CN110079346B - 一种多仓室流化床生物质热裂解反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多仓室流化床生物质热裂解反应器，反应器主体为扁长状箱体，上部为扩大段，下部分为N个相同的仓室，前N‑1个仓室下方设有气体分布室及分布板，气体分布室左侧设流化气入口；反应器主体左下方设物料入口，反应器主体右上方设气体出口。前N‑1个仓室为流化室以及加热反应段，第N个仓室为卸料室且底部设物料出口。各室之间由隔板分开，隔板中部留有开口使得各室连通，开口处设有导流板。本发明具备连续化生产能力，并能通过改变进料速率来调节物料在反应器内的停留时间；该反应器的多仓室设计使生物质裂解过程被人为地分为若干阶段，改善颗粒的返混现象和停留时间分布，提高卸料口处物料的平均裂解深度，有效提高生物油的产率。

Description

一种多仓室流化床生物质热裂解反应器
技术领域
本发明属于能源化工技术领域，涉及一种多仓室流化床生物质热裂解反应器。
背景技术
生物质热裂解是指生物质在完全缺氧或有限氧供给的条件下发生热解，最终生成液体生物油、可燃气体和固体生物质炭三个组成部分的过程。生物质快速热解是开发利用生物质能的有效途径，在中温(约500℃)、高加热传热速率和极短气体停留时间(通常小于2s)的条件下，将生物质直接加热使其裂解，在产生的挥发物二次裂解前进行快速冷却，从而得到高产率液态生物油。
热解反应器是整个生物质热解系统的核心，生物质颗粒的快速升温和气相的快速移出是通过反应器实现的。烧蚀涡流反应器对物料颗粒粒径的要求不高，而且循环回路的设计大大降低了物料的损失。但由于受制于壁面与物料的接触面积，生产效率较低，同时其结构和运行较为复杂，不利于大规模生产。旋转锥反应器结构紧凑，产油率高，固体传输能力较高，整个过程中不需要载气从而减小了后续油收集系统的体积和成本。但其要求颗粒粒径较小，反应过程能耗较高，且旋转的机械部件容易故障，运行和维护较为复杂。真空热裂解反应器能够保证裂解气快速移出从而降低了气相停留时间，减少了二次裂解现象。但由于其真空条件需要大功率的真空泵，投资成本和运行难度较大，放大困难。
尽管目前运行的反应器有很多结构形式，但至今流化床因其具有良好的传热传质性能、结构简单、易于操作和放大等优势仍是生物质快速热解技术中最受欢迎的结构。使用流化床进行生物质热解保证颗粒充分裂解的同时，还可以确保裂解气被流化气迅速带离反应器内部，减少二次裂解。虽然流化床拥有上述众多优点，但其存在的主要问题是难以实现大规模的连续生产。另外流化床中由于湍流引起的剧烈运动造成了返混现象，使得不同停留时间段的颗粒掺混在一起。一方面停留时间太短的颗粒没有裂解彻底可能就已被带出流化床，还需要再次循环加入反应器中继续裂解；另一方面裂解充分的颗粒可能仍然还滞留在流化床内，这些颗粒无法继续裂解产生可凝气体，反而占用反应器内的空间。
发明内容
为了实现连续化制取生物油，抑制反应器内的颗粒返混，改善流化质量，使物料在流化床内的停留时间分布趋于均匀，本发明提供一种多仓室流化床生物质热裂解反应器。
一种多仓室流化床生物质热裂解反应器，反应器主体为扁长状箱体，上部为扩大段，下部分为N个相同的仓室，前N-1个仓室下方设有气体分布室及分布板，气体分布室左侧设流化气入口。反应器主体左下方设物料入口，反应器主体右上方设气体出口。反应器主体周围设燃烧室，燃烧室外壁设置隔热和阻气层。前N-1个仓室为流化室以及加热反应段，第N仓室为卸料室且底部设物料出口。各室之间由隔板分开，隔板中部留有开口使得各室连通，开口大小与仓室高度的比例关系为1/6，开口处设有导流板，与水平方向的夹角为45°。
优选的是：反应器主体下部分为N个相同的仓室。
优选的是：物料入口通过法兰连接螺旋进料器用于连续进料。
优选的是：流化气入口连接引风机用于连续进气。
优选的是：气体出口连接后续的旋风分离器、生物油冷凝系统。
优选的是：物料出口通过法兰连接星型卸料器用于连续出料。
优选的是：各仓室隔板上的开口大小与仓室高度的比例关系为1/6。
优选的是：开口处导流板与水平方向的夹角为45°。
优选的是：燃烧室外壁设置隔热和阻气层，可避免燃烧室内热量损失和气体的逸出。
本发明与传统的流化床反应器相比，具有以下优点：1)具备连续化生产能力，并能通过改变进料速率来调节物料在反应器内的停留时间，故该反应器适用于不同粒径以及不同物性的生物质颗粒的裂解，使得不同颗粒均能裂解充分；2)该反应器的多仓室设计使生物质裂解过程被人为地分为若干阶段，颗粒大致分为若干不同的年龄段，改善颗粒的返混现象和停留时间分布，提高卸料口处物料的平均裂解深度，有效提高生物油的产率；3)各仓室隔板开口处设置导流板，有利于物料在相邻流化室之间依序单向流动，进一步避免了颗粒在反应器内输送时发生串室和返混现象；4)利用生物质热裂解产生的不凝气作为热源对反应器内的生物质颗粒进行加热，充分利用了可燃不凝气的热值，属于，能够节约成本。
附图说明
图1是多仓室流化床反应器结构示意图
图中：1-物料入口，2-流化气入口，3-气体分布室，4-多仓室流化床反应器，5-仓室一，6-开口一，7-仓室二，8-开口二，9-仓室三，10-开口三，11-卸料室，12-物料出口，13-扩大段，14-气体出口，15-废气出口，16-燃烧室，17-燃气与空气入口，18-隔热层与阻气层。
图2是多仓室流化床反应器结构左视图
图中：1-物料入口，2-流化气入口，3-气体分布室，4-多仓室流化床反应器，13-扩大段，14-气体出口，15-废气出口，16-燃烧室，18-隔热层与阻气层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的描述说明：
生物质颗粒通过物料入口(1)连续进入多仓室流化床反应器(4)，该反应器下部有四个相同的并列仓室。流化气经由流化气入口(2)进入气体分布室(3)中预分布，随后进入多仓室流化床反应器(4)内部使颗粒流化。物料首先在仓室一(5)内流化，随着物料逐渐增多，床层逐渐膨胀至开口一(6)处，物料开始被抛入仓室二(7)并在其中流化。同理，随着连续进料，生物质颗粒在流化状态下依序单向经由开口二(8)、仓室三(9)和开口三(10)，最终落入卸料室(11)。裂解完成的颗粒经由物料出口(12)实现连续卸料。整个裂解过程中，生成的裂解气均由流化气携带上升至扩大段(13)，经气体出口(14)引出反应器，其中的不凝气在后续经过收集之后与空气混合由燃气与空气入口(17)进入燃烧室(16)，混合气在燃烧室(16)中燃烧为反应器内的裂解过程提供热量，废气由废气出口(15)排入大气。
实施例：
使用该多仓室流化床反应器对木屑颗粒进行连续化快速热解。木屑颗粒由螺旋进料器不断送入多仓室流化床反应器，在前三个仓室中流态化并发生快速热裂解。裂解完成后剩余的固体残渣由卸料室底部的星形卸料器连续引出反应器。生成的裂解气由流化气携带快速移出反应器，进入后续的气固分离系统和冷凝系统，有效避免了发生二次裂解。开口处的导流板有利于木屑颗粒在相邻仓室之间依序单向流动，有效抑制颗粒在反应器内的返混现象。多仓室结构使木屑的裂解过程被人为地分为三个阶段，改善颗粒的停留时间分布，提高卸料口处木屑颗粒的平均裂解深度，提高生物油的产量。利用木屑颗粒裂解产生的不凝气作为热源对反应器内的木屑颗粒进行加热，属于，能够节约生产成本。通过调节进料速率来控制不同粒径和物性的物料在反应器内的停留时间，可广泛应用于木屑快速热解制取生物油的连续化生产中。

Claims (6)

1.一种多仓室流化床生物质热裂解反应器，其特征在于：反应器主体为扁长状箱体，上部为扩大段，反应器主体下部分为N个相同的仓室，前N-1个仓室下方设有气体分布室及分布板，气体分布室左侧设流化气入口；反应器主体左下方设物料入口，反应器主体右上方设气体出口；
前N-1个仓室为流化室以及加热反应段，第N个仓室为卸料室且底部设物料出口；
各仓室之间由隔板分开，隔板中部留有开口使得各仓室连通，开口大小与仓室高度的比例关系为1/6；
开口处设有导流板，与水平方向的夹角为45°；
物料首先在仓室一(5)内流化，随着物料逐渐增多，床层逐渐膨胀至开口一(6)处，物料开始被抛入仓室二(7)并在其中流化；同理，随着连续进料，生物质颗粒在流化状态下依序单向经由开口二(8)、仓室三(9)和开口三(10)，最终落入卸料室(11)。
2.如权利要求1所述的一种多仓室流化床生物质热裂解反应器，其特征在于：反应器主体周围设燃烧室，燃烧室外壁设置隔热和阻气层。
3.如权利要求1所述的一种多仓室流化床生物质热裂解反应器，其特征在于：物料入口通过法兰连接螺旋进料器用于连续进料。
4.如权利要求1所述的一种多仓室流化床生物质热裂解反应器，其特征在于：流化气入口连接引风机用于连续进气；气体出口连接后续的旋风分离器、生物油冷凝系统。
5.如权利要求1所述的一种多仓室流化床生物质热裂解反应器，其特征在于：物料出口通过法兰连接星型卸料器用于连续出料。
6.采用如权利要求1-5任一所述反应器对木屑颗粒进行连续化快速热解的方法，其特征在于：木屑颗粒由螺旋进料器不断送入多仓室流化床反应器，木屑颗粒通过物料入口(1)连续进入多仓室流化床反应器(4)，该反应器下部有四个相同的并列仓室，流化气经由流化气入口(2)进入气体分布室(3)中预分布，随后进入多仓室流化床反应器(4)内部使颗粒流化；木屑颗粒在前三个仓室中流态化并发生快速热裂解；首先在仓室一(5)内流化，随着物料逐渐增多，床层逐渐膨胀至开口一(6)处，物料开始被抛入仓室二(7)并在其中流化； 同理，随着连续进料，生物质颗粒在流化状态下依序单向经由开口二(8)、仓室三(9)和开口三(10)，最终落入卸料室(11)；裂解完成后剩余的固体残渣由卸料室底部的星形卸料器连续引出反应器；生成的裂解气均由流化气携带上升至扩大段(13)，经气体出口(14)引出反应器，进入后续的气固分离系统和冷凝系统；利用木屑颗粒裂解产生的不凝气在后续经过收集之后与空气混合由燃气与空气入口(17)进入燃烧室(16)，混合气在燃烧室(16)中燃烧为反应器内的裂解过程提供热量，作为热源对反应器内的木屑颗粒进行加热；废气由废气出口(15)排入大气。
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