生物質(zhì)原料的熱解溫度，造成生物質(zhì)原料在該熱解裝置中不能充分熱解。因此，該熱解裝置的生物質(zhì)熱解氣產(chǎn)率較低，從而導(dǎo)致后續(xù)工藝中冷凝階段的產(chǎn)油率較低。本發(fā)明人考慮，提供一種熱解爐和生物質(zhì)熱解方法，提高生物質(zhì)熱解氣的產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種具有較高的生物質(zhì)熱解氣產(chǎn)率的熱解爐，本發(fā)明還提供一種生物質(zhì)熱解方法。本發(fā)明提供一種熱解爐，包括爐體、設(shè)置于所述爐體內(nèi)的流化床，還包括設(shè)置于所述爐體頂端的進料氣固噴嘴。優(yōu)選的，所述進料氣固噴嘴為心錐形噴嘴。優(yōu)選的，所述爐體頂端為爐體上部或爐體側(cè)上部。優(yōu)選的，還包括設(shè)置于所述進料氣固噴嘴與所述流化床之間的旋風(fēng)分離器。優(yōu)選的，所述旋風(fēng)分離器固定于所述爐體內(nèi)壁上。優(yōu)選的，還包括設(shè)置于所述流化床下方的換熱器。優(yōu)選的，所述換熱器為盤管式換熱器。
本發(fā)明提供一種生物質(zhì)熱解方法，包括以下步驟將生物質(zhì)原料與載氣經(jīng)熱解爐頂端噴出，混合、預(yù)熱，得到混合物；將所述混合物在500 800°C下進行熱裂解反應(yīng)，得到生物半焦和生物質(zhì)熱解氣。優(yōu)選的，所述生物質(zhì)原料的含水量低于10wt%，粒徑為100微米 2毫米。優(yōu)選的，得到生物半焦和生物質(zhì)熱解氣后還包括取部分所述生物質(zhì)熱解氣，將其加熱至500 700°C進行熱裂解反應(yīng)。本發(fā)明提供一種熱解爐和生物質(zhì)熱解方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明提供的熱解爐的進料氣固噴嘴設(shè)置于爐體頂端，因此，生物質(zhì)原料從進料氣固噴嘴進入爐體后首先被預(yù)熱并發(fā)生部分熱解反應(yīng)，然后進入流化床中進行熱解反應(yīng)。由于生物質(zhì)原料被預(yù)熱， 溫度升高，因此，預(yù)熱后的生物質(zhì)原料進入流化床后，不會降低流化床的溫度，從而保證了流化床可以達到生物質(zhì)原料充分熱解的溫度，提高了生物質(zhì)熱解氣的產(chǎn)率。因此，本發(fā)明提供的熱解爐具有較高的熱解氣的產(chǎn)率，從而提高了導(dǎo)致后續(xù)工藝中冷凝階段的產(chǎn)油率。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例公開的熱解爐示意圖。
具體實施例方式為了引用和清楚起見，現(xiàn)在將本專利中涉及到的技術(shù)術(shù)語解釋如下氣流床層氣流床層是指氣固噴嘴與流化床之間的空間。下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明公開了一種熱解爐，包括爐體 7 ；設(shè)置于爐體7內(nèi)的流化床3，設(shè)置于爐體7頂端的進料氣固噴嘴1。在上述熱解爐中，流化床3底面與爐體7內(nèi)壁構(gòu)成燃燒室5。本發(fā)明對采用的進料氣固噴嘴并無特別限制，可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的噴嘴，優(yōu)選為心錐形噴嘴。本發(fā)明中爐體7的頂端可以為爐體7的上部，也可以為爐體7的側(cè)上部。流化床3優(yōu)選設(shè)置于爐體7的中部或下部。由于進料氣固噴嘴設(shè)置于爐體7的頂端，因此，使進料氣固噴嘴與流化床3之間形成一定空間，為氣流床層。在生物質(zhì)原料進入熱解爐后，首先在進料氣固噴嘴1與流化床3之間的空間預(yù)熱，然后進入流化床進行熱裂解反應(yīng)。本發(fā)明提供的熱解爐還優(yōu)選包括設(shè)置于進料氣固噴嘴1與流化床3之間的旋風(fēng)分離器2。旋風(fēng)分離器2固定于所述爐體內(nèi)壁上。此外，該熱解爐還優(yōu)選包括設(shè)置于流化床3 下方的換熱器4和設(shè)置于換熱器4下方的氣體分布板6。換熱器4優(yōu)選為盤管式換熱器。 其中，進料氣固噴嘴1用于將生物質(zhì)原料和載氣噴入熱解爐中，形成位于進料氣固噴嘴1與流化床3之間的氣流床。所述載氣優(yōu)選為生物質(zhì)熱解氣體，更優(yōu)選為生物質(zhì)輕氣體。采用生物質(zhì)輕氣體作為生物質(zhì)熱解的熱解載氣，避免了熱解爐中惰性氣體的引入和積累，可以顯著地提高生物質(zhì)熱解氣的品質(zhì)和熱值，并最大限度地降低了系統(tǒng)氣體的弛放量，有效地提高了整個過程的熱解能量效率。所述熱裂解氣體中生物質(zhì)輕氣體的主要成分為CO，CO2, H2, H2O和低碳烴類等。流化床3優(yōu)選為由惰性物料和生物質(zhì)粉構(gòu)成的物料層，所述惰性物料優(yōu)選為砂粒、干焦炭、過渡型金屬氧化物或流化催化裂化(簡稱FCC)催化劑顆粒。由于流化床3中惰性物料和生物質(zhì)粉等蓄熱載體的存在，生物質(zhì)原料在流化床3中可以迅速被加熱并發(fā)生快速熱裂解，生成生物半焦及生物質(zhì)熱裂解氣體，生成的熱裂解氣體包括生物質(zhì)輕氣體和生物質(zhì)重氣體?？焖贌崃呀膺^程可以提高生物質(zhì)熱解產(chǎn)品中的生物質(zhì)熱解氣的含量；同時， 生物質(zhì)原料在熱解爐中發(fā)生粉化作用，生物質(zhì)原料的粒徑和密度降低，被流化風(fēng)帶出。生物半焦及生物質(zhì)熱裂解氣體進入旋風(fēng)分離器2，熱裂解氣體從旋風(fēng)分離器2的頂部引出；固體顆粒從旋風(fēng)分離器2的底部引出。固體顆粒的一部分作為燃料進入燃燒室5與空氣燃燒作為換熱器4的熱源，另一部分作為生物質(zhì)焦炭引出。生物質(zhì)熱裂解氣體經(jīng)過后續(xù)工序后，會返回一股輕組分氣體，該輕組分氣體分為三股氣流，一部分作為固體生物質(zhì)的載氣進入進料噴嘴1，一部分作為燃料進入燃燒室5與空氣燃燒作為換熱器4的熱源，第三部分進入換熱器4，在換熱器4中被加熱后進入流化床3作為流化氣體介質(zhì)以及生物質(zhì)顆粒的加熱介質(zhì)。氣體分布板6位于所述換熱器下方，用于將氣體均勻分布在燃燒室5中。在燃燒室5里，燃料燃燒釋放出大量的熱供給整個系統(tǒng)。所述燃料優(yōu)選為生物質(zhì)熱解氣中的生物質(zhì)輕氣體和生物質(zhì)半焦，該燃燒室中生成的高溫?zé)煹罋?約900°C)中氧含量極低，一般低于1%，可用于對生物質(zhì)粉的預(yù)熱或發(fā)電。另外，在燃燒室5里通過出口(圖中未示出)將灰渣排放。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明提供的熱解爐的進料氣固噴嘴設(shè)置于爐體頂端，因此，生物質(zhì)原料從進料氣固噴嘴進入爐體后首先被預(yù)熱并發(fā)生部分熱解反應(yīng)，然后進入流化床中進行熱解反應(yīng)。由于生物質(zhì)原料被預(yù)熱，溫度升高，因此，預(yù)熱后的生物質(zhì)原料進入流化床后，不會降低流化床的溫度，從而保證了流化床可以達到生物質(zhì)原料充分熱解的溫度，提高了生物質(zhì)熱解氣的產(chǎn)率。因此，本發(fā)明提供的熱解爐具有較高的熱解氣的產(chǎn)率，從而提高了導(dǎo)致后續(xù)工藝中冷凝階段的產(chǎn)油率。本發(fā)明還提供一種生物質(zhì)熱解方法，包括以下步驟將生物質(zhì)原料與載氣經(jīng)熱解爐頂端噴出，混合、預(yù)熱，得到混合物；將所述混合物在500 800°C下進行熱裂解反應(yīng)，得到生物半焦和生物質(zhì)熱解氣。本發(fā)明得到生物半焦和生物質(zhì)熱解氣后還優(yōu)選包括取部分所述生物質(zhì)熱解氣， 將其加熱至500 700°C進行熱裂解反應(yīng)。本發(fā)明采用的生物質(zhì)原料的含水量優(yōu)選低于IOwt %，更優(yōu)選低于8wt%。所述生物質(zhì)原料的粒徑優(yōu)選為100微米 2毫米，更優(yōu)選為100微米 1毫米。本發(fā)明還優(yōu)選包括將生物質(zhì)原料預(yù)熱干燥、粉碎研磨。本發(fā)明中優(yōu)選包括經(jīng)預(yù)熱干燥并粉碎研磨的生物質(zhì)粉經(jīng)進料氣固噴嘴吹入熱解爐中，在噴嘴與流化床之間形成氣流床，生物質(zhì)粉料與熱解爐中的生物質(zhì)熱解氣接觸，然后在重力作用下落入流化床中，并迅速完成充分的混合。所述生物質(zhì)原料經(jīng)進料氣固噴嘴噴出后在氣流床層預(yù)熱，然后在重力作用下落入流化床中。流化床3的溫度優(yōu)選為650 750°C，更優(yōu)選為680 720°C。在流化床3中，生物質(zhì)粉料被高溫惰性物料迅速加熱到500 800°C，發(fā)生快速熱解反應(yīng)生成生物半焦及生物質(zhì)熱解氣，生物質(zhì)熱解氣包括生物質(zhì)輕氣體和生物質(zhì)重氣體。生物半焦及生物質(zhì)熱裂解氣體進入旋風(fēng)分離器2，熱裂解氣體從旋風(fēng)分離器2的頂部引出，固體顆粒從旋風(fēng)分離器2的底部引出。本發(fā)明利用氣流床的優(yōu)勢，使生物原料和熱解氣體能夠在最短時間內(nèi)完成充分的混合。通過蓄熱物料的快速加熱，生物質(zhì)在流化床內(nèi)完成快速熱解，提高生物質(zhì)熱解的油品產(chǎn)率。由于利用生物質(zhì)熱解氣作為流化介質(zhì)，避免了氮氣等對氣相產(chǎn)物的污染，既免去了分離的需要，也可以有效地提高熱解氣體的品質(zhì)，最大限度的降低系統(tǒng)的弛放量。旋風(fēng)分離器在生物質(zhì)熱解氣冷凝之前把大部分夾帶的生物質(zhì)焦炭及其他顆粒進行分離，降低了產(chǎn)品油中炭顆粒的含量，提高油品的穩(wěn)定性。為了進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。實施例1利用圖1所示的熱解爐，將經(jīng)預(yù)熱干燥并粉碎研磨的生物質(zhì)原料和生物質(zhì)熱解氣經(jīng)進料氣固噴嘴1以旋轉(zhuǎn)氣流的方式噴出，在氣流床層中混合預(yù)熱；將得到的混合物落入溫度為700°C的流化床3中，熱裂解反應(yīng)，得到生物半焦和和生物質(zhì)熱解氣；取部分所述生物質(zhì)熱解氣，將其加熱至600°C，然后通入流化床3中；所述生物半焦由旋風(fēng)分離器2收集。實驗結(jié)果證明，本實施例的生物質(zhì)熱解氣的產(chǎn)率約為66%。實施例2利用圖1所示的熱解爐，將經(jīng)預(yù)熱干燥并粉碎研磨的生物質(zhì)原料和生物質(zhì)熱解氣經(jīng)進料氣固噴嘴1以旋轉(zhuǎn)氣流的方式噴出，在氣流床層中混合預(yù)熱；將得到的混合物落入溫度為720°C的流化床3中，熱裂解反應(yīng)，得到生物半焦和和生物質(zhì)熱解氣；取部分所述生物質(zhì)熱解氣，將其加熱至570°C，然后通入流化床3中；所述生物半焦由旋風(fēng)分離器2收集。實驗結(jié)果證明，本實施例的生物質(zhì)熱解氣的產(chǎn)率約為70%。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱解爐，包括爐體、設(shè)置于所述爐體內(nèi)的流化床，其特征在于，還包括 設(shè)置于所述爐體頂端的進料氣固噴嘴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解爐，其特征在于，所述進料氣固噴嘴為心錐形噴嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解爐，其特征在于，所述爐體頂端為爐體上部或爐體側(cè)上部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解爐，其特征在于，還包括 設(shè)置于所述進料氣固噴嘴與所述流化床之間的旋風(fēng)分離器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解爐，其特征在于，所述旋風(fēng)分離器固定于所述爐體內(nèi)壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱解爐，其特征在于，還包括 設(shè)置于所述流化床下方的換熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6述的熱解爐，其特征在于，所述換熱器為盤管式換熱器。
8.—種生物質(zhì)熱解方法，其特征在于，包括以下步驟將生物質(zhì)原料與載氣經(jīng)熱解爐頂端噴出，混合、預(yù)熱，得到混合物； 將所述混合物在500 800°C下進行熱裂解反應(yīng)，得到生物半焦和生物質(zhì)熱解氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述生物質(zhì)原料的含水量低于10wt%，粒徑為100微米 2毫米。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，得到生物半焦和生物質(zhì)熱解氣后還包括取部分所述生物質(zhì)熱解氣，將其加熱至500 700°C進行熱裂解反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱解爐和生物質(zhì)熱解方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明提供的熱解爐的進料氣固噴嘴設(shè)置于爐體頂端，因此，生物質(zhì)原料從進料氣固噴嘴進入爐體氣流床后首先被預(yù)熱并發(fā)生部分熱解反應(yīng)，然后進入流化床中進行熱解反應(yīng)。由于生物質(zhì)原料被預(yù)熱，溫度升高，因此，預(yù)熱后的生物質(zhì)原料進入流化床后，不會降低流化床的溫度，從而保證了流化床可以達到生物質(zhì)原料充分熱解的溫度，提高了生物質(zhì)熱解氣的產(chǎn)率。因此，本發(fā)明提供的熱解爐具有較高的熱解氣的產(chǎn)率，從而提高了導(dǎo)致后續(xù)工藝中冷凝階段的產(chǎn)油率。
文檔編號C10B49/10GK102241996SQ201110153738
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者盧家金 申請人:盧家金