专利名称：生物质快速热裂解制取生物燃油设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种生物燃料技术领域的装置，具体是一种基于改善生物燃油品 质的生物质快速热裂解制取生物燃油设备。
背景技术：
生物质快速热裂解制取生物燃油技术已经成为生物质能利用的一个主要途径，其 开发已得到世界各国的重视。目前，已有几种类型的设备可用来完成这种工艺。旋转锥 反应器是由荷兰Twente大学生物质技术集团(BTG)于1989 1993年研制成功的；英国 Wellman公司与英国Aston大学及德国木材化学研究等单位合作，于2000年在英国博明翰 市建成生物质喂入率为250kg/h的鼓泡流化床热裂解示范装置。在我国，生物质快速热裂 解制取生物燃油技术已有15年多的历史。刘荣厚以副主持人排名第2的身份于1995-1998 年承担了国家科技攻关及与联合国粮农组织和荷兰Twente大学BTG国际合作“生物质热裂 解液化技术的研究”项目，该项目于1995年从荷兰引进一套生物质喂入率为50kg/h的旋转 锥反应器生物质闪速热裂解中试设备，是我国最早的快速热裂解液化装置。山东理工大学 研制开发了离心分离生物质快速热解液化装置；中国科学技术大学研制出新型生物质固体 颗粒热解反应器。经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号为=200510112221. 9，名称为农林业 有机废弃物快速热裂解制取燃料油设备，该专利采用单螺杆直接进料，热裂解气体经旋风 分离器直接进入冷凝器，冷凝器采用单级冷凝方式。该设备的不足之处在于进料不均勻， 物料容易搭桥，生物燃油含有生物碳及砂子、固体颗粒含量较高、品质不好，冷凝不充分。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种生物质快速热裂解制取生物燃油 设备，具有结构简单、实用、持续稳定进料、提高生物燃油品质特点。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括载气系统、进料系统、流化床反 应器、旋风分离器、热蒸汽过滤器、生物燃油收集系统和传感机构及数据采集控制系统，其 中进料系统与流化床反应器相连接，旋风分离器、热蒸汽过滤器和生物燃油收集系统依次 通过管路串连连接，载气系统分别与流化床反应器、热蒸汽过滤器以及进料系统相连，若干 组传感机构分别设置于流化床反应器、旋风分离器和热蒸汽过滤器的测试点，数据采集控 制系统与若干传感机构相连接并采集各个测试点的温度和压力。所述的载气系统为氮气气源，该氮气气源分三路分别与流化床反应器的底部输入 端、热蒸汽过滤器的上部输入端以及进料系统相连。所述的进料系统为两级串联的进料结构，每一级进料结构均包括电机、变速箱、 进料仓和进料器，其中第一进料器和第二进料仓相焊接，第二进料器和流化床反应器通过 法兰密封连接，变速箱与电机的输出轴相连。所述的流化床反应器包括载气预热室、气体分布板、法兰盘、热裂解反应室和冷凝水套，其中热裂解反应室与载气预热室以法兰盘密封连接，气体分布板固定设置于法兰 盘内，冷凝水套焊接在流化床反应器上。所述的旋风分离器包括旋风室和集炭箱，其中旋风室的下出口端设有集炭箱， 旋风室与热蒸汽过滤器通过管路连接。所述的热蒸汽过滤器包括进气室、带孔钢管、陶瓷滤芯、出气室和脉冲反吹进气 口，其中带孔钢管位于陶瓷滤芯内并与陶瓷滤芯固定连接，出气室、进气室和带孔钢管依 次通过法兰串连连接，出气室上部设置脉冲反吹进气口并与生物燃油收集系统相连接。所述的生物燃油收集系统包括冷凝器、冷水机、气体采样口和静电捕集器，其中 四个冷凝器通过管路串联连接，冷水机通过冷凝器内部的循环管路连接，冷凝器和静电捕 集器通过管路连接，中间设置气体采样口。所述的传感机构及数据采集控制系统包括热电偶、压力传感器、PID智能温度控 制器、压力采集器、数据采集模块和电脑，其中各部分固定在电器控制箱内，以导线连接。本装置通过以下方式进行工作物料进入流化床反应器的砂层中央，在反应器中 发生反应，热裂解蒸汽在载气的作用下依次进入旋风分离器和热蒸汽过滤器，最后进入生 物燃油收集系统。本发明不仅保证生物质粉料能够持续稳定的进料，降低生物燃油中的灰 分和固含量，提高生物燃油的品质，将生物燃油中的水分和有机物在多级冷凝器中得到分 离，而且通过数据采集系统能够监控整个试验过程中各个测试点的温度和压力变化状况。本发明采用二级双螺杆进料系统能够保证物料持续稳定进料，热蒸汽过滤器能够 过滤热裂解蒸汽中粒径比较小的少量的砂子和生物碳，提高了生物燃油的品质，多级冷凝 器能够将生物燃油中的大部分水分和有机化合物在某一级冷凝器里冷凝出来，根据其特性 确定其用途，降低了生物燃油的分离成本，静电捕集器能够捕集热裂解蒸汽中没有冷凝的 蒸汽，对于提高生物燃油的产率具有重大意义，同时，本发明采用传感机构及数据采集控制 系统，能够记录试验过程中的温度和压力变化状况，为研究提供了科学依据。
图1为本发明结构示意图。图2为本发明载气系统结构示意图。图3为本发明进料系统结构示意图。图4为本发明流化床反应器结构示意图。图5为本发明旋风分离器结构示意图。图6为本发明热蒸汽过滤器结构示意图。图7为本发明生物燃油收集系统结构示意图。图8为本发明传感机构及数据采集控制系统结构示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。如图1所示，本发明包括载气系统1、进料系统2、流化床反应器3、旋风分离器4、
4热蒸汽过滤器5、生物燃油收集系统6和传感机构及数据采集控制系统7，其中载气系统1 通过导气管与流化床反应器3底部相连，进料系统2通过垂直于流化床反应器3器壁下部 的双螺杆相连，流化床反应器3，旋风分离器4、热蒸汽过滤器5和生物燃油收集系统6通过 管路连接，传感机构及数据采集控制系统7通过热电偶和压力传感器采集各测试点的温度 和压力。如图2所示，所述的载气系统1包括氮气瓶8、压力表9、流量调节阀10、第一流 量计11、第二流量计12、脉冲阀13和第三流量计14，其中氮气瓶8上设置压力表9，外延 管道中设置流量调节阀10，外延管路分成三股气路，一股通过第一流量计11与流化床反应 器3底部相连，一股经第二流量计12和脉冲阀13与热蒸汽过滤器5上部相连，一股经第三 流量计14与第二进料仓19相连。如图3所示，所述的进料系统2包括第一电机15、第一变速箱16、第一进料仓17、 第一进料器18、第二进料仓19、第二电机20、第二变速箱21和第二进料器22，其中第一 进料器18和第二进料仓19直接焊接在一起，第二进料器22和流化床反应器3通过法兰连 接。通过调控第一变速箱16来调整第一进料器18的转速，达到控制物料流速的目的，第二 电机20、第二变速箱21、第二进料仓19分别在第一电机15、第一变速箱16、第一进料仓17 的下面一层，通过调控第二变速箱21来调整第二进料器22的转速。如图4所示，所述的流化床反应器3包括外进气口 23、载气预热室24、气体分布 板25、热裂解反应室26、排气口 27、电加热套28、测温孔29、测温孔30、测温孔31、测压孔
32、测压孔33和冷凝水套34，其中热裂解反应室是由一圆柱体无缝钢管制成，两端焊接法 兰盘，配有相同规格的法兰盘顶盖，管壁上同一条母线上按高度不同设置测压孔32、测压孔
33。热裂解反应室与载气预热室以法兰盘连接，使用螺栓固定，法兰盘中间设置气体分布 板，冷凝水套34是一焊接在流化床反应器3上带有进出水口的装置，外进气口 23设置在载 气预热室24底部中央位置，测温孔29、测温孔30和测温孔31设置在管壁上同一条母线上。如图5所示，所述的旋风分离器4包括旋风室35、集炭箱36、电加热套37、测温 孔38、测压孔39和单向阀40，其中旋风室35上部是由一圆柱体无缝钢管和一倒圆锥形管 焊接而成，下面接集炭箱36，旋风分离器4与热蒸汽过滤器5通过管路连接，中间设置测压 孔39、单向阀40，电加热套37通过螺丝固定在旋风室35上部的圆柱体无缝钢管上。如图6所示，所述的热蒸汽过滤器5包括进气室41、带孔钢管42、陶瓷滤芯43、 出气室44、脉冲反吹进气口 45、测温孔46、测温孔47、电加热套48和测压孔49，其中出气 室44上部设置脉冲反吹进气口 45，热蒸汽过滤器5外延管路设置测压孔49，带孔钢管42 由一根带孔钢管和法兰焊接而成，陶瓷滤芯43和带孔钢管42通过螺丝连接，出气室44、进 气室41和带孔钢管42通过法兰连接，测温孔46设置在出气室44中央、测温孔47设置在 进气室41中下部，测温孔46和测温孔47处于管壁上同一条母线上，电加热套48通过螺丝 固定在进气室41和出气室44圆柱体无缝钢管上。如图7所示，所述的生物燃油收集系统6包括第一至第四冷凝器50、51、52、53、 冷水机54、气体采样口 55和静电捕集器56，其中第一至第四冷凝器50、51、52、53通过管 路依次串联起来，冷水机54通过冷凝器内部的循环管路连接，冷凝器53和静电捕集器56 通过管路连接，中间设置气体采样口 55。如图8所示，所述的传感机构及数据采集控制系统7包括热电偶57、压力传感器
558、PID智能温度控制器59、压力采集器60、数据采集模块61和电脑62，其中PID智能温 度控制器59包括空气开关、PID智能温度控制仪、电磁继电器，各部分固定在电器控制箱 内，以导线连接，热电偶57通过热传感器检测测温孔29、测温孔30和测温孔31、测温孔38、 测温孔46、测温孔47的温度。本发明运行时，首先连接好设备中各部件，将第一进料仓17加入一定量的原料， 密闭，向流化床反应器3加入一定量的砂子，向冷凝水套34通入冷凝水。开启电源后，在智 能温度控制器59上设定电加热套的预加热温度值，开启冷水机54，设定冷水机54温度。当 智能温度控制器59上达到设定预加热温度值，冷水机54达到设定温度时，开启氮气罐8、 流量调节阀10，通过流量计设定氮气流量，启动电脑62，通过数据采集模块61，将试验过程 中压力和温度采集到电脑62上，启动第一电机15，启动第二电机20，通过进料器22向流化 床反应器内输送物料，在流化床反应器3内发生热裂解反应，产生的热裂解蒸汽在载气的 作用下经旋风分离器35将夹带的生物碳分离，沉降到集炭箱36中，然后进入热蒸汽过滤器 5，将剩余的杂质分离。再经冷凝器50、冷凝器51、冷凝器52、冷凝器53对热裂解蒸汽进行 冷凝，在气体采样口 55进行采样，对气体成分进行分析，最后气体进入到静电捕集器56中 收集冷凝器无法冷凝的生物燃油。表1为以松木木屑为原料，冷凝器50、冷凝器51、冷凝器52、冷凝器53和静电捕集 器56中收集的生物燃油产率及水分含量分布。由表1可以看出在第一级冷凝器中生物燃油 的水分含量较高，后续各级冷凝器及静电捕集器中生物燃油的水分含量较低，低于8wt%。 若将各处收集所得生物燃油的质量与相应的含水率之积相加，所得之和为整个反应过程中 产生的水分。再计算各处收集到的水分占整个反应产生水分的百分比。可以发现86. 2wt% 的水分在第一级冷凝器中得到收集，从而实现了大部分水分在生物燃油收集过程中分离出 来的预期结果。因此，和直接接触式冷凝方式相比，使用本发明提出的冷凝方式，可以减少 将水分和各种化合物从生物燃油中分离出来的成本，并可根据生物燃油的特性确定其用 途。表1生物燃油水分含量分布
权利要求
一种生物质快速热裂解制取生物燃油设备，包括载气系统、进料系统、流化床反应器、旋风分离器、热蒸汽过滤器、生物燃油收集系统和传感机构及数据采集控制系统，其特征在于进料系统与流化床反应器相连接，旋风分离器、热蒸汽过滤器和生物燃油收集系统依次通过管路串连连接，载气系统分别与流化床反应器、热蒸汽过滤器以及进料系统相连，若干组传感机构分别设置于流化床反应器、旋风分离器和热蒸汽过滤器的测试点，数据采集控制系统与若干传感机构相连接并采集各个测试点的温度和压力。
2.根据权利要求1所述的生物质快速热裂解制取生物燃油设备，其特征是，所述的载 气系统为氮气气源，该氮气气源分三路分别与流化床反应器的底部输入端、热蒸汽过滤器 的上部输入端以及进料系统相连。
3.根据权利要求1所述的生物质快速热裂解制取生物燃油设备，其特征是，所述的进 料系统为两级串联的进料结构，每一级进料结构均包括电机、变速箱、进料仓和进料器，其 中第一进料器和第二进料仓相焊接，第二进料器和流化床反应器通过法兰密封连接，变速 箱与电机的输出轴相连。
4.根据权利要求1所述的生物质快速热裂解制取生物燃油设备，其特征是，所述的流 化床反应器包括载气预热室、气体分布板、法兰盘、热裂解反应室和冷凝水套，其中热裂 解反应室与载气预热室以法兰盘密封连接，气体分布板固定设置于法兰盘内，冷凝水套焊 接在流化床反应器上。
5.根据权利要求1所述的生物质快速热裂解制取生物燃油设备，其特征是，所述的旋 风分离器包括旋风室和集炭箱，其中旋风室的下出口端设有集炭箱，旋风室与热蒸汽过 滤器通过管路连接。
6.根据权利要求1所述的生物质快速热裂解制取生物燃油设备，其特征是，所述的热 蒸汽过滤器包括进气室、带孔钢管、陶瓷滤芯、出气室和脉冲反吹进气口，其中带孔钢管 位于陶瓷滤芯内并与陶瓷滤芯通过螺丝固定连接，出气室、进气室和带孔钢管依次通过法 兰串连连接，出气室上部设置脉冲反吹进气口并与生物燃油收集系统相连接。
7.根据权利要求1所述的生物质快速热裂解制取生物燃油设备，其特征是，所述的生 物燃油收集系统包括冷凝器、冷水机、气体采样口和静电捕集器，其中四个冷凝器通过 管路串联连接，冷水机通过冷凝器内部的循环管路连接，冷凝器和静电捕集器通过管路连 接，中间设置气体采样口。
全文摘要
一种生物燃料技术领域的生物质快速热裂解制取生物燃油设备，包括载气系统、进料系统、流化床反应器、旋风分离器、热蒸汽过滤器、生物燃油收集系统和传感机构及数据采集控制系统，进料系统与流化床反应器相连接，旋风分离器、热蒸汽过滤器和生物燃油收集系统依次通过管路串连连接，载气系统分别与流化床反应器、热蒸汽过滤器以及进料系统相连，若干组传感机构分别设置于流化床反应器、旋风分离器和热蒸汽过滤器的测试点，数据采集控制系统与若干传感机构相连接并采集各个测试点的温度和压力。本发明具有结构简单、实用、持续稳定进料、提高生物油品质特点。
文档编号C10B53/02GK101962563SQ201010525749
公开日2011年2月2日 申请日期2010年10月30日 优先权日2010年10月30日
发明者刘荣厚, 邓春健, 陈天举 申请人:上海交通大学