專利名稱：秸稈快速熱裂解過(guò)程的高效熱能利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于秸稈熱裂解技術(shù)領(lǐng)域，更明確地說(shuō)涉及秸稈快速熱裂解過(guò)程 的高效熱能利用方法的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)熱裂解是指生物質(zhì)在完全缺氧或有限氧供應(yīng)條件下的熱降解，最 終生成炭、可冷凝氣體(生物燃油)和可燃?xì)怏w(不可冷凝)的過(guò)程。生物質(zhì)熱 裂解是復(fù)雜的熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，包含分子鍵斷裂、異構(gòu)化和小分子聚合等反 應(yīng)。生物質(zhì)的三種主要組成物常常被假設(shè)獨(dú)立地進(jìn)行熱分解，半纖維素主要
在225 350。C分解；纖維素主要在325 375。C分解；木質(zhì)素在250 50(TC分 解。半纖維素和纖維素主要產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，而木質(zhì)素主要分解成炭。
熱裂解過(guò)程由外至內(nèi)逐層進(jìn)行，生物質(zhì)顆粒被加熱時(shí)成分迅速裂解成木 炭和揮發(fā)分。 一次裂解反應(yīng)生成生物質(zhì)炭、 一次生物質(zhì)油和不可冷凝氣體。 在多孔隙生物質(zhì)顆粒內(nèi)部的揮發(fā)分還會(huì)進(jìn)一步裂解，形成不可冷凝氣體和二 次生物質(zhì)油，稱為二次裂解反應(yīng)。生物質(zhì)熱解過(guò)程最終形成生物質(zhì)油、不可 冷凝氣體和生物炭。為了得到高產(chǎn)率的生物質(zhì)油，需快速除去一次熱解產(chǎn)生 的氣態(tài)產(chǎn)物，以抑制二次裂解反應(yīng)的發(fā)生。
我國(guó)是生物質(zhì)資源豐富的大國(guó)，僅農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量就達(dá)到了 7億噸/ 年。然而，目前的利用率僅為7%,多數(shù)秸稈就地焚燒，既造成了大氣污染 又浪費(fèi)了資源。開(kāi)發(fā)利用秸稈的途徑很多，諸如熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，包括氣化、 液化技術(shù)和裂解技術(shù)等；生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)等。其中熱裂解制油技術(shù)被認(rèn)為 是熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的前沿課題，可將秸稈轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)油，所產(chǎn)生的氣體可 作燃料，固體物為高質(zhì)量木炭。
生物質(zhì)快速裂解的研究始于20世紀(jì)70年代。目前存在的主要問(wèn)題是快 速裂解的條件較難控制，條件控制不好，熱能利用率較低，對(duì)產(chǎn)率影響較大。 也就是說(shuō)，生物質(zhì)快速熱裂解的技術(shù)還不夠成熟。只有提高熱裂解過(guò)程中的 熱能利用率，才能降低生產(chǎn)成本、提高生物質(zhì)燃料的產(chǎn)出率，也才能開(kāi)發(fā)更 經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)化設(shè)備和技術(shù)，改善生物質(zhì)的使用性能，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出有價(jià)值的生物 質(zhì)油副產(chǎn)品。因此，高效、綜合地提高熱裂解過(guò)程中的熱能利用率，是生物
3質(zhì)熱裂解中急待解決的難題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就在于克服上述缺點(diǎn)和不足，提供一種秸稈快速熱裂解 過(guò)程的高效熱能利用方法。它能高效、綜合地提高熱裂解過(guò)程中的熱能利用 率，從而降低生產(chǎn)成本，提高炭、可冷凝氣體(生物燃油)和可燃?xì)怏w或生物 質(zhì)燃料的產(chǎn)出率和質(zhì)量。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括以下步驟
l.地槽中粉碎秸稈物料的干燥；2.將干燥物料提升至料倉(cāng)；3.由料倉(cāng)輸 送至裂解爐熱裂解；4.將熱裂解產(chǎn)物經(jīng)裂解系統(tǒng)除塵器氣固分離；5.將氣固 分離后氣態(tài)生物質(zhì)送精餾洗滌塔精餾洗滌；6.將精餾洗滌塔塔頂排出的氣體 經(jīng)塔頂冷凝器冷凝；7.將氣固分離后的炭粉送炭粉冷卻器冷卻；8.將冷卻后 的炭粉送炭粉除塵器分離，所得炭粉送炭粉貯槽；9.將自精餾洗滌塔塔底排 出的重質(zhì)油經(jīng)塔底冷卻器冷卻后再由回流泵泵出， 一路即產(chǎn)出的秸稈重油， 另 一路返回精餾洗滌塔；10.將步驟6冷凝后產(chǎn)生的油氣水送油水分離器分 離，所得秸稈低沸點(diǎn)輕質(zhì)油一路收集產(chǎn)出，另一路再送精餾洗滌塔參與洗滌， 所得水回收；還包括步驟ll.將裂解爐排出的煙氣與流經(jīng)空氣預(yù)熱器的冷空 氣換熱后排出，將流經(jīng)空氣預(yù)熱器的冷空氣加熱送入裂解爐參與裂解。
還包括步驟12.將自空氣預(yù)熱器排出的煙氣經(jīng)煙氣冷卻器冷卻至15(TC 以下，再由煙氣引風(fēng)機(jī)送入原料地槽進(jìn)行干燥步驟1和提升步驟2，同時(shí)將 物料間隙中的冷空氣置換出來(lái)以降低進(jìn)入裂解爐的夾帶氣體的含氧量。
炭粉冷卻步驟7采用內(nèi)冷式沸騰床冷卻器，以冷卻水和導(dǎo)熱油的兩級(jí)冷 凝冷卻炭粉。冷水被換熱成熱水后可用于生活，冷導(dǎo)熱油被換熱成熱導(dǎo)熱油 后再經(jīng)導(dǎo)熱油冷卻器的水冷卻后熱水亦可作為生產(chǎn)或生活用熱。
自炭粉冷卻器頂部排出的炭粉經(jīng)步驟8炭粉除塵器分離后，夾帶炭粉的 燃?xì)庠偎突亓呀鉅t，以調(diào)整裂解爐用熱。 一方面提高了燃?xì)獾臏囟?，另一?面可通過(guò)夾帶炭粉調(diào)節(jié)裂解爐用熱量。
步驟10由油水分離器分離的不凝燃?xì)庠俳?jīng)不凝氣引風(fēng)機(jī)返回炭粉冷卻 器底部進(jìn)口。 一方面可使炭粉冷卻器內(nèi)部沸騰，將炭冷卻至150'C以下，以 便于后續(xù)處理，同時(shí)將炭粉的熱能部分傳給不凝燃?xì)庖蕴岣哌M(jìn)爐燃?xì)獾臏?度，節(jié)省熱能；部分熱量被冷卻介質(zhì)帶出，以加熱進(jìn)爐空氣或作為生活用熱。本工藝釆用裂解產(chǎn)生的燃?xì)鉃榱呀鉅t熱源，燃燒后的高溫氣體用導(dǎo)熱油 初步冷卻至15(TC送入空氣脫除倉(cāng)(地槽)，以脫除物料空隙中的空氣，并 對(duì)物料進(jìn)一步干燥，然后排空。精餾洗滌塔的功能是，由冷凝器冷凝下來(lái)的 生物質(zhì)油部分回流，用液體對(duì)氣體進(jìn)一步洗滌凈化，以除去裂解氣中的固體 物，冷凝下來(lái)的部分生物質(zhì)油作為產(chǎn)品，所得產(chǎn)品不含固體懸浮物，透明度 好，質(zhì)量高。氣體洗滌塔塔頂?shù)睦淠麽娪脤?dǎo)熱油作冷凝劑，與裂解爐出氣
冷卻器串接，被加熱的導(dǎo)熱油用于物料干燥。本方法的特點(diǎn)是熱裂解爐用 自身產(chǎn)生的燃?xì)饧訜幔恍枰魏位剂?；熱量被充分利用，可通過(guò)調(diào)節(jié) 裂解溫度，調(diào)整所產(chǎn)生燃?xì)獾谋嚷剩?一方面滿足生產(chǎn)過(guò)程用熱， 一方面使裝 置的產(chǎn)油率最高；整個(gè)裝置不排放任何污染物，洗滌塔底流出的含渣高沸點(diǎn) 物量少，且可作為鍋爐燃料油使用；重點(diǎn)過(guò)程釆用自動(dòng)化控制，計(jì)算機(jī)監(jiān)控， 操作方便可靠，安全性強(qiáng)。
本方法以自產(chǎn)的熱裂解燃?xì)庾魅剂?，由過(guò)程熱集成技術(shù)優(yōu)化過(guò)程用能， 裝置產(chǎn)生物質(zhì)油的量高。它開(kāi)發(fā)了裂解高溫氣體洗滌凈化處理技術(shù)，該技術(shù) 可去除高溫裂解氣中的固體微粒，氣體中所含生物質(zhì)油成份被冷凝成液時(shí)， 不含固體懸浮物，質(zhì)量高。生產(chǎn)時(shí)的操作控制點(diǎn)采用自動(dòng)檢測(cè)、在線計(jì)算機(jī) 控制，整套裝置無(wú)污染物排放，可安全穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。
本發(fā)明以裝置自產(chǎn)的不凝氣為裂解爐加熱燃料，以熱集成技術(shù)優(yōu)化操作 條件與設(shè)備配置，采取了以下高效利用熱能的措施用裂解爐煙氣的熱量加 熱進(jìn)爐熱空氣；煙氣被冷卻至15(TC以下后，用做氣流輸送的氣源，在氣流 輸送中完成秸稈的干燥，且使進(jìn)裂解爐秸稈的溫度被提升至IO(TC左右。同 時(shí)，用煙氣將秸稈中的空氣置換出來(lái)；從裂解爐出氣中分離下來(lái)的炭粉溫度 高，高溫炭粉若直接排出系統(tǒng)，遇空氣會(huì)自燃，且造成了熱量的損失。本發(fā) 明釆用內(nèi)冷式沸騰床冷卻器冷卻炭粉，可使炭粉排放溫度降至15(TC以下， 且將回收的熱量部分用于進(jìn)爐燃?xì)饧訜?，部分作為生產(chǎn)或生活用熱；精餾洗 滌塔底設(shè)置了熱量回收裝置，由導(dǎo)熱油充分回收裂解氣的熱能。
本發(fā)明熱能利用率高，產(chǎn)油率高。它高效、綜合地提高了熱裂解過(guò)程中 的熱能利用率，從而降低生產(chǎn)成本，提高炭、可冷凝氣體(生物燃油)和可燃 氣體或生物質(zhì)燃料的產(chǎn)出率和質(zhì)量?？蓮V泛應(yīng)用于秸稈以及其它生物質(zhì)資源 的快速熱裂解生產(chǎn)中。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1。 一種秸稈快速熱裂解過(guò)程的高效熱能利用方法，如圖l所示。
它包括以下步驟
l.地槽中粉碎秸稈物料的干燥；2.將干燥物料提升至料倉(cāng)；3.由料倉(cāng)輸 送裂解爐熱裂解；4.將熱裂解產(chǎn)物經(jīng)裂解系統(tǒng)除塵器氣固分離；5.將氣固分 離后氣態(tài)生物質(zhì)送精餾洗滌塔精餾洗滌；6.將精餾洗滌塔塔頂排出的氣體經(jīng) 塔頂冷凝器冷凝；7.將氣固分離后的炭粉送炭粉冷卻器冷卻；8.將冷卻后的 炭粉送炭粉除塵器分離，所得炭粉送炭粉貯槽；9.將自精餾洗滌塔塔底排出 的重質(zhì)油經(jīng)塔底冷卻器冷卻后再由回流泵泵出， 一路即產(chǎn)出的秸桿重油，另 一路返回精餾洗滌塔；10.將步驟6冷凝后產(chǎn)生的油氣水送油水分離器分離，
所得秸稈低沸點(diǎn)輕質(zhì)油一路收集產(chǎn)出，另一路再送精餾洗滌塔參與洗滌，所
得水回收；還包括步驟ll.將裂解爐排出的煙氣與流經(jīng)空氣預(yù)熱器的冷空氣 換熱后排出，將流經(jīng)空氣預(yù)熱器的冷空氣加熱送入裂解爐參與裂解。
還包括步驟12.將自空氣預(yù)熱器排出的煙氣經(jīng)煙氣冷卻器冷卻至150°C 以下，再由煙氣引風(fēng)機(jī)送入原料地槽進(jìn)行干燥步驟1和提升步驟2，同時(shí)將 物料間隙中的冷空氣置換出來(lái)以降低進(jìn)入裂解爐的夾帶氣體的含氧量。
炭粉冷卻步驟7為內(nèi)冷式沸騰床冷卻器，以冷卻水和導(dǎo)熱油的兩級(jí)冷凝 冷卻炭粉。冷水被換熱成熱水后可用于生活，冷導(dǎo)熱油被換熱成熱導(dǎo)熱油后 再經(jīng)導(dǎo)熱油冷卻器的水冷卻后熱水亦可作為生產(chǎn)或生活用熱。
自炭粉冷卻器頂部排出的炭粉經(jīng)步驟8炭粉除塵器分離后，夾帶炭粉的 燃?xì)庠偎突亓呀鉅t，以調(diào)整裂解爐用熱。
步驟10由油水分離器分離的不凝燃料氣再經(jīng)不凝氣引風(fēng)機(jī)返回炭粉冷 卻器底部進(jìn)口。塔頂冷凝器以循環(huán)水冷凝，節(jié)約能源。
實(shí)施例1以裝置自產(chǎn)的不凝氣為裂解爐加熱燃料，以熱集成技術(shù)優(yōu)化操 作條件與設(shè)備配置，熱能利用率高，產(chǎn)油率高。它高效、綜合地提高了熱裂 解過(guò)程中的熱能利用率，從而降低生產(chǎn)成本，提高炭、可冷凝氣體(生物燃 油)和可燃?xì)怏w或生物質(zhì)燃料的產(chǎn)出率和質(zhì)量?？蓮V泛應(yīng)用于秸稈以及其它 生物質(zhì)資源的快速熱裂解生產(chǎn)中。
權(quán)利要求
1.一種秸稈快速熱裂解過(guò)程的高效熱能利用方法，包括以下步驟(1)地槽中粉碎秸稈物料的干燥；(2)將干燥物料提升至料倉(cāng)；(3)由料倉(cāng)輸送裂解爐熱裂解；(4)將熱裂解產(chǎn)物經(jīng)裂解系統(tǒng)除塵器氣固分離；其特征在于還包括以下步驟(5)將氣固分離后氣態(tài)生物質(zhì)送精餾洗滌塔精餾洗滌；(6)將精餾洗滌塔塔頂排出的氣體經(jīng)塔頂冷凝器冷凝；(7)將氣固分離后的炭粉送炭粉冷卻器冷卻；(8)將冷卻后的炭粉送炭粉除塵器分離，所得炭粉送炭粉貯槽；(9)將自精餾洗滌塔塔底排出的重質(zhì)油經(jīng)塔底冷卻器冷卻后再由回流泵泵出，一路即產(chǎn)出的秸稈重油，另一路返回精餾洗滌塔；(10)將步驟(6)冷凝后產(chǎn)生的油氣水送油水分離器分離，所得秸稈低沸點(diǎn)輕質(zhì)油一路收集產(chǎn)出，另一路再送精餾洗滌塔參與洗滌，所得水回收；(11)將裂解爐排出的煙氣與流經(jīng)空氣預(yù)熱器的冷空氣換熱后排出，將流經(jīng)空氣預(yù)熱器的冷空氣加熱后送入裂解爐參與裂解。
2. 按照權(quán)利要求1所述的秸桿快速熱裂解過(guò)程的高效熱能利用方法， 其特征在于還包括步驟(12)將自空氣預(yù)熱器排出的煙氣經(jīng)煙氣冷卻器冷卻至 15(TC以下，再由煙氣引風(fēng)機(jī)送入原料地槽進(jìn)行干燥步驟(1)和提升步驟(2),同時(shí)將物料間隙中的冷空氣置換出來(lái)以降低進(jìn)入裂解爐的夾帶氣體的含氧
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的秸稈快速熱裂解過(guò)程的高效熱能利用方 法，其特征在于所說(shuō)的炭粉冷卻步驟(7)為內(nèi)冷式沸騰床冷卻，以冷卻水和導(dǎo) 熱油的兩級(jí)冷凝冷卻炭粉，冷水被換熱成熱水后可用于生活，冷導(dǎo)熱油被換 熱成熱導(dǎo)熱油后再經(jīng)導(dǎo)熱油冷卻器的水冷卻后熱水亦可作為生產(chǎn)或生活用 熱。
4. 按照權(quán)利要求3所述的秸稈快速熱裂解過(guò)程的高效熱能利用方法， 其特征在于自炭粉冷卻器頂部排出的炭粉經(jīng)步驟(8)炭粉除塵器分離后，夾帶 炭粉的燃?xì)庠偎突亓呀鉅t，以調(diào)整裂解爐用熱。
5. 按照權(quán)利要求4所述的秸稈快速熱裂解過(guò)程的高效熱能利用方法， 其特征在于步驟(10)由油水分離器分離的不凝燃料氣再經(jīng)不凝氣引風(fēng)機(jī)返回 炭粉冷卻器底部進(jìn)口。
全文摘要
一種秸稈快速熱裂解過(guò)程的高效熱能利用方法。包括干燥；提升；裂解；氣固分離；精餾洗滌；精餾洗滌排出氣體冷凝；氣固分離后炭粉冷卻；冷卻后的炭粉分離；精餾洗滌后重質(zhì)油經(jīng)冷卻后泵出，一路產(chǎn)出秸稈重油，另一路返回精餾洗滌；將冷凝后的油氣水油水分離，低沸點(diǎn)輕質(zhì)油一路收集產(chǎn)出，另一路再送精餾洗滌；將裂解爐排出的煙氣與空氣預(yù)熱器的冷空氣換熱，冷空氣加熱后送入裂解爐?？諝忸A(yù)熱器排出的煙氣冷卻至150℃以下，再送入干燥步驟(1)和提升步驟(2)等步驟。它能高效、綜合地提高熱裂解過(guò)程中的熱能利用率，從而降低生產(chǎn)成本，提高炭、可冷凝氣體和可燃?xì)怏w或生物質(zhì)燃料的產(chǎn)出率和質(zhì)量?？蓮V泛應(yīng)用于秸稈快速熱裂解生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C10B53/02GK101613613SQ200910158219
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者丁赤民, 李建隆 申請(qǐng)人:丁赤民;李建隆