生物质热解制油的方法
【专利摘要】本发明公开了一种生物质热解制油的方法，包括以下步骤：（1）将生物质原料粉碎，干燥；（2）干燥石英砂；（3）将石英砂装入流化床中；（4）控制流化床温度，以预热氮气或回收气为载气持续吹扫流化床，使流化床内为无氧气氛，控制压力；（5）通过螺旋给料器并同时通入氮气为吹料风将生物质原料颗粒通入流化床内发生热解反应，使物料呈流化状态；（6）热解反应的产物经旋风分离器分离出残炭渣后进入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝气体；不可凝气体一部分经气体燃烧器燃烧，用于流化床加热和预热器加热，另一部分作为回收气。本发明的方法可用于处理所有农业废弃物；生物油产率较高。副产物不可凝气体可回收利用。无废渣、废水、废气排放。
【专利说明】生物质热解制油的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物质资源能源化利用【技术领域】，尤其涉及通过快速热解方法将秸杆、稻壳、甘蔗渣等农业废弃物类生物质资源转化为生物油的方法。
【背景技术】
[0002]当今社会，随着人口的膨胀以及工业化进程的加快，对能源产生了巨大需求，造成化石能源的大规模开采利用，导致化石能源的日益削弱、退化，同时还造成了严重的环境污染，使人与自然的和谐平衡遭到了极大的破坏，威胁着经济社会的良性发展。因此，在当今这种化石能源逐渐枯竭、环境压力日益加重、石油需求不断上涨以及世界能源争夺战愈演愈烈的情况下，全球各国纷纷都在寻求和开发可再生能源。生物质能的开发和利用是可再生能源研究领域的热点之一，它是指以生物质为载体的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量形式。生物质通过快速热解的工艺方法可生产用于替代化石燃料的生物油产品，同时副产炭产品及高热值生物质燃气。生物油作为唯一一种可再生、清洁的替代液体燃料，通过油品精制工艺生产运输用替代燃料，它的开发和利用不仅避免了因秸杆燃烧污染环境的问题，对优化能源结构、节能减排、保障能源安全也有着重要意义，
[0003]农业废弃物类生物质资源以秸杆、稻壳、甘蔗渣等为主，其快速热解技术以生产生物油为主要目的。该工艺过程在常压高温、密闭隔氧、高加热速率的条件下进行，通过急冷技术收集生物油产品，生产过程中伴有气体、炭颗粒等副产品生成。生物油的直接燃料用途为锅炉用或发电机用燃料；也可作为化工品原料用于提取糠醛、丙酮、苯酚等高附加值化工产品；其经升级改质工艺还可成为运输用燃料，作为化石燃油的替代品。
[0004]目前所有报道的研究成果显示，生物油的生产方法都是基于热解的原理。生物油生产设备通常由原料预 处理设备、产油反应器、气固分离设备、冷凝设备等四个主要部分组成。原料预处理设由粉碎机和烘干机组成。对于产油反应器，现有文献显示，国内外研究人员开发并利用的反应器有固定床反应器、流化床反应器、旋转锥反应器、烧蚀反应器、下降管式反应器、平行管式反应器、回转窑反应器等，这些反应器都可用于生产生物油，但由于各反应器的制造结构、进料方式、传热方式、加热方式以及需要控制的反应参数不同，造成了其具有不能连续进料、不能对原料快速加热，不能快速导出热解产生的高温油气等硬性技术缺陷，影响其产油性能；气固分离装置通常采用旋风分离器，用于分离热解气体和残炭；冷凝设备用于收集生物油，其设计是否达到骤冷的效果，会直接影响生物油的产率。
[0005]作为新能源及可再生能源工业，生物油的生产工艺必须满足性能稳定、节能减排、清洁高效的连续生产要求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种运行可靠、性能稳定的生物质热解制油的方法。[0007]本发明的技术方案概述如下:
[0008]生物质热解制油的方法，包括以下步骤:
[0009]( I)将生物质原料粉碎成粒径小于20目的颗粒，干燥使其含水量低于5wt%，防潮保存；
[0010](2)干燥粒径在20目-50目的石英砂使其含水量小于0.lwt% ；
[0011](3)将步骤(2)获得的石英砂装入流化床中；
[0012](4)控制流化床温度为480~580°C，以经预热器预热至250_350°C的氮气或回收气为载气持续吹扫流化床，使流化床内为无氧气氛，压力控制在0.1~0.2MPa ；
[0013](5)通过螺旋给料器并同时通入氮气为吹料风将步骤(1)获得的生物质原料颗粒通入流化床内发生热解反应，所述吹料风与载气的流量比为1:4-5，使物料呈流化状态；
[0014](6)热解反应的产物经旋风分离器分离出残炭渣后进入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝气体；不可凝气体一部分经气体燃烧器燃烧，用于流化床加热和预热器加热，另一部分作为回收气。
[0015]生物质原料为秸杆、稻壳、甘蔗渣、玉米芯、芦竹、微藻、椰子壳或木屑。
[0016]冷凝器冷流介质的温度优选为-5~I (TC。
[0017]优选的是螺旋给料器外表面设置有冷却水夹套。
[0018]优选的冷凝器为盘管式冷凝器。
`[0019]本发明的优点:
[0020]1.本发明的方法可用于处理所有农业废弃物类生物质，如秸杆、稻壳、甘蔗渣等，也可处理各种农业废弃物的混合物,对原料的适应性强。
[0021]2.本发明的方法生物油产率可达到55wt%~65wt%。
[0022]3.在螺旋给料器外表面最好设置有冷却水夹套，解决了生物质原料受热易粘结堵塞管道的技术问题。
[0023]4.优选的冷凝器为盘管式冷凝器，其具有换热面积大、换热效率高的特点，实现急冷的技术要求，保证了生物油的高产率。
[0024]5.本发明的方法，将副产物不可凝气体燃烧给流化床和预热器提供热量；不可凝气体还可以经循环回收作为载气。
[0025]6.本发明的方法无废洛、废水、废气等污染物排放,属于节能环保工艺。
[0026]7.本发明的方法仅在开工阶段消耗化石能源给反应器加热以及利用氮气作为载气，工艺流程稳定后用回收气，以自供给方式运行。
【具体实施方式】
[0027]下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明。此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，但并不限定本发明的保护范围。
[0028]实施例1
[0029]生物质热解制油的方法，包括以下步骤:
[0030]( I)将芦竹粉碎成粒径小于20目的颗粒，干燥使其含水量低于5wt%，防潮保存；
[0031](2)干燥粒径在50目的石英砂使其含水量小于0.lwt% ；
[0032](3)将步骤(2)获得的石英砂装入流化床中；[0033](4)控制流化床温度为480°C，以经预热器预热至350°C的氮气为载气持续吹扫流化床，使流化床内为无氧气氛，压力控制在0.1MPa ；
[0034](5)通过螺旋给料器并同时通入氮气为吹料风将步骤(1)获得的芦竹颗粒通入流化床内发生热解反应，吹料风与载气的流量比为1:4，使物料呈流化状态；
[0035](6)热解反应的产物经旋风分离器分离出残炭渣后进入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝气体；不可凝气体一部分经气体燃烧器燃烧，用于流化床加热和预热器加热，另一部分作为回收气替代步骤(4)中的氮气。冷凝器冷流介质的温度为_5°C。
[0036]还可以在螺旋给料器外表面设置有冷却水夹套。冷凝器为盘管式冷凝器。
[0037]用麦秸杆、玉米芯、椰子壳或木屑替代实施例1的芦竹，其它同实施例1，可以制备出生物油。
[0038]实施例2[0039]生物质热解制油的方法，包括以下步骤:
[0040]( I)将稻壳粉碎成粒径小于20目的颗粒，干燥使其含水量低于5wt%，防潮保存；
[0041](2)干燥粒径在30目的石英砂使其含水量小于0.lwt% ；
[0042](3)将步骤(2)获得的石英砂装入流化床中；
[0043](4)控制流化床温度为500°C，以经预热器预热至300°C的氮气为载气持续吹扫流化床，使流化床内为无氧气氛，压力控制在0.1MPa ；
[0044](5)通过螺旋给料器并同时通入氮气为吹料风将步骤(1)获得的稻壳颗粒通入流化床内发生热解反应，吹料风与载气的流量比为1:4，使物料呈流化状态；
[0045](6)热解反应的产物经旋风分离器分离出残炭渣后进入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝气体；不可凝气体一部分经气体燃烧器燃烧，用于流化床加热和预热器加热，另一部分作为回收气替代步骤(4)中的氮气。冷凝器冷流介质的温度为0°C。
[0046]还可以在螺旋给料器外表面设置有冷却水夹套。冷凝器为盘管式冷凝器。
[0047]用氮气替代步骤(4)的回收气为载气，其它同本实施例，能够制备出生物油和不可凝气体；
[0048]实施例3
[0049]生物质热解制油的方法，包括以下步骤:
[0050]( I)将甘蔗渣粉碎成粒径小于20目的颗粒，干燥使其含水量低于5wt%，防潮保存；
[0051](2)干燥粒径在40目的石英砂使其含水量小于0.lwt% ；
[0052](3)将步骤(2)获得的石英砂装入流化床中；
[0053](4)控制流化床温度为540°C，以经预热器预热至280°C的氮气为载气持续吹扫流化床，使流化床内为无氧气氛，压力控制在0.2MPa ；
[0054](5)通过螺旋给料器并同时通入氮气为吹料风将步骤(1)获得的甘蔗渣颗粒通入流化床内发生热解反应，吹料风与载气的流量比为1:5，使物料呈流化状态；
[0055](6)热解反应的产物经旋风分离器分离出残炭渣后进入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝气体；不可凝气体一部分经气体燃烧器燃烧，用于流化床加热和预热器加热，另一部分作为回收气替代步骤(4)中的氮气。冷凝器冷流介质的温度为5°C。
[0056]实施例4
[0057]生物质热解制油的方法，包括以下步骤:[0058](I)将微藻粉碎成粒径小于20目的颗粒，干燥使其含水量低于5wt%，防潮保存；
[0059](2)干燥粒径在20目的石英砂使其含水量小于0.lwt% ；
[0060](3)将步骤(2)获得的石英砂装入流化床中；
[0061](4)控制流化床温度为580°C，以经预热器预热至250°C的氮气为载气持续吹扫流化床，使流化床内为无氧气氛，压力控制在0.2MPa ；
[0062](5)通过螺旋给料器并同时通入氮气为吹料风将步骤(1)获得的生物质原料颗粒通入流化床内发生热解反应，吹料风与载气的流量比为1:5，使物料呈流化状态；
[0063](6)热解反应的产物经旋风分离器分离出残炭渣后进入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝气体；不可凝气体一部分经气体燃烧器燃烧，用于流化床加热和预热器加热，另一部分作为回收气替代步骤(4)中的氮气。
[0064]冷凝器冷流介质的温度为10°C。
[0065]各实施例制备的生物油具有以下特征见表1:
[0066]表1生物油典型特征
[0067]
【权利要求】
1.生物质热解制油的方法，其特征是包括以下步骤: (1)将生物质原料粉碎成粒径小于20目的颗粒，干燥使其含水量低于5wt%，防潮保存； (2)干燥粒径在20目-50目的石英砂使其含水量小于0.lwt% ； (3)将步骤(2)获得的石英砂装入流化床中； (4)控制流化床温度为480~580°C，以经预热器预热至250-350°C的氮气或回收气为载气持续吹扫流化床，使流化床内为无氧气氛，压力控制在0.1~0.2MPa ； (5)通过螺旋给料器并同时通入氮气为吹料风将步骤(1)获得的生物质原料颗粒通入流化床内发生热解反应，所述吹料风与载气的流量比为1:4-5，使物料呈流化状态； (6)热解反应的产物经旋风分离器分离出残炭渣后进入冷凝器冷凝得到生物油和不可凝气体；不可凝气体一部分经气体燃烧器燃烧，用于流化床加热和预热器加热，另一部分作为回收气。
2.根据权利要求1所述的生物质热解制油的方法，其特征是所述生物质原料为秸杆、稻壳、甘蔗渣、玉米芯、芦竹、微藻、椰子壳或木屑。
3.根据权利要求1所述的生物质热解制油的方法，其特征是所述冷凝器冷流介质的温度为-5~10°C。
4 .根据权利要求1所述的生物质热解制油的方法，其特征是螺旋给料器外表面设置有冷却水夹套。
【文档编号】C10G1/00GK103849410SQ201410078694
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】陈冠益, 马文超, 颜蓓蓓, 陈鸿, 张枭雄, 杨会军 申请人:天津大学