海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的装置和方法

摘要

本发明涉及海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的装置和方法，包括热解反应器、冷凝装置、燃烧反应器和还原反应器，解反应器连接有第一加热装置和第一气固分离装置，燃烧反应器连接有第二加热装置和第二气固分离装置，第二加热装置连接有气水分离装置，气水分离装置连接有空气预热器，第二气固分离装置连接有除尘器，燃烧反应器内设有二次燃烧反应器；本发明的热解固体产物焦炭可以作为燃烧的原料，同时以氯化物形式存在的碱金属元素对化学链燃烧反应有重要的催化作用，在通过海藻热解获得生物油的同时，充分利用海藻中丰富的碱金属元素，使载氧体和焦炭的反应更加充分，使得整个装置的效率提升。

说明书

技术领域

本发明涉及海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的装置和方法，属于能源利用技术领域。

背景技术

随着社会发展对能源的依赖逐渐加深，化石能源有限的资源储量使全世界面临着能源危机，生物质能源的开发和利用受到了各国的广泛关注。海藻生物质拥有巨大的开发潜力，它利用了广阔的海洋资源，生长速率高，品种多样。海藻生物质热解是一种重要的利用方式，热解产物有气体、液体和固体产物，液体生物油经过加工可以应用于锅炉等反应器燃料，也可以用于代替柴油，拥有广阔的前景。

与其它陆地生物质热解产物不同的是，海藻生物质热解的固体产物，即焦炭，焦炭是固定碳和灰分的混合物，其中灰分含有丰富的碱金属元素钾、钠、钙等，且大多以氯化物形式存在，以江蓠为例，根据实验所得数据海藻灰成分钾元素40.25%，钠元素9.69%。

化学链燃烧是一种将一步的燃烧反应分成两步进行的燃烧概念，燃料不与空气直接接触，利用氧载体与燃料反应生成二氧化碳和水，反应后的载氧体再与空气接触进行还原反应，从而获得高浓度的二氧化碳气体产物，以便于收集。这种燃烧技术有利于减少二氧化碳的排放量，减缓温室效应及相应环境污染问题，对社会的可持续发展有着重要的意义。

目前化学链燃烧技术存在着载氧体活性低，反应效率不高等问题，而添加修饰物促进燃烧反应是一种促进化学链燃烧的重要途径。钠、钾元素可以在载氧体表面发生反应，载氧体结合从而提高其反应活性。因此正可以利用海藻中富含的钠、钾元素提高化学链燃烧的反应效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的装置和方法，在海藻生物质热解制油的同时，充分利用其固体产物焦炭中灰分的高含量钾、钠、钙等碱金属氯化物，用以提高化学链燃烧的反应效率。

本发明是通过如下的技术方案予以实现的：

海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的装置，包括热解反应器、冷凝装置、燃烧反应器和还原反应器，其中，所述热解反应器连接有第一加热装置和第一气固分离装置，所述第一加热装置连接有氮气预热器，所述第一气固分离装置分别与冷凝装置和燃烧反应器相连，所述冷凝装置上设有冷凝水进口、冷凝水出管和生物油出口；

所述燃烧反应器连接有第二加热装置和第二气固分离装置，所述第二加热装置连接有气水分离装置，所述气水分离装置连接有空气预热器，所述空气预热器均与氮气预热器、冷凝水出管和还原反应器相连，所述第二气固分离装置连接有除尘器，所述除尘器与氮气预热器相连，所述第二气固分离装置与燃烧反应器相连；

所述燃烧反应器内设有二次燃烧反应器，所述还原反应器分别与二次燃烧反应器和燃烧反应器相连。

上述海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的装置，其中，所述第一气固分离装置和燃烧反应器之间、还原反应器与二次燃烧反应器之间、及还原反应器与燃烧反应器之间均设有返料阀。

上述海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的装置，其中，所述二次燃烧反应器横截面呈环状，且绕燃烧反应器内壁一周设置，所述二次燃烧反应器上设有出口，所述出口置于燃烧反应器内部。

上述海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的装置，其中，所述热解反应器为湍流流化床热解反应器，所述燃烧反应器为快速流化床燃烧反应器，所述二次燃烧反应器为鼓泡流化床燃烧反应器，所述还原反应器为鼓泡流化床还原反应器。

海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的方法，其方法如下：在氮气预热器中通入氮气进行预热，预热后氮气通过第一加热装置加热后，进入热解反应器，在热解反应器中加入海藻原料进行热解，热解结束后经第一气固分离装置进行气固分离，得热解固体产物和热解气体，热解固体产物通过返料阀投入燃烧反应器，热解气体进入冷凝装置，通入冷凝水进行冷凝，冷凝后排出生物油和冷凝水；

冷凝水随后通入空气预热器进行预热，经气水分离装置除去气体后，再经第二加热装置加热后生成水蒸气，并将水蒸气送入燃烧反应器，在燃烧反应器内投入载氧体进行化学链燃烧，燃烧后通过第二气固分离装置进行气固分离，分离的气体部分经过除尘器除尘后，通过氮气预热器再通入空气预热器循环利用，分离的固体部分送回至二次燃烧反应器进行二次燃烧，二次燃烧后累积溢流出失活载氧体，通过返料阀送入还原反应器，并在空气预热器通入空气进行加热后通入还原反应器，对失活载氧体进行还原后，通过返料阀送回燃烧反应器中。

上述海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的方法，其中，所述氮气预热器温度控制为210℃，热解反应器热解温度控制为600℃。

上述海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的方法，其中，所述载氧体为三氧化二铁。

本发明的有益效果为：

（1）充分结合了海藻生物质热解制油和化学链燃烧两种工艺，在制油的同时，热解固体产物即焦炭，送入燃烧反应器中，焦炭可以作为燃料参与化学链燃烧的反应。

（2）海藻富含的碱金属元素以氯化物的形式存在于焦炭的灰分中，其可以作为化学链燃烧反应的修饰物，可以有效的提高燃烧反应效率。

（3）燃烧反应器设计有鼓泡流化床的二次燃烧反应器，焦炭和载氧体在快速流化床燃烧反应器，发生反应并进入气固分离器后，气体和密度较小的灰分会被分离装置带走，而载氧体和部分未完全反应的焦炭会被送到二次燃烧反应器继续反应，失去活性的载氧体，即四氧化三铁，累积后会从溢流管道通向空气反应器，产生的灰分会直接被载气带入）燃烧反应器中，进一步通过气固分离器，接着进入除尘器中，这使化学链燃烧的反应更加充分。

（4））燃烧反应器的气化介质水蒸气来自于热解工艺装置的冷凝水，燃烧反应器的分离的气体部分，即二氧化碳和水蒸气，一同从气固分离装置离开，首先在热解工艺装置的换热器中为载气氮气预热，热解冷凝装置的冷凝出水混合，为化学链燃烧工艺装置中换热器的空气预热，然后用分离装置分离二氧化碳并收集，液态水加热为水蒸气送回燃烧反应器中，充分利用余热，降低整个装置的能耗。

附图说明

图1为本发明的结构流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的装置，包括热解反应器1、冷凝装置2、燃烧反应器3和还原反应器4，其中，所述热解反应器1连接有第一加热装置5和第一气固分离装置6，所述第一加热装置5连接有氮气预热器7，所述第一气固分离6装置分别与冷凝装置2和燃烧反应器3相连，所述冷凝装置2上设有冷凝水进口8、冷凝水出管9和生物油出口10；

所述燃烧反应器3连接有第二加热装置11和第二气固分离装置12，所述第二加热装置11连接有气水分离装置13，所述气水分离装置13连接有空气预热器14，所述空气预热器14均与氮气预热器7、冷凝水出管9和还原反应器4相连，所述第二气固分离装置12连接有除尘器15，所述除尘器15与氮气预热器7相连，所述第二气固分离装置12与燃烧反应器3相连；

所述燃烧反应器3内设有二次燃烧反应器16，所述二次燃烧反应器16横截面呈环状，且绕燃烧反应器3内壁一周设置，所述二次燃烧反应器16上设有出口17，所述出口17置于燃烧反应器3内部；

所述还原反应器4分别与二次燃烧反应器16和燃烧反应器3相连，所述第一气固分离装置6和燃烧反应器3之间、还原反应器4与二次燃烧反应器16之间、及还原反应器4与燃烧反应器3之间均设有返料阀17；

所述热解反应器1为湍流流化床热解反应器，所述燃烧反应器3为快速流化床燃烧反应器，所述二次燃烧反应器16为鼓泡流化床燃烧反应器，所述还原反应器4为鼓泡流化床还原反应器。

海藻生物质热解结合化学链燃烧制取生物油的方法，其方法如下：在氮气预热器7中通入氮气18进行预热，所述氮气预热器7温度控制为210℃，预热后氮气18通过第一加热装置5加热后，进入热解反应器3，在热解反应器3中加入海藻原料19进行热解，热解反应器1热解温度控制为600℃，热解结束后经第一气固分离装置6进行气固分离，得热解固体产物20和热解气体21，热解固体产物20通过返料阀17投入燃烧反应器3，热解气体21进入冷凝装置2，通入冷凝水22进行冷凝，冷凝后排出生物油23和冷凝水22；

冷凝水22随后通入空气预热器14进行预热，经气水分离装置13除去气体30后，再经第二加热装置11加热后生成水蒸气24，并将水蒸气24送入燃烧反应器3，在燃烧反应器3内投入载氧体三氧化二铁25进行化学链燃烧，燃烧后通过第二气固分离装置12进行气固分离，分离的气体部分26经过除尘器15除尘后，通过氮气预热器7再通入空气预热器14循环利用，分离的固体部分27送回至二次燃烧反应器16进行二次燃烧，二次燃烧后累积溢流出失活载氧体28，通过返料阀17送入还原反应器4，并在空气预热器14通入空气29进行加热后通入还原反应器4，对失活载氧体28进行还原后，通过返料阀17送回燃烧反应器3中。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。