一种具有内置除尘装置的生物质热解系统和方法与流程

本发明涉及化工领域，尤其涉及一种具有内置除尘装置的生物质热解系统和方法。
背景技术：
：生物质作为地球第四大能源，储量仅次于煤炭、石油、天然气。同时，生物质也是储量最大的可再生能源，是最理想的化石能源替代能源。目前，生物质能源的主要利用方式为直接焚烧、厌氧发酵、气化、热解等。其中直接焚烧热效率低，不仅造成能源浪费，还造成一定的环境问题；厌氧发酵对原料要求较高，且占地较大、反应时间长，无法大规模处理生物质资源；气化技术则受限于反应器的不通用性、生物油问题及气体热值低等；生物质热解技术是将生物质能源直接转化为液体燃料最有效的途径。生物质热解是指在无氧或限氧的条件下，将生物质升温至550℃左右，生物质转化为生物油、生物炭和热解气的过程。然而，市面上所有的热解技术均存在生物油含尘量高的问题。目前的除尘技术主要为旋风除尘技术、金属滤网除尘技术、颗粒床除尘技术。旋风除尘技术的除尘效率较低；金属滤网除尘技术的承受温度较低、易发生高温腐蚀和氧化；颗粒床除尘技术效率较高。但是，目前的除尘技术主要采用外置式，高温油气除尘过程中均需加热保温，避免生物油的二次裂解或冷凝，造成生物油的损失。技术实现要素：鉴于现有技术的不足，本发明旨在提供一种具有内置除尘装置的生物质热解系统和方法。该系统及方法可有效提取生物质中的生物油及热解气，并降低热解产物的含尘量，具有较高的能源利用效率。本发明公开了一种具有内置除尘装置的生物质热解系统，所述系统包括：反应器、旋风分离器、换热器；所述反应器具有生物质入口、热解油气出口、生物炭出口；所述旋风分离器具有热解油气入口，该热解油气入口用于接收由所述反应器的热解油气出口排出的热解油气；所述换热器具有生物炭入口，该生物炭入口用于接收由所述反应器的生物炭出口排出的生物炭；其中，所述反应器中具有沿所述反应器高度方向布置的隔板，所述隔板将所述反应器分隔为热解区和除尘区；所述热解区和所述除尘区底部相通；所述反应器具有相对布置的侧壁a和侧壁a＇，其中，所述除尘区包括相对布置的所述侧壁a和所述隔板；并且，在所述侧壁a和所述隔板上布置有多个斜板；所述斜板具有端部b和端部b＇，其中端部b固定在所述隔板或所述侧壁a上，端部b＇悬空；两个相邻的斜板的端部b分别固定在所述隔板和所述侧壁a上，使得所述两个相邻的斜板交叉设置。进一步的，所述反应器中的斜板与水平方向的夹角为45°～75°。进一步的，所述斜板在水平方向的投影为所述除尘区宽度的4/5～9/10；所述斜板的端部b＇与相对侧的所述隔板或所述侧壁a的垂直距离为所述除尘区宽度的1/10～1/5。进一步的，所述两个相邻的斜板之间的夹角为30°～90°。进一步的，所述除尘区横截面积为所述热解区横截面积的1/32～1/4。上述的系统中，所述隔板的下部设置有料位计；所述料位计与所述隔板下端的垂直距离为100～500㎜；所述热解区中自上而下设置有辐射管；所述辐射管与燃气入口和烟气出口连接。上述的系统中，进一步包括热解油气单元、生物炭单元、烟气单元；所述热解油气单元包括依次连接的反应器、旋风分离器、二级干燥器、净化装置、气柜和油罐、燃气进口；所述生物炭单元包括依次连接的反应器、换热器、生物炭储仓；所述烟气单元包括依次连接的反应器、换热器、一级干燥器。本发明还公开了一种利用上述系统处理生物质的方法，所述方法包括以下步骤：将生物质经由所述生物质入口运送至所述反应器中，进行热解反应得到高温生物炭和热解油气，所述热解油气进入所述除尘区进行除尘，得到初步除尘的热解油气；所述初步除尘的热解油气经过所述热解油气单元处理后，得到生物油和热解气；所述高温生物炭经过所述生物炭单元处理后，得到低温生物炭。上述处理生物质的方法中，所述生物质粒径≤3mm、含水率≤10wt％。上述处理生物质的方法中，所述高温生物炭的温度为450～650℃，所述低温生物炭的温度为200～350℃。本发明的系统和方法可有效提取生物质中的生物油和热解气，采用内置除尘装置，可利用系统内部显热，无需外加热源，能源利用效率高。该系统可有效降低热解油气的含尘量，避免生物油的冷凝及二次裂解，大大简化了热解油气的后续处理工序。产生的热解油气可用于生物质原料的干燥，同时，生物质原料可以对热解油气进行过滤，该系统可用于处理多种生物质原料。附图说明图1是本发明实施例中具有内置除尘装置的生物质热解系统的流程示意图。图2是本发明实施例中热解反应器的装置示意图。附图中的附图标记如下：1、一级回转窑干燥器；2、二级回转窑干燥器；3、料仓；4、进料螺旋；5、热解反应器；5a、热解区；5b、除尘区；5-1、辐射管；5-2、燃气进口；5-3、烟气出口；5-4、料位计；5-5、热解油气出口；5-6、斜板；5-7、隔板；6、旋风旋风分离器；7、灰室；8、净化装置；9、气柜；10、油罐；11、出料螺旋；12、换热器；13、生物炭储仓。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。根据图1所示的流程示意图，可以将本发明中具有内置除尘装置的生物质热解系统分为三个单元：热解油气单元、生物炭单元、烟气单元。以下分别结合该三个单元的流程图对本发明的系统和方法进行详细的介绍。①热解油气单元包括依次连接的反应器、旋风分离器、二级干燥器、净化装置、气柜和油罐、燃气进口。本发明实施例中，上述装置分别为热解反应器5、旋风分离器6、二级回转窑干燥器2、净化装置8、气柜9和油罐10、燃气进口5-2。i本文首先对热解反应器5进行了介绍：由图2，热解反应器5为方形立式结构，并且顶部和底部的主视剖面图均为梯形。热解反应器5中设置有隔板5-7，其沿反应器的高度方向布置，将反应器纵向分隔为两个区域：热解区5a和除尘区5b。并且，热解区5a和除尘区5b的底部是连通的。本发明实施例的反应器中具有侧壁a和侧壁a＇。并且，侧壁a和侧壁a＇相对布置，侧壁a和隔板5-7相对布置，隔板5-7和侧壁a＇也相对布置。即在本发明的方形立式反应器中，侧壁a、隔板5-7、侧壁a＇相互平行。并且，除尘区5b包括侧壁a和隔板5-7，热解区5a包括隔板5-7和侧壁a＇。在除尘区5b的侧壁a和隔板5-7上，自下而上均匀布置有多个斜板5-6。其在侧壁a和隔板5-7上的数量分别为m和n。此处，m和n所代表的数值可以相同也可以不同。每个斜板5-6都有两个端部，分别命名为端部b和端部b＇。其中，端部b固定在侧壁a或隔板5-7上，端部b＇悬空在除尘区5b中。并且，当斜板5-6的端部b固定在侧壁a上时，其相邻的斜板5-6的端部b均固定在隔板5-7上，使得每两个相邻的斜板5-6呈现交叉设置的方式。本发明实施例中，除尘区5b的宽度为W，除尘区5b横截面积为热解区5a横截面积的1/32～1/4。本实施例中，斜板5-6与水平方向的夹角均为45°～75°。并且，斜板5-6在水平方向的投影均为4/5W～9/10W。斜板5-6的端部b＇与相对侧的隔板5-7或侧壁a的垂直距离为1/10W～1/5W。每两个相邻的斜板5-6之间的夹角的范围均为30°～90°。在侧壁a上布置的最上端的斜板5-6之上，设置有热解油气出口5-5。热解区5a中设置有多个辐射管5-1，其在热解区5a中自上而下分层分布。辐射管5-1的两端分别与燃气进口5-2和烟气出口5-3连接，并且燃气进口5-2的水平位置在烟气出口5-3的水平位置之上。热解反应器5包括料仓3和进料螺旋4。其中，进料螺旋4位于料仓3的下端，并且与热解区5a顶部的生物质入口连接。同时，料仓3依次与二级回转窑干燥器2、一级回转窑干燥器1连接。热解区5a底部的梯形部分设置有料位计5-4，其下部设置有出料螺旋11，出料螺旋11与热解反应器5底部的生物炭出口连接。并且，料位计5-4与隔板5-7下端的垂直距离H为100～500㎜。ⅱ热解反应器5中进行的热解反应过程如下：生物质原料的粒径≤3mm、含水率≤50wt％(wt％为质量百分比)，将其依次运送至一级回转窑干燥器1、二级回转窑干燥器2中。干燥后的生物质含水率≤10wt％。然后将干燥后的生物质运送至料仓3中，在进料螺旋4的作用下通过生物质入口输送至热解区5a中，其中辐射管的温度为650～800℃，热解反应得到高温生物炭和热解油气。热解油气的温度为450～600℃，其经热解区5a和除尘区5b底部相通的位置经由热解区5a运行至除尘区5b中。热解油气不断的与除尘区5b中的斜板5-6发生碰撞，其中的粉尘就会降落至热解反应器5底部，从而可对热解油气进行初步的除尘。热解反应器5中内置的除尘区5b对热解油气的除尘效率≥85wt％。初步除尘的热解油气经由热解油气出口5-5排出，并运送至旋风分离器6中，进行进一步的分离除尘。沉积在底部的粉尘排出至灰室7中。上层除尘后的热解油气，经由旋风分离器6上部的气液出口排出至二级回转窑干燥器2中，对其中的生物质原料进行二级干燥，同时生物质原料还可对热解油气进行过滤处理。然后，热解油气经由二级回转窑干燥器2上的油气出口，被运送至净化装置8中，经过净化得到生物油和热解气。生物油存储于油罐10中，热解气存储于气柜9中。热解气经由燃气进口5-2被运送至辐射管5-1中，为热解反应器5提供热量。由于热解油气温度较高并且具有腐蚀性，因此，斜板5-6的材料选择的是耐高温且耐腐蚀的不锈钢。同时，隔板5-7是由耐热且易传热的不锈钢材料制作而成的，使得热解区5a的热量可以传递到除尘区5b中，避免热解油气在除尘区5b中冷凝。②生物炭单元包括依次连接的反应器、换热器、生物炭储仓。本发明实施例中，上述各装置分别为热解反应器5、换热器12、生物炭储仓13。上述①中热解反应得到的高温生物炭温度为450～650℃，随着热解反应的进行逐渐堆至热解反应器5底部。当堆积的高温生物炭高度达到料位计5-4上部时，启动出料螺旋11；直到高温生物炭高度降低至料位计5-4下部时，关闭出料螺旋11，停止出料。高温生物炭经由出料螺旋11出料后，被运送至换热器12中，并且与其中的低温烟气进行换热，导致高温生物炭温度降低，得到200～350℃的低温生物炭，然后储存在生物炭储仓13中。③烟气单元包括依次连接的反应器、换热器、一级干燥器。本发明实施例中，上述装置分别为热解反应器5、换热器12、一级回转窑干燥器1。由辐射管5-1的烟气出口5-3排出的低温烟气温度为80～150℃，低温烟气被运送至换热器12中，与其中的高温生物炭进行换热，得到升温后烟气，其温度为110～180℃。升温后烟气输送至回一级转窑干燥器1中对其中的生物质原料进行一级干燥处理。实施例选用粒径≤3㎜、含水率为33wt％的木屑作为生物质原料，将木屑依次运送到一级回转窑干燥器1、二级回转窑干燥2中进行干燥，干燥后的木屑含水率为8wt％。将干燥后的木屑输送至料仓3中，由进料螺旋4输送至热解区5a中。木屑依靠自身重力下落，并与辐射管5-1接触发生热解反应，其中辐射管5-1的温度为700℃。热解反应得到高温生物炭和热解油气。高温生物炭堆积至热解反应器5底部，通过料位计5-4控制出料，由出料螺旋11排出至换热器12中。热解油气温度为500℃，由热解区5a运行至除尘区5b中进行初步除尘，然后依次经旋风分离器6、二级回转窑干燥器2、净化装置8处理后得到生物油和热解气。生物油储存在油罐10中，热解气储存在气柜9中。热解气可经由燃气进口5-2运送至辐射管5-1中，用于提供热量。辐射管5-1排出的温度为120℃的低温烟气，输送至换热器12中，与其中的高温生物炭换热，得到升温后烟气，温度为180℃，生物炭换热降温后储存在生物炭储仓13中。升温后烟气运送至一级回转窑干燥器1中对木屑进行一级干燥。热解油气用于在二级回转窑干燥器2中，对经过一级干燥的木屑进行二级干燥。该实施例取得的有益效果见如下各表。表1产物分布生物油/％生物炭/％热解气/％热解水/％43.425.617.513.5(备注：％为质量百分数)表2除尘前后热解油气含尘量对比除尘前热解油气含尘量除尘后热解油气含尘量138g/Nm316g/Nm3由表1和表2可知，本发明实施例可有效提取生物质中的能源物质，并且具有较优的除尘效果。需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。当前第1页1 2 3