CN109777464A - 一种生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，包括进料存储装置、炉腔、热解室、粉碎器、冷凝装置和通风管道，炉腔内设置有热解室，进料装置设置在热解室上方，粉碎器设置在热解室内，冷凝装置入口与热解室出口相连，冷凝装置出口与通风管道相连。原料进入热解室后通过热解室中的粉碎器进行破碎和搅拌，热解室中的热电偶通过温控仪调节热解室内的温度。热解产物从热解室出口通过管道进入冷凝装置，收集冷凝后的生物油，残碳在热解室底部收集。不可冷凝气体通过通风管道送入物料存储装置，利用其余热对进料存储装置中的生物质进行干燥。本发明有利于生物质热解充分，提高生物油的产率15％左右，热量可循环利用，降低大气污染。

Description

一种生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置

技术领域

本发明涉及生物质能回收利用领域,特别是涉及一种以生物质为原料，高产率、高效率、能量循环利用的热解产油的装置。

背景技术

化石能源属于不可再生能源，且化石能源的使用产生了严重的污染，因此开发新型的清洁能源成为当今的研究热点。生物质可再生，分布广，储量大，从碳的生命周期来看，生物质污染性很低。生物质经热解后产生的生物油是一种可再生的清洁能源，成为能源领域研究的热点。

生物质热解技术是在无氧条件或者少量供氧的条件下，对生物质提供适中热解温度使其分解为固体残碳、液体生物油及可燃气体的过程。其中生物质热解得到的生物油呈棕黑色，热值在20MJ/Kg左右，可以作为燃料直接使用，由于生物质资源量非常庞大，其热解产油量将会达到非常可期的数值，生物质热解技术可以优化现有能源结构，减少温室效应与环境污染，且生物质原料不会像石油一样枯竭，可以实现可持续发展。

固定床热解台是生物质热解产油的常用装置之一，其热解一般要先经过预处理，其中包括对生物质的干燥和粉碎，干燥是为了降低含水率对热解产油的影响，粉碎是为了降低生物质粒径使热解更充分。在热解前调整好需要的具体温度，温度达到后将生物质原料送进热解室，经过一段时间产出固体残碳，液体生物油，及可燃气体。在实际操作中可以发现其具有以下特点：热解装置本身操作方便，只需控制温度并把控好时间即可，但预处理过程较为麻烦，因生物质本身体积较大，造成每次干燥与粉碎的数量有限，若将其全部预处理，远远比热解所需的时间要多。当热解室温度达到指定温度，需要进料时，由于热解室进口狭窄，从热解室涌向物料进口处的高温湿气会使粉碎后的生物质粘连在进口管中，对产油率的计算造成很大误差且热解出口产生的气体往往未经利用直接排除大气。作为常用的热解产油装置之一，如何提高其产油率、减少能量损失及减少琐碎的预处理步骤成为完善固定床热解装置的关键问题。

发明内容

为了解决现有固定床热解装置中存在的问题，本发明提供一种干燥粉碎热解一体化的产油装置，克服现有生物质热裂解的各种工艺技术中预处理过程琐碎，进料不完全，能量损失高及热解不彻底的问题。

本发明的技术方案如下：

一种生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，其特征在于，包括进料存储装置、炉腔、热解室、粉碎器、冷凝装置和通风管道，

所述炉腔内设置有热解室，所述进料装置设置在热解室上方，所述粉碎器设置在热解室内，所述冷凝装置入口与热解室出口相连，所述冷凝装置出口与通风管道相连。

进一步地，所述通风管道其末端连接进料存储装置。

进一步地，所述进料存储装置内部分为三层空间，由单层铁板隔开，通过阀门控制铁板的闭合。

进一步地，所述热解室与进料存储装置之间由双层铁板隔开，通过阀门控制双层铁板的闭合；所述双层铁板中间夹有石棉保温层。

进一步地，热解室中含有热电偶，热电偶与温控仪连接，所述温控仪根据热电偶测得的温度控制炉腔的加热温度。

进一步地，所述热电偶还与双层铁板的阀门相连。

进一步地，冷凝装置与进料存储装置之间的通风管道上设置通风装置。

进一步地，所述粉碎器包括主搅拌轴、连接在主搅拌轴上的粉碎轴，以及设置在粉碎轴上的刀片。

进一步地，粉碎器主搅拌轴上的粉碎轴呈四层设置，每一层的粉碎轴均均匀的分布在主搅拌轴上。

进一步地，粉碎轴与主搅拌轴相垂直，粉碎轴的末端在水平方向呈Y型，刀片垂直的设置在粉碎轴Y型部分上。

传统的固定床热解方式进料口狭窄，在进料管道中多有残留，本发明中的所述进料装置设置在热解室上方，进料口与热解室口径相差无几，且当进料口与热解室之间的阀门打开时，生物质垂直落入热解室，避免了生物质在进料口处的残留现象。

进料存储装置为三级进料存储装置，由两个单层铁板隔开，由阀门控制开闭，同时进料存储装置与热解室通过双层铁板相隔，由阀门控制开闭。整个进料存储装置分为三层；热解时进料存储装置最底层的生物质进入热解室，进入热解室后进料存储装置前两层的生物质依次往下移动一层，这样保证了生物质原料在进料存储装置中有充分的停留时间，在这段时间内充分利用排气的余热对生物质进行干燥，传统固定床热解没有对排气的热量加以利用，本发明通过将排气管道通风管道连接，通风管道与进料装置连接，通过排气的余热及通风管道对进料存储装置中的生物质进行加热及风干，降低其含水率。既能实现能量循环利用，减少能量损失，降低环境污染，又可以省去预处理中的干燥程序，省去其他机器能量，同时三级进料存储装置增加了生物质原料在进料装置中的滞留时间，保证其干燥时间。

传统的固定床热解装置，先经预处理粉碎后，送入热解室热解，但由于当大量生物质堆积在一起时，生物质的受热是由外向里，导致处在最里面的生物质原料没有热解完全，从热解室倒出后明显有一小部分未被热解的现象。

本发明热解室中设置了生物质搅拌粉碎装置——粉碎器，在搅拌轴上加入刀片，对生物质进行破碎，通过粉碎器对热解中的生物质搅拌粉碎，减小粒径，使其热解更完全，更均匀，提高其工作效率。

本发明的生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，实现了干燥，破碎，热解的一体化，削减了繁琐的预处理过程。有利于减少预处理过程，降低能量损失，提高热解中受热的均匀度，与传统固定床热解装置相比，可提高生物油产量15％左右，同时省去了其他干燥装置所需的能量。

附图说明

图1为本发明所述生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置的结构图。

图2为粉碎器的结构图。

其中：

1、进料存储装置，2、石棉保温层，3、炉腔，4、热解室，5、冷凝装置，6、通风装置，7、通风管道，8、单层铁板，9、双层铁板，10、热电偶，11、主搅拌轴，12、粉碎轴，13、刀片。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做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。

如图1所示，本发明所述生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，包括进料存储装置、炉腔、热解室、粉碎器、冷凝装置和通风管道，所述炉腔内设置有热解室，所述进料装置设置在热解室上方，所述粉碎器设置在热解室内，所述冷凝装置入口与热解室出口相连，所述冷凝装置出口与通风管道相连，所述通风管道其末端连接进料存储装置。冷凝装置与进料存储装置之间的通风管道上设置通风装置。

进料存储装置1共分为三层，层与层之间由单层铁板8相隔，保证了生物质在进料存储装置1中的滞留时间，单层铁板8通过阀门控制开闭。

进料存储装置1与热解室4之间由双层铁板9相隔，双层铁板9之间夹有石棉保温层2，防止热解室内的热量流失，双层铁板9通过阀门控制开闭，当温度达到预设温度，进料存储装置1下方的阀门打开，生物质进入热解室4进行热解反应。

炉腔3位于热解室4内部，炉腔中设有石棉保温层，起保温兼隔热的作用。热解室4内部，在反应炉中心轴线上设置热电偶10，热电偶与温控仪连接，所述温控仪根据热电偶10测得的温度控制炉腔的加热温度，为生物质热解提供稳定的温度场。

本方案在热解室4内设置搅拌粉碎装置，搅拌粉碎装置即粉碎器，包括主搅拌轴11和粉碎轴12，主搅拌轴11包围热电偶10，粉碎轴12的末端在水平方向呈Y型，可以防止生物质原料快速下降，提高粉碎效果，粉碎轴共四层，粉碎轴上设置刀片13。

生物质原料经称重后放入进料存储装置1，在生物质进入热解室4之前，采用氮气等惰性气体对其进行吹扫，保证整体装置连接的气密性及无氧环境。热解完成后热解产物从热解室出口通过管道进入冷凝装置，收集冷凝后的生物油，残碳在热解室底部收集，热解挥发分产物在吹扫气作用下，从热解室4出气口进入到冷凝装置5，可冷凝气体经冷凝得到液体产物即生物油，被收集在冷凝装置5的封闭容器中。经冷凝装置5后排出的气体通过通风装置6的引导进入通风管道7，通风管道7与进料存储装置1连接，利用其余热对生物质进行干燥。

实施例：

将准备的的生物质放到电子天平上称量并记录数值，称取三份后按照先后顺序分别放入进料存储装置1的第三层、第二层、第一层。将仪器设备与氮气瓶连接，接通仪器插头，开启热解装置的总电源，通过管道吹入氮气(流速150ml/min)，检查装置的气密性，保证没有其他气体进入，氮气持续吹扫5min，排除热解室内的氧气，营造氮气环境的热解室4，使得热解室4内达到无氧或者缺氧的环境，设置固定床热解反应温度为450℃，开启仪器电源，通过热电偶的加热，热解室4内的温度逐渐升高。当温度升高到预先设置的热解室4温度450℃时，通过阀门打开进料存储装置1与热解室4之间的双层铁板9，生物质通过双层铁板9打开后的通道进入热解室4，当生物质进入热解室4后通过阀门将双层铁板9关闭，然后通过阀门打开进料存储装置1第二层与第三层之间的单层铁板8，使第二层的生物质进入第三层，接着通过阀门关闭第二层与第三层之间的单层铁板8，通过阀门打开第一层与第二层之间的单层铁板8使得第一层的生物质进入第二层。以此类推，每热解完成一次，第三层的生物质会进入热解室4，其余的生物质依次往下平移一层，并重新在顶层加入新的生物质原料。这样的方式保证了生物质原料在进料存储装置1中足够长的停留时间，为排气的余热干燥创造了条件。当生物质进入热解室4后，热解室4中的粉碎器会对生物质进行搅拌和破碎。搅拌后的生物质在搅拌中受到更均匀的受热，热解更完全，可以提高热解的产油率。粉碎可以降低生物质的粒径，使热解更完全，降低生物质因粒径因素对热解产油率造成的影响。热解室4下方连接冷凝装置，在冷凝装置中收集液体生物油，热解后的不可冷凝的气体通过通风装置引导进入通风管道，通过通风管道重新输送到进料存储装置1，利用气体的余热以及生物质原料在进料存储装置1中足够的停留时间对进料存储装置1中的生物质进行加热干燥。通过以上操作过程，使得生物质产油率提高15％左右，减少了能量消耗，降低了环境污染。

生物质进入热解室4前以及从热解室4出来的热解产物都要进行称重，进料存储装置1第一层的生物质质量记作M₁，进料存储装置1第二层的生物质质量记作M₂，进料存储装置1第三层的生物质质量记作M₃，热解后收集得到的固体残碳质量记作M_c，热解后收集得到的液体生物油质量记作M_o，将收集到的生物油M_o与生物质原料的质量M₃相比，即可获得该物料的生物油热解产率。采用本发明技术方案后，热解油的产率可提高15％左右。

以上结合附图所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,上述具体实施案例仅仅是示意性的，而不仅限于此。本领域的技术工作人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下直接或间接运用在其它相关的技术领域,均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，其特征在于，包括进料存储装置(1)、炉腔(3)、热解室(4)、粉碎器、冷凝装置(5)和通风装置(7)，

所述炉腔(3)内设置有热解室(4)，所述进料装置设置在热解室(4)上方，所述粉碎器设置在热解室(4)内，所述冷凝装置(5)入口与热解室(4)出口相连，所述冷凝装置(5)出口与通风装置(7)相连。

2.根据权利要求1所述的生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，其特征在于，所述通风装置(7)其末端连接进料存储装置(1)。

3.根据权利要求1所述的生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，其特征在于，所述进料存储装置(1)内部分为三层空间，由单层铁板(8)隔开，通过阀门控制铁板的闭合。

4.根据权利要求1所述的生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，其特征在于，所述热解室(4)与进料存储装置(1)之间由双层铁板(9)隔开，通过阀门控制双层铁板(9)的闭合；所述双层铁板(9)中间夹有石棉保温层(2)。

5.根据权利要求4所述的生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，其特征在于，热解室(4)中含有热电偶(10)，热电偶(10)与温控仪连接，所述温控仪根据热电偶(10)测得的温度控制炉腔(3)的加热温度。

6.根据权利要求5所述的生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，其特征在于，所述热电偶(10)还与双层铁板(9)的阀门相连。

7.根据权利要求1所述的生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，其特征在于，冷凝装置(5)与进料存储装置(1)之间的通风装置(7)上设置通风装置(6)。

8.根据权利要求1所述的生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，其特征在于，所述粉碎器包括主搅拌轴(11)、连接在主搅拌轴(11)上的粉碎轴(12)，以及设置在粉碎轴(12)上的刀片(13)。

9.根据权利要求8所述的生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，其特征在于，粉碎器主搅拌轴(11)上的粉碎轴(12)呈四层设置，每一层的粉碎轴(12)均均匀的分布在主搅拌轴(11)上。

10.根据权利要求8所述的生物质干燥粉碎热解一体化的产油装置，其特征在于，粉碎轴(12)与主搅拌轴(11)相垂直，粉碎轴(12)的末端在水平方向呈Y型，刀片(13)垂直的设置在粉碎轴(12)Y型部分上。