一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置，通過設置兩條輸送管路，分別將煤和生物質輸送至反應器中，分別通過高功率加熱爐和中等功率加熱爐進行加熱，從而實現了生物質與煤單獨熱解，避免了二者由于熱解溫度的差異所導致的不利協(xié)同效應，生物質熱解與煤的熱解集成在一個反應器內，生物質熱解與煤的熱解均設置最佳的反應溫度，下段生物質熱解后的富氫熱解氣為上段煤的熱解提供了富氫氛圍，有利于提高液體燃料收率。通過在一個集成反應器內共熱解，實現生物質熱解焦油和煤熱解焦油的互補，降低生物質熱解焦油的氧含量，改善共熱解油的品質。同時，操作工藝簡單，能夠常壓操作，或加壓操作，有利于裝置規(guī)模的擴大。
【專利說明】一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種生物質與煤共熱解裝置，具體涉及一種集成式兩步法生物質 與煤共熱解裝置。

【背景技術】
[0002] 能源是人類賴以生存和發(fā)展的必要基礎，但隨著世界人口的增長及化石能源的日 益減少，同時迫于環(huán)境保護、減少對環(huán)境污染等方面的壓力，探索新的可替代清潔能源顯得 尤為重要。與化石能源相比，生物質能是一種可再生的，在節(jié)能減排、綠色環(huán)保等方面具有 突出優(yōu)勢的能源。
[0003] 我國農作物秸桿的年產量約有600Mt，稻殼約50Mt，林業(yè)加工過程中產生的殘余 物約有30Mt，三項總計折合標準煤215Mt。生物質是潛在能源和化學原料的重要寶庫，生物 質的潔凈轉化已引起世界各國的高度重視。
[0004] 熱解是煤或生物質熱加工過程中的重要初始階段，通過熱解可以獲得不同化學品 和液體燃料。由于較小的H/C值，煤的熱解轉化率與液體產物收率通常較低，而生物質具有 高的H/C值及揮發(fā)分含量，熱解得到的生物質油收率較高，同時能夠副產大量氫氣。如果煤 在熱解過程中能夠有效利用生物質熱解產生的氫氣，實現氫氛圍下的熱解，即通過加氫熱 解穩(wěn)定煤熱解過程中的自由基，不僅有助于熱解產物液體收率的提高，而且還能夠替代純 氫從而大幅降低生產成本。因此，利用生物質與煤共熱解技術生產液體燃料，實現二者的高 效、清潔、綜合利用，對于保護環(huán)境、提高資源利用效率具有重要的意義。
[0005] 現有的研究證明生物質與煤共熱解能夠發(fā)生協(xié)同效應，使液體產物收率增高，但 目前的研究大部分處于基礎研究階段，通常是在熱天平或固定床中開展的實驗研究。Dong Kyoo Park等利用TGA及固定床反應器，通過改變生物質與煤的混合比研究鋸屑與煙煤的 共熱解反應過程，發(fā)現生物質能促進煤的熱解，表現為共熱解混合物的轉化率及收率高于 生物質與煤單獨反應時的加和。（參考文獻：Dong Kyoo Park, Sang Done Kim, See Hoon Lee, etc. C〇-pyrolysis characteristics of sawdust and coal blend in TGA and a fixed bed reactor. Bioresource Technology，2010,101:6151 - 6156)。]^ Zhang等研究發(fā) 現煤與生物質在落下床反應器中共熱解產生的焦油收率大于煤與生物質單獨熱解時熱解 生成焦油的加和，而焦含量低于單獨熱解生成焦的加和。（參考文獻：Li Zhang, Shaoping Xu, Wei Zhao, Shuqin Liu. Co-pyrolysis of biomass and coal in a free fall reactor. Fuel，2007, 86:353-359)。實用新型專利200710012661. 6提及了一種生物質與煤快速共 熱解制備液體燃料的方法，該專利通過固體熱載體快速加熱的方式，實現相對大量的生物 質和少量的煤在富氫環(huán)境下快速共熱解，該方法有利于提高熱解焦油產率和品質，但該專 利利用固體熱載體將生物質與煤同步加熱，并通入熱解富氫循環(huán)氣，來增產液體產物收率， 忽視了生物質的熱解溫度范圍比煤的熱解溫度范圍低的特性，沒有充分利用二者的協(xié)同效 應。
[0006] 綜合現有文獻與專利可知，生物質與煤在一定條件下共熱解存在協(xié)同效應，但目 前進行的研究多處在固定床等基礎研究階段，現有專利也沒有充分利用生物質與煤熱解溫 度不同的屬性，沒有充分利用二者的協(xié)同效應。 實用新型內容
[0007] 本實用新型的目的在于克服上述現有技術中存在的缺點，提供一種集成式兩步法 生物質與煤共熱解裝置，利用兩步法將生物質熱解與煤的熱解分開，用生物質熱解的富氫 熱解氣為煤的熱解提供加氫氛圍，從而產生協(xié)同作用，促進液體收率的提高，另外，裝置可 加壓操作，利于工業(yè)化放大。
[0008] 為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：包括氣缸，氣缸的氣體出口分為 若干路，第一路經生物質輸送裝置連接至反應器的底部入口；第二路經煤輸送裝置后連接 至反應器的頂部入口；反應器的出口連接凈化回收單元；所述的反應器外側設置的加熱爐 分為位于上半部的高功率加熱爐和位于下半部的中等功率加熱爐；
[0009] 所述的煤輸送裝置的物料入口連接煤料斗，生物質輸送裝置的物料入口連接生物 質料斗。
[0010] 所述的反應器的底部入口還經設有氣體預熱器的管路連接至氣缸的出口。
[0011] 所述的反應器的底部連接氣體預熱器的入口為預熱氣入口，且預熱氣入口為三至 十二個，且呈圓周均布。
[0012] 所述的煤料斗和煤輸送裝置之間串聯有煤鎖斗和煤發(fā)送罐。
[0013] 所述的生物質料斗和生物質輸送裝置之間串聯有生物質鎖斗和生物質發(fā)送罐。
[0014] 所述的凈化回收單元包括：旋風除塵器、半焦收集罐、焦油洗滌塔和焦油收集罐；
[0015] 所述的旋風除塵器的氣體入口連接反應器的氣體出口，旋風除塵器氣體出口連接 焦油洗滌塔，焦油洗滌塔的頂部開設有氣體出口；且旋風除塵器和焦油洗滌塔的底部出口 分別連接半焦收集罐和焦油收集罐。
[0016] 所述的反應器為集成式反應器。
[0017] 所述的煤輸送裝置連接反應器的頂部入口的煤下料管，且煤下料管插入反應器的 中部。
[0018] 所述的反應器底部生物質與反應器頂部煤的進料速率之比為（95 :5)?（50 :50)。
[0019] 所述的反應器內的壓力為0.001-4. OMPa，上半部高功率加熱爐的加熱溫度為 400-800°C，下半部中等功率加熱爐的加熱溫度為300-700°C。
[0020] 本實用新型具有以下的有益效果：相比較現有技術，本實用新型通過設置兩條輸 送管路，分別將煤和生物質輸送至反應器中，分別通過高功率加熱爐和中等功率加熱爐進 行加熱，從而實現了生物質與煤單獨熱解，避免了二者由于熱解溫度的差異所導致的不利 協(xié)同效應，生物質熱解與煤的熱解集成在一個反應器內，生物質熱解與煤的熱解均設置最 佳的反應溫度，下段生物質熱解后的富氫熱解氣為上段煤的熱解提供了富氫氛圍，有利于 提高液體燃料收率。通過在一個集成反應器內共熱解，實現生物質熱解焦油和煤熱解焦油 的互補，降低生物質熱解焦油的氧含量，改善共熱解油的品質。同時，操作工藝簡單，能夠 常壓操作，或加壓操作，有利于裝置規(guī)模的擴大，有利于大面積推廣使用，節(jié)約成本，提高效 率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本實用新型的整體結構示意圖；
[0022] 圖中：1 :煤料斗；2 :煤鎖斗；3 :煤發(fā)送罐；4 :煤輸送裝置；5 :生物質料斗；6 :生物 質鎖斗；7 :生物質發(fā)送罐；8 :生物質輸送裝置；9 :氣缸；10 :氣體預熱器；11 :反應器；12 : 高功率加熱爐；13 :中等功率加熱爐；14 :煤下料管；15 :旋風除塵器；16 :半焦收集罐；17 : 焦油洗滌塔；18 :焦油收集罐。

【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖，對本實用新型作進一步詳細說明。
[0024] 參見圖1，本實用新型包括氣缸9,氣缸9的氣體出口分為若干路，第一路經生物質 輸送裝置8連接至反應器11的底部入口；第二路經煤輸送裝置4后連接至反應器11的頂 部入口的煤下料管14,且煤下料管插14入反應器11的中部；第三路反應器11的底部入口 還經設有氣體預熱器10的管路連接至氣缸9的出口；反應器11的出口連接凈化回收單元； 所述的反應器11外側設置的加熱爐分為位于上半部的高功率加熱爐12和位于下半部的中 等功率加熱爐13 ;凈化回收單元包括：旋風除塵器15、半焦收集罐16、焦油洗滌塔17和焦 油收集罐18 ;旋風除塵器15的氣體入口連接反應器11的氣體出口，旋風除塵器15氣體出 口連接焦油洗滌塔17,焦油洗滌塔17的頂部開設有氣體出口；且旋風除塵器15和焦油洗 滌塔17的底部出口分別連接半焦收集罐16和焦油收集罐18。
[0025] 煤輸送裝置4的物料入口連接煤料斗1，煤料斗1和煤輸送裝置4之間串聯有煤鎖 斗2和煤發(fā)送罐3 ;生物質輸送裝置8的物料入口連接生物質料斗5,且生物質料斗5和生物 質輸送裝置8之間串聯有生物質鎖斗6和生物質發(fā)送罐7。反應器11為集成式反應器，且 底部預熱氣入口為三至十二個，且呈圓周均布，反應器11底部生物質與反應器11頂部煤的 進料速率之比為（95 :5)?（50 :50);反應器11內的壓力為0.001-4. OMPa，上半部高功率加 熱爐12的加熱溫度為400-800°C，下半部中等功率加熱爐13發(fā)的加熱溫度為300-700°C。
[0026] 實施方法：
[0027] 原料煤干燥到水分小于3%，粒度小于3mm，原料生物質干燥到水分小于5%，粒度 小于3mm，生物質與煤的進料速率比為（90 :10)?（60 :40)。原料煤經煤料斗1、煤鎖斗2、 煤發(fā)送罐3進入煤輸送裝置4,在一定量載氣的輸送下進入反應器11中煤的熱解段，原料煤 的下料管口 14在反應器中部；同時，原料生物質經生物質料斗5、生物質鎖斗6、生物質發(fā)送 罐7送入生物質輸送裝置8,在一定量載氣的輸送下進入反應器11中生物質的熱解段，原 料生物質的入料口在反應器的底部。氣缸9中的一路經氣體預熱器10加熱后進入反應器 11，用于補充反應器內的流化氣和提供部分熱解所需熱量。
[0028] 反應器11的操作壓力一般為0· 001?4. OMPa，反應器11上部煤熱解段的溫度一 般為400?800°C，最佳反應溫度為550?650°C，反應器11下部生物質熱解段的溫度一般 為300?700°C，最佳反應溫度為350?450°C，控制反應器11的高度和氣速，使物料在反 應器內的停留時間小于2s，通過快速熱解，最大程度提高液體產物的收率。通過生物質熱 解后產生的富氫熱解氣為煤的熱解提供了加氫氛圍，穩(wěn)定煤熱解過程中的自由基，一方面 增加液體收率，實現生物質與煤共熱解的協(xié)同效應，另一方面，加氫氛圍可以改善熱解油品 的性質，使油品更輕質和更穩(wěn)定。熱解后的物料攜帶油氣從反應器11頂端進入旋風除塵器 15,經旋風除塵器15分離后的半焦排放至半焦收集罐16,除塵后的熱解氣進入焦油洗滌塔 17,經焦油洗液洗滌后的焦油由焦油洗滌塔17的底部排至焦油收集罐18,凈化后的煤氣由 焦油洗滌塔17塔頂排出。
[0029] 反應單元反應器11包括上下兩段，上段為煤的熱解段，下段為生物質的熱解段， 兩段分別控制不同的反應溫度。生物質與煤的熱解為兩步法單獨熱解，但集成在一個反應 器11內完成。優(yōu)點在于：生物質與煤分開單獨熱解，避免了二者由于熱解溫度的差異所導 致的不利協(xié)同效應，下段生物質熱解后的富氫熱解氣為上段煤的熱解提供了富氫氛圍，有 利于提高液體產物的收率。此外，通過在一個反應器11內共熱解，實現生物質焦油和煤焦 油的互補，降低生物質焦油的氧含量，改善共熱解油的品質。該裝置工藝簡單，可以常壓操 作，也可以加壓操作，有利于裝置規(guī)模的擴大。
【權利要求】
1. 一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置，其特征在于：包括氣缸（9)，氣缸（9)的 氣體出口分為若干路，第一路經生物質輸送裝置（8)連接至反應器（11)的底部入口；第二 路經煤輸送裝置（4)后連接至反應器（11)的頂部入口；反應器（11)的出口連接凈化回收 單元；所述的反應器（11)外側設置的加熱爐分為位于上半部的高功率加熱爐（12)和位于 下半部的中等功率加熱爐（13); 所述的煤輸送裝置（4)的物料入口連接煤料斗（1)，生物質輸送裝置（8)的物料入口連 接生物質料斗（5)。
2. 根據權利要求1所述的一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置，其特征在于：所 述的反應器（11)的底部入口還經設有氣體預熱器（10)的管路連接至氣缸（9)的出口。
3. 根據權利要求2所述的一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置，其特征在于：所 述的反應器（11)的底部連接氣體預熱器（10)的入口為預熱氣入口，且預熱氣入口為三至 十二個，且呈圓周均布。
4. 根據權利要求1所述的一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置，其特征在于：所 述的煤料斗（1)和煤輸送裝置（4)之間串聯有煤鎖斗（2)和煤發(fā)送罐（3)。
5. 根據權利要求1所述的一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置，其特征在于：所 述的生物質料斗（5)和生物質輸送裝置（8)之間串聯有生物質鎖斗（6)和生物質發(fā)送罐 ⑵。
6. 根據權利要求1所述的一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置，其特征在于：所 述的凈化回收單元包括：旋風除塵器（15)、半焦收集罐（16)、焦油洗滌塔（17)和焦油收集 罐（18); 所述的旋風除塵器（15)的氣體入口連接反應器（11)的氣體出口，旋風除塵器（15)氣 體出口連接焦油洗滌塔（17)，焦油洗滌塔（17)的頂部開設有氣體出口；且旋風除塵器（15) 和焦油洗滌塔（17)的底部出口分別連接半焦收集罐（16)和焦油收集罐（18)。
7. 根據權利要求1所述的一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置，其特征在于：所 述的反應器（11)為集成式反應器。
8. 根據權利要求1所述的一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置，其特征在于：所 述的煤輸送裝置（4)連接反應器（11)的頂部入口的煤下料管（14)，且煤下料管（14)插入 反應器（11)的中部。
9. 根據權利要求1所述的一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置，其特征在于：所 述的反應器（11)底部生物質與反應器（11)頂部煤的進料速率之比為（95 :5)?（50 :50)。
10. 根據權利要求1所述的一種集成式兩步法生物質與煤共熱解裝置，其特征在于： 所述的反應器（11)內的壓力為0.001-4. OMPa，上半部高功率加熱爐（12)的加熱溫度為 400-800°C，下半部中等功率加熱爐（13)的加熱溫度為300-700°C。
【文檔編號】C10B57/02GK203999499SQ201420393879
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權日:2014年7月16日
【發(fā)明者】李大鵬, 王明峰, 王寧波, 王汝成, 閆朋輝, 劉丹, 孔少亮, 黃勇, 張月明, 劉巧霞 申請人:陜西延長石油（集團）有限責任公司碳氫高效利用技術研究中心