[发明专利]一种生物质催化热解系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质资源能源化利用技术领域，进一步地说，是涉及一种生物质催化热解系统及方法。

背景技术

目前我国的能源供应结构以煤炭、石油和天然气等不可再生能源为主，新能源和可再生能源开发不足，不仅造成环境污染等一系列问题，也严重制约能源的可持续发展。可再生能源是重要的战略替代能源，对增加能源供应、改善能源结构、保障能源安全、保护环境有重要作用，是建设资源节约型、环境友好型社会和实现可持续发展的重要战略措施。作为可再生能源重要组成部分的生物质能的开发和利用是近年来替代能源的研究热点。

农林废弃物类生物质资源以秸秆、稻壳、棉花杆等为主，其组分以纤维素、半纤维素和木质素为主，在催化剂的作用下生物质原料通过高温热解过程可得到有机物蒸汽，将其经快速换热装置降温可收集到生物油，生产过程中伴有气体、炭颗粒等副产品生成。生物油不仅可直接用于锅炉燃料或精细化工业原料，经升级改质还可精制成为发动机用燃料、润滑油等高附加值能源产品。

目前生物油生产装置的主反应器主要包括旋转锥反应器、固定床反应器、流化床反应器、等，这些反应器都能完成生物质的产油过程，也都具备了三个基本特点：加热速率快，反应温度适中和气相停留时间短。由于各反应器结构、传热方式以及需要控制的反应参数不同，其产油性能、自身能耗以及对原料粒径的适应性不同。旋转堆反应器对生物质原料的热解过程依靠反应器自身产生的动能转化为热能的形式完成，而反应器自身的动能需要消耗大量化石燃料完成，造成反应过程的能量不平衡，直接提高了生物油的生产成本。固定床反应器用于处理生物质原料时无法完成连续进料过程，故其不具有工业化前景；流化床反应器包括上行式流化床、下行式流化床、鼓泡式流化床，目前这三种反应器均处于工业化开发阶段，这些技术都存在传热介质的积碳失活问题以及工业化放大后反应器热能耗过高的问题，生物质的热解过程需要大量吸热，实验室采用的电加热方法由于成本问题无法应用于大规模生产，通常采用的补充燃料油或燃料气的方法在成本投入上与生物油产品的附加值相比不划算，且需要增加燃油锅炉或燃气锅炉提供热量，设备构成复杂，不利于检修和维护。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种生物质催化热解系统及方法。本发明的工艺流程简单，操作简便，可适用于各种生物质原料。

本发明的目的之一是提供一种生物质催化热解系统，所述系统包括:

循环流化床反应器、旋风分离器、冷凝器、空气燃烧器；

循环流化床反应器下部设有原料进口、流化气进口、循环油进口和催化剂进口；循环流化床反应器顶部连接旋风分离器，旋风分离器下出口连接空气燃烧器，空气燃烧器底部设置空气进口，空气燃烧器下部连接循环流化床反应器的催化剂进口；旋风分离器上出口连接冷凝器；冷凝器出口分为三支，一支连接循环流化床反应器下部，一支连接空气燃烧器，一支连接后续单元。

其中，

所述的循环流化床反应器为上行式流化床反应器；

所述的旋风分离器采用立式圆筒结构，上部进气；

所述的空气燃烧器为分体式燃烧器，包括燃烧系统、给风系统和控制系统；

所述的冷凝器为列管式换热器，冷却介质为循环水。

优选：

冷凝器底部为锥形，锥度为20～50度。可增加液体流速，防止液体在器壁处结焦。

本发明的目的之二是提供一种生物质催化热解方法。

包括:

生物质原料由进料载气输送从循环流化床反应器底部进入，在催化剂的作用下发生快速热解反应，反应产物由流化气输送从顶部排出，进入旋风分离器；

反应产物在旋风分离器中进行气固相分离，固相为催化剂和炭颗粒，从旋风分离器底部排出，进入空气燃烧器；催化剂和炭颗粒在燃烧器中的停留时间为0.9～1.4min，经燃烧后再进入流化床反应器；

旋风分离器的气相产物从旋风分离器侧部排出进入冷凝器，液体产物分为三路，一路作为循环油进入循环流化床反应器，一路连接空气燃烧器提供辅助燃料，一路进入后续单元。

所述的生物质原料为秸秆、稻壳、木屑等农林废弃物中的一种或其混合物；

所述的流化气和进料载气来自于所述冷凝器侧部出口的不可冷凝气体。

所述的循环流化床催化热解反应器的操作压力为0.5～0.8MPa，操作温度500～590℃，操作气速为15～20m/s，反应时间为2～4s；

生物质原料与催化剂质量流量比为1:7～1:10；