CN203095995U

CN203095995U - 一种有机物质微波热裂解装置

Info

Publication number: CN203095995U
Application number: CN 201320057946
Authority: CN
Inventors: 徐助要; 邓贱牛; 罗军胜
Original assignee: HUNAN THERSUN THERMAL ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HUNAN THERSUN THERMAL ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2023-02-01

Abstract

本实用新型公开了一种有机物质微波加热裂解装置，由上料机构（1）、螺旋进料气密机构（2）、螺旋输送连续干燥炉体（3）、微波高温裂解炉体（4）、高温裂解搅拌机构（5）、出料缓冷炉体（6）、水冷集料桶（7）、出料搅拌机构（8）、螺旋出料气密机构（9）、微波馈能系统（10）、水冷却系统（11）、气氛保护系统（12）、测温系统（13）、气体收集系统（14）、控制系统（15）、固体物料集料桶（16）和机架平台（17）组成。本实用新型是一种反应速度快，气、液回收率高、热值高、能耗低的有机物质微波加热裂解装置，特别适应于有机物质废弃物、低变质煤的热裂解。

Description

一种有机物质微波热裂解装置

技术领域

本实用新型是一种有机物质热裂解装置，特别是涉及一种适应于有机物质废弃物、低变质煤的热裂解的有机物质微波热裂解装置。

背景技术

能源是现代社会赖以生存和国民经济发展的基础。作为能源支柱的化石能源已对人类的生存环境带来严重的污染,石油、煤、天然气等化石能源是不可再生的,资源是有限的,正面临着逐渐枯竭的危险。生物质是直接或间接地来源于植物光合作用而产生的各种有机体,包括动植物和微生物。生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而蕴藏在生物质内部的一种能量形式,是一种以生物质为载体的能量,是可再生的绿色能源。在各种可再生能源中,生物质能源是唯一可再生、可替代化石能源转化成液态和气态燃料以及其它化工原料或者产品的碳资源。

再生能源：有机物质热裂解可产生生物油、可燃性气体和活性碳。对于有机物质废弃物进行热裂解可实现生物能源再利用。

低变质煤液化和气化：低变质煤具有低灰、低磷、高发热量、高挥分和高化学活的特点，现在一般采用低温干馏生产焦、焦油和煤气。

生物质热裂解后得到的产品是活性碳、生物油和可燃性气体。使用价值高的是生物油和可燃气体，因此在生物质热裂解过程中应最大限度地增加生物油和可燃气体的产量。由于各自的生产目的不同，发展了两种技术：生物质液化技术和生物质汽化技术。

生物质液化技术要求物料在反应器中升温速度在200℃/s以上，限于传统的物料加热方式传导、对流和辐射，快速升温是技术难题。生物质汽化技术燃气中焦油含量偏高,后续燃气净化工艺需大量的水,带来严重的废水污染;气化效率偏低,产率偏低,燃气中可燃气体浓度低。

低变质煤采用传统的内热式低温干馏工艺，其原料为20mm～80mm的块煤，实际煤矿生产中只有30%～40%的满足要求，约70%左右的粒度少于20mm，不能被有效的利用。

微波加热具有即时性、整体性、选择性、高效性等特点，能迅速将物料加热升温，使有机物质闪速裂解，产生油、气和活性碳，热裂解产品质量和收率都较传统方式有所提高。而在低变质煤的热裂解中对煤块无严格的颗粒要求，提高了煤矿所产煤的实际利用率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适应于有机物质废弃物、低变质煤的热裂解且反应速度快，气液回收率高、热值高、能耗低的有机物质微波热裂解装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的有机物质微波热裂解装置，在机架平台上设有依次对接上料机构、进料斗、螺旋进料气密机构、螺旋输送连续干燥炉体、微波高温裂解炉体、出料缓冷炉体、水冷集料桶、螺旋出料气密机构和固体物料集料桶，所述的微波高温裂解炉体内设有高温裂解搅拌机构，所述的水冷集料桶内设有出料搅拌机构，所述的螺旋输送连续干燥炉体和微波高温裂解炉体上安装在微波馈能系统，气氛保护系统与所述的螺旋进料气密机构、螺旋输送连续干燥炉体和螺旋出料气密机构连接，所述的螺旋输送连续干燥炉体连接有气体收集系统，所述的微波高温裂解炉体上设有测温系统，所述的机架平台上还设有水冷却系统和控制系统。

所述的螺旋进料气密机构采用水平和垂直成正交的两个螺旋输送机构输送物料。

所述的螺旋进料气密机构的水平螺旋输送机构的螺杆采用变螺距螺杆。

所述的螺旋输送连续干燥炉体采用双螺旋输送机构，水平布置。

所述的螺旋输送连续干燥炉体的微波激励腔采用外保温，炉腔分为上下两个腔体，上腔体安装微波馈能天线，下腔体传输干燥物料，所述的上下炉腔体采用介电常数8～12硼板隔开，在下腔体的两侧开有与所述的气体收集系统连接的排气孔。

所述的微波高温裂解炉体采取垂直布置，微波激励腔采用长方体，内置保温层，保温层里面为陶瓷炉管。

所述的出料缓冷炉体为方形带水冷夹套不锈钢腔体，内装保温层，保温层内是石墨炉管，密度≥1.7g/cm³。

所述的出料缓冷炉体的保温层与所述的微波高温裂解炉体保温层相接处用石墨板隔离，石墨板安装在泡沫陶瓷板下面。

所述的螺旋出料气密机构采用变螺距设计，动力输入端采用石墨作滑动轴承支撑，屏蔽微波泄漏；外壳带水冷夹套，在物料输送过程中进行冷却。

所述的微波馈能系统在所述的螺旋输送连续干燥炉体采用微波裂缝天线馈能，裂缝天线空载时其驻波比小于1.05；在所述的微波高温裂解炉体采用环行器、水负载与微波源组合使用，匹配微波源负载。

采用上述技术方案的有机物质微波热裂解装置，由上料机构、螺旋进料气密机构、螺旋输送连续干燥炉体、微波高温裂解炉体、高温裂解搅拌机构、出料缓冷炉体、水冷集料桶、出料搅拌机构、螺旋出料气密机构、微波馈能系统、水冷却系统、气氛保护系统、测温系统、气体收集系统、控制系统、固体物料集料桶和机架平台组成，螺旋进料气密机构采用水平和垂直成正交的两个螺旋输送机构输送物料，水平螺旋输送机构的螺杆采用变螺距螺杆，使物料随着螺杆向前推进初步变得密实，随着物料而带进的空气在进料前段被挤压排出，实现气体密封。螺旋输送机构的两端凡伸出炉体端采用石墨滑动轴承，屏蔽微波。螺旋输送连续干燥炉体采用双螺旋输送机构，水平布置，增大物料在微波激励腔的比表面积，微波辐照面积大。微波激励腔采用外保温，炉腔分为上下两个腔体，上腔体安装微波馈能天线，下腔体传输干燥物料。上下炉腔体采用介电常数8～12硼板隔开。在下腔体的两侧开有排气孔，使干燥排出的水汽和裂解气体从下腔体的两侧排出，而不进入上腔体，保护馈能天线。螺旋输送机构的动力输入端轴支撑采用了石墨滑动轴承，屏蔽微波泄漏。在干燥炉体与裂解炉体连接处，螺旋输送机构轴支撑采用石墨滑动轴承，耐高温和高含碳气氛，工作稳定。

微波高温裂解炉体采取垂直布置，微波激励腔采用长方体，内置保温层，保温层里面为陶瓷炉管。激励腔根据腔体内负载特性确定激励腔内腔长宽高尺寸及微波源馈入口位置，使激励腔在空载时驻波比小于1.1。保温层材料采用陶瓷纤维板。陶瓷纤维板具有低介电常数和低磁损耗，微波穿透性好，自身吸波能力差，发热少。保温层与激励腔上下部接触处采用一层氧化铝泡沫陶瓷板，将陶瓷纤维板与炉管上下敞开处隔离开，防止裂解物对陶瓷纤维板污染，影响隔热效果。氧化铝泡沫陶瓷板由纳米级氧化铝陶瓷粉末经发泡、烧结工艺生产而成。具有高的机械强度、低介电常数、低热传导系数和耐高温特性。陶瓷炉管为圆柱筒，有机物质在圆柱筒内裂解。裂解后气体自炉管上部排出，固体产物沉降到下部，由螺旋输送机构送出。陶瓷炉管Al₂O₃含量≥99%，体积密度≥3.6g/cm³，显气孔率≤1%，介电常数≤3，抗弯强度：≥350MPa,抗压强度：≥12000MPa。

高温裂解搅拌机构对炉管内高温裂解的有机物质物料进行搅拌，防止物料堆积架桥，下行不畅以及裂解后所产生的气体排出受阻。搅拌机构的搅拌桨材质为陶瓷材料。耐磨性能好，莫氏硬度＞9.2，导热性能好，导热系数＞20Kcal/m.h.℃,机械强度高，密度＞3.1g/cm³,线膨胀系数小，＜4.8×10^-6m/℃。搅拌桨驱动装置传动轴伸出微波激励腔采用石墨作滑动轴承，屏蔽微波。

出料缓冷炉体为方形带水冷夹套不锈钢腔体，内装保温层，保温层内是石墨炉管，密度≥1.7g/cm³。出料缓冷炉体的保温层与微波高温裂解炉体保温层相接处用石墨板隔离，石墨板安装在泡沫陶瓷板下面。泡沫陶瓷板使高温的裂解炉体与低温的缓冷炉体热传导减少，石墨板使上下两个炉腔隔开，上面是一个微波激励腔，下面是一个缓冷热交换炉腔。石墨炉管使微波高温裂解炉体内的微波只辐射在石墨炉管内，屏蔽微波进入出料缓冷炉体的保温层内。

水冷集料桶为带水冷夹套的不锈钢圆锥体，圆锥体的圆锥角与有机物质裂解后固体产物颗粒的安息角相关。有机物质裂解后固体产物颗粒直接与冷却夹套面接触，加快热传导使物料迅速冷却。

出料搅拌机构不断地搅动有机物质裂解后固体产物，一方面防止物料架桥，流通不畅，另一方面可以使大颗粒绞碎，便于出料机构出料，还可以加快物料与冷却水套的热交换，迅速降低温度。

搅拌机构搅拌桨材质为耐热不锈钢，最高位置在缓冷段的1/3处，动力输入端位于水冷集料桶外，采用石墨作滑动轴承支撑，屏蔽微波，防止微波泄漏。

螺旋出料气密机构采用变螺距设计，使物料在出料口压实，防止外部气体进入；动力输入端采用石墨作滑动轴承支撑，屏蔽微波泄漏；外壳带水冷夹套，在物料输送过程中进行冷却。

微波馈能系统在螺旋输送连续干燥炉体采用微波裂缝天线馈能，裂缝天线空载时其驻波比小于1.1；在微波高温裂解炉体采用环行器、水负载与微波源组合使用，匹配微波源负载。

气氛保护系统使为了防止炉腔外部空气进入炉腔，造成炉腔内气体氧含量过高，发生爆炸危险。气氛保护系统通入的保护气体为CO₂,微波场中的CO₂在高温情况下，易与C发生反应，生成CO,增加有机物质热裂解中可燃气体产量。气氛保护系统在螺旋进料气密机构的水平螺旋输送机构充入CO₂，防止进料口进入空气；在螺旋输送连续干燥炉体的上腔体充入CO₂，防止裂解气体进入裂缝天线；在螺旋出料气密机构靠近出料端构充入CO₂，防止出料口进入空气。

气体收集系统是收集有机物质裂解后的可凝性气体和不可凝性气体。在螺旋输送连续干燥炉体的下腔体两侧各设置若干排气口，微波高温裂解炉体所产生的气体自螺旋输送连续干燥炉体排气口收集，一方面降低了收集气体的温度，另一方面预热了待高温裂解的有机物质物料。

微波加热具有即时性、整体性、选择性、高效性和安全性等特点。相对于传统加热方式，微波加热可缩短反应时间，简化工艺，综合能耗仅为传统电热法的30～40%。利用微波加热技术取代传统的加热技术，对有机物质热裂解，可实现生产速度快，能耗低，热值大的产品。本实用新型是一种反应速度快，气、液回收率高、热值高、能耗低的有机物质微波热裂解装置，特别适应于有机物质废弃物、低变质煤的热裂解。

本实用新型采用微波加热，在低温时有机物质中的水分吸收微波，温度迅速上升，水分汽化，使物料快速干燥。由于微波加热的热点效应，有机物质在微波场加热时能在较低温度下发生热裂解，得到的气、液、固比高，有机物质再生能源生产成本低。

综上所述，本实用新型是一种反应速度快，气、液回收率高、热值高、能耗低的有机物质微波热裂解装置，特别适应于有机物质废弃物、低变质煤的热裂解。

附图说明

图1为本实用新型一种有机物质微波热裂解装置结构主视图。

图2为螺旋进料气密机构结构示意图。

图3为螺旋输送连续干燥炉体结构示意图。

图4为微波高温裂解炉体结构示意图。

图5为高温裂解搅拌机构结构示意图。

图6为出料缓冷炉体结构示意图。

图7为水冷集料桶、出料搅拌机构结构示意图。

图8为螺旋出料气密机构结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图就具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

参见图1，在机架平台17上设有依次对接上料机构1、进料斗18、螺旋进料气密机构2、螺旋输送连续干燥炉体3、微波高温裂解炉体4、出料缓冷炉体6、水冷集料桶7、螺旋出料气密机构9和固体物料集料桶15，微波高温裂解炉体4内设有高温裂解搅拌机构5，水冷集料桶7内设有出料搅拌机构8，螺旋输送连续干燥炉体3和微波高温裂解炉体4上安装在微波馈能系统10，气氛保护系统12与螺旋进料气密机构2、螺旋输送连续干燥炉体3和螺旋出料气密机构9连接，螺旋输送连续干燥炉体3连接有气体收集系统14，微波高温裂解炉体4上设有测温系统13，机架平台17上还设有水冷却系统11和控制系统16。

参见图2，螺旋进料气密机构2采用水平螺旋输送机构21和垂直螺旋输送机构22成正交地输送机构输送物料。水平螺旋输送机构21的螺杆采用变螺距螺杆，使物料随着螺杆向前推进初步变得密实，随着物料而带进的空气在进料前段被挤压排出，实现气体密封。螺旋输送机构的两端凡伸出炉体端均采用第一石墨滑动轴承23，屏蔽微波。在水平螺旋输送机构21中部设置进气口24与气氛保护系统12连通，向螺旋进料气密机构2内充二氧化碳，隔断外面的空气。

参见图3，螺旋输送连续干燥炉体3采用双螺旋输送机构31，水平布置，增大物料在微波激励腔的比表面积，微波辐照面积大。微波激励腔采用外保温32，微波激励腔分为上下两个腔体，上腔体33安装微波馈能天线34，下腔体35传输干燥物料36。上下炉腔体采用介电常数8～12硼板37隔开。在下腔体35的两侧开有排气孔38与气体收集系统14连通，使干燥排出的水汽和裂解气体从下腔体35的两侧排出，而不进入上腔体33，保护馈能天线。螺旋输送机构的动力输入端轴支撑采用了第二石墨滑动轴承39，屏蔽微波泄漏。在干燥炉体与裂解炉体连接处，螺旋输送机构轴支撑采用第三石墨滑动轴承310，耐高温和高含碳气氛，工作稳定。

参见图4，微波高温裂解炉体4采取垂直布置，微波激励腔41采用长方体，内置保温层42，保温层里面为刚玉炉管43。激励腔根据腔体内负载特性确定激励腔内腔长宽高尺寸及微波源馈入口位置，使激励腔在空载时驻波比少于1.1。保温层材料采用陶瓷纤维板。陶瓷纤维板具有低介电常数和低磁损耗，微波穿透性好，自身吸波能力差，发热少。陶瓷纤维板保温层与激励腔上下部接触处采用一层氧化铝泡沫陶瓷板44，将陶瓷纤维板与炉管上下敞开处隔离开，防止裂解物对氧化铝陶瓷纤维板污染，影响隔热效果。氧化铝泡沫陶瓷板由纳米级氧化铝陶瓷粉末经发泡、烧结工艺生产而成。具有高的机械强度、低介电常数、低热传导系数和耐高温特性。刚玉炉管43为圆柱筒，有机物质在圆柱筒内裂解。裂解后气体自炉管上部排出，固体产物沉降到下部，由螺旋输送机构送出。刚玉炉管43中Al₂O₃含量≥99%，体积密度≥3.6g/cm³，显气孔率≤1%，介电常数≤3，抗弯强度：≥350MPa,抗压强度：≥12000MPa。

参见图5，高温裂解搅拌机构5对炉管内高温裂解的有机物质物料进行搅拌，防止物料堆积架桥，下行不畅以及裂解后所产生的气体排出受阻。搅拌机构的搅拌桨51材质为陶瓷。耐磨性能好。莫氏硬度＞9.2，导热性能好，导热系数＞20Kcal/m.h.℃,机械强度高，密度＞3.1g/cm³,线膨胀系数小，＜4.8×10^-6m/℃。搅拌桨驱动装置传动轴52伸出微波激励腔采用第一石墨53作滑动轴承，屏蔽微波。

参见图6，出料缓冷炉体6为方形带水冷夹套61的不锈钢腔体62，内装保温层63，保温层内是石墨炉管64，密度≥1.7g/cm³。

出料缓冷炉体的保温层与微波高温裂解炉体4保温层相接处用石墨板65隔离，石墨板65安装在泡沫陶瓷板66下面。泡沫陶瓷板66使高温的裂解炉体与低温的缓冷炉体热传导减少，石墨板65使上下两个炉腔隔开，上面是一个微波激励腔，下面是一个缓冷热交换炉腔。

石墨炉管64使微波高温裂解炉体4内的微波只辐射在石墨炉管64内，屏蔽微波进入出料缓冷炉体6的保温层内。

参见图7，水冷集料桶7为带第一水冷夹套71的不锈钢圆锥体72，不锈钢圆锥体72的圆锥角与有机物质裂解后固体产物颗粒的安息角相关。有机物质裂解后固体产物颗粒直接与冷却夹套面接触，加快热传导使物料迅速冷却。

参见图7，出料搅拌机构8不断地搅动有机物质裂解后固体产物，一方面防止物料架桥，流通不畅，另一方面可以使大颗粒绞碎，便于出料机构出料，还可以加快物料与冷却水套的热交换，迅速降低温度。

搅拌机构搅拌桨83材质为耐热不锈钢，最高位置在缓冷段的1/3处，第三动力输入端84位于水冷集料桶7外，采用第三石墨85作滑动轴承支撑，屏蔽微波，防止微波泄漏。

参见图8，螺旋出料气密机构9的输送螺杆91采用变螺距设计，使物料在出料口压实，防止外部气体进入；第四动力输入端92采用第四石墨93作滑动轴承支撑，屏蔽微波泄漏；外壳带第二水冷夹套94，在物料输送过程中进行冷却。

微波馈能系统10在螺旋输送连续干燥炉体3采用微波裂缝天线馈能，裂缝天线空载时其驻波比要求达到1.070以上；在微波高温裂解炉体4采用环行器、水负载与微波源组合使用，匹配微波源负载。

气氛保护系统12使为了防止炉腔外部空气进入炉腔，造成炉腔内气体氧含量过高，发生爆炸危险。气氛保护系统12通入的保护气体为CO₂,微波场中的CO₂在高温情况下，易与C发生反应，生成CO,增加有机物质热裂解中可燃气体产量。气氛保护系统12在螺旋进料气密机构2的水平螺旋输送机构21充入CO₂，防止进料口进入空气；在螺旋输送连续干燥炉体3的上腔体33充入CO₂，防止裂解气体进入裂缝天线；在螺旋出料气密机构9靠近出料端构充入CO₂，防止出料口进入空气。

气体收集系统14是收集有机物质裂解后的可凝性气体和不可凝性气体。在螺旋输送连续干燥炉体3的下腔体35两侧各设置若干排气孔38，微波高温裂解炉体4所产生的气体自螺旋输送连续干燥炉体3的排气孔38收集，一方面降低了收集气体的温度，另一方面预热了待高温裂解的有机物质物料。

Claims

1.一种有机物质微波热裂解装置，其特征是：在机架平台（17）上设有依次对接上料机构（1）、进料斗(18)、螺旋进料气密机构（2）、螺旋输送连续干燥炉体（3）、微波高温裂解炉体（4）、出料缓冷炉体（6）、水冷集料桶（7）、螺旋出料气密机构（9）和固体物料集料桶（15），所述的微波高温裂解炉体（4）内设有高温裂解搅拌机构（5），所述的水冷集料桶（7）内设有出料搅拌机构（8），所述的螺旋输送连续干燥炉体（3）和微波高温裂解炉体（4）上安装在微波馈能系统（10），气氛保护系统（12）与所述的螺旋进料气密机构（2）、螺旋输送连续干燥炉体（3）和螺旋出料气密机构（9）连接，所述的螺旋输送连续干燥炉体（3）连接有气体收集系统（14），所述的微波高温裂解炉体（4）上设有测温系统（13），所述的机架平台（17）上还设有水冷却系统（11）和控制系统（16）。

2.根据权利要求1所述的有机物质微波热裂解装置，其特征在于：所述的螺旋进料气密机构（2）采用水平和垂直成正交的两个螺旋输送机构输送物料。

3.根据权利要求2所述的有机物质微波热裂解装置，其特征在于：所述的螺旋进料气密机构（2）的水平螺旋输送机构的螺杆采用变螺距螺杆。

4.根据权利要求1所述的有机物质微波热裂解装置，其特征在于：所述的螺旋输送连续干燥炉体（3）采用双螺旋输送机构，水平布置。

5.根据权利要求4所述的有机物质微波热裂解装置，其特征在于：所述的螺旋输送连续干燥炉体（3）的微波激励腔采用外保温，炉腔分为上下两个腔体，上腔体安装微波馈能天线，下腔体传输干燥物料，所述的上下炉腔体采用介电常数8～12硼板隔开，在下腔体的两侧开有与所述的气体收集系统（14）连接的排气孔。

6.根据权利要求1或2所述的有机物质微波热裂解装置，其特征在于：所述的微波高温裂解炉体（4）采取垂直布置，微波激励腔采用长方体，内置保温层，保温层里面为陶瓷炉管。

7.根据权利要求1或2所述的有机物质微波热裂解装置，其特征在于：所述的出料缓冷炉体（6）为方形带水冷夹套不锈钢腔体，内装保温层，保温层内是石墨炉管，密度≥1.7g/cm³。

8.根据权利要求7所述的有机物质微波热裂解装置，其特征在于：所述的出料缓冷炉体（6）的保温层与所述的微波高温裂解炉体（4）保温层相接处用石墨板隔离，石墨板安装在泡沫陶瓷板下面。

9.根据权利要求1或2所述的有机物质微波热裂解装置，其特征在于：所述的螺旋出料气密机构（9）采用变螺距设计，动力输入端采用石墨作滑动轴承支撑，屏蔽微波泄漏；外壳带水冷夹套，在物料输送过程中进行冷却。

10.根据权利要求1或2所述的有机物质微波热裂解装置，其特征在于：所述的微波馈能系统（10）在所述的螺旋输送连续干燥炉体（3）采用微波裂缝天线馈能，裂缝天线空载时其驻波比小于1.05；在所述的微波高温裂解炉体（4）采用环行器、水负载与微波源组合使用，匹配微波源负载。