一种带焦炭分离的单床自热式生物质制油装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物质资源利用领域，具体涉及一种带焦炭分离的单床自热式生物质制油装置与方法。
【背景技术】
[0002]能源是人类生存和发展的动力。目前，世界上主要的能源为煤炭、石油、天然气等不可再生的化石燃料，由此造成的结果是，一方面化石燃料的大量使用产生了严重的环境污染问题，比如温室效应、酸雨、雾霾等；另一方面，日益枯竭的化石燃料严重威胁到人类的能源安全和可持续发展。因此，寻求可再生能源成为世界各国十分关心的问题。
[0003]生物质能是一种可再生能源，生物质能具有可再生性，清洁、低碳，有害物质含量很低，原料丰富等诸多优点。生物质快速热裂解来制备生物质燃料的技术发展迅速，该方法能够将生物质高效转化为易储存、易运输、能量密度高的燃料。我国农林作物种植广泛，每年产生的大量农林废弃物可作为生物质热解的原料，但是将农林废弃物通过运输再集中处理的方法成本较大、操作困难，因此，最适宜的方式为将一种移动式的反应装置拖到田间地头就地处理农林废弃物。然而目前诸多技术并不能满足这一需求，比如:多数生物质热解反应器为双床结构，其颗粒的循环不易控制，并且体积较大，投资大，难以满足移动式的要求；东南大学的发明专利“单床自热式热解气化燃烧反应器及热解气化燃烧方法”，授权公告号CN101245264B，公开了一种单床式的将热解与燃烧相隔开的方法，该发明的底部卷吸孔开孔较简单，反应过程中过于灵敏，存在一定的窜气现象，并且反应产生的焦炭被烧掉，而收集了热解不凝结气。实际上在田间地头，气体燃料不易储存和运输，而固体焦炭的储存和运输十分方便，并且焦炭还具有很高的利用价值。
[0004]因此，需要开发出一种满足移动式的、结构简单的单床式的、燃烧不凝结气而收集焦炭的生物质制油装置与方法。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提出一种带焦炭分离的单床自热式生物质制油装置与方法，能够满足移动式的、结构简单的单床式的、燃烧不凝结气而收集焦炭的目的。
[0006]为解决上述问题，本发明提出一种带焦炭分离的单床自热式生物质制油装置，包括壳体、燃烧系统、热解与焦炭分离系统、配风与卷吸系统；
[0007]所述壳体为筒状，底部呈锥形收缩状，壳体自上而下分别为燃烧区、热解区、配风区和卷吸区，燃烧区顶部设置有燃烧烟气出口，热解区顶部设置有热解气出口 ；
[0008]所述燃烧系统包括导向管、第一料腿、分隔板；所述导向管与壳体同轴设置，导向管顶部延伸至燃烧区，底部穿过壳体底面、且布置有空气入口和热解不凝结气入口 ；所述第一料腿布置在导向管的外环，与导向管同轴安装，其顶端连接分隔板，底端延伸至热解区；所述分隔板呈锥形收缩状，底端为收缩口，顶端为扩张口，收缩口与第一料腿上端连接，扩张口固定连接在壳体的内壁面上，将燃烧区和热解区隔开；
[0009]所述热解与焦炭分离系统包括螺旋进料器、焦炭分离器；所述焦炭分离器为环状，与壳体同轴安装在热解区的外环，且与热解区通过若干个对称布置的焦炭分离孔相通，焦炭分离器的底端对称安装若干个焦炭收集口 ；所述螺旋进料器与热解区的外壁连接，且连接处所在的平面低于焦炭分离孔所在的平面，而高于第一料腿的底端所在的平面；
[0010]所述配风与卷吸系统包括外环气室、内环气室；所述外环气室的外侧壁为锥形收缩状，设置于壳体底部的锥形收缩状内，外环气室与壳体底部内壁之间存在间隙，所述间隙形成第二料腿，第二料腿底端连接松动风入口，且位于第二料腿内的导向管管壁上布置有若干个卷吸孔，形成卷吸区；
[0011]所述外环气室布置在内环气室的外侧，内环气室布置在导向管下部外侧，外环气室和内环气室的顶部与第一料腿底端间隔；外环气室和内环气室分别连接流化风入口和下料风入口 ；外环气室和内环气室的顶端均安装有若干个风帽，风帽的位置以导向管的中心轴为中心呈环形布置，形成配风区；通过控制外环气室及其顶端的风帽的载气流量来维持热解区内床料的流化状态和调节热解反应，通过控制内环气室及其顶端的风帽的载气流量来调节第一料腿的下料速度。
[0012]进一步的，所述导向管的底部为一段小直径的副管，空气入口和热解不凝结气入口设置在该副管上。空气和热解不凝结气首先进入副管，之后再进入直径较大的导向管的主管，在这个过程中气流产生扩散、卷吸、回流和漩涡等，有利于从卷吸孔将石英砂和催化剂卷吸进入导向管。
[0013]进一步的，所述导向管的正上方设置转向器，所述转向器为锥形结构，锥形结构的尖端固定连接在壳体顶部内壁的中心处。从导向管出来的燃烧产物及高温的石英砂和催化剂经过转向器改变流动方向，形成喷泉状态，烟气等燃烧产物通过燃烧烟气出口排出，高温的石英砂和催化剂堆积在第一料腿和分隔板上方，之后进入热解区。
[0014]进一步的，所述热解区内设置有两级内置式旋风分离器。能够有效防止油蒸汽的冷凝，堵塞外置式旋风分离器，第一级内置式旋风分离器可以实现初步脱尘，第二级内置式旋风分离器可以实现深度除尘。
[0015]进一步的，所述壳体内盛装热载体，热载体填充在第二料腿中将热解区与导向管底部相隔绝和密封，能够有效地防止载气通过卷吸孔直接进入热解区的窜气现象的发生。
[0016]进一步的，所述热载体为石英砂和催化剂。
[0017]本发明还提供一种带焦炭分离的单床自热式生物质制油方法，通过空气入口和热解不凝结气入口通入的空气和热解不凝结气的混合气体将热载体自卷吸孔卷吸进入导向管，混合气体上升过程中燃烧放热将热载体加热至高温状态，高温热载体的热量由内向外经导向管的管壁传递至热解区，同时高温的热载体经过转向器改变流动方向，堆积在分隔板上和第一料腿中，通过第一料腿下料再进入热解区，从而通过内循环将导向管和燃烧区的热量带到热解区。通过内部燃烧外部热解，热量利用充分。
[0018]本发明还提供一种带焦炭分离的单床自热式生物质制油系统，包括内部燃烧外部热解单床生物质制油装置、旋风分离器、换热器、冷凝塔、引风机、送风机和若干个流量计；
[0019]一种带焦炭分离的单床自热式生物质制油系统，包括带焦炭分离的单床自热式生物质制油装置、旋风分离器、换热器、冷凝塔、引风机、送风机和若干个流量计；
[0020]带焦炭分离的单床自热式生物质制油装置的热解气出口管道连接至冷凝塔，通过冷凝塔处理后得到生物油和热解不凝结气体，生物油收集并储存，热解不凝结气体通过管道输送至换热器；
[0021]带焦炭分离的单床自热式生物质制油装置的燃烧烟气出口管道连接至旋风分离器，通过旋风分离器除尘后的气体通过管道输送至换热器，用来加热热解不凝结气；
[0022]通过换热器处理后排出的烟气用来干燥生物质，排出的热解不凝结气通过引风机分别打向四个流量计后再分别进入带焦炭分离的单床自热式生物质制油装置的热解不凝结气入口、松动风入口、下料风入口、流化风入口 ；
[0023]空气通过送风机进入流量计