CN102936507A - 一种生物质热解多联产装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物质能的利用领域，具体涉及一种生物质热解多联产的装置与方法。本发明所述的生物质热解多联产装置，包括料斗、进料系统、履带式热解反应器、气固分离系统、热解气冷凝系统、可燃气燃烧器、可燃气换热器、焦炭粉碎机、焦炭冷却出料系统；其中履带式热解反应器由钢履带、传动轴、驱动控制系统、密封反应室和蓄热体组成。生物质原料经由料斗和进料系统进入履带式热解反应器内，在钢履带上运行过程中发生热解反应，热解气经冷凝后获得液体产物与可燃气，固体焦炭经粉碎和冷却后排出。本装置以生物质热解过程中生成的可燃气为热源，提供热解反应所需的热量从而实现自热式的热解过程，并联产固体焦炭以及液体产物。
Description
技术领域
本发明属于生物质能的利用领域，具体涉及一种生物质热解多联产的装置与方法。
背景技术
生物质热解是在无氧或有限供氧条件下，使生物质受热分解而获得固液气三相产物的热化学转化过程。通过控制热解反应条件，如温度、压力、滞留时间等，可以改变三种产物的产率，以及产物的组成与结构特性，从而实现不同的生物质热解多联产过程。
生物质热解多联产技术的核心在于装置的开发，不同的装置结构直接决定了其对原料和热解反应条件的适应性：包括原料水分含量、原料尺寸、原料种类、热解温度、热解升温速率、热解气相氛围、固相和气相滞留时间、热解压力等。现阶段，国内外各单位在开发生物质热解多联产装置时，主要是基于装置对热解反应条件的适应性（瞄准产物需求）开展设计工作，以期获得特定的热解多联产产物，而没有太过关注装置对原料预处理（破碎和干燥）的适应性。实际上，原料预处理程度是决定生物质热解多联产经济性的一个重要因素。现有的大多数生物质热解多联产装置，虽然可实现热解反应条件的有效控制，但对原料的预处理程度也要求较高，导致热解技术的实施成本较高。因此，新型热解多联产装置的开发，必须同时兼顾对原料和对热解反应条件的适应性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种生物质热解多联产的装置与方法。
根据本发明的一方面，提供了一种生物质热解多联产的装置，该装置包括包括料斗、进料系统、履带式热解反应器、气固分离系统、热解气冷凝系统、可燃气燃烧器、可燃气换热器、焦炭粉碎机、焦炭冷却出料系统，其中，
料斗的出口与进料系统的入口相连，进料系统的出口与履带式热解反应器的燃料入口相连，履带式热解反应器的载气入口与可燃气换热器的燃气出口相连，履带式热解反应器的焦炭出口与焦炭粉碎机的入口相连，焦炭粉碎机的出口与焦炭冷却出料系统的入口相连，履带式热解反应器的热解气出口与气固分离系统的入口相连，气固分离系统的气体出口与热解气冷凝系统的入口相连，热解气冷凝系统的气体出口分为两路，分别与可燃气燃烧器和可燃气换热器的燃气入口相连，可燃气燃烧器的烟气出口与可燃气换热器的烟气入口相连，可燃气换热器的燃气出口与履带式热解反应器的载气入口相连。
优选地，履带式热解反应器包括钢履带、传动轴、驱动控制系统、密封反应室和蓄热体，所述钢履带置于密封反应室之内，呈环形布置，两端设置有防止物料滑落或吹走的防护栏，由耐热耐腐蚀不锈钢制成；钢履带的两端各有一个传动轴，其中一个为主动轴，另一个为从动轴，以实现钢履带的传动；从动轴完全置于密封反应室内，主动轴则与置于密封反应室之外的驱动控制系统相连，从而控制传动轴的运行速度；密封反应室内部的底部、顶部和四壁都布置有蓄热体，用于调节反应室内的温度场和流畅。优选地，所述进料系统为带式给料机、板式给料机或者螺旋给料机。
优选地，所述气固分离系统为旋风分离器。
优选地，所述热解气冷凝系统为喷雾与降膜复合冷凝系统。
优选地，所述可燃气换热器为间壁式换热器。
优选地，所述焦炭冷却出料系统为带水冷的螺旋输送器。
根据本发明的另一反面，提供了一种利用上述装置实现生物质热解多联产的方法：将生物质原料经由料斗和进料器送入履带式热解反应器内，物料在履带传输器上运行过程中，在来自可燃气燃烧换热器的高温燃气作用下，发生热解反应；高温热解气相产物经气固分离系统去除其中的固体颗粒后，进入热解气冷凝系统，经喷雾与降膜的复合冷凝后得到液体产物，不可冷凝的可燃气从出口流出后分为两路，第一路进入可燃气燃烧器，第二路进入可燃气换热器，第一路可燃气在可燃气燃烧器中燃烧获得的高温烟气进入可燃气换热器，并将进入可燃气换热器中的第二路可燃气加热，高温的可燃气进入履带式热解反应器，从而为生物质热解过程提供热量；高温热解焦炭产物则进入焦炭粉碎机，在其中被粉碎后进入焦炭冷却出料系统，经冷却后以粉末形式排出。
优选地，所述生物质原料为木质纤维素类生物质。
优选地，所述履带式热解反应器中的反应温度为300-500℃，固相滞留时间为5-120min。
优选地，所述履带式热解反应器中的履带传输器的运行速度为2-50m/h。
优选地，所述可燃气燃烧器中的可燃气与空气燃烧的过量空气系数为1.0~1.2。
优选地，所述可燃气换热器中的可燃气出口温度为550~900℃。
本发明的有益效果为：
本发明所述的生物质热解多联产装置，是基于履带传输器实现生物质原料的输运和热解反应，具有以下几方面的优点：（1）对原料尺寸的适应性强，生物质原料无需粉碎即可直接送入履带式热解反应器中完成热解过程，因此无直接粉碎能耗；生物质经热解反应后，自身的纤维结构被破坏，使得焦炭产物极易粉碎，粉碎能耗很低；（2）对原料水分含量的适应性强，生物质热解过程中，干燥是第 一阶段，原料的水分含量直接决定了干燥能耗和干燥时间；本发明所提出的履带式热解反应器，可根据原料水分含量以及料层厚度等因素，调整履带传输速度和热解反应温度等条件，确保原料的彻底干燥和充分热解；（3）热解反应条件可控，履带传输速度、热解反应室温度、载气流速是决定生物质热解反应条件的主要因素，而这几个因素都可方便地进行控制；（4）自热式热解过程，以生物质热解生成的可燃气燃烧为热源，提供生物质热解所需的热量，从而实现自热式的热解多联产过程。
附图说明
图1——本发明的生物质热解多联产的装置示意图。
图2——本发明的履带式热解反应器的结构示意图。
其中：（1）料斗；（2）进料系统；（3）履带式热解反应器；（4）气固分离系统；（5）热解气冷凝系统；（6）可燃气燃烧器；（7）可燃气换热器；（8）焦炭粉碎机；（9）焦炭冷却出料系统；（31）钢履带；（32）传动轴；（33）驱动控制系统；（34）密封反应室；（35）蓄热体。
具体实施方式
本发明提供了一种生物质热解多联产的装置与方法，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
下述实施例中的百分含量，如无特殊说明均为质量百分含量，s表示秒。
实施例1
如图1所示，本发明的生物质热解多联产的装置，包括料斗1、进料系统2、履带式热解反应器3、气固分离系统4、热解气冷凝系统5、可燃气燃烧器6，可燃气换热器7，焦炭粉碎机8、焦炭冷却出料系统9。料斗1的出口与进料系统2的入口相连，进料系统2的出口与履带式热解反应器3的燃料入口相连， 履带式热解反应器3的载气入口与可燃气换热器7的燃气出口相连，履带式热解反应器3的焦炭出口与焦炭粉碎机8的入口相连，焦炭粉碎机8的出口与焦炭冷却出料系统9的入口相连，履带式热解反应器3的热解气出口与气固分离系统4的入口相连，气固分离系统4的气体出口与热解气冷凝系统5的入口相连，热解气冷凝系统5的气体出口分为两路，分别与可燃气燃烧器6和可燃气换热器7的燃气入口相连，可燃气燃烧器6的烟气出口与可燃气换热器7的烟气入口相连，可燃气换热器7的燃气出口与履带式热解反应器的载气入口相连。
履带式热解反应器3如图2所示，履带式热解反应器3包括钢履带31、传动轴32、驱动控制系统33、密封反应室34和蓄热体35，所述钢履带置于密封反应室之内，呈环形布置，两端设置有防止物料滑落或吹走的防护栏，由耐热耐腐蚀不锈钢制成；钢履带的两端各有一个传动轴，其中一个为主动轴，另一个为从动轴，以实现钢履带的传动；从动轴完全置于密封反应室内，主动轴则与置于密封反应室之外的驱动控制系统相连，从而控制传动轴的运行速度；密封反应室内部的底部、顶部和四壁都布置有蓄热体，用于调节反应室内的温度场和流畅。
将自然风干的玉米秆（水分含量为10%），切成平均长度为0.5mm，经料斗1和进料系统2送入履带式热解反应器3，进料量为500kg/h；履带式热解反应器3的钢履带长度为25m、宽度为1.5m，运行速度为25m/h（固相时间为60min），进入履带式热解反应器3内的高温可燃气温度为620℃，流量为600kg/h，热解反应温度为400℃；气固分离系统4优选两级旋风分离器，热解气冷凝系统5优选为喷雾与降膜复合冷凝器，高温热解气相产物经两级旋风分离器4去除其中的固体颗粒后，进入喷雾与降膜复合冷凝器5，经冷凝后得到液体产物和不可冷凝可燃气，产率分别为180kg/h和120kg/h；720kg/h的可燃气分流为两路，其中进入可燃气燃烧器6的流量为120kg/h，进入可燃气换热器7的流量为600kg/h，120kg/h 的可燃气在过量空气系数为1.1的工况下于可燃气燃烧器6中燃烧获得高温烟气，将600kg/h的可燃气温度加热至620℃并送入履带式热解反应器3。热解焦炭产物则经过焦炭粉碎机以及焦炭冷却出料系统后排出，产率为200kg/h，焦炭粉末的平均粒度为0.2mm。
实施例2
利用实施例1中所述的装置实现生物质热解多联产。将自然风干的高粱秆（水分含量为9%），切成平均长度为0.5mm，经料斗1和进料系统2送入履带式热解反应器3，进料量为500kg/h；履带式热解反应器3的钢履带长度为25m、宽度为1.5m，运行速度为25m/h（固相时间为60min），进入履带式热解反应器3内的高温可燃气温度为650℃，流量为560kg/h，热解反应温度为390℃；高温热解气相产物经两级旋风分离器4去除其中的固体颗粒后，进入喷雾与降膜复合冷凝器5，经冷凝后得到液体产物和不可冷凝可燃气，产率分别为170kg/h和120kg/h；680kg/h的可燃气分流为两路，其中进入可燃气燃烧器6的流量为120kg/h，进入可燃气换热器7的流量为560kg/h，120kg/h的可燃气在过量空气系数为1.1的工况下于可燃气燃烧器6中燃烧获得高温烟气，将560kg/h的可燃气温度加热至650℃并送入履带式热解反应器3。热解焦炭产物则经过焦炭粉碎机8以及焦炭冷却出料系统9后排出，产率为210kg/h，焦炭粉末的平均粒度为0.2mm。
实施例3
利用实施例1中所述的装置实现生物质热解多联产。将自然风干的原始稻壳（水分含量为8%），经料斗1和进料系统2送入履带式热解反应器3，进料量为500kg/h；履带式热解反应器3的钢履带长度为25m、宽度为1.5m，运行速度为30m/h（固相时间为50min），进入履带式热解反应器3内的高温可燃气温度为690℃，流量为500kg/h，热解反应温度为400℃；高温热解气相产物经两级旋风分离 器4去除其中的固体颗粒后，进入喷雾与降膜复合冷凝器5，经冷凝后得到液体产物和不可冷凝可燃气，产率分别为160kg/h和110kg/h；610kg/h的可燃气分流为两路，其中进入可燃气燃烧器6的流量为110kg/h，进入可燃气换热器7的流量为500kg/h，110kg/h的可燃气在过量空气系数为1.05的工况下于可燃气燃烧器6中燃烧获得高温烟气，将500kg/h的可燃气温度加热至690℃并送入履带式热解反应器3。热解焦炭产物则经过焦炭粉碎机8以及焦炭冷却出料系统9后排出，产率为230kg/h，焦炭粉末的平均粒度为0.2mm。
实施例4
利用实施例1中所述的装置实现生物质热解多联产。将水分含量为20%的玉米秆，切成平均长度为0.5mm，经料斗1和进料系统2送入履带式热解反应器3，进料量为600kg/h；履带式热解反应器3的钢履带长度为25m、宽度为1.5m，运行速度为20m/h（固相时间为75min），进入履带式热解反应器3内的高温可燃气温度为600℃，流量为600kg/h，热解反应温度为380℃；高温热解气相产物经两级旋风分离器4去除其中的固体颗粒后，进入喷雾与降膜复合冷凝器5，经冷凝后得到液体产物和不可冷凝可燃气，产率分别为250kg/h和110kg/h；710kg/h的可燃气分流为两路，其中进入可燃气燃烧器6的流量为110kg/h，进入可燃气换热器7的流量为600kg/h，110kg/h的可燃气在过量空气系数为1.05的工况下于可燃气燃烧器6中燃烧获得高温烟气，将600kg/h的可燃气温度加热至600℃并送入履带式热解反应器3。热解焦炭产物则经过焦炭粉碎机8以及焦炭冷却出料系统9后排出，产率为240kg/h，焦炭粉末的平均粒度为0.2mm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种生物质热解多联产的装置，包括料斗、进料系统、履带式热解反应器、气固分离系统、热解气冷凝系统、可燃气燃烧器、可燃气换热器、焦炭粉碎机、焦炭冷却出料系统，其特征在于：
料斗的出口与进料系统的入口相连，进料系统的出口与履带式热解反应器的燃料入口相连，履带式热解反应器的载气入口与可燃气换热器的燃气出口相连，履带式热解反应器的焦炭出口与焦炭粉碎机的入口相连，焦炭粉碎机的出口与焦炭冷却出料系统的入口相连，履带式热解反应器的热解气出口与气固分离系统的入口相连，气固分离系统的气体出口与热解气冷凝系统的入口相连，热解气冷凝系统的气体出口分为两路，分别与可燃气燃烧器和可燃气换热器的燃气入口相连，可燃气燃烧器的烟气出口与可燃气换热器的烟气入口相连，可燃气换热器的燃气出口与履带式热解反应器的载气入口相连。
2.根据权利要求1所述的生物质热解多联产的装置，其特征在于：所述进料系统为带式给料机、板式给料机或者螺旋给料机。
3.根据权利要求1所述的生物质热解多联产的装置，其特征在于：所述气固分离系统为旋风分离器。
4.根据权利要求1所述的生物质热解多联产的装置，其特征在于：所述热解气冷凝系统为喷雾与降膜复合冷凝系统。
5.根据权利要求1所述的生物质热解多联产的装置，其特征在于：所述可燃气换热器为间壁式换热器。
6.根据权利要求1所述的生物质热解多联产的装置，其特征在于：所述焦炭冷却出料系统为带水冷的螺旋输送器。
7.根据权利要求1所述的生物质热解多联产的装置，其特征在于：所述履带式热解反应器包括钢履带、传动轴、驱动控制系统、密封反应室和蓄热体，所述钢履带置于密封反应室之内，呈环形布置，两端设置有防止物料滑落或吹走的防护栏，由耐热耐腐蚀不锈钢制成；钢履带的两端各有一个传动轴，其中一个为主动轴，另一个为从动轴，以实现钢履带的传动；从动轴完全置于密封反应室内，主动轴则与置于密封反应室之外的驱动控制系统相连；密封反应室内部的底部、顶部和四壁都布置有蓄热体。
8.一种生物质热解多联产的方法，是在权利要求1-7任一所述的生物质热解多联产的装置中，将生物质原料经由料斗和进料器送入履带式热解反应器内，物料在履带传输器上运行过程中，在来自可燃气燃烧换热器的高温燃气作用下，发生热解反应；高温热解气相产物经气固分离系统去除其中的固体颗粒后，进入热解气冷凝系统，经喷雾与降膜的复合冷凝后得到液体产物，不可冷凝的可燃气从出口流出后分为两路，第一路进入可燃气燃烧器，第二路进入可燃气换热器，第一路可燃气在可燃气燃烧器中燃烧获得的高温烟气进入可燃气换热器，并将进入可燃气换热器中的第二路可燃气加热，高温的可燃气进入履带式热解反应器，从而为生物质热解过程提供热量；高温热解焦炭产物则进入焦炭粉碎机，在其中被粉碎后进入焦炭冷却出料系统，经冷却后以粉末形式排出。
9.根据权利要求8所述的生物质热解多联产的方法，其特征在于：所述生物质原料为木质纤维素类生物质。
10.根据权利要求8所述的生物质热解多联产的方法，其特征在于：所述履带式热解反应器中的反应温度为300-500℃，固相滞留时间为5-120min。
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Inventor after: Zhang Jingwen Inventor before: Dong Changqing Inventor before: Zhang Xuming |
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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: DONG CHANGQING ZHANG XUMING TO: ZHANG JINGWEN |
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Effective date of registration: 20130217 Address after: 102206, room 2, executive building, 307 Farm Road, Huilongguan, Changping District, Beijing Applicant after: Beijing Nation Power New Energy and Environmental Protection Technology Co., Ltd. Address before: 102206, room 2, executive building, 307 Farm Road, Huilongguan, Changping District, Beijing Applicant before: Beijing Nation Power New Energy and Environmental Protection Technology Co., Ltd. Applicant before: Dong Changqing |
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| TR01 | Transfer of patent right |
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