一种组合加热式生物质连续梯级热解炭气联产系的制作方法

本发明属于可再生能源技术领域，具体涉及一种组合加热式生物质连续梯级热解炭气联产系统，尤其是可实现生物质连续干馏过程中的物料梯级热解和有序输送，适用于生物质热解炭气油联产生产系统开发。

背景技术：

我国具有丰富的农林废弃物资源，据统计农作物年产量9亿吨左右，约折合4.5亿吨标准煤，大量废弃的秸秆在田间地头焚烧，不仅浪费大量的生物质能源，而且对环境造成了严重污染。生物质热化学转换技术指在加热条件下采用化学手段将生物质转换成高品质燃料的技术。生物质干馏炭气油联产技术，指生物质原料在绝氧或低氧环境中加热升温引起分子内部分解形成生物炭、生物油和生物质燃气的过程，属生物质热化学转化技术一种。按照生产过程的连续性，我国目前主要开发了固定床生物质炭化技术和移动床生物质炭化技术。移动床生物质炭化设备以其生产连续性好、生产率高和产品质量稳定等优点，成为生物质炭化技术装备开发的重点。在生物质连续干馏多联产技术装备方面仍存在瓶颈，如物料平稳有序输送、耐高温密封与传动、安全预警与防爆和组合式焦油脱除等，突破以上关键技术，可为连续式生物质热解多联产装备开发提供重要的技术支撑。

按照物料流向可分为横流移动床生物质炭化技术和竖流移动床生物质炭化技术，其中，横流移动床炭化技术物料的移动采用螺旋或转筒等物料推送机构，竖流移动床炭化技术物料的移动主要依靠其自重。专利CN 102816581 A公开了一种竖流移动式生物质热解装置，采用以薪柴为燃料的热风炉作为热源，通过外加热方式实现了生物质干馏炭气油联产；专利CN 102936507 A公开了一种履带式热解反应器，通过履带对物料的适度挤压，强化了干馏过程中的传热；CN 104910937 A采用多级螺旋输送物料，实现了物料连续炭化；CN 102032553 A公开了一种回转炭化炉，采用转筒输送物料并采用外源加热热解。

采用螺旋、转筒、履带或自重等形式均实现了物料的连续输送，满足了生物质连续干馏的基本要求，但螺旋输送方式系统放大比较困难，采用自重落料方式容易架料，难于有序输送物料，一般转筒输送过程中使物料过于松散，不利于传热，而履带传送系统换热效率高，但实现系统密封难度大。

技术实现要素：

为了克服现有生物质干馏系统物料有序输送困难、系统传热效率偏低等问题，本发明公开了一种组合加热式生物质连续梯级热解炭气联产系统，融合不同输送方式的优点，通过连续梯级热解，达到了物料高效换热、分段热解和有序输送目的。

本发明为达到这一目的所采取的系统方案是：一种组合加热式生物质连续梯级热解炭气联产系统由上料装置、组合加热式生物质连续梯级热解装置、热解气二级冷凝分离装置、高压静电脱焦除尘装置、热解气油洗装置、储气装置、储油罐、冷却出炭装置组成。其特征在于组合加热式生物质连续梯级热解装置的前端为上料装置，后端由热解气二级冷凝分离装置、高压静电脱焦除尘装置、热解气油洗装置和储气装置依次串接，用于热解气的净化分离和存储，热解气油洗装置采用喷淋式油洗方式，冷媒一般采用煤油。冷却出炭装置安装在组合加热式生物质连续梯级热解装置侧下方，一般采用间壁式循环水冷方式冷却生物炭。

所述的一种组合加热式生物质连续梯级热解炭气联产系统，其中的组合加热式生物质连续梯级热解装置由密封进料装置、热解气出口、防爆装置、烟气出口、保温层、热烟腔、外回转筒、内回转筒、辐射导流板、支架、燃烧器、保温炭化装置和传动装置组成，密封进料装置安装在设备的最前端，与内回转筒相接，一般采用螺旋输送与锁风机构组合上料，密封进料装置的螺旋进料机构转速可调。

所述的一种组合加热式生物质连续梯级热解炭气联产系统，其中的组合加热式生物质连续梯级热解装置的保温层、热烟腔、外回转筒和内回转筒同轴安装，保温层安装在热烟腔的外侧，一般采用岩棉、硬质聚氨酯板等耐高温保温材料，用于热解系统保温，外回转筒与内回转筒固定联接，转向相同，外回转筒理论物料输送能力一般为内回转筒的1.1~1.3倍，用于防止工作过程中的物料堵塞。

所述的一种组合加热式生物质连续梯级热解炭气联产系统，其中的组合加热式生物质连续梯级热解装置的内回转筒一般可采用双线或多线分断螺旋导料板或带倾角的扬料板，用于物料的翻抄和干燥，外回转筒一般可采用连续螺旋导料机构，实现高效换热与热解，外回转筒和内回转筒的导料机构旋向相反，可实现对物料折流反向输送。内回转筒主要用于物料的干燥，外回转筒主要用于物料的热解，提高了设备对物料含水率的适应性。

所述的一种组合加热式生物质连续梯级热解炭气联产系统，其中的组合加热式生物质连续梯级热解装置的热解气出口从内回转筒前端开口，一般沿圆周方向开3~5个口，经外回转筒固定支撑端导出，防爆装置为U形水封机构，与外回转筒固定支撑连接，用于系统紧急泄压。当反应室压力骤升时，克服U形水封机构水柱压力排气，可实现紧急卸压。

所述的一种组合加热式生物质连续梯级热解炭气联产系统，其中的组合加热式生物质连续梯级热解装置的燃烧器与热烟腔连接，并在连接处设置辐射导流板，防止热烟气局部高温烧蚀外回转筒，辐射导流板一般采用碳化硅材料，保温炭化装置与外回转筒末端连接，用于生物炭的进一步熟化，保温炭化装置一般采用竖直安装方式，以减少生物炭的结拱架料风险，物料在保温炭化区的滞留时间一般控制在30min以上。

所述的一种组合加热式生物质连续梯级热解炭气联产系统，其中的热解气二级冷凝分离装置与热解气出口相连，一般采用间壁式水冷和风冷技术，冷凝温度可调，第一级冷凝温度一般为110~150℃，第二级冷凝温度一般为80~90℃，热解气二级冷凝分离装置正下方连接储油罐，储油罐通过保温管道与燃烧器连接，通过热解油回流燃烧对外回转筒加热。如热解油不能满足系统热解需要时，也可以用储气装置中的燃气进行补充。

本发明具有以下优点或积极效果。

（1）组合加热式生物质连续梯级热解装置采用内外两个内嵌部件螺旋方向相反的回转筒输送物料，内回转筒内部设有抄板，外回转筒内部设有螺旋，分别用于对物料的有效干燥和快速热解，可实现生物质热解梯级连续生产。

（2）热解油直接回燃加热，有效减少了生产过程中对其他能源的依赖，形成了生物质热解的“最小”生产系统，提高了技术实用性，同时可解决目前热解油后端应用市场不足的问题，避免焦油对环境造成二次污染。

（4）防爆装置采用U形水封机构，可有效避免反应室压力骤升带来的爆气风险，具有安全方便、经济实用的优点。

附图说明。

图1为一种组合加热式生物质连续梯级热解炭气联产系统原理图。

图2为组合加热式生物质连续梯级热解装置主体结构示意图。

图1中：1为上料装置、2为组合加热式生物质连续梯级热解装置、3为热解气二级冷凝分离装置、4为高压静电脱焦除尘装置、5为热解气油洗装置、6为储气装置、7为储油罐、8为冷却出炭装置。

图2中：201为密封进料装置、202为热解气出口、203为防爆装置、204为烟气出口、205为保温层、206为热烟腔、207为外回转筒、208为内回转筒、209为辐射导流板、210为支架、211为燃烧器、212为保温炭化装置、213为传动装置。

具体实施方式。

本实施例为组合加热式生物质连续梯级热解炭气联产中试系统，下面结合附图对本发明的实施例进行描述：该生产系统由上料装置（1）、组合加热式生物质连续梯级热解装置（2）、热解气二级冷凝分离装置（3）、高压静电脱焦除尘装置（4）、热解气油洗装置（5）、储气装置（6）、储油罐（7）、冷却出炭装置（8）等组成，组合加热式生物质连续梯级热解装置（2）的前端为上料装置（1），后端由热解气二级冷凝分离装置（3）、高压静电脱焦除尘装置（4）、热解气油洗装置（5）和储气装置（6）依次串接，用于热解气的净化分离和存储，热解气油洗装置（5）采用喷淋式油洗方式，冷媒采用煤油，冷却出炭装置（8）安装在组合加热式生物质连续梯级热解装置（2）侧下方，冷却出炭装置（8）采用了间壁式循环水冷系统。组合加热式生物质连续梯级热解装置（2）由密封进料装置（201）、热解气出口（202）、防爆装置（203）、烟气出口（204）、保温层（205）、热烟腔（206）、外回转筒（207）、内回转筒（208）、辐射导流板（209）、支架（210）、燃烧器（211）、保温炭化装置（212）和传动装置（213）组成，密封进料装置（201）安装在设备的最前端，与内回转筒（208）相接，采用螺旋输送与锁风机构组合上料。组合加热式生物质连续梯级热解装置（2）的保温层（205）、热烟腔（206）、外回转筒（207）和内回转筒（208）同轴安装，保温层（205）安装在热烟腔（206）的外侧，采用硬质聚氨酯板作为保温材料，外回转筒（207）与内回转筒（208）固定联接，转向相同，外回转筒（208）理论物料输送能力为内回转筒（207）的1.2倍。组合加热式生物质连续梯级热解装置（2）的内回转筒（208）采用双线分断螺旋导料板，用于物料的翻抄和干燥，外回转筒（207）采用连续螺旋导料机构，实现高效换热与热解，外回转筒（207）和内回转筒（208）的导料机构旋向相反，实现对物料折流反向输送。组合加热式生物质连续梯级热解装置（2）的热解气出口（202）从内回转筒（208）前端开口，沿内回转筒（208）圆周方向开3个口，经外回转筒（207）固定支撑端导出，防爆装置（203）为U形水封机构，与外回转筒（207）固定支撑连接，用于系统紧急泄压。组合加热式生物质连续梯级热解装置（2）的燃烧器（211）与热烟腔（206）连接，并在连接处设置辐射导流板（209），防止热烟气局部高温烧蚀外回转筒（207），保温炭化装置（212）与外回转筒（207）末端连接，物料在保温炭化装置（212）中的设计滞留时间为30~60min，用于生物炭的进一步熟化。

热解气二级冷凝分离装置（3）与热解气出口（202）相连，采用间壁式水冷和风冷组合冷凝技术，冷凝温度可调，第一级设计冷凝温度为150℃，第二级设计冷凝温度为90℃，热解气二级冷凝分离装置（3）正下方连接储油罐（7），储油罐（7）通过保温管道与燃烧器（211）连接，通过热解油回流燃烧对外回转筒（207）加热。高压静电脱焦除尘装置（4）安装在热解气二级冷凝分离装置（3）的后侧，工作电压为55kV，用于热解气的进一步脱焦除尘。

中试系统性能试验结果表明：该生产系统实现了物料的梯级热解和有序输送，可用于热解含水率不超过20%的原料，热解油和部分热解气回用燃烧能够满足系统加热需要，净化后的热解气热值可达到12MJ/Nm³以上，生物炭得率达到25%以上，生物炭的固定碳含量、热值等指标达到了预期目标。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。