專利名稱：內(nèi)燃加熱旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱解液化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱解液化裝置，更具體地說(shuō)是以生物質(zhì)為原料的熱解液化裝置。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)主要包括林業(yè)物質(zhì)、農(nóng)業(yè)廢棄物、城市垃圾和畜禽糞便等。生物質(zhì)是一種可再生 能源，儲(chǔ)量豐富，作為替代能源利用，可實(shí)現(xiàn)C02零排放，且其中S、 N含量低，可大大減輕 溫室效應(yīng)和環(huán)境污染。生物質(zhì)熱解液化是指在無(wú)氧狀態(tài)下，生物質(zhì)在中溫、高加熱速率和極 短氣體停留時(shí)間的條件下，將生物質(zhì)直接熱解，產(chǎn)物經(jīng)快速冷卻，得到高產(chǎn)量的液體燃料， 即生物油。
目前，生物質(zhì)熱解液化裝置研究重點(diǎn)是如何更好的使生物質(zhì)顆粒實(shí)現(xiàn)高效的傳熱和實(shí)現(xiàn) 自熱式的熱解液化。實(shí)現(xiàn)的方法有四種。 一是直接將熱解副產(chǎn)物即焦炭和熱解氣燃燒得到的
高溫?zé)煔馑腿敕磻?yīng)器供熱。這一方法所存在的問(wèn)題是兩種副產(chǎn)物燃燒都會(huì)產(chǎn)生水蒸氣，水 蒸氣會(huì)最終隨著熱解氣被冷凝到生物油中，從而對(duì)生物油的品質(zhì)產(chǎn)生較大影響；燃燒尾氣中 一般都會(huì)有殘留的氧氣，氧氣的存在會(huì)改變生物質(zhì)的熱解途徑從而大大降低生物油的產(chǎn)率； 并且燃燒生成的氣體也會(huì)經(jīng)歷加熱和冷卻的工藝過(guò)程，此外，這些氣體還稀釋了熱解產(chǎn)生的 不可冷凝氣體，使其熱值大為降低，為其應(yīng)用帶來(lái)困難。二是利用熱解副產(chǎn)物加熱流化載體 來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。但是，大量流化載氣將稀釋熱解氣，給熱解氣的冷凝收集帶來(lái)很大的負(fù) 面影響，而且流化載氣的加熱和冷凝過(guò)程能量損失嚴(yán)重，其用量也會(huì)受到副產(chǎn)物燃燒加熱能 力的限制。三是利用熱解副產(chǎn)物加熱載體沙子來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。技術(shù)難點(diǎn)在于對(duì)沙子的循 環(huán)和溫度的控制。此外，由于沙子的循環(huán)量一般都很大，其循環(huán)過(guò)程的能量消耗以及高溫沙 子引起的磨損都是必須考慮的問(wèn)題。四是利用副產(chǎn)物燃燒的高溫?zé)煔庠谔刂频姆磻?yīng)器，如流 化床的外壁空氣夾層中流過(guò)，為熱解反應(yīng)補(bǔ)充提供所需熱量，該方法可避免煙氣對(duì)熱解產(chǎn)物-的影響，但為生物質(zhì)熱解傳遞的熱量有限，熱效率低。
目前，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)熱解液化所用的反應(yīng)器主要是流化床反應(yīng)器，其優(yōu)點(diǎn)是傳熱速度高、 顆粒停留時(shí)間短，有利于提高生物質(zhì)熱解產(chǎn)生液體燃料的效率，其嚴(yán)重的缺陷是對(duì)進(jìn)料粒徑 要求嚴(yán)格，要進(jìn)行精細(xì)的加工，這使生物質(zhì)熱解前的物料預(yù)處理復(fù)雜，增加了成本。
上述生物質(zhì)熱解液化過(guò)程中存在的缺陷，在很大程度上影響了生物質(zhì)熱解液化之生物質(zhì) 油的成本，制約了現(xiàn)有生物質(zhì)熱解液化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種內(nèi)燃加熱旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱
3解液化裝置，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)自熱式熱解液化，提高熱解副產(chǎn)物的利用率，降低生物質(zhì)液化的總 成本；本發(fā)明不使用流化載氣，以期避免流化載氣對(duì)熱解氣冷凝收集的影響，以及對(duì)生物油 熱值、安定性和熱解氣熱值的影響，減少能量損失；本發(fā)明不使用加熱載體沙子，以期避免 沙子的循環(huán)和溫度的控制的技術(shù)難點(diǎn)，減少了能量損耗以及避免了高溫沙子對(duì)熱解反應(yīng)器的 磨損。
本發(fā)明內(nèi)燃加熱旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱解液化裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)置兩個(gè) 同心錐，外錐是繞軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)錐，內(nèi)錐是固定不動(dòng)的固定錐；料筒分段設(shè)置為上段料筒和 下段料筒，旋轉(zhuǎn)錐的上部與下段料筒連接，上段料筒是與螺旋加料機(jī)構(gòu)相連通；固定錐的上 部與煙氣管道相連通；固定錐的底部端面為封閉，其下部與燃燒管道切向連接；在反應(yīng)器內(nèi) 設(shè)置多孔濾管，多孔濾管另一端引出反應(yīng)器，并與處在反應(yīng)器外部的旋風(fēng)除塵器連通，所述 旋風(fēng)除塵器的底部輸出端接集炭箱，其頂部氣體出口經(jīng)熱解氣管道接冷凝器；冷凝器的循環(huán) 冷凝管道上依次連接有泵和熱交換器；在冷凝器上分別設(shè)置有出油口和出氣口，出油口通過(guò) 輸油管道及出油口閥與集油箱連通，出氣口接有引風(fēng)機(jī)；引風(fēng)機(jī)的輸出口經(jīng)熱解氣回流管道 接入熱解氣燃燒器。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于
所述反應(yīng)器為矩形或?yàn)閳A筒體，其底部為錐形體，排灰口為其錐形體的底口。 所述旋轉(zhuǎn)錐的內(nèi)表面和固定錐的外表面設(shè)置為凹凸不平的表面，并且將旋轉(zhuǎn)錐設(shè)置為多 孔狀。
所述上段料筒是由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的可轉(zhuǎn)動(dòng)件。
在所述上段料筒與下段料筒之間采用螺紋連接，并以鎖緊螺釘緊固。 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在
1、 本發(fā)明以固定錐的內(nèi)腔為燃燒加熱室，通過(guò)熱解副產(chǎn)物不凝熱解氣在固定錐燃燒加 熱室內(nèi)燃燒為生物質(zhì)液化間接加熱，實(shí)現(xiàn)燃燒煙氣與進(jìn)料的逆向運(yùn)動(dòng)，物料與煙氣有很好的 換熱，'充分利用煙氣的熱能；
2、 本發(fā)明采用固定錐下部與燃燒管道切向連接，使燃燒煙氣沿內(nèi)錐面呈螺旋狀上升， 實(shí)現(xiàn)高效傳熱；
3、 本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)錐與固定錐相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，物料在兩錐體之間作旋轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)，物料與 錐體緊密接觸并處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有利于內(nèi)錐體熱量向物料傳熱，物料加熱速率高，滿足提高 液化產(chǎn)率的要求；
4、 本發(fā)明釆用旋轉(zhuǎn)錐與固定錐相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，物料在兩錐體之間作旋轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)物料起到研磨破碎作用，有利于熱解產(chǎn)物從物料顆粒中釋放，減少二次裂解，提高生物油產(chǎn)率；
5、 本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)錐為多孔狀，有利于熱解氣化產(chǎn)物及時(shí)排出旋轉(zhuǎn)錐內(nèi)部空間，減少 熱解氣與裂解炭的接觸時(shí)間，減少焦油二次裂解，提高生物油產(chǎn)率；
6、 本發(fā)明采用螺紋加鎖緊螺釘連接上下料筒，可以調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)錐與固定錐之間的間隙， 對(duì)物料的種類和粒徑適應(yīng)性好，可降低生物質(zhì)預(yù)破碎加工的能耗和成本；
7、 本發(fā)明采用熱解副產(chǎn)物熱解氣燃燒回流加熱反應(yīng)器的方式可保持較高的反應(yīng)器溫度， 從而實(shí)現(xiàn)了自熱式熱解液化，提高了熱解副產(chǎn)物的利用率，降低生物質(zhì)液化的總成本；
8、 本發(fā)明采用不凝熱解氣內(nèi)燃間接加熱，并將煙氣管道的出口引出反應(yīng)器外部，這一 結(jié)構(gòu)形式在提高反應(yīng)器溫度和生物質(zhì)熱解效率的同時(shí)，有效避免了燃燒后的煙氣混入反應(yīng)器 內(nèi)，提高了生物油熱值、安定性和熱解氣熱值，避免了煙氣對(duì)熱解氣冷凝收集的影響，減少 了能量損失；
9、 本發(fā)明通過(guò)引風(fēng)機(jī)將熱解氣從反應(yīng)器中引出，減少了熱解氣在反應(yīng)器內(nèi)的滯留時(shí)間， 降低了反應(yīng)器內(nèi)的壓力，從而限制了二次裂解的發(fā)生，使生物油產(chǎn)率得以提高，并防止了反 應(yīng)器內(nèi)的熱解氣反竄回料斗，使進(jìn)料通暢，整個(gè)系統(tǒng)全封閉，負(fù)壓操作，沒(méi)有環(huán)境污染；
10、 本發(fā)明采用螺旋加料機(jī)構(gòu)，運(yùn)轉(zhuǎn)方便、穩(wěn)定，可以連續(xù)運(yùn)行；
11、 本發(fā)明不使用流化載氣，避免了流化載氣對(duì)熱解氣冷凝收集的影響，以及對(duì)生物油 熱值、安定性和熱解氣熱值的影響，減少了能量損失；
12、 本發(fā)明不使用加熱載體沙子，避免了沙子循環(huán)和溫度控制的技術(shù)難點(diǎn)，減少了能量 損耗以及避免了高溫沙子對(duì)熱解反應(yīng)器的磨損；
13、 本發(fā)明對(duì)物料粒徑適應(yīng)性好，對(duì)粒徑?jīng)]有嚴(yán)格要求，具有流化床的效率，但克服了 流化床的缺點(diǎn)；
14、 本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)緊湊，矩形或圓筒形結(jié)構(gòu)降低了對(duì)材料強(qiáng)度的要求，在選擇加工材 料上更加靈活。
15、 本發(fā)明間接加熱，熱解氣沒(méi)有被氮?dú)庀♂?，副產(chǎn)物不凝熱解氣熱值高，再回流到加, 熱液化系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)熱效率。
16、 本發(fā)明可廣泛適用于各種生物質(zhì)原料生產(chǎn)生物油，可提取和制備化學(xué)物質(zhì)、氣化制 備合成氣、水蒸氣重整制氫、和化石燃料共燃、鍋爐燃燒、內(nèi)燃機(jī)燃燒和乳化燃燒等使用。


圖l為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)l螺旋加料機(jī)構(gòu)、2上段料筒、3下段料筒、4反應(yīng)器、5旋轉(zhuǎn)錐、6固定錐、
57溫度指示器、8壓力指示器、9反應(yīng)器下錐體、IO排灰口、 ll反應(yīng)器集炭箱、12集炭箱、 13旋風(fēng)除塵器、14多孔濾管、15熱交換器、16泵、17旁路閥門、18冷凝器、19出氣口、 20出油口、 21集油箱、22出油閥、23引風(fēng)機(jī)、24熱解氣回流管道、25熱解氣流量計(jì)、26 熱解氣閥門、27風(fēng)機(jī)、28空氣流量計(jì)、29空氣閥門、30熱解氣燃燒器、31點(diǎn)火器、32燃 燒管道、33軸承、34帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、35變頻電機(jī)、36煙氣管道。 以下通過(guò)具體實(shí)施方式
，并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖l，采用矩形或圓筒體形狀的反應(yīng)器4，在反應(yīng)器4的內(nèi)部設(shè)置兩個(gè)同心錐，外 錐是繞軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)錐5，內(nèi)錐是固定不動(dòng)的固定錐6;料筒分段設(shè)置為上段料筒2和下段 料筒3，旋轉(zhuǎn)錐5的上部與下段料筒3連接，上段料筒2是與螺旋加料機(jī)構(gòu)1相連通；固定 錐6的上部與煙氣管道36相連通；固定錐6的底部端面為封閉，其下部與燃燒管道32切向 連通；在反應(yīng)器4內(nèi)設(shè)置多孔濾管14，多孔濾管14另一端引出反應(yīng)器，并與處在反應(yīng)器外 部的旋風(fēng)除塵器13連通，旋風(fēng)除塵器13的底部輸出端接集炭箱12，其頂部氣體出口經(jīng)熱 解氣管道24接冷凝器18;冷凝器18的循環(huán)冷凝管道上依次連接有泵16和熱交換器15，并 在泵16上接入旁路閥門17;在冷凝器18上分別設(shè)置有出油口 20和出氣口 19，出油口 20 通過(guò)輸油管道及出油口閥22與集油箱21連通；出氣口 19接有引風(fēng)機(jī)23;引風(fēng)機(jī)23的輸' 出口接入熱解氣燃燒器30。
本實(shí)施例中，利用熱解副產(chǎn)物熱解氣的燃燒為熱解液化供熱，具體是將冷凝器出氣口 19通過(guò)引風(fēng)機(jī)23，并經(jīng)熱解氣回流管道24接入熱解氣燃燒器30，引風(fēng)機(jī)23出口的熱解氣 回流管道24為燃燒管道32的供氣管，熱解氣回流管道24與燃燒管道32的入口之間安裝有 熱解氣燃燒器30、熱解氣流量計(jì)25和熱解氣閥門26，在熱解氣燃燒器30內(nèi)安裝有點(diǎn)火器 31。
具體實(shí)施中，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)置也包括
在反應(yīng)器4的底部承接有反應(yīng)器下錐體9，排灰口 IO設(shè)在錐底口。 將旋轉(zhuǎn)錐5的內(nèi)表面和固定錐6的外表面設(shè)置為凹凸不平表面，并將旋轉(zhuǎn)錐5設(shè)置為多' 孔狀。
上段料筒2是由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的可轉(zhuǎn)動(dòng)件，相應(yīng)設(shè)置軸承33和帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)34，由變頻 電機(jī)35進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；在上段料筒2與下段料筒3之間釆用螺紋連接，并以鎖緊螺釘進(jìn)行緊固。
工作過(guò)程中，生物質(zhì)原料由進(jìn)料斗經(jīng)螺旋加料機(jī)構(gòu)l均勻送入反應(yīng)器，物料在經(jīng)上段料 筒2和下段料筒3下落，料筒連同旋轉(zhuǎn)錐5在變頻電機(jī)35的驅(qū)動(dòng)下經(jīng)帶傳動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，物料下落過(guò)程中經(jīng)由煙氣管道36傳遞來(lái)的熱量首先被干燥，物料喂入到兩錐體之間后作旋 轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)，并經(jīng)從固定錐內(nèi)轉(zhuǎn)遞來(lái)的熱量加熱發(fā)生熱裂解。這種加熱方式使物料與錐體緊 密接觸并處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有利于內(nèi)錐體熱量向物料傳熱，物料加熱速率高，滿足提高液化產(chǎn) 率的要求，另外對(duì)物料起到研磨破碎作用，有利于熱解產(chǎn)物從物料顆粒中釋放，減少二次裂 解，提高生物油產(chǎn)率。
熱解氣化產(chǎn)物從旋轉(zhuǎn)錐上的多孔及時(shí)排出旋轉(zhuǎn)錐內(nèi)部空間。在引風(fēng)機(jī)23的抽吸下，熱 解氣經(jīng)多孔濾管進(jìn)入旋風(fēng)除塵器13，經(jīng)旋風(fēng)除塵后灰塵落入旋風(fēng)除塵器13下端的集炭箱12， ■ 熱解氣從旋風(fēng)除塵器13的頂部氣體出口經(jīng)熱解氣管道進(jìn)入冷凝器18，在冷凝器18中，大 部分熱解氣被冷凝而形成生物油，產(chǎn)生的生物油在冷凝器和熱交換器中循環(huán)，其熱量被冷卻 水帶走，最后生物油從出油口 20輸油管道經(jīng)出油口閥門22流入集油箱，未冷凝的熱解氣從 冷凝器18上的出氣口 19經(jīng)熱解氣管道吸入引風(fēng)機(jī)23，熱解氣從引風(fēng)機(jī)23出口排出后進(jìn)入 熱解氣回流管道24，在熱解氣回流管道24中經(jīng)熱解氣流量計(jì)25和熱解氣閥門26進(jìn)入熱解 氣燃燒器30，助燃空氣自風(fēng)機(jī)27經(jīng)空氣流量計(jì)28和空氣閥門29引入，通過(guò)點(diǎn)火器31點(diǎn) 火燃燒，燃燒后的高溫氣體經(jīng)燃燒管道切向進(jìn)入固定錐6下部，高溫?zé)煔庋貎?nèi)錐面呈螺旋狀 上升，最后經(jīng)煙氣管道36排出反應(yīng)器4。這種內(nèi)燃加熱的方式提高反應(yīng)器溫度和生物質(zhì)熱 解效率的同時(shí)，有效避免了燃燒后的煙氣混入反應(yīng)器內(nèi)，提高了生物油熱值、安定性和熱解 氣熱值，避免了煙氣對(duì)熱解氣冷凝收集的影響，減少了能量損失，同時(shí)也降低了生物質(zhì)熱解 液化的總成本。反應(yīng)器4內(nèi)少量的灰渣在反應(yīng)器4中重力沉降，最后從排灰口10落入反應(yīng) 器集炭箱ll。
權(quán)利要求
1、內(nèi)燃加熱旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱解液化裝置，其特征是在反應(yīng)器(4)的內(nèi)部設(shè)置兩個(gè)同心錐，外錐是繞軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)錐(5)，內(nèi)錐是固定不動(dòng)的固定錐(6)；料筒分段設(shè)置為上段料筒(2)和下段料筒(3)，所述旋轉(zhuǎn)錐(5)的上部與下段料筒(3)連接，上段料筒(2)是與螺旋加料機(jī)構(gòu)(1)相連通；固定錐(6)的上部與煙氣管道(36)相連通；所述固定錐(6)的底部端面為封閉，其下部與燃燒管道(32)切向連接；在反應(yīng)器(4)內(nèi)設(shè)置多孔濾管(14)，多孔濾管(14)另一端引出反應(yīng)器，并與處在反應(yīng)器外部的旋風(fēng)除塵器(13)連通，所述旋風(fēng)除塵器(13)的底部輸出端接集炭箱(12)，其頂部氣體出口經(jīng)熱解氣管道接冷凝器(18)；所述冷凝器(18)的循環(huán)冷凝管道上依次連接有泵(16)和熱交換器(15)；在所述冷凝器(18)上分別設(shè)置有出油口(20)和出氣口(19)，所述出油口(20)通過(guò)輸油管道及出油口閥與集油箱(21)連通，所述出氣口(19)接有引風(fēng)機(jī)(23)；所述引風(fēng)機(jī)(23)的輸出口經(jīng)熱解氣回流管道(24)接入熱解氣燃燒器(30)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃加熱旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱解液化裝置，其特征是所述反應(yīng) 器(4)為矩形或?yàn)閳A筒體，其底部為錐形體，排灰口 (10)為其錐形體的底口。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃加熱旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱解液化裝置，其特征是所述旋轉(zhuǎn) 錐(5)的內(nèi)表面和固定錐(6)的外表面設(shè)置為凹凸不平的表面，并且將旋轉(zhuǎn)錐(5)設(shè)置 為多孔狀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃加熱旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱解液化裝置，其特征是所述上段. 料筒(2)是由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的可轉(zhuǎn)動(dòng)件。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃加熱旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱解液化裝置，其特征是在所述上 段料筒(2)與下段料筒(3)之間采用螺紋連接，并以鎖緊螺釘緊固。
全文摘要
內(nèi)燃加熱旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱解液化裝置，其特征是在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置兩個(gè)同心錐，外錐為旋轉(zhuǎn)錐，內(nèi)錐是為固定錐；料筒分段設(shè)置為上段料筒和下段料筒，旋轉(zhuǎn)錐的上部與下段料筒連接，上段料筒是與螺旋加料機(jī)構(gòu)相連通；固定錐的上部與煙氣管道相連通；固定錐的底部端面為封閉，其下部與燃燒管道切向連接；在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置多孔濾管，多孔濾管另一端引出反應(yīng)器，并與處在反應(yīng)器外部的旋風(fēng)除塵器連通，旋風(fēng)除塵器的底部輸出端接集炭箱，其頂部氣體出口經(jīng)熱解氣管道接冷凝器；在冷凝器上出油口與集油箱連通，冷凝器出氣口通過(guò)熱解氣回流管道接入熱解氣燃燒器。以本發(fā)明實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)自熱式熱解液化，有效提高熱解副產(chǎn)物的利用率，降低生物質(zhì)液化的總成本。
文檔編號(hào)C10B53/02GK101445737SQ20081024622
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者劉海波, 張先龍, 胡孔元, 蔣欣源, 陳天虎 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)