CN110237799A - 一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，包括底座、反应釜和釜盖，底座上焊接有反应釜，反应釜的顶端安装有人孔设计的釜盖，反应釜内通过转盘安装有搅拌器，搅拌器的顶端设置有一字型的卡槽，卡槽中卡有配套的连接轴，连接轴通过联轴器联接在电机的输出端上，釜盖上还连通有进水管和导气管，进水管和导气管上均安装有电磁流量计和流量调节阀；本发明的高压反应装置的反应釜采用人孔设计的釜盖密封结构，具有良好的密封性，控制精确，有利于原料彻底进行水热液化反应，提高纤维素的转化效率；在搅拌原料的同时，从外到内加热原料，使原料受热均匀，提高原料受热效率，且还可以加快反应釜中原料冷却的速度，使其快速冷却到室温。

Description

一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置

技术领域

本发明涉及一种高压反应装置，特别涉及一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，属于生物质转化技术领域。

背景技术

生物质作为一种可再生能源，可分为植物区系生物质和动物区系生物质。植物是最重要的生物质之一，主要成分为木质纤维素，即主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其中纤维素是植物、藻类和菌类等生物质细胞壁的主要成分之一，作为地球上含量最多的高分子聚合物，纤维素平均分子量约为100000，每年的产量约有1.5×1012t，因而纤维素的转化和利用研究具有十分重要的理论和实践意义。

由于纤维素的分子结构单元为葡萄糖，因而用途十分广泛，随着能源危机的日益凸显，利用纤维素制备生物燃料或生物化学品的工艺也得到了深入研究。生物燃料方面，通过厌氧发酵工艺可以将纤维素降解为替代燃料生物乙醇（如申请号为CN200810189465.0的发明专利），申请号为CN201010030128.4的发明专利还提出了一种利用离子溶液降解纤维素制备生物乙醇的方法；纤维素经过生物处理还可以用于生产氢气（如申请号为CN201110253537.5的发明专利）。生物化学品方面，纤维素可以用于制备重要平台分子5-羟甲基糠醛，首先利用离子液体中水解纤维素获得单糖（葡萄糖或果糖），然后在催化剂存在条件下进一步转化为5-羟甲基糠醛，考虑到以5-羟甲基糠醛作为目标产物对工艺条件的较高要求，申请号为200980122910.4的发明专利以呋喃类化合物为目标产物，提出了一种从生物质中提取呋喃类化合物包括糠醛类化合物的方法。

水热液化法处理生物质具有原料来源广、反应条件与设备简单和操作简单等优点，目前该工艺的主要原料为秸秆、木屑等木质纤维素类。利用水热液化法处理生物质纤维素，一方面不需离子溶液的配置、催化剂的选择等过程，降低成本的同时提高了实际生产的可行性，具有良好的应用前景。但是，水热液化处理生物质时，需要在将原料导入高压反应釜中，之后加水和气体，搅拌混合原料，并加热，之后迅速冷却到室温，将处理好的原料导出，反应釜工作时，需要调节加水和气体的量，并控制加热温度，现有使用的高压反应釜设备简单，便于操作，但是也由于其结构简单，其无法对反应的条件进行精确的控制，存在加热不均匀，原料处理不彻底，无法及时冷却到室温的缺点。

发明内容

本发明提出了一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，解决了现有技术中生物质纤维素水热液化用高压反应釜无法对反应的条件进行精确的控制，存在加热不均匀，原料处理不彻底，无法及时冷却到室温的的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，包括底座、反应釜和釜盖，所述底座上焊接有反应釜，所述反应釜的顶端配套安装有人孔设计的釜盖，所述反应釜内通过转盘安装有搅拌器，所述搅拌器的顶端设置有一字型的卡槽，所述卡槽中卡有配套的连接轴，所述连接轴通过联轴器联接在电机的输出端上，所述电机通过螺栓固定在釜盖上，所述釜盖上还连通有进水管和导气管，所述进水管和导气管上均安装有电磁流量计和流量调节阀，所述反应釜的一侧下方连通带有阀门的出料管。

作为本发明的一种优选技术方案，所述反应釜的内壁上安装有加热丝，所述搅拌器内设置有循环管，所述循环管在搅拌器的搅拌叶中呈波浪形排列，所述循环管的两个管口分别连通转盘内设置的两个旋转接头，两个所述旋转接头均连通连接软管，其中一个连接软管连通在微型水泵的输出端上，所述微型水泵的输入端通过导水管连通加热箱和制冷箱，所述加热箱）和制冷箱的顶端共同连通一个回水管，所述回水管与另外一个连接软管连通在一起。

作为本发明的一种优选技术方案，所述加热箱和制冷箱与回水管的连通处分别安装有一个第一阀门，所述加热箱和制冷箱与导水管的连通处分别安装有一个第二阀门。

作为本发明的一种优选技术方案，所述回水管和导水管的外壁上均包裹有一层保温套。

作为本发明的一种优选技术方案，所述微型水泵通过螺栓固定在底座中，所述加热丝包括加热丝网和隔离板，所述隔离板将加热丝网隔离在反应釜的内壁中，所述隔离板为导热性好的金属制成。

作为本发明的一种优选技术方案，所述加热箱和制冷箱均安装在底座上，所述加热箱中安装有加热器，所述制冷箱内安装有制冷器，所述加热箱和制冷箱内均安装有温度传感器，两个所述温度传感器均电连接温度控制器，所述温度控制器通过螺栓固定在底座的一端，所述温度控制器电连接加热器和制冷器。

作为本发明的一种优选技术方案，所述釜盖上还通过螺栓固定有显示器，所述显示器电连接51单片机，所述51单片机安装在釜盖内，并电连接检测装置，所述检测装置安装在釜盖的内部底端，并位于搅拌器的搅拌叶上方。

作为本发明的一种优选技术方案，所述检测装置为安装有温度传感器和气压传感器的检测板，所述检测装置内的温度传感器和气压传感器均电连接51单片机。

本发明所达到的有益效果是：本发明的一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置与现有技术相比，具有以下的有益效果：

1、本发明的高压反应装置的反应釜采用人孔设计的釜盖密封结构，具有良好的密封性，可以避免气体泄漏。

2、本发明的高压反应装置通过在反应釜上设置检测装置、电磁流量计和流量调节阀，可以很好的监控反应釜内的温度、气压以及添加原料的量，以便于及时调节反应时的温度、气压和原料添加量，控制精确，有利于原料彻底进行水热液化反应，提高纤维素的转化效率。

3、本发明的本发明的高压反应装置通过在搅拌器中设置循环管，以及在反应釜的内壁中设置加热丝，可以使加热箱中的热水导入循环管中，在搅拌原料的同时，从外到内加热原料，不仅可以使原料受热均匀，而且可以提高原料受热效率，且还可以将制冷箱中的冷水导入循环管中，加快反应釜中原料冷却的速度，使其快速冷却到室温，以便于控制反应釜中的温度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提出的一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置的主观结构示意图；

图2是本发明提出的一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置的搅拌器结构示意图；

图3是本发明提出的一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置的反应釜内部俯视图；

图中：1、底座；2、反应釜；3、釜盖；4、加热丝；41、加热丝网；42、隔离板；5、搅拌器；6、卡槽；7、连接轴；8、电机；9、进水管；10、导气管；11、电磁流量计；12、流量调节阀；13、检测装置；14、51单片机；15、显示器；16、转盘；17、循环管；18、旋转接头；19、连接软管；20、回水管；21、加热箱；22、制冷箱；23、第一阀门；24、微型水泵；25、导水管；26、第二阀门；27、加热器；28、制冷器；29、温度传感器；30、温度控制器；31、出料管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-3所示，本发明提供一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，包括底座1、反应釜2和釜盖3，底座1上焊接有反应釜2，反应釜2的顶端配套安装有人孔设计的釜盖3，反应釜2内通过转盘16安装有搅拌器5，搅拌器5的顶端设置有一字型的卡槽6，卡槽6中卡有配套的连接轴7，连接轴7通过联轴器联接在电机8的输出端上，电机8通过螺栓固定在釜盖3上，釜盖3上还连通有进水管9和导气管10，进水管9和导气管10上均安装有电磁流量计11和流量调节阀12，反应釜2的一侧下方连通带有阀门的出料管31。

采用人孔设计的反应釜2和釜盖3，可以提高反应釜2与釜盖3的气密性，避免漏气，电机8可以带动连接轴7进行正负转动，连接轴7卡在卡槽6中，可以带动与其卡接的搅拌器5正负转动，搅拌原料，且正负转动，可以避免连接软管19缠绕在一起，连接轴7与搅拌器5可以随时分离，以便于避免搅拌器5阻碍釜盖3的打开，进水管9和导气管10可以分别进水导气到反应釜2中，且可以通过电磁流量计11检测导入水和气体的流量，并通过流量调节阀12进行调节和控制导入水和气体的流量。

釜盖3上还通过螺栓固定有显示器15，显示器15电连接51单片机14，51单片机14安装在釜盖3内，并电连接检测装置13，检测装置13安装在釜盖3的内部底端，并位于搅拌器5的搅拌叶上方。

检测装置13为安装有温度传感器29和气压传感器的检测板，检测装置13内的温度传感器29和气压传感器均电连接51单片机14。

通过检测装置13，可以分别检测反应釜2中的温度和气压，并传输给51单片机14进行处理，51单片机14处理后，将检测到的温度和气压在显示器15上显示出来，以便于了解反应釜2中的温度和气压，及时调节温度和气压强度。

实施例2

如图1-3所示，反应釜2的内壁上安装有加热丝4，搅拌器5内设置有循环管17，循环管17在搅拌器5的搅拌叶中呈波浪形排列，循环管17的两个管口分别连通转盘16内设置的两个旋转接头18，两个旋转接头18均连通连接软管19，其中一个连接软管19连通在微型水泵24的输出端上，微型水泵24的输入端通过导水管25连通加热箱21和制冷箱22，加热箱21和制冷箱22的顶端共同连通一个回水管20，回水管20与另外一个连接软管19连通在一起。

加热箱21和制冷箱22与回水管20的连通处分别安装有一个第一阀门23，加热箱21和制冷箱22与导水管25的连通处分别安装有一个第二阀门26。

可以使加热箱21和制冷箱22中的热水和冷水分别通过微型水泵24进入循环管17中，使搅拌器5在搅拌的同时，可以加热或冷却其内的原料。

回水管20和导水管25的外壁上均包裹有一层保温套，可以避免温度流失。

微型水泵24通过螺栓固定在底座1中，加热丝4包括加热丝网41和隔离板42，隔离板42将加热丝网41隔离在反应釜2的内壁中，隔离板42为导热性好的金属制成，可以通过隔离板42保护加热丝网41，并将加热丝网41散发的温度传送到反应釜2内。

加热箱21和制冷箱22均安装在底座1上，加热箱21中安装有加热器27，可以加热加热箱21中的水，制冷箱22内安装有制冷器28，可以给制冷箱22中的水制冷，加热箱21和制冷箱22内均安装有温度传感器29，两个温度传感器29均电连接温度控制器30，温度控制器30通过螺栓固定在底座1的一端，温度控制器30电连接加热器27和制冷器28，通过温度传感器29可以分别感应加热箱21和制冷箱22内的温度，并传送给温度控制器30，在温度控制器30的显示屏上显示出来，使温度控制器30可以控制加热器27和制冷器28的工作。

具体的，在工作时，整个装置上的电源插头连接电源供电，将原料放入反应釜2中，进水管9和导气管10分别进水导气到反应釜2中，通过电磁流量计11检测导入水和气体的流量，并通过流量调节阀12进行调节和控制导入水和气体的流量。

之后，电机8工作，带动连接轴7进行正负转动，连接轴7卡在卡槽6中，可以带动与其卡接的搅拌器5转动，搅拌原料，与此同时，加热丝4工作，加热箱21中的加热器27工作，使加热箱21上的第一阀门23和第二阀门26打开，制冷箱22上的第一阀门23和第二阀门26闭合，微型水泵24工作，使加热箱21中的热水进入循环管17中，在搅拌原料的同时，从外到内加热原料，检测装置13检测反应釜2中的温度和气压，并在显示器15上显示出来，当显示器15上的温度和气压达到预想的温度，且原料搅拌均匀后，使加热丝4停止工作，加热箱21上的第一阀门23和第二阀门26闭合，制冷箱22上的第一阀门23和第二阀门26打开，微型水泵24工作，使制冷箱22中的冷水进入循环管17中，在搅拌原料的同时，将冷气均匀的传送到反应釜2中的原料中，进行冷却原料，使其快速冷却到室温。

本发明的高压反应装置的反应釜2采用人孔设计的釜盖3密封结构，具有良好的密封性，可以避免气体泄漏；通过在反应釜2上设置检测装置13、电磁流量计11和流量调节阀12，可以很好的监控反应釜2内的温度、气压以及添加原料的量，以便于及时调节反应时的温度、气压和原料添加量，控制精确，有利于原料彻底进行水热液化反应，提高纤维素的转化效率；通过在搅拌器5中设置循环管17，以及在反应釜2的内壁中设置加热丝4，可以使加热箱21中的热水导入循环管17中，在搅拌原料的同时，从外到内加热原料，不仅可以使原料受热均匀，而且可以提高原料受热效率，且还可以将制冷箱22中的冷水导入循环管17中，加快反应釜2中原料冷却的速度，使其快速冷却到室温，以便于控制反应釜2中的温度。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (8)

1.一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，包括底座（1）、反应釜（2）和釜盖（3），其特征在于，所述底座（1）上焊接有反应釜（2），所述反应釜（2）的顶端配套安装有人孔设计的釜盖（3），所述反应釜（2）内通过转盘（16）安装有搅拌器（5），所述搅拌器（5）的顶端设置有一字型的卡槽（6），所述卡槽（6）中卡有配套的连接轴（7），所述连接轴（7）通过联轴器联接在电机（8）的输出端上，所述电机（8）通过螺栓固定在釜盖（3）上，所述釜盖（3）上还连通有进水管（9）和导气管（10），所述进水管（9）和导气管（10）上均安装有电磁流量计（11）和流量调节阀（12），所述反应釜（2）的一侧下方连通带有阀门的出料管（31）。

2.根据权利要求1所述的一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，其特征在于，所述反应釜（2）的内壁上安装有加热丝（4），所述搅拌器（5）内设置有循环管（17），所述循环管（17）在搅拌器（5）的搅拌叶中呈波浪形排列，所述循环管（17）的两个管口分别连通转盘（16）内设置的两个旋转接头（18），两个所述旋转接头（18）均连通连接软管（19），其中一个连接软管（19）连通在微型水泵（24）的输出端上，所述微型水泵（24）的输入端通过导水管（25）连通加热箱（21）和制冷箱（22），所述加热箱21）和制冷箱（22）的顶端共同连通一个回水管（20），所述回水管（20）与另外一个连接软管（19）连通在一起。

3.根据权利要求2所述的一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，其特征在于，所述加热箱（21）和制冷箱（22）与回水管（20）的连通处分别安装有一个第一阀门（23），所述加热箱（21）和制冷箱（22）与导水管（25）的连通处分别安装有一个第二阀门（26）。

4.根据权利要求3所述的一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，其特征在于，所述回水管（20）和导水管（25）的外壁上均包裹有一层保温套。

5.根据权利要求2所述的一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，其特征在于，所述微型水泵（24）通过螺栓固定在底座（1）中，所述加热丝（4）包括加热丝网（41）和隔离板（42），所述隔离板（42）将加热丝网（41）隔离在反应釜（2）的内壁中，所述隔离板（42）为导热性好的金属制成。

6.根据权利要求2所述的一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，其特征在于，所述加热箱（21）和制冷箱（22）均安装在底座（1）上，所述加热箱（21）中安装有加热器（27），所述制冷箱（22）内安装有制冷器（28），所述加热箱（21）和制冷箱（22）内均安装有温度传感器（29），两个所述温度传感器（29）均电连接温度控制器（30），所述温度控制器（30）通过螺栓固定在底座（1）的一端，所述温度控制器（30）电连接加热器（27）和制冷器（28）。

7.根据权利要求1所述的一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，其特征在于，所述釜盖（3）上还通过螺栓固定有显示器（15），所述显示器（15）电连接51单片机（14），所述51单片机（14）安装在釜盖（3）内，并电连接检测装置（13），所述检测装置（13）安装在釜盖（3）的内部底端，并位于搅拌器（5）的搅拌叶上方。

8.根据权利要求7所述的一种生物质纤维素水热液化用高压反应装置，其特征在于，所述检测装置（13）为安装有温度传感器（29）和气压传感器的检测板，所述检测装置（13）内的温度传感器（29）和气压传感器均电连接51单片机（14）。