专利名称：汽爆秸秆发酵剩余物热解制备液体燃料的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于能源化工技术领域，特别涉及一种利用汽爆秸秆发酵剩余物快速热解制备高品质液体燃料(生物油)的方法及装置，即秸秆通过汽爆、发酵处理后，其剩余物经旋转筛板热解反应器快速热解得到高热值的液体燃料。
背景技术：
能源和环境问题已成为全球关注的焦点。随着工业化的进展，煤及石油能源消耗，导致资源的逐渐枯竭，同时给环境带来严重污染，大量排放二氧化碳使温室效应加重。生物质作为一种重要的、稳定的、可再生的替代能源，因其硫、氮含量低、污染小、CO2零排放、资源丰富等优点，正引起人们的广泛关注。
生物质通常是指以木质素、纤维素、半纤维素及其它有机质为主的陆生植物(如木材、薪材、秸秆)和水生植物等。我国生物质资源总量估计每年可达6.5亿吨标煤以上，而各类农业废弃物(如秸秆等)的资源量每年即有3.8亿吨标煤，其中稻草、玉米秆、麦草分别占31.3％、27.7％、16.0％。
生物质能转换的主要方式有生化方法和热转化方法两大类。现有的用生物质、秸秆等制酒精工艺中，存在大量的发酵剩余物，为提高能源转化率，这些剩余物必须利用。通过化学热转化方法制生物油是合理的选择。在生物质热转化中，快速热解可以得到50～70％的液体燃料(木材为60～70％，秸秆为50～60％)，因而受到国内外的广泛关注。一般地，直接热解生物质获得的生物油热值低、酸度大、含氧量高、稳定性差(其中热解秸秆获得的生物油热值更低、酸含量更大、含水更多)，从而影响其使用。因此，如何更好利用秸秆类生物质能源，面临着很大的挑战。
为了得到高质量的生物质液体燃料，有较多的工作集中在生物质催化热解和生物油的催化提质上，但效果均不理想。影响生物油的收率及质量有两个方面的因素一方面是生物质的组成。生物质组成主要有纤维素、半纤维素、木质素和少量灰分。纤维素含有大量的羟基；半纤维素不仅含有羟基，同时含羧基，是热解液体中酸的主要来源；木质素含有的羟基较少。这三种主要组分中C/H含量高低顺序为木质素＞纤维素＞半纤维素，如何有效降低生物油的酸含量，又提高其热值是热转化的关键。对于以木材为原料，有人采用预处理脱除其中的半纤维素，如稀酸水解生物质。例如，US5395455(1995.7)公布了木材水解预处理并快速热解制液体生物油，再对生物油进行发酵制乙醇；CN1385508(2002.12)公布了利用酸水解残渣制生物油的方法。然而这些处理方法产生的酸水后续处理较为困难，对环境容易造成危害，而且物料经过酸水解后较粘稠、易成团，增加了加料的难度。对于以秸秆为原料，目前的方法还难以制取高品质生物油。
影响生物油的收率及质量的另一方面因素是反应器的结构及条件。目前国内外关于生物质热解方面研究比较多的反应器结构有流化床、循环流化床和旋转锥等裂解反应器。例如，浙江大学公布的生物质整合式热裂解分级制取液体燃料装置(CN1390915)和华东理工大学公布的由生物质水解残渣制备生物油的方法(CN1385508)，其技术方案均采用流化床作为热解反应器。这些流化床热解器与旋风分离器、碳层过滤器连结，然后直接与冷凝器连结。再经后续装置压缩除湿后，返入到燃烧器中。这些流化床热解器(包括循环流化床)，虽有优良的传热特性，但也使得热解蒸汽二次反应加剧，同时由于使用的载气量大，在一定程度上影响热解蒸汽的回收。荷兰Twente大学公布了利用旋转锥反应器热解废料的方法(US2002117390)，该反应器不使用载气，生物质加热速率快，但其转化效率受结构和操作方式影响而受到限制，工业放大也受制约。因此，分析现行的生物质热解反应器存在如下缺点现有的流化床热解反应器气体停留时间较长，二次反应严重，降低了生物油品质；或者颗粒停留时间较短，热解不充分，挥发分转化率低。
发明内容
本发明的一目的是对现有热解反应器进行改进，增加了旋转筛板热解器、快速分离器、旋风过滤装置、列管-复壁喷淋器等，从而提供了一种汽爆秸秆发酵剩余物热解制备液体燃料的装置，以克服现有技术缺陷。
本发明的另一目的是利用本发明的装置，提供一种汽爆秸秆发酵剩余物热解制备液体燃料的方法。
本发明的构思是基于秸秆经过汽爆、发酵改变了部分结构和组成，通过控制热解条件，改进热解反应器，提高秸秆热解转化率，增加生物油收率，提高生物油的热值，降低生物油的酸含量。
秸秆生物质(如麦秸、玉米秆等)植物中纤维素的含量占35～45％，半纤维素占20～35％，木质素占15～22％，灰分占1～15％。研究表明，生物质各组分热解得到的液体产物也不相同，纤维素热解得到左旋葡聚糖、羟基乙醛及少量酸等；半纤维素热解得到糠醛、乙酸等产物，而木质素热解得到酚类和焦油类产物；灰分对热解的影响也很大，会使得热解产物低分子化，其结果直接导致热解酸产量增加。
研究分析表明，对秸秆类生物质采用汽爆、发酵等物理化学方法后，一方面除去了其中半纤维和部分纤维素并将其转化成如低聚木糖、乙醇等副产品，也增加了秸秆剩余物中木质素含量和C/H比；另一方面，汽爆处理除去秸秆中的少量灰分，也减轻了灰分对热解的影响程度。因此，这种秸秆剩余物热解可望得到较低酸含量、热值较高的生物油。
针对现行热解反应器的不足，如颗粒停留时间难以控制，热解不充分，挥发分转化率低；或者热解反应气体停留时间较长，二次反应严重等问题，同时考虑到工业放大的需要，本发明采用旋转筛板快速热解工艺方法，如附图1所示。
下面结合附图2～5具体说明汽爆秸秆发酵剩余物热解制备液体燃料的方法及装置的工艺路线及工作原理。
本发明的汽爆秸秆发酵剩余物热解制备液体燃料的装置，其通过管路相连通的部件组成包括提升管燃烧器1，烟气除尘装置2，两级螺旋加料装置3，热砂仓4，旋转筛板热解器5，气-固快速分离器6，砂焦仓7，螺旋送焦装置8，旋风过滤器9，列管-复壁喷淋器10，深冷器11，静电捕集器12，干燥器13，压缩机14，气柜15，热解液贮罐16，油泵17，气体流量计18。
一提升管燃烧器1的底部开有一次风入口，在一次风入口上部的提升管燃烧器1的里面设有分布板，位于分布板上方的提升管燃烧器1的壁上开有一砂焦进口，并通过管道与螺旋送焦装置8的出口相连通；在提升管燃烧器1的砂焦进口上方开有热解干气进口，提升管燃烧器1的中部设有二次风入口；提升管燃烧器1顶部出口与烟气除尘装置2的第一级旋风分离器上部进气口相连通；一烟气除尘装置2的第一级旋风分离器底部出口与热砂仓4的顶部进口相连通，第一级旋风分离器顶部出口与烟气除尘装置2的第二级旋风分离器上部进气口相连通，第二级旋风分离器底部设有排灰口，顶部为热烟气排出口；一热砂仓4底部出口与旋转筛板热解器5的上部加砂口相连通，旋转筛板热解器5顶部中间装有电机19，其顶部边缘设有秸秆加料口并与两级螺旋加料装置3的第二级螺旋27出口相连通；旋转筛板热解器5底部出口与气-固快速分离器6顶部进口相连通；一气-固快速分离器6的顶部边缘设有两个气体出口，并与旋风过滤器9的中上部进气口相连通，气-固快速分离器6底部出口与砂焦仓7的顶部进口相连通；位于砂焦仓7侧上部的另一个进口与旋风过滤器9的底部出口相连通，砂焦仓7底部出口直接连在螺旋送焦装置8进口上；一旋风过滤器9的顶部出气口与列管-复壁喷淋器10顶部的热解蒸汽入口37相连通，列管-复壁喷淋器10底部热解液出口40与贮罐16顶部液体入口相连通，列管-复壁喷淋器10侧下部的热解蒸汽出口39与深冷器11侧下部的热解蒸汽进口相连通；列管-复壁喷淋器10两侧部分别分布有列管、复壁内冷凝介质的进出口；一深冷器11的顶部设有气体出口，并与静电捕集器12的顶部进气口相连通，深冷器11和静电捕集器12的底部均设热解液出口，均与热解液贮罐16顶部的液体入口相连通；深冷器11侧部设有冷凝介质的进出口(图中未画出)；一静电捕集器12侧下部出气口与干燥器13底部进气口相连通，干燥器13顶部出气口与压缩机14进气口相连，压缩机14出气口与气柜15底部进气口相连通；气柜15顶部设有放空口和外供气口，气柜15中下部的出气口与气体流量计18进气口相连，流量计18的出气口与提升管燃烧器1中下部的热解干气进口相连通；一热解液贮罐16中下部设有热解液出口与油泵17进口相连通，油泵17出口与列管-复壁喷淋器10顶部的循环热解液入口相连通；热解液贮罐16底部设有热解液的排出口。
所述的两级螺旋加料装置3是由其顶部秸秆料仓24和秸秆料仓底部第一级螺旋部件25、气封阀26和第二级螺旋部件27组成，气封阀26位于两级螺旋25和27之间。
所述的旋转筛板热解器5，如图2所示。旋转筛板热解器5的筒体呈柱形，其底部为锥形。柱形器壁上部有加砂口与热解砂仓4相连，热解器顶部边缘有秸秆加料口与两级螺旋加料装置3相连，热解器顶部中央装有电机19，电机19通过密封联接件与转轴20相连，转轴20上按照一定的空间距离(10～30cm)固定有多层旋转筛板22，每层旋转筛板22上附有一个静态搅拌浆21。热解器底部设有出料口，与气-固快速分离器6的进料口相连。
所述的旋转筛板22和静态搅拌浆21的结构形式，如图3所示。旋转筛板22呈园盘形，盘上分布有由中心至外缘方向上直径逐渐增大的筛孔23。静态搅拌浆21呈犁刀形，与转轴20活套式联结。当电机19带动转轴20和旋转筛板22转动，静态搅拌浆21则与旋转筛板22保持相对运动状态。
所述的旋风过滤器9，如图1所示。其进气口在壁上部，顶部中央的出气口下端连结有50～300目的园桶形金属过滤网，旋风过滤器底部呈锥形，底端出口与砂焦仓7相连。
所述的列管-复壁喷淋器10，如图5所示。该喷淋器的复壁由两层圆筒形容器组成的夹套，复壁的入口(即复壁冷凝介质入口36)位于喷淋器的右中下部，复壁的出口(即复壁冷凝介质出口35)位于喷淋器的左上部。喷淋器的顶部设有热解蒸汽入口37和循环热解液的侧向入口38。喷淋器内壳层安装有10～50个串联联接的冷凝列管30，形成单一通道，其入口(即列管冷凝介质入口34)位于喷淋器的左中下部，其出口(即列管冷凝介质出口33)位于喷淋器的右上部。列管的上方设有气液分布板29。喷淋器的内壳层且位于冷凝列管30的下方设有向下倾斜的倾斜角为30°环形板(称为气-液分离板31)，气-液分离板的下方为分离室32，在分离室的上部、喷淋器的下部设为两个热解气体出口39，喷淋器或分离室32的底部为热解液出口40。
本发明的汽爆秸秆发酵剩余物热解制备液体燃料的方法1.在秸秆料仓24中秸秆发酵剩余物通过两级螺旋加料装置3(由两级加料螺旋25、27和气封阀26组成，如附图4所示)由旋转筛板热解器5上部定量加入到旋转筛板22上，并与来自热砂仓4的热砂进行混合，热砂与秸秆物料的混合比为8～10∶1(重量比)，热解温度为400～700℃，压力为0～0.002MPa(表压)。旋转筛板22在电机19的带动下中，热砂和秸秆物料迅速混合、传热，静态搅拌浆21与旋转筛板22保持相对运动起到搅拌、混合的作用，这样混合物由旋转筛板22的筛孔23逐级落入到下级旋转筛板上进一步传热、热解。静态搅拌浆的作用是增加热砂和热解物料的固-固混合，提高传热效率；固体停留时间可以通过改变筛板盘层数来调节；筛板盘的旋转减小了秸秆物料的动态休止角，防止物料搭桥，便于物料顺利进入下层筛板继续热解。因此，通过调节筛板的转速、数量和板间距可以达到控制颗粒和热解蒸汽在反应器中的停留时间，并使得秸秆物料充分热解。热解产生的蒸汽、半焦及热砂一起由旋转筛板热解器5的底部出口落入到气-固快速分离器6(见发明专利申请号CN200410080801.X)中。
2.由气-固快速分离器6顶部进入的气固混合物，在分离器中快速分离出热解蒸汽、半焦和热砂。携带少量细灰的热解蒸汽由分离器侧上部的气体出口进入旋风过滤器9中进一步旋风过滤除灰。分离器分离出的焦和砂由底部排出一起进入到砂焦仓7中。旋风过滤收集下来的灰由旋风过滤器底部出口也同样落入砂焦仓7中。
3.贮在砂焦仓7中的热砂、半焦混合物由其底部出口进入螺旋送焦装置8中，螺旋送焦装置8将热砂、半焦混合物由提升管燃烧器1的中下部输送到提升管燃烧器1中进行燃烧，提升管燃烧器1底部设有气体分布板和一次空气入口。在热砂、半焦进料口的上方设有热解不凝气的入口，燃烧热解不凝气进一步加热热砂。在提升管1的中部设有二次空气入口，补充空气以使得半焦和热解不凝气充分燃烧。提升管的燃烧温度为750～850℃，压力为0～0.002MPa(表压)。加热的热砂和热烟气经过提升管顶部的烟气除尘装置2中第一级旋风分离器，旋风分离出来的热砂贮于热砂仓4中，而携带少量细灰的热烟气再经过烟气除尘装置2中第二级旋风分离器除尘，由该旋风分离器顶部排出，旋风分离收集下来的细灰通过排灰口排出。
4.旋风过滤器9顶部出来的热解蒸汽由列管-复壁喷淋器10顶部气体入口37进入喷淋器，同时通过油泵17输送过来的循环热解液也由顶部循环热解液入口38进入喷淋器。由喷淋器顶部进来的热解蒸汽和循环热解液在汽液分布板29中直接接触换热，使热解蒸汽快速冷凝，并与热解蒸汽并行进入喷淋器内壳层，再到气液分离室32中进行气液分离；热解汽液混合物与复壁间和列管内的冷凝介质进行间接换热，冷凝介质温度为60～100℃，可以为热水。列管内的冷凝介质由列管冷凝介质入口34输入，经过串联列管，再经列管冷凝介质出口33排出；复壁内的冷凝介质由复壁冷凝介质入口36进入，经过复壁层，再经复壁冷凝介质出口35排出。换热后的汽液混合物通过气液分离板31进入到喷淋器下部的气液分离室32中，分离出来的热解蒸汽由热解蒸汽出口39送入到深冷器11的下部，而分离出来的热解液体由喷淋器底部热解液出口40排入到热解液贮罐16。热解液贮罐16中的上层清液再由油泵17输送到喷淋器的顶部，由循环热解液入口38进入。冷凝温度控制在60～100℃时，壳层内的热解液体流动性较好，不易在壳层内聚集而形成堵塞；过程交换的热量则由列管内和复壁内的冷凝介质间接换热移走。
5.列管-复壁喷淋器10底部出来的未冷凝热解蒸汽由深冷器11底部进入，并与深冷器11中的冷凝介质进行逆流间接换热，温度为0～10℃，冷却介质为致冷剂或冷水。冷凝介质由深冷器11上部加入，下部流出。未冷凝的形成气溶胶似的气体由深冷器11顶部排出。这种未冷凝的气溶胶似的气体由静电捕集器12顶部输入进行静电捕集未冷凝的气体。收集的热解液由静电捕集器12的底部流入到热解液贮罐16中，不凝热解气则由静电捕集器的侧下部气体出口送到干燥器13中进行干燥。热解贮罐16中收集到的热解液即为所得的液体燃料。
6.由干燥器13底部送入的不凝气在干燥室中干燥，再由顶部输送到压缩机14压缩、除湿后，贮于气柜15中。气柜15的干气经气体流量计18定量后稳定地向提升管燃烧器1输送燃气或外供。
本发明不仅提供了一种利用汽爆秸秆发酵剩余物生产高品质液体燃料的方法，而且也提供了获得高液体收率生物油的设备。这种热解工艺方法所获得的液体燃料产率高、含氧量低、热值高、稳定性好。本发明方法的原料不仅可以是汽爆秸秆发酵剩余物，也可以是秸秆发酵剩余物和其它生物发酵剩余物(如酿酒糟渣等)。本发明的热解反应装置的热解原料也可以采用稻草、麦秸、玉米秸秆、玉米芯、豆秸、高梁秆、蔗渣、棉杆等农业废弃物和林业加工废弃物，如薪材、木屑、锯末、树叶等。
秸秆汽爆、发酵处理后的剩余物，通过本发明的旋转筛板盘热解器得到的热解液体实收率可达55～70％，热解油热值为22～27MJ/Kg，而热解油酸含量也大大降低。
图1本发明的旋转筛板快速热解工艺示意图。
图2本发明的旋转筛板热解器示意图。
图3本发明的旋转筛板与静态搅拌浆结构示意图。
图4本发明装置的两级螺旋加料装置示意图。
图5本发明装置的列管—复壁喷淋器结构示意图。
附图标记1.提升管燃烧器 2.烟气除尘装置 3.两级螺旋加料装置4.热砂仓 5.旋转筛板热解器 6.气-固快速分离器7.砂焦仓 8.螺旋送焦装置 9.旋风过滤器10.列管-复壁喷淋器 11.深冷器 12.静电捕集器13.干燥器 14.压缩机 15.气柜16.热解液贮罐 17.油泵18.气体流量计19.电机20.轴 21.静态搅拌浆22.旋转筛板盘 23.筛孔24.秸秆料仓25.第一级螺旋加料机26.气封阀 27.第二级螺旋加料机28.复壁层 29.气液分布板 30.冷凝列管31.气-液分离板 32.气-液分离室 33.列管冷凝介质出口34.列管冷凝介质出口35.复壁冷凝介质出 36.复壁冷凝介质入口37.热解蒸汽入口38.循环热解液入口 39.热解蒸汽出口40.热解液出口具体实施方式
实施例1麦秸麦秸经过汽爆、发酵处理分别脱除半纤维素和部分纤维素后余下含C、H值较高的剩余物，经过干燥粉碎后，加到秸秆料仓中，由两级螺旋加料装置送入旋转筛板热解器，并与来自热砂仓的热砂在旋转筛板混合传热、热解，未热解的麦秸和半焦、热砂逐级向下级旋转筛板传递、传热、热解，所形成的半焦和热解蒸汽与热砂一道进入气—固快速分离器中分离，分离出来的热解蒸汽进入到旋风过滤器中进一步除焦灰，洁净的热解蒸汽再进入列管—复壁喷淋器中快速冷凝，不凝的热解蒸汽再经过深冷器、静电捕集器进一步冷凝收集热解液，收集贮于贮罐的热解液，即所得的液体燃料。由气—固快速分离器和旋风过滤器收集的半焦、砂，由螺旋送焦装置送入到提升管中进行燃烧。经过静电捕集和干燥后不凝的热解气经过压缩、减湿，贮于气柜中。气柜中的干煤气经过定量后送入提升管中燃烧，来加热热砂，而由提升管顶部的旋风分离器收集下来的热砂贮于热砂仓中。
旋转筛板热解器内径为30cm，高1m，筛板层数为5层，间距为10cm。麦秸粒径小于0.5mm，送入旋转筛板热解反应器中，热解温度为480℃，反应压力为0～0.002MPa(表压)，旋转筛板热解器至旋风过滤器段的气体停留时间小于2秒，旋转筛板热解器中的固体停留时间为5～20秒，热砂与麦秸剩余物的混合比为8∶1(重量比)，提升管燃烧温度为750～800℃，喷淋器和深冷器温度分别为60～65℃和5～10℃，液体产率为56.2wt％，生物油热值为23.1MJ/kg，酸度较低，pH值为3.8。
实施例2玉米秸秆玉米秸秆经过汽爆、发酵处理分别脱除半纤维素和部分纤维素后余下含C、H值较高的剩余物，经过干燥粉碎后，加到秸秆料仓中，由两级螺旋加料装置送入旋转筛板热解器，并与来自热砂仓的热砂在旋转筛板混合传热、热解，未热解的玉米秸秆和半焦、热砂逐级向下级旋转筛板传递、传热、热解，所形成的半焦和热解蒸汽与热砂一道进入气—固快速分离器中分离，分离出来的热解蒸汽进入到旋风过滤器中进一步除焦灰，洁净的热解蒸汽再进入列管—复壁喷淋器中快速冷凝，不凝的热解蒸汽再经过深冷器、静电捕集器进一步冷凝收集热解液，收集贮于贮罐中的热解液，即所得的液体燃料。由气—固快速分离器和旋风过滤器收集的半焦、砂，由螺旋送焦装置送入到提升管中进行燃烧。经过静电捕集和干燥后不凝的热解气经过压缩、减湿，贮于气柜中。气柜中的干煤气经过定量后送入提升管中燃烧，来加热热砂，而由提升管顶部的旋风分离器收集下来的热砂贮于热砂仓中。
旋转筛板热解器内径为30cm，高1m，筛板层数为5层，间距为10cm。麦秸粒径小于0.5mm，送入旋转筛板热解反应器中，热解温度为500℃，反应压力为0～0.002MPa(表压)，旋转筛板热解器至旋风过滤器段的气体停留时间小于2秒，旋转筛板热解器中的固体停留时间为5～20秒，热砂与麦秸剩余物的混合比为8.5∶1(重量比)，提升管燃烧温度为750～800℃，喷淋器和深冷器温度分别为60～65℃和5～10℃，液体产率为60.3wt％，生物油热值为23.8MJ/kg，酸度较低，pH值为3.7。
权利要求
1.一种汽爆秸秆发酵剩余物热解制备液体燃料的装置，通过管路相连通的部件组成包括提升管燃烧器(1)，烟气除尘装置(2)，两级螺旋加料装置(3)，热砂仓(4)，旋转筛板热解器(5)，气-固快速分离器(6)，砂焦仓(7)，螺旋送焦装置(8)，旋风过滤器(9)，列管-复壁喷淋器(10)，深冷器(11)，静电捕集器(12)，干燥器(13)，压缩机(14)，气柜(15)，热解液贮罐(16)，油泵(17)，气体流量计(18)；其特征是一提升管燃烧器(1)的底部开有一次风入口，在一次风入口上部的提升管燃烧器(1)的里面设有分布板，位于分布板上方的提升管燃烧器(1)的壁上开有一砂焦进口，并通过管道与螺旋送焦装置(8)的出口相连通；在提升管燃烧器(1)的砂焦进口上方开有热解干气进口，提升管燃烧器(1)的中部设有二次风入口；提升管燃烧器(1)顶部出口与烟气除尘装置(2)的第一级旋风分离器上部进气口相连通；一烟气除尘装置(2)的第一级旋风分离器底部出口与热砂仓(4)的顶部进口相连通，第一级旋风分离器顶部出口与烟气除尘装置(2)的第二级旋风分离器上部进气口相连通，第二级旋风分离器底部设有排灰口，顶部为热烟气排出口；一热砂仓(4)底部出口与旋转筛板热解器(5)的上部加砂口相连通，旋转筛板热解器(5)顶部中间装有电机(19)，其顶部边缘设有秸秆加料口并与两级螺旋加料装置(3)的第二级螺旋(27)出口相连通；旋转筛板热解器(5)底部出口与气-固快速分离器(6)顶部进口相连通；一气-固快速分离器(6)的顶部边缘设有两个气体出口，并与旋风过滤器(9)的中上部进气口相连通，气-固快速分离器(6)底部出口与砂焦仓(7)的顶部进口相连通；位于砂焦仓(7)侧上部的另一个进口与旋风过滤器(9)的底部出口相连通，砂焦仓(7)底部出口直接连在螺旋送焦装置(8)进口上；一旋风过滤器(9)的顶部出气口与列管-复壁喷淋器(10)顶部的热解蒸汽入口(37)相连通，列管-复壁喷淋器(10)底部热解液出口(40)与贮罐(16)顶部液体入口相连通，列管-复壁喷淋器(10)侧下部的热解蒸汽出口(39)与深冷器(11)侧下部的热解蒸汽进口相连通；列管-复壁喷淋器(10)两侧部分别分布有列管、复壁内冷凝介质的进出口；一深冷器(11)的顶部设有气体出口，并与静电捕集器(12)的顶部进气口相连通，深冷器(11)和静电捕集器(12)的底部均设热解液出口，均与热解液贮罐(16)顶部的液体入口相连通；深冷器(11)侧部设有冷凝介质的进出口；一静电捕集器(12)侧下部出气口与干燥器(13)底部进气口相连通，干燥器(13)顶部出气口与压缩机(14)进气口相连，压缩机(14)出气口与气柜(15)底部进气口相连通；气柜(15)顶部设有放空口和外供气口，气柜(15)中下部的出气口与气体流量计(18)进气口相连，流量计(18)的出气口与提升管燃烧器(1)中下部的热解干气进口相连；一热解液贮罐(16)中下部设有热解液出口与油泵(17)进口相连通，油泵(17)出口与列管-复壁喷淋器(10)顶部的循环热解液入口相连通；热解液贮罐(16)底部设有热解液的排出口。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的两级螺旋加料装置(3)是由其顶部秸秆料仓(24)和秸秆料仓底部第一级螺旋部件(25)、气封阀(26)和第二级螺旋部件(27)组成，气封阀(26)位于两级螺旋部件(25、27)之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的旋转筛板热解器(5)的筒体呈柱形，其底部为锥形；柱形器壁上部有加砂口，热解器顶部边缘有秸秆加料口，热解器顶部中央装有电机(19)，电机(19)通过密封联接件与转轴(20)相连，转轴(20)上固定有多层旋转筛板(22)，每层旋转筛板(22)上附有一个静态搅拌浆(21)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征是所述的旋转筛板(22)呈园盘形，盘上分布有由中心至外缘方向上直径逐渐增大的筛孔(23)；所述的静态搅拌浆(21)呈犁刀形，其与转轴(20)活套式联结。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的转轴(20)上的旋转筛板(22)的层间距是10～30cm。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的旋风过滤器(9)的顶部出气口下端连结有50～300目的园桶形金属过滤网。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征是所述的列管-复壁喷淋器(10)的复壁是由两层圆筒形容器组成的夹套，复壁的入口(36)位于喷淋器的下部，复壁的出口(35)位于喷淋器的上部；喷淋器的顶部设有热解蒸汽入口(37)和循环热解液的侧向入口(38)；喷淋器内壳层安装有冷凝列管(30)，形成单一通道，其入口(34)位于喷淋器的下部，其出口(33)位于喷淋器的上部；列管的上方设有气液分布板(29)；喷淋器的内壳层且位于冷凝列管(30)的下方设有向下倾斜的气-液分离板(31)，气-液分离板的下方为分离室(32)，在分离室的上部、喷淋器的下部设为两个热解气体出口(39)，喷淋器或分离室(32)的底部为热解液出口(40)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征是所述的气-液分离板(31)的倾斜角为30°。
9.一种根据权利要求1～8任一项汽爆秸秆发酵剩余物热解制备液体燃料装置的使用方法将秸秆料仓(24)中秸秆发酵剩余物通过两级螺旋加料装置(3)由旋转筛板热解器(5)上部定量加入到旋转筛板(22)上，并与来自热砂仓(4)的热砂进行混合，热砂与秸秆物料的重量比为8～10∶1，热解温度为400～700℃，压力为0～0.002Mpa；混合物由旋转筛板(22)上的筛孔(23)逐级落入到下级旋转筛板上进一步传热、热解；热解产生的蒸汽、半焦及热砂一起由旋转筛板热解器(5)的底部出口落入到气-固快速分离器(6)中；由气-固快速分离器(6)顶部进入的气固混合物，在分离器中快速分离出热解蒸汽、半焦和热砂；携带少量细灰的热解蒸汽由分离器上部的气体出口进入旋风过滤器(9)中进一步旋风过滤除灰；分离器分离出的焦、灰和砂由底部排出一起进入到砂焦仓(7)中；贮在砂焦仓(7)中的热砂、半焦混合物由其底部出口进入螺旋送焦装置(8)中，螺旋送焦装置(8)将热砂、半焦混合物由提升管燃烧器(1)的下部输送到提升管燃烧器(1)中进行燃烧，提升管的燃烧温度为750～850℃，压力为0～0.002Mpa；加热的热砂和热烟气经过提升管顶部的烟气除尘装置(2)中第一级旋风分离器，旋风分离出来的热砂贮于热砂仓(4)中，而携带少量细灰的热烟气再经过烟气除尘装置(2)中第二级旋风分离器除尘，由该旋风分离器顶部排出，旋风分离收集下来的细灰通过排灰口排出；旋风过滤器(9)顶部出来的热解蒸汽由列管-复壁喷淋器(10)顶部气体入口(37)进入喷淋器，同时通过油泵(17)输送过来的循环热解液也由顶部循环热解液入口(38)进入喷淋器；由喷淋器顶部进来的热解蒸汽和循环热解液在汽液分布板(29)中直接接触换热，使热解蒸汽快速冷凝，并与热解蒸汽并行进入喷淋器内壳层，再到气液分离室(32)中进行气液分离；热解汽液混合物与复壁间和列管内的冷凝介质进行间接换热，冷凝介质温度为60～100℃，换热后的汽液混合物通过气-液分离板(31)进入到喷淋器下部的气液分离室(32)中，分离出来的热解蒸汽由热解蒸汽出口(39)送入到深冷器(11)的下部，而分离出来的热解液体由喷淋器底部热解液出口(40)排入到热解液贮罐(16)；热解液贮罐(16)中的上层清液再由油泵(17)输送到喷淋器的顶部，由循环热解液入口(38)进入；冷凝温度控制在60～100℃时；列管-复壁喷淋器(10)底部出来的未冷凝热解蒸汽由深冷器(11)底部进入，并与深冷器(11)中的冷凝介质进行逆流间接换热，温度为0～10℃，未冷凝的形成气溶胶似的气体由深冷器(11)顶部排出，这种未冷凝的气溶胶似的气体由静电捕集器(12)顶部输入进行静电捕集未冷凝的气体；收集的热解液由静电捕集器(12)的底部流入到热解液贮罐(16)中，不凝热解气则由静电捕集器的侧下部气体出口送到干燥器(13)中进行干燥；热解贮罐16中收集到的热解液即为所得的液体燃料。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征是所述的由干燥器(13)底部送入的不凝气在干燥室中干燥，再由顶部输送到压缩机(14)压缩、除湿后，贮于气柜(15)中；气柜(15)的干气经气体流量计(18)定量后稳定地向提升管燃烧器(1)输送燃气或外供。
全文摘要
本发明属于能源化工技术领域，特别涉及一种利用汽爆秸秆发酵剩余物快速热解制备高品质液体燃料(生物油)的方法及装置。本发明对现有热解反应器进行了改进，增加了旋转筛板热解器、快速分离器、旋风过滤装置、列管－复壁喷淋器等。秸秆通过汽爆、发酵处理后，通过控制热解条件，提高秸秆热解转化率，其剩余物经旋转筛板热解反应器快速热解得到高热值的液体燃料，同时降低了生物油的酸含量。本发明不仅提供了一种利用汽爆秸秆发酵剩余物生产高品质液体燃料的方法，而且也提供了获得高液体收率生物油的设备。
文档编号C10G1/00GK1800307SQ20051001110
公开日2006年7月12日 申请日期2005年1月5日 优先权日2005年1月5日
发明者姚建中, 杨昌炎, 林伟刚, 杨学民, 陈洪章 申请人:中国科学院过程工程研究所