[发明专利]新型喷动循环流化床木材快速热解装置及工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型喷动循环流化床木材快速热解装置及工艺方法，属于生物质再生利用及其能源化技术领域。

背景技术

寻求并开发包括木材资源在内的可再生清洁能源是21世纪世界各国面临的最重要课题之一。木材作为生物质的主要存在形式之一，是自然界可再生资源的重要组成部分，在生物质资源中占有十分重要的地位。将木材合理地转化为能源或化工原料对于减少常规化石资源消耗、弥补化工原料不足、减少环境污染，实现资源、环境与社会的可持续发展，具有重要现实意义和广阔前景。

快速热解技术将可以将低品位的木材资源转化为高品质的生物油，是目前国内外研究的热点，被认为是最具发展潜力的生物质能转换技术。快速热解是指在中温(500～650℃)、高加热速率(10⁴～10⁵℃/s)和极短气体停留时间(小于2s)的条件下，将生物质直接热裂解，然后使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体之前快速冷凝，从而得到高产量的生物油。生物油是一种棕褐色的液体，其含氧量极高，由醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等多种化合物组成。

快速热解装置的开发是快速热解技术发展的基础和关键。热解装置的类型和传热传质方式直接影响生物油的质量和产率。生物质在反应器内合适的流动方式、较高的热值传递速率、床层温度的均匀分布、准确的温度控制以及快速热解气相产物的快速冷凝，都是提高生物油产率的有效措施。为了提高生物油的产率，则以传热效率高、气相滞留期短、物料受热均匀的反应器为首选。目前，快速热解装置的类型很多，依据其有无气体载气可分为流态化快速热解装置和非流态化快速热解装置。

对于流态化快速热解装置而言，流化床、喷动床、循环流化床是其中最为典型的三种形式。这几种类型的快速热解装置各具特点，但至今还没有普遍公认为比较理想的快速热解装置，几乎在不同程度上都存在传热传质效率不高、结构复杂、运行成本高等问题。如传统的流化床在热解过程中易出现内分层和节涌的问题；喷动床存在环形隙区内气固接触不良和高床层时喷动不稳定的缺点；循环流化床的沙子需循环流动，不仅运行能耗高，而且设备体积较大、不紧凑。相应地，由于装置本身的不足，各种快速热解装置对生物质的处理工艺也存在一些问题，如操作繁琐、控温不精准等。我单位前期开发了第一代喷动循环流化床木质生物质快速热解设备(已申请专利并得到授权，授权号为：zl 2007201519336)从一定程度上解决了上述问题，但仍存在着进料不甚畅通、气固分离及冷凝效率不理想等不足。

发明内容

为了克服现有的几种流态化快速热解装置传热传质效率不高、结构不紧凑、控温不精准、运行成本高等不足，本发明提供了一种新型的喷动循环流化床快速热解装置及工艺方法，该发明有效地解决了上述技术问题。

本发明实现其目的的技术方案由新型喷动循环流化床快速热解装置及工艺方法组成。该新型喷动循环流化床快速热解装置由喷动流化床反应器、流化介质循环系统、监控系统、加热系统、进料系统、气固分离系统、生物炭收集系统、冷凝系统、流化介质除湿系统、稳压系统、不可冷凝气体收集系统等部分组成。

1.喷动流化床反应器

喷动流化床反应器集成了喷动床和流化床的良好结构，将流化气和系统循环气体合为一股气体。通过设置特殊结构的布风板可以实现反应器内的良好流化状态，该布风板的结构是中间设置通过喷动气体的大孔、外围设置通过流化气体的小孔，总开孔率为37％。反应器中装有惰性流化介质——陶瓷球，在布风板上设置了金属丝网。

2.流化介质除湿系统

流化介质除湿系统的设置可以有效地降低循环流化介质气体中的含水率，从而促进快速热解效率的提高。其包括有机玻璃箱以及其中的吸附剂。

3.监控系统

监控系统由计算机、数显仪表、传感器、数据采集系统、执行机构等几部分构成。数据采集系统包括温度、流量、湿度和压力。控制系统主要是控温部分及阀门调节，控温是利用可控硅整流器实现的。

4.加热系统

加热系统是由位于喷动流化床反应器外壁上的主加热系统和位于反应器进气管路壁上的预加热系统组成，采用电加热。

5.流化气体循环系统

流化介质循化系统由罗茨风机和连接管路组成。连接管路包括各种硬不锈钢钢管、软管以及波纹不锈钢管等。

6.进料系统

进料系统包括料仓、无级调频电机、螺旋进料器、振动器等部件。该无机调频电机，其设置频率范围为0～90Hz。振动器的作用是用来消除物料之间的搭桥、堵塞等不良进料现象，其在物料进入困难时开启使用。