一种利用铜钙基化合物的生物质热解装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用铜钙基化合物的生物质热解装置及方法，包括：将生物质、钙基吸收剂、铜基载氧体加入热解反应器热解反应，产物气固分离后，固体混合物经返料装置进入还原反应器；还原反应器内还原反应产物经过气固分离后，捕捉下来的固体混合物分为两部分，一部分返回热解反应器，另一部分进入氧化反应器；氧化反应器内，氧化反应产物经过气固分离后，捕捉下来的固体混合物经返料装置进入还原反应器。本发明方法通过生物质、钙基吸收剂、铜基载氧体在三个反应器内不断循环反应，实现了生物质热解过程中CO2的捕获，有利于减少温室气体的排放。
【专利说明】
一种利用铜钙基化合物的生物质热解装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及能源与环境保护交叉技术领域，具体涉及一种利用Cu/Ca基氧载体的生物质热解装置及方法。
【背景技术】
[0002]生物质热解是指将生物质在无氧或者缺氧状态下加热，使之成为气态、液态或者固态可燃物质的化学分解过程。热解炉作为热解系统最为重要的部分之一，根据其结构的不同可以分为固定床、移动船、流化床和旋转窑，其中流化床热解装置又可以分为单塔式和双塔循环式。
[0003]双塔循环式热解装置由热解炉和燃烧炉两个部分并联组成，两者之间通过密封返料阀相连，一般采用石英砂作为热媒介。生物质在热解炉中热解，所需热量由热解产生的炭及焦油在燃烧塔内燃烧供给。热解炉中产生的气体经过冷却洗涤后，作为产品气体进行后续利用;而燃烧炉所产生的烟气经净化后直接排入大气。
[0004]传统的双塔循环式生物质热解方式存在一定的问题，燃烧炉所产生的烟气中含有大量CO2，这部分气体的直接排放对环境造成一定影响。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明目的是提供一种利用Cu/Ca基化合物的生物质热解方法及装置，以解决传统的生物质热解工艺的不足，实现生物质热解过程中CO2的捕获，有利于减少温室气体的排放。
[0006]技术方案:一种利用铜钙基化合物的生物质热解方法，包括如下步骤:
[0007]步骤一、将生物质、钙基吸收剂、铜基载氧体的混合物加入热解反应器循环热解气为载气/流化介质条件下进行热解反应，热解反应产物经过气固分离后，捕捉下来的固体混合物经第一返料装置进入还原反应器;所述钙基吸收剂的有效成分为CaCO3;所述铜基载氧体的活性成分为CuO;
[0008]步骤二、还原反应器内以CO2为载气/流化介质条件下进行还原反应；
[0009]步骤三、还原反应产物经过气固分离后，捕捉下来的固体混合物分为两部分，一部分经第二返料装置返回热解反应器参与热解反应，另一部分经第三返料装置进入氧化反应器进行氧化反应;反应气体混合物一部分经烟道进入净化装置净化，另一部分重新返回热解反应器作为载气/流化介质对循环热解气进行补充；
[0010]步骤四、氧化反应器内，物料在空气为载气/流化介质条件下进行氧化反应，氧化反应产物经过气固分离后，捕捉下来的固体混合物经第四返料装置进入还原反应器参与反应，底渣排出。
[0011]步骤一热解反应温度为650 °C?700 °C。
[0012]步骤二还原反应温度为900°C?950°C。
[0013]步骤四氧化反应温度为800?850°C。
[0014]步骤一所述的钙基吸收剂和铜基载氧体分别加入反应器内，或做成复合颗粒加入反应器内。
[0015]所述的钙基吸收剂为CaCO3或以CaCO3为主要成分的天然矿物或废弃物;所述铜基载氧体为CuO、以CuO为主要成分的天然矿石或以CuO为主要成分的天然矿石与惰性载体的混合物。
[0016]—种用于所述的利用铜钙基化合物的生物质热解方法中的装置，包括热解反应器、还原反应器、氧化反应器及第一返料装置、第二返料装置、第三返料装置、第四返料装置；
[0017]所述装置的连接关系为:热解反应器通过第一返料装置与还原反应器相连;还原反应器通过第二返料装置与热解反应器相连，通过第三返料装置与氧化反应器(3)相连;氧化反应器通过第四返料装置与还原反应器相连。
[0018]所述热解反应器、还原反应器及氧化反应器为流化床式反应器、固定床或者移动床反应器。
[0019]所述第一返料装置、第二返料装置、第三返料装置、第四返料装置为电动密封阀或者以CO2为流化介质的气动密封返料阀。
[0020]有益效果
[0021]1、采用本发明方法实现了生物质热解过程中CO2的捕获，有利于减少温室气体的排放。
[0022]2、采用本发明装置，实现了能源的梯级利用。
【附图说明】
[0023]图1为实施例1发生反应的流程示意图。
[0024]图2为实施例2所述装置示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均处于本发明的保护范围之中。
[0026]—种利用Cu/Ca基氧载体的生物质热解方法，包括如下步骤:
[0027]步骤一、将生物质、钙基吸收剂、铜基载氧体的混合物加入热解反应器，在650?700°C、循环热解气为载气/流化介质条件下进行反应，热解反应器产物经过气固分离后，捕捉下来的固体混合物经返料装置进入还原反应器；
[0028]步骤二、还原反应器内，物料在900°C?950°C、CO2为载气/流化介质条件下进行反应；
[0029]步骤三、还原反应器产物经过气固分离后，捕捉下来的固体混合物分为两部分，一部分经返料装置返回热解反应器，另一部分经返料装置进入氧化反应器；
[0030]步骤四、氧化反应器内，物料在800?850°C、空气为载气/流化介质条件下进行反应，氧化反应器产物经过气固分离后，捕捉下来的固体混合物经返料装置进入还原反应器。
[0031]步骤一所述钙基吸收剂为CaCO3或以CaCO3为主要成分的天然矿物或废弃物;所述铜基载氧体为CuO、以CuO为主要成分的天然矿石或以CuO为主要成分的天然矿石与惰性载体的混合物。
[0032]步骤一所述的钙基吸收剂和铜基载氧体既可以分别加入反应器内，也可以做成复合颗粒加入反应器内。
[0033]实现上述Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO2的装置，包括热解反应器、还原反应器、氧化反应器及多个返料装置；
[0034]所述装置的连接关系为:热解反应器通过返料装置与还原反应器相连;还原反应器通过返料装置分别于与热解反应器和氧化反应器相连;氧化反应器通过返料装置与还原反应器相连；
[0035]上述装置中热解反应器、还原反应器及氧化反应器可以为流化床式反应器或者其他形式的反应器;各个反应器之间的返料装置可以为电动密封阀或者以CO2为流化介质的气动密封返料阀。
[0036]实施例1
[0037]—种利用Cu/Ca基氧载体的生物质热解的方法，如图1所示，包括如下步骤:
[0038]步骤一、将生物质、钙基吸收剂、铜基载氧体的混合物加入流化床式热解反应器，在650?700°C、循环热解气为流化介质的条件下进行反应。
[0039]钙基吸收剂为CaCO3或以CaCO3为主要成分的天然矿物或废弃物；铜基载氧体为CuO、以CuO为主要成分的天然矿石或以CuO为主要成分的天然矿石与惰性载体的混合物。钙基吸收剂和铜基载氧体既可以分别加入反应器内，也可以做成复合颗粒加入反应器内。
[0040]流化床式热解反应器主要发生以下反应:B1mass—Volatile+B1char、Ca0+C02—CaC03;Ca0碳酸化反应所释放的反应热以及从还原反应器返回到热解反应器的固体物料显热为生物质热解提供热量；
[0041]步骤二、反应生成的混合物经旋风分离器分离，反应气体混合物主要成分为⑶2和挥发分，一部分经烟道进入净化装置，另一部分作为流化风重新返回热解反应器;反应固体混合物主要为生物质焦、CaC03、Cu和灰渣，经密封返料阀进入流化床式煅烧反应器，在900?950°C、C02作为流化介质的条件下进行反应;密封返料阀为单向控制返料的密封返料阀，以CO2为流化介质；
[0042]流化床式还原反应器主要发生以下反应:CuO+C—Cu+C02、CaC03—Ca0+C02。
[0043]步骤三、反应生成的混合物经旋风分离器分离，反应气体混合物主要成分为⑶2，经烟道进入压缩净化装置实现CO2捕集;反应固体混合物主要为CaO、Cu和灰渣，反应固体混合物分为两部分，一部分经返料阀返回热解反应器继续反应，另一部分进入流化床式氧化反应器;密封返料阀是以CO2为流化介质的密封返料阀。
[0044]步骤四、进入氧化反应器的物料在800°C?850°C、空气作为流化介质的条件下主要发生以下反应Cu+Os—CuO，氧化反应所需热量来自于还原反应器来的固体混合物的显热；反应生成的混合物经旋风分离器分离，反应固体混合物经密封返料阀返回至还原反应器进行反应;密封返料阀是以CO2为流化介质的密封返料阀。
[0045]底渣(灰渣及失效的钙基吸收剂等)可通过排渣管排出流化床式热解反应器、流化床式还原反应器或者流化床式氧化反应器。
[0046]实施例2
[0047]上述利用Cu/Ca基氧载体的生物质热解装置，如图2所示，包括流化床式热解反应器1、流化床式还原反应器2、流化床式氧化反应器3及连接各反应器的第一到四密封返料装置11、21、22、31，所述的密封返料装置可以为密封返料阀。所述装置的连接关系为:
[0048]热解反应器I通过返料装置11与还原反应器2相连;还原反应器2通过返料装置21与热解反应器I相连，通过返料装置22与氧化反应器3相连;氧化反应器3通过返料装置31与还原反应器2相连；
[0049]各密封返料装置11、21、22、31均采用CO2为流化风。
【主权项】
1.一种利用铜钙基化合物的生物质热解方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一、将生物质、钙基吸收剂、铜基载氧体的混合物加入热解反应器(I)循环热解气为载气/流化介质条件下进行热解反应，热解反应产物经过气固分离后，捕捉下来的固体混合物经第一返料装置(11)进入还原反应器(2);所述钙基吸收剂的有效成分为CaCO3;所述铜基载氧体的活性成分为CuO; 步骤二、还原反应器(2)内以CO2为载气/流化介质条件下进行还原反应； 步骤三、还原反应产物经过气固分离后，捕捉下来的固体混合物分为两部分，一部分经第二返料装置(21)返回热解反应器参与热解反应，另一部分经第三返料装置(22)进入氧化反应器(3)进行氧化反应;反应气体混合物一部分经烟道进入净化装置净化，另一部分重新返回热解反应器(I)作为载气/流化介质对循环热解气进行补充； 步骤四、氧化反应器(3)内，物料在空气为载气/流化介质条件下进行氧化反应，氧化反应产物经过气固分离后，捕捉下来的固体混合物经第四返料装置(31)进入还原反应器(2)参与反应，底渣排出。2.根据权利要求1所述的利用铜钙基化合物的生物质热解方法，其特征在于，步骤一热解反应温度为650°C?700°C。3.根据权利要求1所述的利用铜钙基化合物的生物质热解方法，其特征在于，步骤二还原反应温度为900 °C?950 °C。4.根据权利要求1所述的利用铜钙基化合物的生物质热解方法，其特征在于，步骤四氧化反应温度为800?850 °C。5.根据权利要求1所述的利用铜钙基化合物的生物质热解方法，其特征在于，步骤一所述的钙基吸收剂和铜基载氧体分别加入反应器内，或做成复合颗粒加入反应器内。6.根据权利要求1所述的利用铜钙基化合物的生物质热解方法，其特征在于，所述的钙基吸收剂为CaCO3或以CaCO3为主要成分的天然矿物或废弃物;所述铜基载氧体为CuO、以CuO为主要成分的天然矿石或以CuO为主要成分的天然矿石与惰性载体的混合物。7.—种用于权利要求1?6任一所述的利用铜钙基化合物的生物质热解方法中的装置，其特征在于，包括热解反应器(1)、还原反应器(2)、氧化反应器(3)及第一返料装置(11)、第二返料装置(21)、第三返料装置(22)、第四返料装置(31); 所述装置的连接关系为:热解反应器(I)通过第一返料装置(11)与还原反应器(2)相连;还原反应器(2)通过第二返料装置(21)与热解反应器(I)相连，通过第三返料装置(22)与氧化反应器(3)相连;氧化反应器(3)通过第四返料装置(31)与还原反应器(2)相连。8.根据权利要求7所述的用于利用铜钙基化合物的生物质热解方法中的装置，其特征在于，所述热解反应器(I)、还原反应器(2)及氧化反应器(3)为流化床式反应器、固定床或者移动床反应器。9.根据权利要求7所述的用于利用铜钙基化合物的生物质热解方法中的装置，其特征在于，所述第一返料装置(U)、第二返料装置(21)、第三返料装置(22)、第四返料装置(31)为电动密封阀或者以CO2为流化介质的气动密封返料阀。
【文档编号】C10B57/04GK105861004SQ201610208304
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】段伦博, 段元强, 陈健, 苏成林, 石田, 周琳绯
【申请人】东南大学