CN106497588A - 一种蓄热式生物质快速热解系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造属于生物质热解领域，具体涉及一种蓄热式生物质快速热解系统及方法,该系统包括：料斗、气力进料系统、蓄热式热解反应器、冷渣机、成型装置、冷凝鼓风系统和净化系统，所述气力进料系统与所述料斗连接，所述料斗与所述进料口相连；所述蓄热式热解反应器包括：热解室、双蓄热式辐射管系统、进料口、蒸汽入口、出料口和热解气导出口；所述成型装置与所述冷渣机连接；所述冷凝鼓风系统设置在所述蓄热式热解反应器和净化系统之间，其入口与设置在所述热解反应器下方侧部的所述热解气导出口连接，出口与所述净化系统连接；所述净化系统与所述冷凝鼓风系统连接。该系统产物合理综合利用，并且分层蓄热式控制，系统简化。

Description

一种蓄热式生物质快速热解系统及方法

技术领域

本发明创造属于生物质热解领域，具体涉及一种蓄热式生物质快速热解系统及方法。

背景技术

我国每年生物质产量巨大，包括农作物秸秆在内的各种生物质很多没有得到有效利用，都只是就地焚烧，造成了很大的污染，并且浪费了大量的资源。采取快速热解得到油气和炭资源是生物质资源化利用的有效途径，但目前生物质快速热解处理工艺主要包括固体热载体、气体热载体方式，都存在工艺复杂、产物利用率低的问题。如现有技术名称为流化床热解反应系统的文献（参考朱锡峰《生物质热解原理与技术》），阐述了一种流化床式生物质热解液化装置的工艺流程，该工艺流程复杂、除尘和冷凝器压力大，且热载体预热安全隐患大。因此如何设计一种热解反应系统简化和产物合理利用的生物质热解系统及方法成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种蓄热式生物质快速热解系统及方法。该系统利用内置式蓄热式辐射管作为加热源，通过对蓄热辐射管的合理布置，实现了反应器温度合理控制，并能够简化辐射管的设计，降低投资成本，结合生物质产物的综合利用，达到对生物质有效的资源化处理，产物得到综合利用且分层蓄热式控制，系统简化。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提出了一种蓄热式生物质快速热解系统，该系统包括：料斗；气力进料系统，所述气力进料系统与所述料斗连接；蓄热式热解反应器，包括：热解室、双蓄热式辐射管系统、进料口、蒸汽入口、出料口和热解气导出口，其中，所述双蓄热式辐射管系统包括：辐射管、蓄热体、燃气烧嘴、空气风机、烟气风机、空气管线、烟气管线、燃气管线、蒸汽管线和换向阀，其中，所述辐射管沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置在所述热解室内部，每层具有多根沿水平方向布置的所述辐射管，所述辐射管的两端分别与所述热解室的侧壁固定连接；所述蓄热体左右对称的设置在所述蓄热式热解反应器的外壁上，所述蓄热体中心设有所述燃气烧嘴，用于使通入的燃气和空气燃烧，产生烟气；所述蓄热式热解反应器外壁与所述热解室的侧壁之间形成密闭通道，所述密闭通道与所述辐射管连通，用于将所述燃气烧嘴燃烧产生的烟气通入所述辐射管中，并使烟气通过热解室侧壁直接加热所述热解室；所述空气风机、烟气风机分别经所述空气管线、烟气管线与所述换向阀连接，所述换向阀和所述燃气管线分别与所述燃气烧嘴连接，并且，所述烟气风机与所述气力进料系统连接，用于将所述蓄热式热解反应器排出烟气送入所述气力进料系统，以携带所述生物质原料进入料斗中，并作为烘干热源；所述蒸汽管线一端与所述热解器蒸汽入口相连接，另一端与冷渣机蒸汽出口相连接；冷渣机，包括：冷却进水口、盘管和蒸汽出口，所述盘管蜿蜒设置在所述冷渣机内部，所述冷渣机分别与所述热解反应器的出料口和成型装置连接，用于冷却半焦，且用于将吸收高温半焦的热量升温后的冷却水变为蒸汽，通过所述蒸汽管线送入所述热解器顶部对原料进行吹扫下行携带并提供热源；成型装置，所述成型装置与所述冷渣机连接，用于将冷却后的半焦参配化工元素养分，成型为生物基肥料；冷凝鼓风系统，所述冷凝鼓风系统设置在所述蓄热式热解反应器和净化系统之间，其入口与设置在所述热解反应器下方侧部的所述热解气导出口连接，出口与所述净化系统连接；净化系统，所述净化系统与所述冷凝鼓风系统连接，用于将可燃气进行净化处理，得到净燃气。

发明人发现，根据本发明实施例的该反应系统，利用内置式蓄热式辐射管作为加热源，通过对蓄热辐射管的合理布置，实现了反应器温度合理控制，并能够简化辐射管的设计，降低投资成本，通过设计蒸汽回路再利用，结合生物质产物的综合利用，达到对生物质有效的资源化处理，加快了热解反应的速率，提高了工艺的效率，产物得到综合利用且分层蓄热式控制，系统简化。

根据本发明的实施例，所述蓄热式热解反应器为立式炉结构，并且，所述蓄热式热解反应器，进一步包括出料料位计，所述出料料位计包括测试头和显示器，其中，所述测试头设于所述热解反应器内部的下端，所述显示器设于所述热解反应器的外部，用于检测控制半焦出料量，使出料口保持适当的料位高度；所述化工元素为氮、磷和钾。

根据本发明的实施例，所述蓄热体沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置，每层包括左右对称的位于所述辐射管两端的两个蓄热体。

根据本发明的实施例，所述换向阀通过空气/烟气管线与蓄热体连接。

根据本发明的实施例，所述蓄热体为陶瓷蜂窝体材料，每层的蓄热体为4-8层的辐射管提供作为加热源的所述烟气。

根据本发明的实施例，所述换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，为20-150s，用于使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气。

根据本发明的实施例，所述料斗与所述进料口相连，所述出料口与冷渣机之间设有半焦输送装置。

根据本发明的实施例，燃气和空气在所述燃气烧嘴中燃烧，产生600-800℃的高温烟气；所述烟气经所述辐射管后，温度下降至500-700℃，并将所述蓄热体加热到500-650℃。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种利用前面所述的系统进行生物质快速热解的方法。根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤：a. 将生物质破碎成颗粒筛分，烟气经烟气风机引入气力进料系统用于携带所述生物质原料进入料斗中，并在携带过程中作为烘干热源，对生物质原料进行烘干；b. 燃气和空气在一侧的燃气烧嘴中燃烧产生高温烟气，所述高温烟气通过热解室侧壁直接加热热解室，并把烟气通过蓄热式辐射管内置在热解室中，为热解反应提供热源；所述高温烟气经所述辐射管后，对另一侧的蓄热体进行加热，最终烟气经所述烟气风机携带生物质进入料斗；c. 换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，当换向阀换向后，所述一侧的燃气烧嘴停止供燃气，而所述另一侧烧嘴开始供燃气燃烧并产生高温烟气，以使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气，为热解反应提供热源；d. 生物质原料进入到蓄热式热解反应器的进料口，此时从冷渣机过来的蒸汽对原料吹扫，一起进入反应器，经布置在所述反应器中的辐射管均布和加热，在所述反应器的热解室中停留一段时间，完成热解过程，移动至热解反应器下端排出；e.所述出料料位计检测控制生物质半焦，高温半焦通过半焦输送装置排出到冷渣机中，冷却水进入，通过内置的盘管换热，把半焦冷却后作为生物炭排出，而冷却水将吸收高温半焦的热量升温后的冷却水变为蒸汽，通过蒸汽管线送入所述热解器顶部对原料进行吹扫下行携带并提供热源；f.所述半焦冷却后送入成型装置，通过参配包括氮、磷和钾元素养分后成型为生物基肥料，作为有机肥料销售；g.热解气从热解反应器下部的热解气导出口导出，进入所述冷凝鼓风系统，冷凝生成清洁油产品，冷却后的可燃气进入所述净化系统，脱除燃气中的杂质气后作为净燃气或原料气备用。

根据本发明的实施例，所述步骤a中，所述生物质为粒径小于6mm的粉状，烟气温度为150-250℃，烘干生物质的水分小于5%；所述步骤d中，停留时间为3-8s；所述步骤e中，高温半焦的温度为400-550℃；所述步骤g中，热解气温度为400-500℃。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明所述的系统利用内置式蓄热式辐射管作为加热源，通过对蓄热辐射管的合理布置，实现了反应器温度合理控制，并能够简化辐射管的设计，降低投资成本，通过设计蒸汽回路再利用，结合生物质产物的综合利用，达到对生物质有效的资源化处理，加快了热解反应的速率，提高了工艺的效率，产物得到综合利用且分层蓄热式控制，系统简化。

附图说明

图1为本发明蓄热式生物质快速热解系统结构示意图。

其中，料斗1，气力进料系统2，蓄热式热解反应器3，热解室4，进料口5，蒸汽入口6，出料口7，热解气导出口8，辐射管9，蓄热体10，燃气烧嘴11，空气风机12，烟气风机13，空气管线14，烟气管线15，燃气管线16，蒸汽管线17，换向阀18，冷渣机19，冷却进水口20，盘管21，蒸汽出口22，成型装置23，冷凝鼓风系统24，净化系统25，出料料位计26，测试头27，显示器28。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

本发明提出了一种蓄热式生物质快速热解系统。根据本发明的实施例，图1为本发明蓄热式生物质快速热解系统结构示意图，参照图1所示，该系统包括：料斗1、气力进料系统2、蓄热式热解反应器3、冷渣机19、成型装置23、冷凝鼓风系统24和净化系统25，所述气力进料系统与所述料斗连接，所述料斗与所述进料口5相连；所述蓄热式热解反应器包括：热解室4、双蓄热式辐射管系统、进料口5、蒸汽入口6、出料口7和热解气导出口8；所述成型装置与所述冷渣机连接，用于将冷却后的半焦参配氮、磷和钾等化工元素养分，成型为生物基肥料；所述冷凝鼓风系统设置在所述蓄热式热解反应器和净化系统之间，其入口与设置在所述热解反应器下方侧部的所述热解气导出口连接，出口与所述净化系统连接，当从所述热解气导出口出来的温度为400-500℃的热解气进入所述冷凝鼓风系统后温度降至22-30℃，在冷凝鼓风过程中生物油析出作为清洁油品出售，冷却后的可燃气送入净化系统；所述净化系统与所述冷凝鼓风系统连接，用于将可燃气进行净化处理，得到净燃气。

发明人发现，根据本发明实施例的该反应系统，利用内置式蓄热式辐射管作为加热源，通过对蓄热辐射管的合理布置，实现了反应器温度合理控制，并能够简化辐射管的设计，降低投资成本，通过设计蒸汽回路再利用，结合生物质产物的综合利用，达到对生物质有效的资源化处理，加快了热解反应的速率，提高了工艺的效率，产物得到综合利用且分层蓄热式控制，系统简化。

根据本发明的实施例，所述蓄热式热解反应器为立式炉结构，并且，所述蓄热式热解反应器，进一步包括出料料位计，所述出料料位计包括测试头和显示器，其中，所述测试头设于所述热解反应器内部的下端，所述显示器设于所述热解反应器的外部，用于检测控制半焦出料量，使出料口保持适当的料位高度。

根据本发明的实施例，所述成型装置的具体种类不受限制，只要能够用于将冷却后的半焦参配氮、磷和钾等化工元素养分，成型为生物基肥料即可，根据本发明的一些实施例，本发明优选为成型机。

根据本发明的实施例，所述双蓄热式辐射管系统包括：辐射管9、蓄热体10、燃气烧嘴11、空气风机12、烟气风机13、空气管线14、烟气管线15、燃气管线16、蒸汽管线17和换向阀18。

根据本发明的实施例，所述辐射管沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置在所述热解室内部，每层具有多根沿水平方向布置的所述辐射管，所述辐射管的两端分别与所述热解室的侧壁固定连接，当燃气和空气在一侧的燃气烧嘴中燃烧产生高温烟气，所述高温烟气通过热解室侧壁直接加热热解室，并把烟气通过蓄热式辐射管内置在热解室中，为热解反应提供热源；所述高温烟气经所述辐射管后，对另一侧的蓄热体进行加热，最终烟气经所述烟气风机携带生物质进入料斗，当生物质原料通过所述料斗进入所述热解反应器的上部，在所述原料移动下落过程中，经过所述辐射管加热，在隔绝空气的氛围发生热解反应，产生热解气和高温半焦，热解气产生后进入所述热解气导出口导出，而高温半焦通过所述出料口排出到所述冷渣机，其中辐射管采取双蓄热式结构，使得辐射管温度均匀，排烟温度低，从而能量利用率高，并且能够实现理想的热解温度控制。

根据本发明的实施例，所述蓄热体左右对称的设置在所述蓄热式热解反应器的外壁上，根据本发明的一些实施例，所述蓄热体沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置，优选的，且每层包括左右对称的位于所述辐射管两端的两个蓄热体，每层的蓄热体为4-8层的辐射管提供作为加热源的所述烟气；所述蓄热体中心设有所述燃气烧嘴，用于使通入的燃气和空气燃烧，产生烟气，根据本发明的一些实施例，所述蓄热体的具体种类不受限制，本发明优选为陶瓷蜂窝体材料，其具有单位体积表面大，热稳定好、耐腐蚀等优点。

根据本发明的实施例，所述蓄热式热解反应器外壁与所述热解室的侧壁之间形成密闭通道，所述密闭通道与所述辐射管连通，用于将所述燃气烧嘴燃烧产生的烟气通入所述辐射管中，并使烟气通过热解室侧壁直接加热所述热解室。

根据本发明的实施例，所述空气风机、烟气风机分别经所述空气管线、烟气管线与所述换向阀连接，所述换向阀和所述燃气管线分别与所述燃气烧嘴连接，并且，所述烟气风机与所述气力进料系统连接，用于将所述蓄热式热解反应器排出烟气送入所述气力进料系统，以携带所述生物质原料进入料斗中，并作为烘干热源。

根据本发明的实施例，所述空气管线的具体种类不受限制，只要能够为燃料提供助燃空气即可，空气通过所述空气风机经空气管线首先通过所述换向阀，然后进入到所述蓄热体中的燃气烧嘴与燃气燃烧，产生的600-800℃的高温烟气通入所述辐射管中，所述烟气经所述辐射管后，温度下降至500-700℃，并将所述蓄热体加热到500-650℃，并使烟气通过热解室侧壁直接加热所述热解室，作为加热源提供热解反应需要的能量。

根据本发明的实施例，所述烟气管线具体材质和种类不受限制，只要能够将烟气排出所述反应器即可，本发明所述的烟气管线为烟气排放管道，燃烧产物烟气通过所述烟气管线经过所述换向阀送入所述烟气风机，将所述蓄热式热解反应器排出烟气送入所述气力进料系统，以携带所述生物质原料进入料斗中，并作为烘干热源。

根据本发明的实施例，所述燃气管线的具体种类不受限制，只要能够为燃烧反应提供燃气即可，根据本发明的一些实施例，由于采用高热值燃气，只需要空气单蓄热即可稳定燃烧。

根据本发明的实施例，所述蒸汽管线一端与所述热解器蒸汽入口相连接，另一端与冷渣机蒸汽出口相连接，根据本发明的一些实施例，所述蒸汽管线的具体种类不受限制，只要能够将从蒸汽出口导出的蒸汽通过蒸汽管线送入热解炉顶部对原料进行下行携带即可，本发明所述的蒸汽管线优选为气体输送管道。

根据本发明的实施例，所述换向阀通过空气/烟气管线与蓄热体连接，所述换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，根据本发明的一些实施例，优选的，本发明的时间间隔为20-150s，用于使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气；当换向阀换向后，一侧燃气烧嘴停止供燃气，而另一侧燃气烧嘴开始供燃气燃烧，空气经原先烟气管线进入另一侧燃气烧嘴，与燃气混合在燃气烧嘴中燃烧，产生的高温烟气通过辐射管进入热解反应器中，作为加热源提供热解反应需要的能量，烟气经所述辐射管后，烟气温度下降至500-700摄氏度后经过一侧蓄热体材料，烟气温度进一步下降排出，通过所述烟气管线送入烟气风机。

根据本发明的实施例，冷渣机包括：冷却进水口20、盘管21和蒸汽出口22，根据本发明的一些实施例，本发明所述盘管的具体种类和形状不受限制，其中种类可以为金属或非金属材质，只要具有耐高温和耐腐蚀的特点即可，所述盘管蜿蜒设置在所述冷渣机内部，所述冷渣机分别与所述热解反应器的出料口和成型装置连接，用于冷却半焦，参配化工元素养分后成型为生物基肥料，且用于将吸收高温半焦的热量升温后的冷却水变为蒸汽，通过所述蒸汽管线送入所述热解器顶部对原料进行吹扫下行携带并提供热源，通过设计蒸汽回路再利用，结合生物质产物的综合利用，达到对生物质有效的资源化处理，加快了热解反应的速率，提高了工艺的效率，产物得到综合利用且分层蓄热式控制，根据本发明的一些实施例，所述出料口与冷渣机之间还可以设有半焦输送装置。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种利用前面所述的系统进行生物质快速热解的方法。根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤：

a. 将生物质破碎成粒径小于6mm的粉状，温度为150-250℃的烟气经烟气风机引入气力进料系统用于携带所述生物质原料进入料斗中，并在携带过程中作为烘干热源，对生物质原料进行烘干，烘干生物质的水分小于5%。

根据本发明的实施例，所述气力进料系统与所述料斗连接，所述料斗与所述进料口相连；所述空气风机、烟气风机分别经所述空气管线、烟气管线与所述换向阀连接，所述换向阀和所述燃气管线分别与所述燃气烧嘴连接，并且，所述烟气风机与所述气力进料系统连接，用于将所述蓄热式热解反应器排出烟气送入所述气力进料系统，以携带所述生物质原料进入料斗中，并作为烘干热源。

b. 燃气和空气在一侧的燃气烧嘴中燃烧产生600-800℃的高温烟气，所述高温烟气通过热解室侧壁直接加热热解室，并把烟气通过蓄热式辐射管内置在热解室中，为热解反应提供热源；所述高温烟气经所述辐射管后，温度下降至500-700℃，对另一侧的蓄热体进行加热到500-650℃，最终烟气经所述烟气风机携带生物质进入料斗。

根据本发明的实施例，所述辐射管沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置在所述热解室内部，每层具有多根沿水平方向布置的所述辐射管，所述辐射管的两端分别与所述热解室的侧壁固定连接，当燃气和空气在一侧的燃气烧嘴中燃烧产生高温烟气，所述高温烟气通过热解室侧壁直接加热热解室，并把烟气通过蓄热式辐射管内置在热解室中，为热解反应提供热源；所述高温烟气经所述辐射管后，对另一侧的蓄热体进行加热，最终烟气经所述烟气风机携带生物质进入料斗，当生物质原料通过所述料斗进入所述热解反应器的上部，在所述原料移动下落过程中，经过所述辐射管加热，在隔绝空气的氛围发生热解反应，产生热解气和高温半焦，热解气产生后进入所述热解气导出口导出，而高温半焦通过所述出料口排出到所述冷渣机，其中辐射管采取双蓄热式结构，使得辐射管温度均匀，排烟温度低，从而能量利用率高，并且能够实现理想的热解温度控制。

c. 换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，当换向阀换向后，所述一侧的燃气烧嘴停止供燃气，而所述另一侧烧嘴开始供燃气燃烧并产生高温烟气，以使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气，为热解反应提供热源。

根据本发明的实施例，所述换向阀通过空气/烟气管线与蓄热体连接，所述换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，根据本发明的一些实施例，优选的，本发明的时间间隔为20-150s，用于使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气；当换向阀换向后，一侧燃气烧嘴停止供燃气，而另一侧燃气烧嘴开始供燃气燃烧，空气经原先烟气管线进入另一侧燃气烧嘴，与燃气混合在燃气烧嘴中燃烧，产生的高温烟气通过辐射管进入热解反应器中，作为加热源提供热解反应需要的能量，烟气经所述辐射管后，烟气温度下降至500-700摄氏度后经过一侧蓄热体材料，烟气温度进一步下降排出，通过所述烟气管线送入烟气风机。

d. 生物质原料进入到蓄热式热解反应器的进料口，此时从冷渣机过来的蒸汽对原料吹扫，一起进入反应器，经布置在所述反应器中的辐射管均布和加热，在所述反应器的热解室中停留3-8s，完成热解过程，移动至热解反应器下端排出。

e.所述出料料位计检测控制生物质半焦，温度为400-550℃的高温半焦通过半焦输送装置排出到冷渣机中，冷却水进入，通过内置的盘管换热，把半焦冷却后作为生物炭排出，而冷却水将吸收高温半焦的热量升温后的冷却水变为蒸汽，通过蒸汽管线送入所述热解器顶部对原料进行吹扫下行携带并提供热源。

根据本发明的实施例，所述蒸汽管线一端与所述热解器蒸汽入口相连接，另一端与冷渣机蒸汽出口相连接，根据本发明的一些实施例，所述蒸汽管线的具体种类不受限制，只要能够将从蒸汽出口导出的蒸汽通过蒸汽管线送入热解炉顶部对原料进行下行携带即可，本发明所述的蒸汽管线优选为气体输送管道。

根据本发明的实施例，冷渣机包括：冷却进水口20、盘管21和蒸汽出口22，根据本发明的一些实施例，本发明所述盘管的具体种类和形状不受限制，其中种类可以为金属或非金属材质，只要具有耐高温和耐腐蚀的特点即可，所述盘管蜿蜒设置在所述冷渣机内部，所述冷渣机分别与所述热解反应器的出料口和成型装置连接，用于冷却半焦，参配化工元素养分后成型为生物基肥料，且用于将吸收高温半焦的热量升温后的冷却水变为蒸汽，通过所述蒸汽管线送入所述热解器顶部对原料进行吹扫下行携带并提供热源，通过设计蒸汽回路再利用，结合生物质产物的综合利用，达到对生物质有效的资源化处理，加快了热解反应的速率，提高了工艺的效率，产物得到综合利用且分层蓄热式控制，根据本发明的一些实施例，所述出料口与冷渣机之间还可以设有半焦输送装置。

f.所述半焦冷却后送入成型装置，通过参配包括氮、磷和钾元素养分后成型为生物基肥料，作为有机肥料销售。

g. 温度为400-500℃的热解气从热解反应器下部的热解气导出口导出，进入所述冷凝鼓风系统，冷凝生成清洁油产品，冷却后的可燃气进入所述净化系统，脱除燃气中的杂质气后作为净燃气或原料气备用。

根据本发明的实施例，所述冷凝鼓风系统设置在所述蓄热式热解反应器和净化系统之间，其入口与设置在所述热解反应器下方侧部的所述热解气导出口连接，出口与所述净化系统连接，当从所述热解气导出口出来的温度为400-500℃的热解气进入所述冷凝鼓风系统后温度降至22-30℃，在冷凝鼓风过程中生物油析出作为清洁油品出售，冷却后的可燃气送入净化系统；所述净化系统与所述冷凝鼓风系统连接，用于将可燃气进行净化处理，得到净燃气。

本发明所述的生物质蓄热式快速热解系统工艺流程如下：

经破碎到粒径小于6mm的生物质，经烟气风机引过来的150-250℃的烟气携带进入料斗中，在烟气携带过程中把生物质的水分去掉，直至生物质水分小于5%,然后生物质进入快速热解炉中，经热解反应器中的辐射管的均布和加热后，停留时间为3-8s后，落入热解炉下部，所述料位计控制热解炉下部的半焦量，半焦输送装置把高温半焦排出至所述冷渣机，高温半焦温度范围400-550℃，进入冷渣机中冷却；在冷渣机中，冷却水进入，通过内置的盘管换热，把半焦冷却至小于60℃，而冷却水通过高温半焦后产生蒸汽，通过所述蒸汽管线送入热解炉顶部对原料进行下行携带；半焦冷却后送入所述成型装置，通过参配包括N\P\K等养分后成型为生物基肥料，作为有机肥料销售；从所述热解气导出口出来的温度为400-500℃的热解气进入冷凝鼓风系统后温度降至22-30℃，在冷凝鼓风过程中生物油析出作为清洁油品出售，冷却后的可燃气送入净化系统，脱除燃气中的杂质气后作为净燃气或原料气备用。

实施案例1：利用蓄热式快速热解反应系统对生物质原料锯木进行处理，锯末分析数据、工艺操作参数和物料平衡见表1-表3。从表3得出的生物油产率高达63.3%。

表1：锯末分析数据

。

表2：工艺操作参数

序号	参数名称	参数值	序号	参数名称	参数值
						1	烘干进气温度	203℃	6	反应器出口温度	505℃
2	烘干出气温度	82℃	7
						3	反应器上部温度	492℃	8
4	反应器中部温度	501℃	9
						5	反应器下部温度	510℃	10

表3：物料平衡表

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实施案例2：利用蓄热式快速热解反应系统对玉米秸秆进行处理，玉米秸秆分析数据、工艺操作参数和物料平衡见表4-表6。从表6得出的焦油产率为55%。

表4：玉米秸秆分析数据

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表5：工艺操作参数

序号	参数名称	参数值	序号	参数名称	参数值
						1	烘干进气温度	250℃	6	反应器出口温度	496℃
2	烘干出气温度	100℃	7	旋风出口温度	485℃
						3	反应器上部温度	489℃	8
4	反应器中部温度	503℃	9
						5	反应器下部温度	509℃	10

表6：物料平衡表

。

发明人发现，根据本发明实施例的该反应系统，利用内置式蓄热式辐射管作为加热源，通过对蓄热辐射管的合理布置，实现了反应器温度合理控制，并能够简化辐射管的设计，降低投资成本，通过设计蒸汽回路再利用，结合生物质产物的综合利用，达到对生物质有效的资源化处理，加快了热解反应的速率，提高了工艺的效率，产物得到综合利用且分层蓄热式控制，系统简化。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“底部”、“上部”、“侧”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是点连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种蓄热式生物质快速热解系统，其特征在于，包括：

料斗；

气力进料系统，所述气力进料系统与所述料斗连接；

蓄热式热解反应器，包括：热解室、双蓄热式辐射管系统、进料口、蒸汽入口、出料口和热解气导出口，其中，

所述双蓄热式辐射管系统包括：辐射管、蓄热体、燃气烧嘴、空气风机、烟气风机、空气管线、烟气管线、燃气管线、蒸汽管线和换向阀，其中，

所述辐射管沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置在所述热解室内部，每层具有多根沿水平方向布置的所述辐射管，所述辐射管的两端分别与所述热解室的侧壁固定连接；

所述蓄热体左右对称的设置在所述蓄热式热解反应器的外壁上，所述蓄热体中心设有所述燃气烧嘴，用于使通入的燃气和空气燃烧，产生烟气；

所述蓄热式热解反应器外壁与所述热解室的侧壁之间形成密闭通道，所述密闭通道与所述辐射管连通，用于将所述燃气烧嘴燃烧产生的烟气通入所述辐射管中，并使烟气通过热解室侧壁直接加热所述热解室；

所述空气风机、烟气风机分别经所述空气管线、烟气管线与所述换向阀连接，所述换向阀和所述燃气管线分别与所述燃气烧嘴连接，并且，所述烟气风机与所述气力进料系统连接，用于将所述蓄热式热解反应器排出烟气送入所述气力进料系统，以携带所述生物质原料进入料斗中，并作为烘干热源；

所述蒸汽管线一端与所述热解器蒸汽入口相连接，另一端与冷渣机蒸汽出口相连接；

冷渣机，包括：冷却进水口、盘管和蒸汽出口，所述盘管蜿蜒设置在所述冷渣机内部，所述冷渣机分别与所述热解反应器的出料口和成型装置连接，用于冷却半焦，且用于将吸收高温半焦的热量升温后的冷却水变为蒸汽，通过所述蒸汽管线送入所述热解器顶部对原料进行吹扫下行携带并提供热源；

成型装置，所述成型装置与所述冷渣机连接，用于将冷却后的半焦参配化工元素养分，成型为生物基肥料；

冷凝鼓风系统，所述冷凝鼓风系统设置在所述蓄热式热解反应器和净化系统之间，其入口与设置在所述热解反应器下方侧部的所述热解气导出口连接，出口与所述净化系统连接；

净化系统，所述净化系统与所述冷凝鼓风系统连接，用于将可燃气进行净化处理，得到净燃气。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蓄热式热解反应器为立式炉结构，并且，所述蓄热式热解反应器，进一步包括出料料位计，所述出料料位计包括测试头和显示器，其中，所述测试头设于所述热解反应器内部的下端，所述显示器设于所述热解反应器的外部，用于检测控制半焦出料量，使出料口保持适当的料位高度；所述化工元素为氮、磷和钾。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述蓄热体沿所述蓄热式热解反应器的高度方向多层布置，每层包括左右对称的位于所述辐射管两端的两个蓄热体。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述换向阀通过空气/烟气管线与蓄热体连接。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述蓄热体为陶瓷蜂窝体材料，每层的蓄热体为4-8层的辐射管提供作为加热源的所述烟气。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，所述换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，为20-150s，用于使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述料斗与所述进料口相连，所述出料口与冷渣机之间设有半焦输送装置。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，燃气和空气在所述燃气烧嘴中燃烧，产生600-800℃的高温烟气；所述烟气经所述辐射管后，温度下降至500-700℃，并将所述蓄热体加热到500-650℃。

9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的系统进行生物质快速热解的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a. 将生物质破碎成颗粒筛分，烟气经烟气风机引入气力进料系统用于携带所述生物质原料进入料斗中，并在携带过程中作为烘干热源，对生物质原料进行烘干；

b. 燃气和空气在一侧的燃气烧嘴中燃烧产生高温烟气，所述高温烟气通过热解室侧壁直接加热热解室，并把烟气通过蓄热式辐射管内置在热解室中，为热解反应提供热源；所述高温烟气经所述辐射管后，对另一侧的蓄热体进行加热，最终烟气经所述烟气风机携带生物质进入料斗；

c. 换向阀根据所述蓄热体温度变化设置换向时间间隔，当换向阀换向后，所述一侧的燃气烧嘴停止供燃气，而所述另一侧烧嘴开始供燃气燃烧并产生高温烟气，以使所述双蓄热式辐射管系统的两侧交替进行燃烧-排烟气，为热解反应提供热源；

d. 生物质原料进入到蓄热式热解反应器的进料口，此时从冷渣机过来的蒸汽对原料吹扫，一起进入反应器，经布置在所述反应器中的辐射管均布和加热，在所述反应器的热解室中停留一段时间，完成热解过程，移动至热解反应器下端排出；

e.所述出料料位计检测控制生物质半焦，高温半焦通过半焦输送装置排出到冷渣机中，冷却水进入，通过内置的盘管换热，把半焦冷却后作为生物炭排出，而冷却水将吸收高温半焦的热量升温后的冷却水变为蒸汽，通过蒸汽管线送入所述热解器顶部对原料进行吹扫下行携带并提供热源；

f.所述半焦冷却后送入成型装置，通过参配包括氮、磷和钾元素养分后成型为生物基肥料，作为有机肥料销售；

g.热解气从热解反应器下部的热解气导出口导出，进入所述冷凝鼓风系统，冷凝生成清洁油产品，冷却后的可燃气进入所述净化系统，脱除燃气中的杂质气后作为净燃气或原料气备用。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤a中，所述生物质为粒径小于6mm的粉状，烟气温度为150-250℃，烘干生物质的水分小于5%；所述步骤d中，停留时间为3-8s；所述步骤e中，高温半焦的温度为400-550℃；所述步骤g中，热解气温度为400-500℃。