本发明涉及生物质能转化利用的技术领域，具体是一种生物质非原位催化热解液化系统。
背景技术
化石能源目前占世界一次能源供应的80％以上，但因其具有不可再生性以及在开发利用过程中附带产生诸多环境问题，已经制约人类的可持续发展。因此对于新能源的研究成为当今能源发展的一个重要领域，不仅能够缓解对化石能源的依赖，而且对于环境保护和人类社会的可持续发展意义重大，已是全球的必然趋势。
其中生物质能是以具有能源价值的植物和有机废弃物等作为原料的能源，具有资源丰富、可再生等特点，是目前唯一一种以实物形式存在的可再生能源。生物质能是当今世界第四大消费能源，仅次于石油、煤和天然气。生物质催化热解是目前世界上生物质能研究开发的前沿技术，利用催化剂的催化作用能够改善生物油品质、提高目标产物收率、降低热解过程能耗、增加生物质资源与化石资源的竞争力，并且能够直面“三农”、能源和环境三大主题，具有重要意义。
目前常用的生物质催化热解工艺，使用的装置主要包括固定床式和流化床式。固定床式的缺点主要包括温度分布不均匀、传热差、原料处理能力弱和催化剂无法更换等问题；流化床式因流化介质与催化剂难以分离，以及逆重力场输送运行成本较高等问题，在生物质催化热解液化工艺系统中也没有得到广泛应用和推广。基于此，设计一种高效节能、产品收率高、易实现连续操作的生物质催化热解液化系统是很有必要的。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种生物质非原位催化热解液化系统，本发明以旋转锥反应器为生物质热解反应器，导流旋风式反应器为催化裂解反应器。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种生物质非原位催化热解液化系统，包括气化炉、提升管加热器、旋转锥反应器、导流旋风式反应器、催化剂再生系统、气固分离器及冷凝系统。
所述气化炉底部连接第一生物质喂料器，第一生物质喂料器上接第一生物质料斗，气化炉上部与提升管加热器下部采用气相管路连接，石英砂喂料器与提升管加热器下部连接。提升管加热器上部与石英砂分离器进口连接，石英砂分离器下部与已加热砂箱连接，已加热砂箱下部连接旋转锥反应器进口。第二生物质喂料器与旋转锥反应器进口连接，第二生物质喂料器上接第二生物质料斗。旋转锥反应器出口与导流旋风式反应器进气口采用气相管路连接，气相管路由导流旋风式反应器侧面送气，进入导流旋风式反应器的气体做旋转离心运动。
导流旋风式反应器的上端开设有多个催化剂入口，通过催化剂入口与上部催化剂箱相连。导流旋风式反应器的下部分别设有排气口及排剂锥。排气口用来排放裂解产生的气体产物，排气口与气固分离器进口以气相管路连接，气固分离器连接冷凝系统。排剂锥用来将催化剂排出，排剂锥与催化剂再生系统连接。
导流旋风式反应器的内部分为混合主反应区及分离副反应区，混合主反应区设置在分离副反应区的上部，二者之间设有导向叶片。旋转锥反应器内生物质热解产生的热解蒸气被引入导流旋风式反应器内，在混合主反应区弱离心力、哥氏力的作用下强化了热解蒸气与催化剂之间的相对速度和相互接触，传质传热效率高，裂解转化率高；在导向叶片的导流作用下，分离副反应区内在强旋作用下因密度不同所受离心力不同，气体产物能够及时和催化剂以及固体产物生物炭快速分离，减少了过裂解反应的发生以及催化剂的结焦失活，催化裂化反应效果好。
所述催化剂再生系统包括催化剂再生器，排剂锥与催化剂再生器下部连接，催化剂再生器下部与催化剂冷却器连接，催化剂再生器顶部和提升管加热器下部以气相管路连接，催化剂再生器内烧焦产生的高温烟气引入提升管加热器内，此装置可充分利用催化剂再生时烧焦产生的热量加热石英砂。催化剂再生器底部和催化剂冷却器顶部以气相管路连接，在催化剂冷却器内空气与催化剂换热，能充分利用催化剂余热为引入催化剂再生器的空气预热。催化剂冷却器下部与第二鼓风机和再生催化剂箱相连。
冷凝系统将生物质裂解气体产物冷凝为生物油。所述冷凝系统包括喷淋塔，气固分离器底部连接生物炭箱，气固分离器顶部与喷淋塔下部以气相管路相连，喷淋塔顶部与列管冷却器以气相管路相连，列管冷却器采用气相管路依次连接稳压罐和罗茨风机，罗茨风机连接混气稳压罐，混气稳压罐设置在气化炉进气管路上，喷淋塔底部采用液相管路连接第一生物油罐，列管冷却器底部采用液相管路连接第二生物油罐。
为充分利用装置余热，所述石英砂分离器上部出口依次采用气相管路连接换热器、引风机，引风机出气管路排空，换热器分别与第一鼓风机和混气稳压罐相连，上述结构充分利用生物质燃烧烟气余热为气化炉引入的新风预热。
所述旋转锥反应器下部连接待加热砂箱，待加热砂箱与石英砂喂料器之间以卸灰阀相连，石英砂循环利用。
为了控制石英砂的进量，所述已加热砂箱下部通过石英砂流量控制阀连接旋转锥反应器进口。
为控制催化裂解剂气比，所述催化剂箱下部通过催化剂流量控制阀连接导流旋风式反应器的催化剂入口。
本发明所达到的有益效果是：
1、采用本发明进行生物质非原位催化热解工艺，操作方便易控，可分别对热解过程和催化裂解过程进行工况参数调整和控制；
2、本发明的导流旋风式反应器内在离心力场下强化了热解气与催化剂之间的相对速度和相互接触，传质传热效率高，转化率高，催化反应生成的气体产物能够及时和催化剂以及固体产物生物炭快速分离，减少了过裂解反应的发生以及催化剂的结焦失活，生物油品质好；
3、生物质热解蒸气与催化剂的催化裂解反应以及反应气相产物与催化剂的分离过程在同一反应器内进行，简化了工艺流程，节省经济成本。
4、本发明能充分利用生物质高温烟气热量加热石英砂，且系统内余热利用率高，保证系统稳定连续工作，效率高、成本低。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明结构示意图；
图2是图1中导流旋风式反应器的顶端入口处的结构示意图。
图中：1、混气稳压罐；2、气化炉；3-1、第一生物质喂料器；3-2、第二生物质喂料器；4-1、第一生物质料斗；4-2、第二生物质料斗；5、提升管加热器；6、引风机；7、换热器；8-1、第一鼓风机；8-2、第二鼓风机；9、石英砂分离器；10-1、已加热砂箱；10-2、待加热砂箱；11-1、石英砂流量控制阀；11-2、催化剂流量控制阀；12、旋转锥反应器；13、卸灰阀；14、石英砂喂料器；15、排气口；16、排剂锥；17、分离副反应区；18、导向叶片；19、导流旋风式反应器；20、混合主反应区；21、进气口；22-1、催化剂箱；22-2、再生催化剂箱；23、催化剂再生器；24、催化剂冷却器；25、气固分离器；26、生物炭箱；27-1、第一生物油罐；27-2、第二生物油罐；28、喷淋塔；29、列管冷却器；30、稳压罐；31、罗茨风机；32、催化剂入口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
如图1、图2所示，一种生物质非原位催化热解液化系统，包括气化炉2、提升管加热器5、旋转锥反应器12、导流旋风式反应器19、催化剂再生系统、气固分离器25及冷凝系统。
所述气化炉2底部连接第一生物质喂料器3-1，第一生物质喂料器3-1上接第一生物质料斗4-1，气化炉2上部与提升管加热器5下部采用气相管路连接，石英砂喂料器14与提升管加热器5下部连接，石英砂喂料器14采用螺旋喂料器。提升管加热器5上部与石英砂分离器9进口连接，石英砂分离器9下部与已加热砂箱10-1连接，已加热砂箱10-1下部连接旋转锥反应器12进口。第二生物质喂料器3-2与旋转锥反应器12进口连接，第二生物质喂料器3-2上接第二生物质料斗4-2。
如图2所示，旋转锥反应器12出口与导流旋风式反应器的进气口21采用气相管路连接，进气口21由导流旋风式反应器19侧面送气。旋转锥反应器12下部连接待加热砂箱10-2，待加热砂箱10-2与石英砂喂料器14之间以卸灰阀13相连，石英砂循环利用。
导流旋风式反应器19的上端开设有四个催化剂入口32，通过催化剂入口32与上部催化剂箱22-1相连。导流旋风式反应器19的下部分别设有排气口15及排剂锥16。排气口15用来排放裂解后的气体产物，排气口15与气固分离器25进口以气相管路连接，气固分离器25连接冷凝系统。排剂锥16用来将催化剂排出，排剂锥16与催化剂再生系统连接。
导流旋风式反应器19的内部分为混合主反应区20及分离副反应区17，混合主反应区20设置在分离副反应区17的上部，二者之间设有导向叶片18。
所述催化剂再生系统包括催化剂再生器23，排剂锥16与催化剂再生器23下部连接，催化剂再生器23下部与催化剂冷却器24连接，催化剂再生器23顶部和提升管加热器5下部以气相管路连接，催化剂再生器23内烧焦产生的高温烟气引入提升管加热器5内。催化剂再生器23底部和催化剂冷却器24顶部以气相管路连接，在催化剂冷却器24内空气与催化剂换热。催化剂冷却器24下部与第二鼓风机8-2和再生催化剂箱22-2相连。
冷凝系统将裂解气体产物冷凝为生物油。所述冷凝系统包括喷淋塔28，气固分离器25底部连接生物炭箱26，气固分离器25顶部与喷淋塔28下部以气相管路相连，喷淋塔28顶部与列管冷却器29以气相管路相连，列管冷却器29采用气相管路依次连接稳压罐30和罗茨风机31，罗茨风机31连接混气稳压罐1，混气稳压罐1设置在气化炉2进气管路上，喷淋塔28底部采用液相管路连接第一生物油罐27-1，列管冷却器29底部采用液相管路连接第二生物油罐27-2。
为充分利用装置余热，所述石英砂分离器9上部出口依次采用气相管路连接换热器7、引风机6，引风机6出气管路排空，换热器7分别与第一鼓风机8-1和混气稳压罐1相连。
所述已加热砂箱10-1下部通过石英砂流量控制阀11-1连接旋转锥反应器12进口。
所述催化剂箱22-1下部通过催化剂流量控制阀11-2连接导流旋风式反应器的催化剂入口32。
利用本发明进行生物质催化热解的反应过程为：
生物质原料在气化炉2内燃烧产生高温烟气，高温烟气引入提升管加热器5内加热被提升的石英砂，石英砂与烟气由提升管加热器顶部进入石英砂分离器9，石英砂从石英砂分离器9底部进入已加热石英砂箱10-1，在石英砂流量控制阀11-1调节下顺重力进入旋转锥反应器12，生物质通过第二生物质喂料器3-2进入旋转锥反应器12，旋转锥反应器12利用离心力来移动生物质，生物质颗粒与过量的载热砂的混合物沿着炽热的锥壁螺旋向上传送，生物质发生热解。石英砂通过反应后流入旋转锥反应器下面待加热砂箱10-2中，通过卸灰阀13将灰分移出后，石英砂经过石英砂喂料器14重新喂入提升管加热器5底部被循环使用。而石英砂分离器9顶部的净化高温烟气与空气换热后排出，被加热的空气引入气化炉2内。
旋转锥反应器12内生物质热解产生的热解蒸气被引入导流旋风式反应器19内，在混合主反应区20弱离心力、哥氏力的作用下强化了热解蒸气与催化剂之间的相对速度和相互接触，在导向叶片18的导流作用下，分离副反应区17内在强旋作用下因密度不同所受离心力不同，气体产物能够及时和催化剂以及固体产物生物炭快速分离。反应后的催化剂在催化剂再生器23内烧焦再生，在催化剂冷却器24内空气与催化剂换热，充分利用催化剂余热，为引入催化剂再生器23的空气预热。催化剂再生器23内烧焦产生的高温烟气引入提升管加热器5内。反应后的气体产物经气固分离器25提纯后进入喷淋塔28冷凝成为生物油，未冷凝的气体进一步冷却成为液体生物油后将气体物质经混气稳压罐1输送回气化炉2。