一种赤泥催化生物质红外热解的热解装置及热解方法与流程

充石英棉，反应器被管式红外加热元件包覆在其中心，在反应器外壁有一热电偶，加热器上 部通过支柱支撑，加热器下部内嵌单片机、压力表温度与显示表，压力表与反应器焊接，温 度显示表与热电偶连接，反应板与反应器一体连接；
9.所述产物检测与回收系统包括保温加热带、旋风分离器、半焦回收槽、冷凝器、油类分 离器、冰水浴池、丙酮洗瓶、出气阀、湿式流量计、集气仓以及气相色谱分析仪，所述半焦 回收槽位于热解反应系统的左下方，半焦回收槽通过不锈钢管与反应器焊接，不锈钢管外部 缠绕保温加热器，旋风分离器、油类分离器、丙酮洗瓶、湿式流量计，集气仓以及气相色谱 分析仪依次通过硅胶管连接，油类分离器位于冷凝器之中，丙酮洗瓶置于冰水浴池内，集气 仓与气相色谱分析仪连接进行在线分析气体成分。
10.所述反应器直径为80mm，长350mm，厚5mm，材质为石英。
11.所述反应器距底部50mm处有带孔的反应板，孔直径为5mm，孔密度为5ppi，材质为石 英。
12.一种适合于所述的赤泥催化生物质红外热解的热解装置的热解方法，包括如下步骤：
13.1)将赤泥与生物质按比例充分混合后，取下反应器顶部的塞子，赤泥与生物质进入反应 器内等待开始热解；
14.2)连接装置所有系统与所有管路，打开气瓶，合上塞子，并调节气体质量流量计控制流 量，并检查气体密封性，气瓶内的气体先进入反应器将反应器内的空气除尽，调节好气体流 量后，用肥皂水检查装置的密封性，确保装置的气密性再进行下一步操作；
15.3)打开混合气体预热器、蒸汽发生器并分别调节温度，待温度上升到目标温度，调节温 度完成后反应开始；
16.4)热解反应完成后，反应器内底部的热解气体产物首先在旋风分离器内分离其中所含的 半焦，分离出来的半焦由半焦回收槽收集，经过旋风分离的气体产物再经过冷凝器冷凝，气 体产物中的焦油组分受冷凝结，得到的焦油进入油类分离器收集，气体产物再经过浸在冰水 浴池里的丙酮洗瓶收集未被冷凝器冷凝出来的焦油，最后气体经过湿式流量计后在集气仓内 收集，集气仓与气相色谱分析仪连接在线分析气体成分。
17.单独热解生物质所得产物的品质并不理想，为了得到高品质的热解产物，催化共热解是 一个优异的手段，将赤泥与生物质装入反应器本体，在去除反应器本体内的空气后开始热解 反应，在高温的反应器本体内，在管式红外加热元件的作用下生物质均匀快速受热并开始发 生热解反应，在金属氧化物的催化作用下大分子有机物分解为小分子烷烃、烯烃以及芳香烃 等；
18.所述气体流量为200ml/min～300ml/min。
19.所述红外加热器的温度的为500～900℃，升温速率为10～100℃/s所述混合气体预热器 的温度为200～300℃，所述蒸汽发生器的温度为120～150℃。
20.所述混合气体预热器的温度为300℃。
21.所述生物质与赤泥的混合比例为2:1～1:2，所述生物质粉碎粒径为0.2
‑
0.45mm的颗粒， 赤泥碾磨至200目以下。
22.本发明的有益效果在于：
23.1、赤泥能够起到对生物质的催化热解，可以得到高品质的焦油，而且还能达到以
废治废 的目的，在处理生物质的同时也处理了废物。实现了生物质的无害化处理，得到高品质的焦 油与热解气。
24.2、本装置可实现生物质的快速、均匀受热，减少热解副产物，有利于焦油的产生。
25.3、实现赤泥对生物质的催化热解，不需要再增加催化剂。
26.4、能够克服传统催化剂昂贵且不能回收的缺点，共同热解效果好。
27.5、产物回收效率高，气体产物先经过旋风分离器除去半焦等杂质，焦油经过冷凝器和丙 酮洗瓶得到高效回收，最后可在线分析气体产物的成分。
附图说明
28.图1为本发明所述的赤泥催化生物质红外热解的热解装置的结构示意图。
29.图2为本发明所述的赤泥催化生物质红外热解的热解装置的管式红外原件、加热器以及 热电偶的结构示意图。
30.图3为本发明所述的赤泥催化生物质红外热解的热解装置的反应板的结构示意示意图。
31.图中标记为：气瓶1、气体质量流量计2、蒸汽发生器3、混合气体预热器4、加热器5、 塞子6、石英棉7、反应器8、热电偶9、管式红外加热元件10、反应板11、保温加热带12、 支柱13、半焦回收槽14、stm32单片机15、旋风分离器16、压力表17、温度表18、冷凝器 19、油类分离器20、丙酮洗瓶21、出气阀22、冰水浴23，湿式流量计24，集气仓25，气相 色谱分析仪26。
具体实施方式
32.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。
33.首先需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连 接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机 械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域 的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、
ꢀ“
左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于 附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指 的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的 限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相 对重要性。
35.实施例1
36.如图1到图3所示，本发明所述的赤泥催化生物质红外热解的热解装置，组成元件包括 供气系统、热解反应系统、产物检测和回收系统。组成元件的具体结构和连接关系为：
37.所述供气系统包括气瓶1、气体质量流量计2、蒸汽发生器3、混合气体预热器4，它们 之间均通过直径为3～5mm的不锈钢导气管连接，所述气瓶1与气体质量流量计2连接，气 体质量流量计2通过导气管与气体预热器4进口管道连接，蒸汽发生器3与第二气体质量流 量计2
‑
1连接，第二气体质量流量计2
‑
1另一端与混合气体预热器4进口管道连接，混合气 体预热器4出口管道连接到加热器5的进气口，加热器5出气口与塞子6的进口连接；
38.所述热解反应系统包括加热器5、反应器8、管式红外加热元件10、反应板11、支柱13、 塞子6、热电偶9、石英棉7、单片机15、压力表17以及温度表18，塞子6通过气路与混合 气体预热器4连接，反应器8顶端与加热器5的孔隙填充石英棉，反应器8被管式红外加热 元件10包覆在其中心，在反应器8的外壁有一热电偶9，加热器5上部通过支柱支撑，加热 器下部内嵌单片机15、压力表17与温度表18，压力表17与反应器8焊接，温度表18与热 电偶9连接，反应板11与反应器8一体连接；
39.所述产物检测与回收系统包括保温加热带12、旋风分离器16、半焦回收槽14、冷凝器 19、油类分离器20、冰水浴池23、丙酮洗瓶21、出气阀22、湿式流量计24、集气仓25以 及气相色谱分析仪26，所述半焦回收槽14位于热解反应系统的左下方，半焦回收槽14通过 不锈钢管与反应器8焊接，不锈钢管外部缠绕保温加热带12，旋风分离器16、油类分离器 20、丙酮洗瓶21、湿式流量计24，集气仓25以及气相色谱分析仪26依次通过硅胶管连接， 油类分离器20位于冷凝器19之中，丙酮洗瓶21置于冰水浴池23内，集气仓25与气相色谱 分析仪36连接进行在线分析气体成分。
40.所述加热器5宽500mm，长600mm，厚350mm，外表材质为不锈钢。在其上侧面的中 间设有一直径为100mm的孔，用于放入反应器8，在下侧面下方中间也设有一直径为100mm 的气孔，用于连接出气管道，在其后侧面中间有一直径60mm的孔，用于焊接轴承，轴承与 支柱13焊接。在加热器9开孔内侧面上方设有一直径5mm的气孔，用于与压力表17焊接， 反应器8被加热器5包覆在其中心，在管式红外加热元件10与反应器8外壁中间设有一层厚 5mm的石英棉。
41.所述反应器8直径为80mm，长350mm，厚5mm，材质为石英。反应器8距底部50mm 处有带孔的反应板11，孔直径为5mm，孔密度为5ppi，均匀分布，材质为石英。
42.实施例2
43.一种适合于所述赤泥催化生物质红外热解的热解装置的热解方法的一个实例，根据实施 例1所述的连接方式将热解装置连接，将烘干后的生物质100g加入反应器8的反应板11上， 进入气瓶1内的气体优选为氮气，即在氮气气氛下热解生物质，取气体流量200ml/min，首先 检查装置的气密性，开启出气阀22，将混合气体预热器4的温度调节到300℃，蒸汽发生器 3的温度调节到120℃，加热器5的温度为600℃，当所有调节的温度上升到调节温度后，生 物质在反应器8开始热解反应，得到的产物中焦炭约24.33％，焦油产物约40.82％，气体产 物约占28.75％。
44.实施例3
45.一种适合于所述赤泥催化生物质红外热解的热解装置的热解方法的另一个实例，根据实 施例1所述的连接方式将热解装置连接，气瓶内的气体优选为氮气，即在氮气气氛下热解， 取氮气流量200ml/min，首先检查装置的气密性，开启出气阀22，将混合气体预热器4的温 度调节到300℃，蒸汽发生器3的温度调节到120℃，当所有调节的温度上升到调节温度后， 将生物质粉碎为0.2
‑
0.45mm，赤泥碾磨至200目以下，烘干后的赤泥与生物质共200g加入反 应器8的反应板11上，打开加热器5进行热解，加热器5的温度为600℃；生物质与赤泥的 比例为1：1，得到的产物中焦炭约25.23％，焦油产物约45.93％，气体产物约占24.84％。
46.工作原理及过程：
47.一种赤泥催化生物质红外热解的热解装置及热解方法，首先取下塞子6，设置好进料比 例后进行装料，装料完成后打开气瓶，打开出气阀22并调节气体质量流量计2控制流量，气 体先进入反应器8内将空气除尽，打开蒸汽发生器3和混合气体预热器4并分别调节温度， 调节温度完成后，待温度均上升到目标温度后，生物质在反应器8内开始热解反应，生物质 在管式红外加热元件的作用下快速升温，生物质均匀快速受热并开始发生热解反应，大分子 有机物在赤泥中过渡金属氧化物的催化作用下加快反应受热分解为小分子烷烃、烯烃以及芳 香烃等，热解挥发分与惰性气体通过反应板11的小孔进入回收与检测系统；热解气体产物首 先在旋风分离器16内分离其中所含的半焦，分离出来的半焦由半焦回收槽14收集，经过旋 风分离的气体产物再经过冷凝器19冷凝，气体产物中的焦油组分受冷凝结，得到的焦油进入 油类分离器20收集，气体产物再经过浸在冰水浴池23里的丙酮洗瓶21收集未被冷凝器冷凝 出来的焦油，最后气体经过湿式流量计24后在集气仓25内收集，集气仓25与气相色谱分析 仪26连接在线分析气体成分。
48.特别说明的是，本发明所述气瓶1、气体质量流量计2、蒸汽发生器3、混合气体预热器 4、stm32单片机15、旋风分离器16、压力表17、温度表18、冷凝器19、湿式流量计24、 出料阀22以及气相色谱分析仪26，均为通用标准件或者从事本领域的相关技术人员熟知的 部件，这些部件或仪器均可以查询相关手册或标准得知。本发明提供的一种赤泥催化生物质 热解装置及热解方法，可以快速升温，原位催化热解生物质获得高品质的热解产物，无害化 处理赤泥与生物质的同时回收能源。
49.特别说明的是，本发明所述半焦回收槽14、油类分离器20以及集气仓25材质均为不锈 钢，它们尺寸大小可根据试剂进料量大小来取最优尺寸。