CN111961486A - 一种生物质悬浮加压热解反应器 - Google Patents

一种生物质悬浮加压热解反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质悬浮加压热解反应器，包括螺母、反应器上盖、密封橡胶圈、压力探头安装孔、密封槽、阴极槽、反应器底座、通气孔、阳极槽、外部螺栓、内部螺栓、阴极夹片、阳极夹片、反应网、接线端子、阴极块、阳极块弹簧、不锈钢防护壳和云母绝缘壳；本发明可以保证反应生物质颗粒均匀分散，反应区温度分布均匀，并且整个反应过程都是可以精确调节，满足以设定升温速率快速和慢速升温需求。

Description

一种生物质悬浮加压热解反应器
技术领域
本发明涉及一种生物质热解反应器，具体涉及一种生物质悬浮加压热解反应器。属于热能动力工程技术领域。
背景技术
生物质资源包括秸秆、草木、粪便、固体有机废物等，我国生物质资源储量丰富，通过生物质热解液化制取热解油是生物质利用的重要方式之一。
生物质热解制取热解油的过程一般包括破碎、干燥、粉碎、热解、气固分离和冷凝收集等。工业用的生物质热解液化装置一般为流化床、鼓泡床等，生物质颗粒在热解反应的过程中一般处于流化态或悬浮态。国内大多研究生物质热解过程的反应器包括热重分析仪、反应釜、固定床等都是将干燥后的生物质样品颗粒堆积放置在反应区进行反应。堆积反应容易导致反应区样品温度不一致，反应过程有先有后。直接堆积在一起的样品之间也会产生交叉反应，这对研究生物质热解初始反应过程非常不利。
堆积型反应器由于样品反应温度和时间的不一致、堆积样品之间的交互反应存在，使得依靠这种反应器得到的试验数据与工业现场生物质颗粒流化态或悬浮态热解反应往往缺乏可比性。如果能在生物质颗粒热解过程中将生物质颗粒分散开来，并且能够确保反应区温度分布均匀，则可更准确模拟生物质颗粒处于悬浮或流化态的热解过程，这对研究工业实际中生物质热解反应过程和机理研究有重要意义。因此有必要开发能将生物质颗粒分散开来，能最小化反应样品颗粒交互反应并能够保证反应区温度均匀的热解反应设备。
发明内容
针对现有研究生物质热解特性所用实验台架中反应样品颗粒之间交互反应大、反应区温度分布不均的不足，本发明提供了一种生物质悬浮加压热解反应器，可以保证反应生物质颗粒均匀分散，反应区温度分布均匀，并且整个反应过程都是可以精确调节，满足以设定升温速率快速和慢速升温需求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种生物质悬浮加压热解反应器，包括螺母1、反应器上盖2、密封橡胶圈3、压力探头安装孔4、密封槽5、阴极槽6、反应器底座7、通气孔8、阳极槽9、外部螺栓10、内部螺栓11、阴极夹片12、阳极夹片13、
反应网14、接线端子15、阴极块16、阳极块17、弹簧18、不锈钢防护壳19和云母绝缘壳20，其中，
所述反应网14为两层网状结构，中间平铺有生物质颗粒样品，反应网14两端由所述阴极夹片12和阳极夹片13通过内部螺栓11分别夹持固定在阴极块16和阳极块17上，
所述阴极块16垂直插入反应器底座7的阴极槽6中，所述阴极块16与反应器底座7直接紧密接触，保证良好的电导通性能，所述阴极块16与反应器底座7整体作为反应网通电状态的阴极，
所述云母绝缘壳20嵌入反应器底座7的阳极槽9中，云母绝缘壳20起电绝缘作用，保证阳极块17与反应器底座7直接电绝缘，同时也作为热的良导体，用于散热，
云母材料容易损坏，因此在云母绝缘壳20内部再嵌入不锈钢防护壳19，用于保护云母绝缘壳20的物理结构完整，
所述阳极块17下半部分采用楔形结构，嵌入在不锈钢防护壳19中，阳极块17侧边与不锈钢防护壳19一侧存有间隙，阳极块17能够沿不锈钢防护壳19左右滑动，
所述阳极块17侧边设置有两个盲孔，用于放置弹簧18，
所述弹簧18一端与盲孔底部接触，另一端与不锈钢防护壳19内侧边相接触，以保持阳极块17与不锈钢防护壳19之间的弹性，
不锈钢防护壳19和阴极块16均固定于反应器底座7中，所述反应网14两端由阴极夹片12和阳极夹片13通过内部螺栓11分别夹持固定在阴极块16和阳极块17上，这样就保证了反应网14一直处于弹性伸张状态，
所述云母绝缘壳20实现夹持反应网14两端的阴极块16和阳极块17之间的绝缘隔离，保证加热电流只从反应网14中流过，
所述反应器底座7中间开有通气孔8，通气孔8下部设置有气压调节阀，
所述反应器底座7上设置有压力探头安装孔4，用于安装压力探头，测量反应器内部的压力，
所述反应器上盖2上部设置有排气孔，排气孔上安装有排气阀门开关，用于控制反应器内部通气和密封，
在反应开始前，打开反应器底座7上的通气孔8向反应器内部通入反应气，同时，维持反应器上盖2上的排气孔的开状态，这一步操作是为了用反应气置换掉反应器内部原有的空气，保持反应器内部的热解气纯度，
空气置换完成之后，关闭排气孔的排气阀门，继续向反应器内部充入反应气体，通过压力探头和气压调节阀相互配合，满足反应器内部保持设定的反应压力；
所述反应网14装有反应样品的反应区与接线端子15之间连接有温度采集线，用于采集反应区的实际反应温度；
通过在反应区中心和边缘布置温度采集线，时刻监测反应区的温度分布，保证温度均匀性；以反应区实际温度作为后续反应温度控制对象，通过调节反应网两端电流和电压信号，实现反应区按照设定升温速率和升温程序来反应，精确展示温度历程对煤粉颗粒热解燃烧等热力过程的影响。
所述反应器底座7和反应器上盖2通过外部螺栓10和螺母1连接，所述反应器底座7与反应器上盖2相接触的面上设计有密封槽5，用于放置密封橡胶圈3，用于保证整个反应器的内部密封。
所述反应网14采用通电良好的一层不锈钢丝网折叠而成的两层网状结构。
所述生物质悬浮加压热解反应器的工作过程：在反应网14中心划一个圆形区域作为反应区，铺设生物质颗粒样品时，先将反应网打开，再将生物质颗粒样品均匀平铺于反应区内，最后把反应网合并。将装有生物质颗粒样品的反应网14用分别用阴极夹片12和阳极夹片13夹持固定在阴极块16和阳极块17上。
弹簧18用于保证整个反应区在加热过程中一直处于伸张的状态，这样反应网和生物质颗粒样品之间可以保持良好的热接触。
反应器可用于生物质颗粒样品加压热解和常压热解。
常压热解需保持通气孔8与排气孔打开状态，
加压热解，在反应开始前，打开反应器底座7上的通气孔8向反应器内部通入反应气，同时，维持反应器上盖2上的排气孔的开状态，这一步操作是为了用反应气置换掉反应内部原有的空气，保持反应器内部的热解气纯度，空气置换完成之后，关闭排气孔的排气阀门，继续向反应器内部充入反应气体，通过压力探头和气压调节阀相互配合，满足反应器内部保持在设定的反应压力下。
固定反应网14的阴极块16和阳极块17上安装有内部螺栓11，用于连接加热电源的负极和正极，通过控制加热电源两端电压或电流大小来控制整个反应区的热流大小，通过实时采集反应区的反应温度实现闭环反馈控制，做到反应区按照固定升温速率实现升温加热。
反应区温度分布均匀主要通过两点来保证，其一电流稳定通过反应区，反应区各部分产生的热流是一致的，其二，样品颗粒布置均匀分散，可以满足散热损失的一致性，反应气体在反应器中处于稳定状态，由反应气体带来的散热损失可以满足一致性。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1、生物质颗粒样品被夹持在具有两层网状结构的反应网中间，均匀分散为一层，可以减小生物质颗粒样品之间的交互反应。通过控制反应网14两端电压或者电流来精确控制反应区温度。
2、通过在反应区中心和边缘布置温度采集线，时刻监测反应区的温度分布，保证温度均匀性。以反应区实际温度作为后续反应温度控制对象，通过调节反应网两端电流和电压信号，实现反应区按照设定升温速率和升温程序来反应，可精确展示温度历程对生物质颗粒热解过程的影响。
3、反应网14由弹性装置固定，可以保证整个反应区在加热过程中一直处于伸张的状态，这样反应网和生物质颗粒样品之间可以保持良好的热接触，也就满足了反应区加热的均匀性。
4、反应样品颗粒均匀分散在反应区，且处于悬浮夹持状态，可以模拟工业中生物质颗粒流化态热解或悬浮态热解的过程；
5、反应器可满足生物质样品颗粒在加压或者常压下热解，实现反应压力可调可控。
附图说明
图1为本发明实施例的生物质悬浮加压热解反应器揭去反应器上盖剩余的结构图。
图2为本发明实施例的生物质悬浮加压热解反应器揭去反应器上盖剩余结构的上视图。
图3为本发明实施例的生物质悬浮加压热解反应器装配体爆炸视图。
在所有附图中，附图标记代表部件表示如下：
1-螺母 8-通气孔 15-接线端子
2-反应器上盖 9-阳极槽 16-阴极块
3-密封橡胶圈 10-外部螺栓 17-阳极块
4-压力探头安装孔 11-内部螺栓 18-弹簧
5-密封槽 12-阴极夹片 19-不锈钢防护壳
6-阴极槽 13-阳极夹片 20-云母绝缘壳
7-反应器底座 14-反应网
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1、图2和图3所示，本发明一种一种生物质悬浮加压热解反应器，包括螺母1、反应器上盖2、密封橡胶圈3、压力探头安装孔4、密封槽5、阴极槽6、反应器底座7、通气孔8、阳极槽9、外部螺栓10、内部螺栓11、阴极夹片12、阳极夹片13、反应网14、接线端子15、阴极块16、阳极块17、弹簧18、不锈钢防护壳19、云母绝缘壳20，其中，
所述反应网14为两层网状结构，中间平铺有生物质颗粒样品，反应网14两端由所述阴极夹片12和阳极夹片13通过内部螺栓11分别夹持固定在阴极块16和阳极块17上，
所述阴极块16垂直插入反应器底座7的阴极槽6中，所述阴极块16与反应器底座7直接紧密接触，保证良好的电导通性能，所述阴极块16与反应器底座7整体作为反应网通电状态的阴极。
所述云母绝缘壳20嵌入反应器底座7的阳极槽9中，云母绝缘壳20起电绝缘作用，保证阳极块17与反应器底座7直接电绝缘，同时也作为热的良导体，用于散热，
云母材料容易损坏，因此在云母绝缘壳20内部再嵌入不锈钢防护壳19，用于保护云母绝缘壳20的物理结构完整，
所述阳极块17下半部分采用楔形结构，嵌入在不锈钢防护壳19中，阳极块17侧边与不锈钢防护壳19一侧存有间隙，阳极块17能够沿不锈钢防护壳19左右滑动，
所述阳极块17侧边设置有两个盲孔，用于放置弹簧18，
所述弹簧18一端与盲孔底部接触，另一端与不锈钢防护壳19内侧边相接触，以保持阳极块17与不锈钢防护壳19之间的弹性，
不锈钢防护壳19和阴极块16均固定于反应器底座7中，所述反应网14两端由阴极夹片12和阳极夹片13通过内部螺栓11分别夹持固定在阴极块16和阳极块17上，这样就保证了反应网14一直处于弹性伸张状态，
所述云母绝缘壳20实现夹持反应网14两端的阴极块16和阳极块17之间的绝缘隔离，保证加热电流只从反应网14中流过，
所述反应器底座7中间开有通气孔8，通气孔8下部设置有气压调节阀，
所述反应器底座7上设置有压力探头安装孔4，用于安装压力探头，测量反应器内部的压力，
所述反应器上盖2上部设置有排气孔，排气孔上安装有排气阀门开关，用于控制反应器内部通气和密封，
在反应开始前，打开反应器底座7上的通气孔8向反应器内部通入反应气，同时，维持反应器上盖2上的排气孔的开状态，这一步操作是为了用反应气置换掉反应器内部原有的空气，保持反应器内部的热解气纯度，
空气置换完成之后，关闭排气孔的排气阀门，继续向反应器内部充入反应气体，通过压力探头和气压调节阀相互配合，满足反应器内部保持设定的反应压力；
所述反应网14装有反应样品的反应区与接线端子15之间连接有温度采集线，用于采集反应区的实际反应温度；
通过在反应区中心和边缘布置温度采集线，时刻监测反应区的温度分布，保证温度均匀性；以反应区实际温度作为后续反应温度控制对象，通过调节反应网两端电流和电压信号，实现反应区按照设定升温速率和升温程序来反应，精确展示温度历程对煤粉颗粒热解燃烧等热力过程的影响。
作为本发明的优选实施方式，所述反应器底座7和反应器上盖2通过外部螺栓10和螺母1连接，所述反应器底座7与反应器上盖2相接触的面上设计有密封槽5，用于放置密封橡胶圈3，用于保证整个反应器的内部密封。
作为本发明的优选实施方式，所述反应网14采用通电良好的一层不锈钢丝网折叠而成的两层网状结构。
所述生物质悬浮加压热解反应器的工作过程：在反应网14中心划一个圆形区域作为反应区，铺设生物质颗粒样品时，先将反应网打开，再将生物质颗粒样品均匀平铺于反应区内，最后把反应网合并。将装有生物质颗粒样品的反应网14用分别用阴极夹片12和阳极夹片13夹持固定在阴极块16和阳极块17上。弹簧18用于保证整个反应区在加热过程中一直处于伸张的状态，这样反应网和生物质颗粒样品之间可以保持良好的热接触。
反应器可用于生物质颗粒样品加压热解和常压热解。
常压热解需保持通气孔8与排气孔打开状态，
加压热解，在反应开始前，打开反应器底座7上的通气孔8向反应器内部通入反应气，同时，维持反应器上盖2上的排气孔的开状态，这一步操作是为了用反应气置换掉反应内部原有的空气，保持反应器内部的热解气纯度，空气置换完成之后，关闭排气孔的排气阀门，继续向反应器内部充入反应气体，通过压力探头和气压调节阀相互配合，满足反应器内部保持在设定的反应压力下。
固定反应网14的阴极块16和阳极块17上安装有内部螺栓11，用于连接加热电源的负极和正极，通过控制加热电源两端电压或电流大小来控制整个反应区的热流大小，通过实时采集反应区的反应温度实现闭环反馈控制，做到反应区按照固定升温速率实现升温加热。
本发明反应区温度分布均匀主要通过两点来保证，其一电流稳定通过反应区，反应区各部分产生的热流是一致的，其二，样品颗粒布置均匀分散，可以满足散热损失的一致性，反应气体在反应器中处于稳定状态，由反应气体带来的散热损失可以满足一致性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种生物质悬浮加压热解反应器，其特征在于：包括反应器上盖(2)、压力探头安装孔(4)、阴极槽(6)、反应器底座(7)、通气孔(8)、阳极槽(9)、内部螺栓(11)、阴极夹片(12)、阳极夹片(13)、反应网(14)、接线端子(15)、阴极块(16)、阳极块(17)、弹簧(18)、不锈钢防护壳(19)和云母绝缘壳(20)，其中：
所述反应网(14)为两层网状结构，中间平铺有生物质颗粒样品，反应网(14)两端由所述阴极夹片(12)和阳极夹片(13)通过内部螺栓(11)分别夹持固定在阴极块(16)和阳极块(17)上；
所述阴极块(16)垂直插入反应器底座(7)的阴极槽(6)中，所述阴极块(16)与反应器底座(7)直接紧密接触，保证良好的电导通性能，所述阴极块(16)与反应器底座(7)整体作为反应网通电状态的阴极；
所述云母绝缘壳(20)嵌入反应器底座(7)的阳极槽(9)中，云母绝缘壳(20)起电绝缘作用，保证阳极块(17)与反应器底座(7)直接电绝缘，同时也作为热的良导体，用于散热；
所述云母绝缘壳(20)内部嵌入不锈钢防护壳(19)，用于保护云母绝缘壳(20)的物理结构完整；
所述阳极块(17)下半部分采用楔形结构，嵌入在不锈钢防护壳(19)中，阳极块(17)侧边与不锈钢防护壳(19)一侧存有间隙，阳极块(17)能够沿不锈钢防护壳(19)左右滑动；
所述阳极块(17)侧边设置有两个盲孔，用于放置弹簧(18)，所述弹簧(18)一端与盲孔底部接触，另一端与不锈钢防护壳(19)内侧边相接触，以保持阳极块(17)与不锈钢防护壳(19)之间的弹性；
不锈钢防护壳(19)和阴极块(16)均固定于反应器底座(7)中，所述反应网(14)两端由阴极夹片(12)和阳极夹片(13)通过内部螺栓(11)分别夹持固定在阴极块(16)和阳极块(17)上，这样就保证了反应网(14)一直处于弹性伸张状态；
所述云母绝缘壳(20)实现夹持反应网(14)两端的阴极块(16)和阳极块(17)之间的绝缘隔离，保证加热电流只从反应网(14)中流过；
所述反应器底座(7)中间开有通气孔(8)，通气孔(8)下部设置有气压调节阀；
所述反应器底座(7)上设置有压力探头安装孔(4)，用于安装压力探头，测量反应器内部的压力；
所述反应器上盖(2)上部设置有排气孔，排气孔上安装有排气阀门开关，用于控制反应器内部通气和密封；
在反应开始前，打开反应器底座(7)上的通气孔(8)向反应器内部通入反应气，同时，维持反应器上盖(2)上的排气孔的开状态，用反应气置换掉反应器内部原有的空气，保持反应器内部的热解气纯度；
空气置换完成之后，关闭排气孔的排气阀门，继续向反应器内部充入反应气体，通过压力探头和气压调节阀相互配合，满足反应器内部保持设定的反应压力；
所述反应网(14)装有反应样品的反应区与接线端子(15)之间连接有温度采集线，用于采集反应区的实际反应温度；
通过在反应区中心和边缘布置温度采集线，时刻监测反应区的温度分布，保证温度均匀性；以反应区实际温度作为后续反应温度控制对象，通过调节反应网两端电流和电压信号，实现反应区按照设定升温速率和升温程序来反应，精确展示温度历程对煤粉颗粒热解燃烧等热力过程的影响。
2.根据权利要求1所述的一种生物质悬浮加压热解反应器，其特征在于：所述反应器底座(7)和反应器上盖(2)通过外部螺栓(10)和螺母(1)连接，所述反应器底座(7)与反应器上盖(2)相接触的面上设计有密封槽(5)，用于放置密封橡胶圈(3)，用于保证整个反应器的内部密封。
3.根据权利要求1所述的一种生物质悬浮加压热解反应器，其特征在于：所述反应网(14)采用通电良好的一层不锈钢丝网折叠而成的两层网状结构。
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