CN105316014A - 热解生物质的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了热解生物质的方法和系统，该方法包括：(1)将生物质与催化剂进行混合处理；(2)将混合物料在移动床热解反应器内进行热解处理，得油气混合物以及含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物；(3)将油气混合物进行冷却处理；(4)将含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧，得到供热烟气以及含有热灰和再生催化剂的固体产物；(5)将供热烟气返回步骤(2)中的移动床热解反应器的辐射加热管；(6)将含有热灰和再生催化剂的固体产物进行分离处理，并将再生催化剂返回步骤(1)。该方法可以实现生物质的催化热解，并且热解效率高、加热均匀，同时可以解决现有技术中生物质催化热解过程中催化剂用量大的问题。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，具体而言，本发明涉及一种热解生物质的方法和系统。
背景技术
随着人们对能源需求的日益增长，作为主要能源的燃料却迅速减少。因此，寻找一种可再生的环境友好型能源便成为社会普遍关注的焦点。在各种可再生能源中，生物质是独特的，不仅能贮存太阳能，还是一种可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料，对生物质能源的有效利用不仅可以减少对化石燃料的使用量，又可以抑制二氧化碳的排放量。生物质能有效利用技术开始于20世纪70年代末期，主要是利用热化学转化和生物转化技术将生物质转化为气、液和固态多种能源产物和化学品。热化学方法包括：直接燃烧、气化和热解。其中最常用的当属生物质热解技术。
生物质热解是指生物质在完全没有氧或缺氧条件下热分解，最终生成木炭、生物油和不可冷凝气体的过程，三种产物的比例取决于热解工艺的类型和反应条件。反应器是生物质进行热解的重要装置，并且是目前国内外关注的焦点。常用的热解反应器具有加热速率快、反应温度中等和气体停留时间短等特征。目前，世界各国通过对反应器的设计、制造及工艺条件的控制，已研发了固定床、流化床、真空移动床、引流床、夹带流、多炉装置、旋转炉、旋转锥反应器和辐射炉等。
现有技术中，各类型的反应器各有优缺点，固定床、移动床的结构简单、操作稳定，但传热传质效果较差，处理规模难以放大；真空移动床、旋转锥反应器和辐射炉对固定床反应器进行了部分改进，但仍然存在处理规模不大、系统复杂等问题；流化床反应器被认为是有前景的反应装置，传热传质效果较好，但其扬析特性导致生物质热解气中含有大量的粉尘颗粒难于净化。
因此，现有的生物质热解技术有待进一步改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种热解生物质的方法和系统，该方法可以实现生物质的催化热解，并且热解效率高、加热均匀，同时可以解决现有技术中生物质催化热解过程中催化剂用量大的问题，并且可以充分利用过程产生的热能，从而显著降低处理成本。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种热解生物质的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)将生物质与催化剂进行混合处理，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料在移动床热解反应器内进行热解处理，以便得油气混合物以及含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物；
(3)将所述油气混合物进行冷却处理，以便得到生物质油和热解气；
(4)将所述含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧，以便得到供热烟气以及含有热灰和再生催化剂的固体产物；
(5)将所述供热烟气返回步骤(2)中的所述移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，以便得到降温烟气；以及
(6)将所述含有热灰和再生催化剂的固体产物进行分离处理，以便分别得到再生催化剂和热灰，并将所述再生催化剂返回步骤(1)与所述混合物料混合。
由此，根据本发明实施例的热解生物质的方法可以实现生物质的催化热解，并且热解效率高、加热均匀，同时可以解决现有技术中生物质催化热解过程中催化剂用量大的问题，并且可以充分利用过程产生的热能，从而显著降低处理成本。
另外，根据本发明上述实施例的热解生物质的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述热解生物质的方法进一步包括：(7)在将所述生物质与所述催化剂进行混合处理之前预先对所述生物质进行干燥处理。由此，可以显著提高生物质热解效率。
在本发明的一些实施例中，所述热解生物质的方法进一步包括：(8)在将所述油气混合物进行冷却处理之前，预先对所述油气混合物进行除尘处理，以便得到除尘后油气和固体颗粒，并将所述固体颗粒返回步骤(4)与所述空气进行燃烧。由此，不仅可以提高生物质油和热解气的品质，而且可以提高原料的利用率。
在本发明的一些实施例中，所述热解生物质的方法进一步包括：(9)在将所述供热烟气返回步骤(2)中的所述移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用之前，预先对所述供热烟气进行除尘处理，以便得到除尘后供热烟气和细灰。由此，可以实现供热烟气余热的高效利用。
在本发明的一些实施例中，所述热解生物质的方法进一步包括：(10)将所述热灰和所述细灰中的至少之一与步骤(5)得到的所述降温烟气进行换热处理，以便得到升温烟气和灰渣，并将所述升温烟气返回步骤(7)对所述生物质进行干燥处理。由此，可以进一步实现过程中热量的高效利用。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种热解生物质的系统。根据本发明的实施例，所述系统用于实施上述所述的热解生物质的方法，该系统包括：
混合装置，所述混合装置具有生物质入口、催化剂入口和混合物料出口，且适于将生物质与催化剂进行混合处理，以便得到混合物料；
移动床热解反应器，所述移动床热解反应器具有混合物料入口、供热烟气入口、降温烟气出口、油气混合物出口和固体热解产物出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连，且适于将所述混合物料进行热解处理，以便得油气混合物以及含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物；
冷却装置，所述冷却装置具有油气混合物入口、生物质油出口和热解气出口，所述油气混合物入口与所述油气混合物出口相连，且适于将所述油气混合物进行冷却处理，以便得到生物质油和热解气；
催化剂再生装置，所述催化剂再生装置具有空气入口、固体热解产物入口、供热烟气出口和固体产物出口，所述固体热解产物入口与所述固体热解产物出口相连，所述供热烟气出口与所述供热烟气入口相连，且适于将所述含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧，以便得到供热烟气以及含有热灰和再生催化剂的固体产物，并将所述供热烟气返回所述移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，以便得到降温烟气；以及
分离装置，所述分离装置具有固体产物入口、再生催化剂出口和热灰出口，所述固体产物入口与所述固体产物出口相连，所述再生催化剂出口与所述催化剂入口相连，且适于将所述含有热灰和再生催化剂的固体产物进行分离处理，以便分别得到再生催化剂和热灰，并将所述再生催化剂返回所述混合装置。
由此，根据本发明实施例的热解生物质的系统可以实现生物质的催化热解，并且热解效率高、加热均匀，同时可以解决现有技术中生物质催化热解过程中催化剂用量大的问题，并且可以充分利用系统中产生的热能，从而显著降低处理成本。
另外，根据本发明上述实施例的热解生物质的系统还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述热解生物质的系统进一步包括：干燥装置，所述干燥装置与所述生物质入口相连，且适于在将所述生物质与所述催化剂进行混合处理之前预先对所述生物质进行干燥处理。由此，可以显著提高生物质热解效率。
在本发明的一些实施例中，所述热解生物质的系统进一步包括：第一除尘装置，所述第一除尘装置具有油气混合物进口、除尘后油气出口和固体颗粒出口，所述油气混合物进口与所述油气混合物出口相连，所述除尘后油气出口与所述油气混合物入口相连，所述固体颗粒出口与所述固体热解产物入口相连，且适于在将所述油气混合物进行冷却处理之前，预先对所述油气混合物进行除尘处理，以便得到除尘后油气和固体颗粒，并将所述固体颗粒返回所述催化剂再生装置。由此，不仅可以提高生物质油和热解气的品质，而且可以提高原料的利用率。
在本发明的一些实施例中，所述热解生物质的系统进一步包括：第二除尘装置，所述第二除尘装置具有含尘供热烟气入口、除尘后供热烟气出口和细灰出口，所述含尘供热烟气入口与所述供热烟气出口相连，所述除尘后供热烟气出口与所述供热烟气入口相连，且适于在将所述供热烟气返回所述移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用之前，预先对所述供热烟气进行除尘处理，以便得到除尘后供热烟气和细灰。由此，可以实现供热烟气余热的高效利用。
在本发明的一些实施例中，所述热解生物质的系统进一步包括：换热装置，所述换热装置具有热灰入口、降温烟气入口、升温烟气出口和灰渣出口，所述热灰入口与所述热灰出口和所述细灰出口中的至少之一相连，所述降温烟气入口与所述降温烟气出口相连，所述升温烟气出口与所述干燥装置相连，且适于在将所述热灰和所述细灰中的至少之一与所述降温烟气进行换热处理，以便得到升温烟气和灰渣，并将所述升温烟气返回所述干燥装置。由此，可以进一步实现过程中热量的高效利用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的热解生物质的方法流程示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的热解生物质的方法流程示意图；
图3是根据本发明又一个实施例的热解生物质的方法流程示意图；
图4是根据本发明又一个实施例的热解生物质的方法流程示意图；
图5是根据本发明又一个实施例的热解生物质的方法流程示意图；
图6是根据本发明又一个实施例的热解生物质的方法流程示意图；
图7是根据本发明一个实施例的热解生物质的系统结构示意图；
图8是根据本发明再一个实施例的热解生物质的系统结构示意图；
图9是根据本发明又一个实施例的热解生物质的系统结构示意图；
图10是根据本发明又一个实施例的热解生物质的系统结构示意图；
图11是根据本发明又一个实施例的热解生物质的系统结构示意图；
图12是根据本发明又一个实施例的热解生物质的系统结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。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，或仅仅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，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种热解生物质的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将生物质与催化剂进行混合处理，以便得到混合物料；(2)将所述混合物料在移动床热解反应器内进行热解处理，以便得油气混合物以及含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物；(3)将所述油气混合物进行冷却处理，以便得到生物质油和热解气；(4)将所述含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧，以便得到供热烟气以及含有热灰和再生催化剂的固体产物；(5)将所述供热烟气返回步骤(2)中的所述移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，以便得到降温烟气；以及(6)将所述含有热灰和再生催化剂的固体产物进行分离处理，以便分别得到再生催化剂和热灰，并将所述再生催化剂返回步骤(1)与所述混合物料混合。发明人发现，通过采用移动床热解反应器对生物质进行热解处理，由于移动床热解反应器采用辐射管加热，使得热解过程中混合物料受热均匀，从而可以显著提高生物质的催化热解效率，同时移动床热解反应器采用辐射管加热，使得辐射管中产生的烟气与油气混合物隔离，从而可以显著提高生物质油和热解气的品质，其次采用燃烧的方式对失活催化剂进行再生处理，并将所得到的再生催化剂热送至与混合物料进行混合，不仅可以解决现有技术中生物质催化热解过程中催化剂用量大的问题，而且可以作为固体热载体将热量传递给生物质，从而进一步提高生物质的催化热解效率，另外通过将燃烧过程中产生的供热烟气返回移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，可以实现过程中余热的高效利用，从而显著降低处理成本。
下面参考图1-5对本发明实施例的热解生物质的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：将生物质与催化剂进行混合处理
根据本发明的实施例，将生物质与催化剂进行混合处理，从而可以得到混合物料。
根据本发明的一个实施例，生物质和催化剂的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，生物质可以为选自秸秆、锯末、稻壳和松木屑中的至少一种，催化剂可以为金属盐，优选钠盐和钾盐，更优选钠盐，例如可以为碳酸钾、碳酸钠。发明人发现，采用钠盐作为生物质热解过程的催化剂，随着钠盐浓度的增加，生物质的热解反应更剧烈，从而可以显著提高生物质的催化热解效率。
S200：将混合物料在移动床热解反应器内进行热解处理
根据本发明的实施例，将混合物料在移动床热解反应器内进行热解处理，从而可以得油气混合物以及含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物。具体的，移动床热解反应器上设置有多个辐射加热管，该辐射加热管通过燃烧燃料或供给高温烟气为移动床热解反应器提供辐射热源，含有生物质和催化剂的混合物料在移动床热解反应器内部进行热解处理，产生的油气混合物经反应器顶部管道排出。由此，通过采用移动床热解反应器对生物质进行热解处理，由于移动床热解反应器采用辐射管加热，使得热解过程中混合物料受热均匀，从而可以显著提高生物质的催化热解效率，同时移动床热解反应器采用辐射管加热，使得辐射管中产生的烟气与油气混合物隔离，从而可以显著提高生物质油和热解气的品质。
S300：将油气混合物进行冷却处理
根据本发明的实施例，将上述得到的油气混合物进行冷却处理，从而可以得到生物质油和热解气。由此，可以实现油气混合物中的生物质油和热解气的分离。根据本发明的具体实施例，可以对分离所得到的热解气进行净化处理，从而可以得到净化热解气。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对冷却处理和净化处理的条件进行选择。
S400：将含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧
根据本发明的实施例，将上述得到的含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧，从而可以得到供热烟气以及含有热灰和再生催化剂的固体产物。由此，通过将含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧，可以对失活催化剂进行再生，而其中的生物炭燃烧变为热灰，并伴随着产生供热烟气，从而可以解决现有技术中生物质催化热解过程中催化剂用量大的问题。该步骤中，具体的，可以通过风机鼓入空气与含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物进行燃烧。
S500：将供热烟气返回S200中的移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用
根据本发明的实施例，将上述燃烧过程中产生的供热烟气返回步骤S200中的移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，从而得到降温烟气。由此，可以实现供热烟气余热的高效利用，从而可以显著降低系统能耗。
S600：将含有热灰和再生催化剂的固体产物进行分离处理，并将再生催化剂返回步骤S100与混合物料混合
根据本发明的实施例，将以上所得到的含有热灰和再生催化剂的固体产物进行分离处理，从而可以分别得到再生催化剂和热灰，并将得到的再生催化剂返回步骤S100与混合物料混合。由此，通过将所得到的再生催化剂热送至与混合物料进行混合，不仅可以解决现有技术中生物质催化热解过程中催化剂用量大的问题，而且可以作为固体热载体将热量传递给生物质，从而进一步提高生物质的催化热解效率。
根据本发明实施例的热解生物质的方法通过采用移动床热解反应器对生物质进行热解处理，由于移动床热解反应器采用辐射管加热，使得热解过程中混合物料受热均匀，从而可以显著提高生物质的催化热解效率，同时移动床热解反应器采用辐射管加热，使得辐射管中产生的烟气与油气混合物隔离，从而可以显著提高生物质油和热解气的品质，其次采用燃烧的方式对失活催化剂进行再生处理，并将所得到的再生催化剂热送至与混合物料进行混合，不仅可以解决现有技术中生物质催化热解过程中催化剂用量大的问题，而且可以作为固体热载体将热量传递给生物质，从而进一步提高生物质的催化热解效率，另外通过将燃烧过程中产生的供热烟气返回移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，可以实现过程中余热的高效利用，从而显著降低处理成本。
参考图2，根据本发明实施例的热解生物质的方法进一步包括：
S700：在将生物质与催化剂进行混合处理之前预先对生物质进行干燥处理
根据本发明的实施例，在将生物质与催化剂进行混合处理之前，可以预先对生物质进行干燥处理。由此，可以有效降低生物质中的水分，从而进一步提高生物质的催化热解效率。需要说明是，本领域技术人员可以根据实际需要对干燥处理的具体条件进行选择。
参考图3，根据本发明实施例的热解生物质的方法进一步包括：
S800：在将油气混合物进行冷却处理之前，预先对油气混合物进行除尘处理，并将固体颗粒返回S400与空气进行燃烧
根据本发明的实施例，在将油气混合物进行冷却处理之前，可以预先对油气混合物进行除尘处理，从而可以得到除尘后油气和固体颗粒，并将固体颗粒返回步骤S400与空气进行燃烧。由此，通过对油气混合物进行油气分离之前预先进行除尘处理，可以有效回收油气混合物中携带的生物炭和失活催化剂颗粒，从而不仅可以生物质油和热解气的品质，而且可以显著原料的利用率。
参考图4，根据本发明实施例的热解生物质的方法进一步包括：
S900：在将供热烟气返回步骤S200中的移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用之前，预先对供热烟气进行除尘处理
根据本发明的实施例，在将燃烧过程中产生的供热烟气返回步骤S200中的移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用之前，可以预先对供热烟气进行除尘处理，从而可以得到除尘后供热烟气和细灰。由此，可以实现后续过程中供热烟气中物料余热的高效利用。
参考图5，根据本发明实施例的热解生物质的方法进一步包括：
S1000：将热灰和细灰中的至少之一与S500得到的降温烟气进行换热处理，并将升温烟气返回步骤S700对生物质进行干燥处理
根据本发明的实施例，将热灰和细灰中的至少之一与步骤S500得到的降温烟气进行换热处理，从而可以得到升温烟气和灰渣，并将所得到的升温烟气返回步骤S700对生物质进行干燥处理。具体的，通过将升温烟气与生物质接触传热，不仅可以对生物质进行干燥处理，而且可以降低烟气的温度，从而省去了对烟气进行降温工序，并且将所得到的降温后的烟气通过烟囱直接排出。由此，可以实现系统内部余热的高效利用，进而进一步降低能耗成本。
为了方便理解，下面参考图6对本发明实施例的热解生物质的方法的具体操作进行详细描述。
首先对生物质进行干燥处理，除去生物质中的水分，然后将干燥后的生物质与催化剂进行混合，得到混合物料，然后将该混合物料供给至移动床热解反应器中进行热解处理，得到油气混合物以及含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物，然后将得到的含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧，得到供热烟气以及含有热灰和再生催化剂的固体产物，接着将供热烟气进行除尘处理，得到除尘后供热烟气和细灰，并将除尘后供热烟气返回移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，得到低温烟气，同时所产生的油气混合物进行除尘处理，得到除尘后油气和固体颗粒，并将分离得到的固体颗粒供给至燃烧过程与空气进行燃烧，接着对除尘后油气进行冷却处理，得到生物质油和粗热解气，然后对该粗热解气进行净化处理，得到净热解气，然后将得到的细灰和热灰中的至少之一与低温烟气进行换热处理，得到升温烟气和灰渣，并将该升温烟气返回作为干燥过程中的热源使用，干燥后的烟气可以经烟囱排出。
如上所述，根据本发明实施例的热解生物质的方法可具有选自下列的优点至少之一：
根据本发明实施例的热解生物质的方法利用高温烟气辐射加热与高温催化剂在移动床热解反应器内对生物质进行热解处理，获得生物质油和高热值热解气，实现了催化剂在系统内的再生、回收和催化热解自循环，在实现生物质热解的同时，降低催化剂消耗，节约成本，减少生物质热解过程粉尘夹带量；
根据本发明实施例的热解生物质的方法使失活催化剂与热解炭与空气燃烧，在使失活催化剂再生的同时，可获得高温烟气和高温再生催化剂，高温烟气通过辐射加热技术作为辐射热源，而高温再生催化剂通过与生物质混合均匀后返回移动床热解反应器不但作为催化剂同时作为固体热载体将热量传递给生物质，因此可大幅度提高提高系统热效率，减少催化剂用量，提高装置处理；
根据本发明实施例的热解生物质的方法中的一部分热源为催化剂再生过程燃烧产生的高温烟气，通过辐射加热管对移动床反应器进行加热，排烟温度较低，另一部分热量来自催化剂再生过程产生的高温再生催化剂，通过与干燥后的生物质混合作为固体热载体提供热量，并且可通过调整高温烟气及再生催化剂的温度和用量来调整系统供热，整体热效率较高；
根据本发明实施例的热解生物质的方法采用辐射管加热技术，在利用高温烟气热量进行加热的同时，实现烟气与反应器内热解油气的隔离，避免了采用传统高温烟气加热带来的安全隐患，烟气对冷凝、除尘造成的负担以及烟气对热解煤气性质的影响，并且使过程操作与控制得到简化；
根据本发明实施例的热解生物质的方法将辐射管加热器内换热降温后的烟气通过排烟装置进入气固换热器，可利用低温烟气回收燃烧后高温热灰的显热，将烟气升温后通入干燥仓用于干燥原料，进而提高系统热利用率。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种热解生物质的系统。根据本发明的实施例，该系统用于实施上述所述的热解生物质的方法。根据本发明的实施例，该系统包括：混合装置，所述混合装置具有生物质入口、催化剂入口和混合物料出口，且适于将生物质与催化剂进行混合处理，以便得到混合物料；移动床热解反应器，所述移动床热解反应器具有混合物料入口、供热烟气入口、降温烟气出口、油气混合物出口和固体热解产物出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连，且适于将所述混合物料进行热解处理，以便得油气混合物以及含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物；冷却装置，所述冷却装置具有油气混合物入口、生物质油出口和热解气出口，所述油气混合物入口与所述油气混合物出口相连，且适于将所述油气混合物进行冷却处理，以便得到生物质油和热解气；催化剂再生装置，所述催化剂再生装置具有空气入口、固体热解产物入口、供热烟气出口和固体产物出口，所述固体热解产物入口与所述固体热解产物出口相连，所述供热烟气出口与所述供热烟气入口相连，且适于将所述含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧，以便得到供热烟气以及含有热灰和再生催化剂的固体产物，并将所述供热烟气返回所述移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，以便得到降温烟气；以及分离装置，所述分离装置具有固体产物入口、再生催化剂出口和热灰出口，所述固体产物入口与所述固体产物出口相连，所述再生催化剂出口与所述催化剂入口相连，且适于将所述含有热灰和再生催化剂的固体产物进行分离处理，以便分别得到再生催化剂和热灰，并将所述再生催化剂返回所述混合装置。发明人发现，通过采用移动床热解反应器对生物质进行热解处理，由于移动床热解反应器采用辐射管加热，使得热解过程中混合物料受热均匀，从而可以显著提高生物质的催化热解效率，同时移动床热解反应器采用辐射管加热，使得辐射管中产生的烟气与油气混合物隔离，从而可以显著提高生物质油和热解气的品质，其次采用燃烧的方式对失活催化剂进行再生处理，并将所得到的再生催化剂热送至与混合物料进行混合，不仅可以解决现有技术中生物质催化热解过程中催化剂用量大的问题，而且可以作为固体热载体将热量传递给生物质，从而进一步提高生物质的催化热解效率，另外通过将燃烧过程中产生的供热烟气返回移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，可以实现系统中余热的高效利用，从而显著降低处理成本。
下面参考图7-11对本发明实施例的热解生物质的系统进行详细描述。根据本发明的实施例，该系统包括：
混合装置100：根据本发明的实施例，混合装置100具有生物质入口101、催化剂入口102和混合物料出口103，且适于将生物质与催化剂进行混合处理，从而可以得到混合物料。
根据本发明的一个实施例，生物质和催化剂的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，生物质可以为选自秸秆、锯末、稻壳和松木屑中的至少一种，催化剂可以为金属盐，优选钠盐和钾盐，更优选钠盐，例如可以为碳酸钾、碳酸钠。发明人发现，采用钠盐作为生物质热解过程的催化剂，随着钠盐浓度的增加，生物质的热解反应更剧烈，从而可以显著提高生物质的催化热解效率。
移动床热解反应器200：根据本发明的实施例，移动床热解反应器200具有混合物料入口201、供热烟气入口202、降温烟气出口203、油气混合物出口204和固体热解产物出口205，混合物料入口201与混合物料出口103相连，且适于将混合物料进行热解处理，从而可以得到油气混合物以及含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物。具体的，移动床热解反应器上设置有多个辐射加热管，该辐射加热管通过燃烧燃料或供给高温烟气为移动床热解反应器提供辐射热源，含有生物质和催化剂的混合物料在移动床热解反应器内部进行热解处理，产生的油气混合物经反应器顶部管道排出。由此，通过采用移动床热解反应器对生物质进行热解处理，由于移动床热解反应器采用辐射管加热，使得热解过程中混合物料受热均匀，从而可以显著提高生物质的催化热解效率，同时移动床热解反应器采用辐射管加热，使得辐射管中产生的烟气与油气混合物隔离，从而可以显著提高生物质油和热解气的品质。
冷却装置300：根据本发明的实施例，冷却装置300具有油气混合物入口301、生物质油出口302和热解气出口303，油气混合物入口301与油气混合物出口204相连，且适于将上述得到的油气混合物进行冷却处理，从而可以得到生物质油和热解气。由此，可以实现油气混合物中的生物质油和热解气的分离。根据本发明的具体实施例，可以对分离所得到的热解气进行净化处理，从而可以得到净化热解气。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对冷却处理和净化处理的条件进行选择。
催化剂再生装置400：根据本发明的实施例，催化剂再生装置400具有空气入口401、固体热解产物入口402、供热烟气出口403和固体产物出口404，固体热解产物入口402与固体热解产物出口205相连，供热烟气出口403与供热烟气入口202相连，且适于将含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧，以便得到供热烟气以及含有热灰和再生催化剂的固体产物，并将供热烟气返回移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，以便得到降温烟气。由此，通过将含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧，可以对失活催化剂进行再生，而其中的生物炭燃烧变为热灰，并伴随着产生供热烟气，从而可以解决现有技术中生物质催化热解过程中催化剂用量大的问题，并且将产生的供热烟气供给至移动床热解反应器的蓄热加热管作为热源使用，可以实现供热烟气余热的高效利用，从而可以显著降低系统能耗。具体的，可以通过风机鼓入空气与含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物进行燃烧。
分离装置500：根据本发明的实施例，分离装置500具有固体产物入口501、再生催化剂出口502和热灰出口503，固体产物入口501与固体产物出口404相连，再生催化剂出口502与催化剂入口102相连，且适于将以上所得到的含有热灰和再生催化剂的固体产物进行分离处理，从而可以分别得到再生催化剂和热灰，并将分离得到的再生催化剂返回混合装置100与混合物料混合。由此，通过将所得到的再生催化剂热送至与混合物料进行混合，不仅可以解决现有技术中生物质催化热解过程中催化剂用量大的问题，而且可以作为固体热载体将热量传递给生物质，从而进一步提高生物质的催化热解效率。
根据本发明实施例的热解生物质的系统通过采用移动床热解反应器对生物质进行热解处理，由于移动床热解反应器采用辐射管加热，使得热解过程中混合物料受热均匀，从而可以显著提高生物质的催化热解效率，同时移动床热解反应器采用辐射管加热，使得辐射管中产生的烟气与油气混合物隔离，从而可以显著提高生物质油和热解气的品质，其次采用燃烧的方式对失活催化剂进行再生处理，并将所得到的再生催化剂热送至混合装置与生物质原料进行混合，不仅可以解决现有技术中生物质催化热解过程中催化剂用量大的问题，而且可以作为固体热载体将热量传递给生物质，从而进一步提高生物质的催化热解效率，另外通过将燃烧过程中产生的供热烟气返回移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，可以实现系统中余热的高效利用，从而显著降低处理成本。
参考图8，根据本发明实施例的热解生物质的系统进一步包括：
干燥装置600：根据本发明的实施例，干燥装置600与生物质入口101相连，且适于在将生物质与催化剂在混合装置100中进行混合处理之前，可以预先对生物质进行干燥处理。由此，可以有效降低生物质中的水分，从而进一步提高生物质的催化热解效率。需要说明是，本领域技术人员可以根据实际需要对干燥处理的具体条件进行选择。
参考图9，根据本发明实施例的热解生物质的系统进一步包括：
第一除尘装置700：根据本发明的实施例，第一除尘装置700具有油气混合物进口701、除尘后油气出口702和固体颗粒出口703，油气混合物进口701与油气混合物出口204相连，除尘后油气出口702与油气混合物入口301相连，固体颗粒出口703与固体热解产物入口402相连，且适于在将油气混合物进行冷却处理之前，预先对油气混合物进行除尘处理，从而可以得到除尘后油气和固体颗粒，并将得到的固体颗粒返回催化剂再生装置400。由此，通过对油气混合物进行油气分离之前预先进行除尘处理，可以有效回收油气混合物中携带的生物炭和失活催化剂颗粒，从而不仅可以生物质油和热解气的品质，而且可以显著原料的利用率。
参考图10，根据本发明实施例的热解生物质的系统进一步包括：
第二除尘装置800：根据本发明的实施例，第二除尘装置800具有含尘供热烟气入口801、除尘后供热烟气出口802和细灰出口803，含尘供热烟气入口801与供热烟气出口403相连，除尘后供热烟气出口802与供热烟气入口202相连，且适于在将供热烟气返回移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用之前，预先对供热烟气进行除尘处理，从而得到除尘后供热烟气和细灰。由此，可以实现后续过程中供热烟气中物料余热的高效利用。
参考图11，根据本发明实施例的热解生物质的系统进一步包括：
换热装置900：根据本发明的实施例，换热装置900具有热灰入口901、降温烟气入口902、升温烟气出口903和灰渣出口904，热灰入口901与热灰出口503和细灰出口803中的至少之一相连，降温烟气入口902与降温烟气出口203相连，升温烟气出口903与干燥装置600相连，且适于在将热灰和细灰中的至少之一与降温烟气进行换热处理，从而可以得到升温烟气和灰渣，并将升温烟气返回干燥装置600对生物质进行干燥处理。具体的，通过将升温烟气与生物质接触传热，不仅可以对生物质进行干燥处理，而且可以降低烟气的温度，从而省去了对烟气进行降温工序，并且将所得到的降温后的烟气通过烟囱直接排出。由此，通过将热灰和细灰中的至少之一与热解过程中的辐射加热管产生的烟气进行接触，可以将热灰和细灰的至少之一所携带的余热传递给烟气，在后续过程中采用升温烟气对生物质进行干燥处理，从而可以实现系统内部余热的高效利用，进而进一步降低能耗成本。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例
参考图12所示，将松木屑原料(Vad＝73.88％，Qnet，ar＝18.41MJ/kg)储存在原料仓1，通过皮带传输输送至干燥仓2进行干燥处理，降低松木屑中的水分含量，然后通过生物质进料装置3输送至生物质与催化剂混合进料装置5与催化剂混合后送入移动床热解反应器6，经移动床热解反应器上的辐射加热管18对混合物料进行辐射加热升温发生催化热解反应(500-750℃)，产生的油气混合物(500-600℃)通过反应器顶部管道进入高温除尘器7进行颗粒除尘，然后进入油气冷却器8降温，分离后分别得到生物质油和热解气，热解气随后进入热解气净化装置9净化后得到净热解气产品，移动床热解反应器内热解产生的含有生物炭与失活催化剂的固体热解产物(500-600℃)经高温固体输送装置10送入催化剂再生装置12与来自风机13的空气一同燃烧，得到供热烟气以及含有热灰和再生催化剂的固体产物，然后将含有热灰和再生催化剂的固体产物送入催化剂回收装置14进行催化剂和热灰的分离与回收，回收后的再生催化剂(700-800℃)进入混合进料装置5作为固体热载体和催化剂与来自补充催化剂进料装置4的补充催化剂和干燥生物质混合后送入移动床热解反应器6进行热解处理，而催化剂再生装置12中的供热烟气经除尘装置15进行除尘处理，得到除尘后供热烟气和细灰，热灰与来自除尘装置15的细灰一同进入气固换热器16加热来自收集辐射加热管的排烟装置11的降温烟气(<150℃)，升温后的烟气(200-250℃，氧含量<10％)进入干燥仓对生物质原料进行干燥，然后通入烟囱后排放。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种热解生物质的方法，其特征在于，包括：
(1)将生物质与催化剂进行混合处理，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料在移动床热解反应器内进行热解处理，以便得油气混合物以及含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物；
(3)将所述油气混合物进行冷却处理，以便得到生物质油和热解气；
(4)将所述含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧，以便得到供热烟气以及含有热灰和再生催化剂的固体产物；
(5)将所述供热烟气返回步骤(2)中的所述移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，以便得到降温烟气；以及
(6)将所述含有热灰和再生催化剂的固体产物进行分离处理，以便分别得到再生催化剂和热灰，并将所述再生催化剂返回步骤(1)与所述混合物料混合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(7)在将所述生物质与所述催化剂进行混合处理之前预先对所述生物质进行干燥处理。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(8)在将所述油气混合物进行冷却处理之前，预先对所述油气混合物进行除尘处理，以便得到除尘后油气和固体颗粒，并将所述固体颗粒返回步骤(4)与所述空气进行燃烧。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(9)在将所述供热烟气返回步骤(2)中的所述移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用之前，预先对所述供热烟气进行除尘处理，以便得到除尘后供热烟气和细灰。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(10)将所述热灰和所述细灰中的至少之一与步骤(5)得到的所述降温烟气进行换热处理，以便得到升温烟气和灰渣，并将所述升温烟气返回步骤(7)对所述生物质进行干燥处理。
6.一种热解生物质的系统，所述系统用于实施权利要求1-5任一项所述的热解生物质的方法，其特征在于，所述系统包括：
混合装置，所述混合装置具有生物质入口、催化剂入口和混合物料出口，且适于将生物质与催化剂进行混合处理，以便得到混合物料；
移动床热解反应器，所述移动床热解反应器具有混合物料入口、供热烟气入口、降温烟气出口、油气混合物出口和固体热解产物出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连，且适于将所述混合物料进行热解处理，以便得油气混合物以及含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物；
冷却装置，所述冷却装置具有油气混合物入口、生物质油出口和热解气出口，所述油气混合物入口与所述油气混合物出口相连，且适于将所述油气混合物进行冷却处理，以便得到生物质油和热解气；
催化剂再生装置，所述催化剂再生装置具有空气入口、固体热解产物入口、供热烟气出口和固体产物出口，所述固体热解产物入口与所述固体热解产物出口相连，所述供热烟气出口与所述供热烟气入口相连，且适于将所述含有生物炭和失活催化剂的固体热解产物与空气进行燃烧，以便得到供热烟气以及含有热灰和再生催化剂的固体产物，并将所述供热烟气返回所述移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用，以便得到降温烟气；以及
分离装置，所述分离装置具有固体产物入口、再生催化剂出口和热灰出口，所述固体产物入口与所述固体产物出口相连，所述再生催化剂出口与所述催化剂入口相连，且适于将所述含有热灰和再生催化剂的固体产物进行分离处理，以便分别得到再生催化剂和热灰，并将所述再生催化剂返回所述混合装置。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，进一步包括：
干燥装置，所述干燥装置与所述生物质入口相连，且适于在将所述生物质与所述催化剂进行混合处理之前预先对所述生物质进行干燥处理。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，进一步包括：
第一除尘装置，所述第一除尘装置具有油气混合物进口、除尘后油气出口和固体颗粒出口，所述油气混合物进口与所述油气混合物出口相连，所述除尘后油气出口与所述油气混合物入口相连，所述固体颗粒出口与所述固体热解产物入口相连，且适于在将所述油气混合物进行冷却处理之前，预先对所述油气混合物进行除尘处理，以便得到除尘后油气和固体颗粒，并将所述固体颗粒返回所述催化剂再生装置。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，进一步包括：
第二除尘装置，所述第二除尘装置具有含尘供热烟气入口、除尘后供热烟气出口和细灰出口，所述含尘供热烟气入口与所述供热烟气出口相连，所述除尘后供热烟气出口与所述供热烟气入口相连，且适于在将所述供热烟气返回所述移动床热解反应器的辐射加热管作为热源使用之前，预先对所述供热烟气进行除尘处理，以便得到除尘后供热烟气和细灰。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，进一步包括：
换热装置，所述换热装置具有热灰入口、降温烟气入口、升温烟气出口和灰渣出口，所述热灰入口与所述热灰出口和所述细灰出口中的至少之一相连，所述降温烟气入口与所述降温烟气出口相连，所述升温烟气出口与所述干燥装置相连，且适于在将所述热灰和所述细灰中的至少之一与所述降温烟气进行换热处理，以便得到升温烟气和灰渣，并将所述升温烟气返回所述干燥装置。
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