一種連續外熱立式生物質熱解碳化裝置製造方法
2023-12-06 08:48:31 1
一種連續外熱立式生物質熱解碳化裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開一種連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，該裝置包含進料系統、熱解碳化反應器、生物炭出料系統、淨化系統等部分。採用二級進料與二級出料結構，與原料自身重力共同作用，保證裝置的密封，實現熱解碳化反應的連續性；採用可調速的二級螺旋進料輸送器與螺旋出料輸送器，使得原料移動速度與反應滯留時間可以精確控制，保證生物炭的品質穩定可控；熱解碳化反應器包含四段可獨立控溫的溫區，根據熱解反應每階段所需溫度不同，設定反應器自上而下依次升溫，避免熱解反應初始階段不必要的高溫，可有效節約能源。本發明整體結構簡單，容易實現，主要產物為生物炭，產量高，品質穩定。
【專利說明】一種連續外熱立式生物質熱解碳化裝置
【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，特別是涉及一種以獲得生物炭產物為主要目的並通過二級進料與二級出料結構實現密封的連續外熱立式生物質熱解碳化裝置。
【背景技術】:
[0002]隨著全世界人口的快速增長及經濟技術的發展，人們對能源的需求急劇增加，化石燃料的使用所帶來的氣候變化等影響也引發了普遍擔憂。為解決上述問題，近年來全球在可再生能源領域的興趣不斷增長。生物質被認為是當前世界上主要的補充化石燃料資源、改善生態環境的可再生清潔能源，是重要發展方向之一。在生物質資源各種清潔、轉化、利用的技術中，生物質熱解技術是一種十分重要的可再生能源利用方式。
[0003]生物質熱解可獲得焦油、熱解氣和生物質炭3種產物。生物炭，具有複雜的孔隙結構和良好的表面特性，多孔的高含碳結構使其對氣體和液體具有強大的物理吸附能力，可以轉化為活性炭和其他高附加值的化學品，可以廣泛地應用於氣體淨化、汙水處理等領域；可以施放到土壤中，既能增加土壤有機物，提高肥力，也能憑藉其耐降解性質，提高碳在土壤裡的封存時間；此外，生物炭還有一定的催化作用，可以用作化學工業和冶煉工業的催化劑。
[0004]目前實際應用的生物質熱解技術多採用快速熱解工藝，其主要產物為焦油與熱解氣。以生物炭產物為主要目的技術應用，大多採用間歇式熱解工藝，缺點是生物炭產量較低，生產效率與經濟效益均不高。採用連續式熱解工藝的技術，往往存在裝置結構複雜，密封困難，裝置成本高等缺點。
[0005]專利201010212171.2，提出了一種豎行式移動床生物質連續熱解裝置。其特徵在於:採用高溫煙氣衝刷移動床熱解豎管排的方式強化外部熱源對熱解設備的傳熱效果；利用焦炭冷卻釋放的熱量實現加熱空`氣的預熱；利用旋轉進出料閥的調節，與物料自身重力實現熱解過程的連續式生產。不足是裝置結構複雜；高溫煙氣作為熱源傳輸複雜，煙氣所經各部分溫度不穩定；物料移動的速度不宜控制，容易造成炭化不均，生物炭品質不穩定。
【發明內容】
:
[0006]針對現有連續式熱解工藝技術，存在的裝置結構複雜，密封困難，裝置成本高，生物炭品質不穩定的不足，本發明的目的是提供一種連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，以較為簡單的結構，實現連續進料與生物炭連續出料；能精確控制原料移動速度，產品品質穩定，主要產物為生物炭，同時可得到焦油和熱解氣。
[0007]為實現上述目的，本發明的技術方案為:一種連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，包含進料系統、熱解碳化反應器、生物炭出料系統、淨化系統等部分，其特徵在於，進料系統包括一級螺旋進料輸送器、緩衝進料箱、二級螺旋進料輸送器，該緩衝進料箱上端連接一級進料閥，下端連接二級進料閥；生物炭出料系統包括出料冷卻管、螺旋出料輸送器、一級儲炭箱、二級儲炭箱、移動炭箱，該二級儲炭箱上端連接一級出料閥，下端連接二級出料閥。
[0008]進一步地，該連續外熱立式生物質熱解碳化裝置的淨化系統包括旋風分離器、冷凝系統、羅次風機、集灰箱、儲油箱。
[0009]進一步地，該一級進料閥與該二級進料閥在裝置運行過程中不可以同時開啟；該一級出料閥與該二級出料閥在裝置運行過程中不可以同時開啟。
[0010]進一步地，該二級螺旋進料輸送器與該螺旋出料輸送器的轉速可調；通過調整該螺旋進料輸送器的轉速控制裝置的進料量，通過調整該螺旋出料輸送器的轉速控制裝置的出料量。
[0011]進一步地該熱解碳化反應器為立式管狀，長度直徑比介於10~14，包含四段加熱溫區，每段溫區的溫度可獨立調控；該熱解碳化反應器的供熱方式可以是電加熱式，也可以是自產氣燃燒供熱；該熱解碳化反應器的下部開設出氣口，該出氣口向上傾斜，傾斜角度為30°~45° ;該熱解碳化反應器的下端為縮口結構。
[0012]進一步地，該緩衝進料箱內部設有攪拌裝置。
[0013]進一步地，該出料冷卻管與該熱解碳化反應器、該螺旋出料輸送器均為可拆卸連接，該出料冷卻管的長度可根據需要更換調整。
[0014]與現有技術相比，本發明的優點在於:
[0015]1.二級進料與二級出料結構保證了裝置的密封性，反應器為立式管狀，原料靠自重下落，實現了熱解碳化反應的連續化。
[0016]2.二級螺旋進料輸送器與螺旋出料輸送器的轉速可調，與原料自身的重力，共同保證了原料移動速度與反應滯留時間的精確控制，保證產品的品質穩定；且可根據實際需要，對生物炭的產量進行調節。
[0017]3.熱解碳化反應器的下端為縮口結構，增加了生物炭的滯留時間，提高了生物炭的品質。
[0018]4.熱解碳化反應器包含四段可獨立控溫的溫區，根據熱解反應每階段所需溫度不同，設定反應器自上而下依次升溫，避免熱解反應初始階段不必要的高溫，可有效節約能源。
[0019]5.熱解碳化反應器的出氣口斜向上，使生物炭儘量多的落入下方的儲炭箱，減少淨化系統的負荷。
[0020]6.裝置整體結構簡單，容易實現，製造成本較低。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0021]圖1為本 發明連續外熱立式生物質熱解裝置的結構示意圖；
[0022]圖2為管式反應器加熱溫區的結構示意圖。
[0023]圖中:1- 一級螺旋進料輸送器，2- —級進料閥，3-緩衝進料箱，4- 二級進料閥，5- 二級螺旋進料輸送器，6-熱解碳化反應器，7-出料冷卻管，8-螺旋出料輸送器，9- 一級儲炭箱，10- 一級出料閥，11- 二級儲炭箱，12- 二級出料閥，13-移動炭箱，14-出氣口，15-旋風分離器，16-冷凝系統，17-羅茨風機，18-集灰箱，19-儲油箱，20-加熱溫區。
【具體實施方式】:[0024]以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。
[0025]如圖1所示，本發明提出的連續外熱立式生物質熱解裝置，包含進料系統、熱解碳化反應器6、生物炭出料系統、淨化系統等部分。進料系統包括一級螺旋進料輸送器1、緩衝進料箱3、二級螺旋進料輸送器5,緩衝進料箱3上端連接一級進料閥2,下端連接二級進料閥4 ;生物炭出料系統包括出料冷卻管7、螺旋出料輸送器8、一級儲炭箱9、二級儲炭箱11、移動炭箱13, 二級儲炭箱11上端連接一級出料閥10,下端連接二級出料閥12。淨化系統包括旋風分離器15、冷凝系統16、羅茨風機17、集灰箱18、儲油箱19。
[0026]本發明中的一級進料閥2與二級進料閥4在裝置運行過程中不可以同時開啟，一級出料閥10與二級出料閥12在裝置運行過程中不可以同時開啟，以保證裝置的密封性。
[0027]二級螺旋進料輸送器5與螺旋出料輸送器8的轉速可調，與原料自身的重力，共同保證了原料移動速度與反應滯留時間的精確控制，保證產品的品質穩定。
[0028]如圖2所示，本發明中的熱解碳化反應器6為立式管狀，長度直徑比介於10~14，包含四段加熱溫區20，每段溫區的溫度可獨立調控，設置四段溫區的溫度至上而下依次升溫，可以有效節約能源。熱解碳化反應器6的供熱方式可以是電加熱式，也可以是自產氣燃燒供熱。如圖1所示，熱解碳化反應器6的下部開設出氣口 14，該出氣口 14向上傾斜，傾斜角度為30°~45° ;熱解碳化反應器6的下端為縮口結構。
[0029]緩衝進料箱3內部設有攪拌裝置，以防在緩衝進料箱內產生搭橋的現象。
[0030]出料冷卻管7與熱解碳化反應器6、螺旋出料輸送器8均為可拆卸連接，出料冷卻管的長度可根據需要更換調整。
[0031]如圖1所示，本發明的具體操作步驟如下:
[0032]生物質原料由一級螺旋進料輸送器I傳送到緩衝進料箱3，此時關閉二級進料閥4，開啟一級進料閥2。當緩衝進料箱3被裝滿後，關閉一級進料閥2，開啟二級進料閥4。原料經過二級螺旋進料輸送器5傳送到熱解碳化反應器6，此時螺旋出料輸送器8不運行。當熱解碳化反應器6基本被裝滿後，開始運行螺旋出料輸送器8。調整二級螺旋進料輸送器5和螺旋出料輸送器8的電機轉速，使得進料量與出料量基本相符，並且滿足原料的反應滯留時間。此時，開啟一級出料閥10，關閉二級出料閥12，反應生成的生物炭產物經由一級儲炭箱9直接落入二級儲炭箱11。當二級儲炭箱11裝滿炭後，關閉一級出料閥10，開啟二級出料閥12，移動炭箱13將炭產物移走。之後，關閉二級出料閥12，開啟一級出料閥10。依次循環。
[0033]當緩衝進料箱3中的原料快使用完時，關閉二級進料閥4，開啟一級進料閥2，通過一級螺旋進料輸送器I快速將緩衝進料箱3裝滿，之後關閉一級進料閥2，開啟二級進料閥4，同時二級螺旋進料輸送器5的體積要保證其中的剩餘原料能滿足二級進料閥4關閉和開啟間隙的反應量。依次循環。
[0034]反應生成的可冷凝和不可冷凝氣體從熱解碳化反應器6，經出氣口 14，依次通過旋風分離器15，冷凝系統16，羅茨風機17，再收集。油箱19將反應生成的液體產物收集。
[0035]進一步地，以下為應用本發明的具體實施例:
[0036]所用原料為粉碎後小麥秸杆，原料粒度為5-10mm，進料量為150kg/h，連續反應Sh0採用熱解碳化反應器的長度直徑比為12，出氣口向上傾斜角度為30°。設定反應器的四段溫區的溫度均為450°C，調整二級螺旋進料輸送器與螺旋出料輸送器的轉速，使反應滯留時間分別為5、10、20、30min。經計算測定可知，生物炭產率隨滯留時間的上升呈增長趨勢，生物炭產率最高約35.2%，炭化均勻，有較大孔隙度與熱值。設定反應器的四段溫區的溫度至上而下依次為150°C、250°C、35(TC、45(rC，結果表明，能源消耗量明顯低於上述四段溫區均為450°C的情況。
[0037]最後應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。·
【權利要求】
1.一種連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，包含進料系統、熱解碳化反應器(6)、生物炭出料系統、淨化系統等部分，其特徵在於，進料系統包括一級螺旋進料輸送器(I)、緩衝進料箱(3)、二級螺旋進料輸送器(5)，該緩衝進料箱(3)上端連接一級進料閥(2)，下端連接二級進料閥(4);生物炭出料系統包括出料冷卻管(7)、螺旋出料輸送器(8)、一級儲炭箱(9)、二級儲炭箱(11)、移動炭箱(13),該二級儲炭箱(11)上端連接級出料閥(10),下端連接二級出料閥(12)。
2.根據權利要求1所述的連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，其特徵在於，淨化系統包括旋風分離器(15)、冷凝系統(16)、羅茨風機(17)、集灰箱(18)、儲油箱(19)。
3.根據權利要求1所述的連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，其特徵在於，該一級進料閥(2)與該二級進料閥(4)在裝置運行過程中不可以同時開啟；該一級出料閥(10)與該二級出料閥(12)在裝置運行過程中不可以同時開啟。
4.根據權利要求1所述的連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，其特徵在於，該二級螺旋進料輸送器(5)與該螺旋出料輸送器(8)的轉速可調。
5.根據權利要求1所述的連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，其特徵在於，該熱解碳化反應器(6)為立式管狀，長度直徑比介於10~14，包含四段加熱溫區(20)，每段溫區的溫度可獨立調控。
6.根據權利要求1或5所述的連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，其特徵在於，該熱解碳化反應器(6)的供熱方式可以是電加熱式，也可以是自產氣燃燒供熱。
7.根據權利要求 1或5所述的連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，其特徵在於，該熱解碳化反應器(6)的下部開設出氣口(14)，該出氣口(14)向上傾斜，傾斜角度為30°~45。。
8.根據權利要求1或5所述的連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，其特徵在於，該熱解碳化反應器(6)的下端為縮口結構。
9.根據權利要求1所述的連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，其特徵在於，該緩衝進料箱(3)內部設有攪拌裝置。
10.根據權利要求1所述的連續外熱立式生物質熱解碳化裝置，其特徵在於，該出料冷卻管(7)與該熱解碳化反應器(6)、該螺旋出料輸送器(8)均為可拆卸連接，該出料冷卻管(7)的長度可根據需要更換調整。
【文檔編號】C10B53/02GK103627416SQ201310084741
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年3月18日 優先權日:2013年3月18日
【發明者】田宜水, 王茹, 趙立欣, 孟海波, 姚宗路 申請人:農業部規劃設計研究院