专利名称：生物质自供热快速裂解制生物燃油清洁燃料装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种生物质制生物燃油清洁燃料装置及方法。
技术背景
人类正面临着巨大的能源与环境压力，当今的能源工业主要是矿物燃料工业，包 括煤炭、石油和天然气。一方面，矿物能源的应用推动了社会的发展，其能源却在日益耗尽； 另一方面，矿物能源的大规模使用引起了日益严重的环境问题，如导致全球气温变暖、损害 臭氧层、破坏生态圈平衡、释放有害物质、引起酸雨等自然灾害。
自20世纪70年代第一次石油危机以来，通过对生物质裂解液化制取生物燃油来 替代石油的研究受到国际社会的高度重视，其研究主要集中在加拿大、芬兰、意大利、瑞典、 荷兰、比利时、英国和美国等10余个欧美国家，目前已经形成较为完备的技术设备和工业 化系统。
生物质裂解液化制生物燃油过程涉及到生物质粉碎、干燥、热载体加热、热载体 输送、生物质在无氧密闭反应器中高速吸热裂解转化成生物燃油气和残碳、生物燃油气与 残碳、热载体的气固分离、生物燃油气的冷凝液化、换热和不可凝燃气处理等一系列工艺环 节。生物质裂解液化产物包括生物燃油、残碳碳粉和不可凝燃气。生物燃油可直接用作透 平发电、各种锅炉、水泥业、陶瓷业、玻璃业等各种工业炉窑燃料，也可与柴油混合乳化制成 更高等级的乳化型低排放生物柴油直接供给各种车船内燃机使用，还可作为化工原料。生 物燃油具有易储存、好运输、成本低等优点，因此以生物燃油为主要产品的生物质裂解液化 已成为生物质能转化和利用的主导方式。
然而，已有的制生物燃油的方式，一般是利用固体颗粒作为热载体(如云砂、陶瓷 颗粒、优质河沙等)，先将热载体颗粒加热到一定的温度，然后将其与粉碎好的生物质颗粒 按一定的配比同时输送到无氧的裂解反应器中，在无氧反应器中，生物质颗粒被数倍于已 的热载体颗粒包围，并边混合、边运动、边裂解成大量的气态油气和少量的固体残碳颗粒， 将二者导出经气固分离后的裂解油气输送至冷凝器冷凝后即得到目标产品生物燃油和少 量的不凝燃气。不凝燃气由于热值小，常作放烧处理，残碳由于热值高常被输送到专门的热 载体加热炉燃烧以补充生产用热。
上述方法具有以下缺点一是需要专门设计的热载体加热炉，不但造价高、耗能 高，而且多需要外源燃料供热，经济性很差，热能消耗一般要约占总成本的30%以上；二是 由于需要将用过的热载体收集、提升到位于反应器上方的热载体加热炉的上方足够高度以 上，然后将热载体倒入加热炉重新加热后再放流进入反应器，才能形成生产循环，这样就造 成高电耗情况；三是由于高温固体热载体一直在加热炉、反应器和与之相连的各种管道中 流动，结果设备很快热磨损导致设备寿命低；四是由于整个生产工艺需要庞大、坚固的钢结 构来安装和支撑各种设备使其按高度错落有秩满足工艺要求，结果就导致整个生产装置需 要消耗大量钢材，建设投资大，生产总成本高。发明内容
本发明为了解决目前生物质制生物燃油清洁燃料装置造价高、需要外源燃料供 热、寿命低及生物质制生物燃油清洁燃料方法耗能高的问题，提供了一种生物质自供热快 速裂解制生物燃油清洁燃料装置及方法。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案是装置方案所述装置包括原料仓、 进料装置、料仓、燃烧室、内胆倒锥反应器、原料分离装置、一级气固分离装置、二级气固分 离装置、冷凝液化装置、载气气泵、不凝气缓充罐、不凝气引气机、成品油储油罐、冷凝喷淋 油泵、冷却换热装置、不凝可燃气气泵、不凝可燃气燃烧机、内置锥体和载气加热管，燃烧室 的烟气出口端与原料仓的出料口端连通，原料仓的出料口端与原料分离装置的进口端连 通，原料分离装置的出口端与料仓的进口端连通，料仓的出口端与内胆倒锥反应器的原料 进口端连通，内胆倒锥反应器设在燃烧室内，内胆倒锥反应器的裂解油气出口端与一级气 固分离装置的进口端连通，一级气固分离装置的底部出口端与内胆倒锥反应器的回流进口 端连通，一级气固分离装置的裂解油气出口端与二级气固分离装置的进口端连通，二级气 固分离装置的碳粉出口端与燃烧室的碳粉进口端连通，二级气固分离装置的裂解油气出口 端与冷凝液化装置的进口端连通，冷凝液化装置的第一生物燃油出口端与成品油储油罐的 进口端连通，冷凝液化装置的第二生物燃油出口端与冷却换热装置的进口端连通，冷却换 热装置通过冷凝喷淋油泵与冷凝液化装置的生物燃油进口端连通，冷凝液化装置的不凝燃 气出口端通过不凝气引气机与不凝气缓充罐的进口端连通，不凝气缓充罐的第一不凝燃气 出口端与载气加热管的一端连通，载气加热管的另一端与内胆倒锥反应器的裂解载热气体 进口端连通，载气加热管缠绕在内胆倒锥反应器外部，不凝气缓充罐的第二不凝燃气出口 端与不凝可燃气燃烧机的不凝燃气进口端连通，内置锥体装在内胆倒锥反应器内；
方法方案所述方法包括以下步骤，步骤一开启启动用秸秆燃气发生炉产生秸 秆燃气，开启启动用秸秆燃气燃烧机，启动用秸秆燃气燃烧机向燃烧室排放热烟气，原料仓 内的生物质原料利用燃烧室排出的热烟气进行干燥后通过烟气的气力输送至原料分离装 置内，经原料分离装置分离后进入料仓，通过进料装置喂入至内胆倒锥反应器，主要产物为 裂解油气；步骤二内胆倒锥反应器中的裂解油气经一级气固分离装置和二级气固分离装 置后进入冷凝液化装置，冷凝液化装置中的主要产物为生物燃油和不凝燃气；步骤三冷 凝液化装置中的一部分生物燃油进入成品油储油罐，另一部分生物燃油进入冷却换热装置 冷却后，由冷凝喷淋油泵泵入冷凝器上方进行喷淋；步骤四冷凝液化装置中的不凝燃气 通过不凝气引气机输送到缓冲气罐，关闭秸秆燃气燃烧机和秸秆燃气发生炉，启动不凝可 燃气燃烧机；步骤五缓冲气罐中的一部分不凝燃气经载气气泵导入到载气加热管，再经 载气加热管进入内胆倒锥反应器，此时不凝燃气的温度为460 650°C，另一部分由不凝可 燃气气泵泵入不凝燃气燃烧机。
本发明具有以下有益效果1、本发明方法不使用固体热载体，而是采用气体载热 方式，将部分不凝燃气导入置于燃烧室中的载气加热管无氧加热后作为载热体，取代固体 热载体，可消除利用固体载热体的所有缺点，能够显著减少16 22%的热损和10%以上 的耗电量，延长设备使用寿命1倍多；2、本发明方法将不凝燃气和残碳燃烧加热载气管和 内胆倒锥式反应器后的废烟气导入原料流化干燥和输送装置，最大限度地利用废烟气的余 热，实现原料的连续输送和干燥，有效降低制油生产成本；3、本发明装置中的内胆倒锥式反应器以冷凝液化过程中产生的不凝燃气为载热体来使生物质小颗粒裂解成为裂解油气，其 优点是结构简单、造价低；无固体热载体热磨损现象、寿命长；特别设计的内置锥体可令 进入内胆倒锥式反应器的生物质颗粒迅速均勻分布，全方位受热，且随热裂解失重而实现 动态的短暂悬浮，有利于原料充分裂解产油，提高生物燃油转化率8 12%和品质(5000kc 左右/kg) ；4、本发明装置采用不凝燃气燃烧机将制油过程中产生的低热值不凝燃气和残 碳充分利用，实现生产过程的自供热及热能平衡，免除外源燃料使用。
图1是本发明整体结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1说明本实施方式，本实施方式的装置包括原料仓1、进 料装置2、料仓3、燃烧室4、内胆倒锥反应器5、原料分离装置6、一级气固分离装置7、二级 气固分离装置8、冷凝液化装置9、载气气泵10、不凝气缓充罐11、不凝气引气机12、成品油 储油罐13、冷凝喷淋油泵14、冷却换热装置15、不凝可燃气气泵18、不凝可燃气燃烧机19、 内置锥体20和载气加热管21，燃烧室4的烟气出口端与原料仓1的出料口端连通，原料仓 1的出料口端与原料分离装置6的进口端连通，原料分离装置6的出口端与料仓3的进口 端连通，料仓3的出口端与内胆倒锥反应器5的原料进口端连通，内胆倒锥反应器5设在燃 烧室4内，内胆倒锥反应器5的裂解油气出口端与一级气固分离装置7的进口端连通，一级 气固分离装置7的底部出口端与内胆倒锥反应器5的回流进口端连通，一级气固分离装置 7的裂解油气出口端与二级气固分离装置8的进口端连通，二级气固分离装置8的碳粉出 口端与燃烧室4的碳粉进口端连通，二级气固分离装置8的裂解油气出口端与冷凝液化装 置9的进口端连通，冷凝液化装置9的第一生物燃油出口端与成品油储油罐13的进口端连 通，冷凝液化装置9的第二生物燃油出口端与冷却换热装置15的进口端连通，冷却换热装 置15通过冷凝喷淋油泵14与冷凝液化装置9的生物燃油进口端连通，冷凝液化装置9的 不凝燃气出口端通过不凝气引气机12与不凝气缓充罐11的进口端连通，不凝气缓充罐11 的第一不凝燃气出口端与载气加热管21的一端连通，载气加热管21的另一端与内胆倒锥 反应器5的裂解载热气体进口端连通，载气加热管21缠绕在内胆倒锥反应器5外部，不凝 气缓充罐11的第二不凝燃气出口端与不凝可燃气燃烧机19的不凝燃气进口端连通，内置 锥体20装在内胆倒锥反应器5内。
具体实施方式
二 结合图1说明本实施方式，本实施方式的装置还包括循环水泵 16和凉水装置17，冷却换热装置15通过循环水泵16与凉水装置17循环连通，此结构用于 冷凝用生物燃油的换热。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图1说明本实施方式，本实施方式的装置还包括启动用秸 秆燃气燃烧机22、秸秆燃气气泵23和启动用秸秆燃气发生炉24，启动用秸秆燃气发生炉24 与启动用秸秆燃烧机22连通，启动用秸秆燃烧机22通过秸秆燃气气泵23与燃烧室4连通， 此结构用于整个系统的初始启动。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四结合图1说明本实施方式，本实施方式的方法包括以下步骤，步 骤一开启启动用秸秆燃气发生炉24产生秸秆燃气，开启启动用秸秆燃气燃烧机22，启动用秸秆燃气燃烧机22向燃烧室4排放热烟气，原料仓1内的生物质原料利用燃烧室4排出 的热烟气进行干燥后通过烟气的气力输送至原料分离装置6内，经原料分离装置6分离后 进入料仓3，通过进料装置2喂入至内胆倒锥反应器5，主要产物为裂解油气；燃烧室4提供的热量使原料发生裂解反应；步骤二 内胆倒锥反应器5中的裂解油气经一级气固分离装置7和二级气固分离 装置8后进入冷凝液化装置9，冷凝液化装置9中的主要产物为生物燃油和不凝燃气；步骤三冷凝液化装置9中的一部分生物燃油进入成品油储油罐13，另一部分生 物燃油进入冷却换热装置15冷却后，由冷凝喷淋油泵14泵入冷凝器9上方进行喷淋；冷凝液化装置9中的生物燃油与自下而上的裂解油气相会，完成循环冷凝液化；步骤四冷凝液化装置9中的不凝燃气通过不凝气引气机12输送到缓冲气罐11， 待缓冲气罐中的不凝燃气量达到正常需要量时，关闭秸秆燃气燃烧机22和秸秆燃气发生 炉24，启动不凝可燃气燃烧机19 ；步骤五缓冲气罐11中的一部分不凝燃气经载气气泵10导入到载气加热管21， 再经载气加热管21进入内胆倒锥反应器5，此时不凝燃气的温度为460 650°C，另一部分 由不凝可燃气气泵18泵入不凝燃气燃烧机19 ；不凝燃气经加热后从内胆倒锥流化反应器5的底端进入作为裂解载热气体，对原 料进行接触并被全方位包围加热和热裂解反应，完成生物质由固态向气态(裂解油气)的 转化；不凝燃气燃烧机19燃烧后产生的烟气通过燃烧室4对内胆倒锥流化反应器5和载气 管路21加热。
具体实施方式
五结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤二中一级气固分 离装置7中的碳粉进入内胆倒锥反应器5中，二级气固分离装置8中的碳粉进入内胆倒锥 反应器5中，此步骤中碳粉进入内胆倒锥流化反应器5中，其中较大固体颗粒有利于生物质 颗粒的勻化，碳粉导入燃烧室4作为燃料利用以提供生产用热能。其它步骤与具体实施方 式四相同。
权利要求
1.一种生物质自供热快速裂解制生物燃油清洁燃料装置，其特征在于所述装置包括 原料仓(1)、进料装置O)、料仓(3)、燃烧室0)、内胆倒锥反应器(5)、原料分离装置(6)、 一级气固分离装置(7)、二级气固分离装置(8)、冷凝液化装置(9)、载气气泵(10)、不凝气 缓充罐(11)、不凝气引气机(12)、成品油储油罐(13)、冷凝喷淋油泵(14)、冷却换热装置 (15)、不凝可燃气气泵(18)、不凝可燃气燃烧机(19)、内置锥体00)和载气加热管(21)，燃 烧室⑷的烟气出口端与原料仓⑴的出料口端连通，原料仓⑴的出料口端与原料分离 装置(6)的进口端连通，原料分离装置(6)的出口端与料仓(3)的进口端连通，料仓(3)的 出口端与内胆倒锥反应器(5)的原料进口端连通，内胆倒锥反应器(5)设在燃烧室内， 内胆倒锥反应器(5)的裂解油气出口端与一级气固分离装置(7)的进口端连通，一级气固 分离装置(7)的底部出口端与内胆倒锥反应器(5)的回流进口端连通，一级气固分离装置 (7)的裂解油气出口端与二级气固分离装置(8)的进口端连通，二级气固分离装置(8)的 碳粉出口端与燃烧室的碳粉进口端连通，二级气固分离装置(8)的裂解油气出口端与 冷凝液化装置(9)的进口端连通，冷凝液化装置(9)的第一生物燃油出口端与成品油储油 罐(1 的进口端连通，冷凝液化装置(9)的第二生物燃油出口端与冷却换热装置(15)的 进口端连通，冷却换热装置(1 通过冷凝喷淋油泵(14)与冷凝液化装置(9)的生物燃油 进口端连通，冷凝液化装置(9)的不凝燃气出口端通过不凝气引气机(1 与不凝气缓充罐 (11)的进口端连通，不凝气缓充罐(11)的第一不凝燃气出口端与载气加热管的一端 连通，载气加热管的另一端与内胆倒锥反应器(5)的裂解载热气体进口端连通，载气 加热管缠绕在内胆倒锥反应器( 外部，不凝气缓充罐(11)的第二不凝燃气出口端 与不凝可燃气燃烧机(19)的不凝燃气进口端连通，内置锥体OO)装在内胆倒锥反应器(5) 内。
2.根据权利要求1所述生物质自供热快速裂解制生物燃油清洁燃料装置，其特征在于 所述装置还包括循环水泵(16)和凉水装置(17)，冷却换热装置(1 通过循环水泵(16)与 凉水装置(17)循环连通。
3.根据权利要求1或2所述生物质自供热快速裂解制生物燃油清洁燃料装置，其特征 在于所述装置还包括启动用秸秆燃气燃烧机(22)、秸秆燃气气泵和启动用秸秆燃气 发生炉(M)，启动用秸秆燃气发生炉04)与启动用秸秆燃烧机02)连通，启动用秸秆燃烧 机0 通过秸秆燃气气泵与燃烧室(4)连通。
4.一种利用权利要求1所述装置的生物质自供热快速裂解制生物燃油清洁燃料方法， 其特征在于所述方法包括以下步骤，步骤一开启启动用秸秆燃气发生炉04)产生秸秆燃 气，开启启动用秸秆燃气燃烧机(22)，启动用秸秆燃气燃烧机0 向燃烧室(4)排放热烟 气，原料仓(1)内的生物质原料利用燃烧室(4)排出的热烟气进行干燥后通过烟气的气力 输送至原料分离装置(6)内，经原料分离装置(6)分离后进入料仓(3)，通过进料装置(2) 喂入至内胆倒锥反应器(5)，主要产物为裂解油气；步骤二 内胆倒锥反应器(5)中的裂解 油气经一级气固分离装置(7)和二级气固分离装置(8)后进入冷凝液化装置(9)，冷凝液化 装置(9)中的主要产物为生物燃油和不凝燃气；步骤三冷凝液化装置(9)中的一部分生 物燃油进入成品油储油罐(13)，另一部分生物燃油进入冷却换热装置(1 冷却后，由冷凝 喷淋油泵(14)泵入冷凝器(9)上方进行喷淋；步骤四冷凝液化装置(9)中的不凝燃气通 过不凝气引气机(1 输送到缓冲气罐(11)，关闭秸秆燃气燃烧机0 和秸秆燃气发生炉(M)，启动不凝可燃气燃烧机(19)；步骤五缓冲气罐(11)中的一部分不凝燃气经载气气 泵(10)导入到载气加热管(21)，再经载气加热管进入内胆倒锥反应器(5)，此时不凝 燃气的温度为460 650°C，另一部分由不凝可燃气气泵(18)泵入不凝燃气燃烧机(19)。
5.根据权利要求4所述生物质自供热快速裂解制生物燃油清洁燃料方法，其特征在于 步骤二中一级气固分离装置(7)中的碳粉进入内胆倒锥反应器(5)中，二级气固分离装置 ⑶中的碳粉进入内胆倒锥反应器(5)中。
全文摘要
生物质自供热快速裂解制生物燃油清洁燃料装置及方法，它涉及一种生物质制生物燃油清洁燃料装置及方法。针对目前生物质制生物燃油清洁燃料装置造价高、需要外源燃料供热、寿命低及生物质制生物燃油清洁燃料方法耗能高的问题。装置方案料仓与内胆倒锥反应器连通，内胆倒锥反应器设在燃烧室内，内胆倒锥反应器依次与一级气固分离装置、二级气固分离装置和冷凝液化装置连通；方法方案用加热后的部分不凝燃气为热载体代替固体热载体，原料利用废烟气流化干燥，内胆倒锥反应器中的裂解油气经一级气固分离装置和二级气固分离装置后进入冷凝液化装置；冷凝液化装置中生物燃油进入成品油储油罐。本发明用于制生物燃油清洁燃料。
文档编号C10B57/10GK102031132SQ201010615760
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者刘向东, 姜雪松, 潘启明, 王述洋, 谭文英 申请人:东北林业大学