一种下行式流化床生物质热解反应器的制作方法

本实用新型涉及一种生物质热裂解装置，尤其是涉及一种下行式流化床生物质热解反应器。

背景技术：

我国是一个农业大国，有丰富的秸秆等生物质资源，但利用率很低，大量秸秆被烧荒，浪费资源，同时加重环境污染。为了保护环境，提高生物质资源利用率，生物质热解技术成为国家鼓励推广的节能环保技术。生物质热解是指在隔绝空气的情况下快速加热，使生物质在高温下进行热裂解反应，生产生物油，同时副产生物炭和热解气。目前，实际投入使用的生物质热解技术主要有旋转锥式反应技术、真空反应技术和流化床反应技术。其中，流化床反应技术，尤其是下行式流化床反应技术，具有较高的加热速率和产油率，结构比较简单，操作方便，应用较为广泛。

中国专利CN 101481619A公开了一种固体有机物自混合下行流化床快速热解工艺。该工艺反应装置主要由自混合下行反应器和流化床再生器等组成，快速热解和烧焦分别在不同系统进行，并通过固体热载体循环耦合，形成一个反应再生循环系统，从而保证了热解反应的连续进行和再生热量的合理利用，可生产出高质量的热解气和热解油，提高了资源利用率。然而生物质密度小、质地软、形状不规则，流化较难，易于发生团聚和堵塞。在下行式反应器中，颗粒流向与气体流向和重力方向一致，扰动小，容易造成生物质颗粒与热载体混合不均，影响反应效果。

另外，在生物质热解反应器中，为了维持反应器操作以及提高反应油气的流动速率，降低反应油气在反应器中的停留时间，减少二次裂解反应，通常需要向流化床反应器中通入气态流体，称作载气。

中国专利CN 101962563A公开了一种生物质快速热裂解制取生物油设备，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。该技术具有结构简单、实用、持续稳定进料、提高生物油品质特点。然而该技术使用氮气作为载气，成本较高，并且使用氮气做载气，热解气的分压较低，会促进二次热解反应的发生。另一方面，高温热解反应，宜在临氢的环境下进行，以减少生焦和脱氢反应，增加中间馏分产品的产率，而氮气的存在不但不能提供氢氛，还会降低氢气等轻质热解气的分压，并降低不凝性燃气热值。

由上可以看出，流化床生物质热裂解技术的难点，在于生物质颗粒与热载体快速充分混合、热解气快速导出以及改善热裂解环境。由于生物质颗粒难于流化，若不能使之与热载体快速混合，则会延长反应时间，造成部分热解气深度裂解，部分生物质热解不完全。而热解气若不能快速导出，则会增加二次裂解，影响产物分布，通常低压有利于热解气快速导出和热解反应进行，而为了防止外部空气进入系统，反应器需要维持微正压，因此需要使用载气调整系统压力和降低停留时间。然使用氮气，会大大提高生产成本。热裂解环境会影响生物质热裂解机理与热裂解进程，若不能改善热裂解环境，则会加重生焦和脱氢反应，影响产物分布。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种下行式流化床生物质热解反应器。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种下行式流化床生物质热解反应器，包括自上而下依次布置的混合段、反应段及气固分离段，

所述混合段设有生物质颗粒进料口、热载体进料口、循环尾气进料口、搅拌气进料口及混合物料出口，

所述反应段设有混合物料入口及反应物料出口，所述混合物料出口与混合段的混合物料出口连通，

所述气固分离段设有反应物料入口、反应油气出口与待生载体出口，所述反应物料入口与反应段的混合物料出口连通。

所述的生物质进料口、热载体进料口、循环尾气进料口和搅拌气进料口设有至少一个。

通入混合段的热载体为高温固体颗粒，循环尾气为反应油气冷却脱除冷凝液后的气体，搅拌气为氮气、循环尾气中的一种或其混合物。

形成的待生载体为反应物料脱除反应油气后剩余的固体颗粒。

所述的混合段内部设有格栅。

所述的反应段为下行式反应器。

所述的气固分离段内部设有旋风分离器和/或过滤器来进行气固分离。

与现有技术相比，本实用新型设置了混合段，采用下行式反应器，并在混合段设置了循环尾气进料口和搅拌气进料口，具有以下优点：

(1)混合段设置有格栅和搅拌气进料，可对混合段内物料进行充分搅拌，避免团聚堵塞。生物质颗粒与热载体在混合段内可实现快速充分混合，并进行预分解，改善生物质颗粒流化性能。

(2)混合段设置了循环尾气进料口。循环尾气在反应过程中充当载气，成本低，在保证系统处于微正压的同时，将热解气体快速带出反应器，促进生物质热解，避免热解气二次裂解，改善产物分布。循环尾气含有氢气等轻质组分，可为热解反应提供临氢氛围，抑制生焦、脱氢反应，增加液体产品收率，同时增加不凝性燃气热值，提高利用价值。

(3)混合段与下行式反应器相互配合，集合了两者的优点，即实现物料混合充分，又兼具活塞流返混小的优点，反应充分，产物分布可控。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中，1为混合段、2为反应段、3为气固分离段、11为循环尾气进料口、12为生物质颗粒进料口、13为热载体进料口、14为搅拌气进料口、15为混合物料出口、16为格栅、21为混合物料入口、22为反应物料出口、31为反应油气出口、32为待生载体出口、33为反应物料入口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例

一种下行式流化床生物质热解反应器，其结构如图1所示，该反应器包括自上而下依次连接的混合段1、反应段2和气固分离段3。混合段1设有生物质颗粒进料口12、热载体进料口13、循环尾气进料口11和搅拌气进料口14；混合段1设有混合物料出口15，向下连接反应段2混合物料入口21，反应段2下部设有反应物料出口22，向下连接气固分离段3反应物料入口31。气固分离段3还设有反应油气出口31与待生载体出口32。

在使用时，生物质颗粒、热载体、循环尾气和搅拌气分别自生物质颗粒进料口12、热载体进料口13、循环尾气进料口11和搅拌气进料口14进入混合段1，生物质和热载体在搅拌气、循环尾气和格栅16的共同作用下，快速充分混合，使得物料分布均匀，并发生预分解反应，生物质颗粒流化性能改善。随后，混合物料通过混合物料出口15、混合物料入口21，向下进入反应段22，在下行的过程中进行活塞流热解反应，由于循环尾气的存在，反应压力保持微正压，气体流速较高，热解气被快速带出反应段。在反应器末端，反应物料通过反应物料出口22、反应物料入口31向下进入气固分离段3，进行气固分离。反应油气从反应油气出口31离开气固分离段3，待生载体从待生载体出口32离开气固分离段3去再生工序。

与现有技术相比，本实用新型能够使生物质颗粒与热载体混合更加充分，不会发生生物质颗粒团聚堵塞，载气成本低，产物分布好。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。