本发明专利技术涉及生物质热解装置及其工艺。该装置包括加料系统、螺旋热解反应器及产品收集系统，在反应器园筒体两端盖的中孔内安装有与变频电机连通、并设置有螺旋推进器的转动轴；筒体侧壁上设有生物质进料管和热解产品出口管，其出口管垂直通入焦碳收集罐中，该收集罐通过侧壁上的出气管依次和冷凝器、生物油收集罐、尾气排放管连通。其工艺过程是先启动外加热系统，使反应器内温度为５００－５５０℃；将生物质颗粒原料通过进口管送进反应器，同时启动变频电机，并根据设定的停留时间ｔ、螺旋推进装置的轴向长度Ｌ和螺距ｌ，确定变频电机的转速ｎ；再启动热解产品收集系统。本发明专利技术能精确控制热解时间，分区控制热解温度，使得到的生物油成分可控，易于提取化学品。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物质的热解装置及热解工艺。
技术介绍
目前，世界各国尤其是发达国家，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障，都 在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以保护本国的矿物能源资源。生物质热解 是指生物质在没有氧化剂(空气、氧气、水蒸气等)存在或只提供有限氧的条件下，加热到 逾50(TC，通过热化学反应将生物质大分子物质(木质素、纤维素和半纤维素)分解成较小分子的燃料物质(固态炭、可燃气、生物油)的热化学转化技术方法。生物质热解的燃料能 源转化率可达95. 5 % ，最大限度的将生物质能量转化为能源产品，物尽其用，而热解也是燃 烧和气化必不可少的初始阶段 从化学反应的角度对其进行分析，生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反 应，包括分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。木材、林业废弃物和农作物废弃物等的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。热重分析结果表明，纤维素在52t:时开始热解，随 着温度的升高，热解反应速度加快，到350 37(TC时，分解为低分子产物。根据热解过程 的温度变化和生成产物的情况等，可以分为干燥阶段、预热解阶段、固体分解阶段和煅烧阶 段。干燥阶段(温度为120 150°C )，生物质中的水分进行蒸发，物料的化学组成几乎不 变。预热解阶段(温度为150 275°C )，物料的热反应比较明显，化学组成开始变化，生物 质中的不稳定成分如半纤维素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。上述两个阶 段均为吸热反应阶段。固体分解阶段(温度为275 475tO，热解的主要阶段，物料发生 了各种复杂的物理、化学反应，产生大量的分解产物。生成的液体产物中含有醋酸、木焦油 和甲醇(冷却时析出来)；气体产物中有C02、C0、CH4、H2等，可燃成分含量增加。这个阶段 要放出大量的热。煅烧阶段(温度为450 50(TC)，生物质依靠外部供给的热量进行木炭 的燃烧，使木炭中的挥发物质减少，固定碳含量增加，为放热阶段。实际上，上述四个阶段的 界限难以明确划分，各阶段的反应过程会相互交叉进行。 从对生物质的加热速率和完成反应所用时间的角度来看，生物质热解工艺基本上 可以分为两种类型一种是慢速热解，一种是快速热解。在快速热解中，当完成反应时间甚 短(<0.5s)时，又称为闪速热解。根据工艺操作条件，生物质热解工艺又可分为慢速、快 速和反应性热解三种。在慢速热解工艺中又可以分为炭化和常规热解。 慢速热解(又称干馏工艺、传统热解)工艺具有几千年的历史，是一种以生成木炭 为目的的炭化过程，低温干馏的加热温度为500 580°C ，中温干馏温度为660 750°C ，高 温干馏的温度为900 1 IO(TC 。将木材放在窑内，在隔绝空气的情况下加热，可以得到占原 料质量30% 35%的木炭产量。 快速热解是将磨细的生物质原料放在快速热解装置中，严格控制加热速率( 一般 大致为10 20(TC/s)和反应温度(控制在50(TC左右)，生物质原料在缺氧的情况下，被 快速加热到较高温度，从而引发大分子的分解，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少3量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，成为生物油或焦油，其比例一般可 达原料质量的40 % 60 % 。 与慢速热解相比，快速热解的传热反应过程发生在极短的时间内，强烈的热效应 直接产生热解产物，再迅速淬冷，通常在0. 5s内急冷至35(TC以下，最大限度地增加了液态 产物(油)。 总的来讲，影响热解的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列 复杂的一次反应和二次反应；物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特 性等。具体的操作条件表现为温度、物料特性、催化剂、滞留时间、压力和升温速率。 在生物质热解过程中，温度是一个很重要的影响因素，它对热解产物分布、组分、 产率和热解气热值都有很大的影响。生物质热解最终产物中气、油、炭各占比例的多少，随 反应温度的高低和加热速度的快慢有很大差异。 一般地说，低温、长期滞留的慢速热解主 要用于最大限度地增加炭的产量，其质量产率和能量产率分别达到30%和50% (质量分 数)。温度小于600°C的常规热解时，采用中等反应速率，生物油、不可凝气体和炭的产率基 本相等；闪速热解温度在500 65(TC范围内，主要用来增加生物油的产量，生物油产率可 达80% (质量分数)；同样的闪速热解，若温度高于70(TC，在非常高的反应速率和极短的 气相滞留期下，主要用于生产气体产物，其产率可达80% (质量分数)。当升温速率极快时， 半纤维素和纤维素几乎不生成炭。 滞留时间在生物质热解反应中有固相滞留时间和气相滞留时间之分。固相滞留时 间越短，热解的固态产物所占的比例就越小，总的产物量越大，热解越完全。在给定的温度 和升温速率的条件下，固相滞留时间越短，反应的转化产物中的固相产物就越少，气相产物 的量就越大。气相滞留期时间一般并不影响生物质的一次裂解反应过程，而只影响到液态 产物中的生物油发生的二次裂解反应的进程。当生物质热解产物中的一次产物进入围绕生 物质颗粒的气相中，生物油就会发生进一步的裂化反应，在炽热的反应器中，气相滞留时间 越长，生物油的二次裂解发生的就越严重，二次裂解反应增多，放出H2、 CH4、 CO等，导致液 态产物迅速减少，气体产物增加。所以，为获得最大生物油产量，应縮短气相滞留期，使挥发 产物迅速离开反应器，减少焦油二次裂解的时间。 现有技术中常规热解方法是将生物质原料放在现有的热解装置中，例如流化床热 解。这种热解通常是在低于60(TC的中等温度及中等反应速率(0. 1 rc /s)条件下，经过 几个小时的热解，得到占原料质量的20% 25%的生物质炭及30% 40%的生物油。在 流化床反应器中，生物质颗粒加热到合适温度后其固体颗粒在氮气的带动下呈流化状态， 生物质在1-3秒的停留时间内完成热解过程，然后被裂解的各种有机物和焦碳进入旋风分 离器，焦碳分离后收集回用，气体则进入冷凝器，冷凝后即得到成分复杂的生物油。由于热 解过程中生物质颗粒在流化床反应器内的停留时间无法准确控制，热解温度也难以控制， 因此得到的热解产品成分复杂，无法实现热解产品即生物油成分的可控，不容易精炼提取 化学品。也就是说现有热解技术得到的生物油成分和浓度是随机的。因此其得到的生物油 只能作为低品位的燃料，附加值比较低，这限制了热解技术的推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种能准确控制生物质颗粒热解时间和热解温度的螺旋热解装置及其热解工艺，从而有效控制生物油成分和浓度，使生物质热解技术能进一步得 到推广。 本专利技术的生物质螺旋热解装置，由加料系统、热解反应器以及热解产品收集系统构成，该热解反应器带有外加热系统和保温系统，其特征在于，所述热解反应器是螺旋热解反应器，它包括一个两端由盖体密封的园形筒体，通过两盖体的中孔支撑安装有一能相对于园形筒体转动的转动轴，在筒体腔内的转动轴上设有作为螺旋推进器的螺旋叶片，该螺旋叶片顶端与园形筒体内壁面间隙配合，转动轴在园形筒体外的伸出端连接有变频电机；在园形筒体侧壁上分别设有生物质进料管和热解产品的出口管，其进料管与进料仓连通，其出口管垂直通入到热解产品收集系统的焦本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物质螺旋热解装置，由加料系统、热解反应器以及热解产品收集系统构成，该热解反应器带有外加热系统和保温系统，其特征在于，所述热解反应器是螺旋热解反应器，它包括一个两端由盖体密封的园形筒体，通过两盖体的中孔支撑安装有一能相对于园形筒体转动的转动轴，在筒体腔内的转动轴上设有作为螺旋推进器的螺旋叶片，该螺旋叶片顶端与园形筒体内壁面间隙配合，转动轴在园形筒体外的伸出端连接有变频电机；在园形筒体侧壁上分别设有生物质进料管和热解产品的出口管，其进料管与进料仓连通，其出口管垂直通入到热解产品收集系统的焦碳收集罐中，在焦碳收集罐侧壁上设有一出气管道，该出气管道依次和冷凝器、生物油收集罐、尾气排放管连通。
【技术特征摘要】
一种生物质螺旋热解装置，由加料系统、热解反应器以及热解产品收集系统构成，该热解反应器带有外加热系统和保温系统，其特征在于，所述热解反应器是螺旋热解反应器，它包括一个两端由盖体密封的园形筒体，通过两盖体的中孔支撑安装有一能相对于园形筒体转动的转动轴，在筒体腔内的转动轴上设有作为螺旋推进器的螺旋叶片，该螺旋叶片顶端与园形筒体内壁面间隙配合，转动轴在园形筒体外的伸出端连接有变频电机；在园形筒体侧壁上分别设有生物质进料管和热解产品的出口管，其进料管与进料仓连通，其出口管垂直通入到热解产品收集系统的焦碳收集罐中，在焦碳收集罐侧壁上设有一出气管道，该出气管道依次和冷凝器、生物油收集罐、尾气排放管连通。2. 如权利要求1的生物质螺旋热解装置，其特征在于，所述外加热系统是整体的或者 是分离的可调功率的电加热板，每块电加热板设有测温的热电偶。3. 如权利要求l的生物质螺旋热解装置，其特征在于，所述安装在转动轴上的螺旋推 进器的螺距1满足公式^ = ^ '其中，L为螺旋推进器的轴向长度，t为设定的生物质在螺 旋反应器内的停留时间，n为转动轴的转动速度。4. 如权利要求l的生物质螺旋热解装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：江鸿，郭庆祥，俞汉青，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。