一種由固體有機(jī)物快速熱解制取液體燃料的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種采用固體熱載體作為加熱介質(zhì)來加熱固體有機(jī)物原料，以制取液體燃料的方法，包括：采用固體熱載體的第一部分作為加熱介質(zhì)來加熱固體有機(jī)物原料，從而熱解該原料，得到液體燃料；以及采用固體熱載體的第二部分用于捕集熱解所產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵。本發(fā)明還提供一種相應(yīng)的系統(tǒng)，包括熱解反應(yīng)裝置以及移動顆粒層過濾除塵裝置。與傳統(tǒng)的基于固體熱載體加熱技術(shù)的快速熱解方法中固體熱載體作為單一加熱介質(zhì)不同，在本發(fā)明的方法中，循環(huán)固體熱載體顆粒承擔(dān)雙重作用，一方面作為加熱介質(zhì)，用于固體有機(jī)物原料的快速熱解；另一方面，作為顆粒層過濾的濾料，捕集熱解氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵。
【專利說明】一種由固體有機(jī)物快速熱解制取液體燃料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源化工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種利用固體熱載體顆粒加熱技術(shù)和過濾除塵技術(shù)，快速熱解固體有機(jī)物原料來制取液體燃料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]特定的高揮發(fā)分的固體有機(jī)物在熱解時(shí)能夠產(chǎn)生氣體、液體和固體產(chǎn)品。由特定的高揮發(fā)分固體有機(jī)物如生物質(zhì)、年輕煤(low rank coal)、油頁巖、高分子固體廢棄物等，利用快速熱解和共熱解技術(shù)制液體燃料是經(jīng)濟(jì)和有效的途徑。
[0003]為了獲取高產(chǎn)率液體燃料產(chǎn)品，應(yīng)滿足以下基本條件:所處理物料實(shí)現(xiàn)快速加熱；適當(dāng)?shù)臒峤鉁囟?375°C-650°C);產(chǎn)物蒸汽的短停留時(shí)間(小于若干秒);產(chǎn)物驟冷。此外，采用富氫原料和富氫環(huán)境下快速熱解也是有利條件。
[0004]采用固體熱載體加熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤快速熱解的典型方法包括以煤熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物為熱載體、采用移動床反應(yīng)器的魯奇-魯爾煤氣法，以及以陶瓷球?yàn)闊彷d體、采用回轉(zhuǎn)爐反應(yīng)器的TOSCAL法等(參考文獻(xiàn):王永寬，“國外煤低溫干餾技術(shù)的開發(fā)狀況與面臨的課題”，煤質(zhì)技術(shù)，1995，N0.1, 39-45)0當(dāng)上述技術(shù)用于生物質(zhì)、褐煤等原料的快速熱解時(shí)，存在的問題之一是原料在熱解過程中易粉化，所生成的氣態(tài)產(chǎn)物中含大量粉塵。如果這些粉塵不能在熱態(tài)條件下有效脫除，則這些粉塵與熱解氣態(tài)產(chǎn)物 中的高沸點(diǎn)可凝組分在后續(xù)冷凝凈化過程中會形成粘稠的混合物，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。尤其是當(dāng)以熱解的固體產(chǎn)物作為循環(huán)的固體熱載體時(shí)，由于熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物易磨損粉化，致使上述問題益發(fā)嚴(yán)重。而采用常規(guī)的熱態(tài)旋風(fēng)除塵的方法并不能有效脫除熱解氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵。
[0005]以熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物為循環(huán)固體熱載體時(shí)存在的另一問題是，原料熱解生成固體產(chǎn)物的過程和熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物燃燒加熱的過程中，熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物的灰分富集化。因此，當(dāng)有熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物作為副產(chǎn)品輸出時(shí)，由于熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物的灰分高，其應(yīng)用受到限制，從而影響工藝過程的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，輸出的副產(chǎn)品，即熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物的冷卻也會帶來工程上的困難。
[0006]另外，對上述移動床熱解反應(yīng)器和回轉(zhuǎn)爐熱解反應(yīng)器而言，裝置的大型化也是需要解決的問題。為滿足熱解揮發(fā)物快速脫離反應(yīng)空間的要求，熱解反應(yīng)器的橫截面積和容積不能過大，因此，單個(gè)熱解反應(yīng)器的生產(chǎn)能力一般較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對上述問題，提供一種由固體有機(jī)物原料快速熱解來制取液體燃料的方法和系統(tǒng)，利用固體熱載體的循環(huán)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)固體有機(jī)物原料的快速熱解和含塵熱解氣態(tài)產(chǎn)物的熱除塵。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是用固體熱載體中的第一部分作為加熱介質(zhì)來加熱固體有機(jī)物原料，從而熱解該原料，得到所述液體燃料；以及采用所述固體熱載體的第二部分用于捕集所述熱解所產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵。此外，在熱解過程中，所述氣態(tài)產(chǎn)物還發(fā)生二次反應(yīng)，在固體熱載體表面形成可燃燒的積炭。
[0009]加熱了固體有機(jī)物原料之后的固體熱載體與捕集了所述氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵之后的固體熱載體混合。混合后的固體熱載體被加熱。然后將固體熱載體與被固體熱載體捕集的粉塵分離，得到的脫除粉塵后的固體熱載體再用于所述熱解和粉塵捕集，形成循環(huán)。
[0010]優(yōu)選的，所述的固體熱載體還可以按照顆粒大小分級，其中平均顆粒尺寸較小的固體熱載體作為加熱固體有機(jī)物原料以進(jìn)行熱解反應(yīng)，平均顆粒較大的固體熱載體用于捕集熱解產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵。
[0011]在本發(fā)明的方法中，在系統(tǒng)開始正常運(yùn)行前需將固體熱載體以常規(guī)方法加熱從而開始循環(huán)。所述加熱可以通過設(shè)置在提升管燃燒反應(yīng)器下部的專用點(diǎn)火機(jī)構(gòu)和開工燃料加入口外加液體燃料或氣體燃料和空氣燃燒而實(shí)現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明還提供了相應(yīng)的系統(tǒng)。
[0013]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種由固體有機(jī)物原料制取液體燃料的方法，利用固體熱載體的循環(huán)，既實(shí)現(xiàn)固體有機(jī)物原料的快速熱解，又實(shí)現(xiàn)含塵熱解氣態(tài)產(chǎn)物的熱除塵。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)效果，所述固體熱載體的一部分作為加熱介質(zhì)用來加熱固體有機(jī)物原料，使固體有機(jī)物原料快速熱解，得到固體產(chǎn)物和氣態(tài)產(chǎn)物。其中固體產(chǎn)物含有可燃燒的殘?zhí)俊?br> [0015]所述固體熱載體的另一部分經(jīng)冷卻到400°C-700°C后作為移動顆粒層濾料，用于捕集所述熱解產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵。脫除粉塵后的熱解產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物經(jīng)冷凝冷卻后，得到液體燃料和氣體燃 料。
[0016]因加熱固體有機(jī)物原料而降低了溫度的固體熱載體與捕集了所述氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵之后的固體熱載體混合并一起被加熱，然后將加熱后的固體熱載體與含粉塵的熱廢氣分離，得到的已脫除粉塵的高溫固體熱載體隨后再用于所述熱解和粉塵捕集，形成循環(huán)。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)方面，所述的固體熱載體混合加熱在提升管燃燒反應(yīng)器中進(jìn)行。
[0018]所述的提升管燃燒反應(yīng)器的主要作用是在用氣流提升固體熱載體的同時(shí)，將作為加熱介質(zhì)的固體熱載體和作為移動顆粒層濾料的固體熱載體再生。當(dāng)采用熱解過程中產(chǎn)生的固體產(chǎn)物作為循環(huán)固體熱載體時(shí)，用于提升管燃燒反應(yīng)器中的循環(huán)固體熱載體和熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物的提升和加熱的氣流為含空氣的熱煙氣，所述的熱煙氣可由(I)氣體燃料、
(2)液體燃料、或(3)固體燃料的燃燒產(chǎn)生，其溫度高于循環(huán)的熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物中的殘?zhí)康娜键c(diǎn)。在提升過程中，離開熱解反應(yīng)裝置的熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物和表面有積炭的低溫固體熱載體的混合物被送入提升管燃燒反應(yīng)器底部，同時(shí)定量輸送到提升管燃燒反應(yīng)器底部的還有離開移動顆粒層過濾除塵裝置的捕集了粉塵(同時(shí)可能捕集了部分熱解氣態(tài)產(chǎn)物中的高沸點(diǎn)可凝物)的固體熱載體。在此匯合并混合的固體熱載體和熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物一起被熱空氣或含空氣的熱煙氣快速流化并提升，在提升過程中，熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物中的殘?zhí)亢凸腆w熱載體表面殘留的積炭燃燒，燃燒所放出的熱量將固體熱載體加熱到800-1000°C。燃燒產(chǎn)生的熱廢氣和加熱后的高溫固體熱載體一起隨后進(jìn)入固體熱載體分級除塵器中。提升管燃燒反應(yīng)器中固體熱載體的溫度上限應(yīng)低于熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物的灰分的熔融溫度。為保證熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物和固體熱載體表面的積炭順利燃燒，熱空氣或含空氣的熱煙氣的入口溫度應(yīng)高于熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物的燃點(diǎn)，這一溫度一般會高于400°C。
[0019]在提升管燃燒反應(yīng)器的流態(tài)化和高溫環(huán)境下，固體熱載體顆粒不可避免的會有磨損。因此，一方面應(yīng)采用具有良好高溫機(jī)械強(qiáng)度的固體熱載體顆粒，另一方面同時(shí)利用設(shè)于提升管燃燒反應(yīng)器底部的補(bǔ)充固體熱載體入口及時(shí)添加固體熱載體。
[0020]在提升管燃燒反應(yīng)器底部還可以設(shè)置輔助燃料入口，其作用是，當(dāng)固體有機(jī)物原料熱解產(chǎn)生固體產(chǎn)物中的殘?zhí)慨a(chǎn)率較低，利用該固體產(chǎn)物在提升管燃燒反應(yīng)器中的燃燒不足以提供足夠反應(yīng)系統(tǒng)需要的熱量時(shí)，可以通過添加的輔助燃料的燃燒加以補(bǔ)充。作為輔助燃料的可以是反應(yīng)系統(tǒng)自產(chǎn)的氣體燃料，也可以是其他氣體或液體或固體燃料。提升管燃燒反應(yīng)器底部引入輔助燃料也可用于反應(yīng)系統(tǒng)的點(diǎn)火開工操作。
[0021 ] 本發(fā)明為解決因固體有機(jī)物原料熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物中的殘?zhí)慨a(chǎn)率低而造成的系統(tǒng)能量不能平衡的問題的另一個(gè)有效途徑是采用共熱解方式，即在送入熱解反應(yīng)裝置的固體有機(jī)物原料中添加一部分熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物中的殘?zhí)康漠a(chǎn)率較高的固體有機(jī)物原料，例如石油焦，作為混合原料，使混合原料共熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物中的殘?zhí)康漠a(chǎn)率足夠高，因而通過固體產(chǎn)物中的殘?zhí)康娜紵梢蕴峁┳銐蚍磻?yīng)系統(tǒng)所需要的熱量。這種方式相比在提升管燃燒反應(yīng)器中直接燃燒輔助燃料的優(yōu)點(diǎn)是，所添加的原料中的富氫組分在共熱解過程中生成液體燃料和氣體燃料而被轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中，而不是被直接燃燒掉。
[0022]所述的加熱后的固體熱載體與含粉塵的熱廢氣的分離在固體熱載體分級除塵器中進(jìn)行。在固體熱載體分級除塵器中，對進(jìn)入的含塵固體熱載體的流速加以控制，根據(jù)流速的不同，可利用不同粒度固體顆粒的重力差異，或其慣性力差異，或其離心力差異，或同時(shí)利用上述兩種或三種性質(zhì)差 異，將固體熱載體與含粉塵的熱廢氣分離。
[0023]優(yōu)選的，來自提升管燃燒反應(yīng)器的高溫固體熱載體在固體熱載體分級除塵器中與含塵熱廢氣分離的同時(shí)，對進(jìn)入的含塵固體熱載體的流速加以控制。也可以根據(jù)流速的不同，利用不同粒度固體顆粒的重力差異，或其慣性力差異，或其離心力差異，或同時(shí)利用上述兩種或三種性質(zhì)差異，按照平均顆粒大小將固體熱載體分離為平均粒度較小和平均粒度較大的兩部分。固體熱載體粒度的分級也可利用機(jī)械篩分的方式實(shí)現(xiàn)。
[0024]固體熱載體粒度分級的意義在于:小顆粒固體熱載體作為加熱介質(zhì)，其比表面積較大，更容易以較小的混合比與固體有機(jī)物原料實(shí)現(xiàn)快速混合和快速加熱，并避免局部過熱，從而獲得較高的液體燃料產(chǎn)品收率；而作為移動固體顆粒層濾料的固體熱載體，為降低含塵熱解氣態(tài)產(chǎn)物流過移動顆粒過濾層的阻力，同時(shí)獲得較高的粉塵捕集效率，要求其具有較大的粒度。
[0025]平均顆粒尺寸較小的固體熱載體作為加熱介質(zhì)與固體有機(jī)物原料在熱解反應(yīng)裝置的混合單元中快速混合，將固體有機(jī)物原料快速加熱使之熱解。平均顆粒尺寸較大的固體熱載體經(jīng)適度降溫后在移動顆粒層過濾除塵裝置中將來自熱解反應(yīng)裝置的氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵捕集。然后，由于提供熱量用于加熱固體有機(jī)物原料而降低了溫度的固體熱載體(即低溫固體熱載體)和捕集了粉塵的固體熱載體混合，經(jīng)過提升管燃燒反應(yīng)器被加熱到高溫并送回到固體熱載體分級除塵器中。經(jīng)過除塵和分級，得到的平均粒度較小的固體熱載體開始下一輪加熱再生循環(huán)，平均粒度較大的固體熱載體作為再生的固體熱載體顆粒濾料開始下一輪粉塵捕集和再生循環(huán)。
[0026]含粉塵的熱廢氣離開固體熱載體分級除塵器后經(jīng)進(jìn)一步除塵和熱量回收后排放。
[0027]所述的固體熱載體是惰性或具有催化活性的耐高溫固體顆粒，優(yōu)選為橄欖石、石英砂、剛玉砂、燒結(jié)鎂砂、高溫陶瓷、莫來石、鋯英砂、鐵礦砂、原料熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物(即原料熱解后的固體產(chǎn)物也能循環(huán)用作為固體熱載體)的顆粒或這些物料中的至少兩種的混合物的顆粒。當(dāng)固體有機(jī)物原料含硫較高時(shí)，還可在上述優(yōu)選的固體熱載體中添加適量石灰石或白云石或方解石，以輔助脫硫。固體熱載體顆粒的粒度上限取決于其能否在提升管燃燒反應(yīng)器中被順利提升，一般控制在8mm。
[0028]本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述熱解操作包括:固體有機(jī)物原料在熱解反應(yīng)裝置的混合單元中與所述高溫固體熱載體快速混合后進(jìn)入熱解反應(yīng)裝置的反應(yīng)單元，被加熱到熱解溫度的固體有機(jī)物原料分解為氣態(tài)產(chǎn)物、固體產(chǎn)物、以及附著于固體熱載體上的積炭，所述固體產(chǎn)物和所述的附著了積炭的低溫固體熱載體一起離開熱解反應(yīng)裝置。優(yōu)選的，原料首先在熱解反應(yīng)裝置的混合單元中與作為加熱介質(zhì)的固體熱載體快速混合，并被迅速轉(zhuǎn)移到移動床熱解反應(yīng)裝置的反應(yīng)單元，在此過程中，固體有機(jī)物原料被快速加熱到4000C-700°C，進(jìn)行分解反應(yīng)，得到熱解氣態(tài)產(chǎn)物和固體產(chǎn)物。其中的氣態(tài)產(chǎn)物從熱解反應(yīng)裝置中迅速引到移動顆粒層過濾除塵裝置除塵，之后經(jīng)冷凝冷卻和油水分離后得到液體燃料和氣體燃料。熱解獲得的固體產(chǎn)物和因加熱固體有機(jī)物原料而降低了溫度的固體熱載體的混合物在重力作用下經(jīng)定量輸送閥送到提升管燃燒反應(yīng)器底部。
[0029]熱解反應(yīng)裝置優(yōu)選為一臺或并聯(lián)的兩臺以上熱解反應(yīng)器。熱解反應(yīng)器可以是流化床熱解反應(yīng)器或移動床熱 解反應(yīng)器，優(yōu)選為移動床熱解反應(yīng)器。上述的移動顆粒層過濾除塵裝置為一臺或并聯(lián)的兩臺以上的移動顆粒層過濾除塵器。移動床熱解反應(yīng)器與移動顆粒層過濾除塵器之間一一對應(yīng)，或者兩臺及更多的移動顆粒層過濾除塵器對應(yīng)一臺移動床熱解反應(yīng)器，或一臺移動顆粒層過濾除塵器對應(yīng)兩臺及更多的移動床熱解反應(yīng)器。
[0030]借助于連接相鄰反應(yīng)器的管道中固體熱載體的料封作用，移動床熱解反應(yīng)器和移動顆粒層過濾除塵器中的氣氛與位于其上部的固體熱載體分級除塵器中的氣氛，以及與位于其下部的提升管燃燒反應(yīng)器底部的氣氛相互隔斷，互不串漏，因此，可以得到幾乎不含氮?dú)獾母碑a(chǎn)氣體燃料。
[0031]進(jìn)一步的，為獲得較高的液體燃料收率，固體有機(jī)物原料和熱解反應(yīng)裝置的運(yùn)行優(yōu)選如下條件:
[0032]( I)固體有機(jī)物原料具有較高的揮發(fā)分:適宜的原料包括生物質(zhì)，高分子固體廢棄物，年輕煤，油頁巖，或上述物料的兩種或兩種以上的物料的混合物。作為單一原料或混合原料的物料中的揮發(fā)分優(yōu)選的應(yīng)介于但不限于20-70%(以干燥無灰基質(zhì)量分率表示)之間。進(jìn)入熱解反應(yīng)裝置的混合單元的原料需預(yù)先干燥，以保證其中的水分低于20%(以空氣干燥基質(zhì)量分率表示)。所述生物質(zhì)指主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素構(gòu)成的草本和木本植物及其廢棄物，如農(nóng)作物(及其廢棄物，例如秸桿、蔗渣)、林產(chǎn)廢棄物(例如果殼、樹皮、樹葉和木屑)、能源作物(例如芒草、皇竹草)等。年輕煤是指褐煤、長焰煤、不粘煤和弱粘煤等煤種。
[0033](2)原料的被加熱速率足夠快:這主要取決于原料的粒度和水分含量，固體熱載體的溫度和粒度，固體熱載體與原料的混合速率和混合比。較小的原料粒度有利于其快速加熱分解?？紤]到原料加熱速度的要求和原料破碎所需要的動力消耗的影響，本發(fā)明方法適宜的固體有機(jī)物原料的粒度上限取決于其能否在提升管燃燒反應(yīng)器中被順利提升，一般為8_，根據(jù)本申請發(fā)明人的具體實(shí)驗(yàn)和分析，根據(jù)實(shí)際情況，可以選擇具體的粒度如2mm、6mm和7.5mm,優(yōu)選的應(yīng)控制在3mm以下。進(jìn)入熱解反應(yīng)裝置的固體熱載體的溫度控制在800°C-1000°C ;根據(jù)本申請發(fā)明人的具體實(shí)驗(yàn)和分析，根據(jù)實(shí)際情況，可以選擇具體的溫度如900°C。單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入熱解反應(yīng)裝置的固體熱載體與固體有機(jī)物原料的質(zhì)量比為1-7:1，最佳值為3-5:1，但根據(jù)本申請發(fā)明人的具體實(shí)驗(yàn)和分析，根據(jù)實(shí)際情況，可以選擇具體的比例1:1、4:1、6:1和7:1，都可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0034](3)熱解氣態(tài)產(chǎn)物在熱解反應(yīng)裝置的高溫區(qū)的停留時(shí)間應(yīng)盡量短，因此，要求熱解反應(yīng)裝置中固體料位面到氣態(tài)產(chǎn)物出口之間的自由空間不宜過大?？稍跓峤夥磻?yīng)裝置下部通入過熱水蒸氣，以攜帶所述熱解氣態(tài)產(chǎn)物快速離開高溫區(qū)；過熱水蒸氣或含少量氧氣的過熱水蒸氣也可作為流化氣體，使熱解反應(yīng)裝置中的固體物料處于流化狀態(tài)。[0035](4)熱解氣態(tài)產(chǎn)物的快速冷凝和冷卻。
[0036]在本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述粉塵捕集操作包括:所述熱解產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物離開熱解反應(yīng)裝置后進(jìn)入移動顆粒層過濾除塵裝置，流經(jīng)由降低到規(guī)定溫度的所述的固體熱載體的第二部分所組成的移動顆粒層，氣態(tài)產(chǎn)物所攜帶的粉塵被捕集。脫除粉塵后的氣態(tài)產(chǎn)物進(jìn)入冷凝冷卻系統(tǒng)，而捕集了粉塵的固體熱載體離開移動顆粒層過濾除塵裝置。
[0037]優(yōu)選的，離開固體熱載體分級除塵器的脫除粉塵后的平均粒度較大的固體熱載體經(jīng)冷卻器冷卻到400°C-700°C后作為移動層顆粒濾料進(jìn)入移動顆粒層過濾除塵裝置。在移動顆粒層過濾除塵裝置內(nèi)，熱解氣態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體顆粒移動層可以是并流，或是逆流，或是徑向錯(cuò)流，或是上述各種氣-固相接觸流動模式的組合。具有徑向錯(cuò)流接觸流動模式的移動顆粒床層具有單位反應(yīng)器容積內(nèi)氣-固相接觸流通截面積大、氣體通過移動顆粒床層的阻力降小等優(yōu)點(diǎn)，是本發(fā)明方法的首選。在保障除塵效果的前提下，熱解氣態(tài)產(chǎn)物在移動顆粒層過濾除塵裝置濾料中的停留時(shí)間應(yīng)盡量短，以避免熱解氣態(tài)產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)。同時(shí)，為避免熱解氣態(tài)產(chǎn)物中可凝成分的冷凝和發(fā)生二次反應(yīng)，移動顆粒層過濾除塵裝置中濾料的溫度原則上應(yīng)等同于離開移動床熱解反應(yīng)裝置的熱解氣態(tài)產(chǎn)物的溫度。
[0038]上述移動顆粒層過濾除塵裝置除具有捕集熱解氣態(tài)產(chǎn)物中粉塵的作用外，還具有對熱解氣態(tài)產(chǎn)物調(diào)質(zhì)的作用。例如，利用移動顆粒濾料和其所捕集的粉塵的較高的比表面積，控制適當(dāng)?shù)臏囟?，通常是等同于或略低于離開熱解反應(yīng)裝置的所述熱解氣態(tài)產(chǎn)物的溫度，可以選擇性地截留熱解氣態(tài)產(chǎn)物中部分高沸點(diǎn)可凝物，例如熱解氣態(tài)產(chǎn)物所含焦油中的浙青質(zhì)組分，從而獲得更高品質(zhì)的液體燃料。又例如，控制移動顆粒層過濾除塵裝置的溫度高于離開熱解反應(yīng)裝置的所述熱解氣態(tài)產(chǎn)物的溫度，可以使熱解氣態(tài)產(chǎn)物中的特定組分相互發(fā)生反應(yīng)，改變所得到的液體燃料或氣體燃料的組成。又例如，利用作為濾料的固體熱載體顆粒的表面酸堿性，使之與熱解氣態(tài)產(chǎn)物中的特定組分發(fā)生反應(yīng)，也可以改變所得到的液體燃料或氣體燃料的組成。又例如，利用具有催化作用的固體熱載體作為濾料，促使熱解氣態(tài)產(chǎn)物中的特定組分發(fā)生反應(yīng)，可以改變所得到的液體燃料或氣體燃料的組成。
[0039]在保障除塵和改質(zhì)效果的前提下，流經(jīng)移動顆粒層過濾除塵裝置的固體熱載體濾料的停留時(shí)間應(yīng)盡量長，以降低固體熱載體的循環(huán)量及由固體熱載體循環(huán)帶來的相關(guān)問題，例如磨損。單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入移動顆粒層過濾除塵裝置和進(jìn)入熱解反應(yīng)裝置的固體熱載體的質(zhì)量比控制在0.2-3:1 ;根據(jù)本申請發(fā)明人的具體實(shí)驗(yàn)和分析，根據(jù)實(shí)際情況，可以選擇具體的比例0.5:1、1:1和2:1，都可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。[0040]另外，移動顆粒層過濾除塵裝置的前置冷卻器具有控制作為移動顆粒層濾料的固體熱載體的溫度的作用。此外，該前置冷卻器在冷卻固體熱載體的同時(shí)還具有回收反應(yīng)系統(tǒng)熱量的作用，將換熱的熱量輸出并加以利用。
[0041]本發(fā)明的方法中，各反應(yīng)器的操作壓力為常壓。熱解反應(yīng)裝置的溫度為4000C _700°C，移動顆粒層過濾除塵裝置的溫度為400°C _700°C，提升管燃燒反應(yīng)器的溫度為 8000C -1OOO0Co
[0042]本發(fā)明還提供了按照本發(fā)明所述的方法由固體有機(jī)物原料快速熱解制取液體燃料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)由固體熱載體分級除塵器1，由混合單元2和反應(yīng)單元3組成的熱解反應(yīng)裝置，移動顆粒層過濾除塵裝置5及其前置冷卻器4，提升管燃燒反應(yīng)器6和冷凝冷卻系統(tǒng)7等部分構(gòu)成。
[0043]所述的固體熱載體分級除塵器I的上部設(shè)有一個(gè)入口，用于接收來自提升管燃燒器的固體熱載體和熱廢氣的混合物。固體熱載體分級除塵器I的上部還設(shè)有一個(gè)廢氣出口，底端設(shè)有兩個(gè)固體熱載體出口，分別通向冷卻器4和熱解反應(yīng)裝置的混合單元2。
[0044]所述固體熱載體分級除塵器I的一個(gè)優(yōu)選方案是:在除塵的同時(shí)，將固體熱載體分離為平均粒度較小和較大的兩部分，其中小顆粒固體熱載體通過分級除塵器I底端的一個(gè)出口通向移動床熱解反應(yīng)裝置的混合單元2，大顆粒固體熱載體通過分級除塵器I底端的另一出口經(jīng)冷卻器4通向移動顆粒層過濾除塵裝置5。
[0045]所述固體熱載體分級除塵器I的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是:固體熱載體分級除塵器I的結(jié)構(gòu)形式為由內(nèi)筒11和外筒12構(gòu)成的旋風(fēng)分離器，其中，內(nèi)筒11底端的固體熱載體出口與移動床熱解反應(yīng)裝置的混合單元2相連，外筒12底端的固體熱載體出口經(jīng)冷卻器4通向移動顆粒層過濾除塵裝置5。
[0046]所述固體熱載體分級除塵器I的再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是:固體熱載體分級除塵器I由一級旋風(fēng)分離器13和二級旋風(fēng)分離器14串聯(lián)而成，其中二級旋風(fēng)分離器14底端的固體熱載體出口與移動床熱解反應(yīng)裝置的混合單元2相連，一級旋風(fēng)分離器13底端的固體熱載體出口經(jīng)冷卻器4通向移動顆 粒層過濾除塵裝置5。
[0047]所述的熱解反應(yīng)裝置包括一臺熱解反應(yīng)器或并聯(lián)的兩臺或更多臺熱解反應(yīng)器。所述熱解反應(yīng)器選自流化床熱解反應(yīng)器和移動床熱解反應(yīng)器，優(yōu)選為移動床熱解反應(yīng)器。每臺熱解反應(yīng)器包括混合單元2和反應(yīng)單元3,小顆粒固體熱載體和固體有機(jī)物原料經(jīng)熱解反應(yīng)裝置的混合單元2進(jìn)入反應(yīng)單元3。在移動床熱解反應(yīng)器的下端有一出口，將固體熱載體和熱解得到的固體產(chǎn)物的混合物送往提升管燃燒反應(yīng)器6底部；在熱解反應(yīng)器中還有熱解氣態(tài)產(chǎn)物出口，與移動顆粒層過濾除塵裝置5相連；熱解反應(yīng)器的反應(yīng)單元3中設(shè)有固體料位監(jiān)測和控制機(jī)構(gòu)，保持熱解反應(yīng)器反應(yīng)單元3中的的固體料位低于熱解氣態(tài)產(chǎn)物出□。
[0048]在熱解反應(yīng)器中，還可以利用固體料位計(jì)和固體物流進(jìn)口和出口閥門調(diào)節(jié)固體料位，物料流量以及物料在反應(yīng)器中停留的時(shí)間。
[0049]所述的移動顆粒層過濾除塵裝置5的上端入口通過其前置冷卻器4與固體熱載體分級除塵器I的固體熱載體出口相連，移動顆粒層過濾除塵裝置5的下端出口與提升管燃燒反應(yīng)器6底部相連，移動顆粒層過濾除塵器5設(shè)有含塵熱解氣態(tài)產(chǎn)物入口和除塵后熱解氣態(tài)產(chǎn)物出口，分別與熱解反應(yīng)裝置和冷凝冷卻系統(tǒng)7相連；在移動顆粒層過濾除塵裝置5內(nèi)，熱解氣態(tài)產(chǎn)物和固體熱載體顆粒移動層可以是并流，或是逆流，或是徑向錯(cuò)流，或是上述氣-固接觸流動模式的組合。[0050]所述的提升管燃燒反應(yīng)器6底部設(shè)有熱空氣或含空氣熱煙氣入口，來自熱解反應(yīng)裝置的固體熱載體和熱解固體產(chǎn)物的混合物的入口，和來自移動顆粒層過濾除塵裝置5的捕集了粉塵的固體熱載體的入口 ；在提升管燃燒反應(yīng)器6底部還設(shè)有補(bǔ)充固體熱載體和輔助燃料入口 ；提升管燃燒反應(yīng)器6的上部出口與固體熱載體分級除塵器I相連。
[0051]針對提升管燃燒反應(yīng)器生產(chǎn)能力較大，而移動床熱解反應(yīng)裝置的單體反應(yīng)器容積和原料處理能力一般較小的特點(diǎn)，除了將一臺熱解反應(yīng)器和一臺移動顆粒層過濾除塵器與一臺提升管燃燒反應(yīng)器一一對應(yīng)之外，本發(fā)明的快速熱解方法還可以采用下述方式提高單套系統(tǒng)的生產(chǎn)能力:一個(gè)提升管燃燒反應(yīng)器匹配兩個(gè)或以上并聯(lián)的移動床熱解反應(yīng)器，其中來自每個(gè)并聯(lián)的移動床熱解反應(yīng)裝置的含塵熱解氣態(tài)產(chǎn)物匯合后送入由一個(gè)共用的移動顆粒層過濾除塵器；或一個(gè)提升管燃燒反應(yīng)器匹配至少兩個(gè)并聯(lián)的移動床熱解反應(yīng)器和至少兩個(gè)并聯(lián)的移動顆粒層過濾除塵器的組合。其中熱解反應(yīng)器和移動顆粒層過濾除塵器可以是一一對應(yīng)，也可以是兩個(gè)或更多個(gè)熱解反應(yīng)器共用一個(gè)移動顆粒層過濾除塵器或者一個(gè)熱解反應(yīng)器對應(yīng)兩個(gè)或更多移動顆粒層過濾除塵器。其中每個(gè)組合中的移動床熱解反應(yīng)器產(chǎn)生的熱解氣態(tài)產(chǎn)物分別送入對應(yīng)的移動顆粒層過濾除塵器。
[0052]比如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置包括兩個(gè)并聯(lián)配置的分別由混合單元21和反應(yīng)單元31以及由混合單元22和反應(yīng)單元32構(gòu)成的移動床熱解反應(yīng)裝置。來自每個(gè)并聯(lián)的移動床熱解反應(yīng)裝置的含塵熱解氣態(tài)產(chǎn)物匯合后送入一個(gè)共用的移動顆粒層過濾除塵裝置5 ;所述的并聯(lián)配置的移動床熱解反應(yīng)裝置可以擴(kuò)展到多個(gè)。
[0053]有益效果
[0054]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的上述快速熱解方法的主要技術(shù)特點(diǎn)及其所能實(shí)現(xiàn)的有益技術(shù)效果是:
[0055]與傳統(tǒng)的基于固體熱載體加熱技術(shù)的快速熱解方法中固體熱載體作為單一加熱介質(zhì)不同，在本發(fā)明 提供的方法中，循環(huán)固體熱載體顆粒承擔(dān)雙重作用，一方面作為加熱介質(zhì)，用于固體有機(jī)物原料的快速熱解；另一方面，作為顆粒層過濾的濾料，捕集熱解氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵。
[0056]針對上述雙重作用的各自特點(diǎn)和要求，還可以將固體熱載體分級為平均粒度不同的兩部分，其中小顆粒固體熱載體作為加熱介質(zhì)，大顆粒固體熱載體作為移動顆粒層過濾的濾料，從而使固體熱載體的上述雙重功能均發(fā)揮最佳效果。
[0057]此外，作為移動顆粒層濾料的循環(huán)固體熱載體還具有如下作用:選擇性脫除或催化熱解氣態(tài)產(chǎn)物中的特定組分，從而改善液體燃料產(chǎn)品品質(zhì)；通過固體熱載體的循環(huán)，將反應(yīng)體系中富余的固體產(chǎn)物的燃燒所產(chǎn)生的熱量帶出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0058]圖1本發(fā)明提供的由固體有機(jī)物原料快速熱解制取液體燃料的方法和裝置運(yùn)行原理示意圖；
[0059]圖2本發(fā)明提供的具有固體熱載體粒度分級功能的快速熱解方法和裝置原理示意圖；
[0060]圖3實(shí)施本發(fā)明的快速熱解方法的具有并聯(lián)移動床熱解反應(yīng)器的快速熱解裝置示意圖；[0061]圖4實(shí)施本發(fā)明的快速熱解方法的以熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物為固體熱載體的快速熱解裝置示意圖；
[0062]圖5實(shí)施本發(fā)明的快速熱解方法的具有內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)分離器形式的固體熱載體分級除塵器示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0064]實(shí)施例1:
[0065]在原料處理量為lkg/h的實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行白松木屑和褐煤的快速共熱解，實(shí)驗(yàn)裝置的操作流程原理同圖1。第一原料白松木屑和第二原料褐煤的空氣干燥基水分、空氣干燥基揮發(fā)分、空氣干燥基灰分、粒度分別為5.0wt%、77.7wt%、0.3wt%、小于3mm和27.9wt%、
35.lwt%、7.9wt%、小于2mm。實(shí)驗(yàn)前，原料在烘箱中105-110°C干燥3h。采用粒度為0.2-1.2mm橄欖石顆粒為循環(huán)固體熱載體。
[0066]干燥后的白松木屑和褐煤分別從各自的原料儲槽經(jīng)由對應(yīng)的一級螺旋加料器定量送入二級螺旋加料器，其進(jìn)料速率同為250g/h。白松木屑和褐煤的混合物由二級螺旋加料器快速輸送加入移動床熱解反應(yīng)器的攪拌式混合器2，與來自固體熱載體除塵器I的高溫循環(huán)固體熱載體快速混合，并快速落入移動床熱解反應(yīng)器的反應(yīng)單元3進(jìn)行熱解反應(yīng)。熱解反應(yīng)器的溫度控制在550°C。進(jìn)入熱解反應(yīng)器的固體熱載體與原料的質(zhì)量比為3.0。
[0067]移動床熱解反應(yīng)器反應(yīng)單元3內(nèi)的固體`料位用阻旋式料位計(jì)測定。通過連接固體熱載體除塵器I和熱解反應(yīng)器的混合單元2的閥門控制進(jìn)入熱解反應(yīng)器的固體熱載體的流量；通過設(shè)于連接熱解反應(yīng)器反應(yīng)單元3和提升管燃燒反應(yīng)器6底部的管道上的閥門控制離開熱解反應(yīng)器的固體熱載體和固體產(chǎn)物的混合物的流量；通過上述兩個(gè)閥門的配合，控制熱解反應(yīng)器反應(yīng)單元3中固體料位在熱解氣出口管口之下20_左右，流經(jīng)熱解反應(yīng)器的固體的停留時(shí)間約為lOmin。
[0068]移動床熱解反應(yīng)器中原料熱解的氣態(tài)產(chǎn)物在設(shè)于冷凝冷卻系統(tǒng)7之后的真空泵的抽吸作用下被送入移動顆粒層過濾除塵器5。熱解反應(yīng)器中原料熱解的固體產(chǎn)物和固體熱載體的混合物在重力作用下通過管道閥門定量送到提升管燃燒反應(yīng)器6底部的預(yù)流化段。
[0069]移動顆粒層過濾除塵器5為徑向移動床，其內(nèi)部有內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)圍成的環(huán)形移動顆粒層通道，內(nèi)網(wǎng)內(nèi)是中心分配氣道，外網(wǎng)外和移動顆粒層過濾除塵器5外壁之間是匯合氣道。來自固體熱載體除塵器I的高溫循環(huán)固體熱載體連續(xù)流過環(huán)形移動顆粒層通道，其流量和停留時(shí)間由連接移動顆粒層過濾除塵器5和提升管燃燒反應(yīng)器6底部的管道閥門控制，分別約為1.0kg/h和20min。在固體熱載體除塵器I和移動顆粒層過濾除塵器5之間設(shè)水蒸氣間接冷卻器，將進(jìn)入移動顆粒層過濾除塵器5的固體熱載體的溫度控制在約450°C。熱解氣態(tài)產(chǎn)物從移動顆粒層過濾除塵器5的上部進(jìn)入其中心分配氣道，以錯(cuò)流模式穿過環(huán)形固體熱載體移動顆粒層后，在匯合氣道匯合，經(jīng)位于移動顆粒層過濾除塵器5上部的氣體出口管道送往冷凝冷卻系統(tǒng)7。
[0070]冷凝冷卻系統(tǒng)7為間接冷凝冷卻模式，包括串聯(lián)的2段循環(huán)冰水冷凝器和2段循環(huán)低溫乙二醇(-10°c)冷卻器。來自移動顆粒層過濾除塵器5的熱氣體流經(jīng)上述4段冷凝冷卻器，其中的可凝物被冷凝，收集在每段冷凝冷卻器的下部液體儲槽中，冷卻后的氣體進(jìn)入充填脫脂棉的過濾器捕集其中殘留的焦油霧或氣凝膠，之后經(jīng)真空泵送往氣柜。
[0071 ] 來自熱解反應(yīng)器的固體熱載體和固體產(chǎn)物的混合物與來自移動顆粒層過濾除塵器5的固體熱載體在提升管燃燒反應(yīng)器6底部的預(yù)流化段匯合。提升管燃燒反應(yīng)器6底部的預(yù)流化段的結(jié)構(gòu)示意圖見圖3，除主提升空氣外，還設(shè)有第二空氣入口，以輔助固體物料的預(yù)流化。
[0072]進(jìn)入提升管燃燒反應(yīng)器6底部的空氣量為6.0NmVh,空氣的預(yù)熱溫度控制在400°C。在熱空氣將固體熱載體和固體產(chǎn)物的混合物的提升過程中，固體產(chǎn)物燃燒，同時(shí)，固體熱載體的溫度達(dá)到850°C以上，之后，高溫固體熱載體和含塵的熱廢氣一起從提升管燃燒反應(yīng)器6上部離開，進(jìn)入固體熱載體除塵器I。固體熱載體除塵器I為旋風(fēng)除塵器，其溫度控制在850°C。
[0073]根據(jù)總計(jì)5kg的原料進(jìn)料量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，共得到焦油0.42kg，熱解水1.25kg，凈煤氣1.5Nm3。焦油中以質(zhì)量分率計(jì)的浙青烯含量為11.4%，酚類為22.5%。煤氣中各主要組分的以體積分率計(jì)的平均含量分別為氫氣29%，一氧化碳34%，二氧化碳23%，甲烷及低碳烴14%。在冷凝冷卻系統(tǒng)的器壁和所收集的液體產(chǎn)品中，沒有檢測到顯著量的粉塵。
[0074]實(shí)施例2:
[0075]在原料處理量為lkg/h的實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行白松木屑和褐煤的快速共熱解，實(shí)驗(yàn)裝置中的固體熱載體除塵器I替換為具有粒度分級功能的固體熱載體分級除塵器1，其他同實(shí)施例1。
[0076]固體熱載體分級除塵器I采用圖5所示結(jié)構(gòu)，由內(nèi)筒11和外筒12構(gòu)成，內(nèi)、外圓筒底部均為圓錐形，底端有固體熱載體出口，分別通向移動床熱解反應(yīng)器混合單元2和移動顆粒層過濾除塵器5。內(nèi)筒11頂端敞開，高度約為外筒12高度的1/3-2/3。固體熱載體分級除塵器頂端中心部位設(shè)有含塵熱廢氣出口。熱廢氣和高溫固體熱載體的混合物的入口設(shè)在固體熱載體分級除塵 器上部外筒內(nèi)壁水平切線方向上。
[0077]來自提升管燃燒反應(yīng)器6的熱廢氣攜帶高溫固體熱載體進(jìn)入固體熱載體分級除塵器I后，在慣性力和離心力作用下，平均粒度較大的固體熱載體顆粒主要落入外筒12下部圓錐段，平均粒度較小的固體熱載體顆粒主要落入內(nèi)筒11下部圓錐段，細(xì)粉塵則隨熱廢氣一起從頂端熱廢氣出口離開，經(jīng)進(jìn)一步除塵冷卻后排放。固體熱載體分級除塵器I的溫度控制在850°C。
[0078]控制進(jìn)入熱解反應(yīng)器的固體熱載體與原料的質(zhì)量比為5.0。移動顆粒層過濾除塵器5的的溫度控制在約550°C。進(jìn)入提升管燃燒反應(yīng)器的空氣的預(yù)熱溫度控制在600°C。其他實(shí)驗(yàn)條件同實(shí)施例1。
[0079]根據(jù)總計(jì)5kg的原料進(jìn)料量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì),共得到焦油0.45kg,熱解水1.25kg,凈煤氣1.4Nm3。焦油中以質(zhì)量分率計(jì)的浙青烯含量為11.8%，酚類為23.6%。煤氣中各主要組分的以體積分率計(jì)的平均含量分別為氫氣31%，一氧化碳32%，二氧化碳22%，甲烷及低碳烴15%。在冷凝冷卻系統(tǒng)的器壁和所收集的液體產(chǎn)品中，沒有檢測到顯著量的粉塵。
[0080]實(shí)施例3:
[0081]在原料處理量為lkg/h的實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行年輕煙煤的快速熱解，實(shí)驗(yàn)裝置的操作流程原理見圖4。原料煙煤的空氣干燥基水分、空氣干燥基揮發(fā)分、空氣干燥基灰分和粒度分別為10.3wt%、28.5wt%、4.lwt%和小于2mm。實(shí)驗(yàn)前，原料在烘箱中105-110°C干燥3h。采用原料煤熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物作為循環(huán)固體熱載體。
[0082]干燥后原料煤的進(jìn)料速率為350g/h。來自固體熱載體分級除塵器內(nèi)筒11進(jìn)入熱解反應(yīng)器的循環(huán)固體產(chǎn)物的流量控制在1.2kg/h。
[0083]來自固體熱載體分級除塵器外筒12進(jìn)入移動顆粒層過濾除塵器5的循環(huán)固體產(chǎn)物的流量控制在約為0.5kg/h。進(jìn)入移動顆粒層過濾除塵器5的循環(huán)固體產(chǎn)物的溫度控制在約550°C。
[0084]進(jìn)入提升管燃燒反應(yīng)器6底部的提升氣體為煤氣燃燒的熱煙氣。煤氣燃燒在設(shè)置于提升管燃燒反應(yīng)器前的燃燒器中完成，其中煤氣流量約為0.7Nm3/h，空氣過剩系數(shù)控制在 1.1-1.2。
[0085]其他實(shí)驗(yàn)條件同實(shí)施例2。
[0086]根據(jù)總計(jì)5kg 的原料進(jìn)料量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì),共得到焦油0.39kg,熱解水0.30kg,熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物2.6kg，煤氣0.75Nm3。煤氣中各主要組分的以體積分率計(jì)的平均含量分別為氫氣30%, —氧化碳19%, 二氧化碳22%,甲燒及低碳烴29%。在冷凝冷卻系統(tǒng)的器壁和所收集的液體產(chǎn)品中，沒有檢測到顯著量的粉塵。
【權(quán)利要求】
1.一種采用固體熱載體作為加熱介質(zhì)來加熱固體有機(jī)物原料，以制取液體燃料的方法，包括: (1)采用所述固體熱載體的第一部分作為加熱介質(zhì)來加熱固體有機(jī)物原料，從而熱解該原料，得到所述液體燃料；以及 (2)采用所述固體熱載體的第二部分用于捕集所述熱解所產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括: (3)加熱了所述固體有機(jī)物原料之后的所述固體熱載體的第一部分與捕集了所述氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵之后的所述固體熱載體的第二部分混合，混合后的固體熱載體被加熱，然后將所述固體熱載體與被固體熱載體捕集的粉塵分離，得到的脫除了粉塵的固體熱載體再用于所述熱解和粉塵捕集，形成循環(huán)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中: 所述熱解操作包括:所述固體有機(jī)物原料在熱解反應(yīng)裝置的混合單元中與所述固體熱載體的第一部分混合后進(jìn)入該熱解反應(yīng)裝置的反應(yīng)單元，被加熱到熱解溫度的所述固體有機(jī)物原料分解為氣態(tài)產(chǎn)物和固體產(chǎn)物； 所述粉塵捕集操作包括:前述氣態(tài)產(chǎn)物進(jìn)入移動顆粒層 過濾除塵裝置，所述氣態(tài)產(chǎn)物中的粉塵被所述固體熱載體中的第二部分所捕集，脫除粉塵后的所述氣態(tài)產(chǎn)物隨后進(jìn)入冷凝冷卻系統(tǒng)得到所述液體燃料，捕集了粉塵的固體熱載體離開所述移動顆粒層過濾除塵裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的方法， 其中，在所述熱解操作中，所述熱解的氣態(tài)產(chǎn)物的一部分二次反應(yīng)生成附著于該固體熱載體的積炭， 并且，所述步驟(3)包括: (3a)所述熱解操作的固體產(chǎn)物和被所述積炭附著的所述固體熱載體離開所述熱解反應(yīng)裝置后一起被送入提升管燃燒反應(yīng)器底部的預(yù)流化段，在所述預(yù)流化段中，與前述離開所述移動顆粒層過濾除塵裝置的捕集了粉塵的固體熱載體混合； (3b)混合后的固體熱載體和熱解固體產(chǎn)物進(jìn)入所述提升管燃燒反應(yīng)器； (3c)在所述提升管燃燒反應(yīng)器中，所述固體熱載體和熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物一起被流化并提升，在提升過程中，所述熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物中的殘?zhí)亢退龉腆w熱載體表面的積炭燃燒，燃燒所放出的熱量將所述固體熱載體加熱，加熱后的所述固體熱載體和熱廢氣一起進(jìn)入固體熱載體分級除塵器，在該固體熱載體分級除塵器中，所述固體熱載體與含粉塵的所述熱廢氣分離； (3d)將脫除了粉塵的所述固體熱載體分為所述第一部分和第二部分，所述第一部分進(jìn)入熱解反應(yīng)裝置進(jìn)行步驟(I)的操作，所述第二部分經(jīng)過冷卻器使其溫度降低后進(jìn)入所述移動顆粒層過濾除塵裝置進(jìn)行步驟(2)的操作，形成所述循環(huán)；以及 (3e)步驟(3c)中離開固體熱載體分級除塵器的所述含塵熱廢氣經(jīng)進(jìn)一步除塵和熱量回收后排放。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:步驟(3c)中的加熱后的所述固體熱載體的溫度為800-IOOO0C0
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中步驟(3d)中還包括將所述固體熱載體按照粒度大小分離成所述第一部分和第二兩部分，其中所述第一部分的固體熱載體平均粒度較小，而所述第二部分的固體熱載體的平均粒度較大。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:步驟(3d)中所述固體熱載體經(jīng)過所述冷卻器后溫度降低到400°C-700°C。
8.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:所述固體熱載體的粒度上限為8mm ο
9.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:所述固體熱載體是惰性或有催化活性的耐高溫固體顆粒。
10.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:所述固體熱載體是橄欖石、石英砂、剛玉砂、燒結(jié)鎂砂、高溫陶瓷、莫來石、鋯英砂、鐵礦砂、所述熱解操作的固體產(chǎn)物的顆粒或這些物料中的至少兩種的混合物的顆粒。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:所述的固體熱載體中還添加了石灰石、白云石或方解石，以輔助脫硫。
12.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:所述固體有機(jī)物原料為生物質(zhì)、高分子固體廢棄物、年輕煤、油頁巖、或上述物料中的兩種或兩種以上的物料的混合物。
13.如權(quán)利要求1 2所述的方法，其特征在于:所述生物質(zhì)主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于:所述年輕煤是褐煤、長焰煤、不粘煤或弱粘煤中之一或其中至少兩種的混合物。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于:所述生物質(zhì)包括農(nóng)作物、林產(chǎn)廢棄物和能源作物。
16.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:所述固體有機(jī)物原料中水分以空氣干燥基質(zhì)量分率表不的含量低于20%。
17.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:所述固體有機(jī)物中揮發(fā)分含量，以干燥無灰基質(zhì)量分率計(jì)為20-70%。
18.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述固體有機(jī)物原料的粒度小于3mm。
19.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入所述熱解反應(yīng)裝置的所述固體熱載體與所述固體有機(jī)物原料的質(zhì)量比為1-7:1。
20.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入所述熱解反應(yīng)裝置的所述固體熱載體與所述固體有機(jī)物原料的質(zhì)量比為3-5:1。
21.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入所述移動顆粒層過濾除塵裝置的所述固體熱載體和進(jìn)入所述熱解反應(yīng)裝置的所述固體熱載體的質(zhì)量比為0.2_3:1 ο
22.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:所述熱解過程中所述固體有機(jī)物原料被加熱到400°C-700°C。
23.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:所述提升管燃燒反應(yīng)器底部設(shè)置有添加輔助燃料的入口，所述輔助燃料用于下述兩個(gè)目的中的一個(gè)或兩個(gè): (1)所述輔助燃料用于整個(gè)系統(tǒng)的點(diǎn)火開工操作； (2)當(dāng)所述固體有機(jī)物原料被熱解時(shí)產(chǎn)生固體產(chǎn)物中的殘?zhí)康漠a(chǎn)率較低，利用該殘?zhí)吭谒鎏嵘苋紵磻?yīng)器中的燃燒不足以提供所需要的熱量時(shí)，利用所述輔助燃料的燃燒來補(bǔ)充熱量。
24.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于:在送入所述熱解反應(yīng)裝置的所述固體有機(jī)物原料中添加熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物中的殘?zhí)慨a(chǎn)率較高的固體有機(jī)物原料，作為混合原料，使該混合原料共熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物中的殘?zhí)慨a(chǎn)率足夠高，以使得熱解產(chǎn)生的所述固體產(chǎn)物的燃燒能夠提供足夠整個(gè)系統(tǒng)所需要的熱量。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于:所述熱解產(chǎn)生的固體產(chǎn)物中的殘?zhí)慨a(chǎn)率較高的固體有機(jī)物原料為石油焦。
26.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述提升管燃燒反應(yīng)器底部設(shè)置有補(bǔ)充所述固體熱載體的入口。
27.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:在所述移動顆粒層過濾除塵裝置內(nèi)，所述熱解氣態(tài)產(chǎn)物和所述固體熱載體顆粒的移動層是并流、逆流、徑向錯(cuò)流、或上述各種氣-固相接觸流動模式的組合。
28.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述移動顆粒層過濾除塵裝置中濾料的溫度等同于離開所述熱解反應(yīng)裝置的熱解氣態(tài)產(chǎn)物的溫度。
29.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:通過控制所述移 動顆粒層過濾除塵裝置中的濾料的溫度，以選擇性地截留熱解氣態(tài)產(chǎn)物中部分高沸點(diǎn)可凝物。
30.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:通過控制所述移動顆粒層過濾除塵裝置中的濾料的溫度，使所述熱解氣態(tài)產(chǎn)物中的組分相互發(fā)生反應(yīng)，從而改變所得到的液體燃料的組成。
31.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述惰性的固體熱載體與所述熱解氣態(tài)產(chǎn)物中的組分發(fā)生反應(yīng)，從而改變所得到的液體燃料的組成。
32.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:在所述有催化活性的固體熱載體的催化作用下，所述熱解氣態(tài)產(chǎn)物中的組分相互發(fā)生反應(yīng)，從而改變所得到的液體燃料的組成。
33.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:步驟(3d)中所述冷卻器還用于回收反應(yīng)系統(tǒng)的熱量。
34.一種采用固體熱載體作為加熱介質(zhì)來加熱固體有機(jī)物原料，以制取液體燃料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 熱解反應(yīng)裝置，所述熱解反應(yīng)裝置接收所述固體有機(jī)物原料和所述固體熱載體的第一部分，所述固體有機(jī)物原料和所述固體熱載體的第一部分在該熱解反應(yīng)裝置中混合，從而加熱并熱解所述固體有機(jī)物原料；以及 移動顆粒層過濾除塵裝置(5)，所述移動顆粒層過濾除塵裝置從所述熱解反應(yīng)裝置接收所述熱解產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物，并用所述固體熱載體的第二部分捕集粉塵。
35.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于: 所述移動顆粒層過濾除塵裝置(5)具有前置的冷卻器(4)，用于將所述固體熱載體的第二部分冷卻到規(guī)定溫度。
36.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng),還包括: 固體熱載體分級除塵器(1)，用于將所述固體熱載體與含粉塵的熱廢氣分離；以及 提升管燃燒反應(yīng)器(6)，用于在用氣流提升所述固體熱載體的同時(shí)，將作為加熱介質(zhì)的固體熱載體和作為移動顆粒層濾料的固體熱載體再生； 其中所述固體熱載體分級除塵器(I)的上部有接收來自提升管燃燒反應(yīng)器的固體熱載體和廢氣的混合物的入口、以及排出廢氣的出口，其底端有分別向所述熱解反應(yīng)裝置和移動顆粒層過濾除塵裝置(5)的冷卻器(4)輸出所述固體熱載體的出口 ； 所述提升管燃燒反應(yīng)器(6)上部具有出口以與所述固體熱載體分級除塵器(I)上部的所述入口相連； 所述提升管燃燒反應(yīng)器(6)底部設(shè)有接收熱空氣或含空氣的熱煙氣的入口、接收來自所述熱解反應(yīng)裝置的所述固體熱載體和所述固體有機(jī)物原料熱解的固體產(chǎn)物的混合物的入口、和接收來自所述移動顆粒層過濾除塵裝置(5)的捕集了粉塵的所述固體熱載體的入Π ； 所述移動顆粒層過濾除塵裝置具有通過所述冷卻器(4)與所述固體熱載體分級除塵器(I)的輸出固體熱載體的出口相連的入口，從所述熱解反應(yīng)裝置接收所述熱解氣態(tài)產(chǎn)物的入口，以及與所述提升管燃燒反應(yīng)器(6)的底部相連、以輸出捕集了粉塵的所述固體熱載體的出口。
37.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，還包括:用于冷凝冷卻來自所述移動顆粒層過濾除塵裝置的除塵后的熱解氣態(tài)產(chǎn)物的冷凝冷卻系統(tǒng)(J)。
38.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中固體熱載體分級除塵器還用于將所述固體熱載體按照粒度分級，并具有一小顆粒固體熱載體出口和一大顆粒固體熱載體出口，分別通向所述熱解反應(yīng)裝置包括的混合單元(2)和所述移動顆粒層過濾除塵裝置(5)的冷卻器(4)。
39.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中:所述提升管燃燒反應(yīng)器(6)底部還設(shè)有補(bǔ)充所述固體熱載體和輔助燃料的入口。
40.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中:所述熱解反應(yīng)裝置為單臺移動床熱解反應(yīng)器或并聯(lián)的至少兩臺移動床熱解反應(yīng)器。
41.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中:所述熱解反應(yīng)裝置包括混合單元和反應(yīng)單元， 其中，所述混合單元接收所述固體有機(jī)物原料和來自所述固體熱載體分級除塵器的所述固體熱載體，所述固體有機(jī)物原料和固體熱載體在所述混合單元中被混合，從而加熱所述固體有機(jī)物； 所述熱解反應(yīng)在所述反應(yīng)單元中進(jìn)行，離開所述反應(yīng)單元的所述固體熱載體和氣態(tài)產(chǎn)物分別進(jìn)入所述提升管燃燒反應(yīng)器和所述移動顆粒層過濾除塵裝置。
42.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其中:所述移動顆粒層過濾除塵裝置(5)包括單個(gè)移動顆粒層過濾除塵器或并聯(lián)的兩個(gè)或更多的移動顆粒層過濾除塵器，來自所述移動床熱解反應(yīng)裝置的含塵熱解氣態(tài)產(chǎn)物送入所述的單個(gè)或所述兩個(gè)或更多的移動顆粒層過濾除塵器，以由所述固體熱載體捕集其中的粉塵。
【文檔編號】C10G1/00GK103450914SQ201310316620
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月25日
【發(fā)明者】徐紹平, 王超, 王光永, 肖亞輝, 亞力昆江吐爾遜, 蕭錦誠, 徐彬, 周曉瑩 申請人:易高環(huán)保能源研究院有限公司, 大連理工大學(xué)