内燃加热旋叶式生物质热解液化装置制造方法
【专利摘要】反应器的侧壁设置为夹套结构，夹套由内到外依次为热解层、热解层壁、热废气层、热废气层壁和保温层；在热解层壁上设置轨道；在反应器的中心面下方同一高度处设置两水平内燃旋转管道，在两内燃旋转管道内部沿其壁的圆周交替设置多个叶缝板，叶缝板的缝隙与内燃旋转管道内部不相通，在叶缝板的缝隙内设置叶片，叶片外伸端与轨道连接；在反应器的上方设置进料斗，进料斗与热解层相通，在反应器的底部承接有锥状炉底，锥状炉底与热解层相通，排渣口位于锥底口。本发明大大提高了生物质液化率、生物油热值和性质，降低了生物质液化成本，适用于各种生物质原料生产生物油，运行操作和管理维护简便。
【专利说明】内燃加热旋叶式生物质热解液化装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及热解液化装置，更具体地说是以生物质为原料的热解液化装置。
【背景技术】
[0002]生物质主要包括林业物质、农业废弃物、城市垃圾和畜禽粪便等。生物质是一种可再生能源，储量丰富，作为替代能源利用，可实现CO2零排放，且其中S、N含量低，可大大减轻温室效应和环境污染。生物质热解液化是指在完全缺氧或有限氧供给的情况下，生物质在中温、高加热速率和极短气体停留时间的条件下，将生物质直接热解，产物经快速冷却，得到高产量的液体燃料，即生物油。影响生物质热解液化效果好坏因素有加热速率、反应温度、滞留时间、原料的种类、化学组成和颗粒粒径等。
[0003]目前，生物质热解液化装置研究重点是如何更好的使生物质颗粒实现高效的传热和实现自热式的热解液化。实现的方法有四种。一是直接将热解副产物即焦炭和热解气燃烧得到的高温烟气送入反应器供热。这一方法所存在的问题是:两种副产物燃烧都会产生水蒸气，水蒸气会最终随着热解气被冷凝到生物油中，从而对生物油的性质产生较大影响；燃烧尾气中一般都会有残留的氧气，氧气的存在会改变生物质的热解途径从而大大降低生物油的产率；并且燃烧生成的气体也会经历加热和冷却的工艺过程,此外,这些气体还稀释了热解产生的不可冷凝气体，使其热值大为降低，为其应用带来困难。二是利用热解副产物加热流化载体来实现热量的传递。但是，大量流化载气将稀释热解气，给热解气的冷凝收集带来很大的负面影响，而且流化载气的加热和冷凝过程能量损失严重，其用量也会受到副产物燃烧加热能力的 限制。三是利用热解副产物加热载体沙子来实现热量的传递。技术难点在于对沙子的循环和温度的控制。此外，由于沙子的循环量一般都很大，其循环过程的能量消耗以及高温沙子引起的磨损都是必须考虑的问题。四是利用副产物燃烧的高温烟气从特制反应器的侧壁夹层中流过，为热解反应补充提供所需热量，该方法可避免烟气对热解产物的影响，但为生物质热解传递的热量有限，热效率低。
[0004]目前，实现生物质热解液化所用的反应器主要是流化床反应器，其优点是传热速度高、颗粒停留时间短，有利于提高生物质热解产生液体燃料的效率，其严重的缺陷:一是对物料的种类要求严格、适应性差；二是对进料的粒径要求严格，这使生物质热解前的物料预处理复杂，增加了成本。
[0005]上述生物质热解液化过程中存在的缺陷，在很大程度上影响了生物质热解液化之生物油的成本，制约了现有生物质热解液化技术的工业化应用。
【发明内容】
[0006]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种内燃加热旋叶式生物质热解液化装置，提高生物质液化效率、生物油热值和性质，降低生物质液化的总成本，适用于各种生物质原料生产生物油。
[0007]本发明内燃加热旋叶式生物质热解液化装置的结构特点是:反应器的侧壁设置为夹套结构，夹套由内到外依次为热解层、热解层壁、热废气层、热废气层壁和保温层；在热解层壁上设置轨道；在反应器的中心面下方同一高度处设置两水平内燃旋转管道，在两内燃旋转管道内部沿其壁的圆周交替设置多个叶缝板，叶缝板的缝隙与内燃旋转管道内部不相通，在叶缝板的缝隙内设置叶片，叶片外伸端与轨道连接；内燃旋转管道两端同心连接两旋转支撑管道，在两旋转支撑管道内分别设置内燃进气管道和内燃出气管道；在反应器的上方设置进料斗，进料斗与热解层相通，在反应器的底部承接有锥状炉底，锥状炉底与热解层相通，排渣口位于锥底口 ；在热解层壁上设置热解气管道，热解气管道另一端引出反应器，与处在反应器外部的引风机连通。
[0008]本发明内燃加热旋叶式生物质热解液化装置的结构特点也在于:
在热废气层壁上分别设置热废气回流管道和废气排出管道，热废气回流管道接至内燃出气管道，废气排出管道的出口引伸至反应器外部。
[0009]两内燃旋转管道是由传动机构驱动的可转动件。
[0010]在内燃进气管道内部设置燃气管道，燃气管道自内燃进气管道入口接至燃气源。
[0011]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
1、本发明以内燃旋转管道为燃烧加热室，通过燃气在内燃旋转管道内燃烧为管外生物质液化加热，并利用热废气的回流为液化加热，采用管壁和侧壁传热物料加热速率高，充分利用燃烧热能和废气热能，保持较高的反应器温度，提高生物质液化效率，降低生物油生产成本；
3、本发明采用叶片设置在内燃旋转管道内的叶缝板内，其外伸端与热解层壁的轨道连接，工作中叶片作旋转和伸缩运动，使物料在叶片的作用下，在内燃旋转管壁和热解层壁之间作向下旋转运动，通过调节变频电机的转速，可控制物料在炉内的滞留时间，提高生物质液化效率；
3、本发明采用内燃旋转管道设置在反应器的中心面下方，使热解层自上而下逐渐变小，物料与管壁和热解层壁紧密接触，有利于传热，当物料随叶片旋转下落时内燃旋转管道和热解层壁对物料起研磨、挤压和破碎的作用，有利于热解产物从物料颗粒中释放，提高生物质液化效率；
4、本发明采用两旋转管道对转，实现物料分流热解液化，提高热解液化强度；
5、本发明通过引风机使热解气经过热解气管道引出反应器，减少了热解气在反应器内的滞留时间，降低了反应器内的压力，从而限制了二次裂解的发生，提高生物质液化效率；
6、本发明对物料粒径适应性好，对粒径没有严格要求，降低生物质预破碎加工的能耗和成本，可以连续进料，运行方便、稳定，具有流化床的效率，但克服了流化床的缺点；
7、本发明适用于各种生物质原料生产生物油，可提取和制备化学物质、气化制备合成气、水蒸气重整制氢、和化石燃料共燃、锅炉燃烧、内燃机燃烧和乳化燃烧等使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明内部结构示意图。
[0013]图2为图1的A-A剖视结构示意图；
图中标号:1反应器、2保温层、3热废 气层壁、4热废气层、5热解层壁、6热解层、7锥状炉底、8内燃旋转管道、9叶缝板、10叶片、11轨道、12进料斗、13热废气回流管道、14废气排出管道、15齿轮、16齿轮、17齿轮、18减速器、19变频电机、20空气流量计、21空气阀门、22空气管道、23风机、24回流热解气流量计、25回流热解气阀门、26热解气回流管道、27冷凝器、28引风机、29出油阀、30阻火器、31点火口、32旋风分离器、33旋转支撑管道、34燃气管道、35热解气管道、36内燃进气管道、37轴承、38内燃出气管道、39内燃观察口。
[0014]以下通过【具体实施方式】，并结合附图对本发明作进一步描述。
【具体实施方式】
[0015]参见图1和图2，采用类椭圆筒状反应器1，反应器I呈轴向水平布置，反应器I的侧壁设置为夹套结构，夹套由内到外依次为热解层6、热解层壁5、热废气层4、热废气层壁3和保温层2 ;在热解层壁5上设置轨道11 ;在反应器I的中心面下方同一高度处设置两水平内燃旋转管道8，在两内燃旋转管道8内部沿其壁的圆周交替设置多个叶缝板9，叶缝板9的缝隙与内燃旋转管道8内部不相通，在叶缝板9的缝隙内设置叶片10，叶片10外伸端与轨道11连接；内燃旋转管道8两端同心连接两旋转支撑管道33，在两旋转支撑管道33内分别设置内燃进气管道36和内燃出气管道38;在反应器I的上方设置进料斗12，进料斗12与热解层6相通，在反应器I的底部承接有锥状炉底7，锥状炉底7与热解层6相通，排渣口位于锥底口 ；在热解层壁5上设置热解气管道35，热解气管道35另一端引出反应器，并与处在反应器外部的旋风分离器32连通，旋风分离器32的顶部气体出口接冷凝器27，冷凝器27上分别设置有出油口与热解气出口，在出油口管道上安装出油阀29，热解气出口接引风机28。
[0016]本实施例中，利用热解副产物热解气的燃烧为生物质热解液化加热，具体是在引风机28出口热解气管道35上设置热解气回流管道26，在热解气回流管道26上安装回流热解气阀门25和回流热解气流量计24。在两内燃进气管道36内部设置燃气管道34，燃气管道34自内燃进气管道36入口接至热解气回流管道26，在燃气管道34上安装阻火器30，以热解气回流管道26为燃气管道34的供气管。在两内燃进气管道36上设置空气管道22，在空气管道22上安装空气流量计20和空气阀门21，空气管道22接至风机23。
[0017]具体的实施中还包括:
在热废气层壁3上分别设置热废气回流管道13和废气排出管道14，热废气回流管道13接至内燃出气管道38，废气排出管道14的出口引伸至反应器外部，以热废气回流管道13为热废气层4的供气管，高温热废气的回流有利于提高炉内温度，节约能源。
[0018]两内燃旋转管道8是由传动机构驱动的可转动件，相应设置减速器18、齿轮17、齿轮16和齿轮15，由变频电机19进行驱动。
[0019]为了点火和观察回流热解气燃烧情况，在内燃进气管道36的入口处设置点火口31，在内燃出气管道38的出口处设置内燃观察口 39。
[0020]为了监控反应器的运行状况，在反应器上设置温度和压力显示仪表。
[0021]工作过程中，生物质原料由进料斗12送入热解层6的叶片10之间；两内燃旋转管道8在变频电机19的驱动下经齿轮传动作相对旋转运动，叶片10随着内燃旋转管道8作旋转运动，同时，在轨道11的作用下作伸缩运动，物料随着叶片10向下转动。在物料旋转下落的过程中，一方面，经由内燃旋转管道8和热解层壁5转递来的热量加热物料发生热裂解；另一方面，随着热解层逐渐的变小，内燃旋转管道8和热解层壁5对物料起研磨、挤压和破碎作用，有利于热解产物从物料颗粒中释放，提高生物质液化效率。最后，少量灰渣自热解层6底部落入锥状炉底7，从锥底排渣口排出。
[0022]在引风机28的抽吸下，高温热解气从热解层壁5上的热解气管道35进入旋风分离器32，经旋风除尘后，高温热解气从旋风分离器32的顶部气体出口进入冷凝器27，在冷凝器27中，大部分热解气被冷凝而形成生物油，最后生物油经出油阀29流入集油箱。
[0023]未冷凝的热解气在冷凝器27上的出气口经热解气管道吸入引风机28，热解气从引风机28出口排出后进入热解气回流管道26，在热解气回流管道26中经回流热解气阀门25、回流热解气流量计24进入燃气管道34，在燃气管道34中经阻火器30进入两内燃旋转管道8，助燃空气自风机23经空气阀门21和空气流量计20引入两内燃进气管道36，通过点火口 31插入的点火器点火燃烧。燃烧后的高温气体经两内燃出气管道38、热废气回流管道13进入热废气层4，最后，从废气排出管道14排出反应器I。这种内燃和热废气回流的加热方式提高反应器温度和生物质热解效率的同时，有效避免了燃烧后的烟气混入反应器内，提高了生物质液化效率、生物油热值、安定性和热解气热值，避免了烟气对热解气冷凝收集的影响，减 少了能量损失，降低了生物质热解液化的总成本。
【权利要求】
1.内燃加热旋叶式生物质热解液化装置，其特征是 反应器(I)的侧壁设置为夹套结构，所述夹套由内到外依次为热解层(6)、热解层壁(5)、热废气层(4)、热废气层壁(3)和保温层(2);在所述热解层壁(5)上设置轨道(11);在所述反应器(I)的中心面下方同一高度处设置两水平内燃旋转管道(8)，在所述两内燃旋转管道(8)内部沿其壁的圆周交替设置多个叶缝板(9)，所述叶缝板(9)的缝隙与内燃旋转管道(8)内部不相通，在所述叶缝板(9)的缝隙内设置叶片(10)，所述叶片(10)外伸端与轨道(11)连接；所述内燃旋转管道(8 )两端同心连接两旋转支撑管道(33 )，在所述两旋转支撑管道(33)内分别设置内燃进气管道(36)和内燃出气管道(38);在所述反应器(I)的上方设置进料斗(12)，所述进料斗(12)与热解层(6)相通，在所述反应器(I)的底部承接有锥状炉底(7 )，所述锥状炉底(7 )与热解层(6 )相通，排渣口位于锥底口 ；在所述热解层壁(5)上设置热解气管道(35)，所诉热解气管道(35)另一端引出反应器(1)，与处在反应器外部的引风机(28)连通。
2.根据权利要求1所述的内燃加热旋叶式生物质热解液化装置，其特征是在所述热废气层壁(5)上分别设置热废气回流管道(13)和废气排出管道(14)，所述热废气回流管道(13)接至内燃出气管道(38)，所述废气排出管道(14)的出口引伸至反应器外部。
3.根据权利要求1所述的内燃加热旋叶式生物质热解液化装置，其特征是所述两内燃旋转管道(8)是由传动机构驱动的可转动件。
4.根据权利要求1所述的内燃加热旋叶式生物质热解液化装置，其特征是在所述内燃进气管道(36)内部设 置燃气管道(34)，所述燃气管道(34)自内燃进气管道(36)入口接至燃气源。
【文档编号】C10B47/18GK103788978SQ201410063865
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】胡孔元, 陈天虎 申请人:合肥工业大学