CN103627416B - 一种连续外热立式生物质热解碳化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连续外热立式生物质热解碳化装置，该装置包含进料系统、热解碳化反应器、生物炭出料系统、净化系统等部分。采用二级进料与二级出料结构，与原料自身重力共同作用，保证装置的密封，实现热解碳化反应的连续性；采用可调速的二级螺旋进料输送器与螺旋出料输送器，使得原料移动速度与反应滞留时间可以精确控制，保证生物炭的品质稳定可控；热解碳化反应器包含四段可独立控温的温区，根据热解反应每阶段所需温度不同，设定反应器自上而下依次升温，避免热解反应初始阶段不必要的高温，可有效节约能源。本发明整体结构简单，容易实现，主要产物为生物炭，产量高，品质稳定。

Description

一种连续外热立式生物质热解碳化装置

技术领域：

本发明涉及一种连续外热立式生物质热解碳化装置，特别是涉及一种以获得生物炭产物为主要目的并通过二级进料与二级出料结构实现密封的连续外热立式生物质热解碳化装置。

背景技术：

随着全世界人口的快速增长及经济技术的发展，人们对能源的需求急剧增加，化石燃料的使用所带来的气候变化等影响也引发了普遍担忧。为解决上述问题，近年来全球在可再生能源领域的兴趣不断增长。生物质被认为是当前世界上主要的补充化石燃料资源、改善生态环境的可再生清洁能源，是重要发展方向之一。在生物质资源各种清洁、转化、利用的技术中，生物质热解技术是一种十分重要的可再生能源利用方式。

生物质热解可获得焦油、热解气和生物质炭3种产物。生物炭，具有复杂的孔隙结构和良好的表面特性，多孔的高含碳结构使其对气体和液体具有强大的物理吸附能力，可以转化为活性炭和其他高附加值的化学品，可以广泛地应用于气体净化、污水处理等领域；可以施放到土壤中，既能增加土壤有机物，提高肥力，也能凭借其耐降解性质，提高碳在土壤里的封存时间；此外，生物炭还有一定的催化作用，可以用作化学工业和冶炼工业的催化剂。

目前实际应用的生物质热解技术多采用快速热解工艺，其主要产物为焦油与热解气。以生物炭产物为主要目的技术应用，大多采用间歇式热解工艺，缺点是生物炭产量较低，生产效率与经济效益均不高。采用连续式热解工艺的技术，往往存在装置结构复杂，密封困难，装置成本高等缺点。

专利201010212171.2，提出了一种竖行式移动床生物质连续热解装置。其特征在于：采用高温烟气冲刷移动床热解竖管排的方式强化外部热源对热解设备的传热效果；利用焦炭冷却释放的热量实现加热空气的预热；利用旋转进出料阀的调节，与物料自身重力实现热解过程的连续式生产。不足是装置结构复杂；高温烟气作为热源传输复杂，烟气所经各部分温度不稳定；物料移动的速度不宜控制，容易造成炭化不均，生物炭品质不稳定。

发明内容：

针对现有连续式热解工艺技术，存在的装置结构复杂，密封困难，装置成本高，生物炭品质不稳定的不足，本发明的目的是提供一种连续外热立式生物质热解碳化装置，以较为简单的结构，实现连续进料与生物炭连续出料；能精确控制原料移动速度，产品品质稳定，主要产物为生物炭，同时可得到焦油和热解气。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种连续外热立式生物质热解碳化装置，包含进料系统、热解碳化反应器、生物炭出料系统、净化系统等部分，其特征在于，进料系统包括一级螺旋进料输送器、缓冲进料箱、二级螺旋进料输送器，该缓冲进料箱上端连接一级进料阀，下端连接二级进料阀；生物炭出料系统包括出料冷却管、螺旋出料输送器、一级储炭箱、二级储炭箱、移动炭箱，该二级储炭箱上端连接一级出料阀，下端连接二级出料阀。

进一步地，该连续外热立式生物质热解碳化装置的净化系统包括旋风分离器、冷凝系统、罗茨风机、集灰箱、储油箱。

进一步地，该一级进料阀与该二级进料阀在装置运行过程中不可以同时开启；该一级出料阀与该二级出料阀在装置运行过程中不可以同时开启。

进一步地，该二级螺旋进料输送器与该螺旋出料输送器的转速可调；通过调整该螺旋进料输送器的转速控制装置的进料量，通过调整该螺旋出料输送器的转速控制装置的出料量。

进一步地该热解碳化反应器为立式管状，长度直径比介于10～14，包含四段加热温区，每段温区的温度可独立调控；该热解碳化反应器的供热方式可以是电加热式，也可以是自产气燃烧供热；该热解碳化反应器的下部开设出气口，该出气口向上倾斜，倾斜角度为30°～45°；该热解碳化反应器的下端为缩口结构。

进一步地，该缓冲进料箱内部设有搅拌装置。

进一步地，该出料冷却管与该热解碳化反应器、该螺旋出料输送器均为可拆卸连接，该出料冷却管的长度可根据需要更换调整。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.二级进料与二级出料结构保证了装置的密封性，反应器为立式管状，原料靠自重下落，实现了热解碳化反应的连续化。

2.二级螺旋进料输送器与螺旋出料输送器的转速可调，与原料自身的重力，共同保证了原料移动速度与反应滞留时间的精确控制，保证产品的品质稳定；且可根据实际需要，对生物炭的产量进行调节。

3.热解碳化反应器的下端为缩口结构，增加了生物炭的滞留时间，提高了生物炭的品质。

4.热解碳化反应器包含四段可独立控温的温区，根据热解反应每阶段所需温度不同，设定反应器自上而下依次升温，避免热解反应初始阶段不必要的高温，可有效节约能源。

5.热解碳化反应器的出气口斜向上，使生物炭尽量多的落入下方的储炭箱，减少净化系统的负荷。

6.装置整体结构简单，容易实现，制造成本较低。

附图说明：

图1为本发明连续外热立式生物质热解装置的结构示意图；

图2为管式反应器加热温区的结构示意图。

图中：1-一级螺旋进料输送器，2-一级进料阀，3-缓冲进料箱，4-二级进料阀，5-二级螺旋进料输送器，6-热解碳化反应器，7-出料冷却管，8-螺旋出料输送器，9-一级储炭箱，10-一级出料阀，11-二级储炭箱，12-二级出料阀，13-移动炭箱，14-出气口，15-旋风分离器，16-冷凝系统，17-罗茨风机，18-集灰箱，19-储油箱，20-加热温区。

具体实施方式：

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明提出的连续外热立式生物质热解装置，包含进料系统、热解碳化反应器6、生物炭出料系统、净化系统等部分。进料系统包括一级螺旋进料输送器1、缓冲进料箱3、二级螺旋进料输送器5，缓冲进料箱3上端连接一级进料阀2，下端连接二级进料阀4；生物炭出料系统包括出料冷却管7、螺旋出料输送器8、一级储炭箱9、二级储炭箱11、移动炭箱13，二级储炭箱11上端连接一级出料阀10，下端连接二级出料阀12。净化系统包括旋风分离器15、冷凝系统16、罗茨风机17、集灰箱18、储油箱19。

本发明中的一级进料阀2与二级进料阀4在装置运行过程中不可以同时开启，一级出料阀10与二级出料阀12在装置运行过程中不可以同时开启，以保证装置的密封性。

二级螺旋进料输送器5与螺旋出料输送器8的转速可调，与原料自身的重力，共同保证了原料移动速度与反应滞留时间的精确控制，保证产品的品质稳定。

如图2所示，本发明中的热解碳化反应器6为立式管状，长度直径比介于10～14，包含四段加热温区20，每段温区的温度可独立调控，设置四段温区的温度至上而下依次升温，可以有效节约能源。热解碳化反应器6的供热方式可以是电加热式，也可以是自产气燃烧供热。如图1所示，热解碳化反应器6的下部开设出气口14，该出气口14向上倾斜，倾斜角度为30°～45°；热解碳化反应器6的下端为缩口结构。

缓冲进料箱3内部设有搅拌装置，以防在缓冲进料箱内产生搭桥的现象。

出料冷却管7与热解碳化反应器6、螺旋出料输送器8均为可拆卸连接，出料冷却管的长度可根据需要更换调整。

如图1所示，本发明的具体操作步骤如下：

生物质原料由一级螺旋进料输送器1传送到缓冲进料箱3，此时关闭二级进料阀4，开启一级进料阀2。当缓冲进料箱3被装满后，关闭一级进料阀2，开启二级进料阀4。原料经过二级螺旋进料输送器5传送到热解碳化反应器6，此时螺旋出料输送器8不运行。当热解碳化反应器6基本被装满后，开始运行螺旋出料输送器8。调整二级螺旋进料输送器5和螺旋出料输送器8的电机转速，使得进料量与出料量基本相符，并且满足原料的反应滞留时间。此时，开启一级出料阀10，关闭二级出料阀12，反应生成的生物炭产物经由一级储炭箱9直接落入二级储炭箱11。当二级储炭箱11装满炭后，关闭一级出料阀10，开启二级出料阀12，移动炭箱13将炭产物移走。之后，关闭二级出料阀12，开启一级出料阀10。依次循环。

当缓冲进料箱3中的原料快使用完时，关闭二级进料阀4，开启一级进料阀2，通过一级螺旋进料输送器1快速将缓冲进料箱3装满，之后关闭一级进料阀2，开启二级进料阀4，同时二级螺旋进料输送器5的体积要保证其中的剩余原料能满足二级进料阀4关闭和开启间隙的反应量。依次循环。

反应生成的可冷凝和不可冷凝气体从热解碳化反应器6，经出气口14，依次通过旋风分离器15，冷凝系统16，罗茨风机17，再收集。油箱19将反应生成的液体产物收集。

进一步地，以下为应用本发明的具体实施例：

所用原料为粉碎后小麦秸秆，原料粒度为5-10mm，进料量为150kg/h，连续反应8h。采用热解碳化反应器的长度直径比为12，出气口向上倾斜角度为30°。设定反应器的四段温区的温度均为450℃，调整二级螺旋进料输送器与螺旋出料输送器的转速，使反应滞留时间分别为5、10、20、30min。经计算测定可知，生物炭产率随滞留时间的上升呈增长趋势，生物炭产率最高约35.2％，炭化均匀，有较大孔隙度与热值。设定反应器的四段温区的温度至上而下依次为150℃、250℃、350℃、450℃，结果表明，能源消耗量明显低于上述四段温区均为450℃的情况。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种连续外热立式生物质热解碳化装置，包含进料系统、热解碳化反应器(6)、生物炭出料系统、净化系统部分，其特征在于，进料系统包括一级螺旋进料输送器(1)、缓冲进料箱(3)、二级螺旋进料输送器(5)，该缓冲进料箱(3)上端连接一级进料阀(2)，下端连接二级进料阀(4)；生物炭出料系统包括出料冷却管(7)、螺旋出料输送器(8)、一级储炭箱(9)、二级储炭箱(11)、移动炭箱(13)，该二级储炭箱(11)上端连接一级出料阀(10)，下端连接二级出料阀(12)；净化系统包括旋风分离器(15)、冷凝系统(16)、罗茨风机(17)、集灰箱(18)、储油箱(19)；该二级螺旋进料输送器(5)与该螺旋出料输送器(8)的转速可调；该热解碳化反应器(6)为立式管状，长度直径比介于10～14，包含四段加热温区(20)，每段温区的温度可独立调控；该热解碳化反应器(6)的下部开设出气口(14)，该出气口(14)向上倾斜，倾斜角度为30°～45°；该热解碳化反应器(6)的下端为缩口结构；该缓冲进料箱(3)内部设有搅拌装置。

2.根据权利要求1所述的连续外热立式生物质热解碳化装置，其特征在于，该一级进料阀(2)与该二级进料阀(4)在装置运行过程中不可以同时开启；该一级出料阀(10)与该二级出料阀(12)在装置运行过程中不可以同时开启。

3.根据权利要求1所述的连续外热立式生物质热解碳化装置，其特征在于，该热解碳化反应器(6)的供热方式可以是电加热式，也可以是自产气燃烧供热。

4.根据权利要求1所述的连续外热立式生物质热解碳化装置，其特征在于，该出料冷却管(7)与该热解碳化反应器(6)、该螺旋出料输送器(8)均为可拆卸连接，该出料冷却管(7)的长度可根据需要更换调整。