生物质高温热解气化方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种生物质高温热解气化方法和系统，包括：依次对生物质原料进行破碎和筛分，送至烘干装置内进行烘干，在热解气化装置内发生高温热解气化反应，进入载体分离装置内进行生物炭与固体热载体的分离，分离出的固体热载体送至载体送入载体加热输送装置内，分离出的生物炭作为产品；分离后的固体热载体送入载体加热输送装置内进行加热和载体循环使用。本发明专利技术实现了生物质在固体热载体加热条件下的高温热解气化，解决了低温热解产生焦油难以利用的问题；采用热解油气直燃方式，可最大化的产生高热值的燃气，实现高温油气显热的有效利用，系统能效更高；减少了油气冷凝造成的有机污水量；整体系统设备简单，易于操作，热效率高。

Biomass pyrolysis gasification method and system

【技术实现步骤摘要】
生物质高温热解气化方法和系统
本专利技术涉及一种生物质高温热解气化方法以及实施所述方法的系统，属于生物质热解气化处理领域。
技术介绍
生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用生成的各种有机体。目前可利用的生物质主要包括粮食和果实外的农作物秸秆、树木、农林废弃物等物质。生物质被喻为即时利用的绿色煤炭，具有挥发分高和炭活性高，N、S含量低、灰分低等特点，同时生物质利用过程具有CO2零排放的特点，这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义。我国生物质资源丰富，据不完全统计，目前我国可利用的生物质资源总量约为700Mt标准煤，预计2020年将达到900～1000Mt标准煤。生物质热解气化是生物质能转化技术之一，生物质在无氧或缺氧环境中受热，形成固体、液体和气体三相产物的热化学过程。热解过程包括热量传递、物质扩散等物理过程，以及生物质大分子化学键断裂、官能团重排等化学过程，两个过程以热量为主要媒介相互作用。通过改变热解工艺和反应条件，可在较大范围内调节固、液、气三相产物的比例及组成。目前生物质热解主要以低温(500-600℃)热解为主，后续冷凝会产生大量热解焦油，并且焦油含氧量高，不稳定易形成粘稠状液体，从而存在堵塞管路等问题。目前生物质热解热量的提供方式包括气体热载体和固体热载体两大类。气体热载体主要以热烟气或加热惰性气体为主，反应器以流化床反应器为代表，其优点是结构简单并且应用较成熟。但缺点是大量不可燃气，如烟气中的CO2、N2或其他惰性气体引入系统内，首先造成了后续处理系统负荷大幅增加，再有由于引入不可燃气体与热解气混合，将导致热解气品质降低。固体热载体是通过高温的固体作为热量载体加入生物质热解系统，生物质与高温固体热载体迅速均匀的混合，传热效率高。产生的热解气可燃组分含量高，有利于后续利用。但目前生物质固体热载体热解技术普遍存在热解温度低，产生生物油量大，并且在冷凝分离单元产生含有难以分离的木醋液，利用难度大。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种生物质高温热解气化方法和系统，以解决现有技术存在的问题。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：一种生物质高温热解气化方法，包括以下步骤：(1)生物质原料在破碎筛分装置内进行破碎和筛分；(2)将破碎筛分装置排出的生物质物料料送至烘干装置内进行烘干；将烘干后的生物质物料送入生物质料斗内；(3)烘干生物质由生物质料斗送入热解气化装置内，在热解气化装置内发生高温热解气化反应，生成高温油气80V％～90V％送入油气直燃锅炉进行燃烧；(4)经高热解气化后产生生物炭与固体热载体从热解气化装置排出进入载体分离装置内进行生物炭与固体热载体的分离，分离出的固体热载体送入载体加热输送装置内，分离出的生物炭作为产品；(5)热解产生的高温油气10V％～20V％经换热器与空气换热后送至热载体加热输送装置内进行燃烧，产生的高温烟气携带固体热载体分别经过加热段和输送段后加热后送入旋风分离器进行分离，分离出的热载体则作为热解热源送入热解气化装置内；(6)旋风分离器分离烟气出口排出的高温烟气进入换热器内与空气进行换热；被烟气加热的空气送至油气直燃锅炉作为助燃空气；(7)载体加热装置中燃气燃烧控制氧气过量10V％～20V％，当载体加热输送装置达不到900℃-1100℃时，补充生物质作为燃料进行燃烧补充热量。本专利技术的一种优选的具体实施方式，步骤(1)中将生物质原料在破碎筛分装置内进行破碎使破碎粒径<10mm；本专利技术的一种优选的具体实施方式，步骤(2)中烘干装置所采用的烘干热源为热烟气，烘干温度控制为80℃～150℃，将生物质烘干至水分小于10wt％。本专利技术的一种优选的具体实施方式，步骤(3)中将热解气化温度控制在750℃～900℃。本专利技术的一种优选的具体实施方式，所述的热载体包括固体瓷球或石英砂，其粒径范围为1～2mm。本专利技术的一种优选的具体实施方式，步骤(5)中产生的高温烟气携带固体热载体分别经过加热段和输送段后加热至900℃～1100℃后送入旋风分离器进行分离。本专利技术的一种优选的具体实施方式，步骤(6)中旋风分离器分离烟气出口排出的高温烟气进入换热器内与空气进行换热，烟气降温至120-200℃，被烟气加热的空气送至油气直燃锅炉作为助燃空气。本专利技术进一步提供了一种一种实施所述生物质高温热解气化方法的系统，包括破碎筛分装置、烘干装置、第一旋风分离器、生物质料斗、热解气化装置、载体加热输送装置、第二旋风分离器、第一换热器、载体分离装置、第三旋风分离器、油气直燃锅炉和第二换热器，所述破碎筛分装置物料出口与烘干装置生物质进口连接；所述烘干装置物料出口与第一旋风分离装置物料进口连接；所述第一旋风分离器固体出口与生物质料斗进口连接；所述生物质料斗出口与热解气化装置物料进口连接；所述热解气化装置固体出口与载体分离装置进口连接；所述载体分离装置热载体出口与载体加热输送装置载体进口连接；所述热解气化装置高温油气出口与第三旋风分离器进口连接；所述第三旋风分离器油气出口分别与油气直燃锅炉燃气进口和第二换热器高温油气进口连接；所述第二换热器燃气出口与载体加热输送装置的烧嘴的燃气进口连接；所述第二换热器空气出口与载体加热输送装置的烧嘴的空气进口连接；所述载体加热输送装置的载体出口与第二旋风分离器的进口连接；所述第二旋风分离器的固体出口与热解气化装置的进口连接；所述第二旋风分离器烟气出口通过第一换热器的烟气通道后与所述烘干装置的烟气进口连接；所述第一换热器空气出口与油气直燃锅炉空气进口连接。本专利技术的一种优选的具体实施方式，所述的烘干装置的主体为圆筒状，在其底部设有烟气进口，在该烟气进口的上方设有气体分布板，在该气体分布板上设有孔径为2-5mm的气体分布孔。本专利技术的一种优选的具体实施方式，所述气体分布板与烟气进口之间的空间为烟气室；在该气体分布板的上方一侧设有生物质进口；在该烘干装置的顶端设有生物质出口，在该气体分布板与生物质出口之间依次设有干燥段和输送段；其中干燥段截面圆的直径为输送段截面直径的1.5-3倍，干燥段与输送段连接的一段为圆锥筒形作为变径过渡。本专利技术的一种优选的具体实施方式，所述的载体加热输送装置包括烧嘴、载体进口、生物质进口、载体加热段、载体输送段和载体出口；在该载体加热段的顶端同轴连接载体输送段，两者均为竖向的圆筒形，前者的直径是后者直径的2-5倍，该载体加热段两端圆锥缩口；在该载体加热段的底端通过一段水平横管连接烧嘴，在该水平横管上设有载体进口；在该载体加热段的一侧设有生物质进口，在该载体输送段的顶端设有载体出口。本专利技术的主要有益效果包括：1)实现了生物质在固体热载体加热条件下的高温热解气化，避免低温热解产生焦油难以利用的问题；2)采用热解油气直燃方式，可最大化的产生高热值的燃气，实现高温油气显热的有效利用，系统能效更高；3)相比常规热解技术，减少了油气冷凝造成的有机污水量；4)整套热解整体系统设备简单，易于操作，热效率高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质高温热解气化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)生物质原料在破碎筛分装置内进行破碎和筛分；/n(2)将破碎筛分装置排出的生物质物料料送至烘干装置内进行烘干；将烘干后的生物质物料送入生物质料斗内；/n(3)烘干生物质由生物质料斗送入热解气化装置内，在热解气化装置内发生高温热解气化反应，生成高温油气80V％～90V％送入油气直燃锅炉进行燃烧；/n(4)经高热解气化后产生生物炭与固体热载体从热解气化装置排出进入载体分离装置内进行生物炭与固体热载体的分离，分离出的固体热载体送入载体加热输送装置内，分离出的生物炭作为产品；/n(5)热解产生的高温油气10V％～20V％经换热器与空气换热后送至热载体加热输送装置内进行燃烧，产生的高温烟气携带固体热载体分别经过加热段和输送段后加热后送入旋风分离器进行分离，分离出的热载体则作为热解热源送入热解气化装置内；/n(6)旋风分离器分离烟气出口排出的高温烟气进入换热器内与空气进行换热；被烟气加热的空气送至油气直燃锅炉作为助燃空气；/n(7)载体加热装置中燃气燃烧控制氧气过量10V％～20V％，当载体加热输送装置达不到900℃-1100℃时，补充生物质作为燃料进行燃烧补充热量。/n...

【技术特征摘要】
1.一种生物质高温热解气化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)生物质原料在破碎筛分装置内进行破碎和筛分；
(2)将破碎筛分装置排出的生物质物料料送至烘干装置内进行烘干；将烘干后的生物质物料送入生物质料斗内；
(3)烘干生物质由生物质料斗送入热解气化装置内，在热解气化装置内发生高温热解气化反应，生成高温油气80V％～90V％送入油气直燃锅炉进行燃烧；
(4)经高热解气化后产生生物炭与固体热载体从热解气化装置排出进入载体分离装置内进行生物炭与固体热载体的分离，分离出的固体热载体送入载体加热输送装置内，分离出的生物炭作为产品；
(5)热解产生的高温油气10V％～20V％经换热器与空气换热后送至热载体加热输送装置内进行燃烧，产生的高温烟气携带固体热载体分别经过加热段和输送段后加热后送入旋风分离器进行分离，分离出的热载体则作为热解热源送入热解气化装置内；
(6)旋风分离器分离烟气出口排出的高温烟气进入换热器内与空气进行换热；被烟气加热的空气送至油气直燃锅炉作为助燃空气；
(7)载体加热装置中燃气燃烧控制氧气过量10V％～20V％，当载体加热输送装置达不到900℃-1100℃时，补充生物质作为燃料进行燃烧补充热量。


2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中将生物质原料在破碎筛分装置内进行破碎使破碎粒径<10mm；步骤(2)中烘干装置所采用的烘干热源为热烟气，烘干温度控制为80℃～150℃，将生物质烘干至水分小于10wt％。


3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中将热解气化温度控制在750℃～900℃。


4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的热载体包括固体瓷球或石英砂，其粒径范围为1～2mm。


5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中产生的高温烟气携带固体热载体分别经过加热段和输送段后加热至900℃～1100℃后送入旋风分离器进行分离。


6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中旋风分离器分离烟气出口排出的高温烟气进入换热器内与空气进行换热，烟气降温至120-200℃，被烟气加热的空气送至油气直燃锅炉作为助燃空气。


7.一种实施权利要求1所述生物质高温热解气化方法的系统，其特征在于，包括破碎筛分装置(1)、烘干装置(2)、第一旋风分离器(3)、生物质料斗(4)、热解气化装置(5)、载体加热输送装置(6)、第二旋风分离器(7)、第一换热器(8)、载体分离装置(9)、第三旋风分离器(10)、油气直燃锅炉(11)和第二换热器(12)；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬梅，
申请(专利权)人：嘉禾聚能天津科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12