本實(shí)用新型涉及生物質(zhì)熱解，具體涉及一種熱解處理生物質(zhì)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)能是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的一種能量形式，它直接或間接地源于植物的光合作用，是以生物質(zhì)為載體的能量。目前世界各國(guó)為了實(shí)現(xiàn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，都在致力于開(kāi)發(fā)高效無(wú)污染的生物質(zhì)能利用技術(shù)，以保護(hù)本國(guó)的礦物能源資源。生物質(zhì)熱解是指生物質(zhì)在沒(méi)有氧化劑(空氣、氧氣、水蒸氣等)存在或只提供有限氧的條件下，加熱到逾500℃，通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)大分子物質(zhì)分解成較小的燃燒物質(zhì)(固態(tài)炭、可燃?xì)?、生物?的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)方法。
生物質(zhì)熱解反應(yīng)過(guò)程中，會(huì)發(fā)生著復(fù)雜的化學(xué)變化和物理變化。從反應(yīng)進(jìn)程來(lái)分析生物質(zhì)的熱解過(guò)程大致可以分為三個(gè)階段：預(yù)熱解階段：溫度上升至120-200℃時(shí)，即使加熱很長(zhǎng)時(shí)間，原料重量也只有少量減少，主要是H2O、CO和CO受熱釋放所致，外觀無(wú)明顯變化，但物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生重排反應(yīng)，如脫水、斷鍵、自由基出現(xiàn)、碳基、羧基生成和過(guò)氧化氫基團(tuán)形成等；固體分解階段：溫度為300-600℃，各種復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)在此階段發(fā)生，生物質(zhì)中的纖維素、木質(zhì)素和半纖維素在該過(guò)程先通過(guò)解聚作用分解成單體或單體衍生物，然后通過(guò)各種自由基反應(yīng)和重排反應(yīng)進(jìn)一步降解成各種產(chǎn)物；焦炭分解階段：焦炭中的C-H，C-O鍵進(jìn)一步斷裂，焦炭質(zhì)量以緩慢的速率下降并趨于穩(wěn)定，導(dǎo)致殘留固體中碳素的富集。
現(xiàn)有的生物質(zhì)熱解工藝較復(fù)雜，且熱解爐熱解效率低，導(dǎo)致熱解生物質(zhì)的成本高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是為了提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的熱解生物質(zhì)的新工藝。
本實(shí)用新型提供了熱解處理生物質(zhì)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：
烘干裝置，具有生物質(zhì)入口和烘干生物質(zhì)出口；
快速熱解反應(yīng)器，具有熱解原料入口、熱解油氣出口和半焦出口，所述熱解原料入口與所述烘干裝置的烘干生物質(zhì)出口相連；
旋風(fēng)分離器，具有熱解油氣入口和凈油氣出口，所述熱解油氣入口與所述快速熱解反應(yīng)器的熱解油氣出口相連；
冷凝器，具有凈油氣入口、生物油出口和熱解氣出口，所述凈油氣入口與所述旋風(fēng)分離器的凈油氣出口相連；
所述快速熱解反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有多個(gè)金屬擋板組件，所述金屬擋板組件包括水平擋板和斜板，所述水平擋板在所述斜板下方；所述水平擋板的一端和所述斜板的一端分別與所述快速熱解反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)壁相連，所述水平擋板的另一端和所述斜板的另一端相連并形成夾角；上下相鄰的兩個(gè)金屬擋板組件相對(duì)地設(shè)置在所述快速熱解反應(yīng)器的兩內(nèi)側(cè)壁上。
在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述快速熱解反應(yīng)器包括多層輻射管，所述輻射管錯(cuò)列分布于所述快速熱解反應(yīng)器內(nèi)，所述輻射管為單向蓄熱式輻射管，所述輻射管按層單獨(dú)控溫。
在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述輻射管是公稱(chēng)直徑為200-300mm的圓形管。
在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為200-400mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為500-1200mm。
在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述輻射管為10-25層。
本實(shí)用新型采用了蓄熱式快速熱解反應(yīng)器熱解生物質(zhì)，無(wú)熱載體，反應(yīng)工藝簡(jiǎn)單，且溫度分布均勻，系統(tǒng)熱效率高。其內(nèi)部溫度場(chǎng)由輻射管提供，同時(shí)根據(jù)通過(guò)控制不同的溫度區(qū)域來(lái)精確的調(diào)節(jié)干燥脫水區(qū)、熱解反應(yīng)區(qū)、半焦生成區(qū)的溫度，可操作性強(qiáng)，燃燒效率高，節(jié)能效果好。
熱解產(chǎn)物中的熱態(tài)半焦由熱解爐底部排出，經(jīng)排渣冷卻螺旋冷卻得到冷態(tài)半焦直接進(jìn)入半焦收集裝置，對(duì)熱態(tài)焦油和熱解氣分別冷卻凈化處理，對(duì)熱解產(chǎn)品進(jìn)行了綜合利用。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的一種熱解生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1、進(jìn)料料斗；2、蓄熱式快速熱解反應(yīng)器；3、一級(jí)旋風(fēng)除塵器；4、二級(jí)旋風(fēng)除塵器；5、半焦收集裝置；6、冷凝器；7、冷凝水管路；8、儲(chǔ)油罐；9、集氣罐；10、料斗；11、提升管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明，以便能夠更好地理解本實(shí)用新型的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說(shuō)明的目的，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制。
需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型中的“水平擋板”指得是水平放置的金屬擋板，“斜板”指得是傾斜放置的金屬擋板，“輻射管”指得是蓄熱式無(wú)熱載體輻射管。此外，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型，而不是要求本實(shí)用新型必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
如圖1所示，本實(shí)用新型提供的熱解生物質(zhì)的系統(tǒng)包括：進(jìn)料料斗1、蓄熱式快速熱解反應(yīng)器2(本申請(qǐng)中也簡(jiǎn)稱(chēng)反應(yīng)器)、一級(jí)旋風(fēng)除塵器3、二級(jí)旋風(fēng)除塵器4、半焦收集裝置5、冷凝器6、冷凝水管路7、儲(chǔ)油罐8、集氣罐9、料斗10和提升管11。
進(jìn)料料斗1具有生物質(zhì)入口和生物質(zhì)出口。
參考圖1，本實(shí)用新型使用的蓄熱式快速熱解反應(yīng)器2包括反應(yīng)器本體、輻射管、金屬擋板組件。輻射管沿著反應(yīng)器的高度多層布置于反應(yīng)器本體內(nèi)，金屬擋板組件設(shè)置在反應(yīng)器本體的內(nèi)側(cè)壁上，反應(yīng)器本體上設(shè)有熱解原料入口、半焦出口、燃料氣進(jìn)口、空氣入口、煙氣出口和熱解油氣出口，其中，熱解原料入口與進(jìn)料料斗1的生物質(zhì)出口相連。
本實(shí)用新型提供的蓄熱式移動(dòng)床熱解反應(yīng)器采用了蓄熱式無(wú)熱載體輻射管加熱技術(shù)，無(wú)需氣、固熱載體，提高了熱解氣的熱值，該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小，易于工業(yè)化。物料在進(jìn)料料斗1中經(jīng)螺旋進(jìn)料器進(jìn)入蓄熱式移動(dòng)床反應(yīng)器中，生物質(zhì)在下落過(guò)程中，與輻射管充分接觸，在熱解過(guò)程中生物質(zhì)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射綜合換熱，生物質(zhì)的傳熱速率大于500℃/S。
金屬擋板組件是由水平擋板和斜板組成的，水平擋板在斜板的下方，水平擋板的一端和斜板的一端分別與反應(yīng)器本體的內(nèi)側(cè)壁相連，水平擋板的另一端和斜板的另一端相連并形成夾角。
生物質(zhì)從進(jìn)料口進(jìn)入后，開(kāi)始下落，碰到斜板后，被彈起，然后再下落；生物質(zhì)每碰到一次斜板，即被彈到一定高度，其下落速度被減緩，因此，增加了生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間。此外，斜板還起到對(duì)生物質(zhì)的引流作用，增加了生物質(zhì)在反應(yīng)器本體內(nèi)移動(dòng)的距離，這也能增加生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間。水平擋板用于支撐斜板。金屬的熱傳導(dǎo)性好，采用金屬擋板組件能提高生物質(zhì)熱解的效果。
因此，添加金屬擋板組件后，反應(yīng)器的高度可降低。若不改變反應(yīng)器本體的高度，添加金屬擋板組件后，可將輻射管的垂直間距加大，從而可減少反應(yīng)器內(nèi)輻射管的數(shù)量。
參考圖1，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，反應(yīng)器2和進(jìn)料漏斗1之間還連接有螺旋進(jìn)料器，反應(yīng)器2的半焦出口與螺旋出料器相連。進(jìn)料料斗1和螺旋進(jìn)料器用于將生物質(zhì)送入反應(yīng)器2中，螺旋出料器用于將生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的固體產(chǎn)物運(yùn)送至下一工段。螺旋進(jìn)料器和螺旋出料器并不是必要裝置，可視現(xiàn)場(chǎng)情況和具體的工藝決定是否要添加。
還可將螺旋出料器與一間冷裝置相連，用冷卻介質(zhì)冷卻從螺旋出料器排出的高溫半焦，并回收熱量。
水平擋板和斜板形成夾角的具體角度范圍為15°-60°時(shí)，生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器內(nèi)既能充分熱解，也不會(huì)堆積在斜板432上。進(jìn)一步地，夾角的角度范圍為20°-45°為最優(yōu)方案。水平擋板的水平長(zhǎng)度為反應(yīng)器本體的寬度(其內(nèi)壁的寬度)的1/3-1/2。
如圖1所示，金屬擋板組件最佳的位置為兩層輻射管之間，金屬擋板組件可根據(jù)需要設(shè)置在某層輻射管的上方或下方。上下相連的兩個(gè)金屬擋板組件相對(duì)的設(shè)置在反應(yīng)器本體的兩側(cè)。這樣設(shè)置有利于增加生物質(zhì)在反應(yīng)器2中的停留時(shí)間，使其熱解更完全。若要想再增加生物質(zhì)在反應(yīng)器2中的停留時(shí)間，可在兩層輻射管中間設(shè)置相對(duì)地設(shè)置兩個(gè)金屬擋板組件。
進(jìn)一步地，且水平擋板與位于它下方、并距它最近的輻射管的中心的距離為該輻射管直徑的1-1.5倍。此時(shí)，位于斜板上的含碳燃料能更好的被熱解。
輻射管為公稱(chēng)直徑為200-300mm的圓形管，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為200-400mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為500-1200mm。
如圖1所示，輻射管錯(cuò)列分布于反應(yīng)器2內(nèi)，輻射管為單向蓄熱式輻射管，輻射管按層單獨(dú)控溫。
反應(yīng)器本體的高度為5-20m、寬度(其內(nèi)壁的寬度)為2-6m、長(zhǎng)度(其內(nèi)壁的長(zhǎng)度)為5-15m，反應(yīng)器本體中輻射管的層數(shù)為10-25層。燃料氣進(jìn)口和空氣入口分別與輻射管相連。
如圖1所示，熱解油氣從右上側(cè)部出來(lái)，并利用兩級(jí)旋風(fēng)分離結(jié)構(gòu)除去熱解油氣中的固體半焦，降低了焦油含塵量，以便后續(xù)能對(duì)熱解油氣進(jìn)一步加工。圖1所示的除塵裝置包括兩個(gè)一級(jí)旋風(fēng)除塵器3和兩個(gè)二級(jí)旋風(fēng)除塵器4，旋風(fēng)除塵器除塵效率高，兩級(jí)除塵能有效的將熱解油氣中的半焦清除。當(dāng)然，也可選用其他除塵裝置。
如圖1所示，一級(jí)旋風(fēng)除塵器3和二級(jí)旋風(fēng)除塵器4具有熱解油氣入口、凈油氣出口和排灰口，其中，一級(jí)旋風(fēng)除塵器3的進(jìn)氣口與蓄熱式快速熱解反應(yīng)器2的熱解油氣出口相連。從二級(jí)旋風(fēng)除塵器4排出的半焦進(jìn)入半焦收集裝置5中儲(chǔ)存，另做他用。
冷凝器6具有凈化油氣入口、熱解油出口和熱解氣出口；凈化油氣入口和一級(jí)旋風(fēng)除塵器3的凈化油氣出口相連。如圖1所示，冷凝器6連接有冷凝水管路7，用循環(huán)水與從高溫油氣換熱，冷卻高溫油氣，并回收熱量。當(dāng)然，也可采用其他方式冷卻高溫油氣。
高溫油氣冷卻后，其中的熱解油變?yōu)橐后w，從熱解油出口排出，進(jìn)入儲(chǔ)油罐8中儲(chǔ)存，剩下的熱解氣送入集氣罐9中儲(chǔ)存。
如圖1所示，進(jìn)料料斗1前還設(shè)有料斗10和提升管11。提升管11內(nèi)通有熱空氣，在輸送的過(guò)程中干燥生物質(zhì)。料斗10和提升管11之間用螺旋進(jìn)料器連接。提升管11設(shè)有進(jìn)料口、熱空氣入口、出料口和空氣出口。
生物質(zhì)經(jīng)料斗10由提升管11送入進(jìn)料料斗1中進(jìn)行熱解。提升管12中通入了200℃-250℃的熱空氣，在輸送的過(guò)程中一并對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行干燥。
熱解后的半焦由螺旋出料器排出，冷卻后儲(chǔ)存。熱解油氣從反應(yīng)器2的側(cè)部排出，經(jīng)過(guò)一級(jí)旋風(fēng)分離器3和二級(jí)旋風(fēng)分離器4后收集下來(lái)的細(xì)半焦進(jìn)入半焦收集裝置5，經(jīng)過(guò)兩級(jí)旋風(fēng)分離后較純凈的熱解油氣送入冷凝器6內(nèi)快速冷卻，熱解油蒸汽被冷卻，形成熱解油進(jìn)入儲(chǔ)油裝置8，從冷凝器6出來(lái)的熱解氣進(jìn)入集氣罐9中儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>
下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明。下述實(shí)施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述實(shí)用新型內(nèi)容中所示。下述實(shí)施例所用的檢測(cè)方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測(cè)方法。
實(shí)施例1
利用圖1所示的系統(tǒng)對(duì)玉米秸稈進(jìn)行熱解處理。反應(yīng)器2中，水平擋板與斜板的夾角為40°，水平擋板的水平長(zhǎng)度1m，水平擋板與位于它下方、并距它最近的輻射管的中心的距離為300mm，輻射管是公稱(chēng)直徑為200mm的圓形管，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為200mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為600mm。反應(yīng)器本體的高度為5m、內(nèi)壁的寬度為2m、內(nèi)壁的長(zhǎng)度為5m，有25層輻射管。
該玉米秸稈的成分分析如表1所示。熱解工藝具體如下：
將玉米秸稈干燥、破碎，選取粒徑≤2mm的玉米秸稈送入反應(yīng)器2中進(jìn)行熱解。往提升管11中通入200℃的熱空氣。每根輻射管單獨(dú)控溫，反應(yīng)器自上而下設(shè)有三個(gè)區(qū)：干燥脫水區(qū)、熱解反應(yīng)區(qū)和半焦生成區(qū)。往輻射管中分別通入燃料氣和空氣，將干燥脫水區(qū)的溫度控制在600℃、熱解反應(yīng)區(qū)的溫度在控制700℃，半焦成熟區(qū)的溫度控制在500℃。玉米秸稈自上而下依次通過(guò)干燥脫水區(qū)、熱解反應(yīng)區(qū)和半焦生成區(qū)，完成熱解過(guò)程。熱解產(chǎn)生的熱解油氣經(jīng)過(guò)兩級(jí)旋風(fēng)除塵后冷凝分離成熱解油和熱解氣，分別收集儲(chǔ)存。半焦冷卻后，也收集儲(chǔ)存。
熱解還會(huì)產(chǎn)生煙氣，煙氣從煙氣出口中排出反應(yīng)器本體外，煙氣與空氣換熱后會(huì)降溫至200℃左右。將降溫后的煙氣用于干燥進(jìn)入反應(yīng)器2的玉米秸稈，這樣能進(jìn)一步提高反應(yīng)器效率和燃燒效率。
本實(shí)施例具體的工藝操作參數(shù)請(qǐng)見(jiàn)表2。表3為本實(shí)施例的物料平衡表。
實(shí)施例2
利用圖1所示的系統(tǒng)對(duì)蘆葦進(jìn)行熱解處理。反應(yīng)器2中，水平擋板與斜板的夾角為45°，水平擋板的水平長(zhǎng)度2m，水平擋板與位于它下方、并距它最近的輻射管的中心的距離為240mm，輻射管是公稱(chēng)直徑為200mm的圓形管，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為300mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為800mm。反應(yīng)器本體的高度為6m、內(nèi)壁的寬度為2m、內(nèi)壁的長(zhǎng)度為5m，有20層輻射管。
該蘆葦?shù)某煞址治鋈绫?所示。熱解工藝流程具體如下：
將蘆葦干燥、破碎，選取粒徑≤1mm的蘆葦送入反應(yīng)器2中進(jìn)行熱解。往提升管11中通入250℃的熱空氣。每根輻射管單獨(dú)控溫，反應(yīng)器自上而下設(shè)有三個(gè)區(qū)：干燥脫水區(qū)、熱解反應(yīng)區(qū)和半焦生成區(qū)。往輻射管中分別通入燃料氣和空氣，將干燥脫水區(qū)的溫度控制在700℃、熱解反應(yīng)區(qū)的溫度在控制500℃，半焦成熟區(qū)的溫度控制在600℃。蘆葦自上而下依次通過(guò)干燥脫水區(qū)、熱解反應(yīng)區(qū)和半焦生成區(qū)，完成熱解過(guò)程。熱解產(chǎn)生的熱解油氣經(jīng)過(guò)兩級(jí)旋風(fēng)除塵后冷凝分離成熱解油和熱解氣，分別收集儲(chǔ)存。半焦冷卻后，也收集儲(chǔ)存。
熱解還會(huì)產(chǎn)生煙氣，煙氣從煙氣出口中排出反應(yīng)器本體外，煙氣與空氣換熱后會(huì)降溫至200℃左右。將降溫后的煙氣用于干燥進(jìn)入反應(yīng)器2的蘆葦，這樣能進(jìn)一步提高反應(yīng)器效率和燃燒效率。
本實(shí)施例具體的工藝操作參數(shù)請(qǐng)見(jiàn)表5。表6為本實(shí)施例的物料平衡表。
表1玉米秸稈的成分分析
表2工藝操作參數(shù)
表3物料平衡表
表4蘆葦?shù)某煞址治?/p>
表5工藝操作參數(shù)
表6物料平衡表
從表3和表6可知，本實(shí)用新型提供的系統(tǒng)能有效的熱解生物質(zhì)。
綜上可知，本實(shí)用新型采用了蓄熱式快速熱解反應(yīng)器熱解生物質(zhì)，無(wú)熱載體，反應(yīng)工藝簡(jiǎn)單，且溫度分布均勻，系統(tǒng)熱效率高。其內(nèi)部溫度場(chǎng)由輻射管提供，同時(shí)根據(jù)通過(guò)控制不同的溫度區(qū)域來(lái)精確的調(diào)節(jié)干燥脫水區(qū)、熱解反應(yīng)區(qū)、半焦生成區(qū)的溫度，可操作性強(qiáng)，燃燒效率高，節(jié)能效果好。
熱解產(chǎn)物中的熱態(tài)半焦由熱解爐底部排出，經(jīng)排渣冷卻螺旋冷卻得到冷態(tài)半焦直接進(jìn)入半焦收集裝置，對(duì)熱態(tài)焦油和熱解氣分別冷卻凈化處理，對(duì)熱解產(chǎn)品進(jìn)行了綜合利用。
反應(yīng)器本體上添加了由水平擋板和斜板組成的金屬擋板組件，該金屬擋板組件增加了生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器內(nèi)停留的時(shí)間。因此，添加金屬擋板組件后，反應(yīng)器的高度可降低。若不改變反應(yīng)器本體的高度，添加金屬擋板組件后，可將輻射管的垂直間距加大，從而可減少反應(yīng)器內(nèi)輻射管的數(shù)量。
需要說(shuō)明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型而非限制本實(shí)用新型的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。此外，除非特別說(shuō)明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來(lái)使用。