專利名稱：生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含碳材料的熱解領(lǐng)域，是一種生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器，特別適用于薪柴、農(nóng)作物秸稈、水生植物等生物質(zhì)的熱解，亦可適用于煤、油頁巖及城市垃圾等固體燃料的熱解。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)能是人類利用最早的能源之一，具有分布廣、可再生、成本低等優(yōu)點(diǎn)。在全球能源消費(fèi)中生物質(zhì)約占15％，僅次于煤炭、石油和天然氣。
生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，它直接或間接地來源于植物的光合作用，在各種可再生能源中，生物質(zhì)是獨(dú)特的，它是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源。生物質(zhì)在自然界中的分布廣泛，在我國種植業(yè)發(fā)達(dá)，每年光合作用產(chǎn)生可用的生物質(zhì)能折合標(biāo)準(zhǔn)煤5.12億噸。這些原料大部分被直接燒掉，沒有很好利用，轉(zhuǎn)化效率僅在10％左右。如果將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體生物質(zhì)油則將大大提高了生物質(zhì)能的利用品質(zhì)，同時(shí)也提高了能量密度，且易儲存運(yùn)輸。
生物質(zhì)熱解液化是生物質(zhì)在完全缺氧或有限氧供給的情況下受熱后降解為液體產(chǎn)物以及一部分氣體產(chǎn)物和固體產(chǎn)物的過程。
生物質(zhì)熱解液化是在中溫(500～650℃)、高加熱速率(104～105℃/s)和極短氣體停留時(shí)間(小于2s)的條件下，將生物質(zhì)直接熱解，產(chǎn)物經(jīng)快速冷卻，可使中間液態(tài)產(chǎn)物分子在進(jìn)一步斷裂生成氣體前冷凝，從而得到高產(chǎn)量的生物質(zhì)液體油。生物質(zhì)熱解液化反應(yīng)產(chǎn)生的生物油可通過進(jìn)一步的分離和提取制成燃料油和化工原料；氣體視其熱值的高低，可單獨(dú)或與其他高熱值氣體混合作為工業(yè)或民用燃?xì)?；生物質(zhì)炭可用作活性劑等。
生物質(zhì)熱解液化系統(tǒng)一般包括原料破碎和干燥設(shè)備、進(jìn)料裝置、液化反應(yīng)器(熱解發(fā)生器)、氣固分離裝置、快速冷卻裝置和氣體輸送設(shè)備等，其中，液化反應(yīng)器是核心部分，它的運(yùn)行方式?jīng)Q定了液化技術(shù)的種類。目前，快速熱裂解法制備生物質(zhì)油所采用的液化反應(yīng)器主要有兩大類一類為有氣體載體，通常稱為流化床式反應(yīng)器，其特點(diǎn)是生物質(zhì)顆粒和熱載體主要依靠氣體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的曳力進(jìn)行碰撞和混合，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)量和熱量的交換，如流化床式、循環(huán)流化床式和噴動(dòng)流化床式；另一類為無氣體載體，通常稱為非流化床式反應(yīng)器，其特點(diǎn)是生物質(zhì)顆粒和加熱載體主要依靠自身的位移運(yùn)動(dòng)進(jìn)行碰撞和混合，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)量和熱量的交換，如旋轉(zhuǎn)錐式、真空移動(dòng)床式。
流化床式反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)主要不含運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)較為簡單，工作可靠性大，運(yùn)行壽命長等；但缺點(diǎn)是需要流化氣體的引入及在流化床內(nèi)保持一定量的固體熱載體。流化氣體通常為熱解生成的氣體或高溫?zé)煔獾囊徊糠?，而固體熱載體通常為沙子。流化氣體的引入一方面提高了系統(tǒng)運(yùn)行能耗，因?yàn)檫@部分外加氣體也要經(jīng)歷加熱和冷卻的工藝過程；另一方面，流化氣體的引入會(huì)稀釋熱解產(chǎn)生的不可冷凝氣體，使其熱值大為降低，應(yīng)用遇到一定的困難。流化床內(nèi)由于要求一定量的熱沙子作為固體熱載體，且在床內(nèi)要保持流化狀態(tài)，故對床內(nèi)的磨損嚴(yán)重。
非流化床式反應(yīng)器與流化床式反應(yīng)器正好相反，優(yōu)點(diǎn)是極少或不需要外加氣體，降低了系統(tǒng)的能耗和熱解成本，避免了可燃?xì)怏w的稀釋，但缺點(diǎn)是反應(yīng)器含有運(yùn)動(dòng)部件，對材料的和軸承的耐熱性、耐磨性、密封性等要求相當(dāng)高。旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)器，它由內(nèi)外兩個(gè)同心錐共同組成，內(nèi)錐不動(dòng)，外錐繞軸旋轉(zhuǎn)。外旋轉(zhuǎn)錐必須由一旋臂的外伸支撐作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而支撐外伸軸的軸承必須要能夠在高溫和高粉塵工況下長時(shí)間地工作，困難相當(dāng)大，此外，旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)器也需要沙子等惰性熱載體，而沙子要不停地在兩錐壁面之間做間歇運(yùn)動(dòng)，它對高溫壁面的磨損也相當(dāng)嚴(yán)重，因此，旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)器存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、使用壽命短等不足。
真空移動(dòng)床式反應(yīng)器是采用熔鹽混合物進(jìn)行加熱生物質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱解的，而熔鹽混合物的加熱需要熱解生成的不可冷凝氣體再附加的燃燒室燃燒放出的熱量。且由于采用移動(dòng)床不但摩擦磨損比較嚴(yán)重，密封也較為困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種既不需要?dú)怏w熱載體，也不需要固體熱載體，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，運(yùn)行連續(xù)，加熱均勻、熱解速度快、質(zhì)量好，清潔、環(huán)保，成本低，使用壽命長的生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器。
解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器，其特殊之處是，它包括支撐架11，在支撐架11上置有螺旋輸料器6，所述螺旋輸料器6的結(jié)構(gòu)是，具有殼體5，在殼體5上設(shè)有喂料斗3、排氣管7和出渣管9，在殼體5內(nèi)置有螺旋軸14；在所述螺旋輸料器6的殼體5上繞置電感線圈12。
所述電感線圈12為繞置于殼體5圓筒上的至少一層空芯管，空芯管的空芯為冷卻液流通道4。
所述出渣管9的下端口置于水封槽10內(nèi)。
所述螺旋輸料器6的螺旋軸14與電機(jī)1的減速器軸15連接。
在所述螺旋軸14的軸向上設(shè)有排氣槽口16。
本發(fā)明生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用了電磁感應(yīng)加熱螺旋輸料器送料方式，在加熱過程中，螺旋輸料器的螺旋軸在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使生物質(zhì)顆粒連續(xù)沿螺旋間隙翻滾位移，生物質(zhì)顆粒均有機(jī)會(huì)接觸螺旋輸料器而受熱，增強(qiáng)了生物質(zhì)顆粒的受熱均勻性，同時(shí)，熱解出的生物質(zhì)油氣很快得到擴(kuò)散，加快了熱解的速率，熱解質(zhì)量好；熱解生物質(zhì)的處理量可以容易地通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及電源功率來實(shí)現(xiàn)；不需要任何的氣體或固體熱載體就能夠?qū)崿F(xiàn)在缺氧的條件下使生物質(zhì)快速熱解。具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，運(yùn)行連續(xù)，加熱均勻、熱解速度快、質(zhì)量好，清潔、環(huán)保，成本低，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于薪柴、農(nóng)作物秸稈、水生植物等生物質(zhì)的熱解，亦可適用于煤、油頁巖及城市垃圾等固體燃料的熱解。


圖1為本發(fā)明的生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)剖視示意圖。
圖2為電感線圈12結(jié)構(gòu)放大示意圖。
圖3為圖2中A-A剖視示意圖。
圖4為螺旋軸14結(jié)構(gòu)立體放大示意圖。
圖中1電機(jī)、2軸承、3喂料斗、4冷卻液流通道、5殼體、6螺旋輸料器、7出氣管、8管座、9出渣管、10水封槽、11支撐架、12電感線圈、13軸承支座。14螺旋軸、15減速器軸、16排氣槽口、17保護(hù)層。
具體實(shí)施例方式
下面利用附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
參照圖1-4，生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器具有支撐架11，在支撐架11上置有螺旋輸料器6。所述螺旋輸料器6的結(jié)構(gòu)是，具有殼體5，在殼體5上設(shè)有喂料斗3、排氣管7和出渣管9，在殼體5內(nèi)置有螺旋軸14。螺旋輸料器6的殼體5與支撐架11固連。在所述螺旋輸料器6的殼體5上繞置電感線圈12。所述出渣管9的上端口處設(shè)有管座8，出渣管9的管座8與殼體5的支撐架11固連，出渣管9的下端口置于水封槽10內(nèi)。所述螺旋輸料器6的螺旋軸14與電機(jī)1的減速器軸15連接。電機(jī)1采用調(diào)速電機(jī)，調(diào)速電機(jī)和減速器為市售產(chǎn)品。螺旋軸14上設(shè)有軸承支座13，在軸承支座13內(nèi)置有與螺旋軸14相配合的軸承2，軸承支座13與支撐架11固連。在所述螺旋軸14的軸向上設(shè)有排氣槽口16。所述電感線圈12為繞置于殼體5圓筒上的至少一層空芯管，空芯管的空芯為冷卻液流通道4。在電感線圈12最外一層設(shè)有保護(hù)層17。電感線圈12與電源電路電連接。電源電路為現(xiàn)有技術(shù)，可采用可控硅電源或IGBT電源提供交變電流，在電感線圈12中產(chǎn)生交變磁場使螺旋輸料器6加熱到500～650℃，使在螺旋輸送器6中的20℃左右的常溫生物質(zhì)顆粒加熱到500～650℃，其功率大小可根據(jù)進(jìn)料量，進(jìn)料種類進(jìn)行連續(xù)調(diào)整。電感線圈12的空芯管內(nèi)設(shè)有冷卻液流通道4和電源電路等設(shè)備中通以冷卻水構(gòu)成冷卻循環(huán)回路，以保證電感線圈12、電源電路等設(shè)備工作在正常的溫度范圍內(nèi)。生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器還可連接有溫度自動(dòng)監(jiān)測閉環(huán)控制電路，自動(dòng)監(jiān)測螺旋輸料器6本身溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉電源電路并啟動(dòng)保護(hù)電路。螺旋輸料器6的殼體5采用強(qiáng)度較高的不導(dǎo)磁耐高溫爐襯或不導(dǎo)磁耐高溫陶瓷管。螺旋輸料器6的螺旋軸14選用Cr28Ni20MoW耐熱鋼、3YC52或Ni-Fe-Cr-Al基高溫合金等材料均可。
使用時(shí)，螺旋輸料器6的螺旋軸14在殼體5內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，將生物質(zhì)顆粒從殼體5的喂料斗3進(jìn)入殼體5內(nèi)，且連續(xù)沿螺旋間隙翻滾位移，生物質(zhì)顆粒均有機(jī)會(huì)接觸螺旋輸料器6，邊翻滾邊吸收螺旋輸料器6的熱量，溫度快速升高至500～650℃進(jìn)行熱解，熱解后的氣體由出氣管7引出，固體半焦由螺旋軸14推入出渣管9。熱解過程是在封閉的殼體5中進(jìn)行的，熱解產(chǎn)物半焦由出渣管9排出，進(jìn)入水封槽10內(nèi)冷卻，水封槽10在冷卻半焦的同時(shí)，也防止空氣進(jìn)入，熱解產(chǎn)物氣體由出氣管7引出。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器，其特征是，它包括支撐架(11)，在支撐架(11)上置有螺旋輸料器(6)，所述螺旋輸料器(6)的結(jié)構(gòu)是，具有殼體(5)，在殼體(5)上設(shè)有喂料斗(3)、排氣管(7)和出渣管(9)，在殼體(5)內(nèi)置有螺旋軸(14)；在所述螺旋輸料器(6)的殼體(5)上繞置電感線圈(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器，其特征是所述電感線圈(12)為繞置于殼體(5)圓筒上的至少一層空芯管，空芯管的空芯為冷卻液流通道(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器，其特征是所述出渣管(9)的下端口置于水封槽(10)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器，其特征是所述螺旋輸料器(6)的螺旋軸(14)與電機(jī)(1)的減速器軸(15)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器，其特征是在所述螺旋軸(14)的軸向上設(shè)有排氣槽口(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及含碳材料的熱解領(lǐng)域，是一種生物質(zhì)電磁感應(yīng)熱解液化反應(yīng)器，其特點(diǎn)是它包括在支撐架上設(shè)置的螺旋輸料器，螺旋輸料器由殼體，在殼體上設(shè)置的喂料斗、排氣管和出渣管，在殼體內(nèi)設(shè)置的螺旋軸組成；在殼體上繞置電感線圈；電感線圈為繞置于殼體圓筒上的至少一層空芯管，空芯管的空芯為冷卻液流通道；出渣管的下端口置于水封槽內(nèi)；螺旋軸與電機(jī)的減速器軸連接；在螺旋軸的軸向上設(shè)有排氣槽口。具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，運(yùn)行連續(xù)，加熱均勻、熱解速度快、質(zhì)量好，清潔、環(huán)保，成本低，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于薪柴、農(nóng)作物秸稈、水生植物等生物質(zhì)的熱解，亦可適用于煤、油頁巖及城市垃圾等固體燃料的熱解。
文檔編號C10G1/00GK101020833SQ20071005536
公開日2007年8月22日 申請日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日
發(fā)明者王擎 申請人:東北電力大學(xué)