CN105861006B - 一种基于高电压电解式生物质加压热解工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高电压电解式生物质加压热解工艺。包括将生物质燃料破碎、筛分，在热解炉设置高压、微波和等离子束。本发明通过采用微波与等离子耦合热解技术，加热过程无热惯性，采用高温离子态热解，热解完全且可燃成分全部转化为合成气，效率高，碳转化率高，合成气品质好，有效气体积含量达90％以上；采用特斯拉线圈产生高压电，通过引入电弧与微波、等离子进行对生物质的热解，具有反应迅速，副产品少，热解效果好。
Description
技术领域
本发明属于生物质技术领域，特别是涉及一种基于高电压电解式生物质加压热解工艺。
背景技术
生物质热解气化是农林废弃物向清洁燃气转化的关键技术，产生的合成气可替代天然气等化石燃料，实现燃气、热能和电能的供给。生物质热解气化可将生物质原料转化为以一氧化碳和氢气为主的气体燃料，可直接转换实现燃气、热能和电能的供给。同时燃气可以通过甲烷化反应，进而制备高品质生物质合成天然气(Bio-SNG)，是生物质能开发的重要技术途径。
常规热解工艺一般采用间壁传热的方式，热量通过间壁由燃料表面从外至内逐步传递，因而存在着能量传递效率低，燃料热解不完全的缺点。而新兴微波热解炉采用微波作为加热热源，其加热效率明显高于间壁式传热，但是即使利用微波热解也存在着生物质热解反应不完全，产气量不高，在热解产物中，有大部分生物焦炭生成，无法做到将生物质全部转化为合成气。
因此，本发明提供了一种基于高压电能电解进行生物质热解气化的工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于高电压电解式生物质加压热解工艺，通过采用特斯拉线圈产生高压电，通过引入电弧与微波、等离子进行对生物质的热解，解决了现有的生物质热解过程中出现的品质低，杂质高问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种基于高电压电解式生物质加压热解工艺，包括如下步骤，
a将生物质燃料破碎、筛分，得到直径在1cm-3cm的颗粒状，送至脉冲式加压给料系统，通过料密封风进行密相静压输送；
b将步骤a中的生物质颗粒经给料系统输送至热解炉内，同时微波和等离子矩开始工作，微波使得热解炉内形成高强微波场，等离子炬工作气体首次电离形成的高温等离子体射流进入热解炉内；
c在步骤b中的热解炉的外部设置一特斯拉线圈；
d在步骤b中微波生物质颗粒吸收微波后颗粒内外同步升温，从而活化、热解；在高温上行烟气及炉内高强微波能的作用下，微波生物质颗粒瞬间干燥、分裂并急速升温形成高温合成气，热解后剩余灰渣及少部分残焦物质形成的固定床层下移；
e等离子体射流在高强微波场的电磁耦合作用下，使带电离子周边气体持续电离，形成高能、高活性次级离子场，进一步加速生物质颗粒燃料物质传热与传质反应速率；在固定床层底部，等离子炬产生的高温等离子体射流气体对残焦类物质完全转化为高温合成气，同时热解炉内保持带压工况，使炉内气相物料浓度持续增加，进一步加快反应速度，增加气-固反应接触时间，使底部固体生物质颗粒燃料完全转化为高温合成气；
f开启特斯拉线圈，通过将特斯拉线圈的电压设置在50kv，通过在热解炉的内部设置一金属板，在金属板上设置生物质燃料；
g在固定床层下移同时，高温合成气上行给固定床层提供热能，同时为上部热解反应提供原料气二氧化碳；非含碳物质继续下行成为灰渣；在高温环境下，灰渣呈液态并在热解炉底部蓄积，并且液态灰渣采用定期或连续排出的方式来维持设定渣位。
进一步地，所述热解炉合成气出口温度为1100℃～1300℃；热解反应温度在1200℃以上，底部高温渣池维持1300℃～2000℃；当生物质燃料为高灰熔点燃料时添加石灰石作为助熔剂，来降低渣的熔点温度；热解炉的微波入口采用环形布置，并依据燃料特性多层布置，单个微波功率300kw以下；高温合成气在炉内停留时间为8～15s；炉内绝对压力为0.1Mpa～5Mpa。
进一步地，所述步骤c单位时间内微波及等离子炬总输入能量占输入生物质燃料总能量的15％～30％；当等离子工作气体采用氧气时，残焦质量占生物质燃料质量10％以下，微波与等离子炬所消耗总电能为生物质燃料总能量5％～10％之间。
进一步地，所述步骤f开启特斯拉线圈，在热解炉的内部设置一金属板，在金属板一表面固定有3-10根铜管，所述铜管高出热解炉的炉口5cm-50cm。
进一步地，所述特斯拉线圈位于热解炉的一侧。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用微波与等离子耦合热解技术，加热过程无热惯性，采用高温离子态热解，热解完全且可燃成分全部转化为合成气，效率高，碳转化率高，合成气品质好，有效气体积含量达90％以上。
2、采用特斯拉线圈产生高压电，通过引入电弧与微波、等离子进行对生物质的热解，具有反应迅速，副产品少，热解效果好。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为一种基于高电压电解式生物质加压热解工艺，包括如下步骤，
a将生物质燃料破碎、筛分，得到直径在1cm-3cm的颗粒状，送至脉冲式加压给料系统，通过料密封风进行密相静压输送；
b将步骤a中的生物质颗粒经给料系统输送至热解炉内，同时微波和等离子矩开始工作，微波使得热解炉内形成高强微波场，等离子炬工作气体首次电离形成的高温等离子体射流进入热解炉内；
c在步骤b中的热解炉的外部设置一特斯拉线圈；
d在步骤b中微波生物质颗粒吸收微波后颗粒内外同步升温，从而活化、热解；在高温上行烟气及炉内高强微波能的作用下，微波生物质颗粒瞬间干燥、分裂并急速升温形成高温合成气，热解后剩余灰渣及少部分残焦物质形成的固定床层下移；
e等离子体射流在高强微波场的电磁耦合作用下，使带电离子周边气体持续电离，形成高能、高活性次级离子场，进一步加速生物质颗粒燃料物质传热与传质反应速率；在固定床层底部，等离子炬产生的高温等离子体射流气体对残焦类物质完全转化为高温合成气，同时热解炉内保持带压工况，使炉内气相物料浓度持续增加，进一步加快反应速度，增加气-固反应接触时间，使底部固体生物质颗粒燃料完全转化为高温合成气；
f开启特斯拉线圈，通过将特斯拉线圈的电压设置在50kv，通过在热解炉的内部设置一金属板，在金属板上设置生物质燃料；
g在固定床层下移同时，高温合成气上行给固定床层提供热能，同时为上部热解反应提供原料气二氧化碳；非含碳物质继续下行成为灰渣；在高温环境下，灰渣呈液态并在热解炉底部蓄积，并且液态灰渣采用定期或连续排出的方式来维持设定渣位。
其中，热解炉合成气出口温度为1100℃～1300℃；热解反应温度在1200℃以上，底部高温渣池维持1300℃～2000℃；当生物质燃料为高灰熔点燃料时添加石灰石作为助熔剂，来降低渣的熔点温度；热解炉的微波入口采用环形布置，并依据燃料特性多层布置，单个微波功率300kw以下；高温合成气在炉内停留时间为8～15s；炉内绝对压力为0.1Mpa～5Mpa。
其中，步骤c单位时间内微波及等离子炬总输入能量占输入生物质燃料总能量的15％～30％；当等离子工作气体采用氧气时，残焦质量占生物质燃料质量10％以下，微波与等离子炬所消耗总电能为生物质燃料总能量5％～10％之间。
其中，步骤f开启特斯拉线圈，在热解炉的内部设置一金属板，在金属板一表面固定有3-10根铜管，所述铜管高出热解炉的炉口5cm-50cm。
其中，特斯拉线圈位于热解炉的一侧。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (1)
1.一种基于高电压电解式生物质加压热解工艺，其特征在于：包括如下步骤，
a将生物质燃料破碎、筛分，得到直径在1cm-3cm的颗粒状，送至脉冲式加压给料系统，通过料密封风进行密相静压输送；
b将步骤a中的生物质颗粒经给料系统输送至热解炉内，同时微波和等离子矩开始工作，微波使得热解炉内形成高强微波场，等离子炬工作气体首次电离形成的高温等离子体射流进入热解炉内；
c在步骤b中的热解炉的外部设置一特斯拉线圈；
d在步骤b中微波生物质颗粒吸收微波后颗粒内外同步升温，从而活化、热解；在高温上行烟气及炉内高强微波能的作用下，微波生物质颗粒瞬间干燥、分裂并急速升温形成高温合成气，热解后剩余灰渣及少部分残焦物质形成的固定床层下移；
e等离子体射流在高强微波场的电磁耦合作用下，使带电离子周边气体持续电离，形成高能、高活性次级离子场，进一步加速生物质颗粒燃料物质传热与传质反应速率；在固定床层底部，等离子炬产生的高温等离子体射流气体对残焦类物质完全转化为高温合成气，同时热解炉内保持带压工况，使炉内气相物料浓度持续增加，进一步加快反应速度，增加气-固反应接触时间，使底部固体生物质颗粒燃料完全转化为高温合成气；
f开启特斯拉线圈，通过将特斯拉线圈的电压设置在50kv，通过在热解炉的内部设置一金属板，在金属板上设置生物质燃料；
g在固定床层下移同时，高温合成气上行给固定床层提供热能，同时为上部热解反应提供原料气二氧化碳；非含碳物质继续下行成为灰渣；在高温环境下，灰渣呈液态并在热解炉底部蓄积，并且液态灰渣采用定期或连续排出的方式来维持设定渣位；
所述热解炉合成气出口温度为1100℃～1300℃；热解反应温度在1200℃以上，底部高温渣池维持1300℃～2000℃；当生物质燃料为高灰熔点燃料时添加石灰石作为助熔剂，来降低渣的熔点温度；热解炉的微波入口采用环形布置，并依据燃料特性多层布置，单个微波功率300kw以下；高温合成气在炉内停留时间为8～15s；炉内绝对压力为0.1Mpa～5Mpa；
所述步骤c单位时间内微波及等离子炬总输入能量占输入生物质燃料总能量的15％～30％；当等离子工作气体采用氧气时，残焦质量占生物质燃料质量10％以下，微波与等离子炬所消耗总电能为生物质燃料总能量5％～10％之间；
所述步骤f开启特斯拉线圈，在热解炉的内部设置一金属板，在金属板一表面固定有3-10根铜管，所述铜管高出热解炉的炉口5cm-50cm；
所述特斯拉线圈位于热解炉的一侧。
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Address after: Granite County of Hefei City, Anhui province 231243 Feixi Zhenyuan Sun Ji Xiang textile factory Applicant after: ANHUI XINSHENGLI AGRICULTURAL MACHINERY CO.,LTD. Address before: Granite County of Hefei City, Anhui province 231243 Feixi Zhenyuan Sun Ji Xiang textile factory Applicant before: ANHUI XINSHENGLI BIOLOGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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Effective date of registration: 20191112 Address after: 322100 7th floor, 282-5 Yihai North Road, Mingtian community, Jiangbei street, Dongyang City, Jinhua City, Zhejiang Province Applicant after: Dongyang Yan'an Construction Engineering Co.,Ltd. Address before: 230000 Anhui province Hefei economic and Technological Development Zone, qinglongtan Road West fat ray Road East Binhe River District North export processing area 1 house 124 rooms Applicant before: HEFEI JUNGANG MACHINERY TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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Application publication date: 20160817 Assignee: Dongying HUANGSHENG Medical Instrument Co.,Ltd. Assignor: Dongying Zhengnuo Technology Service Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980043974 Denomination of invention: A biomass pressurized pyrolysis process based on high-voltage electrolysis Granted publication date: 20191203 License type: Common License Record date: 20231027 |
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Assignee: Dongying HUANGSHENG Medical Instrument Co.,Ltd. Assignor: Dongying Zhengnuo Technology Service Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980043974 Date of cancellation: 20240517 |