CN111500302A

CN111500302A - 秸秆热解碳化设备

Info

Publication number: CN111500302A
Application number: CN202010386283.3A
Authority: CN
Inventors: 乔阳; 胡勋; 郭培全; 王守仁; 杨学锋; 张辉; 付秀丽; 段德荣; 王相宇
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2020-05-09
Filing date: 2020-05-09
Publication date: 2020-08-07

Abstract

秸秆热解碳化设备，用于方便实现对秸秆的热解碳化处理。它包括按工艺流程依次设置的料斗、螺旋输送机、斜螺旋、换热器、油气分离器、套管冷凝器、三相分离器、盘管冷凝器和热解气燃烧器，在料斗与螺旋输送机之间设有关风器，在螺旋输送机的外围设有多个依次设置的加热炉，螺旋输送机后端与斜螺旋的前端连通，斜螺旋的后端与集碳箱连通；螺旋输送机的后端与加热炉之间、加热炉与油气分离器之间、油气分离器与套管冷凝器之间、套管冷凝器与三相分离器之间、三相分离器与盘管冷凝器之间、盘管冷凝器与热解气燃烧器之间通过管道连接，在连接换热器的管道与螺旋输送机的后端之间设有过滤网。本发明可以有效实现对秸秆的热解碳化。

Description

秸秆热解碳化设备

技术领域

本发明涉及秸秆处理技术领域，具体地说是一种秸秆热解碳化设备。

背景技术

农作物秸秆等生物质具有重量轻、体积大、分布性广、收集困难等问题，这造成了秸秆较高的利用难度和利用成本。秸秆的田间收购价格通常大幅低于到厂价格。造成这种现象的原因主要是需要秸秆收集过程需要支付劳务、运输和秸秆的储存等费用。秸秆收集的劳动强度大，人工收集导致较低的收集效率和较高的人力成本。此外，由于秸秆收集的季节性特点导致较难提供较为稳定的工作机会。事实上，秸秆的收集、运输和储存也尚未形成一个稳定的产业链条，这进一步提高了秸秆的收集成本。此外，因为秸秆收集和生长的季节性明显，导致秸秆利用行业必须大量储存秸秆原料，这需要占用大量的土地、仓库，也导致较高的管理成本。目前秸秆利用行业比如生物质成型燃料企业多处于产业链底端，融资、贷款成本较高。但是秸秆收购都是现款现货，要求企业持有大量的流动资金，进一步推高秸秆利用成本。

解决秸秆收集问题的关键在于尽可能的压缩秸秆的运输成本，这需要改变秸秆目前利用中集中处理的模式，对秸秆实行分布式、就地处理，避免其长距离运输。这就需要将秸秆碳化裂解设备进行车载化，到田间地头对秸秆直接碳化裂解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种秸秆热解碳化设备，用于方便实现对秸秆的热解碳化处理。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：秸秆热解碳化设备，其特征是，它包括按工艺流程依次设置的料斗、螺旋输送机、斜螺旋、换热器、油气分离器、套管冷凝器、三相分离器、盘管冷凝器和热解气燃烧器，在料斗与螺旋输送机之间设有关风器，在螺旋输送机的外围设有多个依次设置的加热炉，加热炉采用电加热的方式对螺旋输送机进行分段加热，螺旋输送机后端与斜螺旋的前端连通，斜螺旋的后端与集碳箱连通；

螺旋输送机的后端与加热炉之间、加热炉与油气分离器之间、油气分离器与套管冷凝器之间、套管冷凝器与三相分离器之间、三相分离器与盘管冷凝器之间、盘管冷凝器与热解气燃烧器之间通过管道连接，在连接换热器的管道与螺旋输送机的后端之间设有过滤网。

进一步地，在相邻的加热炉之间设有绝热环。

进一步地，在斜螺旋上设有循环水套筒，在循环水套筒上设有进水口和出水口，冷水经进水口进入循环水套筒内，与斜螺旋内的生物碳进行热交换后，经出水口回流。

进一步地，螺旋输送机的后端还通过管道与预热炉连接，预热炉通过管道与热解气裂解器连接，热解气裂解器与换热器之间通过管道连接。

进一步地，油气分离器与储油罐连接，三相分离器与轻油收集罐和储水罐连接。

进一步地，在盘管冷凝器与热解气燃烧器之间设有气体流量计。

本发明的有益效果是：本发明提供的秸秆热解碳化设备，通过分段加热的方式对螺旋输送机内的秸秆进行加热，使其热解碳化得到生物碳，生物碳进入斜螺旋内，然后经冷却后进入集碳箱内。秸秆热解过程中产生热解气，热解气经过高温裂解和油气分离后，得到分离的焦油、轻质油和小分子气体，并分别进行收集后处理。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

图2为热解碳化流程图；

图3为斜螺旋与循环水套管的装配图；

图4为螺旋输送机、加热炉和绝热环的装配图；

图中：1、料斗，2、关风器，3、调频电机，4、加热炉，5、螺旋输送机，6、绝热环，7、过滤网，8、安全阀，9、预热炉，10、热解气裂解器，11、换热器，12、油气分离器，13、储油罐，14、套管冷凝器，15、三相分离器，16、轻油收集罐，17、储水罐，18、盘管冷凝器，19、气体流量计，20、热解气燃烧器，21、控制系统，22、进水口，23、斜螺旋，24、循环水套筒，25、出水口，26、集碳箱。

具体实施方式

如图1至图2所示，本发明主要包括料斗1、关风器2、调频电机3、加热炉4、螺旋输送机5、绝热环6、过滤网7、安全阀8、预热炉9、热解气裂解器10、换热器11、油气分离器12、储油罐13、套管冷凝器14、三相分离器15、轻油收集罐16、储水罐17、盘管冷凝器18、气体流量计19、热解气燃烧器20、控制系统21、进水口22、斜螺旋23、循环水套筒24、出水口25和集碳箱26，下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，料斗1用于盛放经过粉碎、干燥处理后的秸秆，在料斗的下方设有螺旋输送机5，螺旋输送机在调频电机3的驱动下工作。在料斗的下部设有关风器2，以控制料斗内的秸秆移出料斗的速度以及料斗下部的通断。

使用时首先打开料斗上的端盖，进行上料，上料结束后关闭料斗端盖，打开关风器，此时料斗内的秸秆穿过关风器下落。通过上述操作实现往复、密封式上料操作。在料斗内设置破拱装置，破拱装置主要采用四杆机构原理，对料斗内的秸秆物料进行搅拌，以确保秸秆物料的正常输送。

在螺旋输送机的外部设有多个顺次设置的加热炉4，通过加热炉的设置实现对螺旋输送机内秸秆的加热，进而实现秸秆的热解碳化。如图4所示，在相邻的加热炉之间设有绝热环6，绝热环的设置起到隔热的作用，避免加热炉之间的相互影响。各加热炉自前向后依次设置，通过各加热炉实现对螺旋输送机内秸秆的分段加热，且每个加热炉的炉温可调节，最高温度可以达到800摄氏度，通过调频电机调节螺旋输送机的输送速率，进而调节秸秆物料的加热时间。这样在对秸秆进行输送的过程中，便实现了对秸秆的热解碳化，经过热解碳化后的秸秆落在位于螺旋输送机下方的斜螺旋23（倾斜设置的另一螺旋输送机）内，然后在斜螺旋内由低处向高处移动。在斜螺旋的上端的下方设有集碳箱26，在斜螺旋的作用下将碳化的秸秆转移至集碳箱内。

为实现对热解碳化后的秸秆的冷却，如图3所示，在斜螺旋的外部设有循环水套筒24，循环水套筒套置在斜螺旋的外部，在循环水套筒的下端设有进水口22，在循环水套筒的上端设有出水口25，通过进水口向循环水套筒内加入冷却水，冷却水在循环水套筒内流动，并通过出水口流出。冷却水在循环水套筒内流动的过程中，与斜螺旋侧壁直接进行热交换，而热解碳化后的秸秆与斜螺旋侧壁之间发生热交换，进而冷却水与碳化后的秸秆之间间接发生热交换，进而实现对秸秆的冷却。进水口通过水管与水泵连接，水泵抽取水箱内的水，水泵为变频水泵。斜螺旋的输送速度、螺旋输送机的输送速度以及循环水套筒内的水流量相匹配。进而满足对不同产量生物碳的降温处理，使得进入集碳箱内的生物碳温度降至100摄氏度以下，防止生物碳温度过高而发生自燃现象。

在秸秆碳化的过程中，会产生热解气(热解气中混杂有焦油、轻质油和小分子气体），热解气中会含有灰尘和碳粉，螺旋输送机的右端通过管道与预热炉9连接，在管道与螺旋输送机之间设有过滤网8，过滤网主要用于实现固、气分离，防止热解完成后高温热解气携带的灰尘和碳粉等固体杂质进入管道内，进而对热解气起到过滤的作用。在管道上设有安全阀8，以实现对管道内压力的监测及卸压，避免管道内压力过大导致管道破裂。

预热炉与热解气裂解器10通过管道连接，经过滤网滤除掉杂质且温度达不到裂解要求的热解气进入预热炉内，在预热炉内对热解气进行预热处理后，将热解气输送至热解气裂解器内。预热炉温度可达600℃，热解气裂解器温度最高可达1100℃，在热解气裂解器中热解气可进行高温裂解和催化裂解，将热解气中的大分子焦油裂解成小分子气体或轻质油，达到去除焦油的目的。

螺旋输送机的右端通过管道与换热器11连接，并在该管道上设有阀门，热解气裂解器的出口也通过管道与换热器11连接，在该管道上也设有阀门，这样热解气和热解气裂解后的气体、轻质油、焦油可以进入换热器内。在换热器内，热解气与换热器进行热交换，进而降低热解气的温度。换热器与油气分离器12之间通过管道连接，油气分离器12的第一端与储油罐13连接，油气分离器的第二端与套管冷凝器14连接。套管冷凝器14与三相分离器15连接，三相分离器15第一端与轻油收集罐16、储水罐17连接，三相分离器15第二端与盘管冷凝器18连接，盘管冷凝器18与热解气燃烧器20通过管道连接，在该管道上设有气体流量计19。

在油气分离器内，焦油冷凝后沉淀并进入储油罐内。轻质油和气体则进入套管冷凝器14内，在套管冷凝器内有流动的冷却水，冷却水将进入套管冷凝器内的轻质油和气体的温度降至常温状态，此后轻质油和气体进入三相分离器15内，在三相分离器内轻质油、水和气体分离，其中轻质油和水在三相分离器内沉淀，上层的轻质油进入轻油收集罐16内，下层的水流至储水罐内，分离后的不可冷凝气体如CO、CO2、H2、CH4进入盘管冷凝器18内，然后经过气体流量计的计量后进入热解气燃烧器20内，在热解气燃烧器20内燃烧生成无害气体（CO2）后排放。

为控制各部件的协同动作，控制系统21与关风器、调频电机、加热炉、螺旋输送机、预热炉、热解气裂解器、换热器、油气分离器、套管冷凝器、三相分离器、盘管冷凝器、气体流量计、热解气燃烧器、斜螺旋均信号连接，以控制关风器、调频电机、加热炉、螺旋输送机、预热炉、热解气裂解器、换热器、油气分离器、套管冷凝器、三相分离器、盘管冷凝器、气体流量计、热解气燃烧器、斜螺旋的工作状态。

冷水机通过自身的压缩机和循环泵可提供10℃的冷水，用于对换热器和套管冷凝器换热，并将换热后的温水回流至水箱进行冷凝，换热器经过冷水换热将热解气温度降至200℃左右，使热解焦油从热解气中分离出来，收集至储油罐，之后经过套管冷凝器连接三相分离器，套管冷凝器将热解气的温度降至常温，使得热解气中的轻油、木醋液和热解气等在三相分离器中进行分离并收集至轻油收集罐和储水罐。

下面对本发明的工艺流程进行描述：

如图2所示，(1）对料斗进行密封进料（秸秆），并在料斗内加入氮气；（2）秸秆连同氮气进入螺旋输送管内，采用电加热方式对螺旋输送管进行分段加热，螺旋输送管内的秸秆被加热后保温碳化；（3）秸秆碳化后产生热解气，热解气中含有焦油、轻质油和小分子气体，生物碳经过冷却出料，并密封出碳；（4）对热解气采用过滤网进行过滤，过滤后的热解气可以直接进行油气分离，也可以经过高温催化裂解；经过油气分离后得到焦油（燃油）、木醋液、可燃气；在油气分离过程中，使用换热器对热解气进行换热，使得热解气温度降至200摄氏度左右。

Claims

1.秸秆热解碳化设备，其特征是，它包括按工艺流程依次设置的料斗、螺旋输送机、斜螺旋、换热器、油气分离器、套管冷凝器、三相分离器、盘管冷凝器和热解气燃烧器，在料斗与螺旋输送机之间设有关风器，在螺旋输送机的外围设有多个依次设置的加热炉，加热炉采用电加热的方式对螺旋输送机进行分段加热，螺旋输送机后端与斜螺旋的前端连通，斜螺旋的后端与集碳箱连通；

2.根据权利要求1所述的秸秆热解碳化设备，其特征是，在相邻的加热炉之间设有绝热环。

3.根据权利要求1所述的秸秆热解碳化设备，其特征是，在斜螺旋上设有循环水套筒，在循环水套筒上设有进水口和出水口，冷水经进水口进入循环水套筒内，与斜螺旋内的生物碳进行热交换后，经出水口回流。

4.根据权利要求1所述的秸秆热解碳化设备，其特征是，螺旋输送机的后端还通过管道与预热炉连接，预热炉通过管道与热解气裂解器连接，热解气裂解器与换热器之间通过管道连接。

5.根据权利要求1所述的秸秆热解碳化设备，其特征是，油气分离器与储油罐连接，三相分离器与轻油收集罐和储水罐连接。

6.根据权利要求1所述的秸秆热解碳化设备，其特征是，在盘管冷凝器与热解气燃烧器之间设有气体流量计。