[发明专利]一种利用生物质生产生物油的方法及热解装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物质利用技术，特别是热解生物质生产生物油的方法及热解装置。生物质包括农作物秸秆、树木枝桠、畜禽粪便、能源作物(植物)、工业有机废水、城市生活污水和垃圾等，是唯一可转化为液体燃料的可再生能源。

背景技术

采用热解液化技术可以将各种农林废弃物及有机垃圾等生物质资源迅速转化为储运方便、用途广泛的液体燃料(即生物油)，有利于生物质资源的规模化和高值化利用，对保障能源安全和保护环境具有重要意义。

生物质热解液化是指在缺氧的条件下快速加热生物质到中温使其裂解，并快速冷却热解产生的气态物质使其中可凝成分转变成液体生物油的过程。热解工艺是生物质热解液化技术的关键，直接决定生物油的成本和品质，其核心是能实现快速加热目的的热解炉。目前已开发的热解炉主要有四种：流化床、循环流化床、旋转锥、真空反应器。其中流化床热解炉具有结构简单、传热效率高、加热速率快、易于放大等优点，是应用最广泛的热解炉。

在流化床热解液化工艺中，生物质在热解炉内被快速加热、发生裂解反应，生成的气体产物和固体焦炭随载气很快离开热解炉、经气固分离装置除去焦炭后骤冷得到生物油。较短的炉内停留时间有利于抑制气体产物发生二次裂解反应，但同时导致生物质热解不完全，焦炭挥发分仍较高。为了能在较短的停留时间内实现快速加热生物质和提高生物质转化率的目的，流化床热解炉要求生物质原料的粒径小于2mm，这就增加了原料预处理的成本。另外，热解液化过程中载气先被加热再被冷却，而流化床热解炉的载气量较大，因此系统运行的能耗较高。同时流化床内强烈的气固作用导致气体产物中含有较多难以被常规分离器完全除去的微小颗粒，这些固体杂质最终进入到生物油中，不利于生物油的性质及其应用。由此可见常规的流化床热解工艺难以同时满足生物质热解气体产物和固体产物对停留时间的不同要求，并且对原料预处理和气固分离过程要求较高。

目前生物质热解制生物油大多以油产率最高为目的，所得生物油往往品质较差，可用性低。因此设法提高生物油的品质是生物质热解液化技术发展的方向。不片面追求产率，而是通过控制反应条件，尽可能得到产率和品质都较高的生物油，同时副产品也具有一定的利用价值，从而实现生物质的资源化、高值化利用，这是有效可行的方法。但是常规的流化床热解炉缺乏控制生物质热解反应过程、进而控制产物生成特别是生物油品质的有效手段，因此难以满足低成本生产高品质生物油的要求。

发明内容

根据生物质热解液化技术的发展方向并针对流化床热解工艺的不足，本发明在保留流化床热解工艺优点的前提下，提出了一种利用生物质生产生物油的方法，该方法可以提高生物油的产率和改善生物油的品质，同时降低了生物油成本；本发明还提供了用于该方法的热解装置。

为了实现上述目的，本发明提供了利用生物质生产生物油的方法，其步骤包括：

①将含水率低于10wt％、粒径小于2cm的生物质送入炉体内，在缺氧条件下进行热解反应，热解温度为350～450℃，反应时间为0.5～2秒；

②生物质热解生成固体焦炭和气体，拦截其生成的固体焦炭，形成焦炭层，并在10～60秒内移出炉体，在移出过程中，焦炭进一步发生裂解反应，释放出气体；全部气体产物快速穿过焦炭层后排出炉体，气体在焦炭层的停留时间小于0.5秒；

③收集释放的全部气体产物，除去其中的固体杂质后，将其快速冷却，使其中的可凝成分凝结成生物油，冷却时间小于0.5秒。

用于上述方法的热解装置，包括串联的流化床和移动床，并且安装在炉体内；

流化床包括进风口、风室、布风板、排渣管、进料口、流化床换热面；风室位于流化床的下部，进风口设置在风室的下部；布风板位于风室的上部，其四周与风室密封；布风板上安装有风帽，风帽上开有风帽小孔；布风板上开有排渣口，排渣口下接排渣管；进料口位于布风板的上部，流化床换热面位于进料口的上部；

移动床包括移动床换热面、焦斗、排焦管、集气室、出气口；移动床换热面位于移动床的上部，焦斗位于移动床换热面的下部，焦斗的壁面上开有斗壁孔，焦斗的下面设置密封的集气室，出气口位于集气室的下部，焦斗的壁面与集气室的四壁的夹角均小于等于45°，焦斗的出口为排焦口，排焦口下接排焦管；

流化床和移动床之间由隔板隔开，隔板与流化床的布风板的连接处密封，移动床的焦斗与炉体的连接处也密封；隔板与炉体的顶板之间留有缝隙形成风道；隔板的上部向移动床方向倾斜，倾斜角度为10～20°。