[发明专利]生物油和炭粉联产装置与工艺

说明书

技术领域

本发明属于可再生能源领域。

背景技术

维持现代文明社会正常运转的主要能源来自石油、煤和天然气。然而，这些化石燃料的广泛使用造成了严重环境污染和温室效应。此外，由于工业的增长和人们消费水平的不断提高，石油、煤和天然气的供应越来越紧张，它们的价格屡创新高，对世界各国的经济造成严重影响。为了保护环境，实现温室气体减排，缓解能源供需的紧张状况，世界各国均在加紧开发包括生物质能在内的各种可再生能源。

农林废弃物(主要是各种农作物秸杆、落叶和树枝)资源量大，可再生，不与人争粮，不与粮争地，是良好的生物质能资源。通过直接燃烧技术、气化技术和热解技术，可以将农林废弃物转化为高温烟气、气体燃料、固体燃料和液体燃料。通过直接燃烧，农林废弃物转化为高温烟气，高温烟气蕴涵的15％-30％的热能可以有效利用。直接燃烧农林废弃物获得热能的方式不够经济，因为70％-85％的热能被浪费掉了。气化技术将农林废弃物转化为热值约为5MJ/m³燃料气，燃料气蕴涵的能量约为农林废弃物原料蕴涵能量的85％-95％。因此，气化技术具有较高的能量转化效率。气化技术的缺点在于：燃料气的存储与输送成本很高，生产出来的燃料气必须立即使用，燃料气的生产与应用无法分离。

热解技术能够将农林废弃物转化为生物油(产率约50％-70％)、炭粉(产率约15％-30％)和不可冷凝气体(产率约15％-20％)。生物油是一种褐色液体，热值约为15MJ/kg，能够用于工业锅炉或窑炉燃烧供热，也可用于涡轮机或透平中燃烧发电。生物油经过品质提升后(如催化加氢、催化裂解和气化-费托合成)，可以转化为汽油或柴油。生物油还可做为化工原料生产除冰剂、脱水葡萄糖和化肥等各种化学化工产品。炭粉热值约为23MJ/kg，既是一种宝贵的固体燃料，又可做为化工原料生产多种活性炭产品和还原剂。

因此，对比直接燃烧技术和气化技术，热解技术的优点在于：

1.生物油和炭粉的能量密度高，运输成本低，生物油与炭粉的生产和使用可以分离；

2.农林废弃物可以就地分离后，就地进行生产，转化为生物油和炭粉后统一运输至大型工厂统一燃烧供热、发电和生产汽、柴油；

3.热解过程一般在500℃左右进行，条件温和，生产成本低。而气化技术要求的温度在1000℃左右，成本较高；

4.通过热解技术能够生产液体燃料(生物油)，并且热解过程获得的液体燃料(生物油)可以进一步提升为汽、柴油。

上世纪80年代早期，北美首先开展了热解技术的研究工作。此后，世界各国先后建立了多种热解装置和相关工艺路线，力图实现热解技术的产业化。这些热解装置与相关工艺路线可分为三类：

第一类热解装置以北美的Dynamotive公司、Ensyn公司、中国科学技术大学和山东科技大学(中国)为代表的流化床热解装置，该类装置由燃烧器、热解流化床、炭粉分离装置和生物油冷凝装置组成。燃烧器内发生炭粉燃烧反应，炭粉燃烧产生的高温无氧烟气进入热解流化床内，送入热解流化床内的农林废弃物与高温无氧烟气接触，发生热裂解，生成生物油蒸汽、炭粉和不可冷凝气体。炭粉分离装置将炭粉从气体中分离出来，送入燃烧器进行燃烧，供给热解热量。生物油蒸汽进入冷凝装置冷凝后，获得液体生物油。

第二类热解装置以荷兰BTG公司研制的旋转锥热解装置和山东理工大学(中国)开发的下降管式热解反应装置为代表。旋转锥热解装置由燃烧器、旋转锥反应器、炭粉分离装置和生物油冷凝装置组成。炭粉在燃烧器内燃烧，将燃烧器中的沙子加热至高温，高温沙子被输送入旋转锥反应器与农林废弃物接触，农林废弃物发生热解，生成生物油蒸汽、炭粉和不可冷凝气体。炭粉分离装置将炭粉和沙子从气体中分离出来，送入燃烧器，炭粉在燃烧器内进行燃烧，加热沙子。生物油蒸汽进入冷凝装置冷凝后，获得液体生物油。山东理工大学开发的下降管式热解反应装置与旋转锥热解装置在原理上类似，下降管式热解反应装置由燃烧器、下降管式热解反应器、炭粉分离装置和生物油冷凝装置组成，燃烧器中燃烧农林废弃物，产生的热量加热粒径约3mm～5mm陶瓷球，高温的陶瓷球被送入下降管式热解反应器与农林废弃物接触，农林废弃物发生热解，生成生物油蒸汽、炭粉和不可冷凝气体。生物油蒸汽进入冷凝装置冷凝后，获得液体生物油。