处理生物质的系统和方法与流程

本发明涉及能源化工领域，具体而言，本发明涉及处理生物质的系统和方法。
背景技术：
：生物质的热解是指在惰性氛围下，通过高温加热，使生物质中大分子键断裂，然后发生一系列解聚、分裂、重整等复杂反应，最终生低聚合度或者小分子化合物的过程。随着生物质热解气化技术研究和应用发展，热解焦油的影响已广受关注，作为热解过程中的副产品，焦油常温下呈粘稠状液态，可引起输气管路的堵塞、腐蚀等，对热解系统及装置都非常不利。目前用于脱除或者减少热解气化产品气中的焦油含量的方法主要包括湿法、干法、焦油电捕法以及催化裂解。其中，湿式净化法是用水将可燃气中的部分焦油带走，设备主要是喷淋塔。但湿式净化法液体回收及循环设备庞大，大量焦油随水流失，造成能源浪费，净化效果差。干式净化法一般为采用多级过滤的方法来把可燃气中的焦油过滤掉，过滤器中一般填充如活性炭类吸附性较强材料。但是干式净化系统去除焦油效果并不好，焦油沉积严重，且存在系统设备复杂，操作不便及费用过高等缺点。电捕焦油对焦油灰尘粒径要求较高，且该方法设备造价和运行费用较高。催化裂解作为一种具有潜力的焦油脱除方法，具有高效性和先进性特征，但缺少高效、廉价且适用于商业化应用的催化剂，制约了该方法的进一步开发应用。技术实现要素：本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出处理生物质的系统和方法。该系统可以利用生物质自身热解产生的热解炭对热解气中的焦油进行催化热裂解和吸附，从而脱除热解气中的焦油，实现热解气净化，该系统组成简单、易操作，对热解气中焦油的脱除率高达80～90％。在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理生物质的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：热解炉，所述热解炉具有生物质入口、热解油气出口和热解炭出口；螺旋出料机，所述螺旋出料机与所述热解炭出口相连；吸收塔，所述吸收塔包括由上至下布置的吸收腔室和落料仓，所述吸收腔室和落料仓通过可抽出的卸料板间隔开或者连通，所述吸收腔室的上部具有热解炭入口，所述吸收腔室的下部具有热解油气入口，所述吸收腔室的顶部具有净化热解油气出口，所述热解炭入口与所述热解炭出口相连，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连，所述落料仓具有吸收后热解炭出口。由此，根据本发明实施例的处理生物质的系统通过采用热解炉将生物质进行热解处理，得到混有焦油的热解油气和热解炭，将热解油气和热解炭分别通入吸收塔的吸收腔室内，使二者在吸收腔室内进行逆向接触，从而利用热解炭作为催化剂催化热裂解热解油气中的焦油，同时吸附裂解后产生的小分子气体，从而减少了热解油气冷凝时焦油的产生量，降低热解油气气液分离的能耗。进一步地，通过抽出吸收腔室与落料仓之间的卸料板，使吸附焦油达到饱和的热解炭落入落料仓，而经过净化的热解油气从吸收腔室顶部排出。该系统利用生物质热解自身产生的热解炭作为催化剂对热解油气进行净化，从而降低了热解油气净化成本，且该系统组成简单，易操作，对热解气中焦油的脱除率高达80～90％。另外，根据本发明上述实施例的处理生物质的系统还可以具有如下附加的技术特征：在本发明的一些实施例中，所述吸收腔室上部侧壁上设置有第一减压阀，所述落料仓上部侧壁上设置有第二减压阀。由此，可以有效地对所述吸收腔室和所述落料仓内的压力进行调节。在本发明的一些实施例中，所述处理生物质的系统进一步包括：气体冷凝器，所述气体冷凝器具有净化热解油气入口、热解气出口、油水出口，所述净化热解油气入口与所述净化热解油气出口相连；热解气罐，所述热解气罐与所述热解气出口相连；油水回收罐，所述油水回收罐与所述油水出口相连。由此，可以有效地分离所述净化热解油气中剩余焦油。在本发明的一些实施例中，所述处理生物质的系统进一步包括：固体冷却器，所述固体冷却器具有吸收后热解炭入口和热解炭产品出口，所述吸收后热解炭入口与所述吸收后热解炭出口相连；热解炭储仓，所述热解炭储仓与所述热解炭产品出口相连。由此，可以有效地将所述吸收后热解炭进行冷凝并收集。在本发明的一些实施例中，所述吸收塔的外表面包裹有石棉类保温层。由此，可以显著降低热解气净化过程中的热量损失。在本发明的第二方面，本发明提出了一种采用本发明上述实施例的处理生物质的系统实施处理生物质的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将生物质供给至热解炉内进行热解处理，以便得到热解油气和热解炭；将热解炭从所述吸收腔室的上部加入，将所述热解油气从所述吸收腔室的下部通入，使所述热解油气与所述热解炭在所述吸收腔室内逆向接触，完成热解气的净化，得到净化后热解油气和吸收后热解炭，吸收后热解炭排至落料仓。由此，根据本发明实施例的处理生物质的方法通过采用热解炉将生物质进行热解处理，得到混有焦油的热解油气和热解炭，将热解炭送入吸收塔的吸收腔室，使热解炭与热解油气接触，利用热解炭吸附热解油气中的焦油，从而实现了热解气的净化，在吸收腔室内，从吸收腔室下部通入的热解油气因密度较低而向上运动，与从吸收腔室上部加入的热解炭逆向接触，由此热解油气与热解炭之间具有较高的接触效率，在热解炭的作用下，焦油被充分裂解和吸附。该方法利用生物质热解产生的热解炭对热解气进行净化，操作简单，成本较低，对热解气中焦油的脱除率高达80～90％。另外，根据本发明上述实施例的处理生物质的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本发明的一些实施例中，所述处理生物质的方法进一步包括：利用气体冷凝器对所述净化后热解油气进行气液分离处理，以便得到热解气和油水混合物。在本发明的一些实施例中，所述处理生物质的方法进一步包括：利用固体冷却器对所述吸收后热解炭进行固液分离处理，以便得到热解炭产品。在本发明的一些实施例中，所述热解处理的温度为700～900摄氏度。由此，可以显著提高所述热解处理的效率。在本发明的一些实施例中，进入所述吸收腔室的热解炭的温度为700～800摄氏度，进入所述吸收腔室的热解油气的温度为600～800摄氏度。由此，可以显著提高热解炭对热解气的净化效率。在本发明的一些实施例中，所述热解油气与所述热解炭接触并发生裂解和净化的温度为600～800摄氏度。由此，可以进一步提高热解炭对热解气的净化效率。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本发明一个实施例的处理生物质的系统结构示意图；图2是根据本发明再一个实施例的处理生物质的系统结构示意图；图3是根据本发明一个实施例的处理生物质的方法流程示意图；图4是根据本发明再一个实施例的处理生物质的方法流程示意图；图5是根据本发明又一个实施例的处理生物质的系统结构示意图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的一个方面，本发明提出了一种处理生物质的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：热解炉100、螺旋出料机200和吸收塔300。其中，热解炉100具有生物质入口101、热解油气出口102和热解炭出口103；螺旋出料机200与热解炭出口103相连；吸收塔300包括由上至下布置的吸收腔室310和落料仓320，收腔室310和落料仓320通过可抽出的卸料板30间隔开或者连通，吸收腔室310的上部具有热解炭入口301，吸收腔室310的下部具有热解油气入口302，吸收腔室310的顶部具有净化热解油气出口303，热解炭入口301与热解炭出口103相连，热解油气入口302与热解油气出口102相连，落料仓320具有吸收后热解炭出口304。下面参考图1和图2对根据本发明实施例的处理生物质的系统进行详细描述：根据本发明的实施例，热解炉100具有生物质入口101、热解油气出口102和热解炭出口103，热解炉100适于对生物质进行热解处理，以便得到热解油气和热解炭。根据本发明的实施例，生物质的主要成分包括水分、挥发分、灰分以及固定碳，具有较高的能源利用价值。通过将生物质在惰性氛围下高温加热，可以得到热解油气和热解炭，热解油气中混有焦油，有待进一步进行净化处理。根据本发明的实施例，螺旋出料机200与热解炭出口103相连，螺旋出料机200适于将生物质热解得到的热解炭供给至吸收塔300。根据本发明的实施例，吸收塔300包括由上至下布置的吸收腔室310和落料仓320，收腔室310和落料仓320通过可抽出的卸料板30间隔开或者连通，吸收腔室310的上部具有热解炭入口301，吸收腔室310的下部具有热解油气入口302，吸收腔室310的顶部具有净化热解油气出口303，热解炭入口301与热解炭出口103相连，热解油气入口302与热解油气出口102相连，落料仓320具有吸收后热解炭出口304，吸收塔300适于使热解油气与热解炭接触，以便完成的热解气的净化。根据本发明的实施例，吸收塔300的外表面包裹有石棉类保温层。由此，可以显著降低热解油气净化过程中的热量损失。根据本发明的实施例，热解炭从吸收腔室310上部的热解炭入口301进入吸收腔室，热解油气从吸收腔室310下部的热解油气入口302进入吸收腔室，在吸收腔室中，密度较低的热解油气向上运动，与热解炭逆向接触，高温的热解炭催化热解气中的大分子碳氢化合物发生二次裂解，裂解为轻质小分子气体，如CO、CH4或H2，同时，热解炭具有发达的孔隙结构和大比表面积等特征，还可以对焦油产生吸附作用。由此利用热解炭对热解气中焦油的进行催化热裂解和吸附，可使得焦油的脱除率高达80～90％。根据本发明的实施例，热解炭与热解油气在吸收腔室310内接触10～20min后，抽出吸收腔室和落料仓320之间的卸料板30，使吸收腔室310中已吸附焦油饱和的热解炭在自身重力作用下落至落料仓320，与此同时，通过螺旋出料机200将新热解炭及时补充到吸收腔室310中，待吸收腔室310中的热解炭更新完毕后，将卸料板30关闭，通过新热解炭对热解油气进行下一轮净化。参考图2，根据本发明实施例的处理生物质的系统进一步包括：第一减压阀31、第二减压阀32。根据本发明的实施例，吸收腔室310上部侧壁上设置有第一减压阀31，落料仓320上部侧壁上设置有第二减压阀32。由此，可以及时有效地对吸收腔室310和落料仓320中的压力进行平衡。参考图2，根据本发明实施例的处理生物质的系统进一步包括：气体冷凝器400、热解气罐500和油水回收罐600。根据本发明的实施例，气体冷凝器400具有净化热解油气入口401、热解气出口402和油水出口403，净化热解油气入口401与净化热解油气出口303相连，气体冷凝器400适于对净化后的热解油气进行气液分离处理，以便得到热解气和油水混合物。根据本发明的实施例，通过利用生物质自身热解产生的热解炭对热解油气进行净化处理，可以有效脱除热解油气中的80～90％的焦油。进而可以有效降低气体冷凝器400分离热解油气中焦油的能耗，提高分离效率。具体地，气体冷凝器400可以将热解油气冷却至20～30摄氏度，从而使热解油气中的油水冷凝为液态，使热解气与油水分离。根据本发明的实施例，热解气罐500与热解气出口402相连，且适于将经过气液分离处理的洁净热解气进行储存。根据本发明的实施例，油水回收罐600与油水出口403相连，且适于将从热解油气中冷凝得到的油水进行回收。参考图2，根据本发明实施例的处理生物质的系统进一步包括：固体冷却器700和热解炭储仓800。根据本发明的实施例，固体冷却器700具有吸收后热解炭入口701和热解炭产品出口702，吸收后热解炭入口701与吸收后热解炭出口304相连，固体冷却器700适于对落料仓320中收集得到的吸收焦油后的热解炭进行冷凝处理，以便得到热解炭产品。根据本发明的实施例，热解炭储仓800与热解炭产品出口702相连，且适于对经过冷凝处理得到的热解炭进行储存。由此，根据本发明实施例的处理生物质的系统通过采用热解炉将生物质进行热解处理，得到混有焦油的热解油气和热解炭，将热解油气和热解炭分别通入吸收塔的吸收腔室内，使二者在吸收腔室内进行逆向接触，从而利用热解炭作为催化剂催化热裂解热解油气中的焦油，同时吸附裂解后产生的小分子气体，从而减少了热解油气冷凝时焦油的产生量，降低热解油气气液分离的能耗。进一步地，通过抽出吸收腔室与落料仓之间的卸料板，使吸附焦油达到饱和的热解炭落入落料仓，而经过净化的热解油气从吸收腔室顶部排出。该系统利用生物质热解自身产生的热解炭作为催化剂对热解油气进行净化，从而降低了热解油气净化成本，且该系统组成简单，易操作，对热解气中焦油的脱除率高达80～90％。在本发明的第二方面，本发明提出了一种采用本发明上述实施例的处理生物质的系统实施处理生物质的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将生物质供给至热解炉内进行热解处理，以便得到热解油气和热解炭；将热解炭从所述吸收腔室的上部加入，将所述热解油气从所述吸收腔室的下部通入，使所述热解油气与所述热解炭在所述吸收腔室内逆向接触，完成热解气的净化，得到净化后热解油气和吸收后热解炭，吸收后热解炭排至落料仓。下面对根据本发明实施例的处理生物质的方法进行详细描述，参考图3和图4，该方法包括：S100：热解处理该步骤中，将生物质供给至热解炉内进行热解处理，以便得到热解油气和热解炭。根据本发明的实施例，生物质的主要成分包括水分、挥发分、灰分以及固定碳，具有较高的能源利用价值。通过将生物质在惰性氛围下高温加热，可以得到热解油气和热解炭，热解油气中混有焦油，有待进一步进行净化处理。根据本发明的实施例，热解处理的温度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，热解处理的温度可以为700～900摄氏度。发明人通过大量实验发现，如果热解温度过低，则无法有效地将生物质热解为小分子气体化合物，且得到的热解产物中焦油含量较大，难以利用；而如果热解温度过高，则会使能耗增大。S200：净化处理该步骤中，将热解炭从吸收腔室的上部加入，将热解油气从吸收腔室的下部通入，使热解油气与热解炭在吸收腔室内逆向接触，完成热解气的净化，得到净化后热解油气和吸收后热解炭。具体地，根据本发明的实施例，可以采用螺旋出料机将热解炭供给至吸收腔室。在吸收腔室中，密度较低的热解油气向上运动，与热解炭逆向接触，高温的热解炭催化热解气中的大分子碳氢化合物发生二次裂解，裂解为轻质小分子气体，如CO、CH4或H2，同时，热解炭具有发达的孔隙结构和大比表面积等特征，还可以对焦油产生吸附作用。由此利用热解炭对热解气中焦油的进行催化热裂解和吸附，可使得焦油的脱除率高达80～90％。根据本发明的具体实施例，吸收腔室内的热解炭的温度可以为700～800摄氏度，进入吸收腔室的热解油气的温度可以为600～800摄氏度。发明人发现，将温度略高的热解炭与热解油气逆向接触，热解炭可以发挥催化作用，有效地催化热裂解热解油气中的焦油，从而有效脱除热解油气中的大部分焦油，达到净化热解气的目的。根据本发明的具体实施例，热解油气与热解炭接触并发生裂解和净化的温度为600～800摄氏度。由此，可以使热解炭对热解油气中焦油的吸附效率和裂解效率最佳。根据本发明的实施例，热解炭与热解油气在吸收腔室内接触10～20min后，抽出吸收腔室和落料仓之间的卸料板，使吸收腔室中已吸附焦油饱和的热解炭在自身重力作用下落至落料仓，与此同时，通过螺旋出料机将新热解炭及时补充道吸收腔室中，待吸收腔室中的热解炭更新完毕后，将卸料板关闭，通过新热解炭对热解油气进行下一轮净化。根据本发明的实施例，吸收腔室上部侧壁上设置有第一减压阀，落料仓上部侧壁上设置有第二减压阀。由此，可以及时有效地对吸收腔室和落料仓中的压力进行平衡。S310：气液分离处理该步骤中，利用气体冷凝器对S300中得到的净化后热解油气进行气液分离处理，以便得到热解气和油水混合物。根据本发明的实施例，通过利用生物质自身热解产生的热解炭对热解油气进行净化处理，可以有效脱除热解油气中的80～90％的焦油。进而可以有效降低气体冷凝器400分离热解油气中焦油的能耗，提高分离效率。具体地，气体冷凝器400可以将热解油气冷却至20～30摄氏度，从而使热解油气中的油水冷凝为液态，使热解气与油水分离，进一步地，可以将热解气送入热解气罐储存，将油水混合物送入油水回收罐储存。S320：固液分离处理该步骤中，利用固体冷却器对S300中得到的吸收焦油后的热解炭进行固液分离处理，除去其中的焦油等液体，以便得到热解炭产品，进一步地，可以将得到的热解炭产品送入热解炭储仓储存。由此，根据本发明实施例的处理生物质的方法通过采用热解炉将生物质进行热解处理，得到混有焦油的热解油气和热解炭，将热解炭送入吸收塔的吸收腔室，使热解炭与热解油气接触，利用热解炭吸附热解油气中的焦油，从而实现了热解气的净化，在吸收腔室内，从吸收腔室下部通入的热解油气因密度较低而向上运动，与从吸收腔室上部加入的热解炭逆向接触，由此热解油气与热解炭之间具有较高的接触效率，在热解炭的作用下，焦油被充分裂解和吸附。该方法利用生物质热解产生的热解炭对热解气进行净化，操作简单，成本较低，对热解气中焦油的脱除率高达80～90％。下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。实施例参考图5，对玉米秸秆进行热解处理，其中玉米秸秆的工业分析见表1：表1玉米秸秆的工业分析(wt％)水分挥发分灰分固定碳玉米秸秆6.7％60.9％23.6％8.8％热解炉设定的热解温度为800℃，热解时间为60min。热解产物主要为高温热解油气和高温热解炭。热解炉顶部热解油气出口温度为600～800℃，热解炉底部热解炭出口温度为700～800℃。将热解炭和热解油气供给至吸收塔的吸收腔室，将热解炭从吸收腔室的上部加入，将热解油气从吸收腔室的下部通入，待热解炭体积达到吸附塔吸收腔室容积的2/3时，停止加入热解炭，进而使热解油气与热解炭在吸收腔室内逆向接触，净化进行15min后，打开吸收腔室和落料仓之间的卸料板，使已吸附饱和的热解炭在自身重力作用下落至位于其下方的落料仓，与此同时，通过螺旋出料机将热解炉中的新热解炭及时补充到吸附塔吸收腔室，待吸附塔吸收腔室内热解炭更新完毕后，停止加入热解炭，热解气进入下一个吸附净化循环。得到的经过净化的热解油气中焦油的脱除率达到80～90％。将净化后的热解油气(500～600℃)进行冷凝处理，使热解油气降温至20～30℃，同时热解油气中的油水混合物冷凝，将油水混合物送至油水回收罐。将已吸附饱和的热解炭(500～600℃)水冷至不高于50℃，同时除去其中吸附的焦油等液体，得到的低温热解炭产品送入热解炭储仓。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页1 2 3