CN209173937U - 一种改进型高效水热碳化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种改进型高效水热碳化反应装置，包括HTC反应罐，在HTC反应罐内设置有HTC反应罐加料系统、HTC反应罐罐体加热系统、HTC反应水预加热罐、HTC反应罐搅拌系统、HTC反应罐物料加热系统、HTC反应罐混合蒸汽排放管、HTC反应罐出料系统以及HTC反应罐清洗系统，所述HTC反应罐为双层中空罐体，在双层中空罐体的内部填充有循环加热导热介质，通过循环加热导热介质加热HTC反应罐。本实用新型装置可以极大提高HTC系统工业化大规模应用中的热能利用效率，实现热能的高效循环利用，并极大的节约了HTC系统热能利用成本，使其规模化应用成为可能。

Description

一种改进型高效水热碳化反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于水热碳化系统的反应装置，具体地说是一种改进型高效水热碳化反应装置，降低HTC反应加热所需能耗，并实现HTC反应物料的充分混合。

背景技术

水热碳化反应(Hydro-thermal Carbonization；HTC)是将餐厨垃圾、秸秆等有机废弃物在150-350℃密闭的水溶液中停留1h以上，是一种脱水脱羧的加速煤化过程。与传统裂解碳化技术相比，水热碳化具有显著的优势：(1)在处理含水量高的废弃生物质时无需干燥，节约了大量的预处理费用；(2)化学反应主要为脱水过程，废弃生物质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)水热碳化保留了大量废弃生物质中的氧、氮元素，碳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。但是，HTC技术也存在耗能高、热量损失大、物料混合不均匀等问题，引发高成本，并严重限制了其工业化应用。

实用新型内容

在水热碳化技术的工业化应用中，热能不能得到有效利用和物料混合不均匀导致的反应速率低是造成其运行成本过高、难以大规模应用的关键。本实用新型旨在提供一种改进型高效水热碳化反应装置，可以极大的提高HTC技术的热能利用效率并实现HTC反应物料的充分混合，减少其热能利用成本，从而为HTC技术规模化应用创造了条件。

本实用新型改进型高效水热碳化反应装置，包括HTC反应罐1，在HTC反应罐1内设置有HTC反应罐加料系统2、HTC反应罐罐体加热系统3、HTC反应水预加热罐4、HTC反应罐搅拌系统6、HTC反应罐物料加热系统8、HTC反应罐混合蒸汽排放管9、HTC反应罐出料系统14以及HTC反应罐清洗系统15，与现有技术的不同之处在于：

所述HTC反应罐1为双层中空罐体，在双层中空罐体的内部填充有循环加热导热介质，通过循环加热导热介质加热HTC反应罐1。

本装置还设置有混合蒸汽分馏系统10，对HTC反应罐混合蒸汽排放管9排放的混合蒸汽进行分馏，分馏后的热水汽作为反应水通过热水汽传输管11进入HTC反应水预加热罐4并实现对HTC反应水的预加热；分馏后的含挥发分的液体作为生物油产品通过生物油传输管12传输至生物油贮存罐13中储存。

在所述HTC反应罐1内，罐体的底部设置有多个HTC反应罐加速循环锥底7，在HTC反应罐搅拌系统6搅拌物料的过程中，通过HTC反应罐加速循环锥底7在HTC反应罐内形成不同的物料循环区域，实现HTC反应罐内物料的充分混合，并加快HTC反应速率。

HTC反应罐1可为由不锈钢、混凝土、玻璃、有机玻璃、塑料等任何材料制成的任意形状，主要用于进行HTC反应，可以承受HTC反应所需要的高温(150-350℃)。HTC反应罐1为双层中空罐体，中空部分用于循环导热介质。在实际运行中，HTC反应罐1的数量包括但不局限于1套。

HTC反应罐加料系统2主要用于物料的加入，包括但不局限于人工、铲车、传输带、泵送等。在实际运行中，HTC反应罐加料系统2的数量包括但不局限于1套。

HTC反应罐罐体加热系统3主要用于HTC反应罐1罐体的加热，包括但不局限于蒸汽加热、电加热、油加热等方式。HTC反应罐1为双层中空罐体，循环加热导热介质通过HTC反应罐罐体加热系统3加热后在HTC反应罐1罐体的中空部分循环，实现对HTC反应罐1的加热。在实际运行中，HTC反应罐罐体加热系统3的数量包括但不局限于1套。

HTC反应水预加热罐4可为由不锈钢、混凝土、玻璃、有机玻璃、塑料等任何材料制成的任意形状，主要用于进行HTC反应水的预加热。在实际运行中，HTC反应水预加热罐4的数量包括但不局限于1套。

注水管5主要用于HTC反应水的传输，可以为钢管、不锈钢管、塑料管等任意自制或市售管道。

HTC反应罐搅拌系统6主要用于物料的混匀，包括但不局限于人工、机械搅拌、泵循环搅拌、气动搅拌等方式。在实际运行中，HTC反应罐搅拌系统6的数量包括但不局限于1套。

HTC反应罐加速循环锥底7主要用于在搅拌过程中在HTC反应罐1中形成不同的物料循环区域，以提高HTC反应罐1中的物料循环效果和反应效率。HTC反应罐加速循环锥底7可为由不锈钢、混凝土、玻璃、有机玻璃、塑料等任何材料制成的任意形状。在实际运行中，HTC反应罐加速循环锥底7的数量包括但不局限于1个，HTC反应罐加速循环锥底7的设置位置可以为HTC反应罐1中的任意位置，当HTC反应罐加速循环锥底7的数量超过1个时，在罐体内的底部均布设置。

HTC反应罐物料加热系统8主要用于HTC反应罐1中物料的加热，包括但不局限于蒸汽加热、电加热、油加热等方式。通过HTC反应罐物料加热系8将HTC反应罐温度最终提升至HTC反应所需的高温(150-350℃)。在实际运行中，HTC反应罐物料加热系统8的数量包括但不局限于1套。

HTC反应罐混合蒸汽排放管9可以为钢管、不锈钢管、塑料管等任意自制或市售管道，主要用于HTC反应罐1排放的混合蒸汽的传输。

混合蒸汽分馏系统10主要用于HTC反应罐1排放的混合蒸汽的分离。混合蒸汽主要成分为水蒸气和挥发分，在混合蒸汽分馏系统10中，可以通过控制温度等任意方式来实现水蒸气和挥发分的分馏。在实际运行中，混合蒸汽分馏系统10的数量包括但不局限于1套。

热水汽传输管11可以为钢管、不锈钢管、塑料管等任意自制或市售管道，主要用于混合蒸汽分馏系统10分馏后的热水气的传输。

生物油传输管12可以为钢管、不锈钢管、塑料管等任意自制或市售管道，主要用于混合蒸汽分馏系统10分馏后的含挥发分的生物油的传输。

生物油贮存罐13可为由不锈钢、混凝土、玻璃、有机玻璃、塑料等任何材料制成的任意形状，主要用于含挥发分的生物油的储存。在实际运行中，生物油贮存罐13的数量包括但不局限于1套。

HTC反应罐出料系统14主要用于物料的排放，包括但不局限于人工、铲车、传输带、泵送等。在实际运行中，HTC反应罐出料系统14的数量包括但不局限于1套。

HTC反应罐清洗系统15主要用于HTC反应结束后HTC反应罐1的清洗，可以通过人工、机械以及水或混合溶剂等方式清洗。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型装置可以极大提高HTC系统工业化大规模应用中的热能利用效率，实现热能的高效循环利用，并极大的节约了HTC系统热能利用成本，使其规模化应用成为可能。

2、本实用新型装置可以高效实现HTC反应物料的充分混合，提高HTC反应效率。

3、本实用新型装置推动了HTC系统的工业化大规模应用，为餐厨垃圾、秸秆等有机废弃物的再利用提供了一种高效、经济、可行的技术。

附图说明

图1为本实用新型改进型高效水热碳化装置示意图。

图2为本实用新型改进型高效水热碳化装置中物料循环流程示意图。

图中标号：1HTC反应罐，2HTC反应罐加料系统，3HTC反应罐罐体加热系统，4HTC反应水预加热罐，5注水管，6HTC反应罐搅拌系统，7HTC反应罐加速循环锥底，8HTC反应罐物料加热系统，9HTC反应罐混合蒸汽排放管，10混合蒸汽分馏系统，11热水汽传输管，12生物油传输管，13生物油贮存罐，14HTC反应罐出料系统，15HTC反应罐清洗系统，16HTC反应罐物料循环方向。

具体实施方式

本实用新型改进型高效水热碳化反应装置，包括HTC反应罐1，在HTC反应罐1内设置有HTC反应罐加料系统2、HTC反应罐罐体加热系统3、HTC反应水预加热罐4、HTC反应罐搅拌系统6、HTC反应罐物料加热系统8、HTC反应罐混合蒸汽排放管9、HTC反应罐出料系统14以及HTC反应罐清洗系统15，与现有技术的不同之处在于：

所述HTC反应罐1为双层中空罐体，在双层中空罐体的内部填充有循环加热导热介质，通过循环加热导热介质加热HTC反应罐1。

本装置还设置有混合蒸汽分馏系统10，对HTC反应罐混合蒸汽排放管9排放的混合蒸汽进行分馏，分馏后的热水汽作为反应水通过热水汽传输管11进入HTC反应水预加热罐4并实现对HTC反应水的预加热；分馏后的含挥发分的液体作为生物油产品通过生物油传输管12传输至生物油贮存罐13中储存。

在所述HTC反应罐1内，罐体的底部设置有多个HTC反应罐加速循环锥底7，在HTC反应罐搅拌系统6搅拌物料的过程中，通过HTC反应罐加速循环锥底7在HTC反应罐内形成不同的物料循环区域，实现HTC反应罐内物料的充分混合，并加快HTC反应速率。

如图1所示，餐厨垃圾、秸秆等有机废弃物经过破碎处理后，由HTC反应罐加料系统2进入HTC反应罐1中进行水热碳化反应；HTC反应罐1为双层中空罐体，由HTC反应罐罐体加热系统3通过循环加热导热介质加热HTC反应罐1；HTC反应水通过HTC反应水预加热罐4进行预加热，预加热的反应水通过注水管5注入HTC反应罐1；通过HTC反应罐搅拌系统6将HTC反应罐1中的固液混合均匀；为增加HTC反应罐1内物料的循环，设置HTC反应罐加速循环锥底7以在HTC反应罐1中形成不同的物料循环；通过HTC反应罐物料加热系统8将反应罐内物料加热至HTC反应需要的高温(150-350℃)；反应过程中的热蒸汽混合物通过HTC反应罐混合蒸汽排放管9排出至混合蒸汽分馏系统10；含有水分、挥发分的混合蒸汽在混合蒸汽分馏系统10中分馏，分馏后的水分通过热水汽传输管11传输至HTC反应水预加热罐4，作为反应水并对罐体反应水进行预加热，分馏后的含挥发分的液体作为生物油产品通过生物油传输管12传输至生物油贮存罐13中储存；反应后的物料通过HTC反应罐出料系统14出料，进入生物炭和有机肥生产系统；清空后的HTC反应罐1通过HTC反应罐清洗系统15进行清洗，为下一生产过程做好准备。

如图2所示，改进后的HTC反应罐1通过设置HTC反应罐搅拌系统6和HTC反应罐加速循环锥底7可以在反应罐内形成不同的物料循环区域(HTC反应罐物料循环方向16)，可以显著提高HTC反应罐1中的物料循环效果和反应效率。

HTC反应罐1可为由不锈钢、混凝土、玻璃、有机玻璃、塑料等任何材料制成的任意形状，主要用于进行HTC反应，可以承受HTC反应所需要的高温(150-350℃)。HTC反应罐为1双层中空罐体，中空部分用于循环导热介质。在实际运行中，HTC反应罐1的数量包括但不局限于1套。

HTC反应罐加料系统2主要用于物料的加入，包括但不局限于人工、铲车、传输带、泵送等。在实际运行中，HTC反应罐加料系统2的数量包括但不局限于1套。

HTC反应罐罐体加热系统3主要用于HTC反应罐1罐体的加热，包括但不局限于蒸汽加热、电加热、油加热等方式。HTC反应罐1位双层中空罐体，导热介质通过HTC反应罐罐体加热系统3加热后在HTC反应罐1中空部分循环，实现对HTC反应罐1的加热。在实际运行中，HTC反应罐罐体加热系统3的数量包括但不局限于1套。

HTC反应水预加热罐4可为由不锈钢、混凝土、玻璃、有机玻璃、塑料等任何材料制成的任意形状，主要用于进行HTC反应水的预加热。在实际运行中，HTC反应水预加热罐4的数量包括但不局限于1套。

注水管5主要用于HTC反应水的传输，可以为钢管、不锈钢管、塑料管等任意自制或市售管道。

HTC反应罐搅拌系统6主要用于物料的混匀，包括但不局限于人工、机械搅拌、泵循环搅拌、气动搅拌等方式。在实际运行中，HTC反应罐搅拌系统6的数量包括但不局限于1套。

HTC反应罐加速循环锥底7主要用于在搅拌过程中在HTC反应罐1中形成不同的物料循环区域，以提高HTC反应罐1中的物料循环效果和反应效率。HTC反应罐加速循环锥底7可为由不锈钢、混凝土、玻璃、有机玻璃、塑料等任何材料制成的任意形状。在实际运行中，HTC反应罐加速循环锥底7的数量包括但不局限于1套，HTC反应罐加速循环锥底7的设置位置可以为HTC反应罐1中的任意位置。

HTC反应罐物料加热系统8主要用于HTC反应罐1中物料的加热，包括但不局限于蒸汽加热、电加热、油加热等方式。在实际运行中，HTC反应罐物料加热系统8的数量包括但不局限于1套。

HTC反应罐混合蒸汽排放管9可以为钢管、不锈钢管、塑料管等任意自制或市售管道，主要用于HTC反应罐1排放的混合蒸汽的传输。

混合蒸汽分馏系统10主要用于HTC反应罐1排放的混合蒸汽的分离。混合蒸汽主要成分为水蒸气和挥发分，在混合蒸汽分馏系统10中，可以通过控制温度等任意方式来实现水蒸气和挥发分的分馏。在实际运行中，混合蒸汽分馏系统10的数量包括但不局限于1套。

热水汽传输管11可以为钢管、不锈钢管、塑料管等任意自制或市售管道，主要用于混合蒸汽分馏系统10分馏后的热水气的传输。

生物油传输管12可以为钢管、不锈钢管、塑料管等任意自制或市售管道，主要用于混合蒸汽分馏系统10分馏后的含挥发分的生物油的传输。

生物油贮存罐13可为由不锈钢、混凝土、玻璃、有机玻璃、塑料等任何材料制成的任意形状，主要用于含挥发分的生物油的储存。在实际运行中，生物油贮存罐13的数量包括但不局限于1套。

HTC反应罐出料系统14主要用于物料的排放，包括但不局限于人工、铲车、传输带、泵送等。在实际运行中，HTC反应罐出料系统14的数量包括但不局限于1套。

HTC反应罐清洗系统15主要用于HTC反应结束后HTC反应罐1的清洗，可以通过人工、机械以及水或混合溶剂等方式清洗。

Claims (4)

1.一种改进型高效水热碳化反应装置，包括HTC反应罐，在HTC反应罐内设置有HTC反应罐加料系统、HTC反应罐罐体加热系统、HTC反应水预加热罐、HTC反应罐搅拌系统、HTC反应罐物料加热系统、HTC反应罐混合蒸汽排放管、HTC反应罐出料系统以及HTC反应罐清洗系统，其特征在于：

所述HTC反应罐为双层中空罐体，在双层中空罐体的内部填充有循环加热导热介质，通过循环加热导热介质加热HTC反应罐。

2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：

所述反应装置还设置有混合蒸汽分馏系统，对HTC反应罐混合蒸汽排放管排放的混合蒸汽进行分馏，分馏后的热水汽作为反应水通过热水汽传输管进入HTC反应水预加热罐并实现对HTC反应水的预加热；分馏后的含挥发分的液体作为生物油产品通过生物油传输管传输至生物油贮存罐中储存。

3.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：

在所述HTC反应罐内，罐体的底部设置有多个HTC反应罐加速循环锥底，通过HTC反应罐加速循环锥底在HTC反应罐内形成不同的物料循环区域，实现HTC反应罐内物料的充分混合，并加快HTC反应速率。

4.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：

当HTC反应罐加速循环锥底的数量超过1个时，在罐体内的底部均布设置。