一种生物质转化系统及方法
技术领域
本发明涉及生物能源技术，特别是涉及一种生物质转化系统及方法。
背景技术
到目前为止，生物质是唯一可转化为液体燃料的可再生能源，也是唯一可替代化石能源的含碳可再生能源，与化石燃料的利用具有很好的兼容性。开发利用我国丰富的生物质能资源，对于缓解我国能源短缺压力、发展新型循环经济、保护环境、建设和谐社会等均具有重要的意义。但是，生物质自身具有种类复杂、含水量高、含氧量高、能量密度低、难于粉碎、流动性差等缺点，这些缺点约束了其更广泛的利用。
由此可见，在现有技术中，尚无能耗损失小、成本低清洁度高的生物质转化系统及方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种能耗小、成本低、清洁度高且复杂度低的生物质转化系统及其方法。
为了达到上述目的，本发明提出的第一技术方案为：
一种生物质转化系统，包括：进料装置、烘焙反应器、气固分离器、热解反应器、燃烧反应器、气液分离器；其中，
烘焙反应器第一输入端通过输送管路通入外部工业余热烟气，进料装置输出端连接烘焙反应器第二输入端，烘焙反应器输出端连通气固分离器输入端；气固分离器第一输出端通过烘焙固体产物通道连通热解反应器第一输入端，气固分离器第二输出端通过烘焙烟气产物通道连通燃烧反应器第一输入端；热解反应器第二输入端通过燃烧高温烟气通道连通燃烧反应器第一输出端，热解反应器第一输出端通过热解挥发分产物通道连通气液分离器输入端，热解反应器第二输出端通过热解固体产物通道连通燃烧反应器第二输入端；气液分离器输出端通过热解气体产物通道连通燃烧反应器第三输入端；燃烧反应器第二输出端通过排空管道排空，燃烧反应器第二输出端作为排灰管道连通外部灰处理设备。
综上所述，本发明所述生物质转化系统中，烘焙反应器对来自进料装置的生物质原料进行烘焙处理后，由气固分离器对烘焙产生的挥发分与固体成分进行分离，挥发分进入燃烧反应器，固体成分进入热解反应器；热解反应器在燃烧反应器提供的热源作用下对烘焙固体成分进行热解反应，热解得到的固体成分进入燃烧反应器，热解得到的挥发分被气液分离器冷凝处理后，无法冷凝的不凝气体被送入热解反应器，冷凝得到的液体作为最终产物。由此可见，本发明所述生物质转化系统结构简单，转化程序复杂度低。而且，本发明所述生物质转化系统中，烘焙反应器利用外部工业余热烟气对生物质原料进行直接加热；低热烟气、烘焙挥发分产物、热解固体产物、不可凝气体也被循环利用，与外部输入的其它燃料一起燃烧作为热解反应器的热源；由此可见，本发明所述生物质转化系统充分利用了自身内部和外部的热源，较大量地节约了能源，避免能源浪费，并进一步地降低了成本。
为了达到上述目的，本发明提出的第二技术方案为：
一种生物质转化方法，包括如下步骤：
步骤1、预先设置烘焙反应器的第一设定温度；将外部工业余热烟气通入烘焙反应器，由外部工业余热烟气的余热将烘焙反应器内的温度加热至第一设定温度；外部工业余热烟气在烘焙反应器中放热成为低热烟气。
步骤2、生物质原料由进料装置输送至烘焙反应器，并对生物质原料进行烘焙。
步骤3、在烘焙过程中，低热烟气、烘焙产生的烘焙挥发分产物与烘焙固体产物被烘焙反应器实时输送至气固分离器。
步骤4、气固分离器进行分离处理后，将烘焙固体产物通过烘焙固体产物通道输送至热解反应器；同时，将低热烟气、烘焙挥发分产物通过烘焙烟气产物通道发送至燃烧反应器。
步骤5、在燃烧反应器中，来自气固分离器的低热烟气和烘焙挥发分产物、来自热解反应器的热解固体产物、来自气液分离器的不可凝气体以及外部输入的其它燃料一起燃烧，产生的高温烟气经过燃烧高温烟气通道发送至热解反应器或通过排空管道排空；燃烧产生的灰渣通过排灰管道排空。
步骤6、在热解反应器中，来自燃烧反应器的高温烟气将热解反应器内的温度加热至第二设定温度后，对烘焙固体产物进行热解反应，将得到的热解固体产物输送至燃烧反应器，同时，将得到的热解挥发分产物发送至气液分离器。
步骤7、气液分离器对热解挥发分产物进行冷凝处理，热解挥发分产物中的可凝组分被冷凝为液体产物，热解挥发分产物中的不可凝组分作为不可凝气体被输送至燃烧反应器，完成对生物质的转化。
综上所述，本发明所述生物质转化方法中，烘焙反应器对生物质原料充分烘焙后，热解反应器在燃烧反应器提供的热源作用下对烘焙固体物质进行充分的热解反应。可见，本发明所述生物质转化方法的复杂度比较低；而且，本发明所述生物质方法中，烘焙反应器充分利用外部工业余热烟气对生物质原料进行直接加热；低热烟气、烘焙挥发分产物、热解固体产物、不可凝气体也被循环利用，与外部输入的其它燃料一起燃烧作为热解反应器的热源，故本发明所述生物质转化系统充分利用了自身内部和外部的热源，较大量地节约了能源，避免能源浪费，并进一步地降低了成本。
附图说明
图1为本发明所述生物质转化系统的总体组成结构示意图。
图2为本发明所述生物质转化方法的总体流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
图1为本发明所述生物质转化系统的总体组成结构示意图。如图1所示，本发明所述一种生物质转化系统包括：进料装置2、烘焙反应器3、气固分离器4、热解反应器5、燃烧反应器6、气液分离器7；其中，
烘焙反应器3第一输入端通过输送管路通入外部工业余热烟气1，进料装置2输出端连接烘焙反应器3第二输入端，烘焙反应器3输出端连通气固分离器4输入端；气固分离器4第一输出端通过烘焙固体产物通道42连通热解反应器5第一输入端，气固分离器4第二输出端通过烘焙烟气产物通道41连通燃烧反应器6第一输入端；热解反应器5第二输入端通过燃烧高温烟气通道61连通燃烧反应器6第一输出端，热解反应器5第一输出端通过热解挥发分产物通道51连通气液分离器7输入端，热解反应器5第二输出端通过热解固体产物通道52连通燃烧反应器6第二输入端；气液分离器7输出端通过热解气体产物通道连通燃烧反应器6第三输入端；燃烧反应器6第二输出端通过排空管道62排空，燃烧反应器6第二输出端作为排灰管道63连通外部灰处理设备。
本发明中，烘焙反应器3与气固分离器4之间的通道、烘焙烟气产物通道41、热解挥发分产物通道5的外表面均设置有保温层，以防止各反应过程中产生的可凝性挥发分产物发生冷凝。
实际应用中，烘焙反应器3装设有用于测量该烘焙反应器3内实时温度的第一热电偶；热解反应器5装设有用于测量该热解反应器5内实时温度的第二热电偶。
本发明中，外部工业余热烟气的温度为200～300℃。
总之，本发明所述生物质转化系统中，烘焙反应器对来自进料装置的生物质原料进行烘焙处理后，由气固分离器对烘焙产生的挥发分与固体成分进行分离，挥发分进入燃烧反应器，固体成分进入热解反应器；热解反应器在燃烧反应器提供的热源作用下对烘焙固体成分进行热解反应，热解得到的固体成分进入燃烧反应器，热解得到的挥发分被气液分离器冷凝处理后，无法冷凝的不凝气体被送入热解反应器，冷凝得到的液体作为最终产物。由此可见，本发明所述生物质转化系统结构简单，转化程序复杂度低。而且，本发明所述生物质转化系统中，烘焙反应器利用外部工业余热烟气对生物质原料进行直接加热；低热烟气、烘焙挥发分产物、热解固体产物、不可凝气体也被循环利用，与外部输入的其它燃料一起燃烧作为热解反应器的热源；由此可见，本发明所述生物质转化系统充分利用了自身内部和外部的热源，较大量地节约了能源，避免能源浪费，并进一步地降低了成本。
图2为本发明所述生物质转化方法的总体流程示意图。如图2所示，本发明所述一种生物质转化方法，包括如下步骤：
步骤1、预先设置烘焙反应器3的第一设定温度；将外部工业余热烟气1通入烘焙反应器3，由外部工业余热烟气的余热将烘焙反应器3内的温度加热至第一设定温度；外部工业余热烟气在烘焙反应器3中放热成为低热烟气。
步骤2、生物质原料由进料装置2输送至烘焙反应器3，并对生物质原料进行烘焙。
步骤3、在烘焙过程中，低热烟气、烘焙产生的烘焙挥发分产物与烘焙固体产物被烘焙反应器3实时输送至气固分离器4。
步骤4、气固分离器4进行分离处理后，将烘焙固体产物通过烘焙固体产物通道42输送至热解反应器5；同时，将低热烟气、烘焙挥发分产物通过烘焙烟气产物通道41发送至燃烧反应器6。
步骤5、在燃烧反应器6中，来自气固分离器4的低热烟气和烘焙挥发分产物、来自热解反应器5的热解固体产物、来自气液分离器7的不可凝气体以及外部输入的其它燃料一起燃烧，产生的高温烟气经过燃烧高温烟气通道61发送至热解反应器5或通过排空管道62排空；燃烧产生的灰渣通过排灰管道63排空。
实际应用中，燃烧反应器6中的低热烟气、烘焙挥发分产物、热解固体产物、不可凝气体燃烧产生的高温烟气不一定能满足热解反应所需要的热量，故燃烧反应器中还可能包含其它燃料。
实际应用中，燃烧反应器6产生的高温烟气满足热解反应器5所需之后，多余的高温烟气会被排空。这里，排空的高温烟气可以直接进入大气或被其它系统循环利用。燃烧产生的灰渣被排出后，进入灰渣处理设备进行处理。
步骤6、在热解反应器5中，来自燃烧反应器6的高温烟气将热解反应器5内的温度加热至第二设定温度后，对烘焙固体产物进行热解反应，将得到的热解固体产物输送至燃烧反应器6，同时，将得到的热解挥发分产物发送至气液分离器7。
实际应用中，热解固体产物为热解焦炭。
步骤7、气液分离器7对热解挥发分产物进行冷凝处理，热解挥发分产物中的可凝组分被冷凝为液体产物，热解挥发分产物中的不可凝组分作为不可凝气体被输送至燃烧反应器6，完成对生物质的转化。
本发明中，所述第一设定温度为：200℃～300℃，所述第二设定温度为：450℃～650℃。
上述发明内容中，气液分离器7冷凝得到的液体产物即为生物油。
上述发明内容中，外部工业余热烟气与生物质原料直接接触传热，外部工业余热烟气既是生物质原料的热源，也是生物质原料的载气。
上述发明内容中，燃烧反应器6产生的高温烟气直接输送至热解反应器5中，高温烟气与烘焙固体产物直接接触传热。
总之，本发明所述生物质转化方法中，烘焙反应器对生物质原料充分烘焙后，热解反应器在燃烧反应器提供的热源作用下对烘焙固体物质进行充分的热解反应。可见，本发明所述生物质转化方法的复杂度比较低；而且，本发明所述生物质方法中，烘焙反应器充分利用外部工业余热烟气对生物质原料进行直接加热；低热烟气、烘焙挥发分产物、热解固体产物、不可凝气体也被循环利用，与外部输入的其它燃料一起燃烧作为热解反应器的热源，故本发明所述生物质转化系统充分利用了自身内部和外部的热源，较大量地节约了能源，避免能源浪费，并进一步地降低了成本。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
