CN102071034B - 超热喷射生物质热解系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超热喷射生物质热解系统，涉及到一种生物质热解系统，包括进样装置，反应装置和冷凝装置，所述进样装置包括进气管和脉冲阀，所述脉冲阀依靠阀体前后的压力差来释放脉冲气流，流速可达数百米每秒，气流快速通过高温下的硅碳管，避免发生二次热解反应，反应装置包括硅碳管，石墨电极和铝防辐射罩，石墨电极接通电压后硅碳管内快速升温（温度区间为298K-1800K），所述冷凝装置主要是一个真空腔，依靠气流的绝热膨胀迅速降温；进样装置，反应装置和冷凝装置通过法兰盘连接成直通路形状；本发明提供的超热喷射生物质热解系统，升温速率快，冷却效果好。

Description

超热喷射生物质热解系统
技术领域
本发明涉及可再生能源利用领域，特别涉及到一种生物质热解系统。
背景技术
生物质热解技术已经成为现阶段新能源开发研究的重点技术。与此同时，生物质热解装置也经历了快速的发展。90年代，Twente大学开发了旋转锥反应器。它通过加热的旋转锥产生离心力驱动热砂和生物质，其中砂作为热量传递的媒介，将燃烧室中的热能传递给生物质。此种反应器体型庞大，系统复杂不利于实验室研究。实验室用小型热解装置主要采用电炉加热，这种装置将反应器（或反应管）置于电炉中，利用炉内高温辐射给反应器能量，将样品加热到预定热解温度。这种方式的缺陷是：电炉升温慢，反应器温度与炉内壁温度不一致。2008年浙江大学设计了氙灯加热热解装置，此装置将氙灯发出的强热流光通过凹镜聚焦（约5毫米光斑）在石英玻璃管上来加热生物质原料，并配置液氮冷凝。工作时先将原料置于石英玻璃管中。此装置能满足快速升温，快速冷凝的要求。但由于无法连续进样，故不能连续工作。
因此急需一种既能快速升温快速冷凝，又能连续进样的生物质热解系统。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出一种既能快速冷凝，又能连续进样的生物质热解系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的提供的超热喷射生物质热解系统，包括进样装置、反应装置和冷凝装置；
所述进样装置，用于将载气生物质粉末输送到的反应装置；
所述反应装置，对生物质粉末进行瞬间热解；
所述冷凝装置设置有真空腔，用于接收生物质粉末热解后所产生的气流，并在通过气流在真空腔内进行绝热膨胀而迅速降温。
进一步，所述进样装置包括进气管和脉冲阀，所述进气管与脉冲阀相连，所述脉冲阀将从进气管输送来的载气生物质粉末喷射入反应装置；
进一步，所述反应装置包括与脉冲阀连接的加热管道，所述加热管道对从脉冲阀喷射入的生物质粉末进行瞬间热解；
进一步，所述反应装置的加热管道包括硅碳管和至少两个石墨电极，所述脉冲阀与硅碳管连接；所述石墨电极与所述硅碳管电连接组成发热体元件，所述硅碳管是经过碳化硅原料经加工制坯、高温硅化、再结晶而成的棒状非金属高温电热组件，适合高温伴有强烈化学反应的实验环境；
进一步，所述反应装置还包括防辐射罩，所述防辐射罩设置在硅碳管外部，所述防辐射罩为铝防辐射罩；
进一步，所述脉冲阀的脉冲阀出口通过法兰盘I与硅碳管一端连接，所述硅碳管的另一端为渐缩喷管，使氦气流开始膨胀加速并降温，所述硅碳管的另一端通过法兰盘II与冷凝装置连接，所述冷凝装置主要是一个真空腔，依靠气流的绝热膨胀迅速降温；
进一步，所述进样装置采用脉冲方式将载气携带生物质粉末喷射入反应装置；所述脉冲阀依靠阀体前后的压力差释放携带生物质粉末的脉冲气流（氦气），流速可达数数百米每秒，气流快速通过高温下的硅碳管，避免发生二次热解反应；
进一步，所述硅碳管出口处为渐缩喷管结构；
进一步，所述石墨电极在硅碳管上通过滑动方式来调节硅碳管通电电阻长度，所述石墨电极接通电源后硅碳管内快速升温（温度区间为298K-1800K）将生物质粉末瞬间热解；所述生物质粉末细度在100微米以下；所述生物质粉末与载气的混合率在1/1000至1/10000之间；
进一步，还包括将进样装置和反应装置罩于其中的用于保护脉冲阀及硅碳管的冷却器，所述冷却器上设置进水入口和排水出口；
进一步，所述冷却器为通冷凝水的空腔不锈钢外罩。
本发明的优点在于：
1.本发明提供的热喷射生物质热解系统由于采用的脉冲阀是根据阀体前后的压力差来释放脉冲气流，气流在硅碳管中进一步加速，流速可达数百米每秒，气流快速通过高温下的硅碳管，避免发生二次热解反应；
2.由于反应装置采用硅碳管和石墨电极，所以石墨电极接通电压后硅碳管内快速升温（温度区间为298K-1800K）；
3.由于冷凝装置是一个真空腔，利用气流的绝热膨胀而迅速降温。
本发明的其它优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
本发明另外的目的和优点将从下面参考附图对实施例进行的详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1为超热喷射生物质热解系统的结构示意图；
图2为超热喷射生物质热解系统中脉冲阀与硅碳管连接放大图；
图3为超热喷射生物质热解系统中硅碳管出口处A渐缩喷管结构图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
参见图1为超热喷射生物质热解系统的结构示意图；图2为超热喷射生物质热解系统中脉冲阀与硅碳管连接放大图，对本发明的优选实例进行详细的描述。
如图所示，本发明提供的超热喷射生物质热解系统，包括进样装置、反应装置和冷凝装置；所述进样装置包括进气管1和脉冲阀2，所述进气管1与脉冲阀2相连，所述脉冲阀2将从进气管1输送来的载气生物质粉末喷射入反应装置；
所述反应装置包括与脉冲阀2连接的加热管道，所述加热管道对从脉冲阀2喷射入的生物质粉末进行瞬间热解；
所述冷凝装置9设置有与加热管道相连的真空腔，从加热管道输送来的气流在真空腔内发生绝热膨胀而迅速降温。
作为本发明的进一步改进，反应装置的加热管道包括硅碳管5和至少两个石墨电极6，所述脉冲阀2与硅碳管5连接；所述石墨电极6与所述硅碳管5电连接组成发热体元件，所述硅碳管是经过碳化硅原料经加工制坯、高温硅化、再结晶而成的棒状非金属高温电热组件，适合高温伴有强烈化学反应的实验环境。
作为本发明的进一步改进，所述反应装置还包括铝防辐射罩7，所述铝防辐射罩7设置在硅碳管5外部。
作为本发明的进一步改进，所述脉冲阀2的脉冲阀出口3通过法兰盘I4与硅碳管5一端连接，所述硅碳管5的另一端通过法兰盘II8与冷凝装置9连接，所述冷凝装置9是一个真空腔，依靠气流的绝热膨胀迅速降温，温度能降至0℃以下。
作为本发明的进一步改进，所述进样装置采用脉冲方式将载气携带生物质粉末喷射入反应装置，所述脉冲阀依靠阀体前后的压力差释放携带生物质粉末的脉冲气流（氦气），气流快速通过高温下的硅碳管，避免发生二次热解反应。
图3为超热喷射生物质热解系统中硅碳管出口处A渐缩喷管结构图；作为本发明的进一步改进，硅碳管5出口处A为渐缩喷管结构；
作为本发明的进一步改进，热解系统中的石墨电极6在硅碳管5上通过滑动方式来调节硅碳管通电电阻长度，所述石墨电极接通电源后硅碳管内快速升温（温度区间为298K-1800K）将生物质粉末瞬间热解；生物质粉末细度在100微米以下；生物质粉末与载气的混合率在1/1000至1/10000之间。
作为本发明的进一步改进，超热喷射生物质热解系统还包括将进样装置和反应装置罩于其中的冷却器，该冷却器为通冷凝水的空腔不锈钢外罩10，该空腔不锈钢外罩10用来保护脉冲阀2和硅碳管5，并且在冷却器上设置有进水入口12和排水出口11，工作时，从入口12处进水，出口11处排水。
本热解系统采用氦气为保护气，工作时，先接通硅碳管5电源升温至工作温度（298K至1800K），氦气携带生物质粉末通过进气管1进入脉冲阀2，由于阀门关闭气流处于正压状态（0.1MPa至0.15MPa）。脉冲阀2接收到一个脉冲，阀门打开，载气携带生物质粉以射流的形式喷入硅碳管5，生物质粉在硅碳管5内瞬间热解，热解产物跟随气流喷入冷凝装置9内绝热膨胀冷凝，气体产物由真空泵抽走，固体及液体产物留在真空腔9中，取出后可提纯分离。
本超热喷射生物质热解系统脉冲阀出口直径2mm，硅碳管长30mm，内径2mm，外径10mm，硅碳管出口直径1mm，冷凝装置长1m。
最后说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.超热喷射生物质热解系统，包括进样装置、反应装置和冷凝装置；
所述进样装置，用于将载气生物质粉末输送到反应装置；
所述反应装置，对生物质粉末进行瞬间热解；
其特征在于：所述冷凝装置(9)设置有真空腔，用于接收生物质粉末热解后所产生的气流，并通过气流在真空腔内进行绝热膨胀而迅速降温；
所述进样装置包括进气管(1)和脉冲阀(2)，所述进气管(1)与脉冲阀(2)相连，所述脉冲阀(2)将从进气管(1)输送来的载气生物质粉末喷射入反应装置；
所述反应装置包括与脉冲阀(2)连接的加热管道，所述加热管道对从脉冲阀(2)喷射入的生物质粉末进行瞬间热解；
所述反应装置的加热管道包括硅碳管(5)和至少两个石墨电极(6)，所述脉冲阀(2)与硅碳管(5)连接；所述硅碳管(5)与冷凝装置(9)连接；所述石墨电极(6)与所述硅碳管(5)电连接组成发热体元件；
所述硅碳管(5)出口处为渐缩喷管结构；
所述石墨电极(6)以滑动调节电阻方式设置在硅碳管(5)上。
2.根据权利要求1所述的超热喷射生物质热解系统，其特征在于：所述反应装置还包括防辐射罩(7)，所述防辐射罩(7)设置在硅碳管(5)外部。
3.根据权利要求1所述的超热喷射生物质热解系统，其特征在于：所述脉冲阀(2)的脉冲阀出口(3)通过法兰盘I(4)与硅碳管(5)一端连接，所述硅碳管(5)的另一端通过法兰盘II(8)与冷凝装置(9)连接。
4.根据权利要求1所述的超热喷射生物质热解系统，其特征在于：还包括将进样装置和反应装置罩于其中的冷却器，所述冷却器上设置进水入口(12)和排水出口(11)。
5.根据权利要求4所述的超热喷射生物质热解系统，其特征在于：所述冷却器为通冷凝水的空腔不锈钢外罩(10)。
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