CN107652992A

CN107652992A - 一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置

Info

Publication number: CN107652992A
Application number: CN201710938521.5A
Authority: CN
Inventors: 梅艳阳; 武齐; 王�华; 解树宽; 张刘钢
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2018-02-02
Anticipated expiration: 2037-10-11
Also published as: CN107652992B

Abstract

本发明涉及一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，它将包括保护气和载气供气单元、生物质进料单元、滚筒反应单元、气固分离单元、气液分离单元以及气体收集单元。生物质在滚筒反应器中发生热解反应的同时受到研磨体的研磨作用，热解固体产物粒径逐渐减小，直至被惰性气体带出滚筒反应器，通过旋风分离器实现气固分离，热挥发分进入冷凝箱被冷凝为液体产物，不可凝挥发分经过干燥过滤器洁净处理后被储气罐收集。本发明实现了生物质热解与研磨在一个反应器中同步进行，降低了研磨过程的能量消耗，同时，可将部分热解产物气体作为燃料，为反应系统中的反应过程提供能量输入，达到节能的目的。

Description

一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置

技术领域

本发明涉及生物质能源技术领域，尤其涉及一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置。

背景技术

生物质是唯一的可转化为液体燃料的可再生能源，也是唯一可替代化石能源的含碳可再生能源，与化石燃料的利用具有很好的兼容性。开发利用我国丰富的生物质能资源，对于缓解我国能源短缺压力、发展新型循环经济、保护环境、建设和谐社会等均具有重要的意义。

热解是生物质利用最为广泛的技术，是将生物质在无氧或低氧气氛下，通过外部加热至400℃以上温度，生物质内的有机物质转化为气相的挥发分和固相的残留炭；挥发分经过后续冷凝，形成的液体产物是生物炼制工艺的一种重要中间产物；不可凝挥发分形成热解气体产物，可用来作为生物质热解的热源，其不仅是一种优良的燃料，而且还可以进一步加工成活性炭或电极材料等高附加值产品；固相的残留炭在隔绝氧气的条件下继续冷却至室温则可以获得生物质焦炭。因此基于热解产物综合利用的生物质热解工艺无论是在技术的先进性还是过程的经济性方面都具有一定的优势，是我国生物炼制规模化、产业化发展的重要方向之一。

然而由于生物质原料本身特性，其粉碎成本较高，严重影响了生物质规模化利用的经济性。通过预处理手段如烘焙等虽可提高可磨性，但需要额外消耗热量，经济性有待验证。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，包括保护气和载气供气单元（1）、生物质进料单元（2）、滚筒反应单元（3）、气固分离单元（4）、气液分离单元（5）以及气体收集单元（6）。

本发明的技术方案是：

一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，包括保护气和载气供气单元（1）、生物质进料单元（2）、滚筒反应单元（3）、气固分离单元（4）、气液分离单元（5）以及气体收集单元（6）；保护气和载气供气单元（1）由惰性气体（11）以及通气管道a（12）和通气管道b（13）组成；生物质进料单元（2）包括螺旋给料机（21）、进料支架（22）和储料仓（23）；滚筒反应单元（3）包括滚筒反应器（31）、燃烧炉（32）、研磨体（33）、滚筒反应器（31）出口中心部位的出口轴承（34）以及出气管道（35）；气固分离单元（4）包括旋风分离器（41）以及热挥发分管道（42）；气液分离单元（5）包括蛇型管（51）、冷凝箱（52）以及不可凝挥发分管道（53）；气体收集单元（6）包括干燥过滤器（61）、洁净不可凝挥发分管道（62）以及储气罐（63）；

一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置其特征还在于：惰性气体（11）经过通气管道a（12）和通气管道b(13)分别进入螺旋给料机（21）和储料仓（23），螺旋给料机（21）上方设置储料仓（23），下方设置进料支架（22）；滚筒反应器（31）两端中心设置进口轴承（24）和出口轴承（34），内部设置多个研磨体（33），外部设置燃烧炉（32），滚筒反应器（31）一端通过进口轴承（24）与螺旋给料机（21）相连，另一端通过出口轴承（34）与出气管道(35)相连；旋风分离器（41）进口与出气管道（35）相连，出口通过热挥发分管道（42）与蛇型管（51）进口相连，蛇型管（51）布置在冷凝箱（52）内，蛇型管（51）出口通过不可凝挥发分管道（53）与干燥过滤器（61）进口相连，干燥过滤器（61）出口通过洁净不可凝挥发分管道（62）接入储气罐（63），从而构成完整的反应装置。

本发明所述的一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，其工作原理在于：生物质原料通过储料仓（23）进入螺旋给料机（21），同时，滚筒反应器（31）被燃烧炉（32）加热，达到目标温度后，生物质原料通过螺旋给料机（21）进入滚筒反应器（31），在滚筒反应器（31）中发生热解反应的同时受到研磨体（33）的研磨作用；热解固体产物粒径逐渐减小，直至被作为载气的惰性气体（11）带出滚筒反应器（31），通过旋风分离器（41）实现气固分离；固体产物被旋风分离器（41）收集，热挥发分进入蛇型管（51）中，可凝挥发分在蛇型管（51）中冷凝为液体产物，不可凝挥发分经过干燥过滤器（61）洁净处理后被储气罐（63）收集。

进一步，本发明专利所述的一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，其特征还在于，所述的保护气和载气供气单元（1）中所使用的惰性气体（11）既是热解反应的保护气，又是携带挥发分的载气。

进一步，本发明专利所述的一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，其特征在于，所述的滚筒反应单元（3）中的研磨体（33）占滚筒反应器（31）1/5～1/4的空间，研磨体（33）直径为滚筒反应器（31）轴向长度的1/15～1/10。

进一步，本发明专利所述的一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，其特征在于，所述的气固分离单元（4）中，为了防止挥发分冷凝，在出气管道（35）、旋风分离器（41）以及热挥发分管道（42）外面均设置保温层。

进一步，本发明专利所述的一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，其特征还在于，燃烧炉（32）中的燃料可由储气罐（63）收集到的气体提供，达到生物质热解反应不依赖外部热源的目的。

本发明专利的有益效果：

1.本发明实现了生物质热解与研磨在一个反应器中同步进行，降低了研磨过程的能量消耗。

2.本发明将部分热解产物气体作为燃料，为反应系统中的反应过程提供能量输入，达到节能的目的。

附图说明

图1是本发明装置工艺流程图。

图2是本发明装置结构示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步详细阐述：

如图1和图2所示，具有一定压力的惰性气体（11）如氮气、氩气，经过通气管道a(12)和通气管道b(13)分别进入螺旋给料机（21）和储料仓（23），螺旋给料机（21）上方设置储料仓（23），下方设置进料支架（22）；滚筒反应器（31）两端中心设置进口轴承（24）和出口轴承（34），内部设置多个研磨体（33），研磨体（33）由性能稳定、耐磨的材料制成，其作用有两个：一是将滚筒中的生物质原料碾碎，二是强化传热，加速热解反应进行。滚筒反应器（31）外壁被燃烧炉（32）加热，滚筒反应器（31）一端通过进口轴承（24）与螺旋给料机（21）相连，另一端通过出口轴承（34）与出气管道(35)相连，其中，进口轴承（24）和出口轴承（34）均为密封轴承；旋风分离器（41）进口与出气管道（35）相连，出口通过热挥发分管道（42）与蛇型管（51）进口相连，蛇型管（51）布置在冷凝箱（52）内，蛇型管（51）出口通过不可凝挥发分管道（53）与干燥过滤器（61）进口相连，干燥过滤器（61）出口通过洁净不可凝挥发分管道（62）接入储气罐（63），从而构成完整的反应装置。

具体实施过程如下：首先运行保护气和载气供气单元（1），同时启动燃烧炉（32），滚筒反应器（31）被加热，达到目标热解温度后，储料仓（23）中存放的经初步破碎的秸秆、木材等生物质原料被螺旋给料机（21）输送至滚筒反应器（31）中，在滚筒反应器（31）中发生热解反应的同时受到研磨体（33）的研磨作用；随着反应的进行，热解固体产物粒径逐渐减小，直至被作为载气的惰性气体（11）带出滚筒反应器（31），在旋风分离器（41）中实现气固分离；固体产物被旋风分离器（41）收集，热挥发分进入蛇型管（51）中，可凝挥发分在蛇型管（51）中冷凝为液体产物，不可凝挥发分经过干燥过滤器（61）干燥过滤处理后被储气罐（63）收集，干燥过滤器（61）中具有干燥剂和吸附剂，对不可凝挥发分中的水分和杂质进行干燥和过滤。蛇型管（51）浸没在冷凝箱（52）中，冷凝箱（52）可以采用循环水或冰水混合物等方式造成低温环境。

所述的保护气和载气供气单元（1）中所使用的惰性气体（11）既是热解反应的保护气，又是携带挥发分的载气。

所述的滚筒反应单元（3）中的研磨体（33）占滚筒反应器（31）1/5～1/4的空间，单个研磨体（33）直径为滚筒反应器（31）轴向长度的1/15～1/10。

所述的气固分离单元（4）中，为了防止挥发分冷凝，在出气管道（35）、旋风分离器（41）以及热挥发分管道（42）外面均设置保温层。

所述的储气罐（63）收集到的气体可通入燃烧炉（32）中燃烧，为热解反应提供热源。

所述的蛇型管（51）对气体起到降温冷凝作用，也可采用其他形式的换热器替代。

所述的干燥过滤器（61）中采用变色硅胶作为干燥材料，脱脂棉作为过滤材料。

所述的滚筒反应器（31）的旋转速度和螺旋进料机（21）的转速可由变频电机调节控制，达到进出料的动态平衡。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，包括保护气和载气供气单元（1）、生物质进料单元（2）、滚筒反应单元（3）、气固分离单元（4）、气液分离单元（5）以及气体收集单元（6）；保护气和载气供气单元（1）由惰性气体（11）以及通气管道a(12)和通气管道b(13)组成；生物质进料单元（2）包括螺旋给料机（21）、进料支架（22）和储料仓（23）；滚筒反应单元（3）包括滚筒反应器（31）、燃烧炉（32）、研磨体（33）、滚筒反应器（31）出口中心部位的出口轴承（34）以及出气管道（35）；气固分离单元（4）包括旋风分离器（41）以及热挥发分管道（42）；气液分离单元（5）包括蛇型管（51）、冷凝箱（52）以及不可凝挥发分管道（53）；气体收集单元（6）包括干燥过滤器（61）、洁净不可凝挥发分管道（62）以及储气罐（63）；其结构特征还在于：

惰性气体（11）经过通气管道a(12)和通气管道b(13)分别进入螺旋给料机（21）和储料仓（23），螺旋给料机（21）上方设置储料仓（23），下方设置进料支架（22）；滚筒反应器（31）两端中心设置进口轴承（24）和出口轴承（34），内部设置多个研磨体（33），外部设置燃烧炉（32），滚筒反应器（31）一端通过进口轴承（24）与螺旋给料机（21）相连，另一端通过出口轴承（34）与出气管道(35)相连；旋风分离器（41）进口与出气管道（35）相连，出口通过热挥发分管道（42）与蛇型管（51）进口相连，蛇型管（51）布置在冷凝箱（52）内，蛇型管（51）出口通过不可凝挥发分管道（53）与干燥过滤器（61）进口相连，干燥过滤器（61）出口通过洁净不可凝挥发分管道（62）接入储气罐（63），从而构成完整的反应装置。

2.根据权利要求1所述的一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，其工作原理在于：生物质原料通过储料仓（23）进入螺旋给料机（21），同时，滚筒反应器（31）被燃烧炉（32）加热，达到目标温度后，生物质原料通过螺旋给料机（21）进入滚筒反应器（31），在滚筒反应器（31）中发生热解反应的同时受到研磨体（33）的研磨作用；热解固体产物粒径逐渐减小，直至被惰性气体（11）带出滚筒反应器（31），通过旋风分离器（41）实现气固分离；固体产物被旋风分离器（41）收集，热挥发分进入蛇型管（51）中，可凝挥发分在蛇型管（51）中冷凝为液体产物，不可凝挥发分经过干燥过滤器（61）洁净处理后被储气罐（63）收集。

3.根据权利要求1所述的一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，其特征在于，所述的保护气和载气供气单元（1）中所使用的惰性气体（11）既是热解反应的保护气，又是携带挥发分的载气。

4.根据权利要求1所述的一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，其特征在于，所述的滚筒反应单元（3）中的研磨体（33）占滚筒反应器（31）1/5～1/4的空间，研磨体（33）直径为滚筒反应器（31）轴向长度的1/15～1/10。

5.根据权利要求1所述的一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，其特征在于，所述的气固分离单元（4）中，为了防止挥发分冷凝，在出气管道（35）、旋风分离器（41）以及热挥发分管道（42）外面均设置保温层。

6.根据权利要求1所述的一种集研磨与热解为一体的新型生物质反应装置，其特征还在于，燃烧炉（32）中的燃料可由储气罐（63）收集到的气体提供，达到生物质热解反应不依赖外部热源的目的。