申请/专利权人：中国烟草总公司郑州烟草研究院

申请日：2019-06-01

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN110172357B

主分类号：C10B53/02

分类号：C10B53/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2019.09.20#实质审查的生效;2019.08.27#公开

摘要：一种两段式串联生物质连续热解炭化装置，是一种耦合了流化床快速热解和回转炉慢速热解过程的两级串联热解装置，将生物质热解过程分级处理；具体包括生物质原料储仓，进料系统，流化床热解系统，回转炉热解系统，热解炭产品收集系统和热解载气分配控制系统；所述流化床热解系统通过旋风分离器与回转炉热解系统进料口相连接。本发明的有益效果在于：串联耦合了流化床快速热解过程和回转炉慢速热解过程，可对生物质原料进行分级热解过程调控，操作参数控制灵活，装置运行稳定可靠；本装置通用性灵活性高，可根据原料物性实现热解炭产品结构性能的定向调控，生产过程连续，产品表面特性及孔隙结构可调控，物料受热均匀，品质高，质量均一稳定。

主权项：1.一种两段式串联生物质连续热解炭化装置，其特征在于：是一种耦合了流化床快速热解和回转炉慢速热解过程的两级串联热解装置，将生物质热解过程分级处理；具体包括生物质原料储仓，绞龙进料系统，流化床热解系统，回转炉热解系统，热解炭产品收集系统和热解载气分配控制系统；所述流化床热解系统通过旋风分离器与回转炉热解系统进料口相连接；所述流化床热解系统包括变径炉膛主体及设置在炉膛底部的布风板；所述变径炉膛主体分为预热段、鼓泡段、过渡段及提升段四部分，其中在预热段下部布置有用于输入载气的流化风缓冲罐，在鼓泡段设置有与进料系统连通的进料口，所述炉膛主体由内至外布置有高温电阻加热元件、碳化硅耐火层、保温层及金属炉壁，炉膛外壁设有热电偶测温装置；所述流化床热解系统中的各段温度在低于1100℃范围内调节；所述回转炉热解系统由设在机架上的回转炉炉体及温度控制装置构成，所述炉体倾斜角度及转速可调，能够控制热解炭样品在炉体中的停留时间，在炉体进料口前端设有热解载气进口，热解载气种类及流量单独设置调节，炉体控温方式为电加热式，升温速率、终止温度可调节。

全文数据：一种两段式串联生物质连续热解炭化装置技术领域本发明属于生物质利用技术领域，具体涉及一种两段式串联生物质连续热解炭化装置。背景技术生物质废弃物的能源化及资源化利用对于改善能源结构、保障能源安全、推进生态文明建设具有重要意义，热化学转化法是实现生物质资源有效利用的重要途径，其中，热解技术可在无氧或贫氧环境下将生物质资源转化为以燃气、燃料油及热解炭形式的贮存性能源。特别是经热解炭化后生成的生物质炭产品是一类高度芳香化的含碳固态物质，官能团丰富，孔隙结构发达，不仅可作为高品质固态燃料，还能在土壤修复改良及功能材料等方面发挥重要作用，可开发利用的领域十分广泛。而热解反应器是实现热化学转化的关键，目前常用的生物质热解炭化装置主要有固定床、流化床及螺旋热解反应器等多种类型。热解装置的结构形式及工艺参数对热解炭产品的理化结构及燃料特性等品质有重要影响。例如，固定床装置结构简单，但传热效率较低，炭化过程中物料受热不均匀导致热解炭产品品质均一性较差，且属于间歇性生产。螺旋热解反应装置能实现连续生产，但螺旋轴在高温下的胀缩易引起装置密封特性下降，且有的螺旋热解反应器为保证热解停留时间，提高热解炭产品质量均一性，采用加长螺杆轴，从而会易引起高温下螺杆轴变形，导致物料被卡而无法正常输送。另外，生物质热解炭化过程中的可冷凝的热解气易被生物炭吸附，限制了热解炭在的特定领域的使用，如不能够满足炭加热型卷烟对炭供热体材料的需求。综上所述，为了连续稳定地获得质量稳定均一、纯净度高、表面无吸附焦油的高品质热解炭产品，需要开发一种运行连续稳定、可调控生物质热解炭表面结构特征的高品质热解炭生产装置。发明内容本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种两段式串联生物质连续热解装置，具体是一种耦合了流化床快速热解和回转炉慢速热解过程的两级串联热解装置，可将生物质热解过程分级处理，各级热解过程操作参数可控可调，可实现热解气、油、炭的定向生产，尤其是热解炭产品的孔隙结构、表面特性易于调控，热解炭产品品质高，且连续性和稳定性好。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种两段式串联生物质连续热解装置，是一种耦合了流化床快速热解和回转炉慢速热解过程的两级串联热解装置，将生物质热解过程分级处理；具体包括生物质原料储仓，进料系统，流化床热解系统，回转炉热解系统，热解炭产品收集系统和热解载气分配控制系统；所述流化床热解系统通过旋风分离器与回转炉热解系统进料口相连接。所述流化床热解系统包括变径炉膛主体及设置在炉膛底部的布风板；所述变径炉膛主体分为预热段、鼓泡段、过渡段及提升段四部分，其中在预热段下部布置有用于输入载气的流化风缓冲罐，在鼓泡段设置有与进料系统连通的进料口，所述炉膛主体由内至外布置有高温电阻加热元件、碳化硅耐火层、保温层及金属炉壁，炉膛外壁设有热电偶测温装置。所述流化床热系统中的各段温度可在低于1100oC范围内调节。所述回转炉热解系统由设在机架上的回转炉炉体及温度控制装置构成，所述炉体倾斜角度及转速可调，能够控制热解炭样品在炉体中的停留时间，在炉体进料口前端设有热解载气进口，热解载气种类及流量可单独设置调节，炉体控温方式为电加热式，升温速率、终止温度可调节。所述回转炉热解系统中的回转炉体倾角可在0-60o范围内调节（出料端低于或持平于进料端），炉体转速可在0-60rmin间调节，以此控制热解炭在回转炉内的停留时间，所述回转炉体温度控制范围可为室温至900oC。（这里设置的温度低于流化床温度，是由实际的设备所用材料的性能决定的，根据产品特定场合的需要，回转炉的温度也是可以高于流化床的）所述旋风分离器为两级旋风分离装置，其外周设有电加热装置，所述电加热装置升温速率、终止温度、加热功率均可由多段智能可编程序仪表设置。所述生物质原料储仓和绞龙进料系统设置在基座上，所述生物质原料储仓上设有振动器和料仓充压风入口，所述振动器工作频率可根据物料流动特性调节，有效解决了生物质原料因架桥结拱导致的下料不均匀问题，从源头上保证了产品质量的稳定性。所述绞龙进料系统由变频电机驱动，转速可调，绞龙进料系统外部夹套设有循环冷却水。所述热解炭产品收集系统为钢制漏斗形接料罐，与回转炉出料口连接，接料罐上部设有热解气出口，二级回转炉热解气可与旋风分离器后的一级流化床热解气混合，经冷凝器收集焦油，不可凝热解气可用做燃气供热，接料罐下部设有热解炭出料阀门。所述热解载气分配控制系统设置双路或多路气体通道，各气体管路设置阀门及流量计，流量可控，能够实现不同热解载气的混合，所述热解载气可分别输入所述料仓上充压风入口、所述流化床热解系统的流化风缓冲罐和所述回转炉进料口前端载气进口。本发明的有益效果在于：1）本发明串联耦合了流化床快速热解过程和回转炉慢速热解过程，可对生物质原料进行分级热解过程调控，操作参数控制灵活，装置运行稳定可靠；2）本发明通用性灵活性高，可根据原料物性实现热解炭产品结构性能的定向调控，生产过程连续，物料受热均匀，质量均一稳定；3）热解炭产品的表面特性及孔隙结构便于在二级热解过程中调控，表面吸附杂质少，纯净度及品质高。附图说明图1为本发明两段式串联生物质连续热解炭化装置示意图，图中：1、生物质原料储仓；1-1、充压风入口；1-2、生物质进料口；1-3、变频震动器；2、绞龙进料系统；2-1、变频电机；3、流化床热解系统、3-1、热电偶测温装置；4、回转炉热解系统；5、热解炭产品收集系统；6、热解载气系统；6-1、载气缓冲罐；7、旋风分离器；8、冷凝器。图2为流化床热解主体剖面示意图，图中：3-2：预热段；3-3：鼓泡段；3-4：过渡段；3-5：提升段；3-6：高温电阻加热元件；3-7：碳化硅耐火层；3-8：保温层；3-9：炉壁；3-10：布风板。具体实施方式下面结合附图对本发明实施例作进一步说明。如图1、2所示，一种两段式串联生物质连续热解炭化装置，主要包括生物质原料储仓1，绞龙进料系统2，流化床热解系统3，回转炉热解系统4，热解炭产品收集系统5和热解载气分配控制系统6。所述流化床热解系统3通过两级旋风分离器7与回转炉热解系统4的进料口相连接。生物质原料储仓1上部密封，并设置有原料充压风入口1-1和变频震动器1-3，根据生物质原料流动特性调整震动频率和充压风流量，能够有效解决原料搭桥结拱问题，保证原料均匀下料。绞龙进料系统2的转速由变频电机2-1驱动，绞龙外部夹套内有循环冷却水，给料速度连续可调，可将生物质原料平稳输送至流化床热解反应器。流化床热解反应系统3包括设在变径炉膛底部的布风板3-10，所述变径炉膛主体分为预热段3-2、鼓泡段3-3、过渡段3-4及提升段3-5四部分，其中在预热段下部布置有用于输入载气的流化风缓冲罐6-1，在鼓泡段设置有与进料系统2连通的生物质进料口，所述炉膛主体由内至外布置有高温电阻加热元件3-6、碳化硅耐火层3-7、保温层3-8及金属炉壁3-9，炉膛外壁设有热电偶测温装置3-1；四部分的温度可由多段智能可编程序仪表分别控制。炉膛主体上端与两级旋风分离器连通，分离器外周设有电加热装置，两级旋风分离器7将一次热解炭分离下来并通过管路输送至回转炉热解系统。回转炉热解系统4由炉体、机架及温度控制装置构成，炉体进料口与旋风分离器下部热解炭出料管路连接，进料口前端设有二级热解载气进口，二级热解气可与流化床热解气体管路相连，也可根据目标需求改变热解气氛及流量；炉体倾斜角度可在0-60o范围内调节，转速可在0-60rmin间调节，能够控制热解炭样品在炉体中的停留时间，炉体控温方式为电加热式，升温速率、终止温度（低于900oC）可调节。热解炭产品收集系统5为钢制漏斗形接料罐，通过密封轴承与回转炉出口连接，接料罐上部设有热解气出口，二级回转炉热解气可与旋风分离器后的一级流化床热解气混合，经冷凝器8收集焦油，不可凝热解气可用做燃气供热，接料罐下部设有热解炭出料阀门。

权利要求：1.一种两段式串联生物质连续热解炭化装置，其特征在于：是一种耦合了流化床快速热解和回转炉慢速热解过程的两级串联热解装置，将生物质热解过程分级处理；具体包括生物质原料储仓，进料系统，流化床热解系统，回转炉热解系统，热解炭产品收集系统和热解载气分配控制系统；所述流化床热解系统通过旋风分离器与回转炉热解系统进料口相连接。2.根据权利要求1所述的两段式串联生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述流化床热解系统包括变径炉膛主体及设置在炉膛底部的布风板；所述变径炉膛主体分为预热段、鼓泡段、过渡段及提升段四部分，其中在预热段下部布置有用于输入载气的流化风缓冲罐，在鼓泡段设置有与进料系统连通的进料口，所述炉膛主体由内至外布置有高温电阻加热元件、碳化硅耐火层、保温层及金属炉壁，炉膛外壁设有热电偶测温装置。3.根据权利要求1所述的两段式串联生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述回转炉热解系统由设在机架上的回转炉炉体及温度控制装置构成，所述炉体倾斜角度及转速可调，能够控制热解炭样品在炉体中的停留时间，在炉体进料口前端设有热解载气进口，热解载气种类及流量可单独设置调节，炉体控温方式为电加热式，升温速率、终止温度可调节。4.根据权利要求1所述的两段式串联生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述旋风分离器为两级旋风分离装置，其外周设有电加热装置，所述电加热装置升温速率、终止温度、加热功率均可由多段智能可编程序仪表设置。5.根据权利要求1所述的两段式串联生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述生物质原料储仓上设有振动器和料仓充压风入口，所述振动器工作频率可根据物料流动特性调节。6.根据权利要求1所述的两段式串联生物质连续热解装置，其特征在于：所述绞龙进料系统由变频电机驱动，转速可调，绞龙进料系统外部夹套设有循环冷却水。7.根据权利要求1所述的两段式串联生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述热解炭产品收集系统为钢制漏斗形接料罐，与回转炉出料口连接，接料罐上部设有热解气出口，二级回转炉热解气可与旋风分离器后的一级流化床热解气混合，经冷凝器收集焦油，不可凝热解气可用做燃气供热，接料罐下部设有热解炭出料阀门。8.根据权利要求1所述的两段式串联生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述热解载气分配控制系统设置双路或多路气体通道，各气体管路设置阀门及流量计，流量可控，能够实现不同热解载气的混合，所述热解载气可分别输入所述料仓1上充压风入口、所述流化床热解系统的流化风缓冲罐和所述回转炉进料口前端载气进口。9.根据权利要求1或2所述的两段式串联生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述流化床热系统中的各段温度可在低于1100oC范围内调节。10.根据权利要求1或3所述的两段式串联生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述回转炉热解系统中的回转炉体倾角可在0-60o范围内调节，炉体转速可在0-60rmin间调节，以此控制热解炭在回转炉内的停留时间，所述回转炉体温度控制范围为室温至900oC。

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