自加热式垂直轴流滚筒烧蚀热解反应装置的制作方法

1.本发明涉及一种热解反应装置，尤其涉及一种自加热式垂直轴流滚筒烧蚀热解反应装置，其属于再生能源利用技术领域。


背景技术：

2.生物质热解是在微氧或无氧的气氛下使生物质发生热分解生成可冷凝挥发成分(生物油)、不可冷凝小分子气体(不冷凝气)和固体产物生物炭的技术，可将农林废弃物等生物质转化为高价值的生物油，是一种非常有前景的热化学转化技术。针对生物质热解液化技术而言，生物质热解液化制取生物油的热解反应器多种多样，但要生产高质量生物油，生物质热解反应器形式的选择是生物质热解装置的核心和关键，不仅要求具有良好的传热传质效果，还要求设备结构要求简单、运行可靠。
3.目前，国内外已经开发出了多种热解装置，比较典型的有加拿大ensyn和dynamotive公司分别建立了日处理量75t和200t的流化床热解示范工厂。荷兰btg公司建立了处理能力为2吨/小时的旋转锥热解装置。中国科学技术大学建设了2套万吨级/年产能的装置。
4.生物质热解装置主要包括下降管式反应器、流化床反应器和烧蚀反应器等。下降管式反应器是通过电加热的方式，让陶瓷球等作为热载体加热生物质在v型下降管中进行热解，产生气固液三相产物，热解后热载体再通过提升机返回加热器加热。热载体即提供了热量又增强颗粒间的流动性和传热性能。然而其存在问题是消耗高品质能源
‑
电能，且热效率较低。
5.流化床反应器也是用热载体，热载体在流化床内流态化加热后，经流化风吹入热解区将热量传递给生物质进行热解。该反应器不含运动部件，工作可靠性大。存在的问题是流化风量较大，能量损失多。
6.烧蚀热解工作原理是生物质颗粒在转轴旋转产生离心力的作用下贴合反应器壁面，通过外源加热使生物质颗粒在反应器壁面上发生热解，热解产生的油气从反应器上部排出，经过喷淋冷凝后得到生物油和不可冷凝气，产生的生物炭排在热解器底部。与其他热解反应器相比烧蚀热解反应器较大的优点是能够热解较大颗粒的生物质原料，运行能耗低，加热速率快。但是传统的烧蚀热解反应器转轴转速较快，对材料和轴承的要求较高；热解不充分，原料浪费率高；通过电加热的方式，消耗高品质能源。
7.现有的专利号为cn201710330577.2公开了反应同心旋转式热解反应器，其中烟气折流板结构虽然可提高的高温废烟气的热量，提高了能量的利用效率，但未设计催化剂重整装置，热解产生的生物油或热结气可能在选择性和产率上存在问题。
8.现有的专利号为cn201710330591.2公开了新型双旋转式生物质热解液化系统，利用废热烟气干燥物料，炭灰及不凝气的可燃成分加热热载体，热载体与物料在反应筒中均匀混合，发生热解反应，提高了热解转化效率，但缺少生物质物料的烘焙装置，降低了生物油或其他热解产物的品质。


技术实现要素：

9.本发明针对上述现有技术中存在的不足，提供一种自加热式垂直轴流滚筒烧蚀热解反应装置。
10.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
11.一种自加热式垂直轴流滚筒烧蚀热解反应装置，包括壳体和设在壳体内部的反应筒，所述反应筒内部设有转轴，所述转轴上端通过皮带连接有变频电机，可调节转轴的转速，所述壳体外部设有一级螺旋送料器和二级螺旋送料器，所述一级螺旋送料器的出料端连通二级螺旋送料器的进料端，所述二级螺旋送料器的出料端连通反应筒的上部。
12.进一步，所述反应筒和转轴自上而下都是圆柱形和圆台形相结合的结构，可以使得物料进入反应筒内后与反应筒内壁紧密接触；所述反应筒和转轴的圆台形部份具有5
°‑
25
°
的锥角差，可自适应物料的大小变化；所述圆台形的上端横截面直径大与下端的横截面直径，所述转轴的圆柱形外部固定连接有转轴叶片，所述转轴叶片与转轴的圆柱形部分的母线偏转1
°
～10
°
，提高物料旋转的离心力，同时有助于热解区气固相的分离和提高热解速率；所述转轴的下端连接有螺旋杆，可以及时排出热解产生的生物炭，避免堵塞；所述螺旋杆下端连接有转盘。
13.进一步，所述转轴叶片为三棱柱形、长方体形、有倒角的四棱柱形中的任意一种或两种及以上的组合。
14.进一步，所述转轴上部设有催化剂床层，所述催化剂床层为多孔蜂窝状催化剂床，催化剂床孔结构为圆形、方形、五边形、六边形中的任意一种。
15.进一步，所述一级螺旋送料器的进料端连通有储料仓，所述储料仓的上侧设有干燥烘焙装置，所述干燥烘焙装置为干燥机、烘焙炉、高温炉烟气热烘焙装置、烘焙机、烘焙反应器中的任意一种。可对生物质原料进行干燥和烘焙预处理，有效降低生物质原料的水分和氧含量以及热解产物中的酸类物质含量，提高热解效率的同时，为生物油的提质奠定了基础。
16.进一步，所述壳体下侧外部环绕有气管甲和气管乙，所述气管甲设在气管乙的上侧，所述气管甲和气管乙与壳体之间分别均匀开设有2
‑
8个通孔，所述气管甲内通入空气，所述气管乙内通入不可冷凝气体和燃气，所述壳体的上侧外部环绕有半圈气管丙，所述气管丙的两端与壳体之间开设有2
‑
8个通孔为烟气出口。所述烟气出口还可以连通干燥烘焙装置，为干燥烘焙装置提供热量。
17.进一步，所述壳体的下端设有灰渣出口，所述壳体的顶部还开设有蒸汽出口，所述壳体采用耐磨耐高温材料，耐磨耐高温材料选用隔热耐火砖、膨胀珍珠岩绝热制品、硅藻土保温材料、石棉保温材料、玻璃棉保温材料、硅酸铝质隔热耐火泥浆、耐火可塑料、密封涂料中的任意一种或两种及以上的组合。
18.进一步，壳体与转轴的上端和端之间设有止推轴承。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：壳体内部的上部为热解区，下部为燃烧区，设置干燥烘焙装置，可以有效的降低生物质原料的水分和氧含量以及酸类物质含量，可提高热解效率，也为生物油的提质奠定了基础。生物质原料进入反应筒后，在转轴和转轴叶片提供的离心力的作用下与高温反应筒紧密接触，可提高热解速率。生物质原料热解反应迅速，反应过程中不需要载气的推动和热载体的加热，极大的降低了对载气的加热和冷却
负荷。
20.充分利用热解产生的生物炭、不可冷凝气体，实现热解过程的自加热。燃烧后的高温烟气可用来干燥烘焙生物质原料，可以充分实现能量的有效利用。反应筒和转轴的锥形区域具有不同的锥角，靠壁面高温和压力可以自适应物料大小的变化，利用该优势，可热解粉末状、粒状等生物质原料，更好的实现气固分离和生物质的热解。
附图说明
21.图1为本发明的结构示意图。
22.图2为气管丙的横截面示意图。
23.图3为气管甲的横截面示意图。
24.图4为转轴的结构示意图。
25.图5为转轴叶片的结构示意图。
26.图6为催化剂床层的结构示意图。
27.在图中，1、壳体；2、反应筒；3、转轴；4、变频电机；5、一级螺旋送料器；6、二级螺旋送料器；7、转轴叶片；8、螺旋杆；9、转盘；10、催化剂床层；11、储料仓；12、干燥烘焙装置；13、气管甲；14、气管乙；15、气管丙；16、烟气出口；17、灰渣出口；18、蒸汽出口。
具体实施方式
28.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
29.一种自加热式垂直轴流滚筒烧蚀热解反应装置，包括壳体1和设在壳体1内部的反应筒2，所述反应筒2内部设有转轴3，所述转轴3上端通过皮带连接有变频电机4，所述壳体1外部设有一级螺旋送料器5和二级螺旋送料器6，所述一级螺旋送料器5的出料端连通二级螺旋送料器6的进料端，所述二级螺旋送料器6的出料端连通反应筒2的上部。
30.所述反应筒2和转轴3自上而下都是圆柱形和圆台形相结合的结构，所述反应筒2和转轴的圆台形部份具有5
°‑
25
°
的锥角差，所述圆台形的上端横截面直径大与下端的横截面直径，所述转轴3的圆柱形外部固定连接有转轴叶片7，所述转轴叶片7与转轴3的圆柱形部分的母线偏转1
°
～10
°
，所述转轴3的下端连接有螺旋杆8，所述螺旋杆8下端连接有转盘9。
31.所述转轴叶片7为三棱柱形、长方体形、有倒角的四棱柱形中的任意一种或两种及以上的组合。
32.所述转轴3上部设有催化剂床层10，所述催化剂床层10为多孔蜂窝状催化剂床，催化剂床孔结构为圆形、方形、五边形、六边形中的任意一种。
33.所述一级螺旋送料器5的进料端连通有储料仓11，所述储料仓11的上侧设有干燥烘焙装置12，所述干燥烘焙装置12为干燥机、烘焙炉、高温炉烟气热烘焙装置、烘焙机、烘焙反应器中的任意一种。
34.所述壳体1下侧外部环绕有气管甲13和气管乙14，所述气管甲13设在气管乙14的上侧，所述气管甲13和气管乙14与壳体1之间分别均匀开设有2
‑
8个通孔，所述气管甲13内通入空气，所述气管乙14内通入不可冷凝气体和燃气，所述壳体1的上侧外部环绕有半圈气
管丙15，所述气管丙15的两端与壳体1之间开设有2
‑
8个通孔。
35.所述壳体1的下端设有灰渣出口17，所述壳体1的顶部还开设有蒸汽出口18。
36.所述壳体1采用耐磨耐高温材料，耐磨耐高温材料选用隔热耐火砖、膨胀珍珠岩绝热制品、硅藻土保温材料、石棉保温材料、玻璃棉保温材料、硅酸铝质隔热耐火泥浆、耐火可塑料、密封涂料中的任意一种或两种及以上的组合。
37.工作原理：
38.经过干燥烘焙过的生物质物料通过一级螺旋送料器5和二级螺旋送料器6沿切线方向进入反应筒2内，利用转轴叶片7提供的离心力，物料与高温反应筒2璧面紧密接触，实现生物质物料的快速热解，所产生的热解蒸汽经催化剂床层10进行催化重整，经热解蒸汽出口18进入液化冷凝装置将热解蒸汽进行冷凝液化，得到生物油。与转轴3相连的螺旋杆8将生物炭从反应筒2中分离并送入燃烧区燃烧。热解产生的不可冷凝气体可送入燃烧区与生物炭一起燃烧实现能量的回收利用。燃烧产生的烟气由烟气出口16排出，烟气出口16与干燥烘焙装置12连接，用于生物质物料的干燥和烘焙。在燃烧区下部设灰渣出口17，排出灰渣。
39.物料经过干燥烘焙装置12烘焙后进入储料仓11，再经过调节一级螺旋送料器5和二级螺旋送料器6的转速来向反应筒2内定量定速的喂料，物料通过反应筒2高温以及物料与反应筒2内壁的摩擦热实现热解，经过热解产生的生物炭在螺旋杆8转动下，实现生物炭连续输出，再由螺旋杆8下部连接转盘9，将生物炭甩至燃烧区，最后由灰渣出口17排出。反应筒2在燃烧区进行加热，燃烧区中部设置的气管甲13和气管乙14，即空气进口和不可冷凝气体及燃气进口，通过配风量、产生的生物炭量、不可冷凝气体量的配合控制反应筒2温度。当温度低时，增加燃气量，根据需求控制进风量；当温度高时，增加进风量，降低燃烧区温度。
40.实施例
41.本发明的自加热式垂直轴流滚筒烧蚀反应装置不仅可以用于生物质热解液化生产生物油，还可以用于生物质气化生产热解气，反应装置用于不同功能时，只需调整转轴3的转速以及反应筒2的温度即可实现。
42.如图1所示，自加热式垂直轴流滚筒烧蚀热解反应装置，包括干燥烘焙装置12，干燥烘焙装置12连接储料仓11，储料仓11连接一级螺旋送料器5和二级螺旋送料器6，二级螺旋送料器6连接自加热式垂直轴流滚筒烧蚀热解反应器。
43.自加热式垂直轴流滚筒烧蚀热解反应器包括壳体1和壳体1内部的反应筒2，所述反应筒2内部设有转轴3，所述转轴3上端通过皮带连接有变频电机4，所述反应筒2和转轴3自上而下都是圆柱形和圆台形相结合的结构，所述反应筒和转轴锥角差选为20
°
，所述圆台形的上端横截面直径大与下端的横截面直径，所述转轴3的圆柱形外部固定连接有转轴叶片7，所述转轴叶片7选为三棱柱形，所述转轴叶片7与转轴3的圆柱形部分的母线偏转5
°
，所述转轴3的下端连接有螺旋杆8，所述螺旋杆8下端连接有转盘9。所述转轴3上部设有催化剂床层10，所述催化剂床层10为多孔蜂窝状催化剂床，催化剂床孔结构选用正方形。
44.所述干燥烘焙装置12选用烘焙炉。
45.所述壳体1下侧外部环绕有气管甲13和气管乙14，所述气管甲13和气管乙14与壳体1之间分别均匀开设有四个通孔，所述气管甲13内通入空气，所述气管乙14内通入不可冷
凝气体和燃气，所述壳体1的上侧外部环绕有半圈气管丙15，所述气管丙15的两端与壳体1之间开设有两个通孔。所述壳体1的下端设有灰渣出口17，所述壳体1的顶部还开设有蒸汽出口18。
46.生物质物料在烘焙炉12中经过干燥烘焙由一级螺旋送料器5定量送入二级螺旋送料器6，生物质物料由二级螺旋送料器6定速送入反应筒2，由变频电机4带动转轴3旋转，给生物质物料提供离心力。反应器运行之初由燃气补燃加热反应筒到500℃
‑
550℃，物料与反应筒2接触，实现生物质物料的快速热解。产生的热解蒸汽进入催化剂床层10的正方形孔道，由孔道中的催化剂进行催化重整，经蒸汽出口18排出后由后续处理装置进行处理。反应筒2中热解产生的生物炭由螺旋杆8送出，并进入燃烧区燃烧，燃烧产生的烟气由烟气出口16排出，烟气出口16与烘焙炉连接，在燃烧区下部设灰渣出口17，排出灰渣。
47.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。