生物質下行床快速催化熱解系統和熱解生物質的方法
【專利摘要】本發明提出了一種生物質下行床快速催化熱解系統和熱解生物質的方法，其中，系統包括：回轉窯干燥器、料倉、快速催化熱解爐和顆粒床除塵裝置，其中，快速催化熱解爐，料斗、錐形分料器、輻射管、導料板和催化劑噴口，其中，料斗與熱解反應器的物料入口相連；錐形分料器設置在物料入口的正下方；輻射管沿熱解反應器的高度方向多層布置，每層具有多根沿水平方向彼此平行均勻分布的輻射管；導料板的上端固定在熱解反應器的側壁上；催化劑噴口設置在熱解反應器豎直高度H的1/15H?2/3H區間內，且位于導料板下端的正下方。采用該系統對催化熱解生物質可有效提高生物油產率，降低生物油pH值。
【專利說明】
生物質下行床快速催化熱解系統和熱解生物質的方法
技術領域
[0001] 本發明屬于化工領域，具體而言，本發明涉及生物質下行床快速催化熱解系統和 熱解生物質的方法。
【背景技術】
[0002] 生物質能是地球第四大資源，僅次于煤炭、石油、天然氣，同時也是儲量最大的可 再生能源。生物質具有分布廣泛、儲量豐富、可再生性、低污染性等特點，是最具潛力的化石 能源替代能源之一。
[0003] 目前，生物質能的能源化利用方式主要以發酵生產燃料、沼氣，氣化，快速熱解，炭 化為主。其中，發酵生產燃料、沼氣主要應用草本植物，該技術生產周期長，產率較低等缺點 限制其發展;氣化生產燃氣技術則由于燃氣熱值低，多應用于發電、工業供氣方面，有一定 的局限性;炭化技術得到的產品主要以固體生物炭為主，難以替代化石能源規模化應用;快 速熱解是指在無氧或限氧的條件下，將生物質快速升溫至550Γ左右，生成生物油、生物炭 和熱解氣的過程。熱解技術是唯一一種將生物質能源直接轉化為液體燃料的技術。然而，經 過熱解技術得到的生物油組分極為復雜，PH值較低、含氧量高、熱穩定性較差、粘度大等缺 點使得生物油難以直接利用和儲存。此外，生物油的后處理過程復雜、效果不佳且成本較 高，使其難以工業化應用。生物質快速催化裂解的方法來提高生物油的產率、提升生物油品 質是目前生物質能源化利用的主要方向。目前，生物質快速催化裂解中催化劑主要以與原 料混合添加、裂解油氣濾過催化層的方式為主，其中混合添加難以實現催化劑的均勻催化， 濾過催化層的方式則需外加熱源保證催化層溫度，且催化層易結焦失活。
【發明內容】
[0004] 本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的 一個目的在于提出生物質下行床快速催化熱解系統和熱解生物質的方法，采用該系統和方 法能有效提高生物油的產率及品質，工藝簡單，適合工業化推廣。
[0005] 根據本發明的一個方面，本發明提出了一種生物質下行床快速催化熱解系統，包 括：
[0006] 回轉窯干燥器，所述回轉窯干燥器具有生物質入口和干燥生物質出口；
[0007] 料倉，所述料倉與所述干燥生物質出口相連；
[0008] 快速催化熱解爐，所述快速催化熱解爐包括：
[0009] 料斗，所述料斗設置在所述熱解爐的頂部且分別與所述熱解爐的物料入口和所述 料倉相連；
[0010] 錐形分料器，所述錐形分料器設置在所述熱解爐的物料入口的正下方；
[0011] 輻射管，所述輻射管沿所述熱解爐的高度方向多層布置，每層具有多根沿水平方 向彼此平行均勻分布的輻射管，
[0012] 其中，沿所述熱解爐的高度方向布置的輻射管彼此平行并且錯開布置，輻射管根 數的布置方式為:沿所述熱解爐豎直方向，輻射管層中的根數依次為1糾1、1糾1，由此使 得輻射管根數交替布置，N2 1，其中，輻射管根數為N+1的輻射管層中，各輻射管的中心軸處 于同一個第一水平面，輻射管根數為N的輻射管層中，各輻射管的中心軸處于同一個第二水 平面；
[0013] 導料板，所述導料板的上端固定在所述熱解爐的側壁上，并且所述導料板的下端 以與所述熱解爐的側壁呈15°-45°夾角的方式向所述熱解爐內部下方延伸，其中，所述導料 板的上端處于所述第一水平面上，所述導料板的下端處于所述第二水平面上；
[0014] 催化劑噴口，所述催化劑噴口設置在所述熱解爐豎直高度H的1/15H-2/3H區間內， 且位于所述導料板下端的正下方，其中，所述催化劑噴口被設置成使得催化劑噴入方向與 輻射管長度方向垂直，以及
[0015] 顆粒床除塵裝置，所述顆粒床除塵裝置與所述熱解爐的熱解油氣出口相連。
[0016] 采用上述實施例的生物質下行床快速催化熱解系統，將生物質原料在回轉窯干燥 器內經過干燥后，暫存在料倉內，并輸送至料斗中，生物質原料經錐形分料器分離后均勻下 落，下落過程中生物質原料與輻射管直接接觸，同催化劑采用催化劑噴口噴入，使催化劑與 物料及熱解油氣充分接觸，發生快速催化裂解反應，提高催化效率。
[0017] 另外，根據本發明上述實施例的生物質下行床快速催化熱解系統還可以具有如下 附加的技術特征：
[0018] 在本發明的一些實施例中，在所述顆粒床除塵裝置與所述熱解爐的熱解油氣出口 之間進一步包括：
[0019] -級旋風分離器，所述一級旋風分離器與所述熱解爐的熱解油氣出口相連；
[0020] 二級旋風分離器，所述二級旋風分離器分別與所述一級旋風分離器和所述顆粒床 除塵裝置相連；以及
[0021] 灰斗，所述灰斗分別與所述一級旋風分離器和所述二級旋風分離器相連。
[0022] 在本發明的一些實施例中，上述實施例的生物質下行床快速催化熱解系統進一步 包括：
[0023] 凈化設備，所述凈化設備具有熱解油氣入口、生物油出口和熱解氣出口，所述熱解 油氣入口與所述顆粒床除塵裝置相連；
[0024] 生物油儲罐，所述生物油儲罐與所述生物油出口相連；以及
[0025] 氣柜，所述氣柜分別與所述熱解氣出口和所述快速催化熱解爐內輻射管相連。
[0026] 在本發明的一些實施例中，上述實施例的生物質下行床快速催化熱解系統進一步 包括：
[0027] 螺旋出料器，所述螺旋出料器與所述快速催化熱解爐的高溫生物炭出口相連；
[0028] 換熱器，所述換熱器具有煙氣入口、高溫生物炭入口、換熱后煙氣出口和換熱后生 物炭出口，所述煙氣入口與所述快速催化熱解爐的煙氣出口相連，所述高溫生物炭入口與 所述螺旋出料器相連，所述換熱后煙氣出口與所述回轉窯干燥器相連；
[0029] 熄焦室，所述熄焦室與所述換熱后生物炭出口相連；以及
[0030] 炭倉，所述炭倉與所述媳焦室相連；
[0031] 在本發明的一些實施例中，所述熱解油氣出口設置在所述快速催化熱解爐側壁的 底部。
[0032] 在本發明的一些實施例中，所述快速催化熱解爐的側壁外周設置有保溫層。
[0033] 根據本發明的另一方面，本發明還提出了一種利用前面所述的生物質下行床快速 催化熱解系統熱解生物質的方法，包括：
[0034]采用回轉窯干燥器對生物質進行干燥和預熱處理，以便得到干燥生物質；
[0035]采用料倉暫存所述干燥生物質；
[0036]將所述料倉內的干燥生物質從所述快速催化熱解爐的物料入口供給至所述快速 催化熱解爐內，并通過所述催化劑噴口通入催化劑，使得所述干燥生物質發生催化熱解反 應，以便得到熱解油氣和高溫生物炭；以及
[0037]采用顆粒床除塵裝置對所述熱解油氣進行第一除塵處理，以便得到熱解油氣產 品。
[0038] 采用上述利用生物質下行床快速催化熱解系統熱解生物質的方法，預先將生物質 原料在回轉窯干燥器內經過干燥后，暫存在料倉內，并輸送至料斗中，生物質原料經錐形分 料器分離后均勻下落，下落過程中生物質原料與輻射管直接接觸，同催化劑采用催化劑噴 口噴入，使催化劑與物料及熱解油氣充分接觸，發生快速催化裂解反應，提高催化效率。
[0039] 另外，根據本發明上述實施例的利用生物質下行床快速催化熱解系統熱解生物質 的方法還可以具有如下附加的技術特征：
[0040] 在本發明的一些實施例中，在對所述熱解油氣進行第一除塵處理之前，進一步包 括：
[0041 ]采用一級旋風分離器對所述熱解油氣進行第二除塵處理；
[0042]采用二級旋風分離器對經過所述第二除塵處理后的熱解油氣進行第三除塵處理； [0043]采用灰斗收集所述第二除塵處理和所述第三除塵處理分離出的灰塵。
[0044]在本發明的一些實施例中，上述方法進一步包括：
[0045]采用凈化設備對經過所述第三除塵處理的熱解油氣進行處理，以便得到生物油和 熱解氣；
[0046] 采用生物油儲罐儲存所述生物油；
[0047] 采用氣柜儲存所述熱解氣，并將所述熱解氣通入所述快速催化熱解爐內的輻射管 中。
[0048] 在本發明的一些實施例中，上述方法進一步包括：
[0049] 采用螺旋出料器排出所述快速催化熱解爐內的高溫生物炭；
[0050] 在換熱器內，將所述螺旋出料器排出的高溫生物炭與所述快速催化熱解爐內排出 的煙氣進行換熱，以便得到換熱后煙氣和換熱后生物炭，并將換熱后煙氣返回所述回轉窯 干燥器用于對生物質進行干燥和預熱處理；
[0051 ]采用熄焦室對所述換熱后生物炭進行冷卻；以及 [0052]將冷卻后的生物炭存儲于炭倉內。
【附圖說明】
[0053] 圖1是根據本發明一個實施例的生物質下行床快速催化熱解系統的結構示意圖。
[0054] 圖2是根據本發明一個實施例的生物質下行床快速催化熱解系統中快速催化熱解 爐的結構示意圖。
[0055] 圖3是根據本發明一個實施例的熱解生物質的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0056] 下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0057] 根據本發明的一個方面，本發明提出了一種生物質下行床快速催化熱解系統。下 面參考圖1詳細描述本發明具體實施例的生物質下行床快速催化熱解系統。
[0058]根據本發明具體實施例的生物質下行床快速催化熱解系統包括:快速催化熱解爐 100、回轉窯干燥器200、料倉300、和顆粒床除塵裝置400，其中，回轉窯干燥器200具有生物 質入口 210和干燥生物質出口 220;料倉300與干燥生物質出口 220相連。
[0059]根據本發明的具體實施例，快速催化熱解爐100包括:料斗10、錐形分料器20、輻射 管30、導料板40和催化劑噴口50。其中，料斗設置在所述熱解爐的頂部且分別與所述熱解爐 的物料入口和所述料倉相連;錐形分料器設置在所述熱解爐的物料入口的正下方;輻射管 沿所述熱解爐的高度方向多層布置，每層具有多根沿水平方向彼此平行均勻分布的輻射 管，其中，沿所述熱解爐的高度方向布置的輻射管彼此平行并且錯開布置，輻射管根數的布 置方式為:沿所述熱解爐豎直方向，輻射管層中的根數依次為N、N+1、N、N+1，由此使得輻射 管根數交替布置，N2 1，其中，輻射管根數為N+1的輻射管層中，各輻射管的中心軸處于同一 個第一水平面，輻射管根數為N的輻射管層中，各輻射管的中心軸處于同一個第二水平面； 述導料板的上端固定在所述熱解爐的側壁上，并且所述導料板的下端以與所述熱解爐的側 壁呈15°-45°夾角（Θ)的方式向所述熱解爐內部下方延伸，其中，所述導料板的上端處于所 述第一水平面上，所述導料板的下端處于所述第二水平面上;催化劑噴口設置在所述熱解 爐豎直高度H的1/15H-2/3H區間內，且位于所述導料板下端的正下方，其中，所述催化劑噴 口被設置成使得催化劑噴入方向與輻射管長度方向垂直，以及顆粒床除塵裝置400與熱解 爐100的熱解油氣出口相連。
[0060] 采用上述實施例的生物質下行床快速催化熱解系統，將生物質原料在回轉窯干燥 器內經過干燥后，暫存在料倉內，并輸送至料斗中，生物質原料經錐形分料器分離后均勻下 落，下落過程中生物質原料與輻射管直接接觸，同催化劑采用催化劑噴口噴入，使催化劑與 物料及熱解油氣充分接觸，發生快速催化裂解反應，提高催化效率。
[0061] 下面參考圖2詳細描述本發明具體實施例的快速催化熱解爐。根據本發明具體實 施例的快速催化熱解爐100，包括:料斗10、錐形分料器20、輻射管30、導料板40和催化劑噴 □ 50。
[0062] 根據本發明的具體實施例，料斗10設置在熱解反應器100的頂部且與熱解反應器 的物料入口 11相連。由此可以生物質的加入。根據本發明的具體實施例，生物質粒徑范圍為 0.5mm-6mm〇
[0063] 根據本發明的具體實施例，錐形分料器20設置在熱解反應器100的物料入口 1的下 方。由此可以將物料均勻分成兩部分，進而均勻地進入熱解反應器100內。
[0064] 根據本發明的具體實施例，輻射管沿30沿熱解反應器100的高度方向多層布置，每 層具有多根沿水平方向彼此平行均勻分布的輻射管，其中，沿所述熱解反應器的高度方向 布置的輻射管彼此平行并且錯開布置，輻射管根數的布置方式為:沿反應器豎直方向，輻射 管層中的根數依次為1糾1、1糾1，由此使得輻射管根數交替布置42 1，其中，輻射管根數 為N+1的輻射管層中，各輻射管的中心軸處于同一個第一水平面，輻射管根數為N的輻射管 層中，各輻射管的中心軸處于同一個第二水平面。如圖2所示。由此，通過設置上述排布方式 的輻射管沿30使得生物質原料在下降的過程中與蓄熱式輻射管充分接觸，實現快速裂解。
[0065]根據本發明的具體實施例，導料板40設置在熱解反應器100的側壁上，具體地，導 料板40的上端固定在熱解反應器100的側壁上，并且導料板的下端以與熱解反應器100的側 壁呈15°-45°夾角（Θ)的方式向熱解反應器100內部下方延伸，其中，導料板的上端處于第一 水平面上，導料板的下端處于第二水平面上。由此，可以由N+1的輻射管層上滑落的生物質 經過導料板40可以全部落到N的輻射管層上，避免生物質直接貼著熱解反應器100的側壁滑 落，進而可以提高輻射管對生物質的加熱效率，進而提高熱解效果。
[0066]根據本發明的具體實施例，催化劑噴口 50設置在熱解反應器100豎直高度H的1/ 15H-2/3H區間內，且位于所述導料板下端的正下方，如圖2所示。其中，催化劑噴□被設置成 使得催化劑噴入方向與輻射管長度方向垂直。由此，催化劑噴口 50即位于導料板40正下方， 進而可以避免下落的生物質堵塞催化劑噴口 50。
[0067] 根據本發明的具體實施例，催化劑噴口50通過噴入的方式加入催化劑，采用的載 氣可以為氮氣等惰性氣體，催化劑噴入速度可以為lm/ s-4.5m/s。根據本發明的具體實施 例，通過上述催化劑噴口 50噴入催化劑，使得催化劑與生物質與裂解油氣充分混合，進而有 效可以提高催化效率。根據本發明的具體實施例，可選用的催化劑為三氧化二鐵催化劑、紅 土鎳礦催化劑和釩鈦磁鐵礦催化劑，進而可以提高生物油產率和pH值。
[0068] 根據本發明的具體實施例，所述熱解反應器的熱解油氣出口 12設置在所述熱解反 應器100側壁的底部。進而熱解油氣排出過程可帶動生物質原料，保證生物質原料催化熱解 反應。
[0069] 根據本發明的具體實施例，所述熱解反應器的側壁外周設置有保溫層。由此可以 避免熱量散失，提高熱解效率。
[0070] 采用上述實施例的快速催化熱解爐，將生物質原料輸送至料斗中，生物質原料經 錐形分料器分離后均勻下落，下落過程中生物質原料與輻射管直接接觸，同時由催化劑噴 口噴入催化劑，開始發生快速催化裂解反應;熱解油氣由下行床快速催化熱解裝置底部的 熱解油氣出口排出，經凈化單元處理后得到生物油與裂解燃氣;生物炭由下行床快速催化 熱解裝置底部經螺旋出料器排出。
[0071 ]根據本發明的具體實施例，在顆粒床除塵裝置400與熱解爐100的熱解油氣出口 12 之間進一步包括:一級旋風分離器500、二級旋風分離器600和灰斗700，其中，一級旋風分離 器500與熱解爐100的熱解油氣出口 12相連;二級旋風分離器600分別與一級旋風分離器500 和顆粒床除塵裝置400相連；以及灰斗分別與一級旋風分離器500和二級旋風分離器600相 連。由此，采用旋風分離器與顆粒床除塵裝置聯合除塵，可以有效降低快速裂解生物油中的 含塵量。
[0072]根據本發明的具體實施例，上述實施例的生物質下行床快速催化熱解系統，進一 步包括:凈化設備800、生物油儲罐900和氣柜1000,凈化設備800具有熱解油氣入口 810、生 物油出口 820和熱解氣出口 830，熱解油氣入口 810與顆粒床除塵裝置400相連;生物油儲罐 900與生物油出口820相連；以及氣柜1000分別與熱解氣出口830和快速催化熱解爐100內輻 射管30相連。由此可以進一步對熱解油氣進行處理分別得到生物油和熱解氣，得到的熱解 氣可以進一步返回快速催化熱解爐100內輻射管30內，進而為催化熱解提供熱量，節省能 耗。
[0073] 根據本發明的具體實施例，上述實施例的生物質下行床快速催化熱解系統，進一 步包括:螺旋出料機1100、換熱器1200、熄焦室1300和炭倉1400。其中，螺旋出料機1100與熱 解反應器100的高溫生物炭出口 13相連；換熱器1200具有煙氣入口 1210、高溫生物炭入口 1220、換熱后煙氣出口 1230和換熱后生物炭出口 1240,煙氣入口 1210與快速催化熱解爐100 的煙氣出口相連，高溫生物炭入口 1220與螺旋出料器1100相連，換熱后煙氣出口 1230與回 轉窯干燥器1100相連;熄焦室1300與換熱后生物炭出口 1240相連；以及炭倉1400與熄焦室 1300相連。由此，通過對高溫生物炭的余熱進行回收用于生物質原料的預熱和干燥，進而可 以進一步提高系統的能源利用率，降低熱解生物質的能耗。
[0074] 根據本發明的另一方面，本發明還提出了一種利用前面所述的生物質下行床快速 催化熱解系統熱解生物質的方法。
[0075] 下面參考圖3詳細描述本發明具體實施例的利用生物質下行床快速催化熱解系統 熱解生物質的方法。根據本發明的具體實施例，該方法包括：
[0076]采用回轉窯干燥器對生物質進行干燥和預熱處理，以便得到干燥生物質；
[0077]采用料倉暫存所述干燥生物質；
[0078]將所述料倉內的干燥生物質從所述快速催化熱解爐的物料入口供給至所述快速 催化熱解爐內，并通過所述催化劑噴口通入催化劑，使得所述干燥生物質發生催化熱解反 應，以便得到熱解油氣和高溫生物炭；以及
[0079]采用顆粒床除塵裝置對所述熱解油氣進行第一除塵處理，以便得到熱解油氣產 品。
[0080] 采用上述利用生物質下行床快速催化熱解系統熱解生物質的方法，預先將生物質 原料在回轉窯干燥器內經過干燥后，暫存在料倉內，并輸送至料斗中，生物質原料經錐形分 料器分離后均勻下落，下落過程中生物質原料與輻射管直接接觸，同催化劑采用催化劑噴 口噴入，使催化劑與物料及熱解油氣充分接觸，發生快速催化裂解反應，提高催化效率。
[0081] 根據本發明的具體實施例，前面實施例的關于生物質下行床快速催化熱解系統的 有益效果同樣適用于本發明實施例的利用該系統熱解生物質的方法，在此不再贅述。
[0082] 根據本發明的具體實施例，在對所述熱解油氣進行第一除塵處理之前，進一步包 括:采用一級旋風分離器對所述熱解油氣進行第二除塵處理;采用二級旋風分離器對經過 所述第二除塵處理后的熱解油氣進行第三除塵處理;采用灰斗收集所述第二除塵處理和所 述第三除塵處理分離出的灰塵。由此，采用旋風分離器與顆粒床除塵裝置聯合除塵，可以有 效降低快速裂解生物油中的含塵量。
[0083] 根據本發明的具體實施例，上述方法進一步包括:采用凈化設備對經過所述第三 除塵處理的熱解油氣進行處理，以便得到生物油和熱解氣;采用生物油儲罐儲存所述生物 油;采用氣柜儲存所述熱解氣，并將所述熱解氣通入所述快速催化熱解爐內的輻射管中。由 此可以進一步對熱解油氣進行處理分別得到生物油和熱解氣，得到的熱解氣可以進一步返 回快速催化熱解爐100內輻射管30內，進而為催化熱解提供熱量，節省能耗。
[0084] 根據本發明的具體實施例，上述方法進一步包括:采用螺旋出料器排出所述快速 催化熱解爐內的高溫生物炭;在換熱器內，將所述螺旋出料器排出的高溫生物炭與所述快 速催化熱解爐內排出的煙氣進行換熱，以便得到換熱后煙氣和換熱后生物炭，并將換熱后 煙氣返回所述回轉窯干燥器用于對生物質進行干燥和預熱處理;采用熄焦室對所述換熱后 生物炭進行冷卻；以及將冷卻后的生物炭存儲于炭倉內。由此，通過對高溫生物炭的余熱進 行回收用于生物質原料的預熱和干燥，進而可以進一步提高系統的能源利用率，降低熱解 生物質的能耗。
[0085] 實施例1
[0086] 將粒徑< 2mm，含水率為25%的木肩原料輸送至回轉窯干燥器中進行預熱干燥，其 中余熱煙氣溫度為120°C，經過干燥的木肩(含水率為13 %，溫度為70°C)輸送至下行床快速 催化熱解爐中，木肩依靠自身重力下落同時噴入Fe2Os催化劑(粒徑< 0.5mm，噴入量為木肩 質量分數的3% )，發生快速催化熱解反應;催化熱解得到的熱解油氣由油氣出口排出，經兩 級旋風分離器與顆粒床除塵裝置聯合除塵處理后，進入到凈化系統，得到生物油和熱解氣， 其中熱解氣用于為輻射管提供熱量;得到的高溫生物炭(溫度450°C)由螺旋出料器排出，經 換熱器與煙氣換熱后進入到熄焦單元，得到生物炭;余熱煙氣（130°C)通入到回轉窯干燥器 中，用于對木肩進行預熱干燥。
[0087] 表1.裂解產物分布及生物油性質分析結果
[0089] 實施例2
[0090]將粒徑< 1.5mm，含水率25%的木肩輸送至回轉窯干燥器中以120°C的換熱煙氣進 行預熱干燥，經干燥后的木肩（含水率15%，溫度75°C)輸送至下行床快速催化熱解爐中，木 肩依靠自身重力下落，同時噴入紅土鎳礦催化劑(粒徑< 0.2mm，噴入量為木肩質量分數的 2% )，發生快速催化熱解反應;反應得到的熱解油氣經油氣出口排出，經兩級旋風分離器和 顆粒床除塵裝置聯合除塵處理后進入到凈化系統，得到生物油和熱解氣，其中熱解氣用于 為輻射管提供能量;得到的高溫生物炭(溫度450°C)由螺旋出料器排出，經換熱器與煙氣換 熱后進入到熄焦單元，得到生物炭;余熱煙氣（140°C)通入到回轉窯干燥器中，用于對木肩 進行預熱干燥。
[0091 ]表2.裂解產物分布及生物油性質分析結果
[0093] 實施例3
[0094] 將粒徑< 2mm，含水率25%的木肩輸送至回轉窯干燥器中以120°C的換熱煙氣進行 預熱干燥，經干燥后的木肩(含水率16%，溫度73°C)輸送至下行床快速催化熱解爐中，木肩 依靠自身重力下落，同時噴入釩鈦磁鐵礦催化劑(粒徑< 0.2mm，噴入量為木肩質量分數的 2%)，發生快速催化熱解反應;反應得到的熱解油氣經油氣出口排出，經由兩級旋風分離器 和顆粒床除塵裝置聯合除塵處理后，進入到凈化系統得到生物油和熱解氣，其中熱解氣用 于為輻射管提供能量;得到的高溫生物炭(溫度450°C)由螺旋出料器排出，經換熱器與煙氣 換熱后進入到熄焦單元，得到生物炭;余熱煙氣（140°C)通入到回轉窯干燥器中，用于對木 肩進行預熱干燥。
[0095] 表3.裂解產物分布及生物油性質分析結果
[0097]在本發明的描述中，需要理解的是，術語"中心"、"縱向"、"橫向"、"長度"、"寬度"、 "厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底" "內"、"外"、"順時 針"、"逆時針"、"軸向"、"徑向"、"周向"等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或 位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必 須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0098]此外，術語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性 或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者 隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，"多個"的含義是兩個或兩個以上， 除非另有明確具體的限定。
[0099] 在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語"安裝"、"相連"、"連接"、"固定"等 術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體;可以是機械連 接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內 部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情 況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0100] 在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征"上"或"下"可以 是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在 第二特征"之上"、"上方"和"上面"可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0101] 在本說明書的描述中，參考術語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特 點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不 必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一 個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術 人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合 和組合。
[0102] 盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例 性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述 實施例進行變化、修改、替換和變型。
【主權項】
1. 一種生物質下行床快速催化熱解系統，其特征在于，包括： 回轉窯干燥器，所述回轉窯干燥器具有生物質入口和干燥生物質出口； 料倉，所述料倉與所述干燥生物質出口相連； 快速催化熱解爐，所述快速催化熱解爐包括： 料斗，所述料斗設置在所述熱解爐的頂部且分別與所述熱解爐的物料入口和所述料倉 相連； 錐形分料器，所述錐形分料器設置在所述熱解爐的物料入口的正下方； 輻射管，所述輻射管沿所述熱解爐的高度方向多層布置，每層具有多根沿水平方向彼 此平行均勻分布的輻射管， 其中，沿所述熱解爐的高度方向布置的輻射管彼此平行并且錯開布置，輻射管根數的 布置方式為:沿所述熱解爐豎直方向，輻射管層中的根數依次為N、N+1、N、N+1，由此使得輻 射管根數交替布置，N2 1，其中，輻射管根數為N+1的輻射管層中，各輻射管的中心軸處于同 一個第一水平面，輻射管根數為N的輻射管層中，各輻射管的中心軸處于同一個第二水平 面； 導料板，所述導料板的上端固定在所述熱解爐的側壁上，并且所述導料板的下端以與 所述熱解爐的側壁呈15°-45°夾角的方式向所述熱解爐內部下方延伸，其中，所述導料板的 上端處于所述第一水平面上，所述導料板的下端處于所述第二水平面上； 催化劑噴口，所述催化劑噴口設置在所述熱解爐豎直高度Η的1/15H-2/3H區間內，且位 于所述導料板下端的正下方，其中，所述催化劑噴口被設置成使得催化劑噴入方向與輻射 管長度方向垂直，以及 顆粒床除塵裝置，所述顆粒床除塵裝置與所述熱解爐的熱解油氣出口相連。2. 根據權利要求1所述的生物質下行床快速催化熱解系統，其特征在于，在所述顆粒床 除塵裝置與所述熱解爐的熱解油氣出口之間進一步包括： 一級旋風分離器，所述一級旋風分離器與所述熱解爐的熱解油氣出口相連； 二級旋風分離器，所述二級旋風分離器分別與所述一級旋風分離器和所述顆粒床除塵 裝置相連；以及 灰斗，所述灰斗分別與所述一級旋風分離器和所述二級旋風分離器相連。3. 根據權利要求2所述的生物質下行床快速催化熱解系統，其特征在于，進一步包括： 凈化設備，所述凈化設備具有熱解油氣入口、生物油出口和熱解氣出口，所述熱解油氣 入口與所述顆粒床除塵裝置相連； 生物油儲罐，所述生物油儲罐與所述生物油出口相連；以及 氣柜，所述氣柜分別與所述熱解氣出口和所述快速催化熱解爐內輻射管相連。4. 根據權利要求3所述的生物質下行床快速催化熱解系統，其特征在于，進一步包括： 螺旋出料器，所述螺旋出料器與所述快速催化熱解爐的高溫生物炭出口相連； 換熱器，所述換熱器具有煙氣入口、高溫生物炭入口、換熱后煙氣出口和換熱后生物炭 出口，所述煙氣入口與所述快速催化熱解爐的煙氣出口相連，所述高溫生物炭入口與所述 螺旋出料器相連，所述換熱后煙氣出口與所述回轉窯干燥器相連； 熄焦室，所述熄焦室與所述換熱后生物炭出口相連；以及 炭倉，所述炭倉與所述媳焦室相連。5. 根據權利要求1所述的生物質下行床快速催化熱解系統，其特征在于，所述熱解油氣 出口設置在所述快速催化熱解爐側壁的底部。6. 根據權利要求1所述的生物質下行床快速催化熱解系統，其特征在于，所述快速催化 熱解爐的側壁外周設置有保溫層。7. -種利用權利要求1-6任一項所述的生物質下行床快速催化熱解系統熱解生物質的 方法，其特征在于，包括： 采用回轉窯干燥器對生物質進行干燥和預熱處理，以便得到干燥生物質； 采用料倉暫存所述干燥生物質； 將所述料倉內的干燥生物質從所述快速催化熱解爐的物料入口供給至所述快速催化 熱解爐內，并通過所述催化劑噴口通入催化劑，使得所述干燥生物質發生催化熱解反應，以 便得到熱解油氣和高溫生物炭；以及 采用顆粒床除塵裝置對所述熱解油氣進行第一除塵處理，以便得到熱解油氣產品。8. 根據權利要求7所述的方法，其特征在于，在對所述熱解油氣進行第一除塵處理之 前，進一步包括： 采用一級旋風分離器對所述熱解油氣進行第二除塵處理； 采用二級旋風分離器對經過所述第二除塵處理后的熱解油氣進行第三除塵處理； 采用灰斗收集所述第二除塵處理和所述第三除塵處理分離出的灰塵。9. 根據權利要求8所述的方法，其特征在于，進一步包括： 采用凈化設備對經過所述第三除塵處理的熱解油氣進行處理，以便得到生物油和熱解 氣； 采用生物油儲罐儲存所述生物油； 采用氣柜儲存所述熱解氣，并將所述熱解氣通入所述快速催化熱解爐內的輻射管中。10. 根據權利要求9所述的方法，其特征在于，進一步包括： 采用螺旋出料器排出所述快速催化熱解爐內的高溫生物炭； 在換熱器內，將所述螺旋出料器排出的高溫生物炭與所述快速催化熱解爐內排出的煙 氣進行換熱，以便得到換熱后煙氣和換熱后生物炭，并將換熱后煙氣返回所述回轉窯干燥 器用于對生物質進行干燥和預熱處理； 采用熄焦室對所述換熱后生物炭進行冷卻；以及 將冷卻后的生物炭存儲于炭倉內。
【文檔編號】C10L1/02GK105861080SQ201610292468
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月5日
【發明人】趙延兵, 陳水渺, 姜朝興, 薛遜, 吳道洪
【申請人】北京神霧環境能源科技集團股份有限公司