CN101220285B - 双滚筒式固体热载体生物质热解反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，包括带有进料管、热解气出口、炭粉出口和热载体出口的壳体，壳体内水平安装有反应器，反应器与进料管连通，其特征在于：反应器包括同轴安装在一起的反应滚筒和分离滚筒，反应滚筒两端敞口，分离滚筒由冲孔筛板制成，一端敞口，且分离滚筒的封闭端与由调速电机驱动旋转的驱动轴固定连接；反应滚筒内固定有内螺旋叶片，分离滚筒长于反应滚筒、并套装在反应滚筒外，且分离滚筒的封闭端与反应滚筒远离进料管的出口端留有一定距离，分离滚筒内固定有与内螺旋叶片旋向相反的螺旋叶片。本发明由于采用双滚筒式热解反应器结构，系统尺寸大为减小，且能保证反应温度，工作性能优良。
Description
技术领域
本发明提供一种双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，属于可再生能源利用技术领域。
背景技术
生物质快速热解液化技术是一种可再生能源转换技术，可以将低品质的生物质资源转化为易于管理和使用的液体燃料及化工原料。生物质快速热解液化系统通常由热源、反应器、分离装置、冷凝装置及进料出料装置等组成。生物质快速热解反应器为生物质快速热裂解液化技术的核心部件。影响生物油产率的因素有：热解温度、反应时间、加热速率、热解气的快速分离和冷却等。这些因素中生物质的快速加热起着重要作用。目前开发的反应器主要有：气流床裂解器，美国乔治亚技术研究院开发；流化床反应器，加拿大Waterloo大学的工艺为代表；喷动床裂解器，西班牙Pais Vasco大学开发；真空裂解器，加拿大Laval大学开发；漩涡烧蚀裂解器，美国太阳能研究所开发；旋转锥壳反应器，荷兰Twente大学反应工程系与BTG研究所联合研制；Z字形下降管式反应器，山东理工大学开发；三锥式齿缘型闪速热解反应器，东北林业大学开发。其中应用较多包括流化床反应器和旋转锥壳反应器以及它们的改进型。
上述所述的反应器中，气流床裂解器、流化床反应器、漩涡烧蚀裂解器、喷动床裂解器均须采用较大的载气流量，增加冷却负荷。其中流化床反应器利用生物质部分燃烧作为裂解能源，以细砂为床料，流化床配备电加热维持恒温。由预热的流化气为流化介质。热解生成的细小碳粉被流化气带出床层，在旋风分离器中分离后进入焦炭收集室。气体产物经二级冷凝为液化油。未冷凝的气体经系列过滤除去杂质，一部分经压缩回到反应器作流化气和载流气，其余部分排出系统。余热不能充分利用，还会增加冷却负荷。
旋转锥裂解反应器以石英砂为热载体，利用旋转锥壳的旋转，由离心力和摩擦力带动固体颗粒(热砂和生物质颗粒)在内部固定锥壳和外部旋转锥壳之间的缝隙中旋转上升。在此过程中，生物质被迅速裂解成蒸汽，经由导出管进入旋风分离器，分离炭后，冷凝气凝结成油。通过调解旋转锥的转速可以改变传热速率；通过调解锥壳之间的间隙可改变床容积，从而控制裂解蒸汽的停留时间。此反应器不需要载气，减小冷凝收集的气体量及装置成本，但设备运行和维修较复杂。
山东理工大学研制的“热载体循环下降管式裂解液化系统”采用的是Z字形下降管式反应器，以陶瓷球为热载体，不需要载气，热载体和生物质粉在管式反应器内反应后进入热载体、热解气、炭粉分离装置中进行分离。热解气体产物经二级冷凝为液化油。热载体的循环使用，余热充分利用，降低了冷却负荷。但下降管式反应器的尺寸较大，热载体的循环装置也随之增大。此外，下降管式反应器的反应时间是由反应管的长度及角度所决定的，调整复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、结构简单合理、能减少辐射放热、保证反应温度、工作性能优良的双滚筒式固体热载体生物质热解反应器。其技术方案为：
包括带有进料管、热解气出口、炭粉出口和热载体出口的壳体，壳体内水平安装有反应器，反应器与进料管连通，其特征在于：反应器包括同轴安装在一起的反应滚筒和分离滚筒，反应滚筒两端敞口，分离滚筒由冲孔筛板制成，一端敞口，且分离滚筒的封闭端与由调速电机驱动旋转的驱动轴固定连接；反应滚筒内固定有内螺旋叶片，分离滚筒长于反应滚筒、并套装在反应滚筒外，且分离滚筒的封闭端与反应滚筒远离进料管的出口端留有一定距离，分离滚筒内固定有与内螺旋叶片旋向相反的螺旋叶片。
所述的双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，冲孔筛板的筛孔尺寸长5-10mm，宽1.5-2mm。
所述的双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，内螺旋叶片采用双头齿形连续、或者间断的螺旋叶片。
所述的双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，进料管安装在壳体上，其出口端与反应滚筒进料端连通，热解气出口安装在壳体上且位于反应器的上方。
所述的双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，炭粉出口呈锥状，承接于分离滚筒的下方，热载体出口位于分离滚筒敞口端的下方。
所述的双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，分离滚筒的封闭端与驱动轴经固定盘固定连接，驱动轴经轴承安装在轴承座上，轴承座与壳体固定连接。
其工作原理为：高温(600-900℃)固体颗粒(陶瓷球)热载体与生物质粉一道经过进料管喂入内螺旋式反应滚筒。反应滚筒和分离滚筒为一体结构，由调速电机通过驱动轴带动旋转，高温热载体与生物质粉在内螺旋叶片的推动下沿反应滚筒水平流动并混合。在绝氧的情况下，生物质粉在反应滚筒中被高温热载体迅速加热至450℃以上，并热解成为热解气体和残碳。热载体和残炭等的混合物从反应滚筒流出后进入分离滚筒，炭粉通过筛孔落下，经炭粉出口排出，可以作为热源利用。由于热载体直径大于筛孔的宽度，继续留在分离滚筒内，在螺旋叶片的推动下水平向分离滚筒敞口端流动，流出分离滚筒，并经由热载体出口进入循环系统再利用。热解气和粉尘经热解气出口被引风机吸入后续的除尘分离及冷激装置，净化后的热解气被冷凝为液体生物油流入贮油罐中，不可凝气体排出。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、采用双滚筒式热解反应器结构，将反应滚筒与分离滚筒设计为一体，使整个系统的尺寸大为减小；
2、反应滚筒在内，分离滚筒在外，可以减少辐射放热，保证反应温度；
3、通过调整驱动轴的转速改变反应时间及加热速率，以适应不同生物质原料的热解要求；
4、分离滚筒采用旋转筛式分离滚筒，结构紧凑，筛分面积大，分离效果好。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是图1所示实施例A部分放大的结构示意图。
图中：1、进料管 2、热解气出口 3、炭粉出口 4、热载体出口 5、壳体 6、反应滚筒 7、分离滚筒 8、筛孔 9、轴承 10、驱动轴 11、调速电机 12、内螺旋叶片 13、螺旋叶片 14、密封套 15、轴承座 16、固定盘
具体实施方式
在图1～2所示的实施例中：壳体5上设有进料管1、热解气出口2、炭粉出口3和热载体出口4，壳体5内水平安装有反应器，反应器包括同轴安装在一起的反应滚筒6和分离滚筒7，反应滚筒6两端敞口，其一端与进料管1的出料口连通，分离滚筒7由冲孔筛板制成，冲孔筛板上的筛孔尺寸长5-10mm，宽1.5-2mm，分离滚筒7一端敞口，一端封闭，且其封闭端与驱动轴10经固定盘16固定连接，驱动轴10经轴承9安装在轴承座15上并由调速电机11驱动，轴承座15与壳体5固定连接；反应滚筒6内固定有双头内螺旋叶片12，分离滚筒7长于反应滚筒6、并套装在反应滚筒6外，且分离滚筒7的封闭端与反应滚筒6远离进料管1出料口的端部留有一定距离，便于热载体从反应滚筒6由此进入分离滚筒7内，分离滚筒7内固定有与双头内螺旋叶片12旋向相反的螺旋叶片13。进料管1安装在壳体5上，其出口端与反应滚筒6的进料端连通，热解气出口2安装在壳体5上且位于分离滚筒7的上方。炭粉出口3呈锥状，承接于分离滚筒7的下方，热载体出口4位于分离滚筒7敞口端的下方。
Claims (6)
1.一种双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，包括带有进料管(1)、热解气出口(2)、炭粉出口(3)和热载体出口(4)的壳体(5)，壳体(5)内水平安装有反应器，反应器与进料管(1)连通，其特征在于：反应器包括同轴安装在一起的反应滚筒(6)和分离滚筒(7)，反应滚筒(6)两端敞口，分离滚筒(7)由冲孔筛板制成，一端敞口，且分离滚筒(7)的封闭端与由调速电机(11)驱动旋转的驱动轴(10)固定连接；反应滚筒(6)内固定有内螺旋叶片(12)，分离滚筒(7)长于反应滚筒(6)、并套装在反应滚筒(6)外，且分离滚筒(7)的封闭端与反应滚筒(6)远离进料管(1)的出口端留有一定距离，分离滚筒(7)内固定有与内螺旋叶片(12)旋向相反的螺旋叶片(13)。
2.如权利要求1所述的双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，其特征在于：冲孔筛板的筛孔(8)尺寸长5-10mm，宽1.5-2mm。
3.如权利要求1所述的双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，其特征在于：内螺旋叶片(12)采用双头齿形连续、或者间断的螺旋叶片。
4.如权利要求1所述的双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，其特征在于：进料管(1)安装在壳体(5)上，其出口端与反应滚筒(6)进料端连通，热解气出口(2)安装在壳体(5)上且位于反应器的上方。
5.如权利要求1所述的双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，其特征在于：炭粉出口(3)呈锥状，承接于分离滚筒(7)的下方，热载体出口(4)位于分离滚筒(7)敞口端的下方。
6.如权利要求1所述的双滚筒式固体热载体生物质热解反应器，其特征在于：分离滚筒(7)的封闭端与驱动轴(10)经固定盘(16)固定连接，驱动轴(10)经轴承(9)安装在轴承座(15)上，轴承座(15)与壳体(5)固定连接。
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