[发明专利]一种快速热解制备低含水率及低酸性生物油的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速热解制备低含水率及低酸性生物油的方法及其装置，属于生物质再生利用及其能源化设备技术领域。

背景技术

生物质作为一种可再生，清洁的绿色能源，应用前景十分广阔。生物质快速热解技术是始于20世纪70年代的一种新型生物质能源转化技术。它是在隔绝空气或少量空气的条件下采用中等反应温度，以很短的蒸汽停留时间，对生物质材料进行快速热解，再经过骤冷和浓缩，最后得到深棕色的生物油。但生物质常规快速热解得到的生物油含水率及酸性较高，对于其作为生物燃料或化工原料等方面的应用有很大影响，尤其是生物油用于胶黏剂等化工树脂合成过程中。以生物油为基体合成木材用胶黏剂，如果生物油含水率和酸性过高，会导致胶黏剂合成过程中消耗大量的碱，并且导致其粘性低等缺陷。针对以上问题，许多研究学者对得到的生物油进行后期脱水除酸处理，但是，这些处理不仅需要额外的经济投入，提高了生物油的应用成本，而且处理效果并不理想，从而影响了其使用价值。因此，通过调整热解反应过程及参数工艺等直接制备低含水率及低酸性生物油具有广阔的发展前景。

研究发现，有机蒸气渗透膜法分离技术是一种高效的膜分离技术，对有机蒸气的分离具有明显的技术上和经济上的优势。其原理是釆用“反向”选择性高分子复合膜，根据不同气体分子在膜中的溶解扩散性能的差异，在一定的压差推动下实现目标物质分离。该技术的优点是能够以低的能耗实现传统的方法难于完成的分离任务，它特别适用于传统方法难于分离或不能分离的沸点相近的有机蒸气混合物的分离。因此，将该技术与快速热解技术相结合，将有助于降低生物油的含水率及酸成分含量，进而提高生物油的品质。

发明内容

本发明的目的是提出一种快速热解制备低含水率及低酸性生物油的方法及其装置，以解决目前生物质快速热解制备的生物油中水和酸含量高、分离难的问题。

本发明提出的快速热解制备低含水率及低酸性生物油的方法，包括以下步骤：

（1）将农林生物质物料粉碎至颗粒度为0.6-1.2毫米，并将粉碎后的物料进行干燥，使物料中的含水率为6%～12%；

（2）使上述物料在400℃～550℃进行快速热解反应，反应时间为0.5～3秒，产生热解气和生物炭；

（3）对上述反应得到的热解气和炭进行分离，得到的热解气和炭；

（4）对步骤（3）得到的热解气进行粗滤，去除其中的固体杂质；

（5）对经过粗滤的热解气进行第一次冷凝，得到一级热解气，冷凝后的一级热解气的温度为140～150℃，一级热解气中的可冷凝气体冷凝为生物油；

（6）对步骤（5）一级热解气中的不可冷凝气体进行精滤，去除固体杂质，得到二级热解气；

（7）对步骤（6）得到的二级热解气进行第一次分离，以除去二级热解气中的水蒸气、一氧化碳和二氧化碳，得到三级热解气；

（8）对步骤（7）得到的三级热解气进行第二次分离，使三级热解气中的酸性有机气体从三级热解气中分离，得到四级热解气；

（9）对步骤（8）得到的四级热解气在10～25℃下进行冷凝，冷凝得到生物油；

（10）对步骤（7）的第一次分离中分离出来的水蒸气、一氧化碳和二氧化碳与步骤（8）的二级分离中得到的酸性气体进行混合，对混合得到的气体在10～25℃下进行冷凝得到酸性冷凝液。

本发明提出的快速热解制备低含水率及低酸性生物油的装置，包括：

热解反应器，用于粉碎干燥后的生物质颗粒物料进行热解反应，得到生物炭和热解气，热解反应器的左侧设有进料口，热解反应器的上部与旋风分离器相连；

旋风分离器，用于使热解反应得到的生物炭和热解气分离，旋风分离器的上出口与粗过滤器的入口相连，旋风分离器的下出口与集炭箱相连；

粗过滤器，用于将从旋风分离器分离得到的热解气进行粗滤，以去除固体杂质，粗过滤器的左侧进口与旋风分离器相连，粗过滤器的右侧出口与一级冷凝器相连；

一级冷凝器，用于将粗滤的高温热解气进行第一次冷凝，得到一级热解气，冷凝后的一级热解气的温度为140～150℃，一级热解气中的可冷凝气体冷凝为生物油，一级冷凝器的下出口与储油罐相连，冷凝器的右出口与精密过滤器入口相连；

精密过滤器，用于对一级热解气中的不可冷凝气体进行精滤，去除杂质，得到二级热解气，精密过滤器的左侧进口与冷凝器出口相连，过滤器的右侧出口与一级有机蒸汽渗透膜分离器进口相连；