一种连续式生物质催化热解装置及方法与流程

本发明属于热解，具体来说涉及一种连续式生物质催化热解装置及方法。

背景技术：

1、随着化石能源消耗带来的能源和环境问题的日益加剧，大力发展可再生能源已成为社会各界的共识。生物质是一种重要的可再生资源，具有来源广泛、年产量大等特点。目前我国主要生物质资源年产生量高达35亿吨，其中资源能源化利用量约为4.61亿吨，实现碳减排量约为2.18亿吨，在替代化石能源方面具有巨大的应用价值。

2、热解是一种极具发展潜力的生物质利用技术，是在绝氧和高温条件下，将生物质大分子受热分解为低分子化合物的过程。热解产物主要为生物油、热解炭和热解气。生物油可作为燃料或者提取化学品，热解炭可用于制备炭基肥、超级电容器等功能碳材料，热解气可用于制备合成气或燃料。相较于发酵、焚烧等处理方式，热解技术不仅具有高效快速的特点，而且在生物质高值化、无害化利用方面优势突出。

3、通常，生物质直接热解得到的生物油组分复杂，单一化学品含量极低，不利于进一步深度提纯和利用。生物质催化热解是将热解产生的热解蒸汽经过合适的催化剂进行重整可选择性制备特定产物。常用的催化剂主要有：分子筛、活性炭、金属及其氧化物等。然而，目前这些催化剂通常为粉末状或颗粒状，在使用过程中存在一系列问题：(1)原位热解时，催化剂和原料均匀混合，热解后催化剂均匀分布在热解炭中，催化剂回收困难，且每次反应后就要对催化剂进行再生，催化剂使用量大，资源消耗量大；(2)非原位热解时，催化剂需要间歇性加入和取出，造成热解装置的频繁启停，耗时费力，效率低下；(3)催化剂的催化效率随着使用时间的增加逐渐降低，造成热解产物的品质不均一；(4)装置自动化程度低，设备启停、催化剂装卸和再生过程中需要大量人工干预。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种连续式生物质催化热解装置及方法，能够延长催化剂的使用时间，无需频繁启停装置填充催化剂，实现生物质的持续催化，产物品质高，且能够适应任意热解设备。

2、本发明采取的技术方案是连续式生物质催化热解装置，包括料斗、进料系统、热解系统、气固分离系统、储炭仓、催化系统、冷凝系统、储液罐、储气仓、燃烧系统；

3、所述催化系统包括热解蒸汽管道、可转动的滚轴、重整气管道、布态催化剂、清洁再生系统，所述热解蒸汽管道和重整气管道与滚轴相连；所述布态催化剂缠绕布置在滚轴上并经过清洁再生系统；

4、所述料斗与进料系统的入口相连；进料系统的出口与热解系统的进料口相连；热解系统下方的固体产物出口以及气固分离系统下方固体出口连接储炭仓；气固分离系统入口与热解系统的热解气出口与相连，其气体出口与催化系统的热解蒸汽管道相连；催化系统的重整气管道与冷凝系统的入口相连；冷凝系统的液相出口与储液罐的入口相连，冷凝系统的气相出口与储气仓的入口相连；储气仓的出口与燃烧系统的燃料入口相连。

5、优选地，所述滚轴与外部电机的输出轴连接。

6、优选地，所述布态催化剂包括金属及其化合物、非金属及其化合物、无纺布、载体玻纤、分子筛、活性炭、碳纤维中的一种或几种。

7、优选地，所述清洁再生系统采用液体洗涤时，所用溶剂为乙醇、丙酮、四氯化碳、水、硫酸、硝酸中的一种或几种的混合溶液。

8、本发明还提供了一种连续式生物质催化热解方法，包括以下步骤：

9、s1、对原料进行热解处理；

10、s2、将热解处理产生的热解蒸汽进行气固分离，收集热解处理和气固分离产生的固体产物；

11、s3、对气固分离后的热解蒸汽进行催化重整，对催化重整后的气体进行冷凝处理；

12、s4、对催化重整产生的失活催化剂进行清洁，恢复催化活性；

13、s5、将冷凝处理产生的可冷凝的热解油和不可冷凝的热解气分别存储；

14、s6、将热解气和空气混合燃烧，产生的热烟气返回步骤s1中，为热解处理提供热量。

15、优选地，所述s4中，清洁手段采用刮刷、振打、液体洗涤、有氧氛围焙烧、氢气高温还原中的一种或多种。

16、本发明的有益效果在于：

17、(1)催化剂寿命长：热解蒸汽经气固分离后进入催化系统，不仅有效解决了催化剂和固体产物难以分离的问题，而且避免了催化剂积碳、磨损严重的现象，催化剂损耗小；清洁再生系统对催化剂进行再生，催化剂始终保持有较高的催化性能，降低了催化剂的更换频次。

18、(2)装置启停次数少：该方法能够实现生物质的持续催化和催化剂的在线再生，减少了机组的启停次数，提高了装置的综合效率。

19、(3)装置适配性好：催化系统可安装在目前任意热解设备的热解蒸汽出口，对原有设备的改造小。

技术特征：

1.一种连续式生物质催化热解装置，其特征在于，包括料斗、进料系统、热解系统、气固分离系统、储炭仓、催化系统、冷凝系统、储液罐、储气仓、燃烧系统；

2.根据权利要求1所述的连续式生物质催化热解装置，其特征在于，所述滚轴与外部电机的输出轴连接。

3.根据权利要求1所述的连续式生物质催化热解装置，其特征在于，所述布态催化剂包括金属及其化合物、非金属及其化合物、无纺布、载体玻纤、分子筛、活性炭、碳纤维中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的连续式生物质催化热解装置，其特征在于，所述清洁再生系统采用液体洗涤时，所用溶剂为乙醇、丙酮、四氯化碳、水、硫酸、硝酸中的一种或几种的混合溶液。

5.一种连续式生物质催化热解方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的连续式生物质催化热解方法，其特征在于，所述s4中，清洁手段采用刮刷、振打、液体洗涤、有氧氛围焙烧、氢气高温还原中的一种或多种。

技术总结
本发明属于热解技术领域，公开了一种连续式生物质催化热解装置，包括料斗、进料系统、热解系统、气固分离系统、储炭仓、催化系统、冷凝系统、储液罐、储气仓、燃烧系统，还公开了一种连续式生物质催化热解方法，热解产生的热解气经过布态催化剂进行催化重整，重整后的气体由重整气管道排出进入冷凝系统；布态催化剂在滚轴的带动下绕滚轴、清洁再生系统之间滚动，连续进行催化和再生。本发明能够实现催化剂的在线催化和连续再生，可有效解决热解炭和催化剂混合后难以分离的难题，催化剂使用寿命更长，催化效率更高。

技术研发人员：高丽娟,李文涛,贾宝,雷永智,高徐军,康智明,马勃,韩文斌
受保护的技术使用者：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13