CN206676354U - 一种用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置，是在水热催化碳化反应罐加热或冷却过程中，分别设置有高温导热介质储存罐和低温导热介质储存罐；所述高温导热介质储存罐为准备罐和水热催化碳化反应罐的加热系统提供高温导热介质，所述低温导热介质储存罐为准备罐的加热系统和水热催化碳化反应罐的冷却系统提供低温导热介质。导热介质在高温和低温状态循环，可以减少原料和反应罐的加热频率和程度，解决了水热碳化技术的一个重要难题，显著降低技术的运行成本和提高其经济可行性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置。
背景技术
裂解与水热碳化是有机垃圾等废弃物转化的两种主要热化学方法，两者均能降低有机废弃物中氢、氧含量，并将之转化成富含碳元素的炭化物。裂解碳化是指在惰性气氛下，将废弃生物质慢速(1-20℃/min)加热到350-700℃并停留几小时到几天的一种典型的碳化方法；水热碳化又称水热催化碳化(HTC)，是将有机废气物在150-350℃密闭的水溶液中反应1小时以上，是一种脱水脱羧的加速碳化过程。
与传统裂解碳化技术相比，水热催化碳化具有显著的优势：(1)在处理含水量高的有机废弃物时无需干燥，节约了大量的预处理费用；(2)化学反应主要为脱水过程，有机废弃物中碳元素固定效率高；(3)反应条件温和，同时脱水脱羧的放热过程为反应提供了一部分能量，因此该技术能耗低；(4)水热催化碳化保留了有机物中大量的氧、氮元素，炭化物表面含有丰富的含氧、含氮官能团，可应用于多种领域；(5)处理设备简单、操作方便、应用规模可调节性强。但在水热催化碳化技术的工业化应用中，加热和冷却速率以及热能利用效率低而导致的高能耗是造成该技术难以大规模应用的关键问题。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置。本实用新型装置可以极大的提升系统的加热和冷却速率以及热能利用效率，减少其热能利用成本，显著增强水热催化碳化技术的经济可行性。
本实用新型用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置，包括准备罐1、加料系统2和水热催化碳化反应罐3；水热催化碳化反应罐3的上部设置有放空系统13，下部设置有出料系统14；水热催化碳化反应罐3的内部设置有搅拌系统4、监测系统9和其它辅助系统10；水热催化碳化反应罐3还设置有加热系统8和冷却系统12，其特征在于：
还分别设置有高温导热介质储存罐7和低温导热介质储存罐11；
所述高温导热介质储存罐7为准备罐1和水热催化碳化反应罐3的加热系统8提供高温导热介质，分别用于对准备罐1中的物料进行预加热以及对水热催化碳化反应罐3中的物料进行快速加热；
所述低温导热介质储存罐11为准备罐1的加热系统8和水热催化碳化反应罐3的冷却系统12提供低温导热介质，分别用于对准备罐1中的物料进行预加热以及对水热催化碳化反应罐3中的物料进行快速降温。
所述准备罐1为不锈钢或塑料等材料制成，用于对物料的混匀、预加热等预处理。在实际运行中，准备罐1的数量为一套或多套并用。
经准备罐1预处理后的物料通过加料系统2送入水热催化碳化反应罐3中，进行水热催化碳化反应。加料系统2包括但不局限于人工、铲车、传输带或泵送等。在实际运行中，加料系统2为一套或多套并用。
水热催化碳化反应罐3为不锈钢或塑料等材料制成。在实际运行中，水热催化碳化反应罐3为一套或多套并用。
所述加热器5包括但不局限于电加热、燃气加热或燃煤加热等多种方式，加热器5内部设置温度监测控制器等辅助设备。在实际运行中，加热器5为一套或多套并用。
所述导热介质包括但不局限于水或导热油等。导热介质从一个反应罐导出到其他反应罐的过程中，该反应罐的余热热也被收集传导和用于其他需要的用途，如新的反应罐预热、生化罐加温等。
所述导热介质传输管6为不锈钢或塑料等材料。
水热催化碳化反应罐3的内部设置有搅拌系统4、监测系统9和其它辅助系统10；所述搅拌系统4包括但不局限于人工、机械搅拌、泵循环搅拌或气动搅拌等方式，在实际运行中，搅拌系统4为一套或多套并用；所述监测系统9用于对水热催化碳化反应罐3中相关控制参数的监测，包括但不局限于液位监测、压力监测、温度监测、pH等水化学指标监测、取样口、观察孔等。在实际运行中，监测系统9为一套或多套并用；所述其它辅助系统10包括但不局限于清洗口、工作人员口、辅料进口等，在实际运行中，其它辅助系统10为一套或多套并用。
所述放空系统13用于对水热催化碳化反应罐3中气体物料的放空，包括但不局限于人工、机械等放空方式。在实际运行中，放空系统13为一套或多套并用。
所述出料系统14用于不同反应罐、不同系统物料的转移，可以为人工、机械等任意方式，包括但不局限于铲车、传输带、泵等。在实际运行中，出料系统14为一套或多套并用。
所述加热系统8用于准备罐1及水热催化碳化反应罐3中物料的加热，包括但不局限于在反应罐内部、内壁或外壁布设传导式加热管的方式。在实际运行中，加热系统8为一套或多套并用。
所述冷却系统12用于水热催化碳化反应罐3中物料的冷却，包括但不局限于在反应罐内部、内壁或外壁布设传导式冷却管的方式。冷却系统12也可与加热系统8共用。冷却系统12出口的导热介质可通过导热介质传输管6对准备罐1进行预加热，也可用于产品的干燥等。在实际运行中，冷却系统12为一套或多套并用。
所述高温导热介质储存罐7用于高温导热介质的存储，为不锈钢或塑料等材料制成。所述高温导热介质储存罐7内部设置温度监测、液位监测、压力监测或保温系统等辅助设备。所述高温导热介质储存罐7可以为加热系统8提供高温导热介质，还可用于产品的干燥等。在实际运行中，高温储导热介质罐7为一套或多套并用。
所述低温导热介质储存罐11用于低温导热介质的存储，为不锈钢或塑料等材料制成。所述低温导热介质储存罐11内部设置温度监测、液位监测或压力监测等辅助设备。所述低温导热介质储存罐11用于为冷却系统12提供低温导热介质。实际运行中，低温导热介质储存罐11为一套或多套并用。
控制阀15用于导热介质传输管6开闭的控制，包括但不局限于目前商业化的控制阀。
控压阀16用于控制导热介质泵入或泵出过程加热系统8和冷却系统12的压力，包括但不局限于人工控制、机械控制或自动化控制等方式。在实际运行中，控压阀16为一套或多套并用。
如图1所示，各种有机废弃物如生活垃圾、秸秆等经过破碎处理后，进入准备罐1进行混匀及预加热等预处理；预处理后的物料通过加料系统2进入水热催化碳化反应罐3进行以水热碳化反应，反应过程中通过搅拌系统4搅拌混匀，并通过监测系统9对水热催化碳化反应罐3中相关控制参数进行监测。同时，导热介质经加热器5加热后通过导热介质传输管6进入高温导热介质储存罐7，再通过导热介质传输管6进入水热催化碳化反应罐3的加热系统8，对水热催化碳化反应罐3中的物料进行快速加热。待反应结束后，低温导热介质储存罐11中的导热介质通过导热介质传输管6进入水热催化碳化反应罐3的冷却系统12，对水热催化碳化反应罐3中的物料进行快速降温。待物料冷却后，对水热催化碳化反应罐3通过放空系统13进行放空，最后通过出料系统14转移出物料。
导热介质传输管6通过控制阀15控制开闭，并设置控压阀16以控制导热介质泵入或泵出过程中加热系统8和冷却系统12的压力。
高温导热介质储存罐7、低温导热介质储存罐11以及冷却系统12中的导热介质均可根据不同的需求分别或并用送入准备罐1的加热系统8中，用于对准备罐1中的物料进行预加热以及产品的干燥。
本实用新型中，所述有机废弃物包括但不限于餐厨垃圾、垃圾填埋场有机混合垃圾、生物质等废弃有机物为原料等，通过水热催化碳化反应将这些有机废弃物转变为生物煤和其他高价值产物。
与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
本实用新型装置可以极大提高水热催化碳化技术和系统工业化大规模应用中的加热和冷却速率以及热能利用效率，并显著降低了工艺成本，使得很多水热催化碳化系统由经济不可行变成经济可行，为处理各种有机废弃物比如餐厨垃圾、污水处理厂污泥、生活垃圾、生物质农业废弃物等的资源化转化再利用提供了一种高效、经济、可行的技术。
附图说明
图1为本实用新型用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置示意图。
图中标号：1准备罐；2加料系统；3水热催化碳化反应罐；4搅拌系统；5加热器；6导热介质传输管；7高温导热介质储存罐；8加热系统；9监测系统；10其它辅助系统；11低温导热介质储存罐；12冷却系统；13放空系统；14出料系统；15控制阀；16控压阀。
具体实施方式
本实用新型用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置，包括准备罐1、加料系统2和水热催化碳化反应罐3；水热催化碳化反应罐3的上部设置有放空系统13，下部设置有出料系统14；水热催化碳化反应罐3的内部设置有搅拌系统4、监测系统9和其它辅助系统10；水热催化碳化反应罐3还设置有加热系统8和冷却系统12，其特征在于：
还分别设置有高温导热介质储存罐7和低温导热介质储存罐11；
所述高温导热介质储存罐7为准备罐1和水热催化碳化反应罐3的加热系统8提供高温导热介质，分别用于对准备罐1中的物料进行预加热以及对水热催化碳化反应罐3中的物料进行快速加热；
所述低温导热介质储存罐11为准备罐1的加热系统8和水热催化碳化反应罐3的冷却系统12提供低温导热介质，分别用于对准备罐1中的物料进行预加热以及对水热催化碳化反应罐3中的物料进行快速降温。
所述准备罐1为不锈钢或塑料制成，用于对物料的混匀、预加热等预处理。在实际运行中，准备罐1的数量为一套或多套并用。
经准备罐1预处理后的物料通过加料系统2送入水热催化碳化反应罐3中，进行水热催化碳化反应。加料系统2包括但不局限于人工、铲车、传输带或泵送。在实际运行中，加料系统2为一套或多套并用。
水热催化碳化反应罐3为不锈钢或塑料制成。在实际运行中，水热催化碳化反应罐3为一套或多套并用。
所述加热器5包括但不局限于电加热、燃气加热或燃煤加热等多种方式，加热器5内部设置温度监测控制器等辅助设备。在实际运行中，加热器5为一套或多套并用。
所述导热介质包括水或导热油。导热介质从一个反应罐导出到其他反应罐的过程中，该反应罐的余热热也被收集传导和用于其他需要的用途，如新的反应罐预热、生化罐加温等。
所述导热介质传输管6为不锈钢或塑料材料。
水热催化碳化反应罐3的内部设置有搅拌系统4、监测系统9和其它辅助系统10；所述搅拌系统4包括但不局限于人工、机械搅拌、泵循环搅拌或气动搅拌等方式，在实际运行中，搅拌系统4为一套或多套并用；所述监测系统9用于对水热催化碳化反应罐3中相关控制参数的监测，包括但不局限于液位监测、压力监测、温度监测、pH等水化学指标监测、取样口、观察孔等。在实际运行中，监测系统9为一套或多套并用；所述其它辅助系统10包括但不局限于清洗口、工作人员口、辅料进口等，在实际运行中，其它辅助系统10为一套或多套并用。
所述放空系统13用于对水热催化碳化反应罐3中气体物料的放空，包括但不局限于人工、机械等放空方式。在实际运行中，放空系统13为一套或多套并用。
所述出料系统14用于不同反应罐、不同系统物料的转移，可以为人工、机械等任意方式，包括但不局限于铲车、传输带、泵送等。在实际运行中，出料系统14为一套或多套并用。
所述加热系统8用于准备罐1及水热催化碳化反应罐3中物料的加热，包括但不局限于在反应罐内部、内壁或外壁布设传导式加热管的方式。在实际运行中，加热系统8为一套或多套并用。
所述冷却系统12用于水热催化碳化反应罐3中物料的冷却，包括但不局限于在反应罐内部、内壁或外壁布设传导式冷却管的方式。冷却系统12也可与加热系统8共用。冷却系统12出口的导热介质可通过导热介质传输管6对准备罐1进行预加热，也可用于产品的干燥等。在实际运行中，冷却系统12为一套或多套并用。
所述高温导热介质储存罐7用于高温导热介质的存储，为不锈钢或塑料等材料制成。所述高温导热介质储存罐7内部设置温度监测、液位监测、压力监测或保温系统等辅助设备。所述高温导热介质储存罐7可以为加热系统8提供高温导热介质，还可用于产品的干燥等。在实际运行中，高温储导热介质罐7为一套或多套并用。
所述低温导热介质储存罐11用于低温导热介质的存储，为不锈钢或塑料等材料制成。所述低温导热介质储存罐11内部设置温度监测、液位监测或压力监测等辅助设备。所述低温导热介质储存罐11用于为冷却系统12提供低温导热介质。实际运行中，低温导热介质储存罐11为一套或多套并用。
控制阀15用于导热介质传输管6开闭的控制，包括但不局限于目前商业化的控制阀。
控压阀16用于控制导热介质泵入或泵出过程加热系统8和冷却系统12的压力，包括但不局限于人工控制、机械控制或自动化控制等方式。在实际运行中，控压阀16为一套或多套并用。
如图1所示，各种有机废弃物如生活垃圾、秸秆等经过破碎处理后，进入准备罐1进行混匀及预加热等预处理；预处理后的物料通过加料系统2进入水热催化碳化反应罐3进行以水热碳化反应，反应过程中通过搅拌系统4搅拌混匀，并通过监测系统9对水热催化碳化反应罐3中相关控制参数进行监测。同时，导热介质经加热器5加热后通过导热介质传输管6进入高温导热介质储存罐7，再通过导热介质传输管6进入水热催化碳化反应罐3的加热系统8，对水热催化碳化反应罐3中的物料进行快速加热。待反应结束后，低温导热介质储存罐11中的导热介质通过导热介质传输管6进入水热催化碳化反应罐3的冷却系统12，对水热催化碳化反应罐3中的物料进行快速降温。待物料冷却后，对水热催化碳化反应罐3通过放空系统13进行放空，最后通过出料系统14转移出物料。
导热介质传输管6通过控制阀15控制开闭，并设置控压阀16以控制导热介质泵入或泵出过程中加热系统8和冷却系统12的压力。
高温导热介质储存罐7、低温导热介质储存罐11以及冷却系统12中的导热介质均可根据不同的需求分别或并用送入准备罐1的加热系统8中，用于对准备罐1中的物料进行预加热以及产品的干燥。
Claims (7)
1.一种用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置，包括准备罐(1)、加料系统(2)和水热催化碳化反应罐(3)；水热催化碳化反应罐(3)的上部设置有放空系统(13)，下部设置有出料系统(14)；水热催化碳化反应罐(3)的内部设置有搅拌系统(4)、监测系统(9)和其它辅助系统(10)；水热催化碳化反应罐(3)还设置有加热系统(8)和冷却系统(12)，其特征在于：
还分别设置有高温导热介质储存罐(7)和低温导热介质储存罐(11)；
所述高温导热介质储存罐(7)为准备罐(1)和水热催化碳化反应罐(3)的加热系统(8)提供高温导热介质，分别用于对准备罐(1)中的物料进行预加热以及对水热催化碳化反应罐(3)中的物料进行快速加热；
所述低温导热介质储存罐(11)为准备罐(1)的加热系统(8)和水热催化碳化反应罐(3)的冷却系统(12)提供低温导热介质，分别用于对准备罐(1)中的物料进行预加热以及对水热催化碳化反应罐(3)中的物料进行快速降温。
2.根据权利要求1所述的用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置，其特征在于：
所述高温导热介质储存罐(7)为不锈钢或塑料等材料制成，所述高温导热介质储存罐(7)内部设置温度监测、液位监测、压力监测或保温系统等辅助设备。
3.根据权利要求1所述的用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置，其特征在于：
所述低温导热介质储存罐(11)用于低温导热介质的存储，为不锈钢或塑料等材料制成；所述低温导热介质储存罐(11)内部设置温度监测、液位监测或压力监测等辅助设备。
4.根据权利要求1所述的用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置，其特征在于：
所述导热介质包括水或导热油。
5.根据权利要求1所述的用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置，其特征在于：
所述加热系统(8)用于准备罐(1)及水热催化碳化反应罐(3)中物料的加热，包括在反应罐内部、内壁或外壁布设传导式加热管的方式。
6.根据权利要求1所述的用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置，其特征在于：
所述冷却系统(12)用于水热催化碳化反应罐(3)中物料的冷却，包括在反应罐内部、内壁或外壁布设传导式冷却管的方式。
7.根据权利要求1所述的用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置，其特征在于：
所述冷却系统(12)单独使用或与加热系统(8)并用，用于准备罐(1)中物料的加热。
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| CN201720460711.6U CN206676354U (zh) | 2017-04-28 | 2017-04-28 | 一种用于水热催化碳化系统的高效加热与冷却装置 |
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109665643A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-04-23 | 陈专 | 一种餐厨垃圾处理与资源再生的设备系统与方法 |
| CN113122348A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-16 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种农林废弃物连续水热炭化催化方法及装置 |
-
2017
- 2017-04-28 CN CN201720460711.6U patent/CN206676354U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN109665643A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-04-23 | 陈专 | 一种餐厨垃圾处理与资源再生的设备系统与方法 |
| CN113122348A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-16 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种农林废弃物连续水热炭化催化方法及装置 |
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