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生物質快速熱解的系統和方法_3

文檔序號:8959048閱讀:來源:國知局
本發明的實施例,反應器本體10上具有生物質入口 101、布料氣入口 102、多 個熱解氣出口 103和半焦出口 104。
[0091] 根據本發明的實施例,生物質入口 101位于分散區12且位于布料器16的上方,且 適于將生物質供給至反應空間11中并經布料器后均勻分散在熱解區中。具體的,生物質入 口 101可以位于分散區12的側壁上。
[0092] 根據本發明的實施例,布料氣入口 102位于分散區12內部且與布料器16相連通, 且適于向布料器16中供給布料氣(氮氣等),以便將布料器16中的生物質吹出進入分散 區12,從而使得生物質在熱解區中均勻分布,進而進一步提高生物質的快速熱解效率。具 體的,布料氣入口 102可以位于分散區12的側壁上。
[0093] 根據本發明的實施例,多層蓄熱式輻射管15在熱解區13中沿反應器本體10高度 方向間隔分布,并且每層蓄熱式輻射管包括多個沿水平方向間隔分布的蓄熱式輻射管,根 據本發明的具體實施例,每層蓄熱式輻射管包括多個平行并且均勻分布的蓄熱式輻射管且 每個蓄熱式輻射管與相鄰上下兩層蓄熱式輻射管中的每一個蓄熱式輻射管平行并且沿反 應器本體高度方向錯開分布。根據本發明的具體示例,蓄熱式輻射管的管徑可以為100~ 500_。由此,可以顯著提高生物質的快速熱解效率,進而提高生物油的產率。
[0094] 根據本發明的具體實施例,相鄰蓄熱式輻射管外壁間的水平距離和豎直距離分別 獨立地為100~500mm。需要解釋的是,相鄰蓄熱式輻射管外壁間的水平距離可以理解為在 同層上蓄熱式輻射管外壁間的距離,而相鄰蓄熱式輻射管外壁間的豎直距離可以理解為相 鄰上下兩層間的相鄰蓄熱式輻射管外壁間的距離。
[0095] 根據本發明的具體實施例,多層蓄熱式輻射管的層數可以為4-30層。發明人發 現,該種結構布置可以使得熱解區中溫度場分布均勻,從而可以顯著提高生物質的快速熱 解效率,進而提高生物油的產率。
[0096] 根據本發明的實施例,蓄熱式輻射管可以為蓄熱式燃氣輻射管,即通過在輻射管 管體中燃燒燃氣以熱輻射的方式進行供熱。根據本發明的具體實施例,蓄熱式輻射管上可 以設置有燃氣調節閥(未示出)。由此,可以通過調整燃氣調節閥調節通入蓄熱式輻射管的 燃氣的流量來等實現對熱解過程的精確控溫,從而可以顯著提高生物質的快速熱解效率, 進而提尚生物油的廣率。
[0097] 具體的,可以通過調整通入蓄熱式輻射管的燃氣的流量等實現對熱解過程的精確 控溫,并采用快速切換閥,使得單個輻射管的溫度場相差不大于30°C,從而保證反應空間中 溫度場的均勻性。
[0098] 根據本發明的實施例,熱解區自上而下形成預熱段、快速熱解段和完全熱解段, 預熱段的蓄熱式輻射管溫度為550~900°C,快速熱解段的蓄熱式輻射管溫度為500~ 800°C,完全熱解段的蓄熱式輻射管溫度為500~800°C。由此,可以進一步提高生物質的熱 解效率。
[0099] 根據本發明的實施例,布料器16可以位于分散區12內部,且適于采用氮氣等惰性 氣體將布料器16中的生物質吹出進入分散區,均勻地落入熱解區,從而使其均勻散落在熱 解區中。由此,較傳統快速熱解工藝相比,本發明通過采用布料器可以省去轉動(攪拌)單 元,進而顯著降低裝置的故障率。需要說明的是,本文中的"布料器"可以為現有技術中采 用氣體將生物質吹散的任意裝置。具體的,布料器16可以位于分散區12的側壁上。
[0100] 根據本發明的實施例,多個熱解氣出口 103可以分別設置在分散區12和/或熱解 區13。根據本發明的具體實施例,多個熱解氣出口 103可以分別設置在分散區12的頂端 和/或熱解區13的側壁上。發明人發現,通過采用頂端出氣和/或側壁出氣結合的方式, 可以使得熱解氣中的半焦被沉降分離,從而顯著降低熱解氣的含塵率。從工藝設計的角度, 從熱解區的側壁出氣的方式是優選的。
[0101] 根據本發明的實施例,半焦出口 104可以設置在出料區14,且適于將熱解生成的 半焦排出出料區。具體的,半焦出口 104可以設置在出料區14的底端。
[0102] 根據本發明的實施例,分散區12的內壁面可以呈球面型或錐形。由此,可以使得 經布料器打散的生物質經分散區后均勻灑落在熱解區,從而進一步提高生物質的熱解效 率。
[0103] 根據本發明的實施例,出料區14可以呈倒錐形。由此,可以使得熱解生成的半焦 順利排出出料區。
[0104] 根據本發明的實施例,反應器本體10的高度可以為2~20m。由此,可以實現對生 物質的完全熱解。
[0105] 根據本發明的實施例,快速熱解反應器適于采用蓄熱式輻射管對生物質進行快速 熱解處理,以便得到半焦和熱解氣。根據本發明的一個實施例,生物質的粒度并不受特別限 制,本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇,根據本發明的具體實施例,生物質的粒度 可以不高于3mm。由此,可以提高生物質的熱解效率。根據本發明的另一個實施例,生物質 可以為選自秸桿、鋸末和稻殼中的額至少一種。根據本發明的再一個實施例,生物質的快速 熱解時間為1~10秒。由此,可以有效降低熱解產物的二次熱解反應和交聯反應程度,降 低熱解過程中燃氣和半焦的產量,從而顯著提高生物油的產率。
[0106] 冷渣機200 :根據本發明的實施例,冷渣機200與半焦出口 104相連,且適于對半 焦進行冷卻處理,從而可以得到冷卻的半焦。具體的,從半焦出口得到的半焦溫度為500~ 600°C,經過冷渣機得到的冷卻的半焦溫度低于50°C。
[0107] 噴淋塔300 :根據本發明的實施例,噴淋塔300與熱解氣出口 103相連,且適于采 用冷卻液對熱解氣進行噴淋處理,從而可以得到生物油和燃氣。根據本發明的一個實施例, 噴淋塔300內限定出噴淋空間30,噴淋空間30設置有除渣板31和內旋風單元32,噴淋塔 300上具有冷卻液入口 301、熱解氣入口 302、出渣口 303、出油口 304和燃氣出口 305,出渣 口 303處設置有清渣孔33,出油口 304處設置有擋渣板34。根據本發明的再一個實施例, 冷卻液入口 301和純凈的熱解氣入口 302分別獨立的設置在噴淋塔300的上端,除渣板31 傾斜設置在噴淋空間30中的上部,出渣口 303設置在位于除渣板31最低點上方的噴淋塔 300側壁上,內旋風單元32設置在噴淋空間30的中部,出油口 304設置在噴淋塔300下方 的側壁上。根據本發明的又一個實施例,冷卻液的具體類型并不受特別限制,本領域技術人 員可以根據實際需要進行選擇,根據本發明的具體實施例,冷卻液可以采用生物油。根據 本發明的再一個實施例,熱解氣在噴淋塔中在1~2秒內從450~480攝氏度降至50攝氏 度以下。由此,可以進一步提高燃氣和生物油的分離效率。具體的,熱解氣經熱解氣入口進 入噴淋空間中在冷卻液的作用下進行冷卻處理,熱解氣中的油蒸汽被冷卻為生物油,生物 油經過除渣板進行除渣后再經擋渣板后從出油口排出,從而可以有效避免焦渣結渣對噴淋 系統的影響,而分離得到的燃氣經內旋風單元收集后從燃氣出口排出,同時將除渣板的焦 渣及時從出渣口排出。具體的,也可以在將熱解氣供給至噴淋塔進行噴淋處理之前,預先采 用旋風分離器對熱解氣進行氣固分離處理,從而可以有效除去熱解氣中夾帶的半焦顆粒, 進而可以顯著降低生物油的含塵率。
[0108] 根據本發明實施例的生物質快速熱解的系統通過使用多層蓄熱式輻射管為熱解 過程提供熱源,可以通過調整通入蓄熱式輻射管的燃氣的流量來實現對熱解過程的精確控 溫,并且蓄熱式輻射管通過兩端的快速換向和蓄熱式燃燒,保證了溫度場的均勻性,從而可 以顯著提高生物質的快速熱解效率,進而提高生物油的產率,同時較傳統的使用氣體熱載 體或固體熱載體作為熱解熱源的熱解反應裝置相比,本發明的快速熱解的系統不需要設置 預熱單元和載體分離單元,從而可以極大簡化快速熱解反應工藝流程,進而顯著降低裝置 的故障率且所得生物油中含塵率較低,另外本發明通過使用布料器,可以使得生物質在熱 解區中均勻分散,并且又能防止生物質對輻射管的磨損,進而顯著提高裝置的運行穩定性。
[0109] 參考圖3,根據本發明實施例的生物質快速熱解的系統進一步包括:
[0110] 生物質料斗400 :根據本發明的實施例,生物質料斗400適于存儲生物質。需要說 明的是,本文中的"生物質料斗"可以為現有技術中存在的可以用于儲存生物質的任何裝 置。
[0111] 烘干提升管500 :根據本發明的實施例,烘干提升管500分別與快速熱解反應器 100和生物質料斗400相連,且適于在將生物質進行快速熱解反應之前,采用熱煙氣對生物 質進行干燥和提升,從而可以得到含有降溫煙氣和干燥生物質的混合物。根據本發明的一 個實施例,熱煙氣的溫度并不受特別限制,本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇,根 據本發明的具體實施例,熱煙氣的溫度可以為200~250Γ。由此,不僅可以充分利用煙氣 的余熱,使得系統能耗顯著降低,而且可以有效避免生物質溫度過高帶來的著火安全隱患。 具體的,本領域技術人員也可以采用旋風分離器對含有降溫煙氣和干燥生物質的混合物進 行氣固分離,并將所得的干燥生物質儲存至干燥生物質料斗中,然后通過干燥生物質料斗 向快速熱解反應器中供給干燥生物質進行快速熱解反應,同時將所得的降溫煙氣進行凈化 處理后再進行排放。
[0112] 第一風機600 :根據本發明的實施例,第一風機600分別與蓄熱式福射管15和烘 干提升管500相連,且適于將蓄熱式輻射管得到的高溫煙氣供給至烘干提升管作為熱煙氣 使用。由此,可以充分利用煙氣的余熱,從而進一步降低生產成本。
[0113] 參考圖4,根據本發明實施例的生物質快速熱解的系統進一步包括:
[0114] 換熱器700 :根據本發明的實施例,換熱器700與噴淋塔300相連,且適于對生物 油進行冷卻處理,從而可以得到冷卻的生物油。具體的,經過換熱后得到的冷卻的生物油的 溫度低于40°C。
[0115] 油栗800 :根據本發明的實施例,油栗800分別與換熱器700和噴淋塔300相連, 且適于將冷卻的生物油供給至噴淋塔300作為冷卻液使用。由此,通過使用系統內部分離 出的生物油作為冷卻液使用,可以省去額外的冷卻液補給裝置,從而節省設備成本的投資。
[0116] 水封裝置900 :根據本發明的實施例,水封裝置900與噴淋塔300相連,且適于根
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