一种生物质快速热解装置及热解方法与流程

1.本发明属于生物质快速热解技术领域，具体涉及一种生物质快速热解装置与方法。


背景技术：

2.随着传统化石能源的枯竭以及日益严重的环境问题，新能源逐渐引起社会的广泛关注。生物质能作为新能源的一种，污染小，来源广泛，能转化为多种能源产品，具有替代化石能源的前景。因此，生物质的利用技术越来越引起人们的重视。生物质快速热解是生物质利用的一种技术，指在隔绝氧气或者低氧情况下快速升温生成热解油、生物炭和热解气三种能源产品的方法。目前，生物质快速热解由于操作简单，成本低，是生物质清洁利用领域的研究热点。
3.传统的固定床快速热解装置一般先对炉体升温，然后通过手动进料或者螺旋进料的方式实现。
4.手动进料依靠人为操作，过程繁琐，也会造成数据的人为误差；而螺旋进料方式一般在物料自由落体过程中热解，需要较大的炉体体积，并且炉壁积碳严重。
5.近来，也有研究人员指出，可以通过快速升温的方式实现快速热解，但是这种对设备要求比较高，应用不广泛。
6.卧式装置是最常见的生物质快速热解装置之一，而目前最普遍的设计是先对炉体升温，然后通过推料装置推料或者通过设计转动结构、倾斜结构等特殊结构实现。
7.目前生物质或塑料固定床热解，将物料放入固定床中再升温，由于升温需要时间，只能实现一个慢速热解的过程。
8.综上所述，现有生物质快速热解装置存在以下问题：
9.1.想要避免现有慢速热解，必须先对炉管预升温，再投入物料，但是此操作势必会混入空气，无法做到特定气体的控制。
10.2.卧式进料方式，难免使得生物质物料与炉管主体直接接触或物料桶与炉管间产生摩擦、碰撞，一些具有腐蚀性的生物质会直接腐蚀炉体，如城市污泥垃圾或者经过酸碱预处理过的生物质。


技术实现要素：

11.本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供可实现快速热解同时避免空气混入炉管的生物质快速热解装置与方法。
12.本发明的技术方案：本发明公开了一种生物质快速热解装置，包括竖直设置的炉管和设置在所述炉管外端面，用于对所述炉管加热的加热炉；所述加热炉可沿所述炉管高度方向往复运动；
13.所述炉管一端依靠法兰盘密封，另一端设有热解气出口；所述炉管内设有可沿所述炉管高度方向往复运动的物料桶。
14.进一步的，所述炉管包括预热段和速热段，所述加热炉有效加热范围与所述预热段和速热段的管体长度相同。
15.进一步的，所述预热段位于所述速热段上方。
16.进一步的，所述物料桶为上端开口的有底容器；所述炉管上方设有物料桶牵引装置；所述物料桶牵引装置通过耐高温牵引绳穿过所述法兰盘，连接所述物料桶。
17.进一步的，所述物料桶轴线与所述炉管轴线重合。
18.进一步的，还包括用于固定所述炉管的固定环。
19.进一步的，包括电动热解炉系统、反应器系统、温度和流量控制系统和冷凝收集系统；
20.所述电动热解炉系统包括电动控制装置、热解炉升降导轨和所述热解炉；所述热解炉炉体垂直安装在热解炉升降导轨上，通过电动控制装置控制炉体沿着热解炉升降导轨上下移动；
21.所述反应器系统包括所述物料桶、所述炉管、固定环和所述物料桶牵引装置；
22.所述温度和流量控制系统包括热电偶、温度和流量程序控制设备和流量计；所述热电偶安装于炉体内的中间位置，所述流量计安装在所述炉管的载气进气口；
23.所述冷凝收集系统包括电加热炉、旋风除尘器、第一级冷凝塔、第二级冷凝塔和第三级冷凝塔；
24.所述电加热炉设置在所述旋风除尘器外侧，所述旋风除尘器进口与所述炉管出口相连；所述旋风除尘器出口与第一级冷凝塔进口相连；所述第一级冷凝塔出口与所述第二级冷凝塔进口相连；所述第二级冷凝塔出口与所述第三级冷凝塔进口相连；所述第三级冷凝塔出口连接后续气体收集装置。
25.本发明还公开了一种快速热解方法，包括如下步骤：
26.步骤一：打开炉管上端法兰盘，提升物料桶至炉体顶端，取生物质物料放置于物料桶后，将所述物料桶悬置于炉管的速热段处，关闭法兰盘。
27.步骤二：将加热炉升高至炉管的预热段，通入载气，对热解炉预升温，待预热段升温到指定温度并稳定时，控制所述加热炉下降到速热段，对物料桶内生物质物料进行快速热解；
28.同时，旋风除尘器分离出重质组分和灰分，旋风除尘器外部的电加热炉的温度与炉体温度保持一致，利用三级冷凝系统对热解油充分冷凝并收集；
29.步骤三：热解完成后，依次关闭载气、热解炉、旋风除尘器及电加热炉，待所述炉管冷却后，打开法兰盘，将热解后物料桶内的生物炭吊起收集。
30.本发明与现有技术相比的有益效果：
31.1.本发明装置将现有炉体上设置可移动的加热炉，可实现对炉管的部分加热，待将炉管部分加热至一定温度后，再将加热炉移至物料箱处，实现快速加热；
32.2.炉管竖直设置，物料桶可在重力作用下下降，避免与炉管内壁的直接碰触，解决了目前卧式热解方式生物质物料直接与炉体直接接触的问题，防止一些具有腐蚀性的生物质物料对炉体的腐蚀作用。
33.3.在炉管设有预热段和速热段，在通过预热段对炉管进行预热，待预热完成后，再将加热炉移动至速热段，实现对物料箱内材料的快速热解。
34.4.竖直设置的炉管，将预热段设置在速热段上方，由于热气轻，将速热段设置在预热段下方，进一步减弱预热段加热时对速热段的温度影响，相较卧式热解装置，进一步避免物料箱内材料被缓慢加热，同时，在加热过程中，无需开舱，可避免空气进入。
附图说明
35.图1为本发明中生物质快速热解装置的整体结构示意图；
36.图2为本发明中生物质快速热解装置的炉管的分段示意图；
37.图3为本发明中生物质快速热解装置中，热解炉位于预热段的状态示意图；
38.图4为本发明中生物质快速热解装置中，热解炉位于速热段的状态示意图。
具体实施方式
39.为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
40.如图1
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4所示，其中箭头方向，为载气流动方向；本发明生物质快速热解装置，包括竖直设置的炉管9和设置在炉管9外端面，用于对炉管9加热的加热炉10；加热炉10可沿炉管9高度方向往复运动；
41.炉管9一端依靠法兰盘90密封，另一端设有热解气出口；炉管9内设有可沿炉管9高度方向往复运动的物料桶8。其中，炉管9包括预热段91和速热段92，预热段91位于速热段92上方。加热炉9有效加热范围与预热段91和速热段92的管体长度相同。
42.物料桶8为上端开口的有底容器；炉管9上方设有物料桶牵引装置15；物料桶牵引装置15通过耐高温牵引绳穿过法兰盘90，连接物料桶8。
43.本装置包括电动热解炉系统、反应器系统、温度和流量控制系统和冷凝收集系统；
44.其中，电动热解炉系统，为装置的主体部分，是实现生物质物料快速热解的主要结构；
45.反应器系统，用于提供生物质物料快速热解的密封环境；
46.温度和流量控制系统，用于测量上述电动热解炉系统的炉体温度，并利用负反馈程序控制快速热解温度的稳定性，同时控制载气流速；
47.冷凝收集系统，其中旋风除尘器可除去热解油中重质组分和灰分，外部电加热炉对其加热，三级冷凝塔能够完全收集热解产生的高品质热解油油。
48.支撑台，用于支撑固定上述电动热解炉系统、反应器系统、温度和流量控制系统，实现装置的一体化。
49.图2
‑
4分别表示炉管的分段、炉体在炉管第一段预热和炉体在炉管第二段热解示意图。
50.具体的，电动热解炉系统包括热解炉10、电动控制装置2、热解炉升降导轨1；其中，热解炉炉体垂直安装在热解炉升降导轨1上，通过电动控制装置2控制炉体沿着热解炉升降导轨1上下移动；
51.反应器系统包括炉管9、物料桶8、固定环14和电机装置15；其中，炉管9位于热解炉10中心位置，并且上端固定在固定环14上。电机装置15通过软绳连接炉管9上端法兰盘，物料桶8通过法兰盘上固定的钢绳悬挂于炉管9第二段内；
52.温度和流量控制系统包括温度和流量程序控制设备12、热电偶11和流量计13；其中，热电偶11安装于炉体内的中间位置，流量计安装于炉管9的载气进气口前端；
53.冷凝收集系统包括电加热炉3、旋风除尘器4、第一级冷凝塔5、第二级冷凝塔6、第三级冷凝塔7。旋风除尘器4外侧设置有电加热炉3、旋风除尘器4进口与炉管9出口相连，旋风除尘器4出口与第一级冷凝塔5进口相连，第一级冷凝塔出口5与第二级冷凝塔6进口相连，第二级冷凝塔6出口与第三级冷凝塔7进口相连，第三级冷凝塔7出口连接后续气体收集装置；
54.支撑台起设备支撑作用，电动控制装置3、热解炉升降导轨2、固定环14、电机装置15、温度和流量程序控制设备12均安装于支撑台16上。
55.本发明利用装置进行快速热解制油的方法，具体包括如下步骤：
56.步骤一：在反应器系统中，打开炉管9上端法兰盘90，使用电机装置15匀速上升物料桶8至炉体顶端，取一定颗粒大小烘干后的生物质物料放置于物料桶8中，然后使用电机装置15匀速下降将其悬置于炉管9第二段内，法兰盘进行密封，通入载气。
57.步骤二：电动热解炉系统中，利用电动控制装置2将炉体升高至炉管9第一段。通入载气，利用温度和流量控制系统控制载气流速并对热解炉10预升温，待其升温到指定温度并稳定时，电动控制炉体下降到炉管9第二段，对生物质物料进行快速热解；
58.在冷凝收集系统中，利用旋风除尘器4分离出重质组分和灰分，旋风除尘器4外部的电加热炉3的温度与炉体温度保持一致，利用三级冷凝系统对热解油充分冷凝并收集。
59.步骤三：热解完成后，关闭载气、热解炉10、旋风除尘器4及电加热炉3，待到炉体冷却后，打开法兰盘90，使用电机装置15匀速将热解后物料桶8内的生物炭吊起收集。
60.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。