本实用新型涉及能源利用领域，具体涉及一种生物质快速热解装置。
背景技术：
解决能源问题对于世界经济增长具有重大的战略意义。煤炭、石油和天然气等化石燃料的长期使用，造成了严重的环境污染和温室效应。此外，化石燃料为不可再生能源，从长远看液体燃料短缺将成为困扰人类发展的大问题。
生物质能是唯一可转化为液体燃料的一种可再生能源。鉴于生物质分布分散，形态各异，能量密度低以及受季节限制的原因，现有技术中采用生物质热化学液化，将生物质部分或全部转化为能量密度大、易于存贮和运输的液体燃料。该方法不存在产品规模和消费地域限制，是环境友好性、最有希望的石油替代品。因此，生物质快速热解技术将是本世纪最有工业化发展潜力的技术，是国内外生物质液化研究和开发的重点和热点。
生物质在不同的反应条件下进行热解时，都会生成气体、液体和固体三相产物。目前存在的反应系统由于原料在反应过程中摩擦严重，易产生大量粉尘，导致反应生成的气态产物中含大量粉尘，冷凝后存在于液体燃料中，影响了液体燃料的后续利用。另一方面，快速热解工艺需要热解生成的气态产物要快速冷凝成液体燃料，才能保证液体收率，而且得到的液体产物中重组分含量较多，也限制了液体燃料的后续利用途径。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种生物质快速热解装置，使得生物质能够在一个热解反应器中完成二级热解，并实现气相产物快速过滤，有效降低液体产物的含灰率，提高液体产物的收率和质量。
本实用新型针对上述的技术问题所提供的技术方案为：
一种生物质快速热解装置，包括热解反应器、催化剂分级分离系统、催化剂再生器和产物冷凝分离器；
所述热解反应器包括混合升温区，设置在混合升温区下端的热解反应区以及位于热解反应区侧端的热解过滤区；所述热解反应区与热解过滤区通过第一格栅分开；
所述混合升温区顶部设有物料进口和第一催化剂进口；所述热解反应区下部设有返料阀，并通过第一返料器与催化剂再生器连接；所述热解过滤区顶部设有第二催化剂进口，下部设有调节阀，侧部设有气相产物出口；所述热解过滤区与气相产物出口通过第二格栅分开，气相产物出口与产物冷凝分离器连接，调节阀通过第二返料器与催化剂再生器进口连接；
所述第一催化剂进口和第二催化剂进口分别与催化剂分级分离系统连接，所述催化剂再生器出口与催化剂分级分离系统进口连接。
上述的技术方案中，生物质由物料进口进入，而催化剂由第一催化剂进口进入，两者通过相互碰撞在混合升温区实现快速混合升温，并迅速进入热解反应区开始剧烈反应，热解反应区生成的气相产物通过第一格栅进入热解过滤区，与热解过滤区中的催化剂接触再次进行热解反应，降低了产物重组分含量，显著提高了液体产物质量，而热解过滤区中的催化剂由第二催化剂进口进入。
同时，热解过滤区也起到了过滤气相产物中粉尘的作用，气相产物携带的粉尘颗粒被热解过滤区的催化剂过滤并随之下移排出。热解过滤区的宽度和催化剂的粒度等决定了由热解反应区生成的气相产物在热解过滤区的停留时间。
反应结束后，固体物料经过第一返料阀和第二返料器进入催化剂再生器进行再生处理，之后进入催化剂分级分离系统，分离后的催化剂根据不同粒径分别进入热解反应器、第二返料阀或外排，而气相产物经过气相产物出口最终进入产物冷凝分离器进行分离，最终得到生物气、木醋液、生物轻油和生物重油等。
优选的，所述第一催化剂进口竖直设置于混合升温区顶部；所述物料进口包括二个，分别倾斜设置于混合升温区顶部。进一步优选，所述二个物料进口对称设置在混合升温区顶部，且物料进口与第一催化剂进口的夹角为15-75°。
优选的，所述催化剂分级分离系统由四级旋风分离器串联组成，上一级旋风分离器的出口与下一级旋风分离器进口连接；
所述第一级旋风分离器的灰斗与热解过滤区顶部的第二催化剂进口连接，所述第二级旋风分离器的灰斗与混合升温区顶部的第一催化剂进口连接，所述第三级旋风分离器的灰斗与第二返料器连接，所述第四级旋风分离器的灰斗和出口分别外排。
通过催化剂分级分离系统，可以将经过催化剂再生器再生处理后的催化剂按颗粒粒径分为4个区间分别投入不同工段，分别为第一级分离器分离下粒径大于2mm的催化剂用于高温油气二次热解过滤，第二级分离器分离出0.5-2mm的催化剂用于快速热解反应，第三级分离器分离出0.1-0.5mm的催化剂用于维持工艺热循环，第四级分离器分离出小于0.1mm的催化剂外排。
优选的，所述催化剂再生器内设有取热器。该设置能够有效地利用由生物质半焦生成的热量。
优选的，所述混合升温区设有若干物料混合板；所述物料混合板的形状为三菱柱，相互之间平行设置且分层错位排列。进一步优选，所述物料混合板的层数为2-8层。
优选的，所述物料混合板的横截面为等腰三角形，顶角范围为45-120°。
优选的，所述热解反应区为流化床，催化剂是Ni/Al2O3，反应温度为600-900℃，催化剂靠重力下落到返料阀，返料阀应具有自密封功能。
优选的，所述热解过滤区为移动床，催化剂是Ni/Al2O3，热解过滤区温度为600-900℃，催化剂下落速度通过调节下部的调节阀来控制。
优选的，所述第一格栅由倒V字形格栅板间隔排列组成；所述倒V字形格栅板为不对称结构，位于热解反应区一侧板边与竖直方向的夹角小于位于热解过滤区一侧板边与竖直方向的夹角。
优选的，位于热解反应区一侧板边与竖直方向的夹角范围为15-45°；位于热解过滤区一侧板边与竖直方向的夹角范围为15-75°。
优选的，所述倒V字形格栅板位于热解反应区一侧板边的底部位置低于下一层倒V字形格栅板的顶部位置；所述倒V字形格栅板位于热解过滤区一侧板边的底部位置齐平于下一层倒V字形格栅板的顶部位置。
优选的，所述倒V字形格栅板之间的间隔距离小于热解反应区中催化剂的粒径。
优选的，所述第二格栅由一字形格栅板间隔排列组成；所述一字形格栅板与竖直方向的夹角范围为15-45°。
优选的，所述一字形格栅板的底部位置低于下一层一字形格栅板的顶部位置。
优选的，所述一字形格栅板的间隔距离小于热解过滤区中催化剂的粒径。
优选的，所述热解过滤区包括二个，分别对称设置于热解反应区两侧。
同现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
(1)本实用新型所提供的生物质快速热解装置能够实现催化剂的再生以及分级分离，实现催化剂的循环利用。
(2)本实用新型所提供的生物质快速热解装置中的热解反应器通过格栅将热解反应区与热解过滤区分开，实现生物质在一个反应器内二级热解与过滤净化，能够有效地提高液体产物的收率，降低液体产物的含灰率。
附图说明
图1为实施例中生物质快速热解装置的结构示意图；
图2为实施例中热解反应器的结构示意图。
其中，1、热解反应器；101、热解反应区；102、热解过滤区；103、混合升温区；104、气相产物出口；105、第一格栅；106、第二格栅；107、第一催化剂进口；108、物料进口；109、第二催化剂进口；110、物料混合板；111、调节阀；112、返料阀；2、催化剂再生器；3、产物冷凝分离器；4、第一级旋风分离器；5、第二级旋风分离器；6、第三级旋风分离器；7、第四级旋风分离器；8、第一返料器；9、第二返料器；10、取热器。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例
如图1所示为生物质快速热解装置包括热解反应器1、催化剂分级分离系统、催化剂再生器2和产物冷凝分离器3。
其中，催化剂分级分离系统由四级旋风分离器串联组成，上一级旋风分离器的出口与下一级旋风分离器进口连接。第一级旋风分离器4的灰斗与热解过滤区102顶部的第二催化剂进口109连接，第二级旋风分离器5的灰斗与混合升温区103顶部的第一催化剂进口107连接，第三级旋风分离器6的灰斗与第二返料器9连接，第四级旋风分离器7的灰斗和出口分别外排。
如图2所示，热解反应器1包括混合升温区103、热解反应区101和热解过滤区102，三者均在热解反应器1壳体内部。
混合升温区103设置在热解反应区101上部，两者的整体形状实际生产中可以为竖直长方体，而热解反应区101下部设有返料阀112，并通过第一返料器8与催化剂再生器2连接。热解过滤区102为二个，分别设置在热解反应区101两侧。热解反应区101与两侧的热解过滤区102通过第一格栅105分开。
第一格栅105由倒V字形格栅板间隔排列组成，倒V字形格栅板为不对称结构，位于热解反应区101一侧板边与竖直方向的夹角小于位于热解过滤区102一侧板边与竖直方向的夹角。位于热解反应区101一侧板边与竖直方向的夹角范围为30°，位于热解过滤区102一侧板边与竖直方向的夹角范围为45°。倒V字形格栅板位于热解反应区101一侧板边的底部位置低于下一层倒V字形格栅板的顶部位置，倒V字形格栅板位于热解过滤区102一侧板边的底部位置齐平于下一层倒V字形格栅板的顶部位置。此外，倒V字形格栅板之间的间隔距离小于热解反应区101中催化剂的粒径。
混合升温区103的顶部设有物料进口108和第一催化剂进口107。第一催化剂进口107竖直设置于混合升温区103顶部，而物料进口108包括二个，分别倾斜设置于混合升温区103顶部。二个物料进口108对称设置，且物料进口108与第一催化剂进口107的夹角为30°，第一催化剂进口107与第二级旋风分离器5的灰斗连接。
此外，混合升温区103内设有若干物料混合板110，物料混合板110的形状为三菱柱，两端分别固定于混合升温区103的壁面，横截面为等腰三角形，顶角角度为120°，相互之间平行设置且分层错位排列。物料混合板110的层数为3层。
由于热解反应区101两侧的热解过滤区102为对称设置，此处仅介绍一侧的热解过滤区102。热解过滤区102的形状也可以为竖直长方体，顶部设有第二催化剂进口109，下部设有调节阀111，侧部设有气相产物出口104，而热解过滤区102与气相产物出口104通过第二格栅106分开。
气相产物出口104与产物冷凝分离器3连接，气相产物经过产物冷凝分离器3分离之后，最终得到生物气、木醋液、生物轻油和生物重油等。第二催化剂进口109与第一级旋风分离器4的灰斗连接，图2中仅给出一侧，另一侧同样可以连接第一级旋风分离器4的灰斗。调节阀111则连接第二返料器9，而第二返料器9连接催化剂再生器2，此处也仅给出一侧，另一侧实际运用时也可通过第二返料器9与催化剂再生器2连接。
第二格栅106由一字形格栅板间隔排列组成，一字形格栅板与竖直方向的夹角范围为45°，且位于热解过滤区102一侧的一字形格栅板板边位置较低。一字形格栅板的底部位置低于下一层一字形格栅板的顶部位置，同时一字形格栅板相互之间的间隔距离小于热解过滤区102中催化剂的粒径。
催化剂再生器2进口分别与第一返料器8和第二返料器9连接，而催化剂再生器2出口则与第一级旋风分离器4的进口连接。此外，催化剂再生器2内还设有取热器10，取热器10能够有效地利用由生物质半焦生成的热量。
工作过程如下：
生物质通入到物料进口108，而催化剂Ni/Al2O3通入到第一催化剂进口107，两者进入混合升温区103，在物料混合板110上通过相互碰撞实现快速混合升温，并迅速进入热解反应区101开始剧烈反应。
热解反应区101内的反应状态为流化床，温度为600-900℃，固体颗粒靠重力下落到返料阀112，之后通过第一返料器8进入催化剂再生器2内。而热解反应区101生成的气相产物则通过第一格栅105进入热解过滤区102，与热解过滤区102的催化剂Ni/Al2O3接触进行反应，同时催化剂Ni/Al2O3也起到了过滤气相产物中粉尘的作用。
热解过滤区102内的反应状态为移动床，温度为600-900℃，固体颗粒下落速度通过调节下部的调节阀111来控制，固体颗粒则通过第二返料器9进入催化剂再生器2内。热解过滤区102主要起到过滤粉尘和降低产物重组分含量的作用，能够显著提高液体产物质量。热解过滤区102的宽度和催化剂的粒度等决定了由热解反应区101生成的气相产物在热解过滤区102的停留时间。反应结束后，固体物料经过返料阀112和第一返料器8进入催化剂再生器2内，而气相物料经过气相产物出口104进入产物冷凝分离器3，经过产物冷凝分离器3的分离后，得到生物气、木醋液、生物轻油和生物重油等。
经过催化剂再生器2再生处理之后的催化剂则进入催化剂分级分离系统，将催化剂按颗粒粒径分为4个区间分别投入不同工段，分别为：第一级分离器4分离下粒径大于2mm的催化剂用于高温油气二次热解过滤；第二级分离器5分离出0.5-2mm的催化剂用于快速热解反应；第三级分离器6分离出0.1-0.5mm的催化剂送入第二返料器9，之后进入催化剂再生器2用于维持工艺热循环；第四级分离器7分离出小于0.1mm的催化剂外排。