專利名稱：噴動循環流化床木質生物質快速熱解設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種噴動循環流化床木質生物質快速熱解設備，尤其涉及生物質再生利用及其能源化的技 術領域。
背景技術：
近幾十年化石燃料的日益減少及過度利用化石能源帶來的環境污染，尋求可替代化石燃料且具有可再 生性、清潔性的能源已成為大勢所趨。生物質能源化正是在這個背景下出現的。其能源化技術中，快速熱 解是最有前途的能源轉化方法。
生物質快速熱解是在傳統熱解基礎上發展起來的一種技術，相對與傳統熱解，它采用超高升溫速率 (102~104 K/s)，超短氣相停留時間(0.2~3s)及適中的反應溫度(500 600'C),使生物質中的有機高聚 物分子在隔絕空氣的條件下迅速斷裂為短鏈分子，使焦炭和氣體產物降到最低限度，從而最大限度獲得液 體產品(70%~80%)。這種液體產品為棕黑色粘性液體，熱值達20 22MJ/kg,含有多元醇、有機酸、苯 酚、芳香化合物等等數百種多環化合物，不含硫分、灰分，在隔絕空氣條件下可以穩定存放數個星期。快 速熱解反應對設備及反應條件的要求比較苛刻，但其最大的優點在于生物油的易存儲和易運輸，生物油可 直接作為燃料使用，也可通過進一步的分離，制成燃料油和化工原料；氣體視其熱值的高低，可單獨或與 其他髙熱值氣體混合作為工業或民用燃氣；生物質炭可用作活性劑等。
目前快速熱解技術主要有機械接觸式反應器、間接接觸式反應器、混合式反應器和真空熱裂解反應器 等四類。機械接觸式反應器的工作原理較為簡單，也便于放大應用，但無論直接還是間接接觸，都不可避 免地引起器壁的磨損，同時運轉的機械部件容易在熱裂解過程中產生故障。
間接接觸式反應器中生物質顆粒以及各熱裂解產物的輻射吸收特性存在差異，使得溫度控制較為困難 并對導致生物油二次反應的抑制作用較差，同時需髙溫熱源的提供而使得實際應用受到了限制，通常僅在 機理性研究時才采用。
直接接觸式反應器、間接接觸式反應器和混合式反應器都是在常壓下進行生物質熱裂解的，而真空熱 裂解反應器能使生物質在較低加熱速率下進行真空熱裂解也能取得較髙的生物油產量，該系統最大的優點 是真空下一次裂解產物能很快脫離反應器從而降低了二次反應的幾率，但需要真空泵的正常運轉以及反應 器極好的密封性來保證，而這在實際應用時將會加大投資成本以及運行難度。
混合式反應器其傳熱方式以主要是對流方式，但熱傳導和熱輻射也起到很到作用，常見的技術是流化 床技術。流化床技術由于其工藝上的日漸成熟，而使其應用范圍非常廣泛，其能提供非常高的加熱速率以 及相對均勻的反應溫度，同時快速流動的載氣便于一次將產物及時析出，正因為如此，生物質流化床技術 得以快速發展，產生了各種形式的流化床反應器。在目前所有的熱裂解反應器中，針對流化床或類似的反應器而開展的生物質熱裂解制油的試驗研究是比較豐富的，其中熱裂解以其反應快、利用率高、產物性能好、
產物應用廣泛更為人所關注。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提出了一種熱解效率高、能用于工業化生產的噴動循環流化床 木質生物質快速熱解設備，物料在反應器中進行快速的混合和傳熱。熱量是從熾熱的無機顆粒固體傳遞給 原料，所述熾熱的無機惰性顆粒固體在反應器內被自產的流化氣體驅動呈流態化，然后與由進料機構進入 的含碳物料顆粒充分混合，形成流態化的床層，因此在流化反應區熾熱的無機惰性顆粒與含碳物質顆粒進 行了相互摩擦和碰撞，在隔絕空氣的條件下迅速斷裂為短鏈分子，使焦炭和氣體產物降到最低限度，從而 最大限度獲得含有多元醇、有機酸、苯酚、芳香化合物等等數百種多環化合物的液體產品(70%~80%)。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案如下
噴動循環流化床木質生物質快速熱解設備由噴動流化床反應器、進料系統、流化氣體循環系統、氣 固分離系統、冷凝系統、加熱系統及控制及測試系統七部分組成。
(1)物料經螺旋進料系統能夠穩定的向噴動流化床反應裝置輸送原料顆粒，其上料斗中的原料由驅 動流化氣體的氣體驅動裝置提供的具有正壓自產的惰性氣體施以一定的壓力，使原料減少搭橋的可能，抑 制了反應器中由于原料突然裂解產生氣體使氣壓升髙造成的反應器內氣體反噴到料斗的現象，提高了原料 進料的穩定性。
(2〉噴動流化床反應器外部的加熱系統采用主加熱系統和預加熱系統向結合的方法，可以保證反應
器內溫度穩定，波動不大。加熱方式是星型接法的電加熱，升溫快，溫度控制精度高。反應器的加熱電路 上采用了電壓調頻器，通過此調頻器調整熱解反應器的加熱功率，從而保證反應器內原料顆粒能在規定的 溫度下進行熱解。預加熱系統使進入到反應器之前的流化氣體加熱到一定的溫度，保證反應器不會因為加 熱流化氣體而降低反應器在對原料顆粒進行正常熱解時的溫度。
(3)噴動流化床反應器主要用不銹鋼管制成，分上下兩部分，上部分為平衡區，下部分為流化反應
區。下部分流化反應區主要是使其中的惰性流化介質——沙子和原料顆粒在具有流化速度的流化氣體的作 用下呈現出流態化，使原料顆粒和具有一定溫度的惰性介質——沙子充分混合，原料顆粒的升溫速率達到 最大。
在流化反應區下部配有采用不銹鋼制成特殊的兩種板式氣體布風板，配上合適的導向管就可變化成為 噴動流化床反應器。通過氣體布風板與導向管的搭配，氣體布風板下部是氣流速度及氣壓穩定器，其作用 是使進入到反應器之前的流化氣體的速度及氣壓穩定下來，波動幅度達到最低，使此反應器具備兩種反應 器的特點，即噴動流化床的特性和流化床的特性。
木質物料經由螺旋進料器送入噴動流化床反應器的流化反應區，與流化介質迅速充分混合，在具有流 化速度的流化氣體的作用下呈現出流態化.迅速熱解。噴動流化床反應器的上部分的管徑比下部分的管徑大，有利于沒有熱解完全的原料顆粒從新回到下部分熱解反應區，直到熱解反應徹底后在循環流化氣體的 作用下從平衡區帶入氣固分離系統。
(4) 高溫熱解氣體由噴動流化床反應器平衡區經過氣固分離系統的高效旋風分離器能使比較大的固 體炭顆粒與高溫熱解氣體充分的分離開，分離后的較大固體炭顆粒進入到炭箱，及時離幵旋風分離器，使 旋風分離器始終保持高效的分離狀態，有利于降低熱解油中的含炭量。在旋風分離器高溫熱解氣體的出口 設有微小顆粒炭的除去板，能夠使熱解氣中的炭含量降到最低。高溫熱解氣體經氣固分離系統分離后進入 冷凝系統。
(5) 冷凝系統采用了四級冷凝，高溫熱解氣體進入冷凝系統后，可使熱解氣中可冷凝的部分充分冷 凝下來，提高液體產率，降低不可冷凝可燃氣體中焦油的含量，提高不可冷凝可燃氣體的價值。每級冷凝 器流出一個餾分，每級冷凝的冷凝溫度是可控的，根據調整冷凝溫度最大限度獲得含有多元醇、有機酸、 苯酚、芳香化合物等等數百種多環化合物的液體產品。
以下結合附圖對本發明作進一步的說明。
圖l-噴動循環流化床木質生物質快速熱l 設備示意圖(圖中的實心箭頭為本熱解設備中各相關物質的 流動方向)其中l-噴動流化床反應器2-帶封閉料倉的進料螺旋3-旋風分離器4-集炭箱5-—級冷 凝器6-二級冷凝器7-三級冷凝器8-四級冷凝器9-液體收集瓶1: 10-液體收集瓶2: 11-液體收集瓶3: 12-液體收集瓶13-氣體緩沖罐14-氣體驅動裝置15-流量計16-加熱器17-測試控制裝置。
圖2為噴動流化床反應器實施方式二示意圖包括18-平衡區19-流化反應區20-氣體導向管21-氣流速度及氣壓穩定器22-氣體布風板。
具體實施方式
(結合圖l,圖2)
1、 物料經料倉的進料螺旋(2)和氣體驅動裝置(14)驅動的循環氣體的壓力下，能夠平穩地進入到 噴動流化床反應器(1)的流化反應區(如圖2中(19)〉。
2、 物料在噴動流化反應器內與循環氣體流化的載熱體-沙子充分混合，物料與沙子在噴動流化床反應 器(1)的流化反應區(如圖2中(19))內摩擦、碰撞，同時物料與噴動流化床反應器壁摩擦、碰撞， 增大物料的表面積，提髙物料的升溫速率，使的物料快速熱裂解產生熱解蒸汽和固定炭。
3、 熱解蒸汽、固定碳和未完全熱裂解的含碳物料顆粒在循環流化氣體的作用下，經過噴動流化床反 應器(1)的平衡區(如圖2中(18))，此時未完全熱裂解的物料顆粒由于速度的突然降低，在自重的 作用下再次進入流化反應區(如圖2中(19))進行熱裂解。
4、 熱裂解蒸汽和固定碳經過平衡區(如圖2中(18))的出口進入旋風分離器進行汽體和固體的分 離，固體碳在旋風分離器的作用下落到旋風分離器(3)下部的集炭箱(4)中。汽體由旋風分離器(3) 上部出口經系統的管道進入四級冷凝系統(5) 、 (6) 、 (7) 、 (8)進行冷卻，冷凝下來的液體流入到液體收集瓶(9) 、 (10) 、 (11) 、 (12)。
5、不可冷凝的氣體在氣體驅動裝置(14)負壓的作用下進入氣體緩沖罐(13),然后經氣體驅動裝 置(14)根據噴動流化床反應器內的流量和壓力要求，將多余氣體經濕式流量計排出。而大部分氣體(循 環氣體)要在氣體驅動裝置(14)的驅動下經過流量計(15)和加熱器(16)加熱，經過噴動流化床反應 器(1)下部的氣流速度及氣壓穩定器(圖2中(21))和氣體導向管(圖2中的(20))使壓力和氣體 速度趨于穩定。然后再經過氣體布風板(22)驅動噴動流化床反應器(1)內部的載熱體沙子流化。載熱 體沙子同時被噴動流化床反應器(1)外部的可控的加熱裝置加熱達到要求的溫度，提供足夠的熱量給進 入噴動流化反應器(1)內的物料，使物料在恒定的溫度下快速熱裂解，實現整個熱解系統的循環反應。
本實用新型所述的一種噴動循環流化床木質生物質快速熱解設備與現有技術相比，具有以下突出的優
點
1) 噴動循環流化床木質生物質快速熱解系統以在反應過程中產生的惰性氣體為循環流化氣體，避免 使用價格昂貴的氮氣，減少運營成本。由于熱解過程中不可冷凝氣體的不斷增加，致使反應器中氣體濃度 增大，在一定程度上抑制了二次裂解產生，進而有利于提髙生物油產率。
2) 噴動循環流化床木質生物質快速熱解系統采用四級冷凝系統，調整冷凝溫度可以得到四種不同冷 凝溫度下的生物油餾分，為生物油的成分分析及以獲得不同生物油成分為目標產物的熱解工藝提供了實驗 條件。
3) 噴動循環流化床反應器中安裝設計了氣體布風板，克服了流化床分層或節涌的缺點，避免了在噴 動床的環隙區內氣固兩相接觸差和高床層下噴動不穩定的缺點。
4) 噴動流化床反應器設計有平衡區和反應區兩部分，保證了生物質充分的熱解，同時平衡區可降低 了生物油中炭的含量，有利于提髙生物油的質量。
權利要求1.一種噴動循環流化床木質生物質快速熱解設備，由噴動流化床反應器、進料系統、流化氣體循環系統、氣固分離系統、冷凝系統、加熱系統及控制及測試系統等組成，其特征是噴動流化床反應器設計有平衡區和反應區兩部分，反應區下部配有板式氣體布風板。
專利摘要一種噴動循環流化床木質生物質快速熱解設備，主要由噴動流化床反應器、進料系統、流化氣體循環系統、氣固分離系統、冷凝系統、加熱系統及控制及測試系統七部分組成。該設備系統以在反應過程中產生的惰性氣體為循環流化氣體，避免使用價格昂貴的氮氣，減少運營成本；噴動循環流化床反應器可進行正壓和負壓熱解，使噴動循環快速熱解系統適合于生產多種生物油；系統采用四級冷凝系統，調整冷凝溫度可以得到四種不同冷凝溫度下的生物油餾分；噴動流化床反應器設計有平衡區和反應區兩部分，保證了生物質充分的熱解，同時平衡區可降低了生物油中炭的含量，有利于提高生物油的質量，本實用新型能適應工業化應用。
文檔編號C10G1/00GK201148414SQ20072015193
公開日2008年11月12日 申請日期2007年6月18日 優先權日2007年6月18日
發明者慧 司, 常建民, 張英杰, 瑞 李, 杜洪雙, 樊永明, 王鵬起, 凱 鄭 申請人:常建民;杜洪雙;李 瑞;王鵬起;鄭 凱;司 慧;張英杰;樊永明