CN220867333U - 一种生物质连续热解制生物炭和热解油的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生物质连续热解制生物炭和热解油的装置，包括加料仓、螺旋输送‑热解‑固料冷却一体化设备、生物炭收集罐和热解气冷却冷凝回收系统；螺旋输送‑热解‑固料冷却一体化设备分为输送段、热解反应段和生物炭冷却段，螺旋输送‑热解‑固料冷却一体化设备包括壳体和设置在壳体内的共用螺旋；壳体上设有进料口、热解气出口和固料出口，进料口与加料仓相连，热解气出口与热解气冷却冷凝回收系统相连，固料出口与生物炭收集罐相连。本实用新型可使生物质热解炭化过程在更加稳定状态下连续运行，热解油产率更高、品质更优。

Description

一种生物质连续热解制生物炭和热解油的装置

技术领域

本实用新型涉及生物质热转化利用技术领域，具体涉及一种生物质连续热解制生物炭和热解油装置，该装置适于生物质连续热解制生物质炭和热解油。

背景技术

生物质分布广泛、产生量巨大且可再生，其资源化和能源化高效利用对于推进碳减排进程、实现人类社会可持续发展具有重要意义。热转化法是实现生物质资源高效利用的重要途径，其中，通过中低温热解可将生物质转化为可燃气、热解油和热解炭，热解油可进一步加工成燃料油或高价值化学品，热解炭可用作燃料或进一步制成功能性碳材料。

热解装置是生物质实现上述热转化的关键所在。生物质普遍具有堆积密度小、挥发份高、热解过程液体产物多、一旦发生固液混合将输送困难容易堵料等特点。生物质热解技术经过几十年的发展，国内外研究机构和公司企业开发出了多种类型热解反应装置。螺旋输送热解装置结构简单、容易操作、适于输送生物质并可在较宽泛的热解反应条件下运行，已在生物质热解炭化处理方面得到实际应用，确保在多种条件下的连续稳定运行是其持续升级改进的主要方向。

中国专利申请CN102226092A公开了一种连续式生物质低温热解炭化方法及其炭化炉，采用螺旋式反应器推进输送料，将干燥脱水与热解炭化过程分开进行，提高了原料适应性。但该装置仍然存在干燥脱水与热解炭化过程之间固料流量不易匹配的问题，以及干燥脱水段进料口附近容易发生水蒸汽冷凝并润湿固料、导致输送困难，影响为炭化段的稳定供料。同时，炭化炉中的生物质热解反应产生的气态热解油组分也存在低温区冷凝并与固料混合，以及在高温区加热壁上发生二次裂解、积炭等，容易粘结固料、造成堵塞，影响连续稳定运行，而且该装置不能收集生物质热解液产物。

中国专利申请CN104017591A公开了一种农林生物质连续热解炭化装置，通过两个独立可控的热解装置和炭化装置将热解和炭化过程分开进行，达到根据需要分别调控热解、炭化温度与时间，进而调节气、液、固产物分布与品质。该装置虽然能够一定程度上实现对产物的调控，但热解和炭化过程产生的气态产物在产生与汇集过程中仍存在热解油组分在低温区冷凝、容易粘连固料、造成堵塞、影响连续稳定运行的问题。

中国专利申请CN110437860A公开了一种双层或多层卧式回转筒式连续生物质炭化系统，访系统中热解炭化装置由上下两层或多层组成，内设螺旋输送部件，热解气与固态物料呈逆向行进，气态产物出口设置在生物质物料入口端，高温炭化料由炭化装置尾端排出。该装置系统减小了占地面积，并可利用热解气所携带的热量加热生物质，提高了热效率。该装置系统只产出生物质炭，不能收集热解液产物。

中国实用新型CN212102693公开了一种一体式生物质热解炭化催化系统用于生产生物质炭和轻质热解油，以生物炭为催化剂，回转热解炭化炉出口端与催化装置连接成一体，提高了总体热效率，降低了运行成本。但其炭化炉内采用螺旋抄板输送固料会导致大量粉尘随热解气一起流动，不仅使所得热解油含尘量高，而且容易使出口端因管壁粘染积累大量粉尘而堵塞。

综上所述，目前螺旋热解反应装置存在着加料输送-热解反应-生物质炭冷却操作单元间的固料流量协调匹配不好、热解气向低温区扩散冷凝引起固液混合进而导致输送困难以及热解油在反应器管壁上发生二次裂解和积炭导致热解油产率降低、品质变差等问题。

实用新型内容

本实用新型主要目的是解决目前连续式生物质热解炭化设备中存在的将加料、热解和冷却段固料传输分开设置导致的固料输送协同性不好的问题以及固料易被热解气冷凝液润湿、粘连引起输送困难和热解油在反应器内流速慢、在加热壁上发生二次裂解、积炭导致的热解油产率降低、品质变差的问题。

为实现上述目的，本实用新型技术方案为：

一种生物质连续热解制生物炭和热解油装置，该装置包括：加料仓、螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备、生物炭收集罐和热解气冷却冷凝回收系统；

所述加料仓分隔成两个仓室且两仓室共用一个出料口，两个仓室分别用于投加生物质和石英砂等无机矿物；所述出料口与螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备的进料口连通；两个仓室的其中一个连接用于添加生物质的皮带输送加料装置或螺旋输送加料装置，另一个连接用于添加无机矿物的皮带输送加料装置或螺旋输送加料装置。

优选地，两个仓室上方分别设置的用于加生物质和石英砂等无机矿物的螺旋输送加料装置，控制各自加料量；

所述螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备分为输送段、热解反应段和生物炭冷却段，一体化设备包括壳体和设置在壳体内的共用螺旋贯穿其中；壳体上设有进料口、进气口、热解气出口和固料出口，进料口与加料仓相连，热解气出口与热解气冷却冷凝回收系统相连，固料出口与生物炭收集罐相连。

优选地，所述螺旋输送-热解-冷却一体化设备的输送段、热解反应段和生物炭冷却段均可单独拆卸，方便检修，输送段与热解反应段之间以及热解反应段与生物炭冷却段之间通过隔热法兰连接，避免热解段高温区向输送段和冷却段扩散。

所述螺旋输送-热解-冷却一体化设备的输送段和生物炭冷却段壳体上设有进气口，用于通入常温氮气等惰性气体或空气，起到吹扫作用，避免高温热解气向低温区流动、冷凝并润湿固料，引起输送困难。

所述螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备的热解反应段采用可控温电炉加热或燃气炉加热，生物炭冷却段管壳外层设有冷却水夹套；

优选地，热解反应段采用可控温电炉且电炉分为多个加热腔，每个加热腔可单独设定升温程序进行控温操作；

所述螺旋输送-热解-冷却一体化设备的热解气出口处壳体及热解气出口管内壁涂设有特氟龙涂层，避免热解气中焦油组分在此凝结、粘壁以致堵塞出口。

采用上述技术方案后，本实用新型具有如下优点：

1)通过集成输送-热解-冷却的三段同轴一体化设置，确保了整体装置中的固料流量与输送能力的协调匹配、高效运行；

2)通过将加料仓分隔成两个仓室分别用于投加生物质和石英砂等无机矿物，在生物质输送热解过程中，石英砂等无机矿物起到调节热解反应产物分布和及时清除沾染在螺旋叶片和管壁上物料的作用，使热解产物组成更优化、装置运行更稳定；

3)通过输送段和生物炭冷却段壳体上的进气管引入氮气或空气进行吹扫，调控反应段气态产物流向和流速，避免低温区析出液相及固液混合而影响输送，同时增大气体总流量、加快气速、降低了气态产物在高温反应区的停留时间，减小了其中热解油产物在高温壁上的二次裂解，提高了热解油产率和品质。

总之，通过投加生物质的同时，加一定量的石英砂等无机矿物可以避免生物质在输送、反应过程中发生粘连并起到调节产物组成分布作用；而通入常温氮气等惰性气体或空气可以起到吹扫作用，避免热解气在低温区冷凝、润湿固料导致输送困难的问题；在共用螺旋推动下完成生物质在一体化设备内的连续输送、热解反应和固料冷却，确保了固料移动流畅。通过本实用新型可使生物质热解炭化过程在更加稳定状态下连续运行，热解油产率更高、品质更优。

附图说明

图1为本实用新型生物质连续热解制生物炭和热解油装置的结构示意图；

附图标记：

1、加料仓；2、螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备；3、生物炭收集罐；4、热解气冷却冷凝回收系统；5、壳体；6、共用螺旋；7、进料口；8、热解气出口；9、固料出口；10和11、进气口；12、电加热炉；2-1、输送段；2-2、热解反应段；2-3、生物炭冷却段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行详细的说明。

实施例1

如图1所示，一种生物质连续热解制生物炭和热解油装置，包括加料仓1、螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备2、生物炭收集罐3和热解气冷却冷凝回收系统4；

所述加料仓分隔成两个仓室且两仓室共用一个出料口，两个仓室分别用于投加生物质和石英砂等无机矿物，两个仓室上方分别设置用于加生物质和石英砂等无机矿物的螺旋输送加料装置，控制各自加料量；

所述螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备包括壳体5和设置在壳体内的共用螺旋6，壳体5分为输送段2-1、热解反应段2-2和生物炭冷却段2-3；壳体5上设有进料口7、热解气出口8和固料出口9，进料口7与加料仓1的出料口相连，热解气出口8与热解气冷却冷凝回收系统4相连，固料出口9与生物炭收集罐3相连；

本实用新型中，共用螺旋直径要小于壳体直径，共用螺旋和壳体在底部紧贴，然后随着向上方向逐渐有缝隙空间，在顶部达到最大。

本实用新型中，热解气冷却冷凝回收系统包括管道、冷凝器、液体接收罐和循环冷却水设备，其中液体接收罐上口与冷凝器下口相连、冷凝器的冷却水进出口与循环冷却水设备相连，各设备之间通过管道连接。可以根据需要采用一组或多组的接收罐和冷凝器。各部件商业购买即可得到。

所述螺旋输送-热解-冷却一体化设备2的输送段2-1、热解反应段2-2和生物炭冷却段2-3均可单独拆卸，方便检修，输送段2-1与热解反应段2-2之间、热解反应段2-2之间与生物炭冷却段2-3之间通过隔热法兰连接，避免热解段高温区向输送段2-1和冷却段2-3扩散。

所述螺旋输送-热解-冷却一体化设备2的输送段2-1和生物炭冷却段2-3的壳体上设有进气口10和进气口11，用于通入常温氮气等惰性气体或空气，起到吹扫作用，避免高温热解气向低温区流动、冷凝并润湿固料，引起输送困难。

所述螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备2的热解反应段2-2采用可控温电加热炉12且电加热炉12分为多个加热腔，每个加热腔可单独设定升温程序进行控温操作，生物炭冷却段管壳外层设有冷却水夹套；

所述螺旋输送-热解-冷却一体化设备2的热解气出口8处壳体及出口管内壁涂有特氟龙涂层，避免热解气中焦油组分在此凝结、粘壁以致堵塞出口。

本实用新型具体操作过程为：秸杆、木屑或烟草末等生物质从加料仓1的一个仓室加入，石英砂从加料仓1的另一个仓室加入，生物质与石英砂的投加质量流量比为1：5；螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备两端进气口10和11持续通入氮气，生物质和石英砂从进料口进入螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备2的输送段2-1，在共用螺旋6推动下不断混合、向前运动，进入热解反应段2-2，加热发生热解反应，生成生物质炭和气态产物，生物炭继续向前移动进入固料冷却段2-3并逐渐降温，最后由固料出口9排入生物炭收集罐3，气态产物则在外部通入氮气吹扫下快速流向热解气出口8并进入热解气冷却冷凝回收系统4，得到不凝气和热解油。

本实用新型由于采用了螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备，同时投加生物质与石英砂混合输送，辅助氮气吹扫，使得整体装置结构紧凑、运行协调，固料不发生润湿粘连堵料，能够实现连续稳定运行。

本实用新型未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种生物质连续热解制生物炭和热解油的装置，其特征在于，所述装置包括加料仓、螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备、生物炭收集罐和热解气冷却冷凝回收系统；

螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备分为输送段、热解反应段和生物炭冷却段，螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备包括壳体和设置在壳体内的共用螺旋；壳体上设有进料口、热解气出口和固料出口，进料口与加料仓相连，热解气出口与热解气冷却冷凝回收系统相连，固料出口与生物炭收集罐相连。

2.根据权利要求1所述一种生物质连续热解制生物炭和热解油的装置，其特征在于，所述加料仓分隔成两个仓室且两个仓室共用一个出料口，所述出料口与螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备的进料口连通；两个仓室的其中一个连接用于添加生物质的皮带输送加料装置或螺旋输送加料装置，另一个连接用于添加无机矿物的皮带输送加料装置或螺旋输送加料装置。

3.根据权利要求1所述一种生物质连续热解制生物炭和热解油的装置，其特征在于，所述螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备的输送段、热解反应段和生物炭冷却段均可单独拆卸，输送段与热解反应段之间以及热解反应段与生物炭冷却段之间均通过隔热法兰连接。

4.根据权利要求1所述一种生物质连续热解制生物炭和热解油的装置，其特征在于，螺旋输送-热解-固料冷却一体化设备的热解反应段采用可控温电炉加热或燃气炉加热，生物炭冷却段管壳外层设有冷却水夹套。

5.根据权利要求4所述一种生物质连续热解制生物炭和热解油的装置，其特征在于，热解反应段采用可控温电炉且可控温电炉分为多个加热腔，每个加热腔可单独设定升温程序进行加热控温操作。

6.根据权利要求1所述一种生物质连续热解制生物炭和热解油的装置，其特征在于，螺旋输送-热解-冷却一体化设备的输送段和生物炭冷却段壳体上均设有进气口，用于通入惰性气体或空气。

7.根据权利要求1所述一种生物质连续热解制生物炭和热解油的装置，其特征在于，螺旋输送-热解-冷却一体化设备的热解气出口处的壳体及热解气出口管的内壁设置不粘油特氟龙涂层。