一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统

本发明涉及生物质热解，具体涉及一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统。

背景技术：

1、生物质热解是生物质在绝氧或缺氧的环境中受热分解生成生物炭(固体)、生物油(液体)和气体(生物燃气)三相产物的热化学转化过程。生物质热解炭化是最为古老的热解技术，为了多产生物炭，一般采用较慢的加热速度以及较长的固相停留时间，在较低的反应温度下进行热解。热解炭化除了生物炭产物以外，还有可燃气、醋液和焦油。

2、生物质的热解炭化主要为吸热反应，一般炭化过程分为3个阶段：(1)干燥阶段，温度小于150℃，原料在反应器中吸收热量，水分蒸发逸出；(2)挥发热解阶段，反应温度约在150～300℃，主要为吸热反应，生物质大分子化学键发生断裂与重排，产生有机挥发分，含有水、二氧化碳、一氧化碳、乙酸等成分。(3)全面炭化阶段，反应温度大于300℃，生物质发生剧烈的热解反应，产生较多的焦油，醋液以及包含甲烷、乙烯、一氧化碳等的可燃气体，并生成固体的生物炭。

3、生物质热解产生的生物炭可作为有机肥料、土壤改良剂，肥料缓释载体、燃料、污水净化吸附剂，冶金还原剂、生物基复合材料及co2封存剂应用于很多领域，具有较高的经济价值和环境效益。

4、然而，目前生物质热解工艺还没有实现经济可行的工程应用。生物质热解工艺的燃气和焦油所含能量的利用效率是热解系统发展及应用过程中的一个主要挑战，决定了工艺过程的经济性。专利说明书(cn 219409630 u)公开了一种自热热解反应器(直接加热)，通过加入空气燃烧部分原料产生高温，进行生物质热解，冷凝后的不凝汽(5-40℃)送入热风炉产生烟气。但由于产生的所有烟气需要2段冷凝，一方面增加了能耗，另外，烟气经处理后排放，二氧化碳浓度较低，捕集利用成本较高，虽然按照碳交易的计算方法，也只是二氧化碳零排放。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决生物质热解炭化工艺过程中，能耗较高和烟气浓度低两个关键技术问题。为此，本发明提出一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统，以热解产生的可燃气及部分焦油(冷凝前)作为燃烧器的燃料，采用人工智能精准控制，高效燃烧，为生物质热解反应器供热，提高能量利用效率，必要时可将焦油富氧燃烧补充能量。同时，以纯氧(或富氧)替代空气作为氧化剂，进一步提高热解效率。

2、根据本发明实施例的生物质热解炭化联产二氧化碳系统包括：

3、一个热解炭化反应器，采用螺杆进料，生物质与来自燃烧器的高温烟气通过不锈钢管逆向流动、间接换热，利用人工智能精准控制生物质原料依次经过干燥(温度小于150℃，水蒸气从水蒸气出口排出)、挥发热解(150～300℃)、全面炭化(300～450℃)等3个阶段完成热解炭化过程。

4、一个油、气、炭分离装置，生物炭经分离冷却后，进行造粒、包装得到生物炭产品；油气(气相)经部分冷凝后，一部分油气作为燃料进入燃烧器，剩余的冷凝液分成水相的醋液和油相的焦油作为热解的副产品，必要时可将焦油富氧燃烧补充能量。

5、一个热解油气高效燃烧器，以生物质热解油气为燃料，纯氧(或者富氧)为氧化剂，产生不含氮气的高温燃气，主要成分为二氧化碳和水蒸气及少量杂质，经人工智能控制与热解炭化反应器换热后，除去水分和杂质，获得较纯的二氧化碳(>92％)，进行利用，从而使该过程由零碳排放变为负碳排放，并能够带来一定的经济效益。

6、本发明通过以下技术方案实现：

7、(1)富氧气体的控制，氧气浓度为30％～100％，较优的范围为40％～80％；

8、(2)进入燃烧器中作为自热燃料的油气比例为30％～100％，较优的范围为50％～70％；

9、(3)高温烟气温度控制在400～700℃之间，较优的范围为500～600℃。

10、(4)热热解反应器的温度控制在100～600℃(从反应器入口到出口)之间，较优的范围为150～480℃。

11、(5)反应器中co2浓度在30％～85％之间，较优的范围为50％～70％。

12、与现有技术相比，本发明具有明显的优势：(1)本发明提出一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统，以热解产生的可燃气及部分焦油(冷凝前)作为燃烧器的燃料，采用人工智能精准控制，高效燃烧，为生物质热解反应器供热，提高能量利用效率，排出的液体产物(焦油和醋液量较少)，仅为2-5％。(2)以纯氧(或富氧)替代空气作为氧化剂，不仅进一步提高了热解效率，而且产生的尾气经净化分离后，co2浓度高达92％，方便后续的收集利用。

技术特征：

1.一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统，包括热解反应器、油气炭分离器、油气燃烧器、醋液/焦油分离器、二氧化碳分离净化器，特征在于：生物质资源在原料仓中，在重力作用下经螺杆进料到热解反应器中，通过人工智能精确控制生物质热解进程，将热解产物通过油气炭分离器分离，油气冷凝产生的液相组分通过醋液/焦油分离器后分离收集；通过人工智能精确控制油气在油气燃烧器富氧燃烧，产生的高温烟气回注热解反应器中通过不锈钢管逆向流动、与生物质原料间接换热，补充热量，在热解反应器产生的烟气通过二氧化碳分离净化器收集高浓度二氧化碳。

2.根据权利要求1所述的一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统，其特征在于：所述利用人工智能精准控制生物质热解进程依次包括干燥、挥发热解和全面炭化3个阶段完成热解炭化过程。

3.根据权利要求3所述的一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统，其特征在于：所述干燥温度小于150℃，所述挥发热解温度为150～300℃、所述全面炭化温度为300～450℃。

4.根据权利要求1所述的一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统，其特征在于：进入燃烧器中作为自热燃料的油气比例为30％～100％，所述富氧燃烧控制氧气浓度为30％～100％。

5.根据权利要求1所述的一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统，其特征在于：所述高温烟气的温度控制在400～700℃之间。

6.根据权利要求1所述的一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统，其特征在于：所述热解反应器的温度控制在100～600℃，所述热解反应器中二氧化碳浓度在30％～85％之间。

7.根据权利要求1所述的一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统，其特征在于：通过人工智能精准控制热解产生的可燃气及部分焦油(冷凝前)在燃烧器内富氧燃烧，必要时可富氧燃烧木焦油补充热量。

8.根据权利要求1所述的一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统，其特征在于：以纯氧(或富氧)替代空气作为氧化剂，不仅进一步提高了热解效率，而且产生了高浓度二氧化碳。

9.根据权利要求1所述的一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统，其特征在于：将燃烧器内富氧燃烧产生的高温烟气回注热解反应器中通过不锈钢管逆向流动，间接为生物质热解供热。

10.根据权利要求1-12任一项所述的一种生物质热解炭化联产二氧化碳系统，其特征在于：在油气炭分离器中，生物炭在重力作用下统一收集后进行造粒、包装得到生物炭产品；剩余的冷凝液分成水相的醋液和油相的焦油作为热解的副产品。

技术总结本发明涉及一种生物质热解联产二氧化碳系统，包括热解炭化反应器、油气炭分离器、热解油气高效燃烧器、醋液/焦油分离器、二氧化碳分离净化器；将生物质燃料通过螺杆进料到反应器中经人工智能控制热解炭化后，将热解炭化产生的生物炭分离包装；将油气经过冷凝后富氧燃烧，产生的高温烟气回注热解反应器中供热；将冷凝的醋液及焦油分离回收，必要时也可富氧燃烧为热解反应器供热；将二氧化碳分离净化器中收集的高浓度二氧化碳回收。本发明通过人工智能精确控制生物质热解进程，并将尾气富氧燃烧为生物质热解补充供热，在热解生物质资源的同时可以回收高浓度的二氧化碳。本发明将生物质的利用过程，由零碳过程变为负碳过程，并且具有一定的经济效益。技术研发人员：常杰,杨涛,徐春明,卢春喜,刘梦溪,芮振华,刘月亮,姜弘志受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27