一种生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置及其工艺方法

1.本发明涉及生物质能源领域，具体地说是一种生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置及其工艺方法。


背景技术：

2.随着化石资源的日益枯竭以及全社会对于可循环发展能源的大力支持，近些年来生物质能源技术得到了各国学者的广泛关注。其中生物质热解液化技术是可将生物质转化成液体、固体和气体产物，实现生物质高效利用的有效手段，也是当下应用较多的一种，生物质热解是指在没有空气(氧气)参与的条件下，用加热的方式使组成生物质的高分子聚合物裂解成低分子有机物，生成固体(焦炭)、液体产物(生物质油)和气体产物(合成气)的过程，这里面的液体产物，也称作生物油(生物质油)，是生物质热解的主要产物。生物油还具有原料来源广泛、可利用组分多、可再生、便于运输、能量密度较高等诸多特点，因而可作为传统化石能源的替代品，应用于能源燃料和化工行业，既能从中提取具有商业价值的化工原料，又能作为锅炉燃气轮机或内燃机的燃料。
3.传统热解得到的生物质油与矿物质油相比，生物质油中氧元素、水分和固体杂质含量较多，而且热值低、ph值小、有腐蚀性，性能也不够稳定。这是因为生物质油中的主要成分是酸、醇、醛、酮和酚类等含氧有机化合物，它们之间可能发生化学反应，特别是在长时间存放或受热后，生物质油的物理化学特性会迅速朝着不利于其应用的方向改变。由于品质和热稳定性都较差，因此生物质油在应用遇到了一系列的问题，这也制约了它的推广应用、商业化进程以及工业化发展。
4.近年来，一系列旨在提高生物油品质及其应用价值的工作在不断开展，包括催化热解、催化裂解和催化加氢等，也收到了一些积极的成果。但是，这些技术仍旧面临因催化剂的结焦失活带来的生产效率低下以及生产成本过高等问题，因此，如何在不增加生产成本基础上，提高生物质油的品质，减少含氧化合物，已成为领域内的前沿学者广泛关注的问题，也成为当前生物油改质过程中的首要任务之一。


技术实现要素：

5.为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够实现生产高品质生物质油的同时得到比表面积较高的生物质炭，显著提高经济效益和环境效益的生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置及其工艺方法，以解决现有生物质油制备技术存催化剂稳定性差、产品单一、热量利用效率低的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置，包括生物质热解自调控一体化装置、冷凝器一、冷凝器二、生物质油收集池、引风机一和燃气燃烧腔，所述生物质热解自调控一体化装置包括一体化主体罐、进料组件、电动导杆组件和出碳螺旋管，一体化主体罐从上至下依次设置为热解
腔、过渡腔和自调控腔，自调控腔的下部设置有热解混合气抽气室，进料组件设置在热解腔上、搅拌组件设置在一体化主体罐内，且其贯穿热解腔、过渡腔和自调控腔，出碳螺旋管设置在自调控腔的下端，热解混合气抽气室的热解产物出口与冷凝器一的气体入口相连，冷凝器一的气体出口与冷凝器二的气体入口相连，冷凝器二的气体出口与引风机一入口相连，冷凝器一的下部和冷凝器二的下部均与生物质油收集池相连，引风机一的出口与燃气燃烧腔进口相连，燃气燃烧腔出口分两路，一路与生物质热解自调控一体化装置的自调控腔相连，另一路与生物质热解自调控一体化装置的热解腔相连，自调控腔的一侧和热解腔的一侧均连接有引风机二，两路经过换热后烟气分别由各自相对应连接的引风机二引出排空，所述一体化主体罐中自调控腔的烟气用来调控生物质炭的温度，其热解腔的烟气用于提供热解需要的热量，其产生的高品质炭从出碳螺旋管底部设置的出炭口排出。
7.上述生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置，所述进料组件包括进料斗和螺旋进料器，螺旋进料器横向布置，其一端与热解腔上部相连，进料斗安装在螺旋进料器上。
8.上述生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置，所述电动导杆组件包括减速机和主杆，减速机安装在一体化主体罐的上部，其输出端与主杆传动连接，主杆贯穿热解腔、过渡腔和自调控腔中，主杆上从上至下依次固定有支杆、螺旋片和搅拌片，支杆、螺旋片和搅拌片分别与热解腔、过渡腔和自调控腔一一对应。
9.上述生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置，所述热解腔内设置有料位计和多层热解床，热解腔上设置有高温烟气进口和高温烟气出口，多层热解床的进口与所述高温烟气进口流体导通，多层热解床的出口与高温烟气出口流体导通，燃气燃烧腔出口与高温烟气进口流体导通。
10.上述生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置，所述自调控腔上设置有高温烟气室，高温烟气室与燃气燃烧腔出口相连，高温烟气室内设置有若干个横向布置且平行的导热棒、高温烟气室上设置有与燃气燃烧腔出口流体导通的自调控腔烟气进口，所述导热棒的一端位于高温烟气室内、另一端位于所述自调控腔内，热解混合气抽气室与所述自调控腔之间通过抽气孔板隔开，热解混合气抽气室上设置有热解混合气出口，其与冷凝器一的气体入口相连。
11.上述生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置，所述热解腔和自调控腔内设有热电偶，热电偶用于测量热解腔和自调控腔内的温度。
12.上述生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置，所述热解腔内的热解床与水平面成15-20度，便于热解固体产物下移。
13.一种生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭的工艺方法，利用所述的生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置，包括以下步骤：
14.s1：生物质热解、产物自调控：生物质通过进料组件送入热解腔内，在热解床供热的热解腔内发生热解反应，热解产生混合气体在引风机的作用通过过渡腔进入产物自调控腔，与此同时热解产生的生物质炭在过渡腔中螺旋旋转作用下进入产物自调控腔，自调控腔温度由热解气燃烧产生热来调控，热解混合气中有机物在自调控腔发生反应后由引风机引出；
15.s2：生物质油的收集：s1得到的混合气，送入冷凝器一和冷凝器二回收生物质油；
16.s3：回收生物质油后的不凝性气体回用：回收生物质油后的气体由引风机送入燃气燃烧腔，产生的高温烟气一部分送入热解腔的热解床为热解提供热解所需热量，另一部分自调控腔用于调控生物质炭所需的温度；
17.s4：生物质炭的回收：经过自调控腔后的生物质炭通过螺旋冷却后排出。
18.本装置采用独特的热解腔中的分层热解床，通过热解产生不凝气气体燃烧产生热量提供热解需要的热量，控制热解温度，实现了定向热解；采用独特的自调控腔，对热解产生生物质炭的温度(调控热量也来源于热解产生不凝气气体燃烧)进行调控，满足生物质热解混合气催化产高品质油的同时生物质炭(催化剂)又在不停的更新，不因催化剂失活引起的油的品质波动；将热解、热解气自调控(油提质)和生物质炭提质结合在一个装置内，装置新颖独特，生产过程中一体化装置是关键装备及热量调控为关键工艺，制备高品质生物质油的同时得到高品质的生物质炭，产品多样化，显著提高了经济效益和环境效益。
19.本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
20.1、通过一体化主体罐、进料组件、电动导杆组件和出碳螺旋管的配合设置，使用时生物质从进料组件放进一体化主体罐内，在热解腔内发生热分解反应，热解产生的混合气体和生物质碳经过渡腔进入到自调控腔，混合气体有机物在自调控腔内发生反应后由由引风机二引出，热解混合气抽气室内产生的混合气送入冷凝器一和冷凝器二内进行回收生物质油，回收生物质油后的气体由引风机二送入燃气燃烧腔，产生的高温烟气一部分送入热解腔的热解床为热解提供热解所需热量，另一部分自调控腔用于调控生物质炭发挥催化作用所需的温度，经过自调控腔后的生物质炭通过螺旋冷却后排出；
21.2、本装置采用独特的热解腔中的分层热解床，通过热解产生不凝气气体燃烧产生热量提供热解需要的热量，控制热解温度，实现了定向热解；
22.3、本装置采用独特的自调控腔，对热解产生生物质炭的温度(调控热量也来源于热解产生不凝气气体燃烧)进行调控，满足生物质热解混合气催化产油的同时生物质炭又在不停的更新，不因催化剂失活引起的油的质量波动；
23.4、本装置将热解、热解气自调控和生物质炭提质结合在一个装置内，装置新颖独特，生产过程中一体化装置是关键装备及热量调控为关键工艺，制备高品质生物质油的同时得到高品质的生物质炭，产品多样化，显著提高了经济效益和环境效益。
附图说明
24.图1本发明的整体结构示意图；
25.图2本发明中生物质热解自调控一体化装置的结构示意图；
26.图3本发明中热解床的结构示意图；
27.图4本发明中电动导杆组件的结构示意图。
28.图中附图标记表示为：1-一体化主体罐；1-1-热解腔；1-1-1-高温烟气进口；1-1-2-高温烟气出口；1-2-过渡腔；1-3-自调控腔；1-4-热解混合气抽气室；2-冷凝器一；3-冷凝器二；4-生物质油收集池；5-引风机一；6-燃气燃烧腔；7-出碳螺旋管；8-引风机二；9-进料斗；10-螺旋进料器；11-减速机；12-主杆；13-支杆；14-螺旋片；15-搅拌片；16-料位计；17-热解床；18-高温烟气室；19-导热棒；20-自调控腔烟气进口；21-抽气孔板；22-热解混合气出口。
具体实施方式
29.本实施例生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置，如图1和图2所示，包括生物质热解自调控一体化装置、冷凝器一2、冷凝器二3、生物质油收集池4、引风机一5和燃气燃烧腔6，生物质热解自调控一体化装置包括一体化主体罐1、进料组件、电动导杆组件和出碳螺旋管7，一体化主体罐1从上至下依次设置为热解腔1-1、过渡腔1-2和自调控腔1-3，自调控腔1-3的下部设置有热解混合气抽气室1-4，进料组件设置在热解腔1-1上、搅拌组件设置在一体化主体罐1内，且其贯穿热解腔1-1、过渡腔1-2和自调控腔1-3，出碳螺旋管7设置在自调控腔1-3的下端，热解混合气抽气室1-4的热解产物出口与冷凝器一2的气体入口相连，冷凝器一2的气体出口与冷凝器二3的气体入口相连，冷凝器二3的气体出口与引风机一5入口相连，冷凝器一2的下部和冷凝器二3的下部均与生物质油收集池4相连，引风机一5的出口与燃气燃烧腔6进口相连，燃气燃烧腔6出口分两路，一路与生物质热解自调控一体化装置1的自调控腔1-3相连，另一路与生物质热解自调控一体化装置1的热解腔1-1相连，自调控腔1-3的一侧和热解腔1-1的一侧均连接有引风机二8，两路经过换热后烟气分别由各自相对应连接的引风机二8引出排空，一体化主体罐1中自调控腔1-3的烟气用来调控生物质炭的温度，其热解腔1-1的烟气用于提供热解需要的热量，其产生的高品质炭从出碳螺旋管7底部设置的出炭口排出；通过一体化主体罐1、进料组件、电动导杆组件和出碳螺旋管7的配合设置，使用时生物质从进料组件放进一体化主体罐1内，热解腔1-1内设置有料位计16和多层热解床17，料位计16用于检测上料量，热解腔1-1上设置有高温烟气进口1-1-1和高温烟气出口1-1-2，多层热解床17的进口与所述高温烟气进口1-1-1流体导通，多层热解床17的出口与高温烟气出口1-1-2流体导通，燃气燃烧腔6出口与高温烟气进口1-1-1流体导通，在热解腔1-1内发生热分解反应，热解产生的混合气体和生物质碳经过渡腔1-2进入到自调控腔1-3，自调控腔1-3上设置有高温烟气室18，高温烟气室18与燃气燃烧腔6出口相连，高温烟气室18内设置有若干个横向布置且平行的导热棒19、高温烟气室18上设置有与燃气燃烧腔6出口流体导通的自调控腔烟气进口20，所述导热棒19的一端位于高温烟气室18内、另一端位于所述自调控腔1-3内，热解混合气抽气室1-4与所述自调控腔1-3之间通过抽气孔板21隔开，热解混合气抽气室1-4上设置有热解混合气出口22，其与冷凝器一2的气体入口相连，混合气体有机物在自调控腔1-3内发生反应后由由引风机二8引出，热解混合气抽气室1-4内产生的混合气送入冷凝器一2和冷凝器二3内进行回收生物质油，回收生物质油后的气体由引风机二8送入燃气燃烧腔6，产生的高温烟气一部分送入热解腔1-1的热解床17为热解提供热解所需热量，另一部分自调控腔1-3用于调控生物质炭所需的温度，经过自调控腔1-3后的生物质炭通过螺旋冷却后排出。
30.本装置采用独特的热解腔1-1中的分层热解床17，通过热解产生不凝气气体燃烧产生热量提供热解需要的热量，控制热解温度，实现了定向热解；采用独特的自调控腔1-3，对热解产生生物质炭的温度(调控热量也来源于热解产生不凝气气体燃烧)进行调控，满足生物质热解混合气催化产油的同时生物质炭又在不停的更新，不因催化剂失活引起的油的质量波动；将热解、热解气自调控和生物质炭提质结合在一个装置内，装置新颖独特，生产过程中一体化装置是关键装备及热量调控为关键工艺，制备高品质生物质油的同时得到高品质的生物质炭，产品多样化，显著提高了经济效益和环境效益。
31.如图2所示，进料组件包括进料斗9和螺旋进料器10，螺旋进料器10横向布置，其一
端与热解腔1-1上部相连，进料斗9安装在螺旋进料器10上；通过进料斗9和螺旋进料器10的配合设置，使用时生物质利用进料斗9倒进设备可以避免其洒落浪费，启动螺旋进料器10可以便于把生物质快速输送至热解腔1-1内，为人们提供很大便利。
32.如图4所示，电动导杆组件包括减速机11和主杆12，减速机11安装在一体化主体罐1的上部，其输出端与主杆12传动连接，主杆12贯穿热解腔1-1、过渡腔1-2和自调控腔1-3中，主杆12上从上至下依次固定有支杆13、螺旋片14和搅拌片15，支杆13、螺旋片14和搅拌片15分别与热解腔1-1、过渡腔1-2和自调控腔1-3一一对应；通过减速机11和主杆12的配合设置，使用时电机带动主杆12转动，减速机11可以调节主杆12转速以满足使用所需，主杆12转动，带动支杆13、螺旋片14和搅拌片15转动，从而可以在热解腔1-1和自调控腔1-3中通过旋转拨杆强化传热，使腔内温度趋于一致，且具有防搭桥作用，在过渡腔1-2主要通过螺旋片14将热解产生的生物质炭均匀导入自调控腔1-3，并实现分腔，使设备使用效果更好。
33.如图2和图3所示，热解腔1-1和自调控腔1-3内设有热电偶，热电偶用于测量热解腔1-1和自调控腔1-3内的温度，热解腔1-1内的热解床17与水平面成15-20度，便于热解固体产物下移。
34.本实施例生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭的工艺方法，利用生物质热解自调控制备高品质生物油联产生物质炭装置，包括以下步骤：
35.s1：生物质热解、产物自调控：生物组通过进料组件送入热解腔1-1内，在热解床17供热的热解腔1-1内发生热解反应，热解产生混合气体在引风机的作用通过过渡腔1-2进入产物自调控腔1-3，与此同时热解产生的生物质炭在过渡腔1-2中螺旋旋转作用下进入产物自调控腔1-3，自调控腔1-3温度由热解气燃烧产生热来调控，热解混合气中有机物在自调控腔1-3发生反应后由引风机引出；
36.s2：生物质油的收集：s1得到的混合气，送入冷凝器一2和冷凝器二3回收生物质油；
37.s3：回收生物质油后的不凝性气体回用：回收生物质油后的气体由引风机送入燃气燃烧腔6，产生的高温烟气一部分送入热解腔1-1的热解床17为热解提供热解所需热量，另一部分自调控腔1-3用于调控生物质炭所需的温度；
38.s4：生物质炭的回收：经过自调控腔1-3后的生物质炭通过螺旋冷却后排出。
39.本装置用于生物质制油联产生物质炭案例：杨木片从进料斗9加入，通过螺旋进料器10送入一体化主体罐1的热解腔1-1内的同时,在没有可燃气时，燃气燃烧腔6通过天然气燃烧产生高温烟气，送入热解腔1-1的热解床17，控制热解腔1-1中温度为600℃(根据需求设定需要的温度)，杨木片在热解腔1-1热解过程中在电动导杆组件的带动下向下移动(根据热解程度调整电动导杆组件的转速)，当杨木生物质炭通过过渡腔1-2到达自调控腔1-3时，启动自调控腔1-3的烟气加热系统，使自调控腔温度达到850℃(根据需求设定需要的温度)，此时热解腔1-1产生的混合气进入自调控腔1-3经过生物质炭催化重整，重整后的混合气进入冷凝器一2、冷凝器二3回收高品质生物质油，不粘性可燃气通过引风机一5部分送往燃气燃烧腔6替代天然气燃烧，余下可以外供使用，高品质生物质炭从出碳螺旋管7连续排出，实现了生产高品质生物质油的同时得到比表面积较高的生物质炭，显著提高了经济效益和环境效益。
40.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对
于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。