一种微波热解制生物油和活性炭的系统的制作方法_2

文档序号:8245982阅读:来源:国知局
0°C,热解压力0.θΓθ.1MPa,流化气速率为0.05?0.15m/s,流化气与喷动气速率之比为1:广1:4。
[0021]本发明方法中,初始阶段的流化气和喷动气完全由氮气提供,热解过程中的流化气和喷动气由氮气和热解气经燃烧后的部分燃烧气共同提供,二者比例根据实际需要进行调节。
[0022]本发明方法中,所述的床料呈局部喷动流化状态的流化气速率为0.0Γ0.lm/s,流化气与喷动气速率之比为1:广1:10。
[0023]本发明方法中,所述的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°C )和冷却液冷(5?10°C ),依次得到重质油、中轻质油和挥发油。
[0024]本发明方法中,燃烧器中的热解气与助燃气之比在1:0.5?1:2,其中助燃气为含氧气体,氧气在气相中的体积分数为40°/Γ?00%,可以为纯氧气、空气、氧气与氮气的混合物或氧气与惰性气体的混合物中的一种,优选空气。
[0025]本发明方法中,微波活化反应器中活性炭制备条件:微波功率密度为0.1XlO5?I X 105w/m3,活化温度为50(T900°C,活化气体流量为0.05?0.5L/min,活化时间为15?30分钟。
[0026]根据本发明方法得到的活性炭产品的比表面积为70(T3500m2/g,孔容为0.4?2cm3/g。
[0027]本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、生物质热解采用微波加热的导向喷动流化床,导向喷动流化床兼具“喷动”和“流化”的流态化特性既克服了传统喷动床环隙区内气固两相接触差和高床层下喷动不稳定的缺点,又避免流化床内易分层或节涌的缺点,基本消除了环隙区底部“死区”的出现及易黏结颗粒的团聚;由于床料是微波吸收介质能够迅速升温并使生物质受热分解,而微波独特热效应也会使较大颗粒的生物质吸收微波后升温分解,同时床内较大速度气流形成的内循环作用能够进一步强化床内的传热和传质过程,温度场分布更加均匀,加快热解气分离开床体,降低二次裂解,使得微波喷动流化床也能够处理较大的颗粒物料,克服了流化床处理颗粒物料粒径小的局限,而且微波热解床壁温度显著低于传统流化床,有利于降低生物质在床壁结焦以及降低能耗。
[0028]2、采用微波制备活性炭,活化温度低且短,活化效率高。将热解气燃烧后得到高温气体一部分作为活化气用来制备活性炭,由于活化气由CO2和N2组成,制得的活性炭产品质量高而且品质稳定,而将活化气返回燃烧器,不仅使活化气能够循环使用,而且活化过程中产生的挥发性可燃气体可作为热解气的补充,提供新的活化气源,满足活化气消耗。
[0029]3、使用活化后的活性炭作为热源预热喷动气和流化气,同时与部分燃烧气混合可直接通入喷动流化热解床,无需外源性气体预热系统,而且喷动气和流化气中富含的CO2有利于生物质热解过程中氧元素更多以CO2形式释放,从而降低生物油中的含氧量。
[0030]4、将微波加热的导向喷动流化床与微波活化床组合使用得到的生物油收率高,活性炭品质好,而且使热解、炭化和活化过程连续进行,工艺集成度高,能耗低,有良好的工业应用前景。
【附图说明】
[0031]图1生物质微波热解制生物油和活性炭的系统。
[0032]其中A喷动流化床、B气体导向管、C微波石英窗口、D微波发生器、E旋风分离器、F焦炭储料仓、G电动阀门、H气体燃烧器、I微波活化反应器、J活化气回路、K活性炭冷却塔、Lf L3多级冷凝、M为法兰盘、P锥形气体分布板、Ql喷动气入口、Q2流化气入口。
【具体实施方式】
[0033]下面结合【附图说明】和实施例对本发明方案进行详细说明,但本发明不受下述实施例的限制。
[0034]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A的微波发生器D,由喷动气入口 Ql通入喷动气、流化气入口 Q2通入流化气,喷动气经气体导向管B、流化气经气体分布板P分别进入床层,使反应器内的床料呈局部喷动流化状态,同时床料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,温度平衡后,将生物质原料通过螺旋推动由送入导向喷动流化床内,生物质原料发生热解,产生热解气和部分焦炭被带出流化床,进入旋风分离器E进行气固分离,热解气由旋风分离器顶部的出气口经管路进入冷凝器Lf L3,分别收集不同沸程的生物油,焦炭由旋风分离器底部进入焦炭储料仓;不可凝的热解气体进入气体燃烧器H中,点火燃烧,生成高温燃烧气,经出气管路分为两路,一路进入微波活化反应器作为活化气用于焦炭的微波活化,另一路经流化气和喷动气管路进入反应器;通过切换F两端的电动阀门G来控制焦炭颗粒向微波活化反应器I的连续进料,焦炭进入微波活化反应器I,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,活化气经活化气回路J返回至气体燃烧器H;活化后的活性炭产品送到活性炭冷却塔K,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导向喷动流化床A。
[0035]实施例1
开启导向喷动流化床的微波发生器D (10个微波窗口),微波功率密度为10X105W/m3,从喷动气入口 Ql和流化气入口 Q2分别弓I入喷动气(其中喷动气从气体导向管B中导出)、流化气(经气体分布板M,孔径0.2mm,开孔率10%)使反应器内的床料呈局部喷动流化状态,流化气速率为0.lm/s,喷动气速率为0.15m/s,同时床料碳化娃(0.5mm)吸收微波迅速升温,然后将少量木屑(5_)送入反应器内与碳化硅发生传热传质作用使反应器A温度达到热解温度500°C,此时将喷动气速率调至0.3m/s,微波功率密度降低至5X 105W/m3。待温度达到平衡后,将木屑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,产生的热解气体和部分焦炭被带出床,焦炭通过旋风分离器E得到收集,而热解气体则进入多级冷凝系统Lf L3,分别收集不同沸程的生物油,生物油收率72.7%。不可凝的热解气体则进入气体燃烧器H燃烧,热解气与空气之比为1: 1,得到的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由气体管路进入热解反应器。从旋风分离器E收集的焦炭连续送入焦炭储料仓F,通过切换F两端的电动阀门G来控制焦炭颗粒向微波活化反应器I的连续进料。焦炭颗粒在微波和活化气(来自于燃烧器)双重作用下迅速升温至900°C,微波功率密度为lX105W/m3,活化气流量为0.lL/min,活化时间30min。活性炭产品比表面积3500m2/g,孔容2cm3/g。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,而预热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。
[0036]实施例2
开启导向喷动流化床的微波发生器D (10个微波窗口),微波功率密度为1XlO5W/m3,从喷动气入口 Ql和流化气入口 Q2 (其中喷动气从气体导向管B中导出)、流化气(经气体分布板M,孔径0.2mm,开孔率10%)使反应器内的床料呈局部喷动流化状态,流化气速率为0.15m/s,喷动气速率为0.25m/s,同时床料氮化硅(0.5mm)吸收微波迅速升温,然后将少量木屑(1mm)送入反应器内与氮化硅发生传热传质作用使反应器A温度达到热解温度550°C,此时将喷动气速率调至0.4m/s,微波功率密度降低至8X 105W/m3。待温度达到平衡后,将木屑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,产生的热解气体和部分焦炭被带出床,焦炭通过旋风分离器E得到收集,而热解气体则进入多级冷凝系统Lf L3,分别收集不同沸程的生物油,生物油收率70.5%。不可凝的热解气体则进入气体燃烧器H燃烧,热解气与空气之比为1:0.5,得到的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由气体管路进入热解反应器。从旋风分离器E收集的焦炭连续送入焦炭储料仓F,通过切换F两端的电动阀门G来控制焦炭颗粒向微波活化反应器I的连续进料。焦炭颗粒在微波和活化气(来自于燃烧器)双重作用下迅速升温至600°C,微波功率密度为0.5 X 105W/m3,活化气流量为0.5L/min,活化时间15min。活性炭产品比表面积1200m2/g,孔容1.1cmVg0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
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