生物质与煤快速共热解制备液体燃料的方法技术

本发明专利技术生物质与煤快速共热解制备液体燃料的方法属于能源化工技术领域，其反应系统由提升管燃烧反应器（１０）和生物质／煤快速共热解反应器两大部分构成，两部分通过固体热载体的循环联结。热解反应器由上部热解反应器混合段（５）、中部热解反应器并流热解段（６）和下部热解反应器气固分离段（７）构成，生物质和煤的质量比为９５／５～５０／５０，在热解反应器中导入循环回用的副产富氢燃气作为载气和骤冷气体，共热解半焦在提升管燃烧反应器（１０）中被全部烧掉。本发明专利技术的有益效果是，常压操作，工艺简单，热效率高，液体燃料产率高，品质好，适用于各种固体生物质和年轻煤的共热解液化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源化工
，涉及一种由生物质和煤快速共热解以制取液体燃料的方法。
技术介绍
由生物质或煤快速热解是获取液体燃料和化学品的最有效的方法之一，但生物质或煤的单独热解各有其局限性。煤的H/C比较低，因此，热解液体产品产率较低。煤热解半焦的产率一般大于50％，因此，必须考虑其应用出路。当采用劣质煤(高灰、高硫)热解时半焦的利用问题便成为难题。为提高液体产品产率，需在富氢环境下快速热解，即煤的加氢热解，但氢来源是大问题，目前氢或替代氢源(如天然气、焦炉煤气等)主要来自化石燃料，不可再生，且成本较高。生物质是可再生资源，和煤相比，其含硫和矿物质低，含氢和氧较高，热解温度较低，液体产品产率较高，但液体产品中含氧高，稳定性差，腐蚀性强，作为燃料应用时进一步加工难度较大。生物质和煤快速共热解可弥补各自单独热解的不足。同时，考虑到生物质的H/C比较高，可以做煤的廉价供氢剂，即将煤与生物质共热解，如果两者能在同一温度范围内发生同步热解，则生物质中富余的氢就有可能转移到煤中，使煤热解产生的自由基得以稳定化，增加液体燃料产率，即在共热解过程中实现的焦油产率高于生物质和煤单独热解的焦油产率的加和，此即所谓的协同效应。利用煤与生物质共热解技术生产液体燃料，实现两者的洁净、高效、综合利用，这对保护环境、提高资源利用效率和企业的经济效益、实现可持续发展都具有重要的意义。由生物质或煤的快速热解以获取高产率液体产品(生物油或焦油)的基本条件已获得共识：所处理物料实现快速加热；适当的热解温度(375℃～650℃)；产物蒸汽的短停留时间(若干秒)；产物骤冷。煤快速热解的典型方法有以煤热解半焦为热载体、采用循环移动床反应器的鲁奇-鲁尔煤气法，以陶瓷球为热载体、采用回转炉主反应器的TOSCAL法等(参考文献：作者，王永宽，标题“国外煤低温干馏技术的开发状况与面临的课题”，文献出处，煤质技术，1995，No.1，39-45)；生物质快速热解的典型方法如加拿大蒂纳摩提乌技术公司(DynaMotiveEnergySystems)的生物质快速热解液化技术(参考文献：中国专利ZL97194819.4)。这是目前商业化生产规模最大的生物质快速热解技术，其处理量为1500kg/h，生产以树皮、白木树、刨花、甘蔗渣为原料，在隔绝氧气和450℃～500℃条件下，-->采用鼓泡循环流化床反应器，生物油的质量产率为60％～75％，炭15％～20％，不凝性气体10％～20％。生物油和炭可以作为商业产品出售，而不凝性气体则为循环气体燃烧使用，整个过程无废弃物产生，从而达到原料100％的利用率。现有的生物质和煤的共热解技术尚处于基础研究阶段。由于慢加热速率下煤与生物质的热解温度存在较大差异，因而生物质中富余的氢不能有效地供给煤热解使用，在流通气氛的反应器如热天平和固定床反应器中不能发生协同效应(参考文献：Vuthaluru H B.Thermalbehaviour of biomass/coal blends during co-pyrolysis.Fuel Processing Technology，2003，85：141-155)。在静态气氛的反应器中和长反应时间(1h)条件下，观察到共热解焦油的组成发生了变化(参考文献：Jones J M，Kubacki M，Kubica K et al.Devolatilisation characteristics ofbiomass and coal blends.J.Anal.Appl.Pyrolysis，2005，74：502-511)，这显然是因为焦油发生二次反应的结果。在高加热速率下煤与生物质的共热解也已经有一些相关的研究。在气流床中进行的煤与生物质的共热解研究表明，煤与生物质热解发生的温度范围基本上没有重叠，两者难以产生协同反应。此外，这种反应器中的载气起到了隔离煤与生物质颗粒的作用，生物质中富裕的氢不容易转移到煤中，也导致协同反应难以发生(参考文献：Hindmarsh C J，Thomas K M，Wang W X et al.A comparison of the pyrolysis of coal in wire-mesh and entrained-flowreactors.Fuel，1995，74：1185-1190)。沉降炉中快速加热(104℃/s)、短停留时间下煤与生物质的共热解结果也未能发现任何明显的协同效应。协同效应缺乏的最主要原因可能是由于实验中较大的惰性载气流速(2l/min)以及较低的生物质/煤混合比例(5-10wt.％)(参考文献：Moghtaderi B，Meesri C，Terry FW.Pyrolytic characteristics of blended coal and woodybiomass.Fuel，2004，83：745-750)。因此，由生物质和煤的共热解以获取高产率液体产品(焦油)的基本条件除满足物料实现快速加热、适当的热解温度、产物蒸汽的短停留时间和产物骤冷等条件外，为实现共热解协同效应，共热解过程还应在富氢环境下进行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种生物质与煤快速共热解制备液体燃料的方法，通过固体热载体快速加热条件下相对大量的生物质与相对少量的煤在富氢环境下快速共热解，提高热解油产率和品质。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：生物质与煤快速共热解制备液体燃料的方法，包括如下步骤：将质量比为95/5～50/50的生物质原料和煤原料分别从生物质原料储槽1和煤原料储槽2经由一级螺旋加料器3和二级-->螺旋加料器4加入热解反应器混合段5，在此与来自热载体槽11的固体热载体通过热解反应器混合段内设的叶片实现强制快速混合，然后进入热解反应器并流热解段6，同时，生物质和煤在小于5s的时间内被加热到热解反应温度450℃～700℃；在热解反应器混合段5通入热循环富氢气体，使生物质和煤在富氢气体气氛下发生快速共热解反应，同时缩短气体产物停留时间，固体热载体的质量与生物质和煤的总质量比为2∶1～30∶1；从热解反应器气固分离段7的底部通入冷循环富氢气体，使热解反应器气固分离段7底部的温度降到350℃以下，以终止生物质和煤的热解反应，同时，富氢气体携带热解反应产生的气态物质与热解半焦及固体热载体逆流分离；热解反应产生的热解半焦和固体热载体在重力作用下进入提升管燃烧反应器10的循环燃气燃烧室9，在此，循环回用的富氢气体与通入的空气燃烧，产生的高温热烟气将来自热解反应器的固体热载体和热解半焦提升，提升过程中，热解半焦与空气中剩余的氧气发生燃烧反应，被完全烧掉，同时，固体热载体积蓄了足够用于支持生物质和煤热解反应所需的热量，温度达到800℃～1000℃；高温固体热载体颗粒由热烟气携带到提升管燃烧反应器10的顶部，然后进入旋风分离器和热载体储槽11，在此，热烟气和高温固体热载体颗粒被分离，热烟气进入后续的旋风除尘器12，经过旋风除尘和热量回收处理后外排，高温固体热载体颗粒被旋风分离器和热载体储槽11集存，在重力作用下经流量控制阀进入热解反应器混合段5中，供下一循环的生物质和煤的共热解反应使用；热解反应产生的气态物质经热解挥发物通道8依次进入喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
生物质与煤快速共热解制备液体燃料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将质量比为９５／５～５０／５０的生物质原料和煤原料分别从生物质原料储槽（１）和煤原料储槽（２）经由一级螺旋加料器（３）和二级螺旋加料器（４）加入热解反应器混合段（５），在此与来自热载体槽（１１）的固体热载体快速混合，然后进入热解反应器并流热解段（６），同时，生物质和煤在小于５ｓ的时间内被加热到热解反应温度４５０℃～７００℃；在热解反应器混合段（５）通入热循环富氢气体，使生物质和煤在富氢气体气氛下发生快速共热解反应，同时缩短气体产物停留时间，固体热载体的质量与生物质和煤的总质量比为２∶１～３０∶１；从热解反应器气固分离段（７）的底部通入冷循环富氢气体，使热解反应器气固分离段（７）底部的温度降到３５０℃以下，以终止生物质和煤的热解反应，同时，富氢气体携带热解反应产生的气态物质与热解半焦及固体热载体逆流分离；热解反应产生的热解半焦和固体热载体在重力作用下进入提升管燃烧反应器（１０）的循环燃气燃烧室（９），被循环燃气燃烧室（９）内产生的热烟气以快速流化方式提升，在提升过程中，热解半焦与空气反应被燃烧掉，同时，固体热载体的温度被加热到８００℃～１０００℃；高温固体热载体颗粒由热烟气携带到提升管燃烧反应器（１０）的顶部，然后进入旋风分离器和热载体储槽（１１），在此，热烟气和高温固体热载体颗粒被分离，热烟气进入后续的旋风除尘器（１２），高温固体热载体颗粒被集存，在重力作用下经流量控制阀进入热解反应器混合段（５）中，供下一循环的生物质和煤的共热解反应使用；热解反应产生的气态物质经热解挥发物通道（８）依次进入喷淋洗涤塔（１６）和脱雾填料塔（１８），气体中的可凝物被冷凝，得到的热解液体燃料储存在液体储槽（１７）和液体储槽（１９）中，得到的富氢燃气一部分循环回反应系统，另一部分外送。...

【技术特征摘要】
1.生物质与煤快速共热解制备液体燃料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将质量比为95/5～50/50的生物质原料和煤原料分别从生物质原料储槽(1)和煤原料储槽(2)经由一级螺旋加料器(3)和二级螺旋加料器(4)加入热解反应器混合段(5)，在此与来自热载体槽(11)的固体热载体快速混合，然后进入热解反应器并流热解段(6)，同时，生物质和煤在小于5s的时间内被加热到热解反应温度450℃～700℃；在热解反应器混合段(5)通入热循环富氢气体，使生物质和煤在富氢气体气氛下发生快速共热解反应，同时缩短气体产物停留时间，固体热载体的质量与生物质和煤的总质量比为2∶1～30∶1；从热解反应器气固分离段(7)的底部通入冷循环富氢气体，使热解反应器气固分离段(7)底部的温度降到350℃以下，以终止生物质和煤的热解反应，同时，富氢气体携带热解反应产生的气态物质与热解半焦及固体热载体逆流分离；热解反应产生的热解半焦和固体热载体在重力作用下进入提升管燃烧反应器(10)的循环燃气燃烧室(9)，被循环燃气燃烧室(9)内产生的热烟气以快速流化方式提升，在提升过程中，热解半焦与空气反应被燃烧掉，同时，固体热载体的温度被加热到800℃～1000℃；高温固体热载体颗粒由热烟气携带到提升管燃烧反应器(10)的顶部，然后进入旋风分离器和热载体储槽(11)，在此，热烟气和高温固体热载体颗粒被分离，热烟气进入后续的旋风除尘器(12)，高温固体热载体颗粒被集存，在重力作用下经流量控制阀进入热解反应器混合段(5)中，供下一循环的生物质和煤的共热解反应使用；热解反应产生的气态物质经热解挥发物通道(8)依次进入喷淋洗涤塔(16)和脱雾填料塔(18)，气体中的可凝物被冷凝，得到的热解液体燃料储存在液体储槽(17)和液体储槽(19)中，得到的富氢燃气一部分循环回反应系统，另一部分外送。2.如权利要求1所述的生物质与煤快速共热解制备液体燃料的方法，其特征在于，所述生物质为林产废弃物或农作物秸秆或农作物加工废弃物；所述煤为褐煤或不粘煤或长焰煤；所述固体热载体为石英砂或刚玉砂或烧结氧化镁砂或高温陶瓷或莫来石或锆英石或橄榄石或铁矿砂或石灰石或白云石或它们的混合物。3.如权利要求1或2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐绍平，穆家华，张丽，刘淑琴，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]