一種導(dǎo)流旋風(fēng)式生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)熱裂解設(shè)備，特別是一種在以陶瓷球顆粒作為熱載體的熱裂解工藝中能夠增強(qiáng)傳熱效果、有效調(diào)節(jié)反應(yīng)時間、實(shí)現(xiàn)反應(yīng)分離一體化的導(dǎo)流旋風(fēng)式生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]生物質(zhì)熱裂解(又稱熱解或裂解)，通常是指在無氧或低氧環(huán)境下，生物質(zhì)被加熱升溫引起分子分解產(chǎn)生焦炭、可冷凝液體和氣體產(chǎn)物的過程。生物質(zhì)熱裂解是生物質(zhì)能的一種重要利用形式，是世界上生物質(zhì)能研究的前沿技術(shù)之一。對于解決我國能源短缺問題以及環(huán)境污染問題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]在生物質(zhì)熱裂解工藝中，熱解過程必須嚴(yán)格控制溫度、加熱速率、熱傳遞速率和停留時間，使生物質(zhì)在短時間內(nèi)快速熱解為蒸氣;對熱解蒸氣進(jìn)行快速和徹底地分離，避免炭和灰份催化產(chǎn)生二次反應(yīng)導(dǎo)致生物油的不穩(wěn)定，保證生物油的產(chǎn)率。
[0004]生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器是生物質(zhì)熱裂解工藝的關(guān)鍵設(shè)備。目前常用的生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器類型主要有固定床、流化床、旋轉(zhuǎn)錐、真空床等。隨著對生物質(zhì)熱裂解工藝研究的深入和生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)率要求的不斷提高，研究者們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有反應(yīng)器暴露的弊端日益明顯，主要包括熱載體與生物質(zhì)原料混合接觸效果差導(dǎo)致熱傳遞速率較低，停留時間無法準(zhǔn)確控制導(dǎo)致非理想二次反應(yīng)的發(fā)生以及熱解蒸汽無法與焦炭、灰分等快速分離從而影響生物油質(zhì)量和收率等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，提供一種能夠有效增強(qiáng)熱載體與生物質(zhì)粉的混合效果，保證快速熱裂解條件的短停留時間以及熱解產(chǎn)物與熱載體和灰分快速分離的導(dǎo)流旋風(fēng)式生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器。
[0006]本發(fā)明具體采用的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明所述的一種導(dǎo)流旋風(fēng)式生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器，包括筒體、導(dǎo)流錐、導(dǎo)向葉片、生物質(zhì)進(jìn)料管、熱載體進(jìn)料管、排塵錐和排氣管。其特征在于:所述導(dǎo)向葉片安裝在導(dǎo)流錐上，兩者共同安裝在筒體內(nèi)部，筒體分為上部接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)(和下部的反應(yīng)分離耦合區(qū)，以導(dǎo)向葉片為界，所述接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)上部安裝有多支生物質(zhì)進(jìn)料管和多支熱載體進(jìn)料管。
[0008]所述熱載體進(jìn)料管均勻安裝在接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)頂部圓周，所述生物質(zhì)進(jìn)料管安裝在接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)上部圓柱面，與熱載體進(jìn)料管數(shù)量相等，都采用圓周均勻布置方式，優(yōu)選的熱載體進(jìn)料管和生物質(zhì)進(jìn)料管的個數(shù)均為四個或六個。
[0009]所述生物質(zhì)進(jìn)料管插入接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)的上部圓柱段，且與圓柱面貫通，旋轉(zhuǎn)方向必須保證一致，所述生物質(zhì)進(jìn)料管中心軸線與水平方向夾角為0°?45°。所述熱載體進(jìn)料管插入接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)頂端，其軸線與豎直方向呈O?45°夾角。
[0010]生物質(zhì)原料熱載體在接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)錯流接觸，混合并迅速進(jìn)行熱量交換，開始傳質(zhì)傳熱過程。進(jìn)入反應(yīng)分離耦合區(qū)后原料和固體熱載體繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，且在導(dǎo)向葉片作用下熱解氣體產(chǎn)物與熱載體由于受到離心力不同而逐漸分離，實(shí)現(xiàn)邊反應(yīng)邊分離過程。
[0011]所述的筒體直徑為D，接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)長度C1= 2?5D，反應(yīng)分離耦合區(qū)長度C2 = 2?SC1。接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)內(nèi)原料和熱載體錯流接觸并開始反應(yīng)，反應(yīng)分離耦合區(qū)是進(jìn)行反應(yīng)和分離過程的主要空間。
[0012]所述的導(dǎo)向葉片安裝在筒體內(nèi)，所述的整流錐與筒體同軸，且導(dǎo)向葉片安裝在其中心位置。所述的導(dǎo)向葉片與筒體和導(dǎo)流錐之間均為無縫裝配。導(dǎo)向葉片的數(shù)量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，導(dǎo)向葉片具有一定的造旋作用，將各組分以軸向運(yùn)動為主的流動形式變?yōu)槁菪鲃?，增加了湍動?qiáng)度。導(dǎo)向葉片和導(dǎo)流錐在筒體內(nèi)位置的變動即為接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)長度和反應(yīng)分離耦合區(qū)長度的變動，可有效調(diào)節(jié)原料停留時間分布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同原料調(diào)整反應(yīng)時間，增強(qiáng)反應(yīng)效果的目的。
[0013]所述的排塵錐安裝在反應(yīng)分離耦合區(qū)下端，且向一側(cè)傾斜。所述的排氣管豎直安裝在反應(yīng)分離耦合區(qū)下端，一端插入反應(yīng)分離耦合區(qū)。
[0014]所述的排塵錐中心軸向與水平方向夾角為40°?75°。
[0015]所述的排氣管的錐角α = 15°?90°，排氣管的直徑d = 0.3?0.6D，排氣管插入筒體的深度h = 0.1?0.5C2。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017](I)本發(fā)明的生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器將熱裂解反應(yīng)過程與產(chǎn)物與熱載體的分離過程有效耦合在一起，節(jié)約材料、制造工藝、熱量補(bǔ)償?shù)雀鞣N經(jīng)濟(jì)成本，減小設(shè)備體積，并且減少了對場地的限制。
[0018](2)反應(yīng)器設(shè)有多個熱載體進(jìn)口和多個生物質(zhì)原料進(jìn)口，生物質(zhì)原料進(jìn)入反應(yīng)器后與熱載體錯流接觸，該入口結(jié)構(gòu)設(shè)計一是將原料與陶瓷球進(jìn)行預(yù)分布，避免反應(yīng)器內(nèi)存在局部流動滯止區(qū)影響混合傳熱效果，有利于生物質(zhì)原料和固體熱載體快速、均勻混合，二是形成了較弱的旋流場，使得各組分在經(jīng)過導(dǎo)流錐時能夠順利形成旋風(fēng)，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)與分離過程的同步進(jìn)行。
[0019](3)導(dǎo)流錐上導(dǎo)向葉片的造旋作用產(chǎn)生的離心力增強(qiáng)了反應(yīng)器內(nèi)的湍動強(qiáng)度，陶瓷球熱載體由于密度最大，在離心力作用下主要位于反應(yīng)器邊壁附近，熱裂解氣體產(chǎn)物密度最小，主要位于反應(yīng)器中心部位，隨著生物質(zhì)原料不斷發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解氣體體積不斷碰撞迫使未反應(yīng)的生物質(zhì)粉向邊壁移動，一方面阻止了熱解氣體產(chǎn)物溫度上升發(fā)生過裂解，另一方面增強(qiáng)了生物質(zhì)粉與熱載體的混合換熱效果，提高反應(yīng)收率;另外保證理想反應(yīng)產(chǎn)物一熱解氣與焦炭、灰分、熱載體及其他各種不揮發(fā)固相混合物的快速分離，且分離效率高，保證后續(xù)冷凝后的生物油質(zhì)量和收率。
[0020](4)在同一部生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器內(nèi)可根據(jù)不同生物質(zhì)原料屬性通過調(diào)節(jié)導(dǎo)流錐位置進(jìn)而調(diào)節(jié)物料停留時間，有效避免二次反應(yīng)的發(fā)生；
[0021](5)在反應(yīng)器下部分別設(shè)有排塵錐和排氣管，各組分流動方向一致，減少了多相之間的返混，同時設(shè)備能耗更低，節(jié)約了能源。
[0022](6)裝置結(jié)構(gòu)簡單，可長時間工作，可靠性較好。
【附圖說明】
[0023]圖1是該導(dǎo)流旋風(fēng)式生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器的剖視圖。
[0024]圖2是實(shí)施例1的局部剖視圖。
[0025]圖3是排塵錐和排氣管布置的局部視圖。
[0026]其中:1、排塵錐2、排氣管3、反應(yīng)分離耦合區(qū)4、筒體5、導(dǎo)向葉片6、導(dǎo)流錐7、接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)8、生物質(zhì)原料9、生物質(zhì)進(jìn)料管10、陶瓷熱載體11、熱載體進(jìn)料管
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0028]結(jié)合圖1、2、3，本發(fā)明的一種導(dǎo)流旋風(fēng)式生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)器，包括筒體(4)、導(dǎo)流錐(6)、導(dǎo)向葉片(5)、生物質(zhì)進(jìn)料管(9)、熱載體進(jìn)料管(11)、排塵錐(I)和排氣管(2)。
[0029]所述熱載體進(jìn)料管(11)均勻安裝在接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)(7)頂部圓周，其軸線與豎直方向呈O?45°夾角，所述生物質(zhì)進(jìn)料管(9)安裝在接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)(7)上部圓柱面，插入接觸預(yù)反應(yīng)區(qū)(7)的上部圓柱段，且與圓柱面貫通，旋轉(zhuǎn)方向必須保證一致，生物質(zhì)進(jìn)料管(9)中心軸線與水平方向夾角為0°?45°。生物質(zhì)進(jìn)料管(9)與熱