CN107723015B - 一种下吸式快速热解生物质的装置 - Google Patents

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Abstract

一种下吸式快速热解生物质的装置，包括控制系统、螺旋进料器、搅拌器、催化剂装填管、加热套、微波磁控管、保温层、微波反应腔、热电偶、球形碳化硅、孔板、储渣器、防灰隔板、出气口、冷凝器、液体收集器、抽气泵、气体收集器。通过控制热解温度与催化温度，调节微波功率、进料速度、搅拌速度，物料通过螺旋进料器连续加入微波反应腔中，在搅拌器作用下，物料反应后的残渣通过孔板排入储渣器，热解蒸汽通过高温球形碳化硅床层进入催化剂装填管催化重整，再通过冷凝器冷凝成生物燃油进入液体收集器，不可冷凝的生物燃气通过气体收集器收集。本发明可连续操作，适合工业化生产，缩反应时间短，副反应少，可有效提高生物油和生物燃气的品质。

Description

一种下吸式快速热解生物质的装置
技术领域
本发明涉及一种下吸式快速热解生物质制备可再生能源的装置。
背景技术
生物质能具有分布广、可再生、洁净性（硫、氮含量低）、温室气体排放量少等优点，是地球上最具发展前景的石油替代能源。我国生物质能极为丰富，可开发的生物质资源潜力巨大，包括农、林业生物质废弃物、生活垃圾及有机废弃物等。生物质热解制油技术受到了研究者越来越多的重视，该技术以较低的成本、连续化的生产工艺将低能量密度的生物质转化为高能量密度的生物油，减少了生物质的体积，便于储存和运输。但是生物质快速热解所得的生物油含氧量高、热值低、热稳定性差、粘度高、酸度大、腐蚀性强，因此其进一步的应用受到了较大限制。值得注意的是，这些缺点都和生物油中含氧量高密切相关。为了提高所得生物油质量，生物质催化快速热解制油（catalytic fast pyrolysis，CFP）技术应运而生，该技术将快速热解和催化重整制油技术相结合，以在生物油冷凝前提升其品质，降低生物油含氧量、提高烃类含量
目前，微波作为一种新型加热方式在生物质CFP技术中开始得到应用。微波加热的本质是微波在物料中的能量耗散，与传统加热方式相比，微波加热具有如下优势：（1）加热均匀；（2）节约能耗：（3）无滞后效应；（4）便与操作；（5）安全无污染。本发明人前期研究将微波辅助催化快速热解（microwave-assisted catalytic fast pyrolysis，MACFP）技术应用于生物质热解制备烃类燃油与生物燃气，取得了一系列的进展。
值得注意的是，尽管MACFP技术能够均匀加热物料、促进烃类生成，但该技术在传热效果、催化剂等方面仍存在一系列突出的问题，包括：（1）传热效果方面：生物质与催化剂存在微波吸收因子量少、介电常数低以及升温速率太慢等缺点，同时传统微波热解工艺中热解温度与催化温度难以分别调控。（2）催化剂方面：目前微波辅助催化快速热解技术多为原位催化，催化剂存在易钝化失活、分离困难等缺陷。因此，本发明开发一种快速催化热解生物质制备高品质可再生平台化合物的装置，实现生物质资源的高效利用。
发明内容
本发明目的提供一种下吸式快速热解生物质的装置，其工艺简单，具有连续操作性，适合工业化生产。
本发明通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种下吸式快速热解生物质的装置，由控制系统（1）、螺旋进料器（2）、搅拌器（3）、保温层（4）、微波磁控管（5）、微波反应腔（6）、热电偶（7）、球形碳化硅（8）、孔板（9）、储渣器（10）、防灰隔板（11）、出气口（12）、催化剂装填管（13）、加热套（14）、冷凝器（15）、液体收集器（16）、抽气泵（17）、气体收集器（18）组成。
螺旋进料器（2）与微波反应腔（6）上部相连，微波反应腔（6）内有搅拌器（3）与球形碳化硅（8），外部依次为保温层（4）与微波磁控管（5），下部为孔板（9），微波反应腔（6）外壁嵌有热电偶（7），储渣器（10）与微波反应腔（6）相连，中间隔有孔板（9），储渣器（10）内部设有防灰隔板（11），上部设有出气口（12），催化剂装填管（13）与出气口（12）相连，催化剂装填管（13）外部为加热套（14），冷凝器（15）与催化剂装填管（13）相连，冷凝器（15）下部设有液体收集器（16），抽气泵（17）与冷凝器（15）相连，抽气泵（17）气体出口连接气体收集器（18）。
控制系统（1）通过线缆分别与微波磁控管（5）、螺旋进料器（2）、搅拌器（3）、热电偶（7）、加热套（14）连接，以调控微波功率、进料速度、搅拌速度、热解温度和催化温度。
所述的保温层（4）的材料为硅酸铝纤维。
所述的微波磁控管（5）的数量为2-10个，每个的输出功率为1-1.5 Kw，频率为2450MHz，冷却方式为水冷。
所述的微波反应腔（6）的材料为耐高温透波陶瓷。
所述的球形碳化硅（8）直径为2-4cm。
所述的孔板（9）的孔直径为1-3cm。
本发明的工作原理是：通过控制系统（1）设定目标热解温度与目标催化温度，调节适当的微波功率、进料速度、搅拌速度，当微波反应腔（6）中球形碳化硅（8）与催化剂装填管（13）达到设定目标温度时，生物质通过螺旋进料器（2）连续加入微波反应腔（6）中，在搅拌器（3）作用下，物料反应后产生的残渣通过孔板（9）排出进入储渣器（10），设置防灰隔板（11）防止残渣进入出气口（12），热解蒸汽在抽气泵（17）负压的作用下通过高温球形碳化硅（8）床层进入储渣器（10）上部的出气口，然后进入催化剂装填管（13）催化重整，最后通过冷凝器（15）冷凝成生物燃油进入液体收集器（16），不可冷凝的生物燃气通过气体收集器（18）收集。
本发明装置的优点在于具有连续操作性，适合工业化生产，生物质在高热球形碳化硅床层作用下快速达到热解温度，缩短反应时间，减少副反应发生，热解蒸汽穿过高热球形碳化硅床层，促进焦油分解，同时通过外部催化延长催化剂使用寿命，并对热解蒸汽进行有效催化重整，有效提高生物油和生物燃气的品质。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
其中，1为控制系统、2为螺旋进料器、3为搅拌器、4为保温层、5为微波磁控管、6为微波反应腔、7为热电偶、8为球形碳化硅、9为孔板、10为储渣器、11为防灰隔板、12为出气口、13为催化剂装填管、14为加热套、15为冷凝器、16为液体收集器、17为抽气泵、18为气体收集器。
具体实施方式
本发明将结合附图，通过以下实施例进一步说明。
如图1所述，本实施例由控制系统1、螺旋进料器2、搅拌器3、保温层4、微波磁控管5、微波反应腔6、热电偶7、球形碳化硅8、孔板9、储渣器10、防灰隔板11、出气口12、催化剂装填管13、加热套14、冷凝器15、液体收集器16、抽气泵17、气体收集器18组成；
螺旋进料器2与微波反应腔6上部相连，微波反应腔6内有搅拌器3与球形碳化硅8，外部依次为保温层4与微波磁控管5，下部为孔板9，微波反应腔6外壁嵌有热电偶7，储渣器10与微波反应腔6相连，中间隔有孔板9，储渣器10内部设有防灰隔板11，上部设有出气口12，催化剂装填管13与出气口12相连，外部为加热套14，冷凝器15与催化剂装填管13相连，冷凝器15下部设有液体收集器16，抽气泵17与冷凝器15相连，抽气泵17气体出口连接气体收集器18。
控制系统（1）通过线缆分别与微波磁控管（5）、螺旋进料器（2）、搅拌器（3）、热电偶（7）、加热套（14）连接，以调控微波功率、进料速度、搅拌速度、热解温度和催化温度。
保温层4的材料为硅酸铝纤维。
微波磁控管5的数量为8个，每个的输出功率为1.5 Kw，频率为2450MHz，冷却方式为水冷。
微波反应腔6的材料为耐高温透波陶瓷。
球形碳化硅8直径为3cm。
孔板9的孔直径为2cm。
本实施例中，通过控制系统设定目标热解温度为650℃，目标催化温度为300℃，调节微波功率为6000 W，进料速度为30kg/h，搅拌速度为60 r/min，当达到设定目标温度时，生物质通过螺旋进料器连续加入微波反应腔中，搅拌器上下提拉式搅动，生物质快速升温热解，产生的残渣通过孔板排出进入储渣器，孔板下方设置防灰隔板防止残渣进入出气口，热解蒸汽在抽气泵负压的作用下通过高温球形碳化硅床层进入储渣器上部的出气口，然后进入催化剂装填管催化重整，最后通过冷凝器冷凝成生物燃油进入液体收集器，不可冷凝的生物燃气通过气体收集器收集。

Claims (4)

1.一种下吸式快速热解生物质的装置，其特征是由控制系统（1）、螺旋进料器（2）、搅拌器（3）、保温层（4）、微波磁控管（5）、微波反应腔（6）、热电偶（7）、球形碳化硅（8）、孔板（9）、储渣器（10）、防灰隔板（11）、出气口（12）、催化剂装填管（13）、加热套（14）、冷凝器（15）、液体收集器（16）、抽气泵（17）、气体收集器（18）组成；
螺旋进料器（2）与微波反应腔（6）上部相连，微波反应腔（6）内有搅拌器（3）与球形碳化硅（8），外部依次为保温层（4）与微波磁控管（5），下部为孔板（9），微波反应腔（6）外壁嵌有热电偶（7），储渣器（10）与微波反应腔（6）相连，中间隔有孔板（9），储渣器（10）内部设有防灰隔板（11），上部设有出气口（12），催化剂装填管（13）与出气口（12）相连，催化剂装填管（13）外部为加热套（14），冷凝器（15）与催化剂装填管（13）相连，冷凝器（15）下部设有液体收集器（16），抽气泵（17）与冷凝器（15）相连，抽气泵（17）气体出口连接气体收集器（18）；
控制系统（1）通过线缆分别与微波磁控管（5）、螺旋进料器（2）、搅拌器（3）、热电偶（7）、加热套（14）连接，以调控微波功率、进料速度、搅拌速度、热解温度和催化温度；
所述的保温层（4）的材料为硅酸铝纤维；
所述的微波磁控管（5）的数量为2-10个，每个的输出功率为1-1.5 Kw，频率为2450MHz，冷却方式为水冷。
2.根据权利要求书1所述的一种下吸式快速热解生物质的装置，其特征是所述的微波反应腔（6）的材料为耐高温透波陶瓷。
3.根据权利要求书1所述的一种下吸式快速热解生物质的装置，其特征是所述的球形碳化硅（8）直径为2-4cm。
4.根据权利要求书1所述的一种下吸式快速热解生物质的装置，其特征是所述的孔板（9）的孔直径为1-3cm。
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