一种生物质快速热解蒸汽冷凝分馏装置及方法.pdf

本发明涉及一种生物质快速热解蒸汽冷凝分馏的装置，包括分级冷凝塔和球形冷凝塔，分级冷凝塔包括分级冷凝塔壳体和设置在冷凝塔壳体内的冷凝段，分级冷凝塔壳体与冷凝段间设有螺旋水道；一种生物质快速热解蒸汽冷凝分馏方法，其特征在于：包括以下步骤：高温热解蒸汽从一级冷凝段的热解蒸汽入口进入分级冷凝塔后，由下至上，逐级通过分级冷凝塔各冷凝段；冷凝分离得到不同沸程的液体产物，并分别通过一级液体产物出口、二级液体产物出口、三级液体产物出口及时外送；采用上述结构后，可直接获得不同沸程的液体产物，具有冷凝充分、不易堵塞管道、避免二次加工、投资少等优点。

1.   一种生物质快速热解蒸汽冷凝分馏装置，其特征在于：包括分级冷凝塔和球形冷凝塔，所述分级冷凝塔包括分级冷凝塔壳体（1）和设置在冷凝塔壳体内（1）的冷凝段，所述分级冷凝塔壳体（1）与冷凝段间设有螺旋水道（11），所述冷凝段分为：
一级冷凝段，中下部设有热解蒸汽入口（2），底部设有一级液体产物出口（3）；
二级冷凝段，所述二级冷凝段包括设置在底部的溢流管（5），连接到外围的二级液体产物出口（6），热解蒸汽入口（2）及设置在热解蒸汽入口上的气帽（4）；
三级冷凝段，所述三级冷凝段包括设置在底部的溢流管（5），连接到外围的三级液体产物出口（7），热解蒸汽入口（2）及设置在热解蒸汽入口上的气帽（4）；
所述一级冷凝段、二级冷凝段和三级冷凝段由下向上依次连接，所述三级冷凝段出口直接连接球形冷凝塔，所述二级冷凝段和三级冷凝段上分别对应设有二级冷凝段冷却水入口（12）和三级冷凝段冷却水入口（10），所述一级冷凝段底部还设有分级冷凝塔冷却水出口（13）,
所述球形冷凝塔包括球形冷凝管，球形冷凝管壳体（8）及设置在球形冷凝管壳体（8）上部的球形冷凝管冷却水入口（14），设置在球形冷凝管壳体（8）下部的球形冷凝管冷却水出口（15），所述球形冷凝管顶端设有不冷凝气出口（9）。

2.  根据权利要求1所述生物质快速热解蒸汽冷凝分馏装置，其特征在于：所述一级冷凝段上的热解蒸汽入口（2）斜向下倾斜0~15°。

3.   根据权利要求1所述生物质快速热解蒸汽冷凝分馏装置，其特征在于：
所述一级冷凝段入口温度，即热解蒸汽初始温度，为400~600 ℃；一级冷凝段出口温度，即二级冷凝段入口温度，为200~300 ℃；二级冷凝段出口温度，即三级冷凝段入口温度，为80~130 ℃；球形冷凝管出口不冷凝气温度为0~20 ℃。

4.   一种生物质快速热解蒸汽冷凝分馏方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、高温热解蒸汽从一级冷凝段的热解蒸汽入口（2）进入分级冷凝塔后，由下至上，逐级通过分级冷凝塔各冷凝段；
b、冷凝分离得到不同沸程的液体产物，并分别通过一级液体产物出口（3）、二级液体产物出口（6）、三级液体产物出口（7）及时外送；
c、分级冷凝塔冷却水从三级冷凝段冷却水入口（10）、二级冷凝段冷却水入口（12）通入螺旋水道（11），由上向下流动最后从一级冷凝段冷却水出口（13）排出；
d、通过分别改变三级冷凝段冷却水入口（10）、二级冷凝段冷却水入口（12）进水流量控制各冷凝段温度区间；
e、热解蒸汽通过各分级冷凝段后，流经球形冷凝管，由不冷凝气出口（9）排出，球形冷凝管内液体产物流入三级冷凝段；球形冷凝管设有独立冷却水系统，球形冷凝管冷却水从球形冷凝管冷却水入口（14）进入，由上向下流动，经球形冷凝管冷却水出口（15）排出。

一种生物质快速热解蒸汽冷凝分馏装置及方法
技术领域
本发明涉及生物质资源利用领域，尤其是涉及一种生物质快速热解蒸汽冷凝分馏装置及方法。
背景技术
目前，全球化石燃料资源紧缺，同时化石能源的使用导致温室效应和环境污染日益严重，大力发展可再生清洁能源显得尤为重要。生物质能是唯一一种可以转化为气体、固体以及液体燃料的可再生能源，与现有化石燃料技术具有很大的相似性。生物质生长过程中吸收的二氧化碳相当于利用时排放的二氧化碳的量，二氧化碳的净排放量近似为零，不会加剧温室效应。大力发展可替代石油基液体燃料与化学品的生物质基高端产品（含氧液体燃料与高价值化学品），有助于减轻化石燃料带来的环境污染，缓解石油短缺，改善我国能源结构，保障国家能源安全。生物质快速热解制备液体燃料技术以其独特的优势近年来得到了迅速发展。它能以连续的工艺和工厂化生产方式将生物质转化成易储存、易运输、能量密度高的液体燃料——生物质快速热解油（以下简称“生物油”）。生物质快速热解液化技术已受到国内外的广泛关注。
生物质快速热解液化技术是将生物质在高温下快速热解产生热解蒸汽，再将蒸汽冷凝形成液体产物。生物质热解蒸汽直接冷凝所得生物油稳定性差、水分含量高、粘度大和具有腐蚀性，难以直接利用。这与生物油复杂的化学组成密不可分，产物中重质组分易结垢堵塞管道，而轻质组分含水量高，在影响品质的同时易产生分层现象导致生物油无法用作燃料。分级冷凝能根据生物油成分沸点的不同分离重质组分与轻质组分，分别获得高热值的重油、流动性较好的轻油和含水量高的水相部分。
现有的生物质热解液化设备大都采用一级冷凝，冷凝后的液体产物难以直接利用，需要高温加热分馏，加热过程中容易降低油品同时消耗较多能量，且内部重质组分易结垢堵塞管道。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种生物质快速热解蒸汽冷凝分馏装置和方法，解决了生物质热解蒸汽采用一级冷凝时易结垢堵塞管道，以及需二次加工所带来的油品下降和耗费能量问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种生物质快速热解蒸汽冷凝分馏的装置，包括分级冷凝塔和球形冷凝塔，分级冷凝塔包括分级冷凝塔壳体和设置在冷凝塔壳体内的冷凝段，分级冷凝塔壳体与冷凝段间设有螺旋水道，冷凝段分为：
一级冷凝段，中下部设有热解蒸汽入口，底部设有一级液体产物出口；
二级冷凝段，二级冷凝段包括设置在底部的溢流管，连接到外围的二级液体产物出口，热解蒸汽入口及设置在热解蒸汽入口上的气帽；
三级冷凝段，三级冷凝段包括设置在底部的溢流管，连接到外围的三级液体产物出口，热解蒸汽入口及设置在热解蒸汽入口上的气帽；
一级冷凝段、二级冷凝段和三级冷凝段由下向上依次连接，三级冷凝段出口直接连接球形冷凝塔，二级冷凝段和三级冷凝段上分别对应设有二级冷凝段冷却水入口和三级冷凝段冷却水入口，一级冷凝段底部还设有分级冷凝塔冷却水出口,
球形冷凝塔包括球形冷凝管，球形冷凝管壳体及设置在球形冷凝管壳体上部的球形冷凝管冷却水入口，设置在球形冷凝管壳体下部的球形冷凝管冷却水出口，球形冷凝管顶端设有不冷凝气出口。
在本发明的一个较佳实施例中，一级冷凝段上的热解蒸汽入口斜向下倾斜0~15°。
在本发明的一个较佳实施例中，一级冷凝段入口温度，即热解蒸汽初始温度，为400~600 ℃；一级冷凝段出口温度，即二级冷凝段入口温度，为200~300 ℃；二级冷凝段出口温度，即三级冷凝段入口温度，为80~130 ℃；球形冷凝管出口不冷凝气温度为0~20 ℃。
一种生物质快速热解蒸汽冷凝分馏方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、高温热解蒸汽从一级冷凝段的热解蒸汽入口进入分级冷凝塔后，由下至上，逐级通过分级冷凝塔各冷凝段；
b、冷凝分离得到不同沸程的液体产物，并分别通过一级液体产物出口、二级液体产物出口、三级液体产物出口及时外送；
c、分级冷凝塔冷却水从三级冷凝段冷却水入口、二级冷凝段冷却水入口通入螺旋水道，由上向下流动最后从一级冷凝段冷却水出口排出；
d、通过分别改变三级冷凝段冷却水入口、二级冷凝段冷却水入口进水流量控制各冷凝段温度区间；
e、热解蒸汽通过各分级冷凝段后，流经球形冷凝管，由不冷凝气出口排出，球形冷凝管内液体产物流入三级冷凝段；球形冷凝管设有独立冷却水系统，球形冷凝管冷却水从球形冷凝管冷却水入口进入，由上向下流动，经球形冷凝管冷却水出口排出。
本发明的有益效果是：采用上述结构后，可直接获得不同沸程的液体产物，具有冷凝充分、不易堵塞管道、避免二次加工、投资少等优点。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图中：1、分级冷凝塔壳体；2、热解蒸汽入口；3、一级液体产物出口；4、气帽；5、溢流管；6、二级液体产物出口；7、三级液体产物出口；8、球形冷凝管壳体；9、不冷凝气出口；10、三级冷凝段冷却水入口；11、螺旋水道；12-二级冷凝段冷却水入口；13、分级冷凝塔冷却水出口；14、球形冷凝管冷却水入口；15、球形冷凝管冷却水出口。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述：
如图1所示一种生物质快速热解蒸汽冷凝分馏装置，包括分级冷凝塔和球形冷凝塔，分级冷凝塔包括分级冷凝塔壳体1和设置在冷凝塔壳体内1的冷凝段，分级冷凝塔壳体1与冷凝段间设有螺旋水道11，冷凝段分为：
一级冷凝段，中下部设有热解蒸汽入口2，底部设有一级液体产物出口3；
二级冷凝段，二级冷凝段包括设置在底部的溢流管5，连接到外围的二级液体产物出口6，热解蒸汽入口2及设置在热解蒸汽入口上的气帽4；
三级冷凝段，三级冷凝段包括设置在底部的溢流管5，连接到外围的三级液体产物出口7，热解蒸汽入口2及设置在热解蒸汽入口上的气帽4；
一级冷凝段、二级冷凝段和三级冷凝段由下向上依次连接，三级冷凝段出口直接连接球形冷凝塔，二级冷凝段和三级冷凝段上分别对应设有二级冷凝段冷却水入口12和三级冷凝段冷却水入口10，一级冷凝段底部还设有分级冷凝塔冷却水出口13,
球形冷凝塔包括球形冷凝管，球形冷凝管壳体8及设置在球形冷凝管壳体8上部的球形冷凝管冷却水入口14，设置在球形冷凝管壳体8下部的球形冷凝管冷却水出口15，球形冷凝管顶端设有不冷凝气出口9。
一级冷凝段上的热解蒸汽入口2斜向下倾斜0~15°。
一级冷凝段入口温度，即热解蒸汽初始温度，为400~600 ℃；一级冷凝段出口温度，即二级冷凝段入口温度，为200~300 ℃；二级冷凝段出口温度，即三级冷凝段入口温度，为80~130 ℃；球形冷凝管出口不冷凝气温度为0~20 ℃。
一种生物质快速热解蒸汽冷凝分馏方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、高温热解蒸汽从一级冷凝段的热解蒸汽入口2进入分级冷凝塔后，由下至上，逐级通过分级冷凝塔各冷凝段；
b、冷凝分离得到不同沸程的液体产物，并分别通过一级液体产物出口3、二级液体产物出口6、三级液体产物出口7及时外送；
c、分级冷凝塔冷却水从三级冷凝段冷却水入口10、二级冷凝段冷却水入口12通入螺旋水道11，由上向下流动最后从一级冷凝段冷却水出口13排出；
d、通过分别改变三级冷凝段冷却水入口10、二级冷凝段冷却水入口12进水流量控制各冷凝段温度区间；
e、热解蒸汽通过各分级冷凝段后，流经球形冷凝管，由不冷凝气出口9排出，球形冷凝管内液体产物流入三级冷凝段；球形冷凝管设有独立冷却水系统，球形冷凝管冷却水从球形冷凝管冷却水入口14进入，由上向下流动，经球形冷凝管冷却水出口15排出。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。