专利名称：气固联合生物质分区控速热解系统及其使用方法
技术领域：
本发明涉及生物质热解的一种方法，特别是一种分区段采用不同载热质，并分区段控制热解速度的气固联合载热生物质分区控速热解系统及其使用方法。
背景技术：
公知的生物质热解技术包括利用反应釜间接加热热解工艺，以及气体载热直接加热热解工艺两类。间接加热工艺是将生物质成型后，装入反应釜隔绝空气升温热解，热源在反应釜外加热反应釜的器壁，热量通过器壁传导给釜内的生物质。间接加热的缺点主要是传热效 率低下，在该工艺中，釜中间生物质的升温主要靠热传导来实现，由于生物质本身的导热系数较低，且生物质周围充满热阻很大的气体，所以传热速度缓慢。传热效率低下对生产有三点不利影响1.间接加热工艺中，生物质升温缓慢，导致生物质热解速度降低，最终使生物制热解产物中液态产品的产率降低。2.在处理设备不变的情况下，生物质热解速度降低最终导致生物质处理量的下降,并导致处理成本的增高。3.间接加热工艺中，传热效率的低下，导致整个加热过程热效率低下，这也是生物质热解成本高的原因之一。气体载热热解工艺是利用燃料燃烧产生的烟气做为载热质，气体载热质直接冲刷生物质，通过对流换热加热生物质，该工艺存在以下几方面缺点1.载热质直接进入热解产物后，使热解煤气中惰性成分增加，煤气的品质下降，导致煤气的利用效率下降，同时煤气净化设备投资加大，动力消耗增大。2.气体载热热解工艺采用的流化床工艺，热解气中含有大量的粉尘，除尘成本很高，且液态产品中含有大量难以分离无机粉尘，造成生物油的深度加工十分困难。3.以固体燃料为热源时，燃烧产物中的飞灰将增加生物质焦炭中的灰分。
发明内容
本发明旨在解决已有技术之缺陷，提供一种可以大幅度改善生物质热解产品质量，降低生物质热解成本的气固联合载热生物质分区控速热解系统及其使用方法。本发明的技术方案是这样实现的一种气固联合生物质分区控速热解系统，包括生物质原料整备设备、生物质热解设备、产品采收设备和废气处理设备，生物质热解设备包括干燥清灰炉、次中温热解炉和中温热解炉，生物质热解时先后分别进入所述三个设备分区热解。所述生物质原料整备设备包括生物质破碎设备和生物质成型机，生物质破碎设备是粉碎机或磨碎机；所述次中温热解炉采用惰性固体球作为载热质；所述生物质热解设备还包括热风炉、惰性球加热炉、热烟气风机和输送烟气的相应风管，热风炉通过输出风管连接中温热解炉和惰性球加热炉；惰性球加热炉中的惰性球加热后通过惰性球加热炉和次中温热解炉之间的输送道进入次中温热解炉，降温后的惰性固定球通过输送道回到惰性球加热炉；惰性球加热炉和干燥清灰炉之间设有输送低温烟气的风管，该风管上设有热烟气风机以加压低温烟气进入干燥清灰炉；所述产品采收设备包括热解气处理系统、储气柜和生物质焦炭冷却炉；热解气处理系统包括降温除尘设备和除焦油、木醋液设备；热解气处理系统的输入风管分别与次中温热解炉和中温热解炉相连接，输出风管与储气柜相连接，其中输出风管上设有煤气风机；热解气处理系统还设有排除木焦油和木醋液的管道；废气处理设备包括烟气净化器，烟气净化器输入风管和干燥清灰炉相连接，输出风管和排烟装置相连接，其中输出风管上设置废气引风机。所述次中温热解炉下部设有球体生物质分离装置，对生物质及载热质进行分离。所述次中温热解炉中所述的惰性固体物或固体球具有一定粒径。一种气固联合生物质分区控速热解系统的使用方法，包括原料整备进料阶段、生物质热解阶段与产品采收出料阶段，依次包括如下步骤 原料整备进料阶段生物质原料首先进入所述生物质破碎设备进行破碎，破碎后的生物质进入所述生物质成型机按规定的粒径及形状进行原料成型；生物质热解阶段成型后的生物质进入生物质热解阶段，分别经过干燥清灰炉、次中温热解炉、中温热解炉，其中干燥清灰炉排出的废气经净化后放散，次中温热解炉和中温热解炉产生的烟气进入热解气处理系统；产品采收出料阶段次中温热解炉和中温热解炉产生的热解气在煤气风机作用下进入热解气处理系统进行降温、除尘、除焦油及木醋液等，最后进入储气柜储存；热解后的生物质进入生物质焦炭冷却炉进行汽化冷却，最终形成生物质焦炭成品。所述生物质热解阶段是将生物质热解过程从装置上分为三个阶段，在三个不同的装置中进行，依次包括如下步骤第一阶段为干燥清灰阶段生物质破碎成型后在干燥清灰炉进行干燥清灰，干燥介质为载热球加热炉排出的低温热烟气，传热方式为顺流式对流传热，热烟气在干燥清灰炉中放热后携带生物质中蒸发出的水蒸气及粉尘形成废气排出，并经烟气净化器净化后，由废气引风机形成排烟排入大气；第二阶段为次中温热解阶段干燥后的生物质进入次中温热解炉，并在次中温条件下热解，次中温加热炉中采用一定粒径的惰性固体载热球做为载热质对生物质进行加热；惰性固体载热球在惰性球加热炉中被来自热风炉的高温烟气加热到规定的温度后，进入次中温热解炉主体段的混料器与生物质混合传热，惰性固定载热球球体与生物质顺流流动，二者先快速传热，后温和传热，传热方式以辐射及接触导热为主，使热解温度相对恒定于规定的温度范围内，以提高液态产品产率；放热降温后的载热球与生物质分离，并输送回热风炉进行再热，以循环利用；次中温加热炉下部设计有球体生物质分离装置，对生物质及载热质进行分离；次中温热解阶段产生的热解气体在煤气风机产生的负压作用下引出，次中温热解气态产物不再经过中温热解区，而是直接进入热解气处理系统进行降温、除尘、除焦油及木醋液等，最后进入储气柜储存，次中温热解避免了热解产物通过高温区发生二次裂解，以获得较高的液态产品产率；第三阶段为中温热解阶段次中温热解后的生物质进入中温热解炉进行进一步热解，所述中文热解炉中采用热风炉产生的高温烟气做为载热质，载热质与生物质逆流换热，由于生物质中温热解需要的热量不多，所以进入热解煤气的热烟气量不多；中温热解阶段产生的热解气也在煤气风机作用下进入热解气处理系统进行降温、除尘、除焦油及木醋液等，最后进入储气柜储存。与现有技术相比，本发明突出的技术优势有本发明将生物质的热解过程分为三个阶段，即干燥阶段、液态产品产率高发阶段、深度热解阶段，并将三个阶段分别在三个不同的设备中完成，并采用不同的载热质，其目的是实现能量的梯级利用(低质低用、高质高用)，以及产品的分区排放，分类处理，不但大大提高生物制热解产品品质，而且大大简化后期处理工艺，降低处理成本。本发明三个不同的阶段各自有其技术优势。I)干燥清灰阶段的技术优势有两方面
(I)生物质干燥产生的水蒸气及干燥用烟气直接排入大气，不进入热解煤气，不但大幅度提高煤气的品质，也大大降低了煤气处理设备投资及风机功率消耗。由于生物质干燥需要的能量占热解总能量的40%以上，所以干燥所用的大量烟气及干燥出的水蒸气排入大气，对提高煤气热值效果非常明显。(2)该阶段可以利用烟气的清扫作用清除生物质间的无机及有机粉尘，大幅度降低煤气除尘负荷，同时可以大幅度降低生物焦油中的含尘量，从根本上改善生物焦油品质，对生物焦油深加工具有非常重要的意义。2)次中温热解阶段的技术优势有两方面(I)采用固体载热质加热生物质，与气体载热相比大幅度降低热解煤气中惰性气体的含量，为生物质热解气液化或燃气蒸汽联合循环创造良好条件。(2)与间接加热热解工艺相比，固体载热质以辐射及接触传导为主要传热方式，传热效率高，设备紧凑，热效率及生产率都会有所提高。3)中温热解阶段的技术优势有两方面(I)由于经过次中温热解阶段的生物质存在大量的内部空隙，所以内部热解进程加快，采用气体载热质，可以利用气体的吹扫作用提高内部气体的携带速度，以便提高液体
产品产率。(2)气体对流速度较快，可以强化生物质孔隙内部对流传热及传质，最终提高热解速度。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1为本发明所述气固联合载热生物质分区控速热解系统及方法的流程图。图中，生物质破碎设备——I，生物质成型机——2，干燥清灰炉——3，次中温热解炉——4，中温热解炉——5，生物质焦炭冷却炉——6，热风炉——7，惰性球加热炉——8，热解气处理系统——9，烟气净化器——10,煤气风机——11，热烟气风机——12，废气引风机——13。
具体实施方式
以下结合附图及实施例详述本发明。参看图1，一种气固联合载热生物质分区控速热解系统及方法的流程图。一种气固联合生物质分区控速热解系统，包括生物质原料整备设备、生物质热解设备、产品采收设备和废气处理设备，生物质热解设备包括干燥清灰炉3、次中温热解炉4和中温热解炉5，生物质热解时先后分别进入所述三个设备分区热解。所述的次中温热解炉3可以采用惰性固体物作为载热质。所述的生物质原料整备设备包括生物质破碎设备I和生物质成型机2，生物质破碎设备是粉碎机或磨碎机；所述次中温热解炉采用惰性固体球作为载热质；所述生物质热解设备还包括热风炉7、载热球加热炉8、热烟气风机12和输送烟气的相应风管，热风炉通过输出风 管连接中温热解炉5和惰性载热球加热炉8 ;惰性载热球加热炉8中的惰性球加热后通过惰性球加热炉8和次中温热解炉4之间的输送道进入次中温热解炉4，降温后的惰性固定球通过输送道回到惰性载球加热炉8 ;惰性载热球加热炉8和干燥清灰炉之间3设有输送低温烟气的风管，该风管上设有热烟气风机12以加压低温烟气进入干燥清灰炉3 ;所述产品采收设备包括热解气处理系统9、储气柜和生物质焦炭冷却炉6 ;热解气处理系统包括降温除尘设备和除焦油、木醋液设备；热解气处理系9统的输入风管分别与次中温热解炉4和中温热解炉5相连接,输出风管与储气柜相连接,其中输出风管上设有煤气风机11 ;热解气处理系统还设有排除木焦油和木醋液的管道；废气处理设备包括烟气净化器10，烟气净化器10输入风管和干燥清灰炉3相连接，输出风管和排烟装置相连接，其中输出风管上设置废气引风机13。次中温热解炉4下部设有球体生物质分离装置，对次中温热解炉中放热后的惰性固体载热球与生物质原料进行分离。次中温热解炉4中的固体球具有一定粒径。I)、生物质流程生物质原料首先进入所述生物质破碎设备I进行破碎。破碎后的生物质进入所述生物质成型机2按规定的粒径及形状成型。成型后的生物质进入所述干燥清灰炉3进行干燥清灰，干燥介质为所述载热球加热炉8排出的低温热烟气，传热方式为顺流式对流传热。干燥后生物质进入所述次中温热解炉4，并在次中温条件下热解，所述次中温热解炉4中采用一定粒径的惰性固体球做为载热质对生物质进行加热，传热方式以辐射及接触导热为主，所述次中温热解炉4下部设计有球体生物质分离装置，对生物质及载热质进行分离，次中温热解的目的是避免热解产物通过高温区发生二次裂解，以便获得较高的液态产品产率。次中温热解后的生物质进入所述中温热解炉5进行进一步热解，所述中温热解炉5中采用所述热风炉7产生的高温烟气做为载热质，载热质与生物质逆流换热，由于生物质中温热解需要的热量不多，所以进入热解煤气的热烟气量不多。中温热解后的生物质进入所述生物质焦炭冷却6炉进行汽化冷却，最终形成生物质焦炭成品。2)、载热质(烟气及载热球)流程所述热风炉7通过燃料燃烧产生的热烟气分成两路，一路进入所述中温热解炉5做为载热质加热生物质，并最终进入生物质热解气中。另一路进入所述载热球加热炉8对载热球进行加热，在所述载热球加热炉8中放热降温后后的烟气经所述热烟气风机12加压后进入所述干燥清灰炉3干燥生物质，热烟气在所述干燥清灰炉3中放热后携带生物质中蒸发出的水蒸气及粉尘形成废气排出，并经所述烟气净化器10除尘后，由所述废气引风机13排入大气。
固体载热球在所述载热球加热炉8被热烟气加热到规定的温度后进入所述次中温热解炉4的混料器与生物质混合，然后进入所述次中温热解炉4主体段进行传热，放热降温后的载热球与生物质分离，并输送回所述载热球加热炉8进行再热，并循环利用。3)热解气流程所述次中温热解炉4及所述中温热解炉5中的生物质热解后，产生的热解气在所述煤气风机11作用下进入所述热解气处理系统9进行降温、除尘、除焦油及木醋液等，最后进入储气柜储存。结合以上说明，本发明具有以下综合效果I)、提高能量利用效率方面的效果 (I)在本发明系统的能量流里，热烟气的高温热量用于热解的高温区，低温热量用于热解过程的低温区(干燥区)，实现了热能的梯级利用(高质高用，低质低用)，能量利用方案更加合理，能量利用效率大幅度提高。(2)在本发明系统中，干燥阶段排烟温度较低(110°C左右)，干燥用烟气排烟温度远低于普通的下吸式系统的排烟温度(普通下吸式系统的排烟温度一般在500°C以上)，所以本发明系统的排烟损失大幅度降低，热效率大幅度提高。2)、提闻热解广品品质方面的效果(I)在本发明系统中，由于进入热解气的烟气量及水蒸汽量大幅度减少，所以热解煤气的纯度大幅度提高，使煤气利用效率大幅度提高，也为煤气深加工或燃气循环创造了有利条件。(2)在本发明系统中，干燥阶段具有清除粉尘的作用，所以焦油中含尘量大幅度降低，焦油品质大幅度提高，为焦油深加工创造了十分有利的条件。(3)在本发明系统中，干燥阶段具有清除粉尘的作用，使生物质焦炭中的灰分降低，焦炭质量达到更高的品质。3)、提高热解产品产率方面的效果在本发明系统中，次中温热解区与中温热解区进行物理分区，可以实现煤气由焦油产生速度最高的区域引出，避免焦油长时间通过高温区发生二次裂解，液态产品产率大幅度提闻。4)、降低气态产物处理系统投资及动力消耗方面的效果在本发明系统中，由于进入热解气的烟气量及水蒸汽量大幅度减少，降低了热解气的后期处理系统的投资及动力消耗。5)、提高产品能级及降低热解产物深加工成本方面的技术优势由于煤气纯度提高，生物质焦炭含灰量及焦油、木醋液含尘量降低，热解产品能级得到较大程度提高，热解产物深加工成本降低。需要注意的是，尽管本发明已参照具体实施方式
进行描述和举例说明，但是并不意味着本发明限于这些描述的实施方式，本领域技术人员可以从中衍生出许多不同的变体，它们都将覆盖于本发明权利要求的真实精神和范围中。本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。·
权利要求
1.一种气固联合生物质分区控速热解系统，包括生物质原料整备设备、生物质热解设备、产品采收设备和废气处理设备，其特征在于生物质热解设备包括干燥清灰炉、次中温热解炉和中温热解炉，生物质热解时先后分别进入所述三个设备分区热解。
2.根据权利要求1所述的气固联合生物质分区控速热解系统，其特征在于所述的次中温热解炉采用惰性固体物作为载热质。
3.根据权利要求1所述的气固联合生物质分区控速热解系统，其特征在于所述的生物质原料整备设备包括生物质破碎设备和生物质成型机，生物质破碎设备是粉碎机或磨碎机；所述次中温热解炉采用惰性固体载热球作为载热质；所述生物质热解设备还包括热风炉、惰性球加热炉、热烟气风机和输送烟气的相应风管，热风炉通过输出风管连接中温热解炉和惰性载热球加热炉；惰性载热球加热炉中的惰性球加热后通过惰性载热球加热炉和次中温热解炉之间的输送道进入次中温热解炉，降温后的惰性固定球通过输送道回到惰性载热球加热炉；惰性球加热炉和干燥清灰炉之间设有输送低温烟气的风管，该风管上设有热烟气风机以加压低温烟气进入干燥清灰炉；所述产品采收设备包括热解气处理系统、储气柜和生物质焦炭冷却炉；热解气处理系统包括降温除尘设备和除焦油、木醋液设备；热解气处理系统的输入风管分别与次中温热解炉和中温热解炉相连接，输出风管与储气柜相连接，其中输出风管上设有煤气风机；热解气处理系统还设有排除木焦油和木醋液的管道；废气处理设备包括烟气净化器，烟气净化器输入风管和干燥清灰炉相连接，输出风管和排烟装置相连接，其中输出风管上设置废气引风机。
4.根据权利要求1或2或3所述的气固联合生物质分区控速热解系统，其特征在于所述的次中温热解炉下部设有球体生物质分离装置，对次中温热解炉中放热后的惰性固体载热球与生物质原料进行分离。
5.根据权利要求1或2或3所述的气固联合生物质分区控速热解系统，其特征在于所述次中温热解炉中所述的惰性固体物或固体球具有一定粒径。
6.根据权利要求4所述的气固联合生物质分区控速热解系统，其特征在于所述次中温热解炉中所述的惰性固体物或固体球具有一定粒径。
7.一种气固联合生物质分区控速热解系统的使用方法，其特征在于所述方法包括原料整备进料阶段、生物质热解阶段与产品采收出料阶段，依次包括以下步骤 原料整备进料阶段生物质原料首先进入所述生物质破碎设备进行破碎，破碎后的生物质进入所述生物质成型机按规定的粒径及形状进行原料成型； 生物质热解阶段成型后的生物质进入生物质热解阶段，分别经过干燥清灰炉、次中温热解炉、中温热解炉，其中干燥清灰炉排出的废气经净化后放散，次中温热解炉和中温热解炉产生的烟气进入热解气处理系统； 产品采收出料阶段次中温热解炉和中温热解炉产生的热解气在煤气风机作用下进入热解气处理系统进行降温、除尘、除焦油及木醋液等，最后进入储气柜储存；热解后的生物质进入生物质焦炭冷却炉进行汽化冷却，最终形成生物质焦炭成品。
8.根据权利要求7所述的气固联合生物质分区控速热解系统使用方法，其特征在于所述的生物质热解阶段是将生物质热解过程从装置上分为三个阶段，在三个不同的装置中进行，依次包括以下步骤 第一阶段为干燥清灰阶段生物质破碎成型后在干燥清灰炉进行干燥清灰，干燥介质为载热球加热炉排出的低温热烟气，传热方式为顺流式对流传热，热烟气在干燥清灰炉中放热后携带生物质中蒸发出的水蒸气及粉尘形成废气排出，并经烟气净化器净化后，由废气引风机形成排烟排入大气； 第二阶段为次中温热解阶段干燥后的生物质进入次中温热解炉，并在次中温条件下热解，次中温加热炉中采用一定粒径的惰性固体载热球做为载热质对生物质进行加热；惰性固体载热球在惰性球加热炉中被来自热风炉的高温烟气加热到规定的温度后，进入次中温热解炉主体段的混料器与生物质混合传热，惰性固定载热球球体与生物质顺流流动，二者先快速传热，后温和传热，传热方式以辐射及接触导热为主，使热解温度相对恒定于规定的温度范围内，以提高液态产品产率；放热降温后的载热球与生物质分离，并输送回热风炉进行再热，以循环利用；次中温加热炉下部设计有球体生物质分离装置，对生物质及载热质进行分离；次中温热解阶段产生的热解气体在煤气风机产生的负压作用下引出，次中温热解气态产物不再经过中温热解区，而是直接进入热解气处理系统进行降温、除尘、除焦油及木醋液等，最后进入储气柜储存，次中温热解避免了热解产物通过高温区发生二次裂解，以获得较高的液态产品产率； 第三阶段为中温热解阶段次中温热解后的生物质进入中温热解炉进行进一步热解，所述中文热解炉中采用热风炉产生的高温烟气做为载热质，载热质与生物质逆流换热，由 于生物质中温热解需要的热量不多，所以进入热解煤气的热烟气量不多；中温热解阶段产生的热解气也在煤气风机作用下进入热解气处理系统进行降温、除尘、除焦油及木醋液等，最后进入储气柜储存。
全文摘要
本发明涉及一种气固联合生物质分区控速热解系统及其使用方法，本发明的主要特征是将生物质热解过程从装置上分为三个阶段，第一阶段为干燥清灰阶段，采用低温烟气作为载热质，废气全部放散；第二阶段为次中温热解阶段，采用惰性固体球作为载热质，主要目的是减少进入热解气中的烟气量，同时避免焦油在高温区二次裂解，以便提高液体产品的产率；第三阶段为中温热解阶段，采用高温烟气作为载热质，采用对流方式强化生物质内部孔隙中的传质及传热。本发明具有以下综合效果热解产品品质大幅度提高，系统热效率大幅度提高，煤气处理设备简化，煤气处理动力消耗大幅度下降。
文档编号C10B49/10GK103013542SQ20121051689
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者王子兵, 李立新, 褚丽珍 申请人:王子兵, 李立新, 褚丽珍