可移动式生物质催化热裂解反应装置的制作方法

本发明涉及可再生能源领域，尤其涉及一种可移动式生物质催化热裂解反应装置。

背景技术：

生物质废弃物如秸秆，稻壳，木屑等，由于分布比较松散，密度小，体积大，易燃烧，易变质，在集中收集资源化利用过程中遇到很大的问题。因此可移动的反应装置可以在原料收集地把固态的能量密度小的生物质，通过热裂解反应，变为能量密度大的方便运输的液体燃料，节约收集和运输成本。

直接经过热裂解反应产生的液态燃料，有很多缺点不利于直接应用，如氧元素含量高，黏度较大，水分含量高，灰分含量高，热值低，腐蚀性高，因此需要进一步的提质精制。利用催化剂提高液态燃料的应用前景，是一种很有效的方法。催化剂一般有加氢催化剂，加氢脱氧催化剂，催化裂解催化剂等。经过催化的液态燃料，氧元素含量显著下降，热值明显提高。

经过现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为：CN201010577455.1，名称为：一种利用生物质快速热裂解制备生物油的调控试验装置。该专利的自述为：本装置包括流化床热解反应器、固定床热裂解反应器、两套多路采样阀、两套气相色谱仪、三级冷凝器和三个储油罐等部件。该发明装置具有快速热解、催化裂解、在线分析与调控、分级可控冷凝等试验功能，而且结构紧凑、工作稳定，可进行裂解气的全组分分析与催化剂评价，定量分析可靠，可有效开展生物质快速热裂解制备生物油的调控试验。该项技术的不足之处在于：装置不能移动，只能在大规模集中收集原料后，才能用于试验装置，收集原料成本较高。三级冷凝器都采用循环浴槽冷凝，冷凝工艺单一，效果较差。

本发明的可移动式生物质催化热裂解反应装置有以下优点：整个装置可移动，方便在原料采集地直接进行反应，把固态难以储藏运输的生物质原料，转变为容易运输的高密度液态燃料；可以进行催化裂解研究，在热裂解反应器和旋风分离器后，设计有催化固定床反应器，方便进行生物质的精制提质研究。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是生物质催化热裂解反应装置在收集地的移动并高效收集，为了解决上述问题，本发明提供一种可移动式生物质催化热裂解反应装置，包括移动台座和固定在移动台座上并且依次相连的进料系统、反应器系统、旋风分离系统、催化系统、冷凝系统、气体检测系统和气体收集系统；

移动台座包括可移动的台座和液压平台；可移动的台座上设置有能够调节高度的液压平台，进料系统、反应器系统、旋风分离系统、催化系统、冷凝系统、气体检测系统和气体收集系统固定设置在液压平台上，使各个组成部分整合组装构成可移动的装置；

进料系统用于将固态生物质原料传送到反应器系统；

反应器系统用于将固态生物质原料变成气态的热裂解蒸汽和生物炭；

旋风分离系统用于将气态的热裂解蒸汽和生物炭分离；

催化系统包括固定床反应器，固定床反应器能够通过催化剂层将气态的热裂解蒸汽进一步裂解，并生成催化后热裂解蒸汽；

冷凝系统用于将催化后热裂解蒸汽中可冷凝部分冷凝为液态生物油，将不可冷凝部分传送到气体检测系统和气体手机系统。

进一步地，进料系统包括氮气瓶、料仓、气体预热器、一级进料螺旋、二级进料螺旋和冷却水套；氮气瓶分别与二级进料螺旋和气体预热器连接；料仓与一级进料螺旋连接，一级进料螺旋与二级进料螺旋连接。

进一步地，二级进料螺旋周围设置有冷却水套，冷却水套的两端分别设置有冷却水进水口和出水口。

进一步地，反应器系统包括气体缓冲罐和热裂解反应器，热裂解反应器下部连接气体缓冲罐；气体缓冲罐与进料系统相连。

进一步地，反应器系统采用流化床反应器，流化床反应器能够将固态生物质原料在加热到500℃，从而使固态生物质原料发生热裂解反应。

进一步地，旋风分离系统包括旋风分离器和连接其下的炭箱。

进一步地，冷凝系统包括依次相连的水冷却器，静电冷凝器和干冰丙酮冷凝器。

进一步地，气体检测系统采用在线气相色谱分析仪实时测定气体组分，监测装置的运行的状态。

进一步地，气体收集系统采用气袋或者气瓶收集尾气。

本发明具有如下有益效果：

1、整个装置可移动，方便在原料采集地直接进行反应，把固态难以储藏运输的生物质原料，转变为容易运输的高密度液态燃料；可以进行催化裂解研究，在热裂解反应器和旋风分离器后，设计有催化固定床反应器，方便进行生物质的精制提质研究。

2、本反应装置可以用在原料采集地，方便利用各种生物质废弃物原料如：农作物秸秆，稻壳，木屑等。把有机的农林业废弃物，转化为液态燃料。并可在线进行进一步的催化提质精制处理，产生有价值的化工产品原料。采用在线气相色谱分析仪实时测定气体组分。气体收集系统采用气袋收集尾气，集中进行资源化无害化处理。

附图说明

图1是本发明的可移动式生物质催化热裂解反应装置结构示意图；

图2是本发明的进料系统结构示意图；

图3是本发明的反应器系统结构示意图；

图4是本发明的旋风分离系统结构示意图；

图5是本发明的催化系统结构示意图；

图6是本发明的冷凝系统结构示意图；

图7是本发明的气体检测系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，实施方式只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制发明的范围。

如图1所示，本发明的可移动式生物质催化热裂解反应装置包括移动台座1和固定其上并依次相连的进料系统100，反应器系统200，旋风分离系统300，催化系统400，冷凝系统500，气体检测系统600和气体收集系统。

其中，移动台座1上固定有氮气瓶2，气体预热器4移动台座1包括可移动的台座和设置其上的可调节高度的液压平台，在液压平台上直接固定有一级进料螺旋5、炭箱15和生物油收集器23，通过这三个部件，进料系统100，反应器系统200，旋风分离系统300，催化系统400，冷凝系统500，气体检测系统600，气体收集系统也连接固定在液压平台上，通过调节液压平台的高度可以把不同高度装置的所有组成部分整合组装在一起，构成一个可移动的装置。且在原料采集地环境较为复杂的情况下，可以通过调节液压平台的高度来做出适应性地调整。

如图2所示，进料系统包括氮气瓶2、料仓3、气体预热器4、一级进料螺旋5、二级进料螺旋6和冷却水套7；氮气瓶2和气体预热器4固定在移动台座1上，其中氮气瓶2通过阀门及气体管路分别与二级进料螺旋6和气体预热器4连接。料仓3连接一级进料螺旋5，一级进料螺旋5连接二级进料螺旋6。在二级进料螺旋6周围设置有冷却水套7。冷却水套7的两端分别设置有冷却水进水口8和出水口9，二级进料螺旋6连接热裂解反应器12。本发明的进料系统是把固态生物质原料传送到反应器系统中，采用二级螺旋进料，利用氮气协助进料，从而方便控制进料速度，提高进料效率。

如图3所示，反应器系统包括气体缓冲罐10和热裂解反应器12，热裂解反应器12下部连接气体缓冲罐10。气体缓冲罐10与气体预热器4相连，实现氮气回收再利用。热裂解反应器12上部有温度探头Ⅰ13，气体缓冲罐10侧壁有温度探头Ⅱ11。热裂解反应器12与旋风分离器14相连。本发明的反应器系统采用流化床反应器，把生物质原料在较短时间内加热到500℃左右，发生热裂解反应，固态生物质原料变成气态的热裂解蒸气和生物炭。

如图4所示，旋风分离系统包括旋风分离器14和炭箱15，旋风分离器14下部连接炭箱15。旋风分离器14上部连接催化反应器16。本发明的旋风分离系统实现气固的分离，把副产物生物炭从气态物质中分离出来，炭箱15用于收集分离后的炭。

如图5所示，催化系统包括催化反应器16，催化反应器16侧壁有温度探头Ⅲ17。催化反应器16连接水冷却器18。本发明的催化系统采用固定床反应器，热裂解蒸汽通过催化剂层，发生催化反应。固定床反应器能够通过催化剂层将气态的热裂解蒸汽进一步裂解，并生成催化后热裂解蒸汽。

如图6所示，冷凝系统包括水冷却器18，静电冷凝器21和干冰丙酮冷凝器24，水冷却器18两端有冷却水的进水口19和出水口20。水冷却器18连接静电冷凝器21。静电冷凝器21上部和中部分别连接静电发生器22的正极和负极。静电冷凝器21下部连接生物油收集器23,，静电冷凝器21另一端连接干冰丙酮冷凝器24。干冰丙酮冷凝器24的下部连接生物油收集器23，另一端连接棉花过滤器25。本发明的冷凝系统采用三级冷凝，分别为冷凝水冷凝，静电补给冷凝和干冰丙酮冷凝，使热裂解蒸汽中可冷凝的部分冷凝为液态生物油，不可冷凝的部分进入后续的气体检测和收集系统。

如图7所示，气体检测系统包括棉花过滤器、气相色谱仪26和气体流量计27，棉花过滤器25的另一端分别连接气相色谱26和气体流量计27。本发明的气体检测系统采用在线气相色谱分析仪实时测定气体组分，从而监测装置的运行的状态。

气体收集系统，采用气袋或者气瓶收集尾气，集中进行资源化无害化处理。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。