一种集成式两步法生物质与煤共热解装置制造方法

一种集成式两步法生物质与煤共热解装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种集成式两步法生物质与煤共热解装置，通过设置两条输送管路，分别将煤和生物质输送至反应器中，分别通过高功率加热炉和中等功率加热炉进行加热，从而实现了生物质与煤单独热解，避免了二者由于热解温度的差异所导致的不利协同效应，生物质热解与煤的热解集成在一个反应器内，生物质热解与煤的热解均设置最佳的反应温度，下段生物质热解后的富氢热解气为上段煤的热解提供了富氢氛围，有利于提高液体燃料收率。通过在一个集成反应器内共热解，实现生物质热解焦油和煤热解焦油的互补，降低生物质热解焦油的氧含量，改善共热解油的品质。同时，操作工艺简单，能够常压操作，或加压操作，有利于装置规模的扩大。
【专利说明】一种集成式两步法生物质与煤共热解装置

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种生物质与煤共热解装置，具体涉及一种集成式两步法生物质 与煤共热解装置。

【背景技术】
[0002] 能源是人类赖以生存和发展的必要基础，但随着世界人口的增长及化石能源的日 益减少，同时迫于环境保护、减少对环境污染等方面的压力，探索新的可替代清洁能源显得 尤为重要。与化石能源相比，生物质能是一种可再生的，在节能减排、绿色环保等方面具有 突出优势的能源。
[0003] 我国农作物秸杆的年产量约有600Mt，稻壳约50Mt，林业加工过程中产生的残余 物约有30Mt，三项总计折合标准煤215Mt。生物质是潜在能源和化学原料的重要宝库，生物 质的洁净转化已引起世界各国的高度重视。
[0004] 热解是煤或生物质热加工过程中的重要初始阶段，通过热解可以获得不同化学品 和液体燃料。由于较小的H/C值，煤的热解转化率与液体产物收率通常较低，而生物质具有 高的H/C值及挥发分含量，热解得到的生物质油收率较高，同时能够副产大量氢气。如果煤 在热解过程中能够有效利用生物质热解产生的氢气，实现氢氛围下的热解，即通过加氢热 解稳定煤热解过程中的自由基，不仅有助于热解产物液体收率的提高，而且还能够替代纯 氢从而大幅降低生产成本。因此，利用生物质与煤共热解技术生产液体燃料，实现二者的高 效、清洁、综合利用，对于保护环境、提高资源利用效率具有重要的意义。
[0005] 现有的研究证明生物质与煤共热解能够发生协同效应，使液体产物收率增高，但 目前的研究大部分处于基础研究阶段，通常是在热天平或固定床中开展的实验研究。Dong Kyoo Park等利用TGA及固定床反应器，通过改变生物质与煤的混合比研究锯屑与烟煤的 共热解反应过程，发现生物质能促进煤的热解，表现为共热解混合物的转化率及收率高于 生物质与煤单独反应时的加和。（参考文献：Dong Kyoo Park, Sang Done Kim, See Hoon Lee, etc. C〇-pyrolysis characteristics of sawdust and coal blend in TGA and a fixed bed reactor. Bioresource Technology，2010,101:6151 - 6156)。]^ Zhang等研究发 现煤与生物质在落下床反应器中共热解产生的焦油收率大于煤与生物质单独热解时热解 生成焦油的加和，而焦含量低于单独热解生成焦的加和。（参考文献：Li Zhang, Shaoping Xu, Wei Zhao, Shuqin Liu. Co-pyrolysis of biomass and coal in a free fall reactor. Fuel，2007, 86:353-359)。实用新型专利200710012661. 6提及了一种生物质与煤快速共 热解制备液体燃料的方法，该专利通过固体热载体快速加热的方式，实现相对大量的生物 质和少量的煤在富氢环境下快速共热解，该方法有利于提高热解焦油产率和品质，但该专 利利用固体热载体将生物质与煤同步加热，并通入热解富氢循环气，来增产液体产物收率， 忽视了生物质的热解温度范围比煤的热解温度范围低的特性，没有充分利用二者的协同效 应。
[0006] 综合现有文献与专利可知，生物质与煤在一定条件下共热解存在协同效应，但目 前进行的研究多处在固定床等基础研究阶段，现有专利也没有充分利用生物质与煤热解温 度不同的属性，没有充分利用二者的协同效应。 实用新型内容
[0007] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术中存在的缺点，提供一种集成式两步法 生物质与煤共热解装置，利用两步法将生物质热解与煤的热解分开，用生物质热解的富氢 热解气为煤的热解提供加氢氛围，从而产生协同作用，促进液体收率的提高，另外，装置可 加压操作，利于工业化放大。
[0008] 为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：包括气缸，气缸的气体出口分为 若干路，第一路经生物质输送装置连接至反应器的底部入口；第二路经煤输送装置后连接 至反应器的顶部入口；反应器的出口连接净化回收单元；所述的反应器外侧设置的加热炉 分为位于上半部的高功率加热炉和位于下半部的中等功率加热炉；
[0009] 所述的煤输送装置的物料入口连接煤料斗，生物质输送装置的物料入口连接生物 质料斗。
[0010] 所述的反应器的底部入口还经设有气体预热器的管路连接至气缸的出口。
[0011] 所述的反应器的底部连接气体预热器的入口为预热气入口，且预热气入口为三至 十二个，且呈圆周均布。
[0012] 所述的煤料斗和煤输送装置之间串联有煤锁斗和煤发送罐。
[0013] 所述的生物质料斗和生物质输送装置之间串联有生物质锁斗和生物质发送罐。
[0014] 所述的净化回收单元包括：旋风除尘器、半焦收集罐、焦油洗涤塔和焦油收集罐；
[0015] 所述的旋风除尘器的气体入口连接反应器的气体出口，旋风除尘器气体出口连接 焦油洗涤塔，焦油洗涤塔的顶部开设有气体出口；且旋风除尘器和焦油洗涤塔的底部出口 分别连接半焦收集罐和焦油收集罐。
[0016] 所述的反应器为集成式反应器。
[0017] 所述的煤输送装置连接反应器的顶部入口的煤下料管，且煤下料管插入反应器的 中部。
[0018] 所述的反应器底部生物质与反应器顶部煤的进料速率之比为（95 :5)?（50 :50)。
[0019] 所述的反应器内的压力为0.001-4. OMPa，上半部高功率加热炉的加热温度为 400-800°C，下半部中等功率加热炉的加热温度为300-700°C。
[0020] 本实用新型具有以下的有益效果：相比较现有技术，本实用新型通过设置两条输 送管路，分别将煤和生物质输送至反应器中，分别通过高功率加热炉和中等功率加热炉进 行加热，从而实现了生物质与煤单独热解，避免了二者由于热解温度的差异所导致的不利 协同效应，生物质热解与煤的热解集成在一个反应器内，生物质热解与煤的热解均设置最 佳的反应温度，下段生物质热解后的富氢热解气为上段煤的热解提供了富氢氛围，有利于 提高液体燃料收率。通过在一个集成反应器内共热解，实现生物质热解焦油和煤热解焦油 的互补，降低生物质热解焦油的氧含量，改善共热解油的品质。同时，操作工艺简单，能够 常压操作，或加压操作，有利于装置规模的扩大，有利于大面积推广使用，节约成本，提高效 率。

【专利附图】

【附图说明】
[0021] 图1是本实用新型的整体结构示意图；
[0022] 图中：1 :煤料斗；2 :煤锁斗；3 :煤发送罐；4 :煤输送装置；5 :生物质料斗；6 :生物 质锁斗；7 :生物质发送罐；8 :生物质输送装置；9 :气缸；10 :气体预热器；11 :反应器；12 : 高功率加热炉；13 :中等功率加热炉；14 :煤下料管；15 :旋风除尘器；16 :半焦收集罐；17 : 焦油洗涤塔；18 :焦油收集罐。

【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图，对本实用新型作进一步详细说明。
[0024] 参见图1，本实用新型包括气缸9,气缸9的气体出口分为若干路，第一路经生物质 输送装置8连接至反应器11的底部入口；第二路经煤输送装置4后连接至反应器11的顶 部入口的煤下料管14,且煤下料管插14入反应器11的中部；第三路反应器11的底部入口 还经设有气体预热器10的管路连接至气缸9的出口；反应器11的出口连接净化回收单元； 所述的反应器11外侧设置的加热炉分为位于上半部的高功率加热炉12和位于下半部的中 等功率加热炉13 ;净化回收单元包括：旋风除尘器15、半焦收集罐16、焦油洗涤塔17和焦 油收集罐18 ;旋风除尘器15的气体入口连接反应器11的气体出口，旋风除尘器15气体出 口连接焦油洗涤塔17,焦油洗涤塔17的顶部开设有气体出口；且旋风除尘器15和焦油洗 涤塔17的底部出口分别连接半焦收集罐16和焦油收集罐18。
[0025] 煤输送装置4的物料入口连接煤料斗1，煤料斗1和煤输送装置4之间串联有煤锁 斗2和煤发送罐3 ;生物质输送装置8的物料入口连接生物质料斗5,且生物质料斗5和生物 质输送装置8之间串联有生物质锁斗6和生物质发送罐7。反应器11为集成式反应器，且 底部预热气入口为三至十二个，且呈圆周均布，反应器11底部生物质与反应器11顶部煤的 进料速率之比为（95 :5)?（50 :50);反应器11内的压力为0.001-4. OMPa，上半部高功率加 热炉12的加热温度为400-800°C，下半部中等功率加热炉13发的加热温度为300-700°C。
[0026] 实施方法：
[0027] 原料煤干燥到水分小于3%，粒度小于3mm，原料生物质干燥到水分小于5%，粒度 小于3mm，生物质与煤的进料速率比为（90 :10)?（60 :40)。原料煤经煤料斗1、煤锁斗2、 煤发送罐3进入煤输送装置4,在一定量载气的输送下进入反应器11中煤的热解段，原料煤 的下料管口 14在反应器中部；同时，原料生物质经生物质料斗5、生物质锁斗6、生物质发送 罐7送入生物质输送装置8,在一定量载气的输送下进入反应器11中生物质的热解段，原 料生物质的入料口在反应器的底部。气缸9中的一路经气体预热器10加热后进入反应器 11，用于补充反应器内的流化气和提供部分热解所需热量。
[0028] 反应器11的操作压力一般为0· 001?4. OMPa，反应器11上部煤热解段的温度一 般为400?800°C，最佳反应温度为550?650°C，反应器11下部生物质热解段的温度一般 为300?700°C，最佳反应温度为350?450°C，控制反应器11的高度和气速，使物料在反 应器内的停留时间小于2s，通过快速热解，最大程度提高液体产物的收率。通过生物质热 解后产生的富氢热解气为煤的热解提供了加氢氛围，稳定煤热解过程中的自由基，一方面 增加液体收率，实现生物质与煤共热解的协同效应，另一方面，加氢氛围可以改善热解油品 的性质，使油品更轻质和更稳定。热解后的物料携带油气从反应器11顶端进入旋风除尘器 15,经旋风除尘器15分离后的半焦排放至半焦收集罐16,除尘后的热解气进入焦油洗涤塔 17,经焦油洗液洗涤后的焦油由焦油洗涤塔17的底部排至焦油收集罐18,净化后的煤气由 焦油洗涤塔17塔顶排出。
[0029] 反应单元反应器11包括上下两段，上段为煤的热解段，下段为生物质的热解段， 两段分别控制不同的反应温度。生物质与煤的热解为两步法单独热解，但集成在一个反应 器11内完成。优点在于：生物质与煤分开单独热解，避免了二者由于热解温度的差异所导 致的不利协同效应，下段生物质热解后的富氢热解气为上段煤的热解提供了富氢氛围，有 利于提高液体产物的收率。此外，通过在一个反应器11内共热解，实现生物质焦油和煤焦 油的互补，降低生物质焦油的氧含量，改善共热解油的品质。该装置工艺简单，可以常压操 作，也可以加压操作，有利于装置规模的扩大。
【权利要求】
1. 一种集成式两步法生物质与煤共热解装置，其特征在于：包括气缸（9)，气缸（9)的 气体出口分为若干路，第一路经生物质输送装置（8)连接至反应器（11)的底部入口；第二 路经煤输送装置（4)后连接至反应器（11)的顶部入口；反应器（11)的出口连接净化回收 单元；所述的反应器（11)外侧设置的加热炉分为位于上半部的高功率加热炉（12)和位于 下半部的中等功率加热炉（13);所述的煤输送装置（4)的物料入口连接煤料斗（1)，生物质输送装置（8)的物料入口连 接生物质料斗（5)。
2. 根据权利要求1所述的一种集成式两步法生物质与煤共热解装置，其特征在于：所 述的反应器（11)的底部入口还经设有气体预热器（10)的管路连接至气缸（9)的出口。
3. 根据权利要求2所述的一种集成式两步法生物质与煤共热解装置，其特征在于：所 述的反应器（11)的底部连接气体预热器（10)的入口为预热气入口，且预热气入口为三至 十二个，且呈圆周均布。
4. 根据权利要求1所述的一种集成式两步法生物质与煤共热解装置，其特征在于：所 述的煤料斗（1)和煤输送装置（4)之间串联有煤锁斗（2)和煤发送罐（3)。
5. 根据权利要求1所述的一种集成式两步法生物质与煤共热解装置，其特征在于：所 述的生物质料斗（5)和生物质输送装置（8)之间串联有生物质锁斗（6)和生物质发送罐 ⑵。
6. 根据权利要求1所述的一种集成式两步法生物质与煤共热解装置，其特征在于：所 述的净化回收单元包括：旋风除尘器（15)、半焦收集罐（16)、焦油洗涤塔（17)和焦油收集 罐（18); 所述的旋风除尘器（15)的气体入口连接反应器（11)的气体出口，旋风除尘器（15)气 体出口连接焦油洗涤塔（17)，焦油洗涤塔（17)的顶部开设有气体出口；且旋风除尘器（15) 和焦油洗涤塔（17)的底部出口分别连接半焦收集罐（16)和焦油收集罐（18)。
7. 根据权利要求1所述的一种集成式两步法生物质与煤共热解装置，其特征在于：所 述的反应器（11)为集成式反应器。
8. 根据权利要求1所述的一种集成式两步法生物质与煤共热解装置，其特征在于：所 述的煤输送装置（4)连接反应器（11)的顶部入口的煤下料管（14)，且煤下料管（14)插入 反应器（11)的中部。
9. 根据权利要求1所述的一种集成式两步法生物质与煤共热解装置，其特征在于：所 述的反应器（11)底部生物质与反应器（11)顶部煤的进料速率之比为（95 :5)?（50 :50)。
10. 根据权利要求1所述的一种集成式两步法生物质与煤共热解装置，其特征在于： 所述的反应器（11)内的压力为0.001-4. OMPa，上半部高功率加热炉（12)的加热温度为 400-800°C，下半部中等功率加热炉（13)的加热温度为300-700°C。
【文档编号】C10B57/02GK203999499SQ201420393879
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】李大鹏, 王明峰, 王宁波, 王汝成, 闫朋辉, 刘丹, 孔少亮, 黄勇, 张月明, 刘巧霞 申请人:陕西延长石油（集团）有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心