生物质延迟焦化处理的蒸汽除焦方法与装置.pdf

本发明涉及生物质延迟焦化处理的蒸汽除焦方法与装置，提供了一种生物质延迟焦化处理的蒸汽除焦方法，该方法包括：(a)将废弃生物质原料粉碎至平均粒度为0.1-2mm，然后送入焦炭塔加热；(b)将粉碎的原料加热到190-300℃；(c)将粉碎的原料进一步加热至480-510℃，保温6小时；(d)将蒸汽直接喷入焦炭塔顶部，使焦炭塔压力保持在表压0.3-0.4MPa；(e)开启焦炭塔塔底阀门，使焦炭被蒸汽推挤出来，得到焦炭产品；同时从焦炭塔塔顶得到油气产品；(f)对所得的油气产品进行分馏，得到分馏产品。本发明还提供了一种生物质延迟焦化处理的蒸汽除焦装置。

1.  一种生物质延迟焦化处理的蒸汽除焦方法，该方法包括：
(a)将废弃生物质原料粉碎至平均粒度为0.1-2mm，然后送入焦炭塔加热；
(b)将粉碎的原料加热到190-300℃；
(c)将粉碎的原料进一步加热至480-510℃，保温6小时；
(d)将蒸汽直接喷入焦炭塔顶部，使焦炭塔压力保持在表压0.3-0.4MPa；
(e)开启焦炭塔塔底阀门，使焦炭被蒸汽推挤出来，得到焦炭产品；同时从焦炭塔塔顶得到油气产品；
(f)对所得的油气产品进行分馏，得到分馏产品。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废弃生物质原料选自：谷壳、秸秆、果皮、果核、落叶、树皮、杂草、废木材、生活厨余、废纸、以及城市垃圾填埋场陈垃圾筛上物中难降解的废弃物。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述加热为辐射加热，其升温速度为5-10℃/分钟。

4.  如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，将粉碎的原料加热到200-240℃。

5.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述加热为辐射加热，其升温速度为20-80℃/分钟。

6.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：对所得的焦炭产品进行破碎，使得焦炭产品颗粒的尺寸不超过25mm。

7.  一种生物质延迟焦化处理的蒸汽除焦装置，该装置包括：
原料粉碎料斗(1)，用于将废弃生物质原料粉碎至平均粒度为0.1-2mm；
与所述原料粉碎料斗(1)连接的焦炭塔(2)，在其中将粉碎的原料加热到190-300℃，并进一步加热至480-510℃，保温6小时；并在其顶部直接喷入蒸汽，使其压力保持在表压0.3-0.4MPa，从而在其塔底得到焦炭产品，塔顶得到油气产品；
与所述焦炭塔(2)连接分馏塔(4)，用于对所得的油气产品进行分馏，得到分馏产品。

8.  如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括：与所述焦炭塔(2)连接的破碎机(3)，用于对所得的焦炭产品进行破碎，使得焦炭产品颗粒的尺寸不超过25mm。

9.  权利要求1-6中任一项的方法在生物质和渣油混合原料的延迟焦化工艺的除焦和石油化工领域渣油的延迟焦化的除焦中的应用。

10.  权利要求7或8的装置在生物质和渣油混合原料的延迟焦化工艺的除焦和石油化工领域渣油的延迟焦化的除焦中的应用。

生物质延迟焦化处理的蒸汽除焦方法与装置
技术领域
本发明属于焦炭塔的除焦处理领域，提供了一种能够对焦炭塔内生物质焦炭进行方便大规模处理的蒸汽除焦方法。更具体地说，本发明涉及一种利用新型延迟焦化工艺处理生物质的除焦方法。本发明提供了生物质延迟焦化处理的蒸汽除焦方法与装置。
背景技术
生物质从广义上说是指地球上利用光合作用获得的各种有机物，包括植物质、动物质、农林废弃物、有机生活垃圾等，是一种稳定的可再生资源。中国的生物质资源丰富，全国每年可生产生物质50亿吨，其中农林业生产的废木材、农作物秸秆等废弃物的产量很大。随着我国城市化水平的不断提高，生物质资源中城市有机生活垃圾的产量也越来越大。据统计。2000年上海市生活垃圾的产量达到了641万吨，预计到2010年将达到863万吨。生活垃圾中大部分是厨余、果皮及废纸等废弃生物质。人们希望实现这些废弃生物质的减量化、无害化处理，有效利用废弃生物质生产生物质能源。
一种常见的处理方式是将废弃生物质进行快速热裂解。这种方式将干燥的生物质粉末在隔绝空气、常压、高加热速率(约103-104℃/秒)、中温(约450-500℃)、超短反应时间(约2秒)的条件下进行裂解反应，生成可燃性气体、液体燃油、液态化学品(例如乙酸、丙酮等)以及焦炭，其液体产率可达60％以上。但该工艺的生产过程中一般使用流化床反应器，需要流化传热介质(例如沙子、石英砂等)和流化气体来保证苛刻的工艺条件，这就增加了快速热裂解反应系统的复杂性。目前国内也尚无适合大规模工业化生产的快速热裂解反应系统。
延迟焦化工艺生产过程是一个既连续又间断的过程，其生焦周期长，期间有换塔、吹汽、给水、放水、除焦、焦炭塔试压等生产工序，其中水力除焦系统由于涉及特种设备多，又无备用设备，普遍存在使用过程中该系统故障率高、维修维护工作量大的难题。
美国专利4,666,585公开了一种技术，将炼油厂污泥(大部分为固体物、油和水)与焦化馏分油混合在一起后送入延迟焦化装置，使其具有良好的流动性，然后与焦化原料油一起进入焦化塔塔底，利用焦化过程的废弃热量或过剩余热使污泥中的有机组分经高温热裂解变为焦化气液产物，固体产物被石油焦捕获并沉积在石油焦上，从根本上消除了炼油厂污泥对环境的污染。但是，该专利并没有公开或者提示使用延迟焦化工艺来处理生物质。
中国专利200510027541.4也公开了一种废弃生物质的延迟焦化处理方法，将废弃生物质原料粉碎至平均粒度为0.1-2mm，然后与油混合，其中所述原料与油的混合质量比为0.05-15％，混合后的原料分段加热，然后对所述原料进行传统的延迟焦化处理，得到焦炭和油气产品。但是该专利中延迟焦化的焦炭塔除焦周期过长，对生产不利。
因此，本领域迫切需要开发出一种能大规模、快速地除去此工艺下焦炭塔内生物质焦炭的方法。
发明内容
本发明的目的就是针对现有延迟焦化工艺处理生物质在结焦后从工艺上进行处理的上述不足，提供一种用蒸汽除焦工艺处理延迟焦化处理生物质结焦的方法，该方法利用高温蒸汽，经管道通入塔内后，逐渐增压，在达到0.3MPa压力时，打开塔底阀门，焦炭即被蒸汽推挤出焦炭塔，除焦率可达到95％以上，塔壁基本无粘结焦炭，该方法最大的优点在于除焦时间短，焦炭易于回收利用，从而解决了现有技术中存在的问题。
一方面，本发明提供了一种生物质延迟焦化处理的蒸汽除焦方法，该方法包括：
(a)将废弃生物质原料粉碎至平均粒度为0.1-2mm，然后送入焦炭塔加热；
(b)将粉碎的原料加热到190-300℃；
(c)将粉碎的原料进一步加热至480-510℃，保温6小时；
(d)将蒸汽直接喷入焦炭塔顶部，使焦炭塔压力保持在表压0.3-0.4MPa；
(e)开启焦炭塔塔底阀门，使焦炭被蒸汽推挤出来，得到焦炭产品；同时从焦炭塔塔顶得到油气产品；
(f)对所得的油气产品进行分馏，得到分馏产品。
在一个优选的实施方式中，所述废弃生物质原料选自：谷壳、秸秆、果皮、果核、落叶、树皮、杂草、废木材、生活厨余、废纸、以及城市垃圾填埋场陈垃圾筛上物中难降解的废弃物。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(b)中，所述加热为辐射加热，其升温速度为5-10℃/分钟。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(b)中，将粉碎的原料加热到200-240℃。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(c)中，所述加热为辐射加热，其升温速度为20-80℃/分钟。
在另一个优选的实施方式中，该方法还包括：对所得的焦炭产品进行破碎，使得焦炭产品颗粒的尺寸不超过25mm。
另一方面，本发明提供了一种专用于上述生物质延迟焦化处理的蒸汽除焦方法的装置，该装置包括：
原料粉碎料斗，用于将废弃生物质原料粉碎至平均粒度为0.1-2mm；
与所述原料粉碎料斗连接的焦炭塔，在其中将粉碎的原料加热到190-300℃，并进一步加热至480-510℃，保温6小时；并在其顶部直接喷入蒸汽，使其压力保持在表压0.3-0.4MPa，从而在其塔底得到焦炭产品，塔顶得到油气产品；
与所述焦炭塔连接分馏塔，用于对所得的油气产品进行分馏，得到分馏产品。
在一个优选的实施方式中，该装置还包括：与所述焦炭塔连接的破碎机，用于对所得的焦炭产品进行破碎，使得焦炭产品颗粒的尺寸不超过25mm。
再一方面，本发明涉及上述方法和装置在生物质和渣油混合原料的延迟焦化工艺的除焦和石油化工领域渣油的延迟焦化的除焦中的应用。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的以生物质为原料的蒸汽除焦处理流程的示意图。
具体实施方式
本发明的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现，高温蒸汽除焦不需要装卸盖，水力除焦和试压等步骤，除焦周期仅简单地包括吹蒸汽和焦炭产物的转移，能大大缩短除焦时间，同时保证较长的焦炭塔寿命，将其应用于以生物质为原料的除焦处理，能够达到除焦速度快、效率高、能耗低、维护费用少、使用稳定的效果。基于上述发现，本发明得以完成。
在本发明的第一方面，提供了一种生物质延迟焦化处理的蒸汽除焦方法，该方法采用两段式辐射加热，在塔内保持高温反应生焦来达到生物质的延迟焦化处理的目的；并利用焦炭在高于480℃的蒸汽环境下基本上呈粉末状的特点，达到通入蒸汽推挤出焦炭(蒸汽吹扫)的目的，该方法包括：
(a)将废弃生物质原料粉碎至平均粒度为0.1-2mm，然后送入焦炭塔加热；
(b)将粉碎的原料以5-10℃/分钟的升温速度辐射加热到190-300℃，优选200-240℃，以脱去生物杂质的游离水和部分结合水；
(c)进一步将粉碎的原料以20-80℃/分钟的升温速度快速辐射加热至480-510℃，保温6小时(在高于480℃的环境下，焦炭基本上呈粉末状，因此很容易除去)，以进行生物质的延迟焦化处理；
(d)将蒸汽直接喷入焦炭塔顶部，使焦炭塔压力保持在表压0.3-0.4MPa；
(e)开启焦炭塔塔底阀门，使焦炭被蒸汽推挤出来，得到焦炭产品；同时从焦炭塔塔顶得到油气产品；
(f)对所得的油气产品进行分馏，得到分馏产品。
较佳地，所述废弃生物质原料选自：谷壳、秸秆、果皮、果核、落叶、树皮、杂草、废木材、生活厨余、废纸、以及城市垃圾填埋场陈垃圾筛上物中难降解的废弃物。
较佳地，本发明的方法进一步对所得的焦炭产品进行破碎，使得焦炭产品颗粒的尺寸不超过25mm，以避免堵塞下游换热器。
在本发明的第二方面，提供了一种生物质延迟焦化处理的蒸汽除焦的装置，该装置包括：
原料粉碎料斗，用于将废弃生物质原料粉碎至平均粒度为0.1-2mm；
与所述原料粉碎料斗连接的焦炭塔，在其中将粉碎的原料加热到所需温度；并在其顶部直接喷入蒸汽，使其压力保持在表压0.3-0.4MPa，从而在其塔底得到焦炭产品，塔顶得到油气产品；
与所述焦炭塔连接分馏塔，用于对所得的油气产品进行分馏，得到分馏产品。
较佳地，本发明的装置还包括：设置在所述焦炭塔出口处的破碎机，用于对所得的焦炭产品进行破碎，使得焦炭产品颗粒的尺寸不超过25mm，以避免堵塞下游换热器。
本发明还涉及上述方法和装置在生物质和渣油混合原料的延迟焦化工艺的除焦和石油化工领域渣油(原料油和循环油)的延迟焦化的除焦中的应用。
以下参看附图。
图1是根据本发明的一个实施方式的以生物质为原料的蒸汽除焦处理流程的示意图。如图1所示，废弃生物质原料送入原料粉碎料斗1进行粉碎后，将粉碎达到要求的原料送入焦炭塔2，在焦炭塔内进行辐射加热，两段加温，第一段慢速加热到240℃，第二段快速加热到500℃，保温6小时进行裂化和缩合反应，并生焦结焦，即，对所述原料进行延迟焦化处理；此时从焦炭塔顶部通入高温蒸汽，使塔内的温度保持在480℃以上，表压力保持在0.3-0.4MPa，在这种环境下，焦炭塔内的焦炭基本成焦粉形式，很容易除去；然后开启塔底阀门，焦炭即被蒸汽推挤出来；在焦炭塔出口处设置破碎机3，使焦炭颗粒尺寸不超过25mm，以避免堵塞下游换热器5；热量可以通过加水产生的蒸汽来回收；焦炭塔塔顶得到的油气产品进入分馏塔4进行分馏，得到气体产品和馏分油。这样，就能把生焦周期从18小时降低到6小时，同时保证较长的焦炭塔寿命，焦炭产物可以直接转移到卡车或池垫系统。
本发明的主要优点在于：
采用本发明的蒸汽除焦方法，可以解决现有技术中工艺周期过长的问题。蒸汽除焦工艺不要装卸盖，水力除焦和试压等步骤，除焦周期仅简单地包括吹蒸汽和焦炭产物的转移，能大大缩短除焦时间，同时保证较长的焦炭塔寿命。并且，焦炭产物是可流动的热固体，热量可以用产生的蒸汽来回收，可流动的焦炭产物可以直接转移到卡车或池垫系统；焦炭塔中的反应是通过注汽在很低的油分压下进行；焦炭塔的处理量比传统装置增加200％；无需放空系统，能耗和维修费用低。
实施例
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。
实施例1：
使用废木料为原料，将其粉碎至平均粒度为2mm，然后送入焦炭塔底部进行辐射加热，先以10℃/分钟的升温速率预热至240℃，然后以80℃/分钟的升温速率升温至510℃，保温6个小时。从焦炭塔顶部直接通入蒸汽，使塔内操作压力保持在0.3MPa(表压)，然后开启塔底阀门，焦炭被蒸汽迅速推挤出来。结果，蒸汽除焦率达到95％以上，塔壁基本无粘结焦炭。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。