专利名称：生物质闪速热裂解制取纯净生物油装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种生物质闪速热裂解制取纯净生物油装置。
背景技术：
目前能源和环境问题已成为全球关注的焦点。据预测，地球上可利用的石油资源将在今后几十年内耗竭，从长远看液体燃料短缺将是困扰人类发展的难题。随着环境问题的日趋严重和人类对环境的日益重视，开发洁净可再生能源已成为紧迫的课题。在此背景下，“生物质作为唯一能转化为液体燃料的可再生能源”，扩大和优化其利用已成为全世界的共识。
生物质热裂解通常是指在无氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程。根据反应温度和加热速率的不同，生物质热解工艺可分成慢速、常规、快速或闪速几种。慢速裂解工艺是一种以生成木炭为目的的炭化过程；快速热裂解大致在10～200℃/S的升温速率，小于5秒的气相停留时间；闪速热裂解相比于快速热裂解的反应条件更为严格，气相停留时间通常小于1秒。速率要求大于103℃/S，并以102～103℃/S的冷却速率对产物进行快速冷却。实际上后两者并没有严格区分，都是以获得最大化液体产物收率为目的而开发。生物质转化为液体后，能量密度大大提高，制得的生物油具有20MJ/kg左右的热值，可直接作为燃料用于内燃机。
生物质快速热裂解工艺中，反应温度是影响生物油产量的重要因素，由于制取的液体产物对温度非常敏感，长时间停留在较高温度的反应区将发生二次分解过程，因此短的气相停留时间(典型的为1秒)是制油装置设计中必须考虑的重点之一。对于大多数生物质物料来说，其闪速热裂解制油通常需要满足三个基本条件一、很高的加热和传热速率，使物料迅速升温；二、反应温度控制在500℃左右；三、短的气相停留时间以减少二次反应。对于生产低粘度的燃料油，气相停留时间不应该超过2～3秒，偏离这些条件都降低油的产量和油品。此外，在生物质快速热裂解时，固体物质焦炭与可冷凝的挥发分同时生成，如果不有效地除去，会使得到的生物油比较黏稠，大大降低其利用性。
自上世纪80年代以来，美国、加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国等国家设计和开发了各种类型的快速热解工艺，归纳起来大致可以归为四类机械接触式、混合式、间接式及其它独特设计的反应器。其中比较典型的有荷兰Twente大学开发的旋转锥式反应器，美国Georgia工学院(GIT)开发的携带床反应器，加拿大Ensyn工程师协会开发研制的循环流化床反应器，美国国家可再生能源实验室(NREL)开发的涡旋反应器，加拿大Laval大学开发的多层真空热解反应器，比利时Egemin公司建立的引射流反应器以及西班牙Fenosa联邦建立了基于Waterloo大学热裂解技术的闪速热裂解反应器等等。
与国外相比，我国在该技术领域开发活动较少，但最近几年，国内很多大学都相继在这方面进行小型机理试验研究和分析，但大规模的推广应用目前尚无报道。目前国内处于领先位置的主要是浙江大学，中科院广州能源所，沈阳农业大学等几所研究机构。1995年，沈阳农业大学在UNDP的资助下，从荷兰的BTG引进一旋转锥闪速热裂解装置并进行了相关的试验研究，其加工能力为50kg/h，该装置是中国乃至亚洲最大的闪速热裂解中试设备。浙江大学在国内率先开展了相关的原理性试验研究，于90年代中期自行开发了国内第一台小型生物质的流化床闪速热裂解制油试验装置，得出了各运行参数对生物油的产率及组成的影响程度，并用新型的GC-MS联机分析系统定量分析了生物油的主要组分，填补了国内在这方面的空白。在此基础上，针对已有的生物质热裂解液化工艺中能源利用率不高以及液体产物不分级等缺点，研发了自热型变截面流化床生物质热裂解制油装置，达到20kg/h的生物质处理量，适合规模化制取代用液体燃料，并获得国家专利。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种生物质闪速热裂解制取纯净生物油装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是包括石英玻璃管反应器、硅碳管、石棉保温层、热电偶。所述的石英玻璃管反应器的下端口接有由给料风阀门和吹扫风阀门组成的三通管，吹扫风阀门位于给料风阀门上面，石英玻璃管的上端水平支管内装有过滤器，吹扫风阀门和过滤器之间的石英玻璃管外装有硅碳管，其两端是冷端，与电源连接，热电偶的一端接硅碳管中间加热带、热电偶的另一端接控制面板，硅碳管外装有石棉保温层，整个装置均放置在圆柱形钢制外壳中。
本实用新型具有的有益的效果是1)本试验装置能够实现生物质在主反应区瞬间反应后并迅速进入冷凝管中，反应产物不发生二次反应，最大限度地得到较为纯净的生物质裂解油；2)主体反应器采用石英玻璃管，由硅碳管辐射加热，因石英材料对红外几乎透明，大量的辐射热量透过石英管辐射到物料上，使整个主反应区均匀受热，升温速率可达到103℃/s，满足制取生物油对温度的苛刻要求；3)采用高纯氮气将反应放出的挥发性气体快速携带出反应器，并起着稀释挥发分的效果，阻碍气体间二次反应；4)调节惰性气体的流速就可方便地控制物料在主体反应器中的停留时间低于1秒；5)三通式给料部件结构简单，却可避免进料时易于破坏装置惰性环境的问题；6)能够严格地控制各反应条件，因而产出的生物油比较纯净，质量较高；7)本装置易于放大，实现较大规模的生物油生产。
附图是本实用新型的结构原理示意图。
图中1、给料风阀门，2、物料，3硅碳管，4、石棉保温层，5、冷凝装置，6、过滤器，7、石英玻璃管反应器，8热电偶，9、热电偶，10、热电偶，11、控制面板，12、电源，13、吹扫风阀门。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型包括石英玻璃管反应器7、硅碳管3、石棉保温层4、热电偶。所述的石英玻璃管反应器7的下端口接有由给料风阀门1和吹扫风阀门13组成的三通管，吹扫风阀门13位于给料风阀门1上面，石英玻璃管的上端水平支管内装有过滤器6，吹扫风阀门13和过滤器6之间的石英玻璃管外装有硅碳管3，其两端是冷端，与电源12连接，热电偶的一端接硅碳管3中间加热带、热电偶的另一端接控制面板11，硅碳管3外装有石棉保温层，整个装置均放置在圆柱形钢制外壳中。
所述的过滤器6由一段内装有多层网状金属细丝的长10cm的玻璃管，过滤器6一端连着石英玻璃管反应器7上端的出口，另一端与冷凝装置5的冷凝管相连。为了方便固定与操作，石英玻璃管上端封闭，并高于出口约10cm；管外包空心硅碳管(功率为8kW)，为本装置提供热量。硅碳管外还有10cm厚的石棉保温层4，防止过分散热。
所述的热电偶为三个热电偶8、9、10，等分接在硅碳管3中间加热带。
本实用新型的工作原理如下首先称取一定量的生物质物料2，放置在石英玻璃管反应器7下端的并由给料风阀门1支撑，此时吹扫风阀门13打开并通入惰性气体氮气。氮气吹扫整个反应系统，驱逐石英玻璃管反应器7中的空气，确保惰性氛围。接通电源加热，加热时间通过可控硅温度控制器和铠装热电偶自动控制。当温度达到设定后，给料风阀门1打开，吹扫风阀门13关闭。物料在氮气携带下进入反应区受热而发生热裂解，氮气携带焦炭和挥发份离开反应器，滤网过滤下焦炭，可凝性挥发份进入冷凝管中冷凝下来作为生物油收集。最后用溶剂把生物油从冷凝管壁上洗脱下来，分离出溶剂得到纯净的生物油。
为了满足生物质物料在反应区域中闪速反应，并保证不发生二次反应，就必须使生物质物料迅速通过加热带，本装置采用的惰性气体携带方式可以较好地实现这一要求；另外，惰性气体的流速决定反应停留时间，调节氮气流速就可控制停留时间。三通管进料部件的构造尽管简单，却可避免加入生物质物料时易破坏装置惰性环境的问题。生物质物料由氮气携带着进入反应区，受热生成挥发分和固体物焦炭。部分焦炭会脱落，夹杂在裂解气中随氮气一起流动，并被主体反应器出口连接的耐高温焦炭过滤网截留。焦炭过滤网有效地防止固体物质进入冷凝器，从而保证了生物油的品质。
权利要求1.生物质闪速热裂解制取纯净生物油装置，其特征在于包括石英玻璃管反应器(7)、硅碳管(3)、石棉保温层(4)、热电偶；所述的石英玻璃管反应器(7)的下端口接有由给料风阀门(1)和吹扫风阀门(13)组成的三通管，吹扫风阀门(13)位于给料风阀门(1)上面，石英玻璃管的上端水平支管内装有过滤器(6)，吹扫风阀门(13)和过滤器(6)之间的石英玻璃管外装有硅碳管(3)，其两端是冷端，与电源(12)连接，热电偶的一端接硅碳管(3)中间加热带、热电偶的另一端接控制面板(11)，硅碳管(3)外装有石棉保温层，整个装置均放置在圆柱形钢制外壳中。
2.根据权利要求1所述的生物质闪速热裂解制取纯净生物油装置，其特征在于所述的过滤器(6)由一段内装有多层网状金属细丝的玻璃管，过滤器(6)一端连着石英玻璃管反应器(7)上端的出口，另一端与冷凝装置(5)的冷凝管相连。
3.根据权利要求1所述的生物质闪速热裂解制取纯净生物油装置，其特征在于所述的热电偶为三个热电偶(8、9、10)，等分接在硅碳管(3)中间加热带。
专利摘要本实用新型公开了一种生物质闪速热裂解制取纯净生物油的装置。石英玻璃管的下端口内接有给料风阀门和吹扫风阀门的三通管，吹扫风阀门位于给料风阀门上面，石英玻璃管的上端水平支管内装有过滤器，在石英玻璃管外装有硅碳管，其冷端与电源连接，热电偶的一端接硅碳管中间加热带、另一端接控制面板，硅碳管外装有石棉保温层。试验时中称取物料放置在主体反应器下端由控制给料风的阀门支撑，此时吹扫风阀门打开并通入氮气以确保惰性氛围。达到设定温度后，给料风阀门打开，吹扫风阀门关闭。物料在氮气携带下进入反应区受热而发生热解，氮气携带焦炭和挥发份离开反应器，滤网过滤下焦炭，可凝性挥发份进入冷凝系统被冷凝成为生物油。
文档编号C10G3/00GK2804097SQ20052001314
公开日2006年8月9日 申请日期2005年7月12日 优先权日2005年7月12日
发明者王树荣, 骆仲泱, 方梦祥, 周劲松, 余春江, 施正伦, 高翔, 程乐鸣, 王勤辉, 倪明江, 岑可法 申请人:浙江大学