CN100510007C - 农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备 - Google Patents

Abstract

一种化工机械技术领域的农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备。本发明包括：贫氧气体发生装置、喂入装置、流化床反应器、产物收集装置、温度控制设备。连接关系为：贫氧气体发生装置与流化床反应器通过管路相连；喂入装置通过垂直贯穿于流化床反应器器壁底部的圆管焊接在流化床反应器上，流化床反应器与喂入装置共同焊接在一个基座上；产物收集装置与流化床反应器通过法兰盘连接，温度控制设备通过线路与流化床反应器、贫氧气体发生装置相连。本发明不仅降低了试验成本，而且解决了物料在进入反应器前局部受热结焦的难题，为农林业有机废弃物热裂解建模提供了可能。

Description

农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备

技术领域

本发明涉及的是一种化工机械技术领域的设备，具体的说，涉及的是一种农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备。

背景技术

农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油技术已经成为生物质能利用的一个主要途径。相应的热裂解制取燃料油装置有多种形式，但由于结构复杂，制造设备工艺难度大、成本高，使其应用受到限制。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为；02112008.0，名称为：生物质整合式热裂解分级制取液体燃料装置，该专利自述为：采用旋风分离器和炭过滤器组合而成，达到有效回收炭和清洁挥发份；组合式给料装置保证顺利给料；采用变截面流化床反应器，保证了生物油的产率；炭燃烧炉和反应器换热器组成自供热系统，有效利用自供热系统所产生的余热。利用流化床气固相传热强烈和热流强度大等优点实现生物质的闪速升温和挥发份的快速析出及固体炭的回收利用。所用气源由工业用氮气瓶提供。该项技术的不足之处在于：在气力输送条件下，组合式给料装置不能保证实验进行时向反应器内匀速给料；不能为生物质热裂解建模提供依据；以氮气瓶作为载气来源，直接提高了每次试验的成本，不能为工厂化生产所借鉴。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备，使其具有结构简单、实用、试验成本低的特点，并能为热裂解建模提供可靠依据、对热裂解行为进行定量分析。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：贫氧气体发生装置、喂入装置、流化床反应器、产物收集装置、温度控制设备。连接关系为：贫氧气体发生装置与流化床反应器通过管路相连；喂入装置通过垂直贯穿于流化床反应器器壁底部的圆管焊接在流化床反应器上，流化床反应器与喂入装置共同焊接在一个基座上；产物收集装置与流化床反应器通过法兰盘连接，温度控制设备通过线路与流化床反应器、贫氧气体发生装置相连。

贫氧气体发生装置包括空气压缩机、贫氧气体发生器、储气罐。空气压缩机通过耐压橡胶管与贫氧气体发生器相连，贫氧气体发生器经金属管路和法兰盘与储气罐连接。

喂入装置包括进料仓、进料器、冷凝水套、变速箱、电机。进料仓及冷凝水套焊接在进料器上，电机与进料器由卡套连接起来。变速箱与电机以轴连接。

作为本套设备的关键组成部分的流化床反应器包括热裂解反应室、载气预热室、测温孔、外进气口、内进气口、排气口、气体分布板。热裂解反应室是一圆柱体无缝钢管，两端焊接法兰盘，配有相同规格的法兰盘顶盖，顶盖上设置排气口(焊接在法兰盘上)，管壁上同一条母线上按高度不同设置测温孔。载气预热室是以无缝钢为材质，由一圆柱体与一圆锥体焊接而成，内部中空，圆锥体锥顶方向朝下。圆柱体上端焊接法兰盘，其规格与热裂解反应室两端的法兰盘规格相同，器壁上设置测温孔。圆柱体一侧焊接一水平贯穿钢管，进入圆柱体内一端密封，另一端为外进气口；钢管在位于圆柱体轴线处开一缺口即为内进气口，位置在钢管下方。热裂解反应室与载气预热室以法兰盘连接，使用螺栓固定，此处法兰盘间设置气体分布板。法兰盘间的连接使用石棉垫圈密封。

从热传递角度分析，流化床反应器一部分是惰性载气的预热部分，一部分是废弃物热裂解发生反应的区域。在流化床体设置多个测温点，配备相应的分段式陶瓷电加热套，更易于反应温度的控制。变径的流化床反应器不仅能实现床内反应物的良好流态化，而且使整个热裂解空间处于相同的温度域内，为废弃物热裂解建模创造了条件。

产物收集装置包括旋风分离器、集炭箱、冷凝器和集油器。旋风分离器与集炭箱焊接在一起，旋风分离器与冷凝器由耐高温管路连接，冷凝器与集油器以胶塞连接。冷凝器由导热性能良好的紫铜制成，实现了快速冷凝的效果。这有助于燃料油产率的提高。

温度控制设备包括PID温度控制器、热传感器、陶瓷电加热套。PID温度控制器一端与电源相连，另一端与热传感器、陶瓷电加热套相连，构成两个完整的回路。热传感器一端与PID温度控制器相连，另一端与各自回路中的温度待测部件相连。陶瓷电加热套通过导线直接与PID温度控制器相连。

本发明中，贫氧气体发生装置为农林业有机废弃物热裂解提供稳定的惰性载气。与使用工业氮气相比，这不仅降低了试验成本，而且为工厂化生产指明了方向。喂入装置不仅能保证物料匀速进入反应器，而且解决了物料在进入反应器前局部受热结焦的难题。匀速进料的实现为农林业有机废弃物热裂解建模提供了可能。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明贫氧气体发生装置结构示意图

图3为本发明喂入装置结构示意图

图4为本发明流化床反应器结构示意图

图5为本发明产物收集装置结构示意图

图6为本发明温度控制设备结构示意图

具体连接方式

如图1所示，本发明包括：贫氧气体发生装置(1)、喂入装置(2)、流化床反应器(3)、产物收集装置(4)、温度控制设备(5)。贫氧气体发生装置(1)与流化床反应器(3)通过管路相连；喂入装置(2)通过垂直贯穿于流化床反应器(3)器壁底部的圆管焊接在流化床反应器3上，流化床反应器(3)与喂入装置(2)共同焊接在一个基座上；产物收集装置(4)与流化床反应器(3)通过法兰盘连接，温度控制设备(5)通过线路与贫氧气体发生装置(1)、流化床反应器(3)相连。

如图2所示，贫氧气体发生装置(1)包括：空气压缩机(6)、贫氧气体发生器(7)、储气罐(8)、压力表(9)、流量调节阀(10)、流量调节阀(11)、转子流量计(12)、流量调节阀(13)、转子流量计(14)。空气压缩机(6)经耐压管路与贫氧气体发生器(7)相连；贫氧气体发生器(7)，器壁上设置测温孔，贫氧气体发生器(7)与储气罐(8)的外延管路使用法兰盘连接，中间加入石棉垫圈密封。储气罐(8)上设置压力表(9)，外延管路中设置流量调节阀(10)，外延管路经三通阀分成两股气路，一股经流量调节阀(11)和转子流量计(12)与喂入装置(2)相连，一股经流量调节阀(13)和转子流量计(14)与流化床反应器(3)相连。

如图3所示，喂入装置(2)包括：变速箱(16)、电机(17)、进料仓(18)、进料器(19)、冷凝水套(20)。变速箱(16)与电机(17)以轴相连，具有调节电机转速的作用；进料仓(18)是密封的倒锥形料斗，垂直焊接在进料器(19)的外筒上；进料器(19)包括进料杆和外筒，进料杆置于外筒内部，外筒垂直焊接在流化床反应器(3)的器壁上；冷凝水套(20)是一空心带有进出水口的装置，与进料器(19)的外筒同心且焊接其上。

如图4所示，流化床反应器(3)包括：热裂解反应室(21)、载气预热室(22)、外进气口(23)、内进气口(24)、排气口(25)、测温孔(26)、气体分布板(27)。热裂解反应室(21)是一中空圆柱体，两端焊接法兰盘，配有相同规格的法兰盘顶盖，顶盖上设置排气口(25)，焊接在法兰盘上，流化床反应器管壁上同一条母线上按高度不同设置测温孔(26)。载气预热室(22)是由一圆柱体与一圆锥体焊接而成，内部中空，圆锥体锥顶方向朝下。圆柱体上端焊接法兰盘，其规格与热裂解反应室(21)两端的法兰盘规格相同，器壁上设置测温孔(26)。圆柱体一侧焊接一水平贯穿钢管，进入圆柱体内一端密封，另一端是外进气口(23)；钢管在位于圆柱体轴线处开一缺口，位置在钢管下方，即为内进气口(24)。热裂解反应室(21)与载气预热室(22)以法兰盘连接，使用螺栓固定，此处法兰盘间设置气体分布板(27)。

如图5所示，产物收集装置(4)包括：旋风分离器(29)、集炭箱(30)、冷凝器(31)、集油器(32)、煤气表(33)、流量调节阀(34)、气体采样口(35)。旋风分离器(29)与流化床反应器(3)在各自的外延管路上以法兰盘连接，旋风分离器(29)垂直焊接于集炭箱(30)上，旋风分离器(29)下部焊接管路与集炭箱(30)同轴心。冷凝器(31)与旋风分离器(29)以耐高温管路连接，与集油器(32)以带孔胶塞连接。在集油器的外延管路上设置煤气表(33)、流量调节阀(34)、气体采样口(35)，各部件接口出以管阀连接。

如图6所示，温度控制设备(5)包括：陶瓷电加热套(15)、陶瓷电加热套(28)、PID智能温度控制器(36)、热传感器(37)、热传感器(38)。PID智能温度控制器(36)包括空气开关、PID温度控制仪、继电器，各部分固定在电器控制箱内，以导线连接。PID温度控制器、热传感器、陶瓷电加热套共组成两个回路，对陶瓷电加热套进行加热控制。一路是由PID温度控制器(36)、热传感器(37)、紧缚在流化床反应器(3)上的陶瓷电加热套(28)组成，热传感器(37)一端的热电偶嵌入流化床反应器(3)内；另一路是由PID温度控制器(36)、热传感器(38)、紧缚在贫氧气体发生器(7)上的陶瓷电加热套(15)组成。两回路的连接关系为：PID温度控制器(36)的空气开关与电源相连，各信号转换端点与相应回路的热传感器(37)和热传感器(38)信号输出端连接，热传感器(37)和热传感器(38)信号采集端的测温探头嵌入加热体内，陶瓷电加热套(28)和陶瓷电加热套(15)经线路连接到各自回路中PID温度控制器(36)中的继电器。PID温度控制器(36)的温度控制仪连接空气开关和继电器，控制陶瓷电加热套的工作状态。

本发明运行时，首先连接好设备中各部件，将进料仓(18)填满反应原料密封，并检查气密性，向冷凝水套(20)和冷凝器(31)通入冷凝水。开启电源后，在PID智能温度控制器(36)上设定陶瓷电加热套的预加热温度值。当PID智能温度控制器(36)显示贫氧气体发生器(7)在外敷陶瓷电加热套(15)作用下温度达到设定值后，开启空气压缩机(6)，将空气打入贫氧气体发生器(7)内，除氧后的气体充入储气罐(8)。当压力表(9)显示储气罐(8)压力达到要求时，关闭空气压缩机(6)；设备运行后，当压力表(9)显示储气罐(8)压力低于设定下限时，空气压缩机(6)自动启动。当PID智能温度控制器(36)显示流化床反应器(3)在外敷陶瓷电加热套(28)作用下温度达到设定值时，通过流量调节阀(10)、流量调节阀(11)、流量调节阀(13)调节好载气流量，启动电机(17)，通过驱动进料器(19)向流化床反应器(3)内输送物料，在流化床反应器(3)内发生热裂解反应，产生的热裂解蒸汽经旋风分离器(29)，将夹带的杂质分离，沉降到集炭箱(30)中。在经冷凝器(31)对热裂解蒸汽进行冷凝，产生的燃料油被收集到集油器(32)中。未冷凝气体通过煤气表(33)测定流量，并可通过气体采样口(35)进行采样，对气体成分进行分析。

Claims (10)

1、一种农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备，包括：贫氧气体发生装置(1)、喂入装置(2)、流化床反应器(3)、产物收集装置(4)、温度控制设备(5)，其特征在于，贫氧气体发生装置(1)与流化床反应器(3)通过管路相连；喂入装置(2)通过垂直贯穿于流化床反应器(3)器壁底部的圆管焊接在流化床反应器(3)上，流化床反应器(3)与喂入装置(2)共同焊接在一个基座上，产物收集装置(4)与流化床反应器(3)通过法兰盘连接，温度控制设备(5)通过线路与贫氧气体发生装置(1)、流化床反应器(3)相连。

2、根据权利要求1所述的农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备，其特征是，贫氧气体发生装置(1)包括：空气压缩机(6)、贫氧气体发生器(7)、储气罐(8)、压力表(9)、流量调节阀(10)、流量调节阀(11)、转子流量计(12)、流量调节阀(13)、转子流量计(14)，空气压缩机(6)经耐压管路与贫氧气体发生器(7)相连，贫氧气体发生器(7)与储气罐(8)的外延管路使用法兰盘连接，中间加入石棉垫圈密封，储气罐(8)上设置压力表(9)，外延管路中设置流量调节阀(10)，外延管路经三通阀分成两股气路，一股经流量调节阀(11)和转子流量计(12)与喂入装置(2)相连，一股经流量调节阀(13)和转子流量计(14)与流化床反应器(3)相连。

3、根据权利要求1所述的农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备，其特征是，喂入装置(2)包括：变速箱(16)、电机(17)、进料仓(18)、进料器(19)、冷凝水套(20)，变速箱(16)与电机(17)以轴连接，进料仓(18)是密封的倒锥形料斗，垂直焊接在进料器(19)的外筒上，进料器(19)焊接在流化床反应器(3)的器壁上，冷凝水套(20)是一空心带有进出水口的装置，与进料器(19)的外筒同心且焊接其上。

4、根据权利要求3所述的农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备，其特征是，进料器(19)包括进料杆和外筒，进料杆置于外筒内部，外筒垂直焊接在流化床反应器(3)的器壁上。

5、根据权利要求1所述的农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备，其特征是，流化床反应器(3)包括：热裂解反应室(21)、载气预热室(22)、外进气口(23)、内进气口(24)、排气口(25)、测温孔(26)，气体分布板(27)，热裂解反应室(21)上设置排气口(25)，载气预热室(22)一侧焊接一水平贯穿钢管，另一端是外进气口(23)，载气预热室(22)内钢管下方设有内进气口(24)，热裂解反应室(21)与载气预热室(22)以法兰盘连接，使用螺栓固定，此处法兰盘间设置气体分布板(27)。

6、根据权利要求5所述的农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备，其特征是，热裂解反应室(21)是一中空圆柱体，两端焊接法兰盘，配有相同规格的法兰盘顶盖，顶盖上设置排气口(25)，管壁上同一条母线上设置测温孔(26)。

7、根据权利要求5所述的农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备，其特征是，载气预热室(22)是由一圆柱体与一圆锥体焊接而成，内部中空，圆锥体锥顶方向朝下，圆柱体上端焊接法兰盘，其规格与热裂解反应室(21)两端的法兰盘规格相同，器壁上设置测温孔(26)，圆柱体一侧焊接一水平贯穿钢管，进入圆柱体内一端密封，另一端是外进气口(23)。

8、根据权利要求1所述的农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备，其特征是，产物收集装置(4)包括：旋风分离器(29)、集炭箱(30)、冷凝器(31)、集油器(32)、煤气表(33)、流量调节阀(34)、气体采样口(35)，旋风分离器(29)与流化床反应器(3)在各自的外延管路上以法兰盘连接，旋风分离器(29)垂直焊接于集炭箱(30)上，旋风分离器(29)下部焊接管路与集炭箱(30)同轴心，冷凝器(31)与旋风分离器(29)以耐高温管路连接，与集油器(32)以带孔胶塞连接，在集油器(32)的外延管路上设置煤气表(33)、流量调节阀(34)、气体采样口(35)，各部件接口处以管阀连接。

9、根据权利要求1所述的农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备，其特征是，温度控制设备(5)包括：陶瓷电加热套(15)、陶瓷电加热套(28)、PID智能温度控制器(36)、热传感器(37)、热传感器(38)，这些部件共组成两个回路，对陶瓷电加热套进行加热控制：一路是由PID温度控制器(36)、热传感器(37)、紧缚在流化床反应器(3)上的陶瓷电加热套(28)组成，热传感器(37)一端的热电偶嵌入流化床反应器(3)内；一路是由PID温度控制器(36)、热传感器(38)、紧缚在贫氧气体发生器(7)上的陶瓷电加热套(15)组成，两回路的连接关系为：PID温度控制器(36)与电源相连，各信号转换端点与相应回路的热传感器(37)和热传感器(38)信号输出端连接，热传感器(37)和热传感器(38)信号采集端的测温探头嵌入加热体内，陶瓷电加热套(28)和陶瓷电加热套(15)经线路连接到各自回路中的PID温度控制器(36)。

10、根据权利要求9所述的农林业有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备，其特征是，PID智能温度控制器(36)包括空气开关、PID温度控制仪、继电器，各部分固定在电器控制箱内，以导线连接。

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