专利名称：一种生物质加工方法
技术领域：
本发明涉及农业化工领域，特别是一种生物质加工方法。
二背景技术：
生物质(如农业秸杆、木材等)是可再生的能源，利用加热裂解、结合二 次加工工艺可以将生物质转化为炭、液体燃料油和气体，从而得到人类生产生 活所需要的燃料和化工产品，目前，典型具有商业化生产潜力的裂解工艺包括
文献(Diebold J P， Czernik S， Scahill J W， Philips S D, Feik C J. Hot-gas filtration to remove char from pyrolysis vapours produced in the vortex reactor at NREL. In: Milne T A， editor. Biomass Pyrolysis Oil Properties and Combustion Meeting. NREL: 1994， p. 90-108)提到的烧蚀涡流反应器工艺，生物质裂解后的固体和气体产物 在反应器外用适当的装置分离；另一文献(Wagenaar B M， Kuipers J AM， Prins W, Van Swaaij W P M. The rotating cone flash pyrolysis reactor. Blacltie Academic and Professional, 1994, vol. 2: 1122-1133)还提到了一种旋转锥反应器工艺；还有 文献(B. Scholze， C. Hanser， D. Meier. Characterization of the water-insoluble fraction from fast pymlysis liquids (pyrolytic lignin) Part II. GPC, carbonyl goups, and 13C-NMR Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 58-59 (2001) 387-400.) 提到流化床反应器工艺，这些工艺技术只重视了生物质裂解加工工艺的裂解部 分，部分考虑到了裂解产物的气固分离问题，没有考虑到裂解木焦油的二次加 工及裂解热量的来源问题，故改进势在必行。
三
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种生物质 加工方法，可有效解决生物质的裂解及产物的分离，裂解木焦油的二次加工及 裂解热量的来源问题，其解决的技术方案是，生物质经干燥粉碎后进入裂解反 应器，在500~800°C下裂解炭化成木炭和油气产物，得产物以重量百分比计的 油气30-70%、其中含炭粉尘5%左右和木炭30-70%，木炭从下部出气口一部分 进入气化器，在700-120(TC下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣由下部 排渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，木炭另一部分进入木炭
储罐供二次加工使用，油气夹带炭粉尘在250°C以上保温状态下，依次通过沉 降室、旋分分离器、丝网过滤器分离炭粉尘后进入分馏塔分馏，塔顶温度40°C 以下，塔底温度200。C以上，木醋液出口温度85-95。C，分馏得以重量计的中热 值气体1/3，木醋液和木焦油2/3 (木醋液和木焦油含量因不同原料其各多少是 不同的，但木醋液与木焦油混合物占2/3重量)，中热值气体与气化器内的一氧 化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋液送入木 醋液储罐供二次加工用，木焦油则进入加氢反应器，反应压力在0.1 20MPa， 300-500。C下，用氢催化剂加氢处理，以氢木焦油体积比为1000-10000: 1， 经过加氢反应生成加氢产物，加氢产物分馏后得液化气、汽油和柴油的混合物。 本发明工艺简单，清洁、环保，无污染，节省了大量的能源，是化工领域内的 一个创新。
四
附图为本发明的工艺流程图。
五具体实施方式
以下结合实际情况对本发明的具体实施方式
作详细说明。 由附图给出，本发明系统处理能力设计为1吨/小时，进料速率l吨/小时，
生物质10经干燥粉碎后进入裂解反应器1，在650°C下裂解炭化，得产物以 重量百分比计的油气炭粉尘混合物45%和木炭55%，木炭一部分从下部出气口 进入气化器7，在95(TC下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣从下部排渣 管11排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，木炭另一部分进入木炭储 罐8供二次加工使用；油气夹带炭粉尘在260°C保温状态下，依次通过沉降室2、 旋分分离器3、丝网过滤器4分离炭粉尘后进入分馏塔5分馏，塔顶温度35°C，， 塔底温度250。C，木醋液出口温度90。C，分馏得以重量计的中热值气体1/3,木 醋液和木焦油2/3，其中，中热值气体与气化器7内的一氧化碳混合后返回进入 到裂解反应器1，供裂解反应器1作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐9供二次 加工用，木焦油送入加氢反应器6，反应压力在10MPa， 400。C下，用钴或钼作 氢催化剂加氢处理，以氢木焦油体积比为1000-10000: 1，反应生成加氢产物， 加氢产物分馏后得液化气、汽油和柴油的混合物。 本发明主要产物包括木炭、木醋液、木焦油加氢产物；所说的裂解反应器 是由金属材料或陶瓷材料制成，反应温度为500~800°C，可以是市售的移动床裂 解炉、流化床裂解炉等目前所采用的生物质裂解反应器，加热方式为燃气加热， 使用的燃气为生物质裂解产生的中热值气体(主要可燃成分为氢气、甲垸、一 氧化碳)和裂解产物炭经气化后获得的一氧化碳；所说的沉降室2、旋分分离器 3、丝网过滤器4为高温油气除尘系统，可以是一个，也可是多个并联或串联操 作的，其中沉降室2，旋分分离器3可以与裂解反应器1加工成一体的结构，旋 风分离器可以设计安装在沉降室内部，也可以根据需要用沉降室，旋分分离器， 丝网过滤器三种设备中的一种或集中进行组合形成除尘系统，整个除尘系统需 要保温，保持内部温度250 。C以上；所说的分流塔5可以是板式塔或填料塔， 塔顶有冷凝器，塔底有或无再沸器；所说的分馏塔不但可以将除尘后的高温油 气分离成中热值气体、木醋液、木焦油，还可以增加侧线，将其中的木醋液和 木焦油进一步切割成不同温度范围的馏分；所说的加氢反应器6，可以是低压、 中压或高压加氢反应器，内部装填有催化剂，所说的催化剂为钴、钼、镍、钨 中的任何一种，也可以是铂、铼的贵金属催化剂；所说的加氢产物可以进一步 利用与分流塔5同样的分馏塔分馏成液化气、汽油、柴油等燃料油；所说的气 化器7为市售的移动床反应器，使用的原料为裂解产生的炭、空气和水，产生 的残渣与木醋液一起作为原料加工成有机肥料；所说的生物质为农业秸秆和木 材，其中农业秸秆包括玉米秸秆、棉花秸秆、花生壳、黄豆秸秆等，木材包括 各种树木及其木屑、锯末等。
实施例1
本发明以棉花秸秆为原料，粉碎后粒度〈5mm，含水量<15%，系统处理 能力设计为1吨/小时，进料速率1吨/小时，送入移动床裂解炉(反应器)，裂 解温度650。C，裂解生成木炭和含有炭粉尘的油气，油气中含炭粉尘约5%，每 小时产重量计的木炭350kg,其中50kg木炭从下部出气口进入气化器7，在850 。C下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣从下部排渣管排出，与木醋液一 同作为有机肥料的原料使用，得炭300kg，重量计的650kg油气夹带炭粉尘在 270。C保温状态下，依次通过沉降室2、旋分分离器3、丝网过滤器4，分离粉
尘(粉尘32.5kg)后进入分馏塔5分馏，塔顶温度30°C，塔底温度280°C,木 醋液出口温度95°C，分馏得重量计的中热值气体367.5kg/小时或写为体积 (300m"小时)，木醋液200kg/小时，木焦油50kg/小时，其中，中热值气体与 气化器7内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使 用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油送入加氢反应器6，反应压力 在8Mpa，用钴或钼作氢催化剂在350°C加氢处理，以氢木焦油体积比为 1000-10000: 1 (立方米)，得到重量计的加氢产物48kg/小时，分馏后得重量计 的液化气10kg/小时，汽油馏分12kg/小时，柴油馏分26kg/小时；要指出的是木 焦油在加氢及催化剂作用及反应下，有部分木焦油在反应中生成了水和催化剂 一起被排出，故加氢产物小于木焦油量，以下同。 实施例2
本发明可以锯末为原料，粉碎后粒度〈lmm，含水量<15%，系统处理能力 设计为1吨/小时，进料速率1吨/小时，送入流化床裂解炉(反应器)，裂解温 度600。C，每小时产重量计的炭320kg，其中80kg木炭从下部出气口进入气化 器7，在IOOO'C下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣从下部排渣管排出， 与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，得炭240kg，重量计的600kg油气夹带 炭粉尘在30(fC保温状态下，依次通过沉降室2、旋分分离器3、丝网过滤器4， 分离粉尘(粉尘30kg)后进入分馏塔5分馏，塔顶温度25。C，塔底温度300。C， 木醋液出口温度85°C，分馏得重量计的中热值气体290kg/小时或写为体积 (220m"小时)，木醋液180kg/小时，木焦油100kg/小时，其中，中热值气体与 气化器7内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使 用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油送入加氢反应器6，反应压力 在5MPa，用钴或钼作氢催化剂在430°C加氢处理，以氢木焦油体积比为 1000-10000: 1 (立方米)，得到重量计的加氢产物卯Okg/小时，分馏后得重量计 的液化气20kg/小时，汽油馏分30kg/小时，柴油馏分40kg/小时。 实施例3
本发明还可以锯末为原料，粉碎后粒度〈lmm，含水量<10%，系统处理能 力设计为1吨/小时，进料速率1吨/小时，送入移动床裂解炉，裂解温度680 °C，
每小时产重量计的炭300kg，其中80kg木炭从下部出气口进入气化器7,在1100 'C下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣从下部排渣管排出，与木醋液一 同作为有机肥料的原料使用，得炭220kg，重量计的700kg油气夹带炭粉尘在 320°C保温状态下，依次通过沉降室2、旋分分离器3、丝网过滤器4，分离粉 尘(粉尘35kg)后进入分馏塔5,塔顶温度20°C,塔底温度350°C，木醋液出 口温度88°C,分馏得以重量计的中热值气体245kg/小时或写为体积(180m"小 时)，木醋液120kg/小时，木焦油300kg/小时，其中，中热值气体与气化器7产 生的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋 液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油送入加氢反应器6，反应压力在15MPa， 用钴或钼作氢催化剂经450。C加氢处理，以氢木焦油体积比为1000-10000: 1 (立方米)，得到重量计的加氢产物280kg/小时，分馏后得重量计的液化气30kg/ 小时，汽油馏分90kg/小时，柴油馏分160kg/小时。 实施例4:
本发明以花生壳为原料，粉碎，粒度〈7mm,含水量<15%，系统处理能力 设计为1吨/小时，进料速率1吨/小时，送入流化床裂解炉，裂解温度700。C， 每小时产重量计的木炭650kg，其中150kg木炭从下部出气口进入气化器7，在 120(TC下与空气反应生成一氧化碳供裂解反应器作燃料使用，气化后的残渣从 下部排渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，得炭500kg，重量计 的350kg油气夹带炭粉尘在35(TC保温状态下，依次通过沉降室2、旋分分离器 3、丝网过滤器4，分离粉尘(粉尘17.5kg)后进入分馏塔5分馏，塔顶温度15°C， 塔底温度400。C，木醋液出口温度92°(:，分馏得以重量计的中热值气体82.5kg/ 小时或写为体积(120m"小时)，木醋液200kg/小时，木焦油50kg/小时，其中， 中热值气体与气化器7内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反 应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油送入加氢反应 器6，反应压力在18MPa，用钴或钼作氢催化剂经470。C加氢处理，以氢木焦 油体积比为1000-10000: 1 (立方米)，得到重量计的加氢产物48kg/小时，分馏 后得重量计的液化气10kg小时，汽油馏分12kg时，柴油馏分26kg小时。
本发明在裂解产物气固分离中综合了重力沉降，旋分分离和丝网过滤，使
油气满足了分离和二次加工工艺的要求；工艺过程中所消耗的裂解能量来自生 物质裂解后产生的中热值气体和固体木炭气化后的一氧化碳，清洁，环保，能 耗低；通过加氢工艺，将木焦油转化成加氢产物，而加氢产物通过进一步分离 后可以得到液化气、汽油、柴油等燃料，可以实现农林生物质转化为洁净的燃 料及化工原料，同时，整个加工过程中没有有害废物排放，经济和社会效益巨 大。
权利要求
1、一种生物质加工方法，其特征在于，生物质经干燥粉碎后进入裂解反应器，在500～800℃下裂解炭化成木炭和油气产物，其产物以重量百分比计为油气30-70％、其中含炭粉尘5％左右和木炭30-70％，木炭从下部出气口一部分进入气化器，在700-1200℃下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣由下部排渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，木炭另一所余部分进入木炭储罐供二次加工使用，油气夹带炭粉尘在250℃以上保温状态下，依次通过沉降室、旋分分离器、丝网过滤器，分离炭粉尘后进入分馏塔分馏，塔顶温度40℃以下，，塔底温度200℃以上，木醋液出口温度85-95℃，分馏得以重量计的中热值气体1/3，木醋液和木焦油2/3，中热值气体与气化器内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油则进入加氢反应器，反应压力在0.1～20MPa，300-500℃下，用氢催化剂加氢处理，以氢∶木焦油体积比为1000-10000∶1，经过加氢反应生成加氢产物，加氢产物分馏后得液化气、汽油和柴油的混合物。
2、 根据权利要求1所述的一种生物加工方法，其特征在于，所说的裂解反 应器是由金属材料或陶瓷材料制成的移动床裂解炉或流化床裂解炉，燃气为生 物质裂解产生的中热值气体和裂解产物炭经气化后获得的一氧化碳。
3、 根据权利要求1所述的一种生物加工方法，其特征在于，所说的沉降室、 旋分分离器、丝网过滤器为高温油气除尘系统，是一个或多个并联或串联，其 中沉降室、旋分分离器与裂解反应器加工成一体的结构，旋风分离器安装在沉 降室内部，用沉降室、旋分分离器、丝网过滤器三种设备中的一种或集中进行 组合形成除尘系统，整个除尘系统保持内部温度250。C以上。
4、 根据权利要求1所述的一种生物加工方法，其特征在于，所说的分流塔 是板式塔或填料塔，塔顶有冷凝器，分馏塔将除尘后的高温油气分离成中热值 气体、木醋液、木焦油，增加侧线，将其中的木醋液和木焦油进一步切割成不 同温度范围的馏分。
5、 根据权利要求1所述的一种生物加工方法，其特征在于，所说的氢催化 剂为钴、钼、镍、钨中的任何一种，或是铂、铼中的任何一种。
6、 根据权利要求1所述的一种生物加工方法，其特征在于，所说的生物质 为农业秸秆和木材，其中农业秸秆包括玉米秸秆、棉花秸秆、花生壳、黄豆秸 秆，木材包括各种树木及其木屑、锯末。
7、 根据权利要求1所述的一种生物加工方法，其特征在于，以棉花秸秆为 原料，粉碎后粒度〈5mm，含水量<15%，以进料速率1吨/小时，送入移动床 裂解炉，裂解温度650°C，裂解生成木炭和含有炭粉尘的油气，每小时产木炭 350kg，其中50kg木炭从下部出气口进入气化器(7)，在850。C下与空气反应生 成一氧化碳，气化后的残渣从下部排渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的 原料使用，得炭300kg， 650kg油气夹带炭粉尘在270。C保温状态下，依次通过 沉降室(2)、旋分分离器(3)、丝网过滤器(4)，分离粉尘后进入分馏塔(5) 分馏，塔顶温度30。C，塔底温度280。C，木醋液出口温度95。C，分馏得重量计 的中热值气体367.5kg/小时，木醋液200kg/小时，木焦油50kg/小时，其中，中 热值气体与气化器(7)内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反 应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油送入加氢反应 器(6)，反应压力在8Mpa，用钴或钼作氢催化剂在350。C加氢处理，以氢木 焦油体积比为1000-10000: 1，得到重量计的加氢产物48kg/小时，分馏后得液 化气10kg/小时，汽油馏分12kg/小时，柴油馏分26kg/小时。
8、 根据权利要求1所述的一种生物加工方法，其特征在于，以锯末为原料， 粉碎后粒度〈lmm，含水量<15%，以进料速率l吨/小时，送入流化床裂解炉， 裂解温度600。C，每小时产重量计的炭320kg，其中80kg木炭从下部出气口进 入气化器(7)，在IOO(TC下与空气反应生成一氧化碳，气化后的残渣从下部排 渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用，得炭240kg， 600kg油气夹 带炭粉尘在300°C保温状态下，依次通过沉降室(2)、旋分分离器(3)、丝网 过滤器(4)，分离粉尘后进入分馏塔(5)分馏，塔顶温度25。C，塔底温度300。C， 木醋液出口温度85。C，分馏得重量计的中热值气体290kg/小时，木醋液180kg/ 小时，木焦油100kg/小时，其中，中热值气体与气化器(7)内的一氧化碳混合 后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐 供二次加工用，木焦油送入加氢反应器(6)，反应压力在5MPa，用钴或钼作氢 催化剂在430。C加氢处理，以氢木焦油体积比为1000-10000: 1，得到重量计 的加氢产物900kg/小时，分馏后得液化气20kg/小时，汽油馏分30kg/小时，柴 油馏分40kg/小时。
9、根据权利要求1所述的一种生物加工方法，其特征在于，将花生壳，粉 碎，粒度〈7mm，含水量<15%，以进料速率1吨/小时，送入流化床裂解炉， 裂解温度700。C,每小时产重量计的木炭650kg，其中150kg木炭从下部出气口 进入气化器(7)，在120(TC下与空气反应生成一氧化碳供裂解反应器作燃料使 用，气化后的残渣从下部排渣管排出，与木醋液一同作为有机肥料的原料使用， 得炭500kg， 350kg油气夹带炭粉尘在350。C保温状态下，依次通过沉降室(2)、 旋分分离器(3)、丝网过滤器(4)，分离粉尘后进入分馏塔(5)分馏，塔顶温 度15。C，塔底温度40(rC，木醋液出口温度92"C，分馏得中热值气体82.5kg/小 时、木醋液200kg/小时，木焦油50kg/小时，其中，中热值气体与气化器(7) 内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋 液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油送入加氢反应器(6)，反应压力在 18MPa，用钴或钼作氢催化剂经470°C加氢处理，以氢木焦油体积比为 1000-10000: 1，得加氢产物48kg/小时，分馏后得液化气10kg小时，汽油馏分 12kg时，柴油馏分26kg小时。
全文摘要
本发明涉及一种生物质加工方法，有效解决生物质的裂解及产物的分离，裂解木焦油的二次加工及裂解热量的来源问题，其方法是，生物质干燥粉碎后进入裂解反应器，裂解炭化成木炭和油气产物，木炭从下部出气口一部分进入气化器，与空气反应生成一氧化碳，木炭另一部分进入木炭储罐供二次加工使用，油气夹带炭粉尘依次通过沉降室、旋分分离器、丝网过滤器分离炭粉尘后进入分馏塔分馏，得中热值气体，木醋液和木焦油，中热值气体与气化器内的一氧化碳混合后返回进入到裂解反应器，供裂解反应器作燃料使用，木醋液送入木醋液储罐供二次加工用，木焦油则进入加氢反应器，用氢催化剂加氢处理，经过加氢反应生成加氢产物，本发明工艺简单，环保，节省能源。
文档编号C10B53/02GK101353583SQ20081014140
公开日2009年1月28日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者肖进彬 申请人:肖进彬