一种高热转换率的层叠式热裂解反应装置的制作方法

本发明涉及一种热裂解反应装置，尤其涉及一种高热转换率的层叠式热裂解反应装置。

背景技术：

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。对于生物质废弃物如秸秆、稻壳、木屑可以进行热裂解反应，将碳氢化合物分解后重组，将高沸点、巨大分子的有机物质裂解或分解为较低分子的物质如轻油及柴油等高价物质。现有的热裂解反应装置为单个反应釜，必须将生物质废弃物加热到550℃～600℃才等完成裂解，而且单个反应釜热损耗较大。因此现有的使用传统热裂解反应装置的热裂解反应中需要的能源较多，热转换率较低，经济成本大大增加。

技术实现要素：

为解决上述技术缺陷，本发明提出一种高热转换率的层叠式热裂解反应装置，其通过多级的加热装置解决了热裂解反应实现连续式批量生产和热损耗较多、成本高的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种高热转换率的层叠式热裂解反应装置，包括从上到下设置的上料仓、一级反应釜、二级反应釜、三级反应釜和中空螺旋输送器，所述上料仓和一级反应釜之间通过第一螺旋输送器连接，所述一级反应釜和二级反应釜之间通过第二螺旋输送器连接，所述二级反应釜底部设置有第一出料口，所述三级反应釜上端开口且与所述二级反应釜下部连接，所述第一出料口在所述三级反应釜内部，所述中空螺旋输送器贯穿所述三级反应釜的釜身，所述中空螺旋输送器连接有二级加热源，所述中空螺旋输送器的两端在三级反应釜外侧，所述中空螺旋输送器的一端设置有第二出料口和出气口，所述中空螺旋输送器的另一端连接有余热管道，所述余热管道与一级反应釜的底部连接。

作为优选，所述上料仓顶部为进料口，所述上料仓在进料口位置处连接有一级球阀。

作为优选，所述第一螺旋输送器在上料仓和二级反应釜之间设置有二级球阀。

作为优选，所述中空螺旋输送器的两端均连接有轴承座法兰，所述轴承座法兰连接有轴封法兰，所述轴承座法兰上连接有石墨盘根。

作为优选，所述二级反应釜内设置设置有搅拌辊和下料旋转片。

作为优选，所述第二螺旋输送器、中空螺旋输送器和第一螺旋输送器均为水平设置的螺旋输送器，所述第二螺旋输送器在一级反应釜内的区域设置有开口向上的热解下料口，所述中空螺旋输送器在二级反应釜内的区域设置有开口向上的二级下料口，所述第一螺旋输送器在上料仓内的区域设置有开口向上的一级下料口，所述一级下料口两侧设置有倾斜的一级蝴蝶板，所述热解下料口的两侧设置有倾斜的二级蝴蝶板，所述二级下料口两侧设置有倾斜的三级蝴蝶板。

作为优选，所述三级蝴蝶板两侧的板体上连接有一级加热源。

作为优选，所述二级反应釜与三级反应釜外侧套设有裂解保温层。

作为优选，所述余热管道上套设有真空保温罩。

作为优选，所述二级加热源为燃烧器，所述燃烧器的火焰加热中空螺旋输送器后余热通过余热管道传输至加热一级反应釜。

本发明的有益效果：本发明提供的高热转换率的层叠式热裂解反应装置，热转换率较高，热损失较低，加热所需要的热能较少，从而降低了成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的第二螺旋输送器的结构示意图；

图3为本发明的中空螺旋输送器的结构示意图；

其中：1.一级反应釜，2.二级反应釜，3.三级反应釜，4.第二螺旋输送器，5.中空螺旋输送器，6.余热管道，7.进料口，8.一级球阀，9.热解下料口，10.一级蝴蝶板，11.二级球阀，12.搅拌辊，13.第一出料口，14.裂解保温层，15.出气口，16.一级加热源，17.二级下料口，18.真空保温罩，19.轴承座法兰，20.轴封法兰，21.石墨盘根，22.第二出料口，23.上料仓，24.第一螺旋输送器，25.一级下料口，26.二级加热源，27.二级蝴蝶板，28.三级蝴蝶板，29.热解保温层，30.下料旋转片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图3所示，本实施例提供了一种高热转换率的层叠式热裂解反应装置，包括从上到下设置的上料仓23、一级反应釜1、二级反应釜2、三级反应釜3和中空螺旋输送器5。上料仓23的作用是进料，由于设置了上料仓23，便于控制与一级反应釜1之间的负压差，可以防止反应系统的气体倒灌导致的爆炸。一级反应釜1为第一段反应的反应区域，二级反应釜2为第二段反应的反应区域，三级反应釜3为第三段反应的反应区域。

上料仓23顶部为进料口7，生物质原料从此处进入上料仓23。上料仓23在进料口7位置处连接有一级球阀8，通过一级球阀8控制进料口7是否可以进料。

上料仓23和一级反应釜1之间通过第一螺旋输送器24连接。第一螺旋输送器24为水平设置的螺旋输送器，其作用是将上料仓23的物料输送进一级反应釜1内。第一螺旋输送器24的中部在上料仓23内部，第一螺旋输送器24的两端在一级反应釜1外部。

第一螺旋输送器24靠近一级反应釜1的一端为弯头，弯头的下端与一级反应釜1的顶部连接，并与一级反应釜1的内部相通。第一螺旋输送器24在上料仓23和一级反应釜1之间设置有二级球阀11，二级球阀11安装在弯头上。

一级球阀8和二级球阀11对应互锁，二级球阀11只能在一级球阀8关闭抽气装置对仓体内部进行抽真空处理后的状态下开启；确保每次二级球阀11打开时，仓体内同样处于真空状态，生物质由仓体转入反应釜的过程不影响反应釜本身的真空环境。

第一螺旋输送器24在进级料仓23内的区域设置有开口向上的一级下料口25，一级下料口25的形状为长方形，其作用是让上料仓1待运输的物料导入第一螺旋输送器24中。一级下料口25的两侧的长边连接有倾斜设置的一级蝴蝶板10。两个一级蝴蝶板10组成的区域上侧面积大，向下延伸时面积逐渐减小，其作用是将物料聚集到一级下料口25位置处。

一级反应釜1和二级反应釜2之间通过第二螺旋输送器4连接。第二螺旋输送器4为水平设置的螺旋输送器，其作用是将一级反应釜1的物料输送进二级反应釜2内。第二螺旋输送器4的中部在一级反应釜1内部，第二螺旋输送器4的两端在一级反应釜1外部。第二螺旋输送器4与二级反应釜2的一端为弯头连接，弯头的下端与二级反应釜2的顶部连接，并与二级反应釜2的内部相通。

第二螺旋输送器4在一级反应釜1内的区域设置有开口向上的热解下料口9，热解下料口9的形状为长方形，其作用是是一级反应釜1待运输的物料导入第二螺旋输送器4中。热解下料口9的两侧的长边连接有倾斜设置的二级蝴蝶板27。两个二级蝴蝶板27组成的区域上侧面积大，向下延伸时面积逐渐减小，其作用是将物料聚集到热解下料口9位置处。

二级反应釜2内设置有搅拌辊12和下料旋转片30。二级反应釜2的下部为漏斗形，其底部设置有第一出料口13。

三级反应釜3上侧开口且与二级反应釜2下部连接。第一出料口13在三级反应釜3内部。中空螺旋输送器5为水平设置的螺旋输送器，其作用是将反应后的生物炭输送出来，并将反应的气体排放出。中空螺旋输送器5贯穿三级反应釜3的釜身，其中部在三级反应釜3内，两端在三级反应釜3外侧。中空螺旋输送器5的两端均连接有轴承座法兰19，轴承座法兰19连接有轴封法兰20，轴承座法兰19上连接有石墨盘根21。中空螺旋输送器5的一端设置有第二出料口22和出气口15。中空螺旋输送器5的另一端连接有余热管道6，余热管道6与一级反应釜1的底部连接。中空螺旋输送器5的螺旋片外旋片在在第二出料口22位置反向连接，在第二出料口22处反向运动，使得炭层可以充分排除。

中空螺旋输送器5在二级反应釜2内的区域设置有开口向上的二级下料口17，反应后产物的从二级下料口17进入中空螺旋输送器5中。二级下料口17的形状为长方形。二级下料口17的两侧的长边连接有倾斜设置的三级蝴蝶板28。两个三级蝴蝶板28组成的区域上侧面积大，向下延伸时面积逐渐减小，其作用是将物料聚集到二级下料口17位置处。第一出料口13在三级蝴蝶板28的顶部。中空螺旋输送器5的中空部分安装有二级加热源26。三级蝴蝶板28的板体上连接有一级加热源16。

二级反应釜2与三级反应釜3外侧套设有裂解保温层14。余热管道6上套设有真空保温罩18，一级反应釜1上套设有热解保温层29。

上料仓23通过与其连接的真空机抽真空，中空螺旋输送器5通过与其连接的压缩机抽气(图中未示出)。

一级蝴蝶板10和二级蝴蝶板27通过液压杆控制它的伸缩行程，实现不同角度、不同速度、不同力矩、不同频率的动作，以达到对物料破拱/疏松，有导向地顺畅落入螺旋输送器的矩形入料口的目的。三级蝴蝶板28没有机械动作，是通过一级加热源16的高温热源辐射传递至物料表面再逐层深入物料中心，实现对物料迅速升温加热达到温度使生物质释出挥发份并逐步炭化。

该热转换率的层叠式热裂解反应装置的工作原理为：

首先关闭一级球阀8和二级球阀11，对整个设备进行抽真空处理。

打开一级加热源16和中空螺旋输送器5上的二级加热源26。

打开一级球阀8，关闭二级球阀11，将生物质原料从一级球阀8处送进上料仓23中，生物质原料应预先进行破碎处理，保持粒径小于3mm。当上料仓23装满原料后，关闭一级球阀8，对上料仓23进行抽真空处理。打开二级球阀11和第一螺旋输送器24，生物质原料通过第一螺旋输送器24进入一级反应釜1中进行第一段反应。

然后打开第二螺旋输送器4，第二螺旋输送器4将经过在一级反应釜1经过第一段反应的物料运送进二级反应釜2中。

原料落入二级反应釜2后进行第二段反应，同时搅拌辊12始终保持旋转搅拌状态。第二段反应的热量来源为从三级反应釜3内的一级加热源16和二级加热源26产生的热量渗透到二级反应釜2的余热。

物料从第一出料口13落入三级反应釜3中，一级加热源16传递热量给在三级反应釜3内的三级蝴蝶板28，三级反应釜3内的三级蝴蝶板28和二级加热源26持续给物料加热，进行第三段反应。

完成第三段反应的生物炭基物料落入中空螺旋输送器5中，形成炭层。位于中空螺旋输送器5内的二级加热源26加热炭层至1050℃以上。压缩机抽气，一级反应釜1、二级反应釜2及三级反应釜3内的气体沿着中空螺旋输送器5及其内部的炭层向出气口15流动，气体在炭层内发生二次裂解。

中空螺旋输送器5内的二级加热源26为燃烧器，燃烧器的火焰加热中空螺旋输送器后排出的余热小于400摄氏度，余热气流从余热管道6排到一级反应釜1内，加热一级反应釜1。

需要注意的是，在开启二级球阀11之前需要保持上料仓23内的气压略大于一级反应釜2内的气压，避免一级反应釜2内的可燃气体进入上料仓23。

一级反应釜1内的第一段反应为脱水阶段，温度为室温-150℃，在这阶段只是发生物理变化，主要是失去水分。

二级反应釜2内的第二段反应为热裂解阶段，温度为150-400℃，在这一阶段生物质在缺氧条件下受热分解，随着温度的不断升高，各种挥发物质相应析出，原料发生大部分的质量损失，物料虽然达到着火点，但由于缺氧而不能燃烧，不能出现气相火焰。

三级反应釜3的第三段反应为炭化阶段，温度大于400℃，在这一阶段发生的分解非常的缓慢，产生的质量损失比第二阶段小得多，该阶段为c-h键和c-c键的进一步裂解造成的，随着深层挥发物向外层的扩散，最终形成生物炭。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。