專利名稱：一種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種以農(nóng)林棄物為生物質(zhì)原料的，熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置。
背景技術(shù)：
能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)重，尋找清潔的可再生能源迫在眉睫。在水能、風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能和海洋能等一系列可再生能源中，生物質(zhì)能具有低染、可再生、CO2接近零排放、資源豐富、分布廣泛等特點(diǎn)，日益受到全世界的關(guān)注。我國的生物質(zhì)資源豐富，農(nóng)林廢料占據(jù)比重很大，僅農(nóng)作物秸桿年產(chǎn)量就達(dá)到7億噸，但秸桿資源的利用率比較低，約7%，多數(shù)秸桿就地焚燒，既造成了大氣污染又浪費(fèi)了資源。生物質(zhì)能的開發(fā)利用對改善能源結(jié)構(gòu)，緩解原油進(jìn)口依賴程度，增加農(nóng)民收入，促進(jìn)三農(nóng)建設(shè)等具有重要戰(zhàn)略意義。生物質(zhì)能的開發(fā)利用主要有生物轉(zhuǎn)化和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化兩種技術(shù)途徑，而熱化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑是生物質(zhì)能利用的核心技術(shù)。其中熱裂解能將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成氣體、固體和液體產(chǎn)物，獲得了能量密度高的生物燃料或者難以人工合成的化學(xué)品，得到了世界各國的廣泛關(guān)注，成為研究焦點(diǎn)。要達(dá)到快速熱裂解的目的，熱載體的選擇至關(guān)重要?，F(xiàn)在所采用的工藝中多為石英沙，或者惰性氣體。而熔鹽具有以下特點(diǎn):在接近1000°c的高溫下化學(xué)性能比較穩(wěn)定；導(dǎo)熱系數(shù)高、粘度低、揮發(fā)性低以及適宜的熔點(diǎn)溫度等物理特性；具有溶解生物質(zhì)進(jìn)入液相的能力，致使傳熱和傳質(zhì)非常均勻和迅速；具有均相催化或化學(xué)反應(yīng)以控制產(chǎn)物化學(xué)組成的肯能性。因此，可以用于生物質(zhì)快速熱裂解的工藝過程中。針對原有熱裂解技術(shù)中熱載體的功能單一，熱含量相對較小等問題，開發(fā)出以農(nóng)村廢棄物為生物質(zhì)原料，以熔鹽為熱載體、催化劑和分散介質(zhì)的工藝和裝置，以提高生物質(zhì)的利用效率，最大化地獲得目標(biāo)產(chǎn)物。
發(fā)明內(nèi)容`本實(shí)用新型要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種熱含量相對較高，高利用率的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案:這種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，主要包括裂解氣儲(chǔ)罐、裂解氣過水槽、列管式冷凝器、電動(dòng)機(jī)、生物質(zhì)料倉、撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器、液體產(chǎn)物收集器、熔融鹽儲(chǔ)槽、旋液分離器、固體產(chǎn)物收集器和RY型熔鹽泵，RY型熔鹽泵的出口管與旋液分離器的入口管連接，旋液分離器的上出口管與固體產(chǎn)物收集器連接，旋液分離器的下出口與撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器與生物質(zhì)料倉連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器的出口與列管式冷凝器和熔融鹽儲(chǔ)槽連接，列管式冷凝器的出口與液體產(chǎn)物收集器連接，液體產(chǎn)物收集器的出口分別與裂解氣儲(chǔ)罐和裂解氣過水槽連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器的上部連接有電動(dòng)機(jī)。所述RY型熔鹽泵的出口管位于熔鹽收集器內(nèi)，熔鹽收集器內(nèi)設(shè)有K型熱電偶，熔鹽收集器的外壁設(shè)有外置式纏繞式的電加熱裝置，電加熱裝置的加熱絲為耐高溫的鎳鉻絲，并且外部為耐高溫的保溫材料。所述撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)置錐形臺(tái)，錐形臺(tái)的上部設(shè)置限流圈和擋邊，錐形臺(tái)的斜面成15° -75。角。本實(shí)用新型有益的效果是:本實(shí)用新型克服了生產(chǎn)過程中熱能利用率低，成本高的缺點(diǎn)，提高了生物質(zhì)燃料的產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)料，改善了生物質(zhì)的使用性能。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2是本實(shí)用新型的錐形臺(tái)橫切面示意圖。附圖標(biāo)記說明:裂解氣儲(chǔ)罐1，閥門2，壓力表3，裂解氣過水槽4，列管式冷凝器5，電動(dòng)機(jī)6，螺旋進(jìn)料器7，生物質(zhì)料倉8，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9，液體產(chǎn)物收集器10，熔融鹽儲(chǔ)槽11，旋液分離器12，固體產(chǎn)物收集器13，RY型熔鹽泵14，K型熱電偶15，熔鹽收集器16，電加熱裝置17，擋邊18，限流圈19，斜面20。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:如圖所示，這種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，主要包括裂解氣儲(chǔ)罐1、裂解氣過水槽4、列管式冷凝器5、電動(dòng)機(jī)6、生物質(zhì)料倉8、撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9、液體產(chǎn)物收集器10、熔融鹽儲(chǔ)槽11、旋液分離器12、固體產(chǎn)物收集器13和RY型熔鹽泵14，RY型熔鹽泵14的作為熔融鹽的輸送 機(jī)械，RY型熔鹽泵14的出口管與旋液分離器12的入口管連接，旋液分離器12的上出口管與固體產(chǎn)物收集器13連接，旋液分離器12的下出口與撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9與生物質(zhì)料倉8連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9使熔融鹽以一定流速與生物質(zhì)顆粒進(jìn)行并流接觸和混合，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)的出口與列管式冷凝器5和熔融鹽儲(chǔ)槽11連接，列管式冷凝器5的出口與液體產(chǎn)物收集器10連接，液體產(chǎn)物收集器10的出口分別與裂解氣儲(chǔ)罐I和裂解氣過水槽4連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9的上部連接有電動(dòng)機(jī)6。RY型熔鹽泵14的出口管位于熔鹽收集器16內(nèi)，熔鹽收集器16內(nèi)設(shè)有K型熱電偶15，熔鹽收集器16的外壁設(shè)有外置式纏繞式的電加熱裝置17，電加熱裝置17的加熱絲為耐高溫的鎳鉻絲，并且外部為耐高溫的保溫材料進(jìn)行保溫。電動(dòng)機(jī)6連接有螺旋進(jìn)料器7，作為生物質(zhì)原料的輸送進(jìn)料裝置，螺旋進(jìn)料器7位于生物質(zhì)料倉8內(nèi)，螺旋進(jìn)料器7的出口伸入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9內(nèi)，螺旋進(jìn)料器7的外側(cè)直徑大于螺旋進(jìn)料器管外徑的套管，熔融鹽在套管間與生物質(zhì)間壁并流，在生物質(zhì)出口管下端撞擊混合。撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9的內(nèi)部設(shè)置錐形臺(tái)，錐形臺(tái)的上部設(shè)置限流圈19和擋邊18，保證熔融鹽能夠沿著錐形臺(tái)斜面20流下而不會(huì)飛濺，錐形臺(tái)的斜面20成15° -75。角，熔融鹽和生物質(zhì)顆粒在錐形臺(tái)斜面上流動(dòng)，形成一層熔融鹽薄膜(< 10mm)，縮短了裂解產(chǎn)物在熔鹽層的停留時(shí)間，迅速從熔融鹽中逸出。裂解氣儲(chǔ)罐I的下部設(shè)有閥門2，裂解氣過水槽4上設(shè)有壓力表3。這種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的工藝，包括以下步驟:(I)稱取熔融鹽放入熔融鹽儲(chǔ)槽11，稱取生物質(zhì)原料放入生物質(zhì)料倉8，向系統(tǒng)內(nèi)通入氮?dú)饣虺檎婵?，得以形成惰性無氧氛圍；[0018](2)開啟RY型熔鹽泵14和列管式冷凝器5的冷卻水開關(guān)；(3)對各段管路進(jìn)行加熱，保證熔融鹽在熔融鹽儲(chǔ)槽11內(nèi)全部熔融，開啟RY型熔鹽泵14，熔融鹽通過RY型熔鹽泵14輸送，經(jīng)過旋液分離器12，進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9，開啟螺旋進(jìn)料器7的電動(dòng)機(jī)6，生物質(zhì)顆粒進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9后與熔融鹽并流接觸，進(jìn)行熱裂解反應(yīng)；(4)生成的揮發(fā)分進(jìn)入列管式冷凝器5，可冷凝的氣體揮發(fā)后冷凝得到生物油，進(jìn)入液體產(chǎn)物收集器10，不可冷凝氣經(jīng)過取樣分析后，進(jìn)入裂解氣儲(chǔ)罐I儲(chǔ)存，或者經(jīng)過裂解氣過水槽4凈化處理；(5)固體產(chǎn)物顆粒隨著RY型熔鹽泵14的輸送在旋液分離器12處進(jìn)行分離，進(jìn)入固體產(chǎn)物收集器13，熔融鹽繼續(xù)進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9 ;(6)當(dāng) 所加入的生物質(zhì)原料完全進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9后，關(guān)閉螺旋進(jìn)料器7的電動(dòng)機(jī)6，RY型熔鹽泵14繼續(xù)開啟，保持熔融鹽的循環(huán)和流動(dòng)，直至沒有熱裂解氣產(chǎn)生，關(guān)閉氮?dú)饣蛘叱檎婵眨?7)反應(yīng)完成后，關(guān)閉RY型熔鹽泵14，讓熔融鹽集中于熔融鹽儲(chǔ)槽11內(nèi)，關(guān)閉所有的加熱開關(guān)，等待所有的測溫點(diǎn)溫度接近室溫時(shí)，關(guān)閉冷卻水。熱裂解反應(yīng)溫度為:200°C 1000°C，熱裂解反應(yīng)的過程中，每隔3 5min記錄各個(gè)控溫點(diǎn)的溫度和測壓點(diǎn)的壓力，從裂解氣管路中取氣體產(chǎn)物樣品分析組成。列管式冷凝器(5)的工作溫度為室溫，可冷凝的氣體為熱裂解蒸汽，不可冷凝氣為裂解氣。整個(gè)工藝中的熔融鹽能循環(huán)使用。熔融鹽為堿金屬、堿金屬的氯化鹽、硅酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽或多種上述組成的共熔混合物，采用熔融鹽作為熱載體、催化劑和分散介質(zhì)。本實(shí)用新型所采用的熱載體是熔融鹽。因?yàn)槿廴邴}其自身具有比較高的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)。與石英砂、氣體的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)的比較如表I所示。表I熔融鹽、石英砂、空氣以及生物質(zhì)的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)
物質(zhì)比熱容(kj.kg-1.K—1)導(dǎo)熱系數(shù)(ff.π 1.JT1)
KN0:353%+NaN040%+NaN037%NaNO3
熔融鹽
__1.34 (673K)__0.605 (695K)_
石英砂__0.837__0.224 (293K)_
空氣__1.068 (IOlkPa, 673K)__0.0521 (IQlkPa, 673K)
生物質(zhì)__纖維素，1.22 (298K)__纖維素，0.205 (298K)當(dāng)生物質(zhì)在呈現(xiàn)液態(tài)的熔鹽中分散時(shí)，顆粒被熔融鹽包圍，由于固體顆粒與熔鹽離子之間的接觸面積和傳熱系數(shù)大，熱阻小，熔鹽迅速將生物質(zhì)顆粒溫度加熱至熱裂解溫度。熔融鹽中的部分金屬例子可以催化熱裂解過程。熔鹽中殘留的固體如焦炭和灰分可以進(jìn)一步分離和處理。[0029]由于生物質(zhì)顆粒的表面粗糙且形狀不規(guī)則，顆粒之間以及與其他物體表面之間的粘著性較大，導(dǎo)致生物質(zhì)顆粒的流動(dòng)性差，因此采用垂直螺旋進(jìn)料器為生物質(zhì)原料的進(jìn)料
>J-U ρ α裝直。本實(shí)用新型的熔鹽泵槽采用采用外置式纏繞式電加熱。分為兩組，一組是功率為12kW的常開式，另一組事功率為ISkW的控制式。測溫?zé)犭娕季鶠?1000°C的K型熱電偶15。采用對熔鹽流經(jīng)管路進(jìn)行分段加熱和控溫的方式，保證了系統(tǒng)的熔鹽體系呈現(xiàn)液態(tài)，實(shí)施例1參照圖1和圖2 —種利用農(nóng)作物秸桿聯(lián)產(chǎn)生物油和生物炭的工藝和裝置，選取熔鹽組成為ZnCl2/KCl (摩爾比為7/6)的熔鹽體系，質(zhì)量為160kg ;采用的生物質(zhì)原料為水稻秸桿，質(zhì)量為4kg，粒徑為100目；熱裂解溫度為450°C;管路控制溫度為450°C;抽真空。獲得的熱裂解結(jié)果如下:(I)液相產(chǎn)率產(chǎn)率為25wt.%，采用元素分析儀對液相產(chǎn)物進(jìn)行元素分析，其元素組成為:C 元素 2.47%, H 元素 7.904%, N 元素 0.99%, S 元素 0.012%, O 元素 88.624%。(2)液相產(chǎn)物采用美國 Agilent 公司(Santa Clara, CA)的 GC7890A/MS5975C，色譜柱為 Agilentl9091S-433 ；325°C ；30mX 250 μ mX0.25 μ m。分析條件為:GC 載氣為 He ;流量:1.0mL/min ;進(jìn)樣量:0.2μ L ;氣化池溫度(Inlet):300°C ;柱溫:初溫 50。。，以 5°C /min升至180°C，再以15°C /min升至260°C，并保留3min ;分流比:50:1。MS接口溫度(Aux):2800C ;電子轟擊電離源(EI):70ev ;四級桿(MS Quard): 150°C ;質(zhì)量掃描范圍50 550 ；溶劑延遲時(shí)間為2.5min。液相產(chǎn)物的GC/MS分析結(jié)果為:酮類22.15%，酚類41.98%，醛類24.61%,醇類 2.45%,酯類 6.37%,酸類 1.30%,烴類 1.14%。(3)氣體產(chǎn)物采用浙江臺(tái)州福立分析儀器有限公司的GC9790SD系列高性能氣相色譜儀進(jìn)行分析。色譜柱為TD-X01，載氣為高純氮?dú)猓治鰲l件為:柱溫設(shè)定為40°C，檢測器溫度為100°C，進(jìn)樣器溫度為100°C。裂解過程中氣相產(chǎn)物組成分布為:H23.73% 17.16%, C02.37% 5.02%, CH42.58% 8.17%, C0275.09% 87.27%。(4)固體產(chǎn)物的元素組成為:C元素54.37%，H元素5.57%，N元素7.51%，S元素1.10%，O 元素 31.45%O實(shí)施例2選取熔鹽組成為ZnCl2/KCl (摩爾比為7/6)的熔鹽體系，質(zhì)量為166kg ;采用的生物質(zhì)原料為水稻稻桿，質(zhì)量為5kg,粒徑為100目；熱裂解溫度為450°C ;管路控制溫度為4500C ;抽真空。獲得的熱裂解結(jié)果如下:(I)液相產(chǎn)率產(chǎn)率為30wt.%，采用元素分析儀對液相產(chǎn)物進(jìn)行元素分析，其元素組成為:c元素1.92%, H元素4.46%, N元素0.73%, S元素0.045%, O元素92.85%。(2)液相產(chǎn)物的GC/MS分析結(jié)果為:酚類56.70%,醛類30.29%，醇類1.20%,酯類9.39%,酸類 2.40%ο(3)裂解過程 中氣相產(chǎn)物組成分布為:H21.81% 28.16%，C04.12% 14.67%，CH43.38% 8.70%, C0262.99% 87.14%。(4)固體產(chǎn)物的元素組成為:C為20.98%，H為1.941%，N為1.96%, S為1.776%, O為 73.343%ο除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方 案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，主要包括裂解氣儲(chǔ)罐(I)、裂解氣過水槽(4)、列管式冷凝器(5)、電動(dòng)機(jī)(6)、生物質(zhì)料倉(8)、撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)、液體產(chǎn)物收集器(10)、熔融鹽儲(chǔ)槽(11)、旋液分離器(12)、固體產(chǎn)物收集器(13)和RY型熔鹽泵(14)，其特征是:RY型熔鹽泵(14)的出口管與旋液分離器(12)的入口管連接，旋液分離器(12)的上出口管與固體產(chǎn)物收集器(13 )連接，旋液分離器(12 )的下出口與撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)與生物質(zhì)料倉(8)連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)的出口與列管式冷凝器(5)和熔融鹽儲(chǔ)槽(11)連接，列管式冷凝器(5)的出口與液體產(chǎn)物收集器(10 )連接，液體產(chǎn)物收集器(10 )的出口分別與裂解氣儲(chǔ)罐(I)和裂解氣過水槽(4)連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)的上部連接有電動(dòng)機(jī)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述RY型熔鹽泵(14)的出口管位于熔鹽收集器(16)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述熔鹽收集器(16)內(nèi)設(shè)有K型熱電偶(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述熔鹽收集器(16)的外壁設(shè)有外置式纏繞式的電加熱裝置(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述電加熱裝置(17)的加熱絲為耐高溫的鎳鉻絲，并且外部為耐高溫的保溫材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述電動(dòng)機(jī)(6)連接有螺旋進(jìn)料器(7)，螺旋進(jìn)料器(7)位于生物質(zhì)料倉(8)內(nèi)，螺旋進(jìn)料器(7)的出口伸入撞擊混合錐臺(tái)裂解反 應(yīng)器(9)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述螺旋進(jìn)料器(7)的外側(cè)直徑大于螺旋進(jìn)料器管外徑的套管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)的內(nèi)部設(shè)置錐形臺(tái)，錐形臺(tái)的上部設(shè)置限流圈(19)和擋邊(18)，錐形臺(tái)的斜面(20)成15° -75。角。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述裂解氣儲(chǔ)罐(I)的下部設(shè)有閥門(2)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述裂解氣過水槽(4)上設(shè)有壓力表(3)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，RY型熔鹽泵的出口管與旋液分離器的入口管連接，旋液分離器的上出口管與固體產(chǎn)物收集器連接，旋液分離器的下出口與撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器與生物質(zhì)料倉連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器的出口與列管式冷凝器和熔融鹽儲(chǔ)槽連接，列管式冷凝器的出口與液體產(chǎn)物收集器連接，液體產(chǎn)物收集器的出口分別與裂解氣儲(chǔ)罐和裂解氣過水槽連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器的上部連接有電動(dòng)機(jī)。本實(shí)用新型有益的效果是本實(shí)用新型克服了生產(chǎn)過程中熱能利用率低，成本高的缺點(diǎn)，提高了生物質(zhì)燃料的產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)料，改善了生物質(zhì)的使用性能。
文檔編號C10J3/57GK203144354SQ20132011138
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者計(jì)建炳, 姬登祥, 于鳳文, 艾寧, 高明輝, 盛佳峰, 姜洪濤 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)