一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)的裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)的裝置，包括絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器和回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器，其中，絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器包括預(yù)熱解反應(yīng)筒、絞龍和進(jìn)料管，生物質(zhì)通過(guò)進(jìn)料管進(jìn)入預(yù)熱解反應(yīng)筒并在絞龍推動(dòng)下利用通入的粉狀外源氮進(jìn)行預(yù)熱解并可從預(yù)熱解反應(yīng)筒另一端的出料口輸出；回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器包括熱解反應(yīng)筒、可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的擾流轉(zhuǎn)子以及氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管和高溫?zé)o氧載熱氣導(dǎo)入管，在氣態(tài)外源氮和高溫?zé)o氧載熱氣的氣氛下，利用擾流轉(zhuǎn)子與熱解反應(yīng)筒的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，使得預(yù)熱解生物質(zhì)原料與含氮?dú)怏w發(fā)生充分熱解反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)熱解生成多相產(chǎn)物。本發(fā)明利用外源氮兩段式引入，制得富氮油和富氮焦，可分別用于合成高品質(zhì)化學(xué)品和制備高性能超級(jí)電容器。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物質(zhì)熱解【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種生物質(zhì)富氮熱解的反應(yīng)的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 生物質(zhì)熱解技術(shù)是在無(wú)氧或者缺氧的條件下，將生物質(zhì)加熱到一定的溫度，使生 物質(zhì)大分子分解成為較小分子，得到焦炭、生物油和氣體三態(tài)產(chǎn)物的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)。根據(jù) 升溫速率的不同，可以將熱解分為慢速、快速和閃速熱解。慢速熱解的主要目標(biāo)產(chǎn)物是焦炭 (產(chǎn)率可達(dá)30?40% )，快速熱解的主要產(chǎn)物是生物油（產(chǎn)率達(dá)40?60% )，閃速熱解的 生物油產(chǎn)率可達(dá)80 %。通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度、壓力、反應(yīng)氣氛、停留時(shí)間、升溫速率和物料種類(lèi) 等參數(shù)，可以有效的改變產(chǎn)物的產(chǎn)量和品質(zhì)。
[0003] 目前的生物質(zhì)熱解技術(shù)大多數(shù)是為了實(shí)現(xiàn)單一產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)最大化，熱解過(guò) 程中產(chǎn)生的另外兩相產(chǎn)物往往得不到充分利用。為了使得各相產(chǎn)物能夠得到充分利用，目 前廣泛采用熱解多聯(lián)產(chǎn)工藝，即生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)通過(guò)調(diào)節(jié)熱解反應(yīng)過(guò)程中的各種參數(shù)， 以實(shí)現(xiàn)固、液和氣三態(tài)產(chǎn)物效益的最大化，使生物質(zhì)資源得到合理利用。
[0004] 但是，目前的生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)裝置中，得到的產(chǎn)品品質(zhì)品位往往偏低。例如，獲 得的生物油含水量偏大，熱值偏低，溶液酸性偏高，高品質(zhì)化合物較少，不能直接作為液體 燃料或合成其他化學(xué)品；同時(shí)得到的焦炭孔隙度不夠發(fā)達(dá)，焦炭表面的特殊官能團(tuán)含量較 小，很難直接作為吸附劑、活性劑等應(yīng)用，通常情況是作為燃料直接燃燒。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮 熱解反應(yīng)的裝置，通過(guò)兩段式引入外源氮，并合理的調(diào)控反應(yīng)參數(shù)，利用兩級(jí)熱解反應(yīng)裝 置，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行兩級(jí)富氮熱解，可解決目前多聯(lián)產(chǎn)工藝中產(chǎn)品品味過(guò)低 及轉(zhuǎn)化效率不高的問(wèn)題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0007] -種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)的裝置，用于實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)兩級(jí)富氮熱解反應(yīng) 以產(chǎn)生多相熱解產(chǎn)物，其特征在于，該裝置包括順次相連接的絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器和回轉(zhuǎn)式 擾流熱解反應(yīng)器，以分別實(shí)現(xiàn)兩級(jí)熱解反應(yīng)，其中，
[0008] 所述絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器包括呈筒體狀的預(yù)熱解反應(yīng)筒、設(shè)置在該預(yù)熱解反應(yīng)筒內(nèi) 的絞龍和設(shè)置在該預(yù)熱解反應(yīng)筒一端的進(jìn)料管，該預(yù)熱解反應(yīng)筒筒體上還開(kāi)設(shè)有用于通入 外源氮的粉狀外源氮進(jìn)口管和熱解氣輸出管，生物質(zhì)通過(guò)所述進(jìn)料管進(jìn)入預(yù)熱解反應(yīng)筒并 在所述絞龍推動(dòng)下利用通入的粉狀外源氮進(jìn)行預(yù)熱解并可從預(yù)熱解反應(yīng)筒另一端的出料 口輸出，熱解產(chǎn)生的熱解氣從所述熱解氣輸出管輸出；
[0009] 所述回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器包括呈筒體狀并可旋轉(zhuǎn)的熱解反應(yīng)筒、設(shè)置在該熱解 反應(yīng)筒內(nèi)并可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的擾流轉(zhuǎn)子、以及設(shè)置在該熱解反應(yīng)筒一端端部的氣態(tài)外源氮導(dǎo)入 管和高溫?zé)o氧載熱氣導(dǎo)入管，其中，所述熱解反應(yīng)筒一端與所述預(yù)熱解反應(yīng)筒另一端的出 料口通過(guò)預(yù)熱解原料輸送管連通，預(yù)熱解的生物質(zhì)通過(guò)該預(yù)熱解原料輸送管進(jìn)入所述熱解 反應(yīng)筒，在通過(guò)所述氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管和高溫?zé)o氧載熱氣導(dǎo)入管導(dǎo)入的氣態(tài)外源氮和高溫 無(wú)氧載熱氣的氣氛下，利用所述擾流轉(zhuǎn)子與熱解反應(yīng)筒的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，可使所述高溫?zé)o氧載 熱氣與預(yù)熱解生物質(zhì)原料進(jìn)行強(qiáng)烈換熱，并從而使得所述預(yù)熱解生物質(zhì)原料與含氮?dú)怏w發(fā) 生充分熱解反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)熱解生成多相產(chǎn)物。
[0010] 作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述熱解反應(yīng)筒筒體內(nèi)壁周向布置有多級(jí)錯(cuò)落有序的檔板， 用于預(yù)熱解原料在回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器內(nèi)均勻分布。
[0011] 作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述擾流轉(zhuǎn)子包括擾流轉(zhuǎn)軸和設(shè)置在其外周上的多個(gè)擾流螺 旋葉片，通過(guò)擾流轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)其上的擾流螺旋葉片使其產(chǎn)生與熱解反應(yīng)筒旋轉(zhuǎn)方向相反的旋 轉(zhuǎn)，從而對(duì)熱解反應(yīng)筒內(nèi)的預(yù)熱解生物質(zhì)原料進(jìn)行充分?jǐn)噭?dòng)，以用于換熱和熱解反應(yīng)。
[0012] 作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器筒體的進(jìn)料端高于出料端，以保 證回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器內(nèi)預(yù)熱解后的生物質(zhì)原料快速穩(wěn)定地流動(dòng)性。
[0013] 作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述預(yù)熱解反應(yīng)筒筒體上的氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管在筒體內(nèi)的伸 入點(diǎn)比高溫?zé)o氧載熱氣導(dǎo)入管的伸入點(diǎn)靠近中心位置，以形成高溫?zé)o氧載熱氣對(duì)外源氮?dú)?體吹掃的模式，以便于布置好高溫?zé)o氧載熱氣和含氮?dú)怏w的流場(chǎng)，使含氮?dú)怏w在回轉(zhuǎn)式擾 流熱解反應(yīng)器內(nèi)與高溫?zé)o氧載熱氣和預(yù)熱解生物質(zhì)原料充分混合。
[0014] 作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述進(jìn)料管以及粉狀外源氮進(jìn)口管分別與預(yù)熱解反應(yīng)筒之 間，以及熱解氣輸出管與預(yù)熱解反應(yīng)筒之間，均采用敷設(shè)保溫石英棉的旋轉(zhuǎn)密封連接。
[0015] 作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管與熱解反應(yīng)筒之間，均采用旋轉(zhuǎn)密封 連接。
[0016] 作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述預(yù)熱解原料輸送管與預(yù)熱解反應(yīng)筒、回轉(zhuǎn)式擾流熱解反 應(yīng)器之間，高溫?zé)o氧載熱氣導(dǎo)入管與熱解反應(yīng)筒之間，均采用內(nèi)嵌高溫耐火棉的旋轉(zhuǎn)密封 連接。
[0017] 本發(fā)明中，絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器包括進(jìn)料管、儲(chǔ)料倉(cāng)、粉狀外源氮進(jìn)口管、熱解氣輸 出管；進(jìn)料管、粉狀外源氮進(jìn)口管和熱解氣輸出管依次布置于絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器上側(cè)；回 轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器包括氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管、高溫?zé)o氧載熱氣導(dǎo)入管、出料管；預(yù)熱解原料 輸送管處于絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器和回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器之間，連接兩級(jí)熱解反應(yīng)裝置。
[0018] 本發(fā)明中，所述絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器和回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器之間的預(yù)熱解原料輸 送管也是熱解氣的輸送管；絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器和預(yù)熱解原料輸送管內(nèi)，熱解氣與生物質(zhì)原 料直接接觸，運(yùn)動(dòng)方向相反。
[0019] 本發(fā)明中，所述回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器包括折流板、擾流轉(zhuǎn)子，回轉(zhuǎn)式擾流熱解反 應(yīng)器筒體內(nèi)側(cè)布置多級(jí)錯(cuò)落有序的檔板；擾流轉(zhuǎn)子由擾流轉(zhuǎn)軸和間斷式擾流螺旋葉片組 成；折流板和檔板與回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器直接接觸，擾流轉(zhuǎn)軸、間斷式擾流螺旋葉片與折 流板旋轉(zhuǎn)連接。
[0020] 本發(fā)明中，所述兩級(jí)富氮熱解反應(yīng)裝置分別在絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器和回轉(zhuǎn)式擾流熱 解反應(yīng)器上設(shè)置有粉狀外源氮進(jìn)口管和氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管兩段式外源氮引入口，促進(jìn)外源 氮與生物質(zhì)發(fā)生充分熱解反應(yīng)。
[0021] 本發(fā)明中，所述回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器筒體內(nèi)布置多級(jí)錯(cuò)落有序的檔板可以使高 溫?zé)o氧載熱氣在回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器反復(fù)折返流動(dòng)，增加氣固接觸時(shí)間，強(qiáng)化換熱效果； 擾流轉(zhuǎn)軸和擾流螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)方向與回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，使反應(yīng)器內(nèi) 的高溫?zé)o氧載熱氣產(chǎn)生劇烈的擾動(dòng)，加快富氮熱解反應(yīng)；高溫?zé)o氧載熱氣與預(yù)熱解后的生 物質(zhì)原料直接接觸，形成逆向?qū)α鬟\(yùn)動(dòng)。
[0022] 使用本發(fā)明的連續(xù)式兩級(jí)富氮熱解反應(yīng)裝置對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行熱解，與現(xiàn)有技術(shù)相 t匕，主要優(yōu)點(diǎn)有 ：
[0023] 1)本發(fā)明采用絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器和回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器相結(jié)合的兩級(jí)熱解裝 置，通過(guò)協(xié)調(diào)兩個(gè)熱解裝置的驅(qū)動(dòng)設(shè)備轉(zhuǎn)速，并合理調(diào)控?zé)峤夥磻?yīng)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生物質(zhì) 進(jìn)行連續(xù)性富氮熱解；
[0024] 2)熱解氣與生物質(zhì)原料形成逆向運(yùn)動(dòng)直接換熱，高溫?zé)o氧載熱氣與預(yù)熱解后的生 物質(zhì)原料形成逆向?qū)α鬟\(yùn)動(dòng)直接換熱，換熱效果好，富氮反應(yīng)充分；
[0025] 3)兩段引入外源氮，外源氮分別以粉末狀態(tài)和氣態(tài)形式在不同熱解的階段送入熱 解反應(yīng)器內(nèi)，有利于外源氮在生物質(zhì)中的充分富集，增加生物油和生物焦含氮量，更好地改 善生物油和生物焦的品質(zhì)，有利于后續(xù)制備商品質(zhì)化學(xué)品和商性能超級(jí)電容器；
[0026] 4)采用絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器和回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器進(jìn)行兩級(jí)熱解反應(yīng)?；剞D(zhuǎn)式擾 流熱解反應(yīng)器內(nèi)預(yù)熱解生物質(zhì)原料充分吸收高溫?zé)o氧載熱氣熱量，快速進(jìn)行熱解反應(yīng)；同 時(shí)熱解過(guò)程中產(chǎn)物的高溫?zé)峤鈿獾臒崃窟M(jìn)行預(yù)熱解反應(yīng)，能量得到梯級(jí)利用，更加合理高 效；
[0027] 5)筒體內(nèi)布置多級(jí)錯(cuò)落有序的檔板，保證預(yù)熱解原料在回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器內(nèi) 均勻分布，防止堆積和堵塞通道，可以有效地增加與反應(yīng)氣體的接觸面積，提高熱解反應(yīng)的 速率；
[0028] 6)回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置擾流轉(zhuǎn)軸和擾流螺旋葉片，擾流轉(zhuǎn)軸和擾流螺 旋葉片的旋轉(zhuǎn)方向與回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，使反應(yīng)器內(nèi)的高溫?zé)o氧載熱氣 產(chǎn)生劇烈的擾動(dòng)，高溫?zé)o氧載熱氣與預(yù)熱解生物質(zhì)原料進(jìn)行強(qiáng)烈換熱，加速熱解生物質(zhì)原 料升溫速率，促進(jìn)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)進(jìn)行，強(qiáng)化富氮熱解反應(yīng)的效果。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2是擾流轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖3是圖1中A-A剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0033] 如圖1所示，本實(shí)施例的一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)裝置，其包括相連 接的絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1和回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8兩級(jí)熱解反應(yīng)裝置。
[0034] 其中，絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1包括進(jìn)料管2、儲(chǔ)料倉(cāng)3、粉狀外源氮進(jìn)口管4、熱解氣輸 出管5。進(jìn)料管2、粉狀外源氮進(jìn)口管4和熱解氣輸出管5依次布置于絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1 上側(cè)?；剞D(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8包括氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管10、高溫?zé)o氧載熱氣導(dǎo)入管11、出 料管12。預(yù)熱解原料輸送管19處于絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1和回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8之間， 用于連接兩級(jí)熱解反應(yīng)裝置。
[0035] 采用絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1和回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8相結(jié)合的兩級(jí)熱解裝置，通 過(guò)協(xié)調(diào)兩個(gè)熱解裝置的驅(qū)動(dòng)設(shè)備轉(zhuǎn)速，并合理調(diào)控?zé)峤夥磻?yīng)溫度、壓力、反應(yīng)氣氛、停留時(shí) 間、升溫速率等反應(yīng)參數(shù)，即能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行連續(xù)性富氮熱解。
[0036] 本實(shí)施例中，優(yōu)選地，進(jìn)料管2與絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1之間，熱解氣輸出管5與絞 龍預(yù)熱解反應(yīng)器1之間，均采用敷設(shè)保溫石英棉的旋轉(zhuǎn)密封連接。粉狀外源氮進(jìn)口管4與 絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1之間，氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管10與回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8之間，均采用 旋轉(zhuǎn)密封連接。預(yù)熱解原料輸送管19與絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1、回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8之 間，高溫?zé)o氧載熱氣導(dǎo)入管11與回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8之間，均采用內(nèi)嵌高溫耐火棉的 旋轉(zhuǎn)密封連接。絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1和回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8外部均敷設(shè)保溫材料，并 保持S封。
[0037] 本實(shí)施例中，回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8兩端分別布置有靜態(tài)密封環(huán)6和壓緊裝置 13,用于確?；剞D(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8的良好密封性。傳動(dòng)裝置18和止推輪7相互協(xié)調(diào)工 作，控制筒體轉(zhuǎn)速、預(yù)熱解原料運(yùn)動(dòng)速率和送入回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8的預(yù)熱解原料量， 保證預(yù)熱解后的生物質(zhì)原料通過(guò)快速穩(wěn)定連續(xù)的熱解。
[0038] 回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8中還設(shè)置有折流板9,折流板9控制高溫?zé)o氧載熱氣和含 氮?dú)怏w流動(dòng)方向，保證其在回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，充分與預(yù)熱解 原料相接觸，以強(qiáng)化換熱和提高反應(yīng)效果。
[0039] 回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8內(nèi)部布置了擾流轉(zhuǎn)子14,如圖2所示，為擾流轉(zhuǎn)子14的 結(jié)構(gòu)示意圖。擾流轉(zhuǎn)子14由擾流轉(zhuǎn)軸15和間斷式擾流螺旋葉片16兩部分組成。擾流轉(zhuǎn)軸 15和擾流螺旋葉片16的旋轉(zhuǎn)方向與回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，使反應(yīng)器內(nèi)的 高溫?zé)o氧載熱氣產(chǎn)生劇烈的擾動(dòng)，高溫?zé)o氧載熱氣與預(yù)熱解生物質(zhì)原料進(jìn)行強(qiáng)烈換熱，力口 速熱解生物質(zhì)原料升溫速率。間斷式擾流螺旋葉片16采用間斷式排列方式，同時(shí)擾流轉(zhuǎn)軸 15、擾流螺旋葉片16與折流板9旋轉(zhuǎn)連接，有利于同時(shí)發(fā)揮折流板9的導(dǎo)流作用和擾流螺 旋葉片16的擾流作用，促進(jìn)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)進(jìn)行，強(qiáng)化富氮熱解反應(yīng)的效果。
[0040] 如圖3所示，為回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8中位置A-A剖面圖,筒體內(nèi)布置多級(jí)錯(cuò)落 有序的檔板22,起到輸導(dǎo)預(yù)熱解原料的作用，保證預(yù)熱解原料在回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8 內(nèi)均勻分布，防止預(yù)熱解原料堆積和堵塞通道?？梢杂行У卦黾优c高溫?zé)o氧載熱氣和含氮 氣體的接觸面積，提高熱解反應(yīng)的速率。
[0041] 回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8筒體的進(jìn)料端高于出料端，筒體與地面呈10°左右的傾 斜角，以保證回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8內(nèi)預(yù)熱解后的生物質(zhì)原料快速穩(wěn)定地流動(dòng)性。
[0042] 外源氮通過(guò)兩段式引入兩級(jí)熱解反應(yīng)裝置。第一段，氨基酸、蛋白質(zhì)、三聚氰胺等 外源氮從粉狀外源氮進(jìn)口管4以粉末狀的形式引入絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1內(nèi)，與生物質(zhì)原料 充分混合，共同吸收高溫?zé)峤鈿夥懦龅臒崃?。在生物質(zhì)原料預(yù)熱解的過(guò)程中，部分外源氮富 集于生物質(zhì)原料中。第二段，氨氣等外源氮從氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管10體的形式導(dǎo)入回轉(zhuǎn)式擾 流熱解反應(yīng)器8內(nèi)，預(yù)熱解后的生物質(zhì)原料在含氮?dú)怏w的氛圍下，吸收高溫?zé)o氧載熱氣的 熱量，進(jìn)行快速充分熱解。在預(yù)熱解后的生物質(zhì)原料熱解的過(guò)程中，大量的外源氮富集于焦 炭產(chǎn)品中，制得富氮生物焦，后續(xù)可用于制備高性能超級(jí)電容器。
[0043] 氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管10在回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8內(nèi)的伸入點(diǎn)比高溫?zé)o氧載熱氣 導(dǎo)入管11的伸入點(diǎn)靠近中心位置，形成高溫?zé)o氧載熱氣對(duì)外源氮?dú)怏w吹掃的模式，以便于 布置好高溫?zé)o氧載熱氣和含氮?dú)怏w的流場(chǎng)，使含氮?dú)怏w在回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8內(nèi)與高 溫?zé)o氧載熱氣、預(yù)熱解生物質(zhì)原料充分混合，保證氣固間充足的反應(yīng)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)生物質(zhì) 快速1?效的富氣熱解。
[0044] 生物質(zhì)原料通過(guò)絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1和回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8進(jìn)行兩級(jí)熱解反 應(yīng)，回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8內(nèi)預(yù)熱解后的生物質(zhì)原料吸收高溫?zé)o氧載熱氣熱量后，快速 充分熱解并產(chǎn)生的高溫?zé)峤鈿怏w；高溫的熱解氣體導(dǎo)入絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1內(nèi)，作為加熱 生物質(zhì)原料的熱源，生物質(zhì)原料吸收熱量后開(kāi)始預(yù)熱解。整個(gè)熱解過(guò)程中充分利用高溫?zé)?解氣體的熱量，能源得到合理利用。
[0045] 絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1和回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8之間的預(yù)熱解原料輸送管19也 是熱解氣的輸送管；絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1和預(yù)熱解原料輸送管19內(nèi)，熱解氣與生物質(zhì)原料 直接接觸，運(yùn)動(dòng)方向相反。
[0046] 兩級(jí)富氮熱解反應(yīng)裝置分別在絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1和回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8上 設(shè)置有粉狀外源氮進(jìn)口管4和氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管10兩段式外源氮引入口，促進(jìn)外源氮與生 物質(zhì)發(fā)生充分熱解反應(yīng)。
[0047] 回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8筒體內(nèi)布置多級(jí)錯(cuò)落有序的檔板22可以使高溫?zé)o氧載 熱氣在回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8反復(fù)折返流動(dòng)，增加氣固接觸時(shí)間，強(qiáng)化換熱效果；擾流轉(zhuǎn) 軸15和擾流螺旋葉片16的旋轉(zhuǎn)方向與回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，使反應(yīng)器 內(nèi)的高溫?zé)o氧載熱氣產(chǎn)生劇烈的擾動(dòng)，加快富氮熱解反應(yīng)；高溫?zé)o氧載熱氣與預(yù)熱解后的 生物質(zhì)原料直接接觸，形成逆向?qū)α鬟\(yùn)動(dòng)。
[0048] 具體地，本發(fā)明裝置的具體工作過(guò)程為：
[0049] 粉碎后的生物質(zhì)原料由進(jìn)料管2進(jìn)入絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1，粉末狀外源氮由粉狀 外源氮進(jìn)口管4和生物質(zhì)原料同時(shí)進(jìn)入絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器1。生物質(zhì)原料被導(dǎo)入的熱解氣 加熱，生物質(zhì)原料在向前移動(dòng)的現(xiàn)時(shí)，溫度不斷升高，完成第一級(jí)富氮預(yù)熱解反應(yīng)過(guò)程。預(yù) 熱解后的生物質(zhì)原料從預(yù)熱解原料輸送管19進(jìn)入回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8,同時(shí)氣態(tài)外源 氮由氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管10進(jìn)入回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器8。高溫?zé)o氧載熱氣導(dǎo)入管11引入 的高溫?zé)o氧載熱氣在折流板9作用下，形成反復(fù)折返流動(dòng)，與預(yù)熱解后的原料逆向?qū)α髦?接換熱；同時(shí)擾流轉(zhuǎn)軸15和間斷式擾流螺旋葉片16的旋轉(zhuǎn)方向與回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器 8轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，使反應(yīng)器內(nèi)的高溫?zé)o氧載熱氣產(chǎn)生劇烈的擾動(dòng)，高溫?zé)o氧載熱氣與預(yù)熱解 生物質(zhì)原料進(jìn)行強(qiáng)烈換熱，反應(yīng)溫度快速升高，在含氮?dú)怏w的氣氛下，預(yù)熱解生物質(zhì)原料與 含氮?dú)怏w發(fā)生充分熱解反應(yīng)，進(jìn)入全面的第二級(jí)富氮熱解階段。熱解產(chǎn)生的高溫?zé)峤鈿夂?放出熱量后的高溫?zé)o氧載熱氣相混合，一起從預(yù)熱解原料輸送管19導(dǎo)入絞龍預(yù)熱解反應(yīng) 器1 ;熱解后形成的高溫富氮焦由出料管12排出，被冷卻水冷卻，收集后得到富氮焦，可用 于制備高性能的超級(jí)電容器。由熱解氣輸出管5輸出的熱解氣體，經(jīng)過(guò)多級(jí)冷凝后，就得到 了富氮油和不可冷凝的燃?xì)?，不可冷凝的燃?xì)膺M(jìn)行儲(chǔ)存可作為燃料使用，富氮油經(jīng)過(guò)進(jìn)一 步后處理可用于合成高品質(zhì)的化學(xué)品。
[0050] 凡本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，其保 護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替 換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)的裝置，用于實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)兩級(jí)富氮熱解反應(yīng)以 產(chǎn)生多相熱解產(chǎn)物，其特征在于，該裝置包括順次相連接的絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器（1)和回轉(zhuǎn) 式擾流熱解反應(yīng)器（8)，以分別實(shí)現(xiàn)兩級(jí)熱解反應(yīng)，其中， 所述絞龍預(yù)熱解反應(yīng)器（1)包括呈筒體狀的預(yù)熱解反應(yīng)筒（20)、設(shè)置在該預(yù)熱解反應(yīng) 筒（20)內(nèi)的絞龍（21)和設(shè)置在該預(yù)熱解反應(yīng)筒（20) -端的進(jìn)料管（2)，其中，該預(yù)熱解反 應(yīng)筒（20)筒體上還開(kāi)設(shè)有用于通入外源氮的粉狀外源氮進(jìn)口管（4)和熱解氣輸出管（5)， 生物質(zhì)通過(guò)所述進(jìn)料管（2)進(jìn)入所述預(yù)熱解反應(yīng)筒（20)并在所述絞龍（21)推動(dòng)下利用通 入的粉狀外源氮進(jìn)行預(yù)熱解并可從預(yù)熱解反應(yīng)筒（20)另一端的出料口輸出，熱解產(chǎn)生的 熱解氣從所述熱解氣輸出管（5)輸出； 所述回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器（8)包括呈筒體狀并可旋轉(zhuǎn)的熱解反應(yīng)筒（17)、設(shè)置在該 熱解反應(yīng)筒（17)內(nèi)并可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的擾流轉(zhuǎn)子（14)、以及設(shè)置在該熱解反應(yīng)筒（17) -端端 部的氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管（10)和高溫?zé)o氧載熱氣導(dǎo)入管（11)，其中，所述熱解反應(yīng)筒（17) 一端與所述預(yù)熱解反應(yīng)筒（20)的出料口通過(guò)預(yù)熱解原料輸送管（19)連通，預(yù)熱解的生物 質(zhì)通過(guò)該預(yù)熱解原料輸送管（19)進(jìn)入所述熱解反應(yīng)筒（17)，在通過(guò)所述氣態(tài)外源氮導(dǎo)入 管（10)和高溫?zé)o氧載熱氣導(dǎo)入管（11)導(dǎo)入的氣態(tài)外源氮和高溫?zé)o氧載熱氣的氣氛下，利 用所述擾流轉(zhuǎn)子（14)與熱解反應(yīng)筒（17)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，可使所述高溫?zé)o氧載熱氣與預(yù)熱解 生物質(zhì)原料進(jìn)行強(qiáng)烈換熱，并從而使得所述預(yù)熱解生物質(zhì)原料與含氮?dú)怏w發(fā)生充分熱解反 應(yīng)，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)熱解生成多相產(chǎn)物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)的裝置，其中，所述熱 解反應(yīng)筒（17)筒體內(nèi)壁周向布置有多級(jí)錯(cuò)落有序的檔板（22)，用于預(yù)熱解原料在回轉(zhuǎn)式 擾流熱解反應(yīng)器（8)內(nèi)的均勻分布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)的裝置，其中，所 述擾流轉(zhuǎn)子（14)包括擾流轉(zhuǎn)軸（15)和設(shè)置在其外周上的多個(gè)間斷式布置的擾流螺旋葉片 (16)，通過(guò)擾流轉(zhuǎn)軸（15)帶動(dòng)其上的擾流螺旋葉片（16)使其產(chǎn)生與熱解反應(yīng)筒（17)旋轉(zhuǎn) 方向相反的旋轉(zhuǎn)，從而對(duì)熱解反應(yīng)筒（17)內(nèi)的預(yù)熱解生物質(zhì)原料進(jìn)行充分?jǐn)噭?dòng)，以用于換 熱和熱解反應(yīng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)的裝置，其 中，所述回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器（8)中，熱解反應(yīng)筒（17)筒體的進(jìn)料端高于出料端，以保證 回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器（8)內(nèi)預(yù)熱解后的生物質(zhì)原料快速穩(wěn)定地流動(dòng)性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)的裝置，其 中，所述預(yù)熱解反應(yīng)筒（20)筒體上的氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管（10)在筒體內(nèi)的伸入點(diǎn)比高溫?zé)o 氧載熱氣導(dǎo)入管（11)的伸入點(diǎn)靠近中心位置，以形成高溫?zé)o氧載熱氣對(duì)外源氮?dú)怏w吹掃 的模式，從而便于布置高溫?zé)o氧載熱氣和含氮?dú)怏w的流場(chǎng)，使含氮?dú)怏w在回轉(zhuǎn)式擾流熱解 反應(yīng)器（8)內(nèi)與高溫?zé)o氧載熱氣和預(yù)熱解生物質(zhì)原料充分混合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)的裝置，其 中，所述進(jìn)料管（2)以及粉狀外源氮進(jìn)口管（4)分別與預(yù)熱解反應(yīng)筒（20)之間，以及熱解 氣輸出管（5)與預(yù)熱解反應(yīng)筒（20)之間，均采用敷設(shè)保溫石英棉的旋轉(zhuǎn)密封連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)的裝置，其 中，所述氣態(tài)外源氮導(dǎo)入管（10)與熱解反應(yīng)筒（17)之間采用旋轉(zhuǎn)密封連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的一種連續(xù)式兩級(jí)生物質(zhì)富氮熱解反應(yīng)的裝置，其 中，所述預(yù)熱解原料輸送管（19)與預(yù)熱解反應(yīng)筒（20)、回轉(zhuǎn)式擾流熱解反應(yīng)器（8)之間，以 及高溫?zé)o氧載熱氣導(dǎo)入管（11)與熱解反應(yīng)筒（17)之間，均采用內(nèi)嵌高溫耐火棉的旋轉(zhuǎn)密 封連接。
【文檔編號(hào)】C10B53/02GK104099118SQ201410274161
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】陳漢平, 陳應(yīng)泉, 邵敬愛(ài), 李賦, 熊建, 楊晴, 楊海平, 陳偉, 何濤 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 武漢天穎環(huán)境工程股份有限公司