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CN103396823A - 一种利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置和方法 - Google Patents

一种利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置和方法,高炉熔渣经粒化器粒化成高炉粒化渣,并作为制取生物质油的热载体颗粒输送到旋转锥反应器内与生物质颗粒混合,混合颗粒在反应器旋转带动下进行传热传质反应,生物质颗粒被快速的裂解气化,产生的可凝性气体经冷却后得到生物油。本发明所述技术方案最大限度地利用高温粒化渣富含的大量余热制取生物质油,为生物质能的生产提供“免费”能源,并可以提供充足的热能,余热的回收利用也降低了生物质液化的生产成本,解决了当前制约生物质能工业化生产的主要瓶颈,有效解决了生物质燃料生产成本过高这一制约其产业化的难题。

Description

一种利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置和方法
技术领域
本发明属于制取生物质油领域,具体涉及一种利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置和方法。
背景技术
传统的生物质热裂解液化工艺,需要以电加热作为热源提供能量使生物质颗粒在短时间内由较低温度达到热解需要的高温,同时,生物质原料的干燥、冷却也需要消耗一定的能量。研究表明,每生产1kg生物质油(热值约5000kcal/kg),需消耗约600kcal的热量。若采用常规能源如矿物质燃料、电能等,则增加了生物质能源的生产成本,同时造成新的污染。生物质能源生产过程中,耗能过大,生产成本高,是制约生物质能工业化生产和应用的主要瓶颈。
冶金生产能耗占我国国民经济总能耗的20%以上。以炼铁生产过程所产生的副产品高炉渣为例,每生产1吨生铁要副产0.3~0.6吨1350℃左右的高炉渣,约含有7×105kJ的显热。目前国内外均采用水冲渣工艺回收炉渣,这种方式不仅大量热资源和水资源的浪费,水冲渣工艺生产过程还会产生SO2及H2S等有害气体,造成环境污染。
利用高炉粒化渣余热通过热解技术制取生物质液体燃料,为我国高炉渣余热的利用和加速实现生物质能产业化开辟一条有效途径。
发明内容
本发明的目的是提供了一种利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置和方法,本发明利用高炉粒化颗粒作为生物质气化的热载颗粒通过裂解生物质颗粒制取生物质油,本发明可以充分利用高温粒化渣的余热来制取生物质油,节约了成本,适用于工业化大规模生产,具有优良的市场应用前景。
为实现上述发明目的,本发明采用下述技术方案予以实现:
一种利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置,它包括粒化器、与粒化器连接的风机和旋转锥反应器,所述旋转锥反应器设有进料口、出气口和出料口,所述旋转锥反应器的出气口依次连接有第一分离器和冷凝器,所述旋转锥反应器的出料口依次连接有第二分离器和换热器,所述换热器产生的高温蒸汽驱动制冷器工作,所述制冷器通过水泵和管道与冷凝器连接。
进一步的,所述粒化器内设有带动粒化器旋转的第一电机,所述旋转锥反应器下设有旋转锥反应器旋转的第二电机。
进一步的,所述冷凝器还连接有储存生物质油的储油罐。
进一步的,所述制冷器为溴化锂机组。
进一步的,所述粒化器通过传输高温烟气的管道与换热器连接。
本发明还提供了利用所述的装置制取生物质油的方法,它包括以下步骤:
(1)高炉排出的1400-1550℃的液态熔渣进入粒化器内,风机向粒化器内吹入冷空气,将液态熔渣粒化成粒径2-3mm、温度为800-1000℃的固态高炉渣颗粒;
将生物质破碎成粒径1-2mm的生物质颗粒;
(2)将散失部分热量后温度变为650-750℃的所述固态高炉渣颗粒和生物质颗粒按照质量比为1.5-3:1的比例输送入旋转锥反应器进行混合,生物质颗粒被快速裂解气化生成生物质热裂解气,固态高炉渣颗粒生成焦炭和炉渣颗粒;
(3)所述生物质热裂解气经所述第一分离器分离后进入冷凝器,经快速冷却后得到生物油,所述换热器吸收炉渣颗粒的余热产生高温蒸汽驱动制冷器工作,制冷器将高温蒸汽冷凝为冷凝水,冷凝水经水泵流入冷凝器用以冷却生物质油。
进一步的,所述换热器还吸收粒化器产生的高温烟气驱动制冷器工作。
进一步的,所述生物质颗粒经热风进行干燥和预热后进入旋转锥反应器。
进一步的,所述生物质颗粒为秸秆、松木。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果是:本发明首先将高炉渣进行粒化,与生物质颗粒混合,进入旋转锥反应器中进行热裂解反应,其产物经过旋风分离器过滤出炉渣颗粒和焦炭,气体产物进入冷凝器中冷凝成生物油,不可冷凝气体作为载气循环利用,分离后的炉渣余热进一步被用来产生蒸汽驱动溴化锂吸收式制冷器,产生的冷量供冷凝器快速冷却生物质气体。同时产生的高炉渣可作为优质的水泥原料,焦炭可回收利用。
本发明以高炉渣粒化颗粒作为热载体,具有温度高、蓄热能力强的特点,在生物质液化过程中,能够将生物质快速裂解形成生物质油。
本发明在将液态高炉渣粒化成固态颗粒过程,采用的是干法粒化技术,与现有的水冲渣工艺先比,避免造成水资源浪费和SO2及H2S等有害气体的排放。
旋风分离后的高温空气还可用于干燥和预热生物质颗粒,用于加热和输送高温炉渣颗粒,本发明所述工艺不产生有害气体排放。
本发明所述技术方案最大限度地利用高温冶金渣富含的大量余热制取生物质油,为生物质能的生产提供“免费”能源,并可以提供充足的热能,余热的回收利用也降低了生物质液化的生产成本,解决了当前制约生物质能工业化生产的主要瓶颈,有效解决了生物质燃料生产成本过高这一制约其产业化的难题。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后,本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1为本发明所述制取生物质油装置的结构和工艺流程图,其中1.高炉、2.粒化器、3.第一电机、4.风机、5.旋转锥反应器、6.第二电机、7换热器、8溴化锂机组、9水泵、10冷凝器、11第一分离器、12第二分离器、13储油罐、14.渣槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1
一、本发明所述制取生物质油的装置
本发明所述利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置结构如图1所示,所述装置包括粒化器2、与粒化器2连接的风机4和可旋转的旋转锥反应器5,所述旋转锥反应器5设有上端的进料口、上端的出气口和下端的出料口,所述旋转锥反应器的出气口依次连接有第一分离器11和冷凝器10,所述冷凝器10还连接有储存生物质油的储油罐13。
所述旋转锥反应器的出料口依次连接有第二分离器12和换热器7,所述粒化器2通过传输高温烟气的管道与换热器7连接,所述换热器7吸收经第二分离器分离出的炉渣颗粒的余热和粒化器产生的高温烟气的热量,从而产生高温蒸汽驱动制冷器工作,本实施例中所述制冷器为溴化锂机组8。所述制冷器8通过水泵9和管道与冷凝器10连接。
所述粒化器2内设有带动粒化器旋转的第一电机3,所述旋转锥反应器5下设有旋转锥反应器旋转的第二电机6。
二、利用本发明所述装置制取生物质油的方法
如图1所示,利用本发明所述装置制取生物质油的方法包括以下步骤:
1、高炉1排出的1450℃左右的液态熔渣经渣槽14流入粒化器2内,粒化器2在第一电机3的带动下高速旋转,转速为2500转/分钟,将流入的液态熔渣粒化,粒化后的球形颗粒在飞行过程中被风机4吹入的冷空气固化,形成粒径2mm、温度800-1000℃的高温固态高炉渣颗粒;
同时将生物质破碎成粒径1-2mm的生物质颗粒,并利用外源热风或系统循环产生的热风将生物质颗粒干燥和预热。
2、所述固态高炉渣颗粒作为热载体和生物质颗粒一起被送入旋转锥反应器5内部,旋转锥反应器5在第二电机6的带动下高速旋转使生物质颗粒和热载体沿螺旋曲线上升,二者充分混合,生物质颗粒被快速裂解,主要形成焦炭、可凝性气体、不凝性气体三种产物;固态高炉渣颗粒生成焦炭和炉渣颗粒。
3、热裂解产生后的一部分产物—气体经导出管从旋转锥反应器的出气口导出并进入第一分离器11(旋风分离器)进行旋分后,经冷凝器10冷凝,可凝气体成为生物质油,经管道输送到储油罐13保存。
热裂解产生后的另一部分产物—焦炭与温度较低的炉渣颗粒经第二分离器12(旋风分离器)旋分后得到焦炭和炉渣颗粒;换热器7吸收液态熔渣粒化过程产生的高温烟气和分离器12旋分后的炉渣颗粒的余热,产生高温蒸汽用于驱动制冷器(溴化锂机组8)工作,溴化锂机组8产生的冷却水经水泵9输送进入冷凝器10用于冷却可凝性气体形成生物质油。这一过程中经换热器7换热后的炉渣可作为优质的水泥原料,换热后的烟气经旋分后用于粒化渣颗粒的固化焦炭被回收利用。
三、本发明还通过实验验证反应温度对生物质热解产油率的影响
影响生物质热裂解过程的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次和二次化学反应;物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特性等。根据不同的工艺条件,热裂解过程可以通过化学因素和物理因素进行控制。普遍认为,影响生物质热裂解过程和产物组成的最重要因素是反应温度、气相停留时间、颗粒尺寸、生物质种类等,而不同因素在生物质热裂解过程并不是独立作用,往往交叉在一起,如粒径的减小能加速颗粒的升温速率,所以应全面考虑工况参数对生物质热裂解所造成的影响。本发明主要验证温度对生物质热解产油率的影响。
温度低于400℃生物质热裂解反应进行的很慢,裂解产物主要是炭和不可凝气体,所以反应温度从450℃开始。
表1不同温度对生物质产油的影响
Figure BDA00003655184900051
Figure BDA00003655184900061
从表1的实验结果可以看出,在450-600℃的温度范围内,生物油的产量先随温度的升高而增加,达到最大值后又随温度的继续升高而减少,气体的产量随温度升高而增加;当温度高于500℃时,气体成为主要产物。因此,若要产油率最大,则生物质热裂解选择的温度一般在500℃。
高炉渣和生物质换热的过程中,会有热量损失,根据传热传质规律,进入旋转锥反应器的高炉渣颗粒温度应该比生物质热解温度高150-200℃,因此粒化后进入旋转锥反应器的高炉渣颗粒温度选择650-750℃。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其进行限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的普通技术人员来说,依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置,其特征在于:它包括粒化器、与粒化器连接的风机和旋转锥反应器,所述旋转锥反应器设有进料口、出气口和出料口,所述旋转锥反应器的出气口依次连接有第一分离器和冷凝器,所述旋转锥反应器的出料口依次连接有第二分离器和换热器,所述换热器产生的高温蒸汽驱动制冷器工作,所述制冷器通过水泵和管道与冷凝器连接。
2.根据权利要求1所述的利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置,其特征在于:所述粒化器内设有带动粒化器旋转的第一电机,所述旋转锥反应器下设有旋转锥反应器旋转的第二电机。
3.根据权利要求1所述的利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置,其特征在于:所述冷凝器还连接有储存生物质油的储油罐。
4.根据权利要求1所述的利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置,其特征在于:所述制冷器为溴化锂机组。
5.根据权利要求1所述的利用高炉粒化渣余热制取生物质油的装置,其特征在于:所述粒化器通过传输高温烟气的管道与换热器连接。
6.利用权利要求1-5任一项所述的装置制取生物质油的方法,其特征在于它包括以下步骤:
(1)高炉排出的1400-1550℃的液态熔渣进入粒化器内,风机向粒化器内吹入冷空气,将液态熔渣粒化成粒径2-3mm、温度为800-1000℃的固态高炉渣颗粒;
将生物质破碎成粒径1-2mm的生物质颗粒;
(2)将散失部分热量后温度变为650-750℃的所述固态高炉渣颗粒和生物质颗粒按照质量比为1.5-3:1的比例输送入旋转锥反应器进行混合,生物质颗粒被快速裂解气化生成生物质热裂解气,固态高炉渣颗粒生成焦炭和炉渣颗粒;
(3)所述生物质热裂解气经所述第一分离器分离后进入冷凝器,经快速冷却后得到生物油,所述换热器吸收炉渣颗粒的余热产生高温蒸汽驱动制冷器工作,制冷器将高温蒸汽冷凝为冷凝水,冷凝水经水泵流入冷凝器用以冷却生物质油。
7.根据权利要求6所述的制取生物质油的方法,其特征在于:所述换热器还吸收粒化器产生的高温烟气驱动制冷器工作。
8.根据权利要求6所述的制取生物质油的方法,其特征在于:所述生物质颗粒经热风进行干燥和预热后进入旋转锥反应器。
9.根据权利要求6所述的制取生物质油的方法,其特征在于:所述生物质颗粒为秸秆、松木。
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