專利名稱：自熱式生物質(zhì)快速熱解液化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自熱式生物質(zhì)快速熱解液化裝置，屬于能源化工技術(shù)與設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)能源是目前可再生能源中唯一的碳資源，可以用于生產(chǎn)能源產(chǎn)品、化工原料等。生物質(zhì)快速熱解液化制備生物油技術(shù)是通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的方法，將低能量密度的生物質(zhì)同時轉(zhuǎn)化為氣、液、固等三種高能產(chǎn)品的新型生物質(zhì)能利用技術(shù)，具有很大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。三種產(chǎn)物中，以液相的生物油為主，熱解炭可用于制備活性炭、土壤改良劑等，尾氣主要是小分子永久性氣體，往往直接排空或廢棄。
生物質(zhì)快速熱解液化的副產(chǎn)品尾氣是熱解過程中產(chǎn)生的不可冷凝氣體，包括CO、 CO2, H2、014等，具有一定的熱值。熱解尾氣直接排空，不僅造成了資源的浪費(fèi)，而且還對環(huán)境造成一定的熱負(fù)荷。
隨著國家節(jié)能減排要求的逐步提高和研究的日益深入，人們開始自熱式熱解技術(shù)的研究，探索將熱解尾氣合理利用的途徑和方法，以滿足環(huán)保要求，降低生物質(zhì)快速熱解工藝技術(shù)的操作成本。
目前自熱式生物質(zhì)熱解技術(shù)多以副產(chǎn)物熱解炭為熱源，采用直接燃燒或者氣化燃燒的方式為熱解反應(yīng)提供熱量。圖1所示是專利號為ZL2008100245^5. 8，發(fā)明名稱為“單床自熱式熱解氣化燃燒反應(yīng)器及熱解氣化燃燒方法”的專利中公開的單床自熱式熱解氣化燃燒反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，1是卷吸孔，2是燃燒床，3是料腿，4是導(dǎo)向管，5是熱解床，6 是分隔板，是7旋風(fēng)分離器，8是煙氣旋風(fēng)分離器，9是煙氣回料器，10是產(chǎn)物氣回料器，(i) 是催化劑/床料進(jìn)口，(ii)是反應(yīng)器底部入口，(iii)是流化載氣入口，(iv)是空氣入口， (ν)是產(chǎn)物氣出口，(vi)是燃燒煙氣出口。該方法中，產(chǎn)物氣旋風(fēng)分離器及煙氣旋風(fēng)分離器分離出的熱解炭及床料，經(jīng)回料器回到燃燒床中，在空氣吹動的作用下，流化并燃燒，為熱解反應(yīng)提供熱量。然而，熱解炭作為固體燃料進(jìn)行燃燒，過程不易控制，加熱不均勻，易造成局部溫度過高；其流化過程消耗動力，高溫燃燒床與流化床為一個整體，對裝置的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)要求很高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種自熱式生物質(zhì)快速熱解液化裝置，利用熱解產(chǎn)生的不可冷凝氣體為熱源，為熱解反應(yīng)提供熱量，熱解尾氣完全循環(huán)利用，節(jié)能環(huán)保。
本發(fā)明提出的自熱式生物質(zhì)快速熱解液化裝置，包括燃燒爐、螺旋進(jìn)料器、流化床反應(yīng)器、加熱外套、旋風(fēng)分離器、冷凝塔、第一煙氣換熱器、第二煙氣換熱器和循環(huán)風(fēng)機(jī)；所述的螺旋進(jìn)料器與流化床反應(yīng)器的下部相連；所述的加熱外套套裝在流化床反應(yīng)器中部反應(yīng)段的外壁上，所述的燃燒爐的頂部通過高溫?zé)煔夤艿琅c加熱外套的底部進(jìn)氣口相連，加熱外套頂部的出氣口依次與第一煙氣換熱器中的熱氣路和第二煙氣換熱器中的熱氣路相連；所述的旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣口與流化床反應(yīng)器頂部的出氣口相連，旋風(fēng)分離器的出氣口與冷凝塔的進(jìn)氣口相連，旋風(fēng)分離器的下部出料口與集炭箱相連；所述的冷凝塔內(nèi)下部的液體通過管道與頂部的噴淋頭相互連通，冷凝塔的下部出料口與儲油罐相連，冷凝塔上部的不可冷凝氣出口通過循環(huán)風(fēng)機(jī)分別與第一煙氣換熱器中的冷氣路進(jìn)口和第二煙氣換熱器中的冷氣路進(jìn)口相連，第一煙氣換熱器中的冷氣路出口與流化床反應(yīng)器底部的流化載氣入口相連，第二煙氣換熱器中的冷氣路出口與燃燒爐底部的燃燒用不可冷凝氣進(jìn)口相連。
本發(fā)明提出的自熱式生物質(zhì)快速熱解液化裝置，其優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明熱解液化裝置中對熱解尾氣進(jìn)行循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)了自熱式生產(chǎn)，節(jié)約能源，綠色環(huán)保。燃燒爐和反應(yīng)器加熱外套配合工作，改變已有技術(shù)中用電加熱的方式，利用高溫?zé)煔鈱α骰卜磻?yīng)器壁進(jìn)行換熱，使流化床反應(yīng)器的受熱均勻，而且提高了傳熱效率。本發(fā)明裝置中設(shè)有兩臺煙氣換熱器，實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔獾臒崃炕厥?，有效地利用煙氣的余熱，大大降低了設(shè)備的運(yùn)行能耗。本發(fā)明裝置中，將熱解反應(yīng)的尾氣有效地用作反應(yīng)器的熱源和流化床的載氣，不僅將副產(chǎn)物進(jìn)行自身循環(huán)，而且實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)快速熱解液化的自熱式生產(chǎn)；利用燃燒爐產(chǎn)生的煙氣對流化床反應(yīng)器進(jìn)行加熱，不僅裝置的結(jié)構(gòu)簡單，而且生產(chǎn)過程容易控制。
圖1是已有的單床自熱式熱解氣化燃燒反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明提出的自熱式生物質(zhì)快速熱解液化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明裝置的加熱外套中肋片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2和圖3中，7是旋風(fēng)分離器，11是螺旋進(jìn)料器，12是流化床反應(yīng)器，13是集炭箱，14是冷凝塔，15是儲油罐，16是循環(huán)風(fēng)機(jī)，17是第一煙氣換熱器，18是第二煙氣換熱器， 19是燃燒爐，20是加熱外套，21是肋片，22是支撐筋。(iii)是流化載氣入口，(iv)是空氣入口，(ν)是產(chǎn)物氣出口，(vi)是燃燒煙氣出口，(vii)是燃燒用不可冷凝氣進(jìn)口，(viii) 是液化氣進(jìn)口，(ix)是高溫?zé)煔馊肟冢?χ)是冷卻生物油進(jìn)口。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出的自熱式生物質(zhì)快速熱解液化裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括燃燒爐 19、螺旋進(jìn)料器11、流化床反應(yīng)器12、加熱外套20、旋風(fēng)分離器7、冷凝塔14、第一煙氣換熱器17、第二煙氣換熱器18和循環(huán)風(fēng)機(jī)16。螺旋進(jìn)料器11與流化床反應(yīng)器12的下部相連。 加熱外套20套裝在流化床反應(yīng)器12中部反應(yīng)段的外壁上，所述的燃燒爐19的頂部通過高溫?zé)煔夤艿琅c加熱外套20的底部進(jìn)氣口相連，加熱外套20頂部的出氣口依次與第一煙氣換熱器17中的熱氣路和第二煙氣換熱器18中的熱氣路相連。旋風(fēng)分離器7的進(jìn)氣口與流化床反應(yīng)器12頂部的出氣口相連，旋風(fēng)分離器7的出氣口與冷凝塔14的進(jìn)氣口相連，旋風(fēng)分離器7的下部出料口與集炭箱13相連。冷凝塔14內(nèi)下部的液體通過管道與頂部的噴淋頭相互連通，冷凝塔的下部出料口與儲油罐15相連，冷凝塔上部的不可冷凝氣出口通過循環(huán)風(fēng)機(jī)16分別與第一煙氣換熱器17中的冷氣路進(jìn)口和第二煙氣換熱器18中的冷氣路進(jìn)口相連，第一煙氣換熱器17中的冷氣路出口與流化床反應(yīng)器12底部的流化載氣入口相連， 第二煙氣換熱器18中的冷氣路出口與燃燒爐19底部的燃燒用不可冷凝氣進(jìn)口相連。
上述快速熱解液化裝置中，加熱外套20的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中21是肋片，22是支撐筋。肋片21通過支撐筋22固定在加熱外套20上，肋片21與加熱外套20的橫截面平行，肋片之間互相平行。每個肋片的一側(cè)開有缺口，相鄰兩個肋片的缺口方向呈180°。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明快速熱解液化裝置的工作原理
首先，生物質(zhì)原料由螺旋進(jìn)料器11輸送到流化床反應(yīng)器12中，在流化床反應(yīng)器12 底部吹入的流化載氣作用下開始流化，同時吸收熱量發(fā)生熱解反應(yīng)，產(chǎn)生的熱解氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器7中進(jìn)行氣固分離，分離出的熱解炭進(jìn)入集炭箱13。熱解氣進(jìn)入冷凝塔14進(jìn)行冷凝，冷凝下來的液態(tài)產(chǎn)物-生物油進(jìn)入儲油罐15中。不可冷凝氣體經(jīng)過循環(huán)風(fēng)機(jī)16后分為兩部分，一部分不可冷凝氣體經(jīng)過第一煙氣換熱器17，與來自流化床反應(yīng)器12的加熱外套20中的高溫燃燒廢氣(vi)進(jìn)行換熱升溫后，作為流化載氣進(jìn)入流化床反應(yīng)器12中；另一部分不可冷凝氣體經(jīng)過第二煙氣換熱器18，與來自第一煙氣換熱器17的溫度較低的廢氣進(jìn)行換熱，使不可冷凝氣體預(yù)熱后再進(jìn)入燃燒爐19中進(jìn)行燃燒。燃燒爐19中的燃?xì)馊紵螽a(chǎn)生的高溫?zé)煔?ix)進(jìn)入加熱外套20中。加熱外套內(nèi)設(shè)有多個互相平行的肋片21， 每個肋片的一側(cè)開有缺口。從加熱外套底部進(jìn)入的高溫?zé)煔?ix)，由下而上穿過各肋片的缺口，由于相鄰兩個肋片的缺口方向呈180°，高溫?zé)煔饪梢栽谳^大的換熱面積條件下，對流化床反應(yīng)器12充分加熱，最后再依次經(jīng)過煙氣換熱器17、18后排空。
用本發(fā)明的快速熱解液化裝置處理的生物質(zhì)原料，可以為落葉松木粉，含水率 15%，粒徑0.45 0.9mm。其工作過程是
預(yù)熱階段向燃燒爐19中通入液化氣，液化氣燃燒產(chǎn)生的煙氣對流化床反應(yīng)器12 進(jìn)行加熱升溫。此時循環(huán)風(fēng)機(jī)16開啟。
工作階段當(dāng)流化床反應(yīng)器12內(nèi)溫度達(dá)到550°C時，啟動螺旋進(jìn)料器11，開始向反應(yīng)器中加入物料，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，逐漸加大進(jìn)料速率，直到^g/h之后保持不變，此時循環(huán)風(fēng)機(jī)16流量為30m3/h。調(diào)節(jié)不可冷凝氣(vii)、流化載氣(iii)氣體流量，保證流化載氣 (iii)流量在20m3/h的基礎(chǔ)上，使得進(jìn)入燃燒爐19中燃燒的不可冷凝氣(vii)的流量最大化。根據(jù)流化床反應(yīng)器12內(nèi)溫度，調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒爐19中燃燒的液化氣(viii)以及助燃空氣(iv)的流量。維持流化床反應(yīng)器12內(nèi)溫度550°C左右，直到生物質(zhì)原料投入并反應(yīng)完畢。
停機(jī)階段熱解反應(yīng)完畢后，首先關(guān)閉燃燒爐的不可冷凝氣(vii)、液化氣(viii) 及助燃空氣(iv)，流化床反應(yīng)器12內(nèi)溫度降低到100°C以下時，關(guān)閉冷凝塔14內(nèi)噴淋介質(zhì)進(jìn)口，流化床反應(yīng)器12內(nèi)溫度降低到60°C以下時，關(guān)閉循環(huán)風(fēng)機(jī)16。
由集炭箱13中收集得到熱解炭，儲油罐15中收集得到冷卻生物油，經(jīng)分析，本實(shí)施例中熱解產(chǎn)物生物油產(chǎn)率約為陽％，其含水率為30% ；熱解炭產(chǎn)率為20%，不可冷凝氣產(chǎn)率為25%。
權(quán)利要求
1. 一種自熱式生物質(zhì)快速熱解液化裝置，其特征在于該熱解液化裝置包括燃燒爐、螺旋進(jìn)料器、流化床反應(yīng)器、加熱外套、旋風(fēng)分離器、冷凝塔、第一煙氣換熱器、第二煙氣換熱器和循環(huán)風(fēng)機(jī)；所述的螺旋進(jìn)料器與流化床反應(yīng)器的下部相連；所述的加熱外套套裝在流化床反應(yīng)器中部反應(yīng)段的外壁上，所述的燃燒爐的頂部通過高溫?zé)煔夤艿琅c加熱外套的底部進(jìn)氣口相連，加熱外套頂部的出氣口依次與第一煙氣換熱器中的熱氣路和第二煙氣換熱器中的熱氣路相連；所述的旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣口與流化床反應(yīng)器頂部的出氣口相連，旋風(fēng)分離器的出氣口與冷凝塔的進(jìn)氣口相連，旋風(fēng)分離器的下部出料口與集炭箱相連；所述的冷凝塔內(nèi)下部的液體通過管道與頂部的噴淋頭相互連通，冷凝塔的下部出料口與儲油罐相連，冷凝塔上部的不可冷凝氣出口通過循環(huán)風(fēng)機(jī)分別與第一煙氣換熱器中的冷氣路進(jìn)口和第二煙氣換熱器中的冷氣路進(jìn)口相連，第一煙氣換熱器中的冷氣路出口與流化床反應(yīng)器底部的流化載氣入口相連，第二煙氣換熱器中的冷氣路出口與燃燒爐底部的燃燒用不可冷凝氣進(jìn)口相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自熱式生物質(zhì)快速熱解液化裝置，屬于能源化工技術(shù)與設(shè)備領(lǐng)域。該裝置包括燃燒爐、螺旋進(jìn)料器、流化床反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、冷凝塔等。螺旋進(jìn)料器與流化床反應(yīng)器的下部相連，加熱外套套裝在流化床反應(yīng)器中部反應(yīng)段的外壁上，燃燒爐的頂部與加熱外套的底部相連，加熱外套頂部的出氣口依次與第一煙氣換熱器中的熱氣路和第二煙氣換熱器中的熱氣路相連。旋風(fēng)分離器與流化床反應(yīng)器頂部相連，其出氣口與冷凝塔相連。冷凝塔上部的不可冷凝氣出口分別與第一和第二煙氣換熱器相連。本發(fā)明裝置對熱解尾氣進(jìn)行循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔獾臒崃炕厥眨行У乩脽煔獾挠酂?，大大降低了設(shè)備的運(yùn)行能耗，節(jié)約能源，而且生產(chǎn)過程容易控制。
文檔編號C10B53/02GK102517065SQ201210004739
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者任學(xué)勇, 司慧, 常建民, 李龍, 杜洪雙, 王文亮, 車顏喆 申請人:北京林業(yè)大學(xué)