CN109593542B - 一种一体式生物质热解分级冷凝装置 - Google Patents

一种一体式生物质热解分级冷凝装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一体式生物质热解分级冷凝装置，包括自下而上依次设置的至少两级冷凝器和不凝气净化器，所述冷凝器的温度依次降低，最下侧的所述冷凝器下端设置有热解气入口，所述不凝气净化器的上端设置有不凝气出口。本发明中生物质热解气依次通过温度依次降低的冷凝器，对生物质热解气进行初步分级收集，获得不同性质和用途的生物油，大大降低了其后续作为燃料或化学品而进行精炼提质的成本，同时不凝气净化器对生物质热解气中无法冷凝的气溶胶进行收集和去除，保证了不凝气的清洁。

Description

一种一体式生物质热解分级冷凝装置
技术领域
本发明涉及生物质热解技术领域，特别是涉及一种一体式生物质热解分级冷凝装置。
背景技术
随着社会的不断发展进步，人类对化石能源的需求不断增加。而化石能源的不可再生及其过度消耗所带来的生态破坏环境污染等问题，迫使人们寻求高效清洁可替代能源。生物质作为唯一的炭基质资源，其储量大，分布广泛，可再生，近年来备受关注。生物质在高温无氧环境下热解可以获得以液体生物原油为主的气液固三种产物。直接喷淋冷凝和间接冷凝是目前获取生物油的两种主要途径，前者生物油的产率高，结构简单，但获得的生物油组分和性质复杂，增加了后续的精炼提质难度和成本；后者通过不同组分在不同温度冷凝的特性，分别对其进行收集，为后续针对不同种类的油制备高附加值化学品和燃料提供了一种可行的途径。但传统的间接冷凝工艺复杂，设备庞大，且无法长期连续运转，这为工业化生产带来了困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种一体式生物质热解分级冷凝装置，以解决上述现有技术存在的问题，使生物质热解气进行分级收集。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种一体式生物质热解分级冷凝装置，其特征在于：包括自下而上依次设置的至少两级冷凝器和不凝气净化器，所述冷凝器的温度依次降低，最下侧的所述冷凝器下端设置有热解气入口，所述不凝气净化器的上端设置有不凝气出口。
优选的，所述冷凝器的中心固定有中心轴，所述冷凝器内均设置有内冷却装置，所述内冷却装置设置在所述中心轴上，所述中心轴连接有电机，所述电机用于驱动所述内冷却装置旋转，所述内冷却装置包括若干设置在所述中心轴上的内冷却板。
优选的，所述冷凝器内均设置有外冷却装置，所述外冷却装置设置在所述冷凝器的内壁上，所述外冷却装置包括若干设置在所述冷凝器的内壁上的外冷却板。
优选的，所述内冷却装置还包括内冷却管，所述内冷却管设置在所述中心轴内，所述内冷却管包括入流管和回流管，所述入流管的入口和所述回流管的出口均设置在所述中心轴的下端，所述内冷却板设置在所述中心轴外侧，位于所述内冷却板内的所述中心轴与所述内冷却板连通，位于所述内冷却板内的所述内冷却管外侧设置有限位卡盘，所述内冷却板与所述入流管对应的位置设置有内冷却介质入口，所述内冷却板与所述回流管对应的位置设置有内冷却介质出口；所述内冷却板内设置有若干第一内冷却间隔板和若干第二内冷却间隔板，所述第一内冷却间隔板和所述第二内冷却间隔板沿所述内冷却板周向交替设置，所述第一内冷却间隔板的一端设置在所述限位卡盘上，所述第一内冷却间隔板的另一端与所述内冷却板的侧壁不接触，所述第二内冷却间隔板的一端设置在所述内冷却板的侧壁上，所述第二内冷却间隔板的另一端与所述限位卡盘不接触，所述内冷却介质入口的两侧和所述内冷却介质出口的两侧设置所述第一内冷却间隔板。
优选的，所述外冷却板内设置有若干第一外冷却间隔板、若干第二外冷却间隔板和第三外冷却间隔板，所述外冷却板上设置有外冷却介质入口和外冷却介质出口，所述外冷却介质入口和所述外冷却介质出口设置在所述第三外冷却间隔板的两侧，所述第一外冷却间隔板的一端固定设置在所述冷凝器的内壁上，所述第一外冷却间隔板的另一端与所述外冷却板的侧壁不接触，所述第二外冷却间隔板的一端固定设置在所述外冷却板的侧壁上，所述第二外冷却间隔板的另一端与所述冷凝器的内壁不接触，若干所述第一外冷却间隔板和若干第二外冷却间隔板沿所述外冷却板周向交替设置所述第三外冷却间隔板两侧，且所述第三外冷却间隔板相邻位置均设置所述第一外冷却间隔板。
优选的，所述第一外冷却间隔板与所述第二外冷却间隔板形成的空间内间隔设置有高压喷头组，所述高压喷头组上设置有若干高压喷头，若干所述高压喷头通过管路连通，所述高压喷头与所述内冷却板的上表面相对设置，所述高压喷头喷出的液体为能够对生物油进行溶解的有机溶剂或水相轻质生物油。
优选的，若干所述内冷却板和若干所述外冷却板沿所述冷凝器的轴向交替设置，且所述冷凝器内最上端为所述外冷却板，最下端为所述内冷却板。
优选的，所述内冷却板的上表面和下表面以及所述外冷却板的上表面均设置有若干球形凸起。
优选的，所述冷凝器内位于最下端的所述内冷却板的下方还设置有生物油回收板，所述生物油回收板的一端与所述冷凝器的内壁固定连接，所述生物油回收板的另一端与所述内冷却板、所述中心轴不接触，所述生物油回收板向外倾斜设置，所述生物油回收板与所述冷凝器的固定处设置有生物油出口。
优选的，所述冷凝器设置为从下至上依次设置的一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器，所述一级冷凝器设置的温度为200℃，所述二级冷凝器设置的温度为100℃，所述三级冷凝器设置的温度为-10℃，所述一级冷凝器与所述二级冷凝器之间、所述二级冷凝器与所述三级冷凝器之间以及所述三级冷凝器与所述不凝气净化器之间均设置有连接板，所述连接板上均匀设置有若干热解气通过口；所述不凝气净化器内设置有等离子静电捕集器和填料吸附系统。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中生物质热解气依次通过温度依次降低的一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器，对生物质热解气进行分级收集，实现了初步分离，获得不同性质和用途的稳定的生物油，大大降低了后续作为燃料或化学品而进行精炼提质的成本，同时可以实现自清洁，保证了设备连续高效运行，并且不凝气净化器对生物质热解气中无法冷凝的气溶胶进行收集和去除，保证了不凝气的清洁。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一体式生物质热解分级冷凝装置示意图；
图2为本发明中的内冷却板示意图；
图3为本发明中的外冷却板示意图；
图4为本发明中的冷凝器内部示意图；
图5为本发明中的连接板示意图；
其中：1-一级冷凝器，2-二级冷凝器，3-三级冷凝器，4-不凝气净化器，5-热解气入口，6-不凝气出口，7-中心轴，8-电机，9-内冷却板，10-外冷却板，11-入流管，12-回流管，13-限位卡盘，14-内冷却介质入口，15-内冷却介质出口，16-第一内冷却间隔板，17-第二内冷却间隔板，18-第一外冷却间隔板，19-第二外冷却间隔板，20-第三外冷却间隔板，21-外冷却介质入口，22-外冷却介质出口，23-高压喷头，24-球形凸起，25-生物油回收板，26-生物油出口，27-连接板，28-热解气通过口，29-凸帽，30-弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种一体式生物质热解分级冷凝装置，以解决上述现有技术存在的问题，使生物质热解气进行分级收集。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-5所示：本实施例提供了一种一体式生物质热解分级冷凝装置，包括自下而上依次设置的至少两级冷凝器和不凝气净化器4，冷凝器的温度依次降低，本实施例中，冷凝器设置为从下至上依次设置的一级冷凝器1、二级冷凝器2、三级冷凝器3，一级冷凝器1设置的温度为200℃，二级冷凝器2设置的温度为100℃，三级冷凝器3设置的温度为-10℃，一级冷凝器1下端设置有热解气入口5，不凝气净化器4上端设置有不凝气出口6。一级冷凝器1与二级冷凝器2之间、二级冷凝器2与三级冷凝器3之间以及三级冷凝器3与不凝气净化器4之间均设置有连接板27，连接板27上均匀设置有若干热解气通过口28。
本实施例中，冷凝器的中心固定有中心轴7，冷凝器内均设置有内冷却装置，内冷却装置固定在中心轴7上，中心轴7连接有电机8，电机8用于驱动内冷却装置旋转，内冷却装置包括若干固定在中心轴7上的内冷却板9。内冷却装置还包括内冷却管，内冷却管包括在中心轴7内并行的入流管11和回流管12，入流管11的入口和回流管12的出口均设置在中心轴7的下端，内冷却板9设置在中心轴7的外侧，位于内冷却板9内的中心轴7与内冷却板9连通，位于内冷却板9内的内冷却管外侧设置有限位卡盘13，内冷却板9与入流管11对应的位置设置有内冷却介质入口14，内冷却板9与回流管12对应的位置设置有内冷却介质出口15，内冷却介质入口14与内冷却介质出口15相对设置；内冷却板9内设置有八个第一内冷却间隔板16和八个第二内冷却间隔板17，第一内冷却间隔板16的一端设置在限位卡盘13上，第一内冷却间隔板16的另一端与内冷却板9的侧壁不接触，第二内冷却间隔板17的一端设置在内冷却板9的侧壁上，第二内冷却间隔板17的另一端与限位卡盘13不接触，第一内冷却间隔板16和第二内冷却间隔板17沿内冷却板9周向交替设置，内冷却介质入口14的两侧和内冷却介质出口15的两侧均设置第一内冷却间隔板16，限位卡盘13通过凸帽29和弹簧30与内冷却介质入口14的两侧、内冷却介质出口15的两侧的第一内冷却间隔板16连接，限位卡盘13保证了冷却介质入流和回流的位置准确。即使出现限位卡盘13与内冷却介质入口14、内冷却介质出口15不对应的情况，第一内冷却间隔板16和第二内冷却间隔板17的设置方式也能保证冷却介质入流和回流，不会发生堵液。
本实施例中，冷凝器内还设置有外冷却装置，外冷却装置设置在冷凝器的内壁上，外冷却装置包括若干设置在冷凝器的内壁上的外冷却板10。外冷却板10内设置有八个第一外冷却间隔板18、七个第二外冷却间隔板19和一个第三外冷却间隔板20，外冷却板10上设置有外冷却介质入口21和外冷却介质出口22，外冷却介质入口21和外冷却介质出口22设置在冷凝器上，外冷却介质入口21和外冷却介质出口22位于第三外冷却间隔板20的两侧，第一外冷却间隔板18的一端固定设置在冷凝器的内壁上，第一外冷却间隔板18的另一端与外冷却板10的侧壁不接触，第二外冷却间隔板19的一端固定设置在外冷却板10的侧壁上，第二外冷却间隔板19的另一端与冷凝器的内壁不接触，第三外冷却间隔板20一端固定设置在冷凝器的内壁上，第三外冷却间隔板20的另一端固定设置在外冷却板10的侧壁上，第一外冷却间隔板18和第二外冷却间隔板19沿外冷却板10周向交替设置在第三外冷却间隔板20的两侧，且第三外冷却间隔板20相邻位置均设置第一外冷却间隔板18。
本实施例中，第一外冷却间隔板18与第二外冷却间隔板19形成的空间内间隔设置有七个高压喷头组，高压喷头组上设置有五个高压喷头23，五个高压喷头23通过管路连通，高压喷头23的喷射口与内冷却板9的上表面相对设置，高压喷头23喷出的液体为能够对生物油进行溶解的有机溶剂或水相轻质生物油。
本实施例中，一级冷凝器1、二级冷凝器2和三级冷凝器3内均沿轴向交替设置三个内冷却板9和三个外冷却板10，且一级冷凝器1、二级冷凝器2和三级冷凝器3内最上端为外冷却板10，最下端为内冷却板9。内冷却板9的上表面和下表面以及外冷却板10的上表面均设置有若干球形凸起24。球形凸起24增加了换热面积以及热解气的停留时间，提高了换热效率。
本实施例中，一级冷凝器1、二级冷凝器2和三级冷凝器3内位于最下端的内冷却板9的下方还设置有生物油回收板25，生物油回收板25的一端分别与一级冷凝器1、二级冷凝器2和三级冷凝器3的内壁固定连接，生物油回收板25的另一端与内冷却板9、中心轴7不接触，生物油回收板25向外倾斜设置，生物油回收板25与一级冷凝器1、二级冷凝器2和三级冷凝器3的固定处分别设置有生物油出口26。
本实施例的一体式生物质热解分级冷凝装置工作时，通过入流管11的入口向内冷却装置中通入冷却介质，冷却介质经入流管11上的内冷却介质入口14进入各个内冷却板9内，然后经内冷却介质出口15流回回流管12中，从回流管12的出口流出；通过外冷却介质入口21向外冷却装置中通入冷却介质，冷却介质在外冷却板10内流动后经外冷却介质出口22流出，生物质热解气从热解气入口5进入，在热解分级过程中，生物质热解气首先进入200℃的一级冷凝器1，在向上流动过程中大分子有机物以及未完全分离的炭质颗粒首先冷凝，并通过生物油出口26排出，然后生物质热解气进入100℃的二级冷凝器2，在100℃-200℃之间的酚类酮类等有机物冷凝，并通过生物油出口26排出，生物质热解气进入-10℃的三级冷凝器3，小分子的酸类、呋喃类、酮类、醛类等冷却，通过生物油出口26排出，最后热解和冷凝过程中形成的气溶胶类物质经过不凝气净化器4内的静电捕集器和填料吸附系统去除，保证了尾气排放的安全性和环保性，实现最终气体净化，不凝气出由不凝气净化器4上端的不凝气出口6排出。生物质热解气在冷凝器中通过由生物油回收板25、内冷却板9、外冷却板10形成的空间内，增加了生物质热解气在冷凝器中的行程，热解分级的生物油凝结在外冷却板10和内冷却板9的表面上，电机8驱动内冷却板9间歇旋转，使生物油在离心力的作用下提高了生物油的流动性，生物油快速离开内冷却板9的表面，落在外冷却板10上再次进行换热，并且，外冷却板10的高压喷头23向内冷却板9上喷射对生物油进行溶解的有机溶剂或水相轻质生物油，使内冷却板9表面的生物油更快溶解，不仅能够起到快速收集生物油的作用，还能够实现对内冷却板9表面的清洁。
本实施例不仅增加了生物质热解气的行程，还增加了冷却介质的行程，并且通过内冷却装置和外冷却装置的配合设置，使生物质热解气能够快速均匀冷却，内冷却板9和外冷却板10表面的球形凸起24增加了换热表面积，提高了冷却效率，并且高压喷头23实现了装置内部的自清洁，保证了冷却效果。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种一体式生物质热解分级冷凝装置，其特征在于：包括自下而上依次设置的至少两级冷凝器和不凝气净化器，所述冷凝器的温度依次降低，最下侧的所述冷凝器下端设置有热解气入口，所述不凝气净化器的上端设置有不凝气出口；
所述冷凝器的中心固定有中心轴，所述冷凝器内均设置有内冷却装置，所述内冷却装置设置在所述中心轴上，所述中心轴连接有电机，所述电机用于驱动所述内冷却装置旋转，所述内冷却装置包括若干设置在所述中心轴上的内冷却板；
所述冷凝器内均设置有外冷却装置，所述外冷却装置设置在所述冷凝器的内壁上，所述外冷却装置包括若干设置在所述冷凝器的内壁上的外冷却板；
所述外冷却板内设置有若干第一外冷却间隔板、若干第二外冷却间隔板和第三外冷却间隔板，所述外冷却板上设置有外冷却介质入口和外冷却介质出口，所述外冷却介质入口和所述外冷却介质出口设置在所述第三外冷却间隔板的两侧，所述第一外冷却间隔板的一端固定设置在所述冷凝器的内壁上，所述第一外冷却间隔板的另一端与所述外冷却板的侧壁不接触，所述第二外冷却间隔板的一端固定设置在所述外冷却板的侧壁上，所述第二外冷却间隔板的另一端与所述冷凝器的内壁不接触，若干所述第一外冷却间隔板和若干第二外冷却间隔板沿所述外冷却板周向交替设置所述第三外冷却间隔板两侧，且所述第三外冷却间隔板相邻位置均设置所述第一外冷却间隔板。
2.根据权利要求1所述的一体式生物质热解分级冷凝装置，其特征在于：所述内冷却装置还包括内冷却管，所述内冷却管设置在所述中心轴内，所述内冷却管包括入流管和回流管，所述入流管的入口和所述回流管的出口均设置在所述中心轴的下端，所述内冷却板设置在所述中心轴外侧，位于所述内冷却板内的所述中心轴与所述内冷却板连通，位于所述内冷却板内的所述内冷却管外侧设置有限位卡盘，所述内冷却板与所述入流管对应的位置设置有内冷却介质入口，所述内冷却板与所述回流管对应的位置设置有内冷却介质出口；
所述内冷却板内设置有若干第一内冷却间隔板和若干第二内冷却间隔板，所述第一内冷却间隔板和所述第二内冷却间隔板沿所述内冷却板周向交替设置，所述第一内冷却间隔板的一端设置在所述限位卡盘上，所述第一内冷却间隔板的另一端与所述内冷却板的侧壁不接触，所述第二内冷却间隔板的一端设置在所述内冷却板的侧壁上，所述第二内冷却间隔板的另一端与所述限位卡盘不接触，所述内冷却介质入口的两侧和所述内冷却介质出口的两侧设置所述第一内冷却间隔板。
3.根据权利要求1所述的一体式生物质热解分级冷凝装置，其特征在于：所述第一外冷却间隔板与所述第二外冷却间隔板形成的空间内间隔设置有高压喷头组，所述高压喷头组上设置有若干高压喷头，若干所述高压喷头通过管路连通，所述高压喷头与所述内冷却板的上表面相对设置，所述高压喷头喷出的液体为能够对生物油进行溶解的有机溶剂或水相轻质生物油。
4.根据权利要求1所述的一体式生物质热解分级冷凝装置，其特征在于：若干所述内冷却板和若干所述外冷却板沿所述冷凝器的轴向交替设置，且所述冷凝器内最上端为所述外冷却板，最下端为所述内冷却板。
5.根据权利要求1所述的一体式生物质热解分级冷凝装置，其特征在于：所述内冷却板的上表面和下表面以及所述外冷却板的上表面均设置有若干球形凸起。
6.根据权利要求1所述的一体式生物质热解分级冷凝装置，其特征在于：所述冷凝器内位于最下端的所述内冷却板的下方还设置有生物油回收板，所述生物油回收板的一端与所述冷凝器的内壁固定连接，所述生物油回收板的另一端与所述内冷却板、所述中心轴不接触，所述生物油回收板向外倾斜设置，所述生物油回收板与所述冷凝器的固定处设置有生物油出口。
7.根据权利要求1所述的一体式生物质热解分级冷凝装置，其特征在于：所述冷凝器设置为从下至上依次设置的一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器，所述一级冷凝器设置的温度为200℃，所述二级冷凝器设置的温度为100℃，所述三级冷凝器设置的温度为-10℃，所述一级冷凝器与所述二级冷凝器之间、所述二级冷凝器与所述三级冷凝器之间以及所述三级冷凝器与所述不凝气净化器之间均设置有连接板，所述连接板上均匀设置有若干热解气通过口；所述不凝气净化器内设置有等离子静电捕集器和填料吸附系统。
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