發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及催化裂化裝置與回轉(zhuǎn)爐耦合的生物質(zhì)熱解系統(tǒng)及生產(chǎn)生物天然氣的方法，屬于石油煉制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、生物質(zhì)能是由植物的光合作用產(chǎn)生的。生物質(zhì)能夠?qū)⑻柲芪?、?chǔ)藏在其自身內(nèi)，并轉(zhuǎn)化為自身的化學(xué)能。以往統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，生物質(zhì)能總儲(chǔ)量列在所有能源儲(chǔ)量的第4位，每年消耗的生物質(zhì)能占世界能源總消耗量的14％。相對于其它可再生能源，生物質(zhì)能是唯一可以產(chǎn)生氣體和液體產(chǎn)物的能源，生物油經(jīng)過提質(zhì)后可以有效的作為石油資源的補(bǔ)充，有效的補(bǔ)充石油資源的利用。

2、我國生物質(zhì)資源十分豐富，生物質(zhì)能可以直接燃燒，但是這樣直接燃燒的方式往往只是單一的利用了生物質(zhì)燃燒過程中產(chǎn)生的熱量，未能夠充分的將生物質(zhì)能完全利用，造成了生物質(zhì)能的浪費(fèi)，同時(shí)也未能滿足當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展和人類清潔化利用能源的需要。而且，當(dāng)前利用的生物質(zhì)資源主要是農(nóng)林業(yè)生物質(zhì)，其生長具有周期性，儲(chǔ)存占地面積大且易受潮腐爛，給實(shí)際的連續(xù)工業(yè)應(yīng)用原料的供給造成了很大的不便。因此，采用清潔高效的生物質(zhì)能利用技術(shù)，直接將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為易儲(chǔ)存利用的生物天然氣，符合市場的需要。

3、目前，生態(tài)環(huán)境與化石能源的矛盾日益加劇，開發(fā)和利用可再生的、新型的清潔能源顯得十分迫切。生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用方式多種多樣，主要有如下的三大類：物理轉(zhuǎn)換技術(shù)、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)、生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)。物理轉(zhuǎn)換技術(shù)主要是壓縮成型技術(shù)，經(jīng)過壓縮成型技術(shù)轉(zhuǎn)換后的生物質(zhì)原料密度增大、強(qiáng)度增加和粒度均勻性的提高，使得生物質(zhì)能的儲(chǔ)存和運(yùn)輸更加方便，該方法處理的生物質(zhì)主要用于直接燃燒。熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的主要目的是獲得木炭、生物質(zhì)燃油和生物天然氣體等高品位能源的產(chǎn)物。該方法以生物質(zhì)直接放入設(shè)備內(nèi)進(jìn)行燃燒為主，直接燃燒或與煤炭等礦物質(zhì)一起進(jìn)行混合燃燒，產(chǎn)生的能量再進(jìn)行利用，該方法獲得的生物質(zhì)燃料油、生物天然氣等不能存儲(chǔ)，必須即產(chǎn)即用。

4、生物質(zhì)熱解技術(shù)是熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的一種，熱解是指在沒有氧氣存在的情況下，生物質(zhì)吸熱大分子斷裂生成小分子的過程。熱解的目的是得到生物天然氣、生物油和生物炭，熱解能夠有效充分的將低能量密度的生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為高能量密度的氣、液、固三態(tài)產(chǎn)物，有很高的能源產(chǎn)出比。因此，開發(fā)利用生物質(zhì)能，是能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的重要內(nèi)容，是改善環(huán)境質(zhì)量、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要任務(wù)。

5、催化裂化技術(shù)是一種成熟的石油二次加工技術(shù)，在投資、操作費(fèi)用、技術(shù)可靠程度、原料適應(yīng)性和轉(zhuǎn)化深度、投資回收率等方面都具有優(yōu)勢。催化裂化典型工藝由反應(yīng)-再生、分餾、吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)組成，使用分子篩催化劑，流化床操作，催化劑經(jīng)燒焦恢復(fù)活性后循環(huán)使用。

6、生物質(zhì)熱解是吸熱反應(yīng)，是生物質(zhì)吸熱大分子斷裂生成小分子的過程。催化裂化催化劑在再生器內(nèi)再生過程中產(chǎn)生過剩熱量，除滿足催化裂化反應(yīng)需熱外，通常采用外取熱器將熱量取走，以此滿足催化裂化反應(yīng)-再生系統(tǒng)的熱平衡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、熱解是指在沒有氧氣存在的情況下，生物質(zhì)吸熱大分子斷裂生成小分子的過程。熱解的目的是得到生物油、生物炭和生物氣三種高值化產(chǎn)物，熱解能夠有效充分的將低能量密度的生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為高能量密度的氣、液、固三態(tài)產(chǎn)物，有很高的能源產(chǎn)出比。

2、本發(fā)明是利用催化裂化再生器中的催化劑作為生物質(zhì)熱解熱源，在回轉(zhuǎn)爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)熱解，熱解產(chǎn)物通過催化裂化裝置原有的反應(yīng)-再生、分餾系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)處理，實(shí)現(xiàn)催化裂化裝置與回轉(zhuǎn)爐耦合工藝處理生物質(zhì)，并最終生產(chǎn)生物天然氣。

3、一方面，本發(fā)明提供催化裂化裝置與回轉(zhuǎn)爐耦合的生物質(zhì)熱解系統(tǒng)，所述生物質(zhì)熱解系統(tǒng)包括催化裂化沉降器、催化裂化再生器、催化裂化分餾塔、回轉(zhuǎn)爐、冷凝冷卻器和閃蒸塔；所述催化裂化沉降器、催化裂化再生器與回轉(zhuǎn)爐經(jīng)管路連通；回轉(zhuǎn)爐具有氣固分離的沉降室，沉降室具有熱解產(chǎn)物氣相出口和熱解產(chǎn)物固相出口；所述熱解產(chǎn)物氣相出口依次連通冷凝冷卻器、閃蒸塔、催化裂化分餾塔；所述熱解產(chǎn)物固相出口連通催化裂化沉降器。

4、作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述回轉(zhuǎn)爐具有進(jìn)料端和出料端，催化裂化再生器與回轉(zhuǎn)爐的進(jìn)料端連通，沉降室位于回轉(zhuǎn)爐的出料端。

5、本發(fā)明中的催化裂化裝置是石油二次加工技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)、通用的裝置，通常包括催化裂化沉降器、催化裂化再生器和催化裂化分餾塔，具體結(jié)構(gòu)不做限定，優(yōu)選采用流化催化裂化裝置。

6、石油二次加工技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，催化裂化沉降器、催化裂化再生器和催化裂化分餾塔是常規(guī)、通用的設(shè)備，是催化裂化裝置的主要組成部件，具體結(jié)構(gòu)不做限定。

7、可選地，所述回轉(zhuǎn)爐為圓筒結(jié)構(gòu)，兩端設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)密封，筒體可沿中軸旋轉(zhuǎn)。筒體中軸與水平線有2～5°的夾角。

8、可選地，所述閃蒸塔的進(jìn)料端至塔頂設(shè)有1～10塊無溢流堰的塔板。

9、可選地，所述閃蒸塔的塔底設(shè)有攪拌裝置；攪拌裝置用于防止少量積炭催化劑沉積。

10、可選地，所述催化裂化沉降器具有水蒸氣汽提部件。

11、作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述催化裂化沉降器的的出口連通第一催化裂化再生器。

12、可選地，所述沉降室具有1～10組用于氣固分離的旋風(fēng)分離器。

13、另一方面，本發(fā)明提供采用催化裂化裝置與回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行熱解生物質(zhì)生產(chǎn)生物天然氣的方法，生物質(zhì)與來自催化裂化裝置的再生催化劑在回轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行催化熱解反應(yīng)，得固相的熱解產(chǎn)物和氣相的熱解產(chǎn)物；所述氣相的熱解產(chǎn)物經(jīng)閃蒸后得氣相物和液相物；液相物至回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，循環(huán)進(jìn)行催化熱解反應(yīng)；所述氣相物為生物天然氣。閃蒸塔內(nèi)的液相物主要成分是液相的生物油，還含有少量的水。

14、可選地，所述氣相物包括：h2、c1～c4的烴類。

15、優(yōu)選，氣相的熱產(chǎn)物經(jīng)冷凝冷卻后再進(jìn)入閃蒸塔進(jìn)行閃蒸。

16、可選地，所述氣相物經(jīng)閃蒸塔頂部升壓后進(jìn)入催化裂化分餾塔，將c1～c4的烴類進(jìn)行分餾。

17、可選地，所述液相物由閃蒸塔底部進(jìn)入回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，循環(huán)進(jìn)行催化熱解反應(yīng)。

18、可選地，所述固相的熱解產(chǎn)物送至催化裂化裝置的催化裂化沉降器內(nèi)經(jīng)水蒸汽汽提后送至催化裂化再生器燒去積炭，作為再生催化劑循環(huán)使用。

19、可選地，所述回轉(zhuǎn)爐為圓筒結(jié)構(gòu)，兩端設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)密封，筒體中軸與水平線有2～5°的夾角，筒體沿中軸旋轉(zhuǎn)。

20、可選地，所述液相物包括生物油和水；所述生物油包括c5～c30的烴類和c5～c30的含氧有機(jī)化合物。

21、可選地，所述再生催化劑來自催化裂化再生器。

22、可選地，所述再生催化劑的溫度為650～750℃。

23、可選地，所述生物質(zhì)的顆粒粒徑為1～10mm，含水0～20wt％。

24、可選地，所述再生催化劑的用量為生物質(zhì)的5～10倍。

25、可選地，當(dāng)回轉(zhuǎn)爐內(nèi)有所述液相物時(shí)，所述再生催化劑的用量為生物質(zhì)和液相物總質(zhì)量的5～10倍。

26、可選地，所述旋風(fēng)分離器入口的氣相速度為15～25m/s。

27、可選地，所述回轉(zhuǎn)爐內(nèi)的反應(yīng)條件包括：壓力為5～10kpa(g)；催化熱解反應(yīng)的時(shí)間為60～120分鐘。

28、可選地，所述閃蒸的氣液分離的條件(閃蒸塔內(nèi)的條件)包括：溫度40～60℃，壓力5～10kpa(g)。

29、可選地，所述氣相物經(jīng)閃蒸塔頂部升壓后進(jìn)入催化裂化分餾塔進(jìn)行分餾的的條件包括：溫度40～60℃，壓力0.10～0.25mpa(g)。

30、可選地，所述固相的熱解產(chǎn)物進(jìn)入催化裂化沉降器后進(jìn)行蒸汽汽提，所述蒸汽汽提的條件包括：固相的熱解產(chǎn)物溫度為400～550℃、壓力0.12～0.25mpa(g)；蒸汽溫度250～350℃、壓力0.3～0.8mpa(g)，蒸汽用量為固相的熱解產(chǎn)物質(zhì)量的3％～5％。

31、可選地，所述固相的熱解產(chǎn)物在催化裂化沉降器內(nèi)經(jīng)水蒸汽汽提后送至催化裂化再生器燒去積炭，作為再生催化劑循環(huán)使用。

32、本發(fā)明公開的催化裂化裝置與回轉(zhuǎn)爐耦合的生物質(zhì)熱解系統(tǒng)，利用催化裂化裝置再生催化劑作為熱源，將再生催化劑引入生物質(zhì)熱解反應(yīng)器回轉(zhuǎn)爐內(nèi)。在回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，催化劑與生物質(zhì)進(jìn)行熱解反應(yīng)。生成熱解產(chǎn)物氣相和熱解產(chǎn)物固相。熱解產(chǎn)物氣相經(jīng)冷凝冷卻后進(jìn)入閃蒸塔，閃蒸塔頂部的氣相經(jīng)升壓后進(jìn)入催化裂化分餾塔；閃蒸塔底部的液相生物油送至回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，循環(huán)進(jìn)行熱解。熱解產(chǎn)物固相送至催化裂化裝置沉降器內(nèi)，經(jīng)水蒸汽汽提后送至催化裂化再生器燒去積炭，作為再生催化劑循環(huán)使用。

33、與固定床、回轉(zhuǎn)爐生物質(zhì)單獨(dú)熱解方法相比，生物質(zhì)單獨(dú)熱解需要添加3～10％的活性al2o3等催化劑，才能獲得生物天然氣，這些al2o3催化劑與生物炭混在一起，致使生物炭無法充分利用，如催化劑再生燒去生物炭，造成生物炭的熱量損失。本發(fā)明將催化裂化裝置與回轉(zhuǎn)爐耦合進(jìn)行生物質(zhì)熱解，可以提高催化劑的用量至生物質(zhì)量的5～10倍，有利于多產(chǎn)生物天然氣，解決催化劑再生問題，且催化劑再生時(shí)放出的熱量由催化裂化再生器的外取熱系統(tǒng)回收，或可以補(bǔ)充催化裂化再生系統(tǒng)需熱，有效利用了生物炭熱量。本發(fā)明還有效解決常規(guī)生物質(zhì)熱解生物油產(chǎn)率高，生物油利用率低的問題。

34、與流化床生物質(zhì)熱解方法相比，本發(fā)明將催化裂化裝置與回轉(zhuǎn)爐耦合進(jìn)行生物質(zhì)熱解，節(jié)省了生物質(zhì)單獨(dú)熱解裝備的投資和運(yùn)行費(fèi)用。