本發(fā)明涉及再生能源利用技術領域，具體涉及一種新型雙旋轉式生物質熱解液化系統(tǒng)。

背景技術：

生物質熱解液化技術是一種非常有前景的熱化學轉化技術，可將松散型農林廢棄物轉化為高能量密度生物油，為后續(xù)集中精煉提質和高值化轉化制備生物基液體燃料和化學品提供基礎，從而與現(xiàn)有的相關應用無縫接軌。就生物質裂解液化技術而言，生物質裂解制取生物油系統(tǒng)形式多樣，但是主流設備必須具備如下特點：(1)生產穩(wěn)定、成本低廉、能夠長時間穩(wěn)定運轉；(2)生物油成分穩(wěn)定，能夠保障下游處理系統(tǒng)穩(wěn)定工藝；(3)生物油成分可以調整，以適應不同用戶的需要。上述基本要求正是未來生物質裂解液化技術發(fā)展的基石，可以保障生物質裂解液化技術作為集中生物質資源的手段，是分散液化、集中處理、實現(xiàn)產業(yè)化大規(guī)模利用生物質能的一條路線的起點。

目前，國內外已相繼開發(fā)了多種不同類型的生物質熱解液化系統(tǒng)，并且建立了示范裝置，例如加拿大ensyn和dynamotive公司分別建立了日處理量為75噸和200噸的流化床熱解示范工廠。荷蘭btg公司建立了處理能力為2噸/小時的旋轉錐熱解裝置；德國pytec公司目前正建立一臺處理量為2噸/小時的燒蝕反應器。國內中國科學技術大學研發(fā)的流化床熱解液化系統(tǒng)由易能公司進行產業(yè)化運行，共建設了2套萬噸級/年產能的裝置；山東理工大學建成了300千克/小時加工能力的下降管熱解液化中試裝置。

上述熱解系統(tǒng)所需能量大都通過煤、生物質等燃燒以及直接利用電能來獲得，大大增加了生物燃油的生產成本，同時造成了新的污染。燃煤電站鍋爐和煉鐵煉鋼高爐所產生的高溫廢煙氣余熱，恰好能滿足生物質熱裂解液化所需熱量要求，為生物燃油的生產提供“免費”能源，有效解決生物質能源生產過程中耗能過大、生產成本高等難題。

現(xiàn)有技術中的熱解反應器主要以流化床為主，對物料的種類和粒度要求較高，適應性差，并且需要通入載氣，載氣用來攪動生物質物料，加快熱解反應，通入的載氣流入后續(xù)冷凝液化工序，增加了冷卻負荷，降低了生物油收集效率。山東理工大學研制的下降管反應器不需要載氣，但為了保證足夠的反應時間，反應管必須有足夠的長度，造成結構尺寸偏大；由于反應時間由反應管的長度及角度決定，反應時間難以調整。

另外，熱解反應器的內壁會有生物質原料或炭灰附著，影響傳熱傳質效果，需要定期對熱解反應器的內壁進行清理，為設備維護增加難度及生產成本。

上述生物質熱解液化過程中存在的缺陷，在很大程度上影響了生物質熱解液化制油成本，制約了現(xiàn)有技術的工業(yè)化應用。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種結構簡單耐用，環(huán)保節(jié)能、熱效率高的新型雙旋轉式生物質熱解液化系統(tǒng)，以高溫廢煙氣余熱替代煤炭、石油、電能等常規(guī)能源熱裂解生物質制取生物油。

本發(fā)明采用如下技術方案：

一種新型雙旋轉式生物質熱解液化系統(tǒng)，包括反向同心旋轉式熱解反應器、生物質熱解汽高效冷凝收集裝置及生物油過濾器。

反向同心旋轉式熱解反應器包括殼體，殼體內設置錐形的反應筒，錐形結構為上端直徑大于下端直徑的結構。反應筒上部開口連接生物質喂料器及載體儲倉，生物質物料及載體按一定比例混合進入反應筒內。反應筒底部開口連接固體分離器，固體分離器將熱解氣與固體分離，固體包括載體、炭灰。反應筒內同心設置螺旋絞龍，螺旋絞龍從上至下螺距逐漸減小。反應筒和螺旋絞龍分別連接電機，電機帶動旋轉，反應筒與螺旋絞龍旋轉方向相反，螺旋絞龍轉速大于反應筒轉速。所述殼體與反應筒之間的空腔內設有多層煙氣折流板，上部開口的折流板與下部開口的折流板依次交替設置，即形成一條曲折的煙氣通道。殼體下部設有煙氣進口，殼體上部設有煙氣出口，高溫煙氣由煙氣進口進入，在折流板組成的通道空腔內流通，之后由煙氣出口送出，高溫煙氣為反應筒內的熱解反應提供熱量，其中煙氣來源于燃煤電站鍋爐和煉鐵煉鋼高爐所產生的高溫廢煙氣。

所述固體分離器上部設有熱解蒸汽出口，熱解蒸汽出口連接生物質熱解汽高效冷凝收集裝置。生物質熱解汽高效冷凝收集裝置內設有冷的輕質生物油，生物質熱解汽高效冷凝收集裝置下部設有熱解氣進氣管，生物質熱解汽高效冷凝收集裝置采用汽液直接接觸的方式進行蒸汽冷卻。熱解氣進氣管連接多個擴散式旋風管，擴散式旋風管設置在生物質熱解汽高效冷凝收集裝置底部，擴散式旋風管可使熱解蒸汽以旋轉流的方式進入冷凝收集裝置內部。擴散式旋風管上部設有絲網，絲網可將較大的熱解蒸汽氣泡，破裂為小氣泡，有效增大汽液接觸面積，強化冷卻液化效果，提高生物油收集效率。生物質熱解汽高效冷凝收集裝置上部設置冷生物油進口，循環(huán)輕質生物油由冷生物油進口進入。生物質熱解汽高效冷凝收集裝置頂部設有不凝氣出口，不凝氣出口處設置過濾網，用來將不凝性熱解氣夾帶的細小液體霧滴粘附或吸附下來。生物質熱解汽高效冷凝收集裝置底部設有生物油出口。

所述生物質熱解汽高效冷凝收集裝置的生物油出口連接生物油過濾器，所述生物油過濾器包括外殼，外殼內設有旋轉錐筒，旋轉錐筒連接電機，旋轉錐筒進口連接生物油出口，熱解蒸汽經過冷凝后產生的生物油由生物油出口進入生物油過濾器的旋轉錐筒內。旋轉錐筒的圓周面上設有多個出油孔，輕質的生物油由出油孔甩出。旋轉錐筒底部出口連接重油儲罐，外殼底部出口連接輕質油儲罐，所述旋轉錐筒內部設有清理裝置。所述清理裝置包括橫桿、立桿及工作桿，橫桿水平設置，立桿與橫桿垂直，橫桿兩端分別連接工作桿，橫桿及立桿用來支撐工作桿。工作桿與旋轉錐筒圓周表面平行，工作桿上設有清理刷，用來清理旋轉錐筒內壁上粘附的重油。

所述輕質油儲罐依次連接油泵及換熱器后，與生物質熱解汽高效冷凝收集裝置的冷生物油進口連接，生物質油經過換熱器交換熱量后，成為溫度較低的生物油，進入生物質熱解汽高效冷凝收集裝置，用來快速冷卻熱解蒸汽。

固體分離器底部設有載體螺旋輸送器以及載體出口，將循環(huán)熱載體及炭灰送出。載體出口以及生物質熱解汽高效冷凝收集裝置的不凝氣出口均與提升管燃燒器連接，提升管燃燒器連接載體儲倉。熱載體、炭灰及不凝氣的可燃成分在提升管燃燒器內充分燃燒，同時加熱載體，加熱后的載體送回載體儲倉，載體儲倉通過流量控制閥連接反應筒上部開口，載體重新進入反應筒內循環(huán)使用。

所述固體分離器的熱解蒸汽出口連接旋風分離器，旋風分離器底部設有卸灰閥，旋風分離器底部連接炭灰收集箱，旋風分離器用來分離熱解蒸汽中的炭灰等雜質，雜質經過卸灰閥進入炭灰收集箱。旋風分離器頂部依次連接不銹鋼燒結過濾器及引風機后，與生物質熱解汽高效冷凝收集裝置的熱解氣進氣管連接，熱解蒸汽經過不銹鋼燒結過濾器進一步的過濾后，在引風機的動力下，進入生物質熱解汽高效冷凝收集裝置進行冷凝。

所述新型雙旋轉式生物質熱解液化系統(tǒng)包括刮板輸送機，用來輸送生物質物料。刮板輸送機連接物料干燥機，物料干燥機連接儲料箱，儲料箱連接生物質喂料器。另外，反向同心旋轉式熱解反應器殼體上部的煙氣出口連接物料干燥機，充分利用煙氣余熱來干燥生物質物料。

所述載體選用黃砂、煤矸石、石英砂、不銹鋼球或陶瓷蓄熱球中的一種，載體硬度大于生物質原料的硬度。

為了實現(xiàn)更優(yōu)化的結構布置，所述電機通過鏈條、鏈輪結構連接反應筒，另外，生物油過濾器中的旋轉錐筒同樣由電機通過鏈條、鏈輪結構帶動。

本發(fā)明生產生物質油的工作過程為：

生物質物料與載體顆粒分別在生物質喂料器和流量控制閥的作用下按一定體積比(可根據需要在1:1至100:1范圍內變化)送入反向同心旋轉式熱解反應器的錐形反應筒內。燃煤電站鍋爐和煉鐵煉鋼高爐所產生的高溫廢煙氣(600℃以上)送入反向同心旋轉式熱解反應器內部，依次流過氣體折流板組成的煙氣通道，從上部煙氣出口排出，高溫廢煙氣為反應筒內的熱解反應提供熱量。錐形的反應筒和螺旋絞龍逆向旋轉，中心螺旋絞龍以較高速度旋轉，生物質物料和固體載體顆粒在離心力作用下甩至反應筒內壁上，期間生物質物料迅速熱解，錐筒以相反方向慢速旋轉，使炭灰及載體顆粒順利從內壁上滑落。反應產生的熱解蒸汽經過分離去雜質后，送入生物質熱解汽高效冷凝收集裝置進行冷凝液化，生物質熱解汽高效冷凝收集裝置內的輕質生物油與熱解蒸汽直接接觸，使熱解蒸汽快速降溫，冷凝為液體生物油。生產出的生物油經生物油過濾器將重油及輕油分離。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果為：

1)本發(fā)明反向同心旋轉式熱解反應器采用錐形反應筒，錐形反應筒和螺旋絞龍逆向旋轉，生物質物料和固體載體顆粒在離心力作用下甩至反應筒內壁上，劇烈的碰撞可加速生物質物料的熱解速度及程度，生物質物料反應迅速、徹底，反應過程無需載氣來攪動，大大降低了熱解蒸汽冷卻與載氣預熱耗能。反應筒以相反方向慢速旋轉，使炭灰、載體顆粒順利從內壁上滑落。利用反向同心旋轉式熱解反應器的上述優(yōu)勢，可對粒狀，甚至塊狀的生物質物料進行熱解。通過改變螺旋絞龍的旋轉速度，可有效調節(jié)生物質物料在反向同心旋轉式熱解反應器內的滯留時間，實現(xiàn)對熱解產物分布的定向調控。

2)反向同心旋轉式熱解反應器內的折流板結構，可極大的保留高溫廢煙氣的熱量，并且，通過控制高溫煙氣流量和氣體折流板數，實現(xiàn)反向同心旋轉式熱解反應器溫度的精確可控。

3)反向同心旋轉式熱解反應器內的載體具有強化多相流動、傳熱、清潔反應筒內壁的作用，可有效避免炭灰粘附在反應器內壁上，提高熱解轉化效率。此外，載體還可作為熱載體，通過熱載體直接加熱與高溫煙氣間接加熱相結合方式實現(xiàn)生物質快速熱解，高能量利用效率。作為熱載體時，循環(huán)流動使用，落下后提升重復利用。其中，反應筒內設置載體時，清潔反應筒內壁的清潔效率為95％以上，傳統(tǒng)的不加熱載體的清潔效率不足70％，會影響傳熱效率。

4)生物質熱解汽高效冷凝收集裝置采用循環(huán)生物油作為冷卻介質，采用氣液直接接觸的方式進行熱解蒸汽液化，熱解蒸汽直接進入冷的生物油中，有效進行汽液接觸，冷凝迅速有效。擴散式旋風管及絲網結構均可增加汽、液的接觸面積，使得熱解蒸汽冷凝充分，生物油收集效率提高10％以上。

5)生物油過濾器結構新穎，采用旋轉錐筒結合其表面的出油孔的結構形式，將輕質生物油采出，可根據出油孔大小調整輕質油的質量，并且使用清理裝置，有效地將附著的重油清理。

6)本發(fā)明對高溫煙氣的熱量充分利用，在對反向同心旋轉式熱解反應器加熱完畢后，利用余熱對物料進行干燥；另外，提升管燃燒器對載體進行加熱，將可燃的物質充分利用，具有很好的環(huán)保效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為反向同心旋轉式熱解反應器及固體分離器的結構示意圖；

圖3為生物質熱解汽高效冷凝收集裝置及生物油過濾器的結構示意圖；

圖4為擴散式旋風管的俯視結構示意圖。

其中，1-刮板輸送機，2-物料干燥機，3-儲料箱，4-生物質喂料器，5-反向同心旋轉式熱解反應器，501-煙氣出口，502-殼體，503-煙氣進口，504-折流板，505-反應筒開口，506-減速電機，507-鏈輪，508-螺旋絞龍，509-中心軸，510-窯爐軸承，511-密封環(huán)，512-調速電機，513-反應筒，6-固體分離器，7-調速電機，8-載體螺旋輸送器，9-熱解蒸汽出口，10-載體出口，11-旋風分離器，12-卸灰閥，13-炭灰收集箱，14-不銹鋼燒結過濾器，15-生物油過濾器，151-調速電機，152-外殼，153-旋轉錐筒，154-工作桿，155-清理刷，156-出油孔，157-橫桿，158-立桿，16-提升管燃燒器，17-油泵，18-換熱器，19-生物質熱解汽高效冷凝收集裝置，191-熱解氣進氣管，192-擴散式旋風管，193-過濾網，194-冷生物油進口，195-絲網，196-生物油出口，197-不凝氣出口，20-引風機，21-載體儲倉，22-流量控制閥，23-重油儲罐，24-輕質油儲罐。

具體實施方式

具體實施例

如圖1所示，一種新型雙旋轉式生物質熱解液化系統(tǒng)，包括刮板輸送機1及載體儲倉21。刮板輸送機1依次連接物料干燥機2、儲料箱3及生物質喂料器4后，與反向同心旋轉式熱解反應器5的反應筒開口505連接。載體儲倉21通過下部流量控制閥22與反應筒開口505連接。反向同心旋轉式熱解反應器5下部連接固體分離器6，固體分離器的熱解蒸汽出口9依次連接旋風分離器11、不銹鋼燒結過濾器14、引風機20后，與生物質熱解汽高效冷凝收集裝置19連接。生物質熱解汽高效冷凝收集裝置19底部連接生物油過濾器15，生物油過濾器15底部分別連接重油儲罐23及輕質油儲罐24。固體分離器的載體出口10連接提升管燃燒器16，提升管燃燒器16與載體儲倉21連接，熱載體循環(huán)使用。

所述載體選用石英砂。

其中，如圖1、圖2所示，所述反向同心旋轉式熱解反應器5包括殼體502，殼體502內設置錐形的反應筒513，錐形結構上端直徑大于下端直徑。反應筒開口505連接生物質喂料器4及載體儲倉21，反應筒513底部開口連接固體分離器6，反應筒與固體反應器之間設有密封環(huán)511。反應筒513內同心設置螺旋絞龍508，螺旋絞龍包括中心軸509及螺旋體，螺旋絞龍508的螺距從上至下逐漸減小。反應筒513過鏈條、鏈輪507結構與減速電機506連接，反應筒513與殼體502之間設有窯爐軸承510。螺旋絞龍508的中心軸509連接調速電機512。反應筒513與螺旋絞龍508旋轉方向相反，螺旋絞龍508轉速大于反應筒513轉速。

所述殼體502與反應筒513之間的空腔內設有多層煙氣折流板504，上部開口的折流板與下部開口的折流板依次交替設置，即形成一條曲折的煙氣通道。殼體下部設有煙氣進口503，殼體上部設有煙氣出口501，煙氣出口501連接物料干燥機2，煙氣來源于燃煤電站鍋爐和煉鐵煉鋼高爐所產生的高溫廢煙氣。

所述固體分離器6上部設有熱解蒸汽出口9，底部設有載體螺旋輸送器8以及載體出口10，載體螺旋輸送器8連接調速電機7。

如圖1、圖3所示，生物質熱解汽高效冷凝收集裝置19內設有冷的輕質生物油，生物質熱解汽高效冷凝收集裝置19下部設有熱解氣進氣管191，熱解氣進氣管191連接引風機20。熱解氣進氣管191連接四個擴散式旋風管192，擴散式旋風管192設置在生物質熱解汽高效冷凝收集裝置底部，如圖4所示，擴散式旋風管依次排列設置。擴散式旋風管192上部設有絲網195。生物質熱解汽高效冷凝收集裝置上部設置冷生物油進口194，冷生物油進口194通過換熱器18及油泵17與輕質油儲罐24連接。生物質熱解汽高效冷凝收集裝置頂部設有不凝氣出口197，不凝氣出口197處設有過濾網193，不凝氣出口197排出的不凝氣體通入提升管燃燒器16中處理。生物質熱解汽高效冷凝收集裝置底部設有生物油出口196。

生物油出口196連接生物油過濾器15，生物油過濾器包括外殼152，外殼152內設有旋轉錐筒153，旋轉錐筒153連接調速電機151，調速電機151通過鏈條鏈輪結構與旋轉錐筒153連接，帶動其轉動，旋轉錐筒與外殼之間設滾動軸承。旋轉錐筒153進口連接生物油出口196，旋轉錐筒153的圓周面上設有多個出油孔156，輕質的生物油由出油孔156甩出。旋轉錐筒153底部出口連接重油儲罐23，外殼152底部出口連接輕質油儲罐24。所述旋轉錐筒153內部設有清理裝置，清理裝置包括橫桿157、立桿158及工作桿154，橫桿157水平設置，立桿158與橫桿157垂直，橫桿157兩端分別連接工作桿154，橫桿及立桿用來支撐工作桿。工作桿154與旋轉錐筒153圓周表面平行，工作桿154上設有清理刷155。

所述旋風分離器11底部設有卸灰閥12，旋風分離器11底部連接炭灰收集箱13。