本實用新型涉及生物質(zhì)熱解，具體涉及一種熱解處理生物質(zhì)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式蘊藏在生物質(zhì)中的一種能量形式，它直接或間接地源于植物的光合作用，是以生物質(zhì)為載體的能量。目前世界各國為了實現(xiàn)國家經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，都在致力于開發(fā)高效無污染的生物質(zhì)能利用技術(shù)，以保護本國的礦物能源資源。生物質(zhì)熱解是指生物質(zhì)在沒有氧化劑(空氣、氧氣、水蒸氣等)存在或只提供有限氧的條件下，加熱到逾500℃，通過熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)大分子物質(zhì)分解成較小的燃燒物質(zhì)(固態(tài)炭、可燃?xì)狻⑸镉?的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)方法。
生物質(zhì)熱解反應(yīng)過程中，會發(fā)生著復(fù)雜的化學(xué)變化和物理變化。從反應(yīng)進程來分析生物質(zhì)的熱解過程大致可以分為三個階段：預(yù)熱解階段：溫度上升至120-200℃時，即使加熱很長時間，原料重量也只有少量減少，主要是H2O、CO和CO受熱釋放所致，外觀無明顯變化，但物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生重排反應(yīng)，如脫水、斷鍵、自由基出現(xiàn)、碳基、羧基生成和過氧化氫基團形成等；固體分解階段：溫度為300-600℃，各種復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)在此階段發(fā)生，生物質(zhì)中的纖維素、木質(zhì)素和半纖維素在該過程先通過解聚作用分解成單體或單體衍生物，然后通過各種自由基反應(yīng)和重排反應(yīng)進一步降解成各種產(chǎn)物；焦炭分解階段：焦炭中的C-H，C-O鍵進一步斷裂，焦炭質(zhì)量以緩慢的速率下降并趨于穩(wěn)定，導(dǎo)致殘留固體中碳素的富集。
現(xiàn)有的生物質(zhì)熱解工藝較復(fù)雜，且熱解爐熱解效率低，導(dǎo)致熱解生物質(zhì)的成本高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的是為了提供一種工藝簡單、成本低廉的熱解生物質(zhì)的新工藝。
本實用新型提供了熱解處理生物質(zhì)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：
烘干裝置，具有生物質(zhì)入口和烘干生物質(zhì)出口；
快速熱解反應(yīng)器，具有熱解原料入口、熱解油氣出口和半焦出口，所述熱解原料入口與所述烘干裝置的烘干生物質(zhì)出口相連；
旋風(fēng)分離器，具有熱解油氣入口和凈油氣出口，所述熱解油氣入口與所述快速熱解反應(yīng)器的熱解油氣出口相連；
冷凝器，具有凈油氣入口、生物油出口和熱解氣出口，所述凈油氣入口與所述旋風(fēng)分離器的凈油氣出口相連；
所述快速熱解反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有多個金屬擋板組件，所述金屬擋板組件包括水平擋板和斜板，所述水平擋板在所述斜板下方；所述水平擋板的一端和所述斜板的一端分別與所述快速熱解反應(yīng)器的內(nèi)側(cè)壁相連，所述水平擋板的另一端和所述斜板的另一端相連并形成夾角；上下相鄰的兩個金屬擋板組件相對地設(shè)置在所述快速熱解反應(yīng)器的兩內(nèi)側(cè)壁上。
在本實用新型的一個實施方案中，所述快速熱解反應(yīng)器包括多層輻射管，所述輻射管錯列分布于所述快速熱解反應(yīng)器內(nèi)，所述輻射管為單向蓄熱式輻射管，所述輻射管按層單獨控溫。
在本實用新型的一個實施方案中，所述輻射管是公稱直徑為200-300mm的圓形管。
在本實用新型的一個實施方案中，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為200-400mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為500-1200mm。
在本實用新型的一個實施方案中，所述輻射管為10-25層。
本實用新型采用了蓄熱式快速熱解反應(yīng)器熱解生物質(zhì)，無熱載體，反應(yīng)工藝簡單，且溫度分布均勻，系統(tǒng)熱效率高。其內(nèi)部溫度場由輻射管提供，同時根據(jù)通過控制不同的溫度區(qū)域來精確的調(diào)節(jié)干燥脫水區(qū)、熱解反應(yīng)區(qū)、半焦生成區(qū)的溫度，可操作性強，燃燒效率高，節(jié)能效果好。
熱解產(chǎn)物中的熱態(tài)半焦由熱解爐底部排出，經(jīng)排渣冷卻螺旋冷卻得到冷態(tài)半焦直接進入半焦收集裝置，對熱態(tài)焦油和熱解氣分別冷卻凈化處理，對熱解產(chǎn)品進行了綜合利用。
附圖說明
圖1為本實用新型一實施例提供的一種熱解生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1、進料料斗；2、蓄熱式快速熱解反應(yīng)器；3、一級旋風(fēng)除塵器；4、二級旋風(fēng)除塵器；5、半焦收集裝置；6、冷凝器；7、冷凝水管路；8、儲油罐；9、集氣罐；10、料斗；11、提升管。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。
需要說明的是，本實用新型中的“水平擋板”指得是水平放置的金屬擋板，“斜板”指得是傾斜放置的金屬擋板，“輻射管”指得是蓄熱式無熱載體輻射管。此外，術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型，而不是要求本實用新型必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此，不能理解為對本實用新型的限制。
如圖1所示，本實用新型提供的熱解生物質(zhì)的系統(tǒng)包括：進料料斗1、蓄熱式快速熱解反應(yīng)器2(本申請中也簡稱反應(yīng)器)、一級旋風(fēng)除塵器3、二級旋風(fēng)除塵器4、半焦收集裝置5、冷凝器6、冷凝水管路7、儲油罐8、集氣罐9、料斗10和提升管11。
進料料斗1具有生物質(zhì)入口和生物質(zhì)出口。
參考圖1，本實用新型使用的蓄熱式快速熱解反應(yīng)器2包括反應(yīng)器本體、輻射管、金屬擋板組件。輻射管沿著反應(yīng)器的高度多層布置于反應(yīng)器本體內(nèi)，金屬擋板組件設(shè)置在反應(yīng)器本體的內(nèi)側(cè)壁上，反應(yīng)器本體上設(shè)有熱解原料入口、半焦出口、燃料氣進口、空氣入口、煙氣出口和熱解油氣出口，其中，熱解原料入口與進料料斗1的生物質(zhì)出口相連。
本實用新型提供的蓄熱式移動床熱解反應(yīng)器采用了蓄熱式無熱載體輻射管加熱技術(shù)，無需氣、固熱載體，提高了熱解氣的熱值，該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小，易于工業(yè)化。物料在進料料斗1中經(jīng)螺旋進料器進入蓄熱式移動床反應(yīng)器中，生物質(zhì)在下落過程中，與輻射管充分接觸，在熱解過程中生物質(zhì)實現(xiàn)導(dǎo)熱、對流和輻射綜合換熱，生物質(zhì)的傳熱速率大于500℃/S。
金屬擋板組件是由水平擋板和斜板組成的，水平擋板在斜板的下方，水平擋板的一端和斜板的一端分別與反應(yīng)器本體的內(nèi)側(cè)壁相連，水平擋板的另一端和斜板的另一端相連并形成夾角。
生物質(zhì)從進料口進入后，開始下落，碰到斜板后，被彈起，然后再下落；生物質(zhì)每碰到一次斜板，即被彈到一定高度，其下落速度被減緩，因此，增加了生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器內(nèi)的停留時間。此外，斜板還起到對生物質(zhì)的引流作用，增加了生物質(zhì)在反應(yīng)器本體內(nèi)移動的距離，這也能增加生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器內(nèi)的停留時間。水平擋板用于支撐斜板。金屬的熱傳導(dǎo)性好，采用金屬擋板組件能提高生物質(zhì)熱解的效果。
因此，添加金屬擋板組件后，反應(yīng)器的高度可降低。若不改變反應(yīng)器本體的高度，添加金屬擋板組件后，可將輻射管的垂直間距加大，從而可減少反應(yīng)器內(nèi)輻射管的數(shù)量。
參考圖1，根據(jù)本實用新型的實施例，反應(yīng)器2和進料漏斗1之間還連接有螺旋進料器，反應(yīng)器2的半焦出口與螺旋出料器相連。進料料斗1和螺旋進料器用于將生物質(zhì)送入反應(yīng)器2中，螺旋出料器用于將生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的固體產(chǎn)物運送至下一工段。螺旋進料器和螺旋出料器并不是必要裝置，可視現(xiàn)場情況和具體的工藝決定是否要添加。
還可將螺旋出料器與一間冷裝置相連，用冷卻介質(zhì)冷卻從螺旋出料器排出的高溫半焦，并回收熱量。
水平擋板和斜板形成夾角的具體角度范圍為15°-60°時，生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器內(nèi)既能充分熱解，也不會堆積在斜板432上。進一步地，夾角的角度范圍為20°-45°為最優(yōu)方案。水平擋板的水平長度為反應(yīng)器本體的寬度(其內(nèi)壁的寬度)的1/3-1/2。
如圖1所示，金屬擋板組件最佳的位置為兩層輻射管之間，金屬擋板組件可根據(jù)需要設(shè)置在某層輻射管的上方或下方。上下相連的兩個金屬擋板組件相對的設(shè)置在反應(yīng)器本體的兩側(cè)。這樣設(shè)置有利于增加生物質(zhì)在反應(yīng)器2中的停留時間，使其熱解更完全。若要想再增加生物質(zhì)在反應(yīng)器2中的停留時間，可在兩層輻射管中間設(shè)置相對地設(shè)置兩個金屬擋板組件。
進一步地，且水平擋板與位于它下方、并距它最近的輻射管的中心的距離為該輻射管直徑的1-1.5倍。此時，位于斜板上的含碳燃料能更好的被熱解。
輻射管為公稱直徑為200-300mm的圓形管，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為200-400mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為500-1200mm。
如圖1所示，輻射管錯列分布于反應(yīng)器2內(nèi)，輻射管為單向蓄熱式輻射管，輻射管按層單獨控溫。
反應(yīng)器本體的高度為5-20m、寬度(其內(nèi)壁的寬度)為2-6m、長度(其內(nèi)壁的長度)為5-15m，反應(yīng)器本體中輻射管的層數(shù)為10-25層。燃料氣進口和空氣入口分別與輻射管相連。
如圖1所示，熱解油氣從右上側(cè)部出來，并利用兩級旋風(fēng)分離結(jié)構(gòu)除去熱解油氣中的固體半焦，降低了焦油含塵量，以便后續(xù)能對熱解油氣進一步加工。圖1所示的除塵裝置包括兩個一級旋風(fēng)除塵器3和兩個二級旋風(fēng)除塵器4，旋風(fēng)除塵器除塵效率高，兩級除塵能有效的將熱解油氣中的半焦清除。當(dāng)然，也可選用其他除塵裝置。
如圖1所示，一級旋風(fēng)除塵器3和二級旋風(fēng)除塵器4具有熱解油氣入口、凈油氣出口和排灰口，其中，一級旋風(fēng)除塵器3的進氣口與蓄熱式快速熱解反應(yīng)器2的熱解油氣出口相連。從二級旋風(fēng)除塵器4排出的半焦進入半焦收集裝置5中儲存，另做他用。
冷凝器6具有凈化油氣入口、熱解油出口和熱解氣出口；凈化油氣入口和一級旋風(fēng)除塵器3的凈化油氣出口相連。如圖1所示，冷凝器6連接有冷凝水管路7，用循環(huán)水與從高溫油氣換熱，冷卻高溫油氣，并回收熱量。當(dāng)然，也可采用其他方式冷卻高溫油氣。
高溫油氣冷卻后，其中的熱解油變?yōu)橐后w，從熱解油出口排出，進入儲油罐8中儲存，剩下的熱解氣送入集氣罐9中儲存。
如圖1所示，進料料斗1前還設(shè)有料斗10和提升管11。提升管11內(nèi)通有熱空氣，在輸送的過程中干燥生物質(zhì)。料斗10和提升管11之間用螺旋進料器連接。提升管11設(shè)有進料口、熱空氣入口、出料口和空氣出口。
生物質(zhì)經(jīng)料斗10由提升管11送入進料料斗1中進行熱解。提升管12中通入了200℃-250℃的熱空氣，在輸送的過程中一并對生物質(zhì)進行干燥。
熱解后的半焦由螺旋出料器排出，冷卻后儲存。熱解油氣從反應(yīng)器2的側(cè)部排出，經(jīng)過一級旋風(fēng)分離器3和二級旋風(fēng)分離器4后收集下來的細(xì)半焦進入半焦收集裝置5，經(jīng)過兩級旋風(fēng)分離后較純凈的熱解油氣送入冷凝器6內(nèi)快速冷卻，熱解油蒸汽被冷卻，形成熱解油進入儲油裝置8，從冷凝器6出來的熱解氣進入集氣罐9中儲存?zhèn)溆谩?/p>
下面參考具體實施例，對本實用新型進行說明。下述實施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述實用新型內(nèi)容中所示。下述實施例所用的檢測方法均為本行業(yè)常規(guī)的檢測方法。
實施例1
利用圖1所示的系統(tǒng)對玉米秸稈進行熱解處理。反應(yīng)器2中，水平擋板與斜板的夾角為40°，水平擋板的水平長度1m，水平擋板與位于它下方、并距它最近的輻射管的中心的距離為300mm，輻射管是公稱直徑為200mm的圓形管，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為200mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為600mm。反應(yīng)器本體的高度為5m、內(nèi)壁的寬度為2m、內(nèi)壁的長度為5m，有25層輻射管。
該玉米秸稈的成分分析如表1所示。熱解工藝具體如下：
將玉米秸稈干燥、破碎，選取粒徑≤2mm的玉米秸稈送入反應(yīng)器2中進行熱解。往提升管11中通入200℃的熱空氣。每根輻射管單獨控溫，反應(yīng)器自上而下設(shè)有三個區(qū)：干燥脫水區(qū)、熱解反應(yīng)區(qū)和半焦生成區(qū)。往輻射管中分別通入燃料氣和空氣，將干燥脫水區(qū)的溫度控制在600℃、熱解反應(yīng)區(qū)的溫度在控制700℃，半焦成熟區(qū)的溫度控制在500℃。玉米秸稈自上而下依次通過干燥脫水區(qū)、熱解反應(yīng)區(qū)和半焦生成區(qū)，完成熱解過程。熱解產(chǎn)生的熱解油氣經(jīng)過兩級旋風(fēng)除塵后冷凝分離成熱解油和熱解氣，分別收集儲存。半焦冷卻后，也收集儲存。
熱解還會產(chǎn)生煙氣，煙氣從煙氣出口中排出反應(yīng)器本體外，煙氣與空氣換熱后會降溫至200℃左右。將降溫后的煙氣用于干燥進入反應(yīng)器2的玉米秸稈，這樣能進一步提高反應(yīng)器效率和燃燒效率。
本實施例具體的工藝操作參數(shù)請見表2。表3為本實施例的物料平衡表。
實施例2
利用圖1所示的系統(tǒng)對蘆葦進行熱解處理。反應(yīng)器2中，水平擋板與斜板的夾角為45°，水平擋板的水平長度2m，水平擋板與位于它下方、并距它最近的輻射管的中心的距離為240mm，輻射管是公稱直徑為200mm的圓形管，左右相鄰的兩輻射管的水平間距為300mm，上下相鄰的兩輻射管的豎直間距為800mm。反應(yīng)器本體的高度為6m、內(nèi)壁的寬度為2m、內(nèi)壁的長度為5m，有20層輻射管。
該蘆葦?shù)某煞址治鋈绫?所示。熱解工藝流程具體如下：
將蘆葦干燥、破碎，選取粒徑≤1mm的蘆葦送入反應(yīng)器2中進行熱解。往提升管11中通入250℃的熱空氣。每根輻射管單獨控溫，反應(yīng)器自上而下設(shè)有三個區(qū)：干燥脫水區(qū)、熱解反應(yīng)區(qū)和半焦生成區(qū)。往輻射管中分別通入燃料氣和空氣，將干燥脫水區(qū)的溫度控制在700℃、熱解反應(yīng)區(qū)的溫度在控制500℃，半焦成熟區(qū)的溫度控制在600℃。蘆葦自上而下依次通過干燥脫水區(qū)、熱解反應(yīng)區(qū)和半焦生成區(qū)，完成熱解過程。熱解產(chǎn)生的熱解油氣經(jīng)過兩級旋風(fēng)除塵后冷凝分離成熱解油和熱解氣，分別收集儲存。半焦冷卻后，也收集儲存。
熱解還會產(chǎn)生煙氣，煙氣從煙氣出口中排出反應(yīng)器本體外，煙氣與空氣換熱后會降溫至200℃左右。將降溫后的煙氣用于干燥進入反應(yīng)器2的蘆葦，這樣能進一步提高反應(yīng)器效率和燃燒效率。
本實施例具體的工藝操作參數(shù)請見表5。表6為本實施例的物料平衡表。
表1玉米秸稈的成分分析
表2工藝操作參數(shù)
表3物料平衡表
表4蘆葦?shù)某煞址治?/p>
表5工藝操作參數(shù)
表6物料平衡表
從表3和表6可知，本實用新型提供的系統(tǒng)能有效的熱解生物質(zhì)。
綜上可知，本實用新型采用了蓄熱式快速熱解反應(yīng)器熱解生物質(zhì)，無熱載體，反應(yīng)工藝簡單，且溫度分布均勻，系統(tǒng)熱效率高。其內(nèi)部溫度場由輻射管提供，同時根據(jù)通過控制不同的溫度區(qū)域來精確的調(diào)節(jié)干燥脫水區(qū)、熱解反應(yīng)區(qū)、半焦生成區(qū)的溫度，可操作性強，燃燒效率高，節(jié)能效果好。
熱解產(chǎn)物中的熱態(tài)半焦由熱解爐底部排出，經(jīng)排渣冷卻螺旋冷卻得到冷態(tài)半焦直接進入半焦收集裝置，對熱態(tài)焦油和熱解氣分別冷卻凈化處理，對熱解產(chǎn)品進行了綜合利用。
反應(yīng)器本體上添加了由水平擋板和斜板組成的金屬擋板組件，該金屬擋板組件增加了生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器內(nèi)停留的時間。因此，添加金屬擋板組件后，反應(yīng)器的高度可降低。若不改變反應(yīng)器本體的高度，添加金屬擋板組件后，可將輻射管的垂直間距加大，從而可減少反應(yīng)器內(nèi)輻射管的數(shù)量。
需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本實用新型而非限制本實用新型的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下對本實用新型進行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實用新型的范圍之內(nèi)。此外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。