CN116120953A - 稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统及方法 - Google Patents

稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统及方法,将稻壳送至热解反应器与高温热载体充分混合热解反应产生高温油气,高温油气送至油水喷淋塔进行冷却得到生物油和生物质燃气产品。热解反应器排出的热载体与稻壳热解炭送至低温燃烧反应器内进行低温燃烧产生的热载体与稻壳白炭黑进入载体分离器,将热载体与稻壳白炭黑分离得到稻壳白炭黑产品,将分离的热载体送至气流输送管,低温燃烧器产生的烟气经高温风机送至气流输送管,高温烟气将热载体输送至旋风分离器,分离得到的热载体进入载体缓冲斗内并送入热解反应器内从旋风分离出烟气则进入氮气换热罐对氮气进行加热。本发明整体系统设备简单,易于操作,热效率高,工艺流程简单。

Description

稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统及方法
技术领域
本发明涉及一种稻壳气固双循环热解加控温燃烧制白炭黑副产燃气及燃料油系统及方法,属于稻壳白炭黑以及副产燃气和燃料油的生产以及设备领域。
背景技术
稻壳中硅含量较高,可占其灰分的90%以上,且稻壳中所含的SiO2几乎全部以无定形性水合SiO2的形式存在,是十分优质的白炭黑制备原料。
以稻壳为原料采用热解反应和低温燃烧的工艺制备白炭黑的过程中,在热解反应中会产生大量的高温燃油,在低温燃烧时产生大量的烟气或燃气,现有的以稻壳为原料制备白炭黑的装置不能将制备过程中所产生的高温燃油以及烟气或燃气进行综合利用,不能同时实现白炭黑、燃油和燃气联产,亟待改进。
发明内容
本发明的目的就是提供一种稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统及方法,以解决现有技术存在的上述问题。
为实现上述目的,本发明所采取的技术方案是:
本发明的一方面是提供一种稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统,包括:气流输送管、旋风分离器、高温载体缓冲斗、稻壳原料仓、热解反应器、低温燃烧反应器、载体分离器、高温鼓风机、油水喷淋塔、循环泵、冷却塔、燃气引风机和氮气换热罐;所述的气流输送管的物料出口与旋风分离器的进口连接;所述旋风分离器的气体出口与氮气换热罐的烟气进口连接;所述旋风分离器的固体物出口与高温载体缓冲斗进口连接;高温载体缓冲斗的出口和稻壳原料仓出口均与热解反应器的原料进口连接;所述热解反应器的固体物出口与低温燃烧反应器的固体物料进口连接;所述低温燃烧反应器的固体物料出口与载体分离器的进口连接;低温燃烧反应器的烟气出口通过高温鼓风机与气流输送管的气体进口连接;所述载体分离器的载体出口与气流输送管的固体进口连接;所述热解反应器的油气出口与油水喷淋塔的气体进口连接;所述油水喷淋塔液体出口与循环泵的进口连接;所述循环泵的出口与冷却塔进口连接;所述冷却塔的出口与油水喷淋塔的喷淋液进口连接;所述油水喷淋塔的气体出口与燃气引风机的气体进口连接。
作为本发明一种优选的具体实施方案,所述的热解反应器包括外壳和双螺旋搅拌器,在该外壳的下部装有双螺旋搅拌器,在该外壳的前端顶部和后端底部分别设有固体进口和固体物出口;在该外壳的后端顶部设有油气出口;在该外壳的外侧设有保温层。
作为本发明一种优选的具体实施方案,在所述的双螺旋搅拌器的每一周的螺旋叶片的外沿面对后端的一侧均设有拨料片。
作为本发明一种优选的具体实施方案,,在所述热解反应器的油气出口装有高温油气过滤器,该高温油气过滤器的出口与所述油水喷淋塔的气体进口连接;该高温油气过滤器的反吹接口与所述的氮气换热罐的氮气出口连接。
作为本发明一种优选的具体实施方案,所述的高温油气过滤器采用陶瓷过滤器,在其外部设有电热器。
作为本发明一种优选的具体实施方案,所述的低温燃烧反应器包括壳体、圆形限高圈、拨料片、链板输送器和陶瓷进气管,在壳体的前端顶部和后端的底部分别设有固体物料进口和固体物料出口;在壳体的后端顶部设有烟气出口;在壳体内的中部设有链板输送器;在壳体的固体物料进口后面的位置设有圆形限高圈,在圆形限高圈内设有拨料片;在壳体上设有由于鼓入空气的陶瓷进气管和测温点。
本发明的另一方面是提供了一种应用所述的稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统的方法,包括:
1)将稻壳原料仓内稻壳和高温热载体通过螺旋输送器送至热解反应器,稻壳与高温热载体充分混合,稻壳被高温热载体加热发生热解反应产生高温油气,反应温度在450℃~550℃;
2)热解反应器产生的高温油气经高温油气过滤器过滤后送至油水喷淋塔进行冷却,冷却至50℃~70℃,得到生物油和生物质燃气产品;
3)热解反应器排出的热载体与稻壳热解炭送至低温燃烧反应器内进行低温燃烧,燃烧温度550℃~600℃;
4)低温燃烧后产生的热载体与稻壳白炭黑进入载体分离器,将热载体与稻壳白炭黑分离,得到稻壳白炭黑产品;
5)分离得到的热载体送至气流输送管,低温燃烧反应器产生的烟气经高温鼓风机送至气流输送管,高温烟气将气流输送管内的热载体输送至旋风分离器进行分离,分离得到的热载体进入载体缓冲斗内,并经螺旋输送器送入热解反应器内作为热解反应热源;
6)从旋风分离器分离出的烟气进入氮气换热罐被加热至400℃,将换热后的氮气定期反吹热解反应器的高温油气过滤器。
本发明采用气固双循环热解加热解炭低温燃烧的方式制备纳米白炭黑,得到的纳米白炭黑满足气相法白炭黑的关键指标,工艺流程简单,即可以实现资源的高价值利用,又可显著提高项目的经济效益;整体系统设备简单,易于操作,热效率高,利用稻壳实现白炭黑、燃油、燃气联产。
附图说明
图1是本发明稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统的整体构成示意图;
图2是本发明热解反应器的结构示意图;
图3是本发明热解反应器的双螺旋搅拌器的局部放大图;
图4是本发明低温燃烧反应器的结构示意图。
附图标记说明:1、气流输送管;2、旋风分离器;3、高温载体缓冲斗;4、稻壳原料仓;5、热解反应器;6、低温燃烧反应器;7、载体分离器;8、高温鼓风机;9、油水喷淋塔;10、循环泵;11、冷却塔;12、燃气引风机;13、氮气换热罐;101、空气输入接口;102、氮气输入接口;103、烟气出口;104、生物质燃气产品出口;105、生物油产品出口;106、白炭黑出口;
51、原料进口;52、高温油气过滤器;53、双螺旋搅拌器;54、固体物出口;55、外壳;56、电热器;
61、固体物料进口;62、圆形限高圈;63、拨料片;64、链板输送器;65、烟气出口;66、壳体;67、固体物料出口;68、陶瓷进气管;69、测温点。
具体实施方式
参见图1-图4,本发明所提供的一种稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统,包括:气流输送管1、旋风分离器2、高温载体缓冲斗3、稻壳原料仓4、热解反应器5、低温燃烧反应器6、载体分离器7、高温鼓风机8、油水喷淋塔9、循环泵10、冷却塔11、燃气引风机12和氮气换热罐13,所述的气流输送管1的物料出口与旋风分离器2的进口连接;所述旋风分离器2的气体出口与氮气换热罐13的烟气进口连接;所述旋风分离器2的固体物出口与高温载体缓冲斗3进口连接;高温载体缓冲斗3的出口和稻壳原料仓4出口均与热解反应器5的原料进口51连接;所述热解反应器5的固体物出口与低温燃烧反应器6的固体物料进口连接;所述低温燃烧反应器6的固体物料出口与载体分离器7的进口连接;低温燃烧反应器6的烟气出口通过高温鼓风机8与气流输送管1的气体进口连接;所述载体分离器7(筛分装置)的载体出口与气流输送管1的固体进口连接;所述热解反应器5的油气出口与油水喷淋塔9的气体进口连接;所述油水喷淋塔9液体出口与循环泵10的进口连接;所述循环泵10的出口与冷却塔11进口连接;所述冷却塔11的出口与油水喷淋塔9的喷淋液进口连接;所述油水喷淋塔9的气体出口与燃气引风机12的气体进口连接。
参见图2和图3,所述的热解反应器5包括外壳55和双螺旋搅拌器53,在该外壳55的下部装有双螺旋搅拌器53,在该外壳55的前端顶部和后端底部分别设有固体进口51和固体物出口54;在该外壳55的后端顶部设有油气出口;在该外壳55的外侧设有保温层。
在所述的双螺旋搅拌器53的每一周的螺旋叶片的外沿面对后端的一侧均设有拨料片531。
在所述热解反应器5的油气出口装有高温油气过滤器52,该高温油气过滤器52的出口与所述油水喷淋塔9的气体进口连接;该高温油气过滤器52的反吹接口与所述的氮气换热罐13的氮气出口连接。
所述的高温油气过滤器52采用陶瓷过滤器,在其外部设有电热器56(如电热丝)。
该热解反应器5的特点是:可实现热载体与稻壳充分混合,混合过程中热载体将热量传递给稻壳发生热解反应,传热效率高。其配置的高温油气过滤器52,用于高温油气过滤,油气过滤器外部由电热器56对过滤器进行加热,以确保油气不凝结造成过滤器堵塞。
参见图4,所述的低温燃烧反应器6包括壳体66、圆形限高圈62、拨料片63、链板输送器64和陶瓷进气管68,在壳体66的前端顶部和后端的底部分别设有固体物料进口61和固体物料出口67;在壳体66的后端顶部设有烟气出口65;在壳体66内的中部设有链板输送器64;在壳体66的固体物料进口61后面的位置设有圆形限高圈62,在圆形限高圈62内设有拨料片63;在壳体66上设有由于鼓入空气的陶瓷进气管68和用于安置温度计的测温点69。
该低温燃烧反应器6在工作时,热载体与稻壳炭由固体物料进口61进入圆形限高圈62,圆形限高圈内的拨料片63使物料均匀分布,圆形限高圈62对在链板输送器64上的料层高度进行限制,达到10mm薄层的效果。从空气输入接口101通过陶瓷进气管68均匀的鼓入空气,使稻壳炭发生燃烧反应,由于物料厚度薄,燃烧热量会迅速散失不聚热,并且热载体与稻壳炭混合,稻壳炭燃烧热会被热载体吸收。此低温燃烧反应器6主要采用热载体吸热、薄层迅速散热两种手段,达到稻壳炭低温燃烧的目的,低于600℃缓慢燃烧,不破坏稻壳本身无定形SiO2形态,达到生产稻壳白炭黑的目的。根据温度测点69的温度计检测的温度值,控制空气进入量,以达到控制燃烧的目的。
本发明一种稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油的方法(亦即上述系统的工作过程),包括以下步骤:
1)将稻壳原料仓4内稻壳和高温热载体通过螺旋输送器送至热解反应器5,稻壳与高温热载体充分混合,稻壳被高温热载体加热发生热解反应产生高温油气,反应温度在450℃~550℃;在初始运行需要用加热装置(未图示)对热载体加热至450℃~550℃,工作一个循环(即下面的步骤5)后,即可利用本身产生的热量维持运行。
2)热解反应器5产生的高温油气经高温油气过滤器52过滤后送至油水喷淋塔9进行冷却,冷却至50℃~70℃,得到生物油和生物质燃气产品;
3)热解反应器5排出的热载体与稻壳热解炭送至低温燃烧反应器6内进行低温燃烧,燃烧温度550℃~600℃;
4)低温燃烧后产生的热载体与稻壳白炭黑进入载体分离器7,将热载体与稻壳白炭黑分离,得到稻壳白炭黑产品;
5)分离得到的热载体送至气流输送管1,低温燃烧反应器6产生的烟气经高温鼓风机8送至气流输送管1,高温烟气将气流输送管1内的热载体输送至旋风分离器2进行分离,分离得到的热载体进入载体缓冲斗3内,并经螺旋输送器送入热解反应器5内作为热解反应热源;
6)从旋风分离器2分离出的烟气进入氮气换热罐13被加热至400℃,将换热后的氮气定期反吹热解反应器5的高温油气过滤器52。

Claims (7)

1.一种稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统,其特征在于,包括:气流输送管(1)、旋风分离器(2)、高温载体缓冲斗(3)、稻壳原料仓(4)、热解反应器(5)、低温燃烧反应器(6)、载体分离器(7)、高温鼓风机(8)、油水喷淋塔(9)、循环泵(10)、冷却塔(11)、燃气引风机(12)和氮气换热罐(13);所述的气流输送管(1)的物料出口与旋风分离器(2)的进口连接;所述旋风分离器(2)的气体出口与氮气换热罐(13)的烟气进口连接;所述旋风分离器(2)的固体物出口与高温载体缓冲斗(3)进口连接;高温载体缓冲斗(3)的出口和稻壳原料仓(4)出口均与热解反应器(5)的原料进口(51)连接;所述热解反应器(5)的固体物出口与低温燃烧反应器(6)的固体物料进口连接;所述低温燃烧反应器(6)的固体物料出口与载体分离器(7)的进口连接;低温燃烧反应器(6)的烟气出口通过高温鼓风机(8)与气流输送管(1)的气体进口连接;所述载体分离器(7)的载体出口与气流输送管(1)的固体进口连接;所述热解反应器(5)的油气出口与油水喷淋塔(9)的气体进口连接;所述油水喷淋塔(9)液体出口与循环泵(10)的进口连接;所述循环泵(10)的出口与冷却塔(11)进口连接;所述冷却塔(11)的出口与油水喷淋塔(9)的喷淋液进口连接;所述油水喷淋塔(9)的气体出口与燃气引风机(12)的气体进口连接。
2.根据权利要求1所述的稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统,其特征在于,所述的热解反应器(5)包括外壳(55)和双螺旋搅拌器(53),在该外壳(55)的下部装有双螺旋搅拌器(53),在该外壳(55)的前端顶部和后端底部分别设有固体进口(51)和固体物出口(54);在该外壳(55)的后端顶部设有油气出口;在该外壳(55)的外侧设有保温层。
3.根据权利要求2所述的稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统,其特征在于,在所述的双螺旋搅拌器(53)的每一周的螺旋叶片的外沿面对后端的一侧均设有拨料片(531)。
4.根据权利要求2所述的稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统,其特征在于,在所述热解反应器(5)的油气出口装有高温油气过滤器(52),该高温油气过滤器(52)的出口与所述油水喷淋塔(9)的气体进口连接;该高温油气过滤器(52)的反吹接口与所述的氮气换热罐(13)的氮气出口连接。
5.根据权利要求4所述的稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统,其特征在于,所述的高温油气过滤器(52)采用陶瓷过滤器,在其外部设有电热器(56)。
6.根据权利要求1所述的稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统,其特征在于,所述的低温燃烧反应器(6)包括壳体(66)、圆形限高圈(62)、拨料片(63)、链板输送器(64)和陶瓷进气管(68),在壳体(66)的前端顶部和后端的底部分别设有固体物料进口(61)和固体物料出口(67);在壳体(66)的后端顶部设有烟气出口(65);在壳体(66)内的中部设有链板输送器(64);在壳体(66)的固体物料进口(61)后面的位置设有圆形限高圈(62),在圆形限高圈(62)内设有拨料片(63);在壳体(66)上设有由于鼓入空气的陶瓷进气管(68)和测温点(69)。
7.一种采用权利要求1所述的稻壳热解生产白炭黑副产燃气及燃料油系统的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将稻壳原料仓(4)内稻壳和高温热载体通过螺旋输送器送至热解反应器(5),稻壳与高温热载体充分混合,稻壳被高温热载体加热发生热解反应产生高温油气,反应温度在450℃~550℃;
2)热解反应器(5)产生的高温油气经高温油气过滤器(52)过滤后送至油水喷淋塔(9)进行冷却,冷却至50℃~70℃,得到生物油和生物质燃气产品;
3)热解反应器(5)排出的热载体与稻壳热解炭送至低温燃烧反应器(6)内进行低温燃烧,燃烧温度550℃~600℃;
4)低温燃烧后产生的热载体与稻壳白炭黑进入载体分离器(7),将热载体与稻壳白炭黑分离,得到稻壳白炭黑产品;
5)分离得到的热载体送至气流输送管(1),低温燃烧反应器(6)5产生的烟气经高温鼓风机(8)送至气流输送管(1),高温烟气将气流输送管(1)内的热载体输送至旋风分离器(2)进行分离,分离得到的热载体进入载体缓冲斗(3)内,并经螺旋输送器送入热解反应器(5)内作为热解反应热源;
6)从旋风分离器(2)分离出的烟气进入氮气换热罐(13)被加热0至400℃,(将换热后的)氮气定期反吹热解反应器(5)的高温油气过滤器(52)。
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