CN203530235U - 一种新型生物质热裂解制油装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型生物质热裂解制油装置，包括装置本体，所述装置本体包括进料装置，所述进料装置下方与圆筒反应炉相通，所述圆筒反应炉外壁设有温度控制系统，圆筒反应炉内通有吹扫系统，反应炉出口连接冷凝系统。本实用新型固定床热裂解反应器可用于处理所有木属类生物质，如秸秆、稻壳、棉花杆、玉米芯、木屑等，对原料的适应性极强。反应器的热解制备生物油的收率可达到45wt%～52wt%，反应的副产物为气体产物和固体炭产物，其中气体产物富含CO、H2和CH4，可作为天然气直接使用；固体炭产物燃料或活性炭的制备原料。本实用新型结构布局合理，能量的利用效率高且保证生产过程的节能高效、安全环保。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物质能利用技术领域，尤其涉及到一种以生物质为原料进行热裂解制备生物油装置。
背景技术
物质是后化石时代唯一一种可通过有效的化学过程转变为液体燃料的可再生能源。我国生物质产量巨大，据可靠统计，每年的生物质能源总量高达4.87亿吨油当量，其中，薪柴及木材废弃物约占1亿吨油当量，并未得到合理利用。合理有效开发生物质资源能从根本上解决我国现有的能源格局。
我国的生物质资源以秸秆、稻壳、棉花杆等农林废弃物为主，通过一系列有效方式，如发酵，热化学转化可将生物质有效转化为液体燃料，但是发酵等过程生产周期太长且占地面积大，难以工业化生产。而热化学转化过程生产周期短，产油率高。其中尤其以热裂解技术为代表，生产生物油效率高，效果显著。该技术是在惰性气体氛围中，通过外部热能提供木质纤维素大分子断键所需热能，从而使大分子裂解为小分子的过程。热裂解生成的生物油蒸汽经冷凝可收集到生物油。得到的生物油可用于锅炉燃料或精细化工业原料，经升级改质工艺还可精制成为发动机用燃料、润滑油等高附加值能源产品。热解过程中所产生的副产物燃气可作为天然气直接应用，炭可作为燃料燃烧或活性炭产品。
生物油一般是通过热解反应器制备，有文献及相关资料表明，国内外研究人员目前开发并利用的反应器有固定床反应器、流化床反应器、旋转锥反应器、烧蚀反应器、下降管式反应器、平行管式反应器、回转窑反应器等，这些反应器都能完成生物质的产油过程，但是都存在一定问题。主要原因是由于各反应器结构、传热方式以及需要控制的反应参数不同，导致其产油性能、自身能耗及对原料粒径的适应性有所差异，都有各自无法弥补的缺陷。目前只有流化床反应器具备连续生产能力，但是流化床反应器结构复杂，耗能大，难以实现工业化放大设计。专利CN201634633U中提到的流化床反应器就存在上述问题，其进料装置的连续性不能保证，另外，由于冷凝方式的不合理也带了产物收集中额外的耗电量。
作为新能源及可再生能源的应用领域，生物油的生产工艺必须满足节能减排、安全环保、清洁高效的连续生产要求。
实用新型内容
为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种新型生物质热裂解制油装置，解决现有技术中流化床反应器结构复杂，耗能大，难以实现工业化放大设计的问题。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种新型生物质热裂解制油装置，包括装置本体，所述装置本体包括进料装置，所述进料装置下方与圆筒反应炉相通，所述圆筒反应炉外壁设有温度控制系统，圆筒反应炉内通有吹扫系统，反应炉出口连接冷凝系统。
所述进料装置为间歇式进料器，进料器上部设有进料口，进料口采用扣环设计，进料器内设有活塞，进料器与圆筒反应炉之间设有隔板。
所述圆筒反应炉内设置物料床层和催化床层两层分隔板。
所述圆筒反应炉出口段设置电拌热。
所述温度控制系统采用PID系统控制柜，加热采用热瓦加热器程序升温。
所述冷凝系统采用冷凝醇吸收罐，所述吸收罐由两级1000ml洗气瓶串联而成，两级洗气瓶内部放置等量的无水乙醇，洗气瓶置于0℃水浴锅中。所述洗气瓶内部放置150～350ml等量无水乙醇。
本实用新型的有益效果为：
1、本实用新型固定床热裂解反应器可用于处理所有木属类生物质，如秸秆、稻壳、棉花杆、玉米芯、木屑等，对原料的适应性极强。
2、本实用新型新型固定床反应器的热解制备生物油的收率可达到45wt%～52wt%（占反应进料质量比例），反应的副产物为气体产物和固体炭产物，其中气体产物富含CO、H2和CH4，可作为天然气直接使用；固体炭产物燃料或活性炭的制备原料。
3、本实用新型固定床反应器具有催化剂床层，可实现生物质热解的在线催化提质。
4、本实用新型固定床热裂解产油技术采取吸附式冷凝技术，可实现快速冷凝要求。
本实用新型结构布局合理，能量的利用效率高且保证生产过程的节能高效、安全环保。
附图说明
图1是本实用新型生物质热裂解制油装置结构示意图；
其中，1、进料器；2、圆筒反应炉；3、热瓦加热器；4、质量流量计；5、保温层；6、物料床层；7、催化床层；8、连接法兰；9、热电偶；10、电伴热；11、冷凝器；12、气体收集装置。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作详细说明。
如图1所示，本实用新型生物质热裂解制油装置，包括装置本体，装置本体包括进料装置，间歇式进料器1采用自制的装置进料，如附图1中部分1所示，进料器1主体高525mm，直径为51.5mm，进料口处于进料器上端，进料口采用扣环设计，每次进料时打开进料口，进料完成后，关闭进料口，然后打开连接进料器1与圆筒反应炉2之间的隔板，同时向下压进活塞，将物料全部压入圆筒反应炉2中，然后关闭隔板。该系统设计的主要目的在于精确定量进料量并有效保证进料过程中惰性气体氛围，可使生物油产率达50%以上。进料装置下方与圆筒反应炉2相通，圆筒反应炉2外壁设有温度控制系统，温度控制系统采用PID系统控制柜，加热采用热瓦加热器3程序升温。热解所需热量由环绕在圆筒反应炉2外壁的三个热瓦加热器（功率3KW×3）提供，提供整个工艺流程所需要的热量；圆筒反应炉2内设置物料床层6和催化床层7两层分隔板，保证热解生物质油蒸汽能够平稳通过催化剂床层，达到催化提质的效果。圆筒反应炉2内通有吹扫系统，N2采用质量流量计4精确控制，保证其持续稳定的吹扫反应器炉膛，并使气相停留时间控制在2～6s。圆筒反应炉2出口段设置给管道加热并保温的加热带电拌热10，保证热解蒸汽不会提前在管壁冷凝，堵塞管路。反应炉出口连接冷凝系统11。冷凝系统采用冷凝醇吸收罐，所述吸收罐由两级1000ml洗气瓶串联而成，两级洗气瓶内部放置等量的150～350ml无水乙醇，洗气瓶置于0℃水浴锅中。洗气瓶置于0℃水浴锅中，冷凝效果好，收集效率高达98%以上。
本实用新型利用的生物质原料以农林废弃物为主（如秸秆、稻壳、棉花杆等）。在原料预处理过程中，使用商业的粉碎机粉碎物料，然后用筛子将粉碎后的物料进行筛分，再经过电热恒温干燥箱干燥物料，然后就可以得到一定粒径范围的干燥的物料，使之满足进料器、反应器的技术要求。
根据图1所示流程，使用本实用新型装置高聚物裂化重整制油工艺方法包括以下实施步骤：
（1）将木质纤维素聚合物，如秸秆、稻壳、棉花杆类原料粉碎成颗粒，粒径不大于1cm；在转筒烘干炉中以90℃的烘焙温度烘干3～4小时，使其含水量小于7wt%，得到的原料需密闭隔氧保存。
（2）按流程连接好各系统，向反应器中吹扫N2，通过质量流量控制器4控制1L/min的气速吹扫3min，排尽热解系统中的空气，维持一个惰性气体氛围；
（3）吹扫完毕后，将N2流速降低为300ml/min，控制加热器3开始程序升温，在10min内将反应器内加热到制定温度并在保温层5的作用下维持稳定；
（4）待炉内温度达到指定温度后，打开进料器1上部法兰，开始进料，将指定质量的物料加入到间歇进料器1中，然后使用旁路吹扫进料器，排尽内部空气。
（5）进料器1内空气排尽后，通过活塞将生物质原料推入圆筒反应炉2中，物料分布在物料床层6上，并在2中发生热裂解反应，热解蒸汽通过放置在7上的分子筛催化剂提质。蒸汽通过连接法兰8处的出口流向冷凝器11中。
（6）连接8与11的通道采用电伴热10保证通道温度稳定在300℃。冷凝器11将热解蒸汽中可冷凝部分快速冷凝下来，捕集生物油产品。
（7）未冷凝器气体通过气体收集装置12收集。
以上参照附图对本实用新型进行了示意性描述，该描述没有限制性。本领域的普通施工技术人员均能理解，在实际应用中，本实用新型中各部件的设置方式均可能发生某些改变，而其他人员在其启示下也可能做出相似设计。需要指出的是，只要不脱离本实用新型的设计宗旨，所有显而易见的改变及其相似设计，均包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种新型生物质热裂解制油装置，包括装置本体，其特征在于，所述装置本体包括进料装置，所述进料装置下方与圆筒反应炉相通，所述圆筒反应炉外壁设有温度控制系统，圆筒反应炉内通有吹扫系统，反应炉出口连接冷凝系统。
2.根据权利要求1所述新型生物质热裂解制油装置，其特征在于，所述进料装置为间歇式进料器，进料器上部设有进料口，进料口采用扣环设计，进料器内设有活塞，进料器与圆筒反应炉之间设有隔板。
3.根据权利要求1所述新型生物质热裂解制油装置，其特征在于，所述圆筒反应炉内设置物料床层和催化床层两层分隔板。
4.根据权利要求1所述新型生物质热裂解制油装置，其特征在于，所述圆筒反应炉出口段设置电拌热。
5.根据权利要求1所述新型生物质热裂解制油装置，其特征在于，所述温度控制系统采用PID系统控制柜，加热采用热瓦加热器程序升温。
6.根据权利要求1所述新型生物质热裂解制油装置，其特征在于，所述冷凝系统采用冷凝醇吸收罐，所述吸收罐由两级1000ml洗气瓶串联而成，两级洗气瓶内部放置等量的无水乙醇，洗气瓶置于0℃水浴锅中。
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