專利名稱：一種分段控溫流化床式生物質快速熱解反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物質快速熱解的工藝設備，具體地指一種分段式生物質快速熱解的反應器 及加熱控溫方法。屬于能源化工技術領域。
背景技術：
隨著能源的短缺以及人們對可再生資源利用和環境保護的重視，生物質快速熱解技術成 為當今世界可再生能源發展領域中的前沿技術之一。生物質快速熱解是指在完全沒有氧氣或 缺氧的條件下，采用中等反應溫度(500 65(TC)、高加熱速率(l(T 10"C/s)和極短氣體停留 時間(小于2s)，將生物質中大分子熱裂解變為小分子的過程。快速熱解產物包括液、固和氣 三種，其中液體產物生物油(又稱熱解油)為主要產物。快速熱解主要具有反應時間短，熱 解速度快；原料粒徑小、加熱速率快；精準的中溫控制；極短的氣體停留時間(小于2s)等 特點。該技術作為生物質能源化利用的一條有效途徑，得到了國內外的廣泛關注。
在生物質快速熱解中，反應器是技術的核心。目前國內外現已研究開發出多種生物質的 快速熱解反應器，按照有無氣體載體可將快速熱解反應器分為流化床式和非流化床式二類。 流化床式快速熱解反應器主要特點是在反應器內生物質顆粒和熱載體(如石英砂)主要依 靠流化氣體運動所產生的曳力進行碰撞和混合，以實現熱量傳遞進行快速熱解，如流化床反 應器、快速引射床反應器和循環流化床反應器等；非流化床式快速熱解反應器主要特點是 在反應器內，生物質顆粒主要依靠自身的位移運動與灼熱的反應器壁面或熱載體(如石英砂) 進行摩擦、碰撞和混合，以實現熱量傳遞進行快速熱解，如旋轉錐反應器、真空移動床反應 器等。其中流化床式快速熱解反應器具有運動部件少、結構相對簡單、工作可靠和運行壽命 長等優點，受到眾多科研單位青睞。通常流化床反應器下部為密相段，氣固混合劇烈，傳熱 傳質較好；上部為稀相段，熱載體相對較少，氣固混合不均勻。另外，即使流化床保持良好 的流動狀態，并且考慮到原料的種類、含水率、主要組成、進料速率等對流化床溫度的影響 而盡可能地將這些參數保持恒定，從而使流化床內部的反應溫度差別較小，然而流化床快速 熱解所需要的精準溫度控制仍然比較困難。并且在整個反應過程中，氣體停留在高溫環境下 的時間越長二次熱解反應越劇烈，對快速熱解制備生物油產率及組分有顯著影響。因此，流 化床反應器采用適當地控溫方法對于生物質快速熱解及降低能耗，最終在工業化生產中效益 最大化至關重要。
發明內容
本發明目的在于提供一種高效快速熱解生物質的反應器及加熱控溫方法，以提高熱解油 的產率及品質。
快速熱解反應器具體的結構設計方案如下
用于生物質快速熱解分段控溫流化床快速熱解反應器，包括四段圓柱狀不銹鋼管，不銹 鋼管兩端分別焊接有不銹鋼法蘭盤，最下面一段不銹鋼管中部設有進料口。由這四段組成的 流化床熱解反應器側壁上設有7個測溫口 。
熱解反應器頂部設有一不銹鋼蓋。蓋的一側設有排氣口，頂端設有一測溫度口，下端設
有不銹鋼法蘭盤。
熱解反應器底部設有錐形進氣口。倒錐形進氣口上部設有不銹鋼絲網和氣體分布板，并 在倒錐形進氣口的上部和下部分別設有法蘭盤。
所述快速熱解反應器直徑為100畫，四段高度分別為150mm、 200mm、 300,和200mm;最 下面一段不銹鋼管中部設有進料口，開口直徑為32mm。
所述快速熱解反應器蓋排氣口為長方形，長25mm，寬20mm。
所述快速熱解反應器底部倒錐形進氣口，上部設有不銹鋼絲網為160目，氣體分布板開 孔率O. 30;下部進氣口直徑為32咖。
本發明的技術特征在于快速熱解反應器分段式結構，操作方便，能夠實現快速熱解過程 中溫度精確控制，快速熱解效果好，降低能耗，有利于最終實現產業化。
本發明提供了一種生物質分段控溫流化床快速熱解方法，其特征在于該方法將反應器分 成四段，采用分段控溫的方式進行快速熱解，具體流程如下
1) 生物質顆粒通過輸料裝置進入第一段快速熱解反應器與熱載體充分混合，在第二段 反應器中進行快速熱解反應，該區域稱為主反應區。采用電加熱，利用可控硅控制快速熱解 反應溫度。
2) 形成的熱解氣與熱解固體產物炭及未反應的細小生物質顆粒在第三段反應器進一步 反應，該區域稱為副反應區。利用調壓器(1)控制溫度。
3) 熱解氣與固體炭一道由載氣帶入第四段反應器，該區域稱為緩沖區。利用調壓器(2) 控制溫度。
圖l為本發明反應器結構圖。
本發明與現有的技術相比，具有以下優點及突出性進步
1)將流化床快速熱解反應器分成三個反應區(分別為主反應區，副反應區和緩沖區)；2)利用分段控溫的方式，主反應區根據快速熱解條件，精準控制快速熱解溫度；副反應區由 于處于稀相流化床狀態，載氣流湍動程度很大，致使器壁表面的氣膜厚度比密相區薄，傳熱 阻力減小。該區域傳熱較好，采用調壓器控制熱解溫度可適當降低外加熱溫度，以達到反應 區精準控溫的目的，從而提高了熱解油產率及品質；3)緩沖區將溫度控制在適當中溫，有效 的抑制二次熱解反應，提高熱解油產率，并極大的降低了反應器能耗。
具體實施例方式
下面結合附圖l對本發明的具體結構及實施作進一步的描述 實施例l:
圖l為本發明提供的一種分段控溫流化床式生物質快速熱解反應器的整體結構示意圖， 該反應器主要包括l-螺旋進料器；2-調壓器(l); 3-測溫口； 4-熱解反應器蓋；5-排氣口 ； 6-調壓器(2); 7-分段控溫流化床式熱解反應器；8-可控硅調壓器；9-進氣口。
以用于木材快速熱解系統中的分段控溫流化床式生物質快速熱解反應器為例如圖l所 示，其工作過程為①木材顆粒物料由螺旋進料器1輸入到分段控溫流化床式熱解反應器7; ②木材顆粒物料在熱解反應器主反應區，采用可控硅調壓器8精準控制熱解反應溫度，通過流
化介質傳熱實現快速熱解；③未完全熱解的物料顆粒，在副反應區采用接觸調壓器2控制熱解 反應溫度，主要通過對流換熱進一步熱解，外加熱溫度可以適當調低；④熱解反應產生的蒸 氣和炭一道進入緩沖區，該區采用接觸調壓器6控制適當中溫，有效的抑制二次熱解反應，熱 解氣和炭從排氣口5排出離開反應器，完成快速熱解過程。
實驗表明，這種分段控溫流化床式生物質快速熱解反應器及加熱控溫方法降低了熱解過 程中的能耗，熱解過程中能夠實現精準的中溫控制。若該反應器靜床高100mm，物料粒徑0.2 0.45mm，主反應區溫度控制550'C ，副反應區溫度控制500'C，緩沖區溫度控制在40(TC，進料 量為5kg/h，氣體流量8 m7h，產油率為65%。
實施例2:以用于處理量為5kg/h分段控溫流化床式生物質快速熱解反應器為例如圖所 示，其工作過程同實施例l。
實驗表明，反應器靜床高120醒，物料粒徑O. 2 0. 45mm，主反應區溫度控制650'C ，副 反應區溫度控制600。C，緩沖區溫度控制在450'C，氣體流量IO m7h，產油率為67.3%。
權利要求
1. 分段控溫流化床式生物質快速熱解反應器，包括四段圓柱狀不銹鋼管，不銹鋼管兩端分別焊接有不銹鋼法蘭盤，最下面一段不銹鋼管中部設有進料口，其特征在于熱解反應器頂部設有一不銹鋼蓋。蓋的一側設有排氣口，頂端設有一測溫度口，下端設有不銹鋼法蘭盤。熱解反應器底部設有錐形進氣口。倒錐形進氣口上部設有不銹鋼絲網和氣體分布板，并在倒錐形進氣口的上部和下部分別設有法蘭盤。所述快速熱解反應器直徑為100mm，四段高度分別為150mm、200mm、300mm和200mm；最下面一段不銹鋼管中部設有進料口，開口直徑為32mm。所述快速熱解反應器蓋排氣口為長方形，長25mm，寬20mm。所述快速熱解反應器底部倒錐形進氣口，上部設有不銹鋼絲網為160目，氣體分布板開孔率0.30；下部進氣口直徑為32mm。生物質顆粒物料通過輸料裝置進入第一段快速熱解反應器與熱載體充分混合，在第二段反應器中進行快速熱解反應，利用可控硅控制快速熱解反應溫度；形成的熱解氣與熱解固體產物炭及未反應的細小生物質物料顆粒在第三段反應器進一步反應，利用調壓器(1)控制溫度；熱解氣與固體炭一道由載氣帶入第四段反應器，該區域稱為緩沖區，利用調壓器(2)控制溫度。
2. 根據權利要求1所述的分段控溫流化床式生物質快速熱解反應器，其特征在于所述 物料通過輸料裝置進入第一段快速熱解反應器與熱載體充分混合，在第二段反應器中進行快 速熱解反應；形成的熱解氣與熱解固體產物炭及未反應的細小生物質物料顆粒在第三段反應 器進一步反應；熱解氣與固體炭一道由載氣帶入第四段反應器，完成快速熱解過程。
全文摘要
本發明涉及一種分段控溫流化床式生物質快速熱解反應器。解決了快速熱解精準中溫控制和熱解能耗大的問題。快速熱解反應器為四段圓柱狀不銹鋼管，不銹鋼管兩端分別焊接有不銹鋼法蘭盤，最下面一段不銹鋼管中部設有進料口，熱解反應器頂部設有一不銹鋼蓋，底部設有錐形進氣口。本發明采用分區分段控溫的方法，熱解效果明顯，操作方便。實驗表明，這種分段控溫流化床式生物質快速熱解反應器在不同工藝條件下均能穩定工作，耗能低，產油率可達到60％以上。
文檔編號C10B53/02GK101486919SQ20091000908
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月17日 優先權日2009年2月17日
發明者任學勇, 慧 司, 常建民, 瑞 李, 王鵬起 申請人:北京海潤川投資咨詢有限公司