海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置和方法，包括熱解反應(yīng)器、冷凝裝置、燃燒反應(yīng)器和還原反應(yīng)器，解反應(yīng)器連接有第一加熱裝置和第一氣固分離裝置，燃燒反應(yīng)器連接有第二加熱裝置和第二氣固分離裝置，第二加熱裝置連接有氣水分離裝置，氣水分離裝置連接有空氣預(yù)熱器，第二氣固分離裝置連接有除塵器，燃燒反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有二次燃燒反應(yīng)器；本發(fā)明的熱解固體產(chǎn)物焦炭可以作為燃燒的原料，同時(shí)以氯化物形式存在的堿金屬元素對(duì)化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)有重要的催化作用，在通過海藻熱解獲得生物油的同時(shí)，充分利用海藻中豐富的堿金屬元素，使載氧體和焦炭的反應(yīng)更加充分，使得整個(gè)裝置的效率提升。
【專利說明】
海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置和方法，屬于能源利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)發(fā)展對(duì)能源的依賴逐漸加深，化石能源有限的資源儲(chǔ)量使全世界面臨著能源危機(jī)，生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用受到了各國(guó)的廣泛關(guān)注。海藻生物質(zhì)擁有巨大的開發(fā)潛力，它利用了廣闊的海洋資源，生長(zhǎng)速率高，品種多樣。海藻生物質(zhì)熱解是一種重要的利用方式，熱解產(chǎn)物有氣體、液體和固體產(chǎn)物，液體生物油經(jīng)過加工可以應(yīng)用于鍋爐等反應(yīng)器燃料，也可以用于代替柴油，擁有廣闊的前景。
[0003]與其它陸地生物質(zhì)熱解產(chǎn)物不同的是，海藻生物質(zhì)熱解的固體產(chǎn)物，即焦炭，焦炭是固定碳和灰分的混合物，其中灰分含有豐富的堿金屬元素鉀、鈉、鈣等，且大多以氯化物形式存在，以江蘺為例，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)海藻灰成分鉀元素40.25%，鈉元素9.69%。
[0004]化學(xué)鏈燃燒是一種將一步的燃燒反應(yīng)分成兩步進(jìn)行的燃燒概念，燃料不與空氣直接接觸，利用氧載體與燃料反應(yīng)生成二氧化碳和水，反應(yīng)后的載氧體再與空氣接觸進(jìn)行還原反應(yīng)，從而獲得高濃度的二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)物，以便于收集。這種燃燒技術(shù)有利于減少二氧化碳的排放量，減緩溫室效應(yīng)及相應(yīng)環(huán)境污染問題，對(duì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。
[0005]目前化學(xué)鏈燃燒技術(shù)存在著載氧體活性低，反應(yīng)效率不高等問題，而添加修飾物促進(jìn)燃燒反應(yīng)是一種促進(jìn)化學(xué)鏈燃燒的重要途徑。鈉、鉀元素可以在載氧體表面發(fā)生反應(yīng)，載氧體結(jié)合從而提高其反應(yīng)活性。因此正可以利用海藻中富含的鈉、鉀元素提高化學(xué)鏈燃燒的反應(yīng)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置和方法，在海藻生物質(zhì)熱解制油的同時(shí)，充分利用其固體產(chǎn)物焦炭中灰分的高含量鉀、鈉、鈣等堿金屬氯化物，用以提高化學(xué)鏈燃燒的反應(yīng)效率。
[0007]本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置，包括熱解反應(yīng)器、冷凝裝置、燃燒反應(yīng)器和還原反應(yīng)器，其中，所述熱解反應(yīng)器連接有第一加熱裝置和第一氣固分離裝置，所述第一加熱裝置連接有氮?dú)忸A(yù)熱器，所述第一氣固分離裝置分別與冷凝裝置和燃燒反應(yīng)器相連，所述冷凝裝置上設(shè)有冷凝水進(jìn)口、冷凝水出管和生物油出口 ；
所述燃燒反應(yīng)器連接有第二加熱裝置和第二氣固分離裝置，所述第二加熱裝置連接有氣水分離裝置，所述氣水分離裝置連接有空氣預(yù)熱器，所述空氣預(yù)熱器均與氮?dú)忸A(yù)熱器、冷凝水出管和還原反應(yīng)器相連，所述第二氣固分離裝置連接有除塵器，所述除塵器與氮?dú)忸A(yù)熱器相連，所述第二氣固分離裝置與燃燒反應(yīng)器相連；
所述燃燒反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有二次燃燒反應(yīng)器，所述還原反應(yīng)器分別與二次燃燒反應(yīng)器和燃燒反應(yīng)器相連。
[0008]上述海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置，其中，所述第一氣固分離裝置和燃燒反應(yīng)器之間、還原反應(yīng)器與二次燃燒反應(yīng)器之間、及還原反應(yīng)器與燃燒反應(yīng)器之間均設(shè)有返料閥。
[0009]上述海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置，其中，所述二次燃燒反應(yīng)器橫截面呈環(huán)狀，且繞燃燒反應(yīng)器內(nèi)壁一周設(shè)置，所述二次燃燒反應(yīng)器上設(shè)有出口，所述出口置于燃燒反應(yīng)器內(nèi)部。
[0010]上述海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置，其中，所述熱解反應(yīng)器為湍流流化床熱解反應(yīng)器，所述燃燒反應(yīng)器為快速流化床燃燒反應(yīng)器，所述二次燃燒反應(yīng)器為鼓泡流化床燃燒反應(yīng)器，所述還原反應(yīng)器為鼓泡流化床還原反應(yīng)器。
[0011 ]海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的方法，其方法如下:在氮?dú)忸A(yù)熱器中通入氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后氮?dú)馔ㄟ^第一加熱裝置加熱后，進(jìn)入熱解反應(yīng)器，在熱解反應(yīng)器中加入海藻原料進(jìn)行熱解，熱解結(jié)束后經(jīng)第一氣固分離裝置進(jìn)行氣固分離，得熱解固體產(chǎn)物和熱解氣體，熱解固體產(chǎn)物通過返料閥投入燃燒反應(yīng)器，熱解氣體進(jìn)入冷凝裝置，通入冷凝水進(jìn)行冷凝，冷凝后排出生物油和冷凝水；
冷凝水隨后通入空氣預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，經(jīng)氣水分離裝置除去氣體后，再經(jīng)第二加熱裝置加熱后生成水蒸氣，并將水蒸氣送入燃燒反應(yīng)器，在燃燒反應(yīng)器內(nèi)投入載氧體進(jìn)行化學(xué)鏈燃燒，燃燒后通過第二氣固分離裝置進(jìn)行氣固分離，分離的氣體部分經(jīng)過除塵器除塵后，通過氮?dú)忸A(yù)熱器再通入空氣預(yù)熱器循環(huán)利用，分離的固體部分送回至二次燃燒反應(yīng)器進(jìn)行二次燃燒，二次燃燒后累積溢流出失活載氧體，通過返料閥送入還原反應(yīng)器，并在空氣預(yù)熱器通入空氣進(jìn)行加熱后通入還原反應(yīng)器，對(duì)失活載氧體進(jìn)行還原后，通過返料閥送回燃燒反應(yīng)器中。
[0012]上述海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的方法，其中，所述氮?dú)忸A(yù)熱器溫度控制為210 °C，熱解反應(yīng)器熱解溫度控制為600 °C。
[0013]上述海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的方法，其中，所述載氧體為三氧化二鐵。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:
(I)充分結(jié)合了海藻生物質(zhì)熱解制油和化學(xué)鏈燃燒兩種工藝，在制油的同時(shí)，熱解固體產(chǎn)物即焦炭，送入燃燒反應(yīng)器中，焦炭可以作為燃料參與化學(xué)鏈燃燒的反應(yīng)。
[0015](2)海藻富含的堿金屬元素以氯化物的形式存在于焦炭的灰分中，其可以作為化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)的修飾物，可以有效的提高燃燒反應(yīng)效率。
[0016](3)燃燒反應(yīng)器設(shè)計(jì)有鼓泡流化床的二次燃燒反應(yīng)器，焦炭和載氧體在快速流化床燃燒反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)并進(jìn)入氣固分離器后，氣體和密度較小的灰分會(huì)被分離裝置帶走，而載氧體和部分未完全反應(yīng)的焦炭會(huì)被送到二次燃燒反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)，失去活性的載氧體，即四氧化三鐵，累積后會(huì)從溢流管道通向空氣反應(yīng)器，產(chǎn)生的灰分會(huì)直接被載氣帶入)燃燒反應(yīng)器中，進(jìn)一步通過氣固分離器，接著進(jìn)入除塵器中，這使化學(xué)鏈燃燒的反應(yīng)更加充分。
[0017](4))燃燒反應(yīng)器的氣化介質(zhì)水蒸氣來自于熱解工藝裝置的冷凝水，燃燒反應(yīng)器的分離的氣體部分，即二氧化碳和水蒸氣，一同從氣固分離裝置離開，首先在熱解工藝裝置的換熱器中為載氣氮?dú)忸A(yù)熱，熱解冷凝裝置的冷凝出水混合，為化學(xué)鏈燃燒工藝裝置中換熱器的空氣預(yù)熱，然后用分離裝置分離二氧化碳并收集，液態(tài)水加熱為水蒸氣送回燃燒反應(yīng)器中，充分利用余熱，降低整個(gè)裝置的能耗。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明。
[0020]海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置，包括熱解反應(yīng)器1、冷凝裝置
2、燃燒反應(yīng)器3和還原反應(yīng)器4，其中，所述熱解反應(yīng)器I連接有第一加熱裝置5和第一氣固分離裝置6，所述第一加熱裝置5連接有氮?dú)忸A(yù)熱器7，所述第一氣固分離6裝置分別與冷凝裝置2和燃燒反應(yīng)器3相連，所述冷凝裝置2上設(shè)有冷凝水進(jìn)口 8、冷凝水出管9和生物油出口10；
所述燃燒反應(yīng)器3連接有第二加熱裝置11和第二氣固分離裝置12，所述第二加熱裝置11連接有氣水分離裝置13，所述氣水分離裝置13連接有空氣預(yù)熱器14，所述空氣預(yù)熱器14均與氮?dú)忸A(yù)熱器7、冷凝水出管9和還原反應(yīng)器4相連，所述第二氣固分離裝置12連接有除塵器15，所述除塵器15與氮?dú)忸A(yù)熱器7相連，所述第二氣固分離裝置12與燃燒反應(yīng)器3相連；
所述燃燒反應(yīng)器3內(nèi)設(shè)有二次燃燒反應(yīng)器16，所述二次燃燒反應(yīng)器16橫截面呈環(huán)狀，且繞燃燒反應(yīng)器3內(nèi)壁一周設(shè)置，所述二次燃燒反應(yīng)器16上設(shè)有出口 17，所述出口 17置于燃燒反應(yīng)器3內(nèi)部；
所述還原反應(yīng)器4分別與二次燃燒反應(yīng)器16和燃燒反應(yīng)器3相連，所述第一氣固分離裝置6和燃燒反應(yīng)器3之間、還原反應(yīng)器4與二次燃燒反應(yīng)器16之間、及還原反應(yīng)器4與燃燒反應(yīng)器3之間均設(shè)有返料閥17;
所述熱解反應(yīng)器I為湍流流化床熱解反應(yīng)器，所述燃燒反應(yīng)器3為快速流化床燃燒反應(yīng)器，所述二次燃燒反應(yīng)器16為鼓泡流化床燃燒反應(yīng)器，所述還原反應(yīng)器4為鼓泡流化床還原反應(yīng)器。
[0021]海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的方法，其方法如下:在氮?dú)忸A(yù)熱器7中通入氮?dú)?8進(jìn)行預(yù)熱，所述氮?dú)忸A(yù)熱器7溫度控制為210°C，預(yù)熱后氮?dú)?8通過第一加熱裝置5加熱后，進(jìn)入熱解反應(yīng)器3，在熱解反應(yīng)器3中加入海藻原料19進(jìn)行熱解，熱解反應(yīng)器I熱解溫度控制為600°C，熱解結(jié)束后經(jīng)第一氣固分離裝置6進(jìn)行氣固分離，得熱解固體產(chǎn)物20和熱解氣體21，熱解固體產(chǎn)物20通過返料閥17投入燃燒反應(yīng)器3，熱解氣體21進(jìn)入冷凝裝置2，通入冷凝水22進(jìn)行冷凝，冷凝后排出生物油23和冷凝水22;
冷凝水22隨后通入空氣預(yù)熱器14進(jìn)行預(yù)熱，經(jīng)氣水分離裝置13除去氣體30后，再經(jīng)第二加熱裝置11加熱后生成水蒸氣24，并將水蒸氣24送入燃燒反應(yīng)器3，在燃燒反應(yīng)器3內(nèi)投入載氧體三氧化二鐵25進(jìn)行化學(xué)鏈燃燒，燃燒后通過第二氣固分離裝置12進(jìn)行氣固分離，分離的氣體部分26經(jīng)過除塵器15除塵后，通過氮?dú)忸A(yù)熱器7再通入空氣預(yù)熱器14循環(huán)利用，分離的固體部分27送回至二次燃燒反應(yīng)器16進(jìn)行二次燃燒，二次燃燒后累積溢流出失活載氧體28，通過返料閥17送入還原反應(yīng)器4，并在空氣預(yù)熱器14通入空氣29進(jìn)行加熱后通入還原反應(yīng)器4，對(duì)失活載氧體28進(jìn)行還原后，通過返料閥17送回燃燒反應(yīng)器3中。
[0022]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置，包括熱解反應(yīng)器、冷凝裝置、燃燒反應(yīng)器和還原反應(yīng)器，其特征為，所述熱解反應(yīng)器連接有第一加熱裝置和第一氣固分離裝置，所述第一加熱裝置連接有氮?dú)忸A(yù)熱器，所述第一氣固分離裝置分別與冷凝裝置和燃燒反應(yīng)器相連，所述冷凝裝置上設(shè)有冷凝水進(jìn)口、冷凝水出管和生物油出口 ； 所述燃燒反應(yīng)器連接有第二加熱裝置和第二氣固分離裝置，所述第二加熱裝置連接有氣水分離裝置，所述氣水分離裝置連接有空氣預(yù)熱器，所述空氣預(yù)熱器均與氮?dú)忸A(yù)熱器、冷凝水出管和還原反應(yīng)器相連，所述第二氣固分離裝置連接有除塵器，所述除塵器與氮?dú)忸A(yù)熱器相連，所述第二氣固分離裝置與燃燒反應(yīng)器相連； 所述燃燒反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有二次燃燒反應(yīng)器，所述還原反應(yīng)器分別與二次燃燒反應(yīng)器和燃燒反應(yīng)器相連。2.如權(quán)利要求1所述的海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置，其特征為，所述第一氣固分離裝置和燃燒反應(yīng)器之間、還原反應(yīng)器與二次燃燒反應(yīng)器之間、及還原反應(yīng)器與燃燒反應(yīng)器之間均設(shè)有返料閥。3.如權(quán)利要求1所述的海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置，其特征為，所述二次燃燒反應(yīng)器橫截面呈環(huán)狀，且繞燃燒反應(yīng)器內(nèi)壁一周設(shè)置，所述二次燃燒反應(yīng)器上設(shè)有出口，所述出口置于燃燒反應(yīng)器內(nèi)部。4.如權(quán)利要求1所述的海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的裝置，其特征為，所述熱解反應(yīng)器為湍流流化床熱解反應(yīng)器，所述燃燒反應(yīng)器為快速流化床燃燒反應(yīng)器，所述二次燃燒反應(yīng)器為鼓泡流化床燃燒反應(yīng)器，所述還原反應(yīng)器為鼓泡流化床還原反應(yīng)器。5.海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的方法，其特征為，其方法如下:在氮?dú)忸A(yù)熱器中通入氮?dú)膺M(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后氮?dú)馔ㄟ^第一加熱裝置加熱后，進(jìn)入熱解反應(yīng)器，在熱解反應(yīng)器中加入海藻原料進(jìn)行熱解，熱解結(jié)束后經(jīng)第一氣固分離裝置進(jìn)行氣固分離，得熱解固體產(chǎn)物和熱解氣體，熱解固體產(chǎn)物通過返料閥投入燃燒反應(yīng)器，熱解氣體進(jìn)入冷凝裝置，通入冷凝水進(jìn)行冷凝，冷凝后排出生物油和冷凝水； 冷凝水隨后通入空氣預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，經(jīng)氣水分離裝置除去氣體后，再經(jīng)第二加熱裝置加熱后生成水蒸氣，并將水蒸氣送入燃燒反應(yīng)器，在燃燒反應(yīng)器內(nèi)投入載氧體進(jìn)行化學(xué)鏈燃燒，燃燒后通過第二氣固分離裝置進(jìn)行氣固分離，分離的氣體部分經(jīng)過除塵器除塵后，通過氮?dú)忸A(yù)熱器再通入空氣預(yù)熱器循環(huán)利用，分離的固體部分送回至二次燃燒反應(yīng)器進(jìn)行二次燃燒，二次燃燒后累積溢流出失活載氧體，通過返料閥送入還原反應(yīng)器，并在空氣預(yù)熱器通入空氣進(jìn)行加熱后通入還原反應(yīng)器，對(duì)失活載氧體進(jìn)行還原后，通過返料閥送回燃燒反應(yīng)器中。6.如權(quán)利要求5所述的海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的方法，其特征為，所述氮?dú)忸A(yù)熱器溫度控制為210°C，熱解反應(yīng)器熱解溫度控制為600°C。7.如權(quán)利要求5所述的海藻生物質(zhì)熱解結(jié)合化學(xué)鏈燃燒制取生物油的方法，其特征為，所述載氧體為三氧化二鐵。
【文檔編號(hào)】C10G1/00GK106085487SQ201610413362
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日 公開號(hào)201610413362.2, CN 106085487 A, CN 106085487A, CN 201610413362, CN-A-106085487, CN106085487 A, CN106085487A, CN201610413362, CN201610413362.2
【發(fā)明人】王爽, 嚴(yán)俊杰, 虞永川, 張凱
【申請(qǐng)人】鎮(zhèn)江市電站輔機(jī)廠有限公司