一种生物质热解液化的工艺方法及其装置系统。其工艺方法包括把生物质材料送入热解反应塔内让高温流化气和载热体与生物质粉料混合以对生物质进行热裂解的步骤，在分离器中把热解气与残碳等进行气固分离的步骤，以及在冷凝器中把热解气冷凝成生物油的步骤等。其中，载热体是与热解气、残碳等一道从热解反应塔内输出而进入系统循环的。为此，在装置系统中，特别包括了把载热体与热解气、残碳等分离开的载热体分离器和对分离出的载热体加热的载热体加热器。本发明专利技术极大地提高了系统内各种物质的流动速度，进而保证了热解反应塔内温度场均匀稳定，加热速率提高，气相停留时间缩短；所用的设备或装置均可以选用现有的，因此，本发明专利技术能适应工业化应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物质再生利用及其能源化的
，尤其涉及生物质热解液化的工艺方法及其装置系统。
技术介绍
能源是现代社会赖以生存与发展的基础。目前我国能源结构中85％以上为煤炭、石油、天然气等不可再生的化石燃料。这些化石燃料不仅日益匮乏，从开采到利用的大循环中还对环境造成了严重的污染。因此，寻求可再生利用的清洁能源成了世界各国都十分关心的问题。生物质(包括各种农业废弃物、速生薪碳林、林业及木材加工工业的废弃物、水生植物及各种有机垃圾等)就是通过光合作用而产生的可再生利用的清洁能源的原料。生物质能源化技术主要包括气化、燃烧发电、固化燃料以及液化等。气化、燃烧发电、固化燃料三种技术已经达到比较成熟的商业化水平。但从提高能量密度，便于储存和运输等角度来看，把生物质资源转换为液体(生物油)则最为理想。而且，清洁的生物油还具有低灰份、低硫、在燃烧过程中几乎不产生有害气体的特点；更为重要的是，生物油的原料是生物质，在生物质利用的大循环系统中能实现CO2的零排放。生物质液化技术工艺可分为生物化学法和热化学法；生物化学法主要是指通过水解或发酵等手段将生物质转化为燃料乙醇；热化学法主要包括加压催化液化和快速热解液化等方法。生物质快速热解生产生物油技术是目前最为经济的把生物质转化为液体燃料的方法。国内外研究生物质快速热解的工艺系统构成基本上是相同的，均由四大部分组成生物质原料的制备、快速热解、气固分离、快速冷凝。但是，不同研发单位采用不尽相同的热解方式和不同的载体加热方式，决定了生物质液化技术路线存在较大的差异。专利技术专利申请号为03128901.0的《低能耗生物质热裂解的工艺及其装置》就是一种热解液化生物质的工艺系统。由该申请案提出的热裂解工艺流程而确定的装置包括由调频电机、进料棒、料斗组成的给料器、流化床反应器、旋风分离器、作为能源回收的气～气热交换器、气～水热交换器、集油器、罗茨循环风机、主电加热器、辅助电加热器；流化床反应器竖直放置，底部置有多孔板，并放入石英砂作为中间载体；主电加热器置于反应器入口前端，辅助电加热器置于反应器外壁面。其中的关键设备是流化床反应器(与本案的“热解反应塔”对应)。从该申请案所披露的内容来看，其专利技术的目的是达到了。但是，该申请案所披露的热裂解工艺流程及其装置仅适合于机理性研究，在工业化应用中将受到限制。因为，该申请案的中间载体(本案称“载热体”，也可称“热载体”)在整个工艺流程中，始终是保留在流化床反应器内的。而为了满足这一工艺流程的要求，其进入流化床反应器内高温氮气(本案称“流化气”)和送出流化床反应器外的气化生物质(本案称“热解气”)的动压值(动力头)均不能大，否则，其中间载体也会与气化生物质及其热解后留下的固体物质一道被送到旋风分离器中去。这样，不但达不到专利技术目的，严重时还会迫使整个热裂解过程停止。因此，该申请案的热裂解速率是不高的，只能用于生物质热裂解的机理性研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种热裂解速率高、能用于工业化生产的生物质热解液化的工艺方法及其装置系统。实现所述专利技术目的的是这样一种生物质热解液化的工艺方法，它包括通过送料机构把生物质材料送入热解反应塔内的步骤、在热解反应塔内让高温流化气和高温载热体与生物质材料混合以对生物质进行热裂解的步骤，在分离器中把热解气与残碳、灰份进行气固分离的步骤，以及在冷凝器中把热解气冷凝成生物油的步骤。其中的流化气为本身热稳定极好、不会引起氧化反应的惰性气体或氮气，本案与现有技术一样，选用氮气作为流化气；载热体也是本身热稳定极好、且不易粉末化的颗粒物质，它可以是满足性能要求的河砂等、也可以就直接采用石英砂，本案与现有技术一样，也选用石英砂。在热解反应塔内，高温流化气和高温载热体与生物质充分混合后，能非常迅速地把热量传递给生物质而使其快速地热裂解。本专利技术与现有技术的区别之处是，该工艺方法还包括以下步骤和条件a、在送料进行热裂解前，将生物质材料干燥至含水率小于8％，粉碎制成粒径小于2mm的生物质粉料的步骤；b、热解反应塔内的压力为0.08～0.12MPa，温度范围为400～570℃，生物质粉料在热解反应塔内的升温速率为500～1000℃/s；将生物质粉料通过送料机构送入热解反应塔内的步骤中，伴随有循环载气对送料机构中的生物质粉料进行辅助输送的过程(在本案中的所谓载气是指起循环输送作用的气体，载气中包含有氮气和下文将提到的不凝结气体)；c、生物质粉料在热解反应塔内进行热裂解的步骤结束后，其载热体是与热解气、残碳和灰份一道从热解反应塔内送出的(显然，本案在此处所说的热解气中混合有载气，且载气中所含氮气的温度比它作为流化气时低了许多)。接着，有一个把载热体与热解气、残碳和灰份分离的步骤；d、在分离出来的热解气与残碳、灰份进入气固分离步骤的同时，分离出来的载热体进入一个预加热步骤，当然，其预加热温度是根据不同生物质粉料在热解反应塔内的升温速率来要求的，升温速率快，其预加热温度要求高些；反之，则低点。通常，预加热后的载热体温度控制在550～750℃之间；接着，有一个把预热后的载热体再送入热解反应塔内以供循环使用的步骤；进入热解反应塔内的载热体与生物质粉料的质量比值为1.8～4.6；e、从气固分离步骤分离出的热解气进入冷凝成生物油的步骤；在冷凝器(13)中，热解气以400～800℃/s的速率冷却；不凝结气体及其与热解气一道输来的载气在冷凝器(13)中与冷凝的生物油分离后，作为回收气收集；f、回收气与补充的氮气混合；混合后的气体分两路继续前输，两路的流量比值为5.5～6.5；比值较小的一路作为循环载气再次送入所述送料机构中、以对生物质粉料进行辅助输送；比值较大的一路加热后成为流化气再次输进热解反应塔内。显然，本案所说的流化气除在第一次使用时是高温氮气外，在循环利用的情况下，该流化气中就包含了不凝结气体。实现该生物质热解液化的工艺方法的装置系统包括实现步骤b所用的加料装置、送料机构和接入送料机构内的载气输入管；对生物质粉料进行热裂解的热解反应塔，该热解反应塔竖直放置，底部设有布风孔板；把载热体与热解气、残碳及灰份分离开的载热体分离器和对分离出的载热体加热的载热体加热器；把热解气与残碳及灰份分离开的气固分离器；把热解气中冷凝成出生物油的冷凝器及其集油器，收集回收气的储气罐及其气泵；其出口与储气罐的出口并联的氮气罐；对流化气进行加热的流化气加热器；以及连接上述装置的管道和在管道上的相应调节阀、压力表和温度计。从方案中不难看出，除少部分热升力外，本系统的循环工作动力主要来自于气体泵。显然，该气体泵的供气压力和流量是能够调节的。与现有技术相比，本专利技术有如下的进步1、由于在送料进行热裂解前，已将生物质材料干燥至含水率小于8％，粉碎制成粒径小于2mm的生物质粉料了，所以，在热解反应塔中进行热裂解时，不必浪费热量去干燥生物质材料中的水分。这样，热裂解效率就自然有了提高；2、由于载热体是与热解气、残碳和灰份一道从热解反应塔送出的，所以，就不必像现有技术那样去刻意地降低它们流动的速度。由于流动速度的提高，进而能使生物质粉料与载热体、流化气进行充分的混合。这样，就真正保证了温度场均匀稳定，加热速率提高，气相停留时间缩短——就能适合工业化应用了本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物质热解液化的工艺方法，它包括通过送料机构把生物质材料送入热解反应塔（７）内的步骤、在热解反应塔（７）内让高温流化气和高温载热体与生物质材料混合以对生物质进行热裂解的步骤，在分离器中把热解气与残碳、灰份进行气固分离的步骤，以及在冷凝器（１３）中把热解气冷凝成生物油的步骤；其特征在于该工艺方法还包括以下步骤和条件：ａ、在送料进行热裂解前，将生物质材料干燥至含水率小于８％，粉碎制成粒径小于２ｍｍ的生物质粉料的步骤；ｂ、热解反应塔（７）内的压力为０．０８～０． １２ＭＰａ，温度范围为４００～５７０℃，生物质粉料在热解反应塔（７）内的升温速率为５００～１０００℃／ｓ；将生物质粉料通过送料机构送入热解反应塔（７）内的步骤中，伴随有循环载气对送料机构中的生物质粉料进行辅助输送的过程；ｃ、生物质粉 料在热解反应塔（７）内进行热裂解的步骤结束后，其载热体是与热解气、残碳和灰份一道从热解反应塔（７）内送出的；接着，有一个把载热体与热解气、残碳和灰份分离的步骤；ｄ、在分离出来的热解气与残碳、灰份进入气固分离步骤的同时，分离出来的载热 体进入一个预加热步骤；接着，有一个把预热后的载热体再送入热解反应塔（７）内以供循环使用的步骤；进入热解反应塔（７）内的载热体与生物质粉料的质量比值为１．８～４．６；ｅ、从气固分离步骤分离出的热解气进入冷凝成生物油的步骤；在冷凝器（１ ３）中，热解气以４００～８００℃／ｓ的速率冷却；不凝结气体及其与热解气一道输来的载气在冷凝器（１３）中与冷凝的生物油分离后，作为回收气收集；ｆ、回收气与补充的氮气混合；混合后的气体分两路继续前输，两路流量比值为５．５～６．５；比值较 小的一路作为循环载气再次送入所述送料机构中、以对生物质粉料进行辅助输送；比值较大的一路加热后成为流化气再次输进热解反应塔（７）内。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：龙恩深，周杰，陈金华，肖益民，王亮，马校飞，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]
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