一种微波热解制生物油和活性炭的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微波热解制生物油和活性炭的系统。
【背景技术】
[0002]生物质来源广泛，储量丰富、价格低廉以及可再生，而且作为唯一能转化为液体燃料的可再生能源，利用过程产生的二氧化碳排放量为零，环境友好，是一种绿色环保的可再生能源。生物质裂解转化而来的液体生物油基本上不含硫、氮和金属成分,气体富含co、h2、CH4等可燃性组分，而固体则是一种生物质半焦。
[0003]目前生物质快速裂解技术可以获得很高的液体收率，但组成复杂、含氧量高，而且热值较低、酸性强，需要进一步的加氢脱氧。热解气体需经过气化、重整、脱焦、分离纯化等步骤才能得到满足工业应用的气体燃料。固体质地疏松，颗粒均匀，从外观看是一种制备生物质活性炭的良好材料，但仍需进行造孔活化才能制得活性炭产品。由此可见，基于生产单一产品的生物质利用技术都存在生产成本偏高和经济适用性差的问题。如何高效综合利用生物质热解气液固产物是降低生物燃料生产成本，实现生物能源产业化的关键。
[0004]CN201110067027.9公开了一种农作物秸杆制取木炭活性炭可燃气生物油的制作方法。将粉碎压制成型的秸杆经过热解、炭化、活化过程制作秸杆活性炭，同时热解过程产生的挥发分进行冷凝回收得到可燃气和生物油。
[0005]CN201210581881.1公开了一种废弃人造板热解多联产综合利用方法，将经过破碎、筛选等预处理粗料送入慢速热解器进行炭化，再将得到的细料送入快速热解反应器进行热解反应，反应产物经过气固分离后得到生物炭和热解蒸汽，生物炭经过活化制备活性炭，热解蒸汽经过冷凝后得到生物油和不可冷凝燃气。上述专利方法的重点是基于开发活性炭产品，生物油气更多是作为副产品，这对于开发生物质油气资源来说是极为不利的。
[0006]CN201010159906.X公开利用城市污泥低温热解同时制备生物油和活性炭的方法，首先将原料送入流化床热解，然后旋风分离捕集落下来的热解炭，并通过落料管、回料器和返料管返回热解反应器进行循环，热解炭经过多次循环后成为活性炭并随热解气进入陶瓷过滤器被捕集，排出的热解气冷凝回收生物油。该方法采用流化床虽然提高了生物油的收率，但制备活性炭存在单位产品能耗相对较高、热利用效率低的问题，而且回用热解气作为活化气，活性炭产品质量难以保障。
[0007]CN201110185346.X公开了一种生物质热解炼制-分级定向转化的方法。采用梯度升温和分布收集的方法实现产物的定向转化。其中，水溶性热解油用于发酵，脂溶性热解油精制高品质生物油，热解渣制备活性炭或纳米二氧化硅。但这种梯度升温是一种中慢速热解，会影响生物油收率，而且水溶性热解油采用生物转化的方法，造成设备复杂、流程繁复等问题。
【发明内容】
[0008]针对现有技术不足，本发明提供了一种微波热解制生物油和活性炭的系统，该系统生物质热解率高，能够得到高收率生物油和高品质的活性炭产品，具有良好应用前景。
[0009]本发明的微波热解制生物油和活性炭的系统，包括微波热解反应器、旋风分离器、冷凝器、焦炭储料仓、微波活化反应器、气体燃烧器、活性炭冷却塔和氮气发生器；微波热解反应器通过管路与旋风分离器连接，旋风分离器顶部的出气口与冷凝器连接，旋风分离器底部与焦炭储料仓连接；焦炭储料仓底部与微波活化反应器物料进口连接，微波活化反应器物料出口通过管路与活性炭冷却塔的进料口连接，微波活化反应器上的出气口通过管路与燃烧器进气管路连接；冷凝器出气口通过管路与燃烧器相连，燃烧器的出气管路分为两路，一路与微波活化反应器连接，另一路与微波热解反应器的流化气和喷动气管路连接；活性炭冷却塔进气口与氮气管路相连，出气口通过管路并入流化气和喷动气管路，活性炭冷却塔底部设置物料出口。
[0010]本发明系统中，微波热解反应器采用导向喷动流化床，在流化床壁设置一定数量的微波石英窗口，每个窗口对应一个微波发生器，单个微波发生器的功率为50(T2000W,根据反应器的容积等情况设置具体的窗口数量，一般设置Γ16个，保证反应器内的功率密度在0.1XlO5?1X 105W/m3;微波热解反应器下部设置法兰盘，用于法兰盘固定导向管和连接微波热解反应器上下两部分，法兰盘下部设置锥形气体分布板，竖直向上均匀布孔；锥形气体分布板底端连接喷动气入口，两侧连接流化气入口 ；反应器连接生物质螺旋加料器，通过螺旋推送的方式进料。
[0011]本发明系统中，焦炭储料仓采用分段式结构，一般设置2?4段，每段的顶部和底部都设置电动阀门，通过阀门的切换来控制焦炭颗粒的在微波活化器中的连续进料。
[0012]本发明系统中，冷凝器采用多级冷凝，冷凝方式分别为空冷(10(T15(TC)、水冷(25?50 V )和冷却液冷(5?10°C )，依次得到重质油(馏程:>200 °C )、中轻质油(馏程:80-200°C)和挥发油(馏程:80°C)。重质油可进一步通过加氢裂化得到汽柴油馏分，中轻质油和挥发油可用于提取制备化学品。
[0013]本发明系统中，热解生成的不可凝热解气含有C0、H2、CxHy等可燃气体，进入燃烧器中进行点火燃烧，燃烧器底部设置进气口，可以通入含氧气体，如空气、氧气等进行助燃，不可凝热解气与助燃气之比在1:0.5^1:2。燃烧得到的气体温度可达900°C，一部分作为微波活化气，一部分作为喷动气和流化气的气源。
[0014]本发明系统中，微波活化反应器设置等径螺杆，所述螺杆为等螺距、等深槽的圆柱体，采用螺旋进料的方式，微波活化温度为50(T90(TC ;燃烧器的高温气体作为微波活化气通入微波活化反应器内，活化过程产生的挥发性可燃气体连同未反应的活化气一起通过管路回到燃烧器，提供新的活化气源。活化过程中控制活化气的气体流量在0.05、.5L/min之间。由于微波独特的加热方式，焦炭的扩孔活化时间显著降低，通过调节反应器内的螺旋推动转速来控制焦炭的活化时间；其中所述的挥发性可燃气体含有CO、CxHy, H2等气体。
[0015]本发明系统中，活化后的活性炭产品送到活性炭冷却塔，此时活性炭温度仍高达400^500V，通过氮气的反复循环冷却使活性炭降温至100°C以下出料，而经热交换的氮气与部分燃烧气混合后可直接作为喷动气和流化气送入微波热解反应器。
[0016]本发明的微波热解制生物油和活性炭的系统的操作方法如下:开启导向喷动流化床的微波加热装置，通入喷动气、流化气使反应器内的床料呈局部喷动流化状态，同时通过床料的吸收微波迅速升温，达到热解温度，将喷动气、流化气速率调到设定值，待温度达到平衡后，将生物质原料通过螺旋推动送入导向喷动流化床内，使生物质原料迅速受热裂解，产生热解气和部分焦炭被带出流化床，焦炭通过旋风分离器得到收集，而热解气体则进入多级冷凝系统，分别收集不同沸程的生物油，供下一步的生物油精制和开发利用；不可凝的热解气体进入燃烧器中，点火燃烧，生成高温燃烧气，一部分作为活化气用于焦炭的微波活化，一部分作为喷动气和流化气的气源由管路进入反应器；从旋风分离器收集的焦炭连续送入焦炭储料仓，来控制焦炭颗粒的连续微波活化，焦炭颗粒进入微波活化反应器吸收微波后迅速升温，并在活化气氛围下，于一定的活化温度和时间内制备活性炭产品，活化过程产生的挥发性气体连同未反应活化气一起通过管路回到燃烧器，提供新的活化气源；活化后的活性炭产品送到活性炭冷却塔，通过氮气的反复循环冷却使活性炭降温至100°C以下出料，预热的氮气与部分燃烧气混合后直接作为喷动气和流化气送入微波热解反应器。
[0017]本发明方法中，达到热解温度后，优选将少部分生物质原料送入反应器内进行预热，待温度达到平衡后，再将剩余生物质原料送入反应器。
[0018]本发明方法中，所述的床料为具有较高机械强度和摩擦系数的陶瓷类微波吸收介质，包括SiC, SiN, S1-C-N, Μο/Α1Ν等，密度为3?4g/cm3，颗粒大小0.1?1.0mm,优选0.2^0.5mm。
[0019]本发明方法中，所述生物质原料为玉米秸杆、稻壳、麦杆、木块、树叶或树枝等任何含有木质纤维素的生物质；原料形状可以是包括片材、圆形、圆柱、锥形、长方体等任何形状的生物质，原料最大方向尺寸不超过20mm,优选0.5mnTl0mm。
[0020]本发明方法中，所述的导向喷动流化床中的热解条件:微波功率密度为0.1XlO5?1X 105W/m3，热解温度为45(T55