CN101445737B - 内燃加热旋转锥式生物质热解液化装置 - Google Patents

Abstract

内燃加热旋转锥式生物质热解液化装置，其特征是在反应器内设置两个同心锥，外锥为旋转锥，内锥是为固定锥；料筒分段设置为上段料筒和下段料筒，旋转锥的上部与下段料筒连接，上段料筒是与螺旋加料机构相连通；固定锥的上部与烟气管道相连通；固定锥的底部端面为封闭，其下部与燃烧管道切向连接；在反应器内设置多孔滤管，多孔滤管另一端引出反应器，并与处在反应器外部的旋风除尘器连通，旋风除尘器的底部输出端接集炭箱，其顶部气体出口经热解气管道接冷凝器；在冷凝器上出油口与集油箱连通，冷凝器出气口通过热解气回流管道接入热解气燃烧器。以本发明实现生物质自热式热解液化，有效提高热解副产物的利用率，降低生物质液化的总成本。

Description

内燃加热旋转锥式生物质热解液化装置

技术领域

本发明涉及热解液化装置，更具体地说是以生物质为原料的热解液化装置。

背景技术

生物质主要包括林业物质、农业废弃物、城市垃圾和畜禽粪便等。生物质是一种可再生能源，储量丰富，作为替代能源利用，可实现CO₂零排放，且其中S、N含量低，可大大减轻温室效应和环境污染。生物质热解液化是指在无氧状态下，生物质在中温、高加热速率和极短气体停留时间的条件下，将生物质直接热解，产物经快速冷却，得到高产量的液体燃料，即生物油。

目前，生物质热解液化装置研究重点是如何更好的使生物质颗粒实现高效的传热和实现自热式的热解液化。实现的方法有四种。一是直接将热解副产物即焦炭和热解气燃烧得到的高温烟气送入反应器供热。这一方法所存在的问题是：两种副产物燃烧都会产生水蒸气，水蒸气会最终随着热解气被冷凝到生物油中，从而对生物油的品质产生较大影响；燃烧尾气中一般都会有残留的氧气，氧气的存在会改变生物质的热解途径从而大大降低生物油的产率；并且燃烧生成的气体也会经历加热和冷却的工艺过程，此外，这些气体还稀释了热解产生的不可冷凝气体，使其热值大为降低，为其应用带来困难。二是利用热解副产物加热流化载体来实现热量的传递。但是，大量流化载气将稀释热解气，给热解气的冷凝收集带来很大的负面影响，而且流化载气的加热和冷凝过程能量损失严重，其用量也会受到副产物燃烧加热能力的限制。三是利用热解副产物加热载体沙子来实现热量的传递。技术难点在于对沙子的循环和温度的控制。此外，由于沙子的循环量一般都很大，其循环过程的能量消耗以及高温沙子引起的磨损都是必须考虑的问题。四是利用副产物燃烧的高温烟气在特制的反应器，如流化床的外壁空气夹层中流过，为热解反应补充提供所需热量，该方法可避免烟气对热解产物的影响，但为生物质热解传递的热量有限，热效率低。

目前，实现生物质热解液化所用的反应器主要是流化床反应器，其优点是传热速度高、颗粒停留时间短，有利于提高生物质热解产生液体燃料的效率，其严重的缺陷是对进料粒径要求严格，要进行精细的加工，这使生物质热解前的物料预处理复杂，增加了成本。

上述生物质热解液化过程中存在的缺陷，在很大程度上影响了生物质热解液化之生物质油的成本，制约了现有生物质热解液化技术的工业化应用。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种内燃加热旋转锥式生物质热解液化装置，实现生物质自热式热解液化，提高热解副产物的利用率，降低生物质液化的总成本；本发明不使用流化载气，以期避免流化载气对热解气冷凝收集的影响，以及对生物油热值、安定性和热解气热值的影响，减少能量损失；本发明不使用加热载体沙子，以期避免沙子的循环和温度的控制的技术难点，减少了能量损耗以及避免了高温沙子对热解反应器的磨损。

本发明内燃加热旋转锥式生物质热解液化装置的结构特点是在反应器的内部设置两个同心锥，外锥是绕轴旋转的旋转锥，内锥是固定不动的固定锥；料筒分段设置为上段料筒和下段料筒，旋转锥的上部与下段料筒连接，上段料筒是与螺旋加料机构相连通；固定锥的上部与烟气管道相连通；固定锥的底部端面为封闭，其下部与燃烧管道切向连接；在反应器内设置多孔滤管，多孔滤管另一端引出反应器，并与处在反应器外部的旋风除尘器连通，所述旋风除尘器的底部输出端接集炭箱，其顶部气体出口经热解气管道接冷凝器；冷凝器的循环冷凝管道上依次连接有泵和热交换器；在冷凝器上分别设置有出油口和出气口，出油口通过输油管道及出油口阀与集油箱连通，出气口接有引风机；引风机的输出口经热解气回流管道接入热解气燃烧器。

本发明的结构特点也在于：

所述反应器为矩形或为圆筒体，其底部为锥形体，排灰口为其锥形体的底口。

所述旋转锥的内表面和固定锥的外表面设置为凹凸不平的表面，并且将旋转锥设置为多孔状。

所述上段料筒是由传动机构驱动的可转动件。

在所述上段料筒与下段料筒之间采用螺纹连接，并以锁紧螺钉紧固。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明以固定锥的内腔为燃烧加热室，通过热解副产物不凝热解气在固定锥燃烧加热室内燃烧为生物质液化间接加热，实现燃烧烟气与进料的逆向运动，物料与烟气有很好的换热，充分利用烟气的热能；

2、本发明采用固定锥下部与燃烧管道切向连接，使燃烧烟气沿内锥面呈螺旋状上升，实现高效传热；

3、本发明采用旋转锥与固定锥相对转动，物料在两锥体之间作旋转向下运动，物料与锥体紧密接触并处于运动状态，有利于内锥体热量向物料传热，物料加热速率高，满足提高液化产率的要求；

4、本发明采用旋转锥与固定锥相对转动，物料在两锥体之间作旋转向下运动，对物料起到研磨破碎作用，有利于热解产物从物料颗粒中释放，减少二次裂解，提高生物油产率；

5、本发明采用旋转锥为多孔状，有利于热解气化产物及时排出旋转锥内部空间，减少热解气与裂解炭的接触时间，减少焦油二次裂解，提高生物油产率；

6、本发明采用螺纹加锁紧螺钉连接上下料筒，可以调节旋转锥与固定锥之间的间隙，对物料的种类和粒径适应性好，可降低生物质预破碎加工的能耗和成本；

7、本发明采用热解副产物热解气燃烧回流加热反应器的方式可保持较高的反应器温度，从而实现了自热式热解液化，提高了热解副产物的利用率，降低生物质液化的总成本；

8、本发明采用不凝热解气内燃间接加热，并将烟气管道的出口引出反应器外部，这一结构形式在提高反应器温度和生物质热解效率的同时，有效避免了燃烧后的烟气混入反应器内，提高了生物油热值、安定性和热解气热值，避免了烟气对热解气冷凝收集的影响，减少了能量损失；

9、本发明通过引风机将热解气从反应器中引出，减少了热解气在反应器内的滞留时间，降低了反应器内的压力，从而限制了二次裂解的发生，使生物油产率得以提高，并防止了反应器内的热解气反窜回料斗，使进料通畅，整个系统全封闭，负压操作，没有环境污染；

10、本发明采用螺旋加料机构，运转方便、稳定，可以连续运行；

11、本发明不使用流化载气，避免了流化载气对热解气冷凝收集的影响，以及对生物油热值、安定性和热解气热值的影响，减少了能量损失；

12、本发明不使用加热载体沙子，避免了沙子循环和温度控制的技术难点，减少了能量损耗以及避免了高温沙子对热解反应器的磨损；

13、本发明对物料粒径适应性好，对粒径没有严格要求，具有流化床的效率，但克服了流化床的缺点；

14、本发明装置结构紧凑，矩形或圆筒形结构降低了对材料强度的要求，在选择加工材料上更加灵活。

15、本发明间接加热，热解气没有被氮气稀释，副产物不凝热解气热值高，再回流到加热液化系统，提高了系统热效率。

16、本发明可广泛适用于各种生物质原料生产生物油，可提取和制备化学物质、气化制备合成气、水蒸气重整制氢、和化石燃料共燃、锅炉燃烧、内燃机燃烧和乳化燃烧等使用。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中标号：1螺旋加料机构、2上段料筒、3下段料筒、4反应器、5旋转锥、6固定锥、7温度指示器、8压力指示器、9反应器下锥体、10排灰口、11反应器集炭箱、12集炭箱、13旋风除尘器、14多孔滤管、15热交换器、16泵、17旁路阀门、18冷凝器、19出气口、20出油口、21集油箱、22出油阀、23引风机、24热解气回流管道、25热解气流量计、26热解气阀门、27风机、28空气流量计、29空气阀门、30热解气燃烧器、31点火器、32燃烧管道、33轴承、34带传动机构、35变频电机、36烟气管道。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步描述。

具体实施方式

参见图1，采用矩形或圆筒体形状的反应器4，在反应器4的内部设置两个同心锥，外锥是绕轴旋转的旋转锥5，内锥是固定不动的固定锥6；料筒分段设置为上段料筒2和下段料筒3，旋转锥5的上部与下段料筒3连接，上段料筒2是与螺旋加料机构1相连通；固定锥6的上部与烟气管道36相连通；固定锥6的底部端面为封闭，其下部与燃烧管道32切向连通；在反应器4内设置多孔滤管14，多孔滤管14另一端引出反应器，并与处在反应器外部的旋风除尘器13连通，旋风除尘器13的底部输出端接集炭箱12，其顶部气体出口经热解气管道24接冷凝器18；冷凝器18的循环冷凝管道上依次连接有泵16和热交换器15，并在泵16上接入旁路阀门17；在冷凝器18上分别设置有出油口20和出气口19，出油口20通过输油管道及出油口阀22与集油箱21连通；出气口19接有引风机23；引风机23的输出口接入热解气燃烧器30。

本实施例中，利用热解副产物热解气的燃烧为热解液化供热，具体是将冷凝器出气口19通过引风机23，并经热解气回流管道24接入热解气燃烧器30，引风机23出口的热解气回流管道24为燃烧管道32的供气管，热解气回流管道24与燃烧管道32的入口之间安装有热解气燃烧器30、热解气流量计25和热解气阀门26，在热解气燃烧器30内安装有点火器31。

具体实施中，相应的结构设置也包括：

在反应器4的底部承接有反应器下锥体9，排灰口10设在锥底口。

将旋转锥5的内表面和固定锥6的外表面设置为凹凸不平表面，并将旋转锥5设置为多孔状。

上段料筒2是由传动机构驱动的可转动件，相应设置轴承33和带传动机构34，由变频电机35进行驱动；在上段料筒2与下段料筒3之间采用螺纹连接，并以锁紧螺钉进行紧固。

工作过程中，生物质原料由进料斗经螺旋加料机构1均匀送入反应器，物料在经上段料筒2和下段料筒3下落，料筒连同旋转锥5在变频电机35的驱动下经带传动作旋转运动，物料下落过程中经由烟气管道36传递来的热量首先被干燥，物料喂入到两锥体之间后作旋转向下运动，并经从固定锥内转递来的热量加热发生热裂解。这种加热方式使物料与锥体紧密接触并处于运动状态，有利于内锥体热量向物料传热，物料加热速率高，满足提高液化产率的要求，另外对物料起到研磨破碎作用，有利于热解产物从物料颗粒中释放，减少二次裂解，提高生物油产率。

热解气化产物从旋转锥上的多孔及时排出旋转锥内部空间。在引风机23的抽吸下，热解气经多孔滤管进入旋风除尘器13，经旋风除尘后灰尘落入旋风除尘器13下端的集炭箱12，热解气从旋风除尘器13的顶部气体出口经热解气管道进入冷凝器18，在冷凝器18中，大部分热解气被冷凝而形成生物油，产生的生物油在冷凝器和热交换器中循环，其热量被冷却水带走，最后生物油从出油口20输油管道经出油口阀门22流入集油箱，未冷凝的热解气从冷凝器18上的出气口19经热解气管道吸入引风机23，热解气从引风机23出口排出后进入热解气回流管道24，在热解气回流管道24中经热解气流量计25和热解气阀门26进入热解气燃烧器30，助燃空气自风机27经空气流量计28和空气阀门29引入，通过点火器31点火燃烧，燃烧后的高温气体经燃烧管道切向进入固定锥6下部，高温烟气沿内锥面呈螺旋状上升，最后经烟气管道36排出反应器4。这种内燃加热的方式提高反应器温度和生物质热解效率的同时，有效避免了燃烧后的烟气混入反应器内，提高了生物油热值、安定性和热解气热值，避免了烟气对热解气冷凝收集的影响，减少了能量损失，同时也降低了生物质热解液化的总成本。反应器4内少量的灰渣在反应器4中重力沉降，最后从排灰口10落入反应器集炭箱11。

Claims (5)

1.内燃加热旋转锥式生物质热解液化装置，其特征是在反应器(4)的内部设置两个同心锥，外锥是绕轴旋转的旋转锥(5)，内锥是固定不动的固定锥(6)；料筒分段设置为上段料筒(2)和下段料筒(3)，所述旋转锥(5)的上部与下段料筒(3)连接，上段料筒(2)是与螺旋加料机构(1)相连通；固定锥(6)的上部与烟气管道(36)相连通；所述固定锥(6)的底部端面为封闭，其下部与燃烧管道(32)切向连接；在反应器(4)内设置多孔滤管(14)，多孔滤管(14)另一端引出反应器，并与处在反应器外部的旋风除尘器(13)连通，所述旋风除尘器(13)的底部输出端接集炭箱(12)，其顶部气体出口经热解气管道接冷凝器(18)；所述冷凝器(18)的循环冷凝管道上依次连接有泵(16)和热交换器(15)；在所述冷凝器(18)上分别设置有出油口(20)和出气口(19)，所述出油口(20)通过输油管道及出油口阀与集油箱(21)连通，所述出气口(19)接有引风机(23)；所述引风机(23)的输出口经热解气回流管道(24)接入热解气燃烧器(30)；具体是将冷凝器出气口(19)通过引风机(23)，并经热解气回流管道(24)接入热解气燃烧器(30)，引风机(23)出口的热解气回流管道(24)为燃烧管道(32)的供气管，热解气回流管道(24)与燃烧管道(32)的入口之间安装有热解气燃烧器(30)、热解气流量计(25)和热解气阀门(26)，在热解气燃烧器(30)内安装有点火器(31)。

2.根据权利要求1所述的内燃加热旋转锥式生物质热解液化装置，其特征是所述反应器(4)为矩形或为圆筒体，其底部为锥形体，排灰口(10)为其锥形体的底口。

3.根据权利要求1所述的内燃加热旋转锥式生物质热解液化装置，其特征是所述旋转锥(5)的内表面和固定锥(6)的外表面设置为凹凸不平的表面，并且将旋转锥(5)设置为多孔状。

4.根据权利要求1所述的内燃加热旋转锥式生物质热解液化装置，其特征是所述上段料筒(2)是由传动机构驱动的可转动件。

5.根据权利要求1所述的内燃加热旋转锥式生物质热解液化装置，其特征是在所述上段料筒(2)与下段料筒(3)之间采用螺纹连接，并以锁紧螺钉紧固。

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