專利名稱：一種熔鹽快速熱裂解生物質的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種以農林棄物為生物質原料的，熔鹽快速熱裂解生物質的裝置。
背景技術：
能源危機、環境污染等問題日益嚴重，尋找清潔的可再生能源迫在眉睫。在水能、風能、太陽能、生物質能和海洋能等一系列可再生能源中，生物質能具有低染、可再生、CO2接近零排放、資源豐富、分布廣泛等特點，日益受到全世界的關注。我國的生物質資源豐富，農林廢料占據比重很大，僅農作物秸桿年產量就達到7億噸，但秸桿資源的利用率比較低，約7%，多數秸桿就地焚燒，既造成了大氣污染又浪費了資源。生物質能的開發利用對改善能源結構，緩解原油進口依賴程度，增加農民收入，促進三農建設等具有重要戰略意義。生物質能的開發利用主要有生物轉化和熱化學轉化兩種技術途徑，而熱化學轉化途徑是生物質能利用的核心技術。其中熱裂解能將生物質轉化成氣體、固體和液體產物，獲得了能量密度高的生物燃料或者難以人工合成的化學品，得到了世界各國的廣泛關注，成為研究焦點。要達到快速熱裂解的目的，熱載體的選擇至關重要。現在所采用的工藝中多為石英沙，或者惰性氣體。而熔鹽具有以下特點:在接近1000°c的高溫下化學性能比較穩定；導熱系數高、粘度低、揮發性低以及適宜的熔點溫度等物理特性；具有溶解生物質進入液相的能力，致使傳熱和傳質非常均勻和迅速；具有均相催化或化學反應以控制產物化學組成的肯能性。因此，可以用于生物質快速熱裂解的工藝過程中。針對原有熱裂解技術中熱載體的功能單一，熱含量相對較小等問題，開發出以農村廢棄物為生物質原料，以熔鹽為熱載體、催化劑和分散介質的工藝和裝置，以提高生物質的利用效率，最大化地獲得目標產物。
發明內容`本實用新型要解決上述現有技術的缺點，提供一種熱含量相對較高，高利用率的熔鹽快速熱裂解生物質的裝置。本實用新型解決其技術問題采用的技術方案:這種熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，主要包括裂解氣儲罐、裂解氣過水槽、列管式冷凝器、電動機、生物質料倉、撞擊混合錐臺裂解反應器、液體產物收集器、熔融鹽儲槽、旋液分離器、固體產物收集器和RY型熔鹽泵，RY型熔鹽泵的出口管與旋液分離器的入口管連接，旋液分離器的上出口管與固體產物收集器連接，旋液分離器的下出口與撞擊混合錐臺裂解反應器連接，撞擊混合錐臺裂解反應器與生物質料倉連接，撞擊混合錐臺裂解反應器的出口與列管式冷凝器和熔融鹽儲槽連接，列管式冷凝器的出口與液體產物收集器連接，液體產物收集器的出口分別與裂解氣儲罐和裂解氣過水槽連接，撞擊混合錐臺裂解反應器的上部連接有電動機。所述RY型熔鹽泵的出口管位于熔鹽收集器內，熔鹽收集器內設有K型熱電偶，熔鹽收集器的外壁設有外置式纏繞式的電加熱裝置，電加熱裝置的加熱絲為耐高溫的鎳鉻絲，并且外部為耐高溫的保溫材料。所述撞擊混合錐臺裂解反應器的內部設置錐形臺，錐形臺的上部設置限流圈和擋邊，錐形臺的斜面成15° -75。角。本實用新型有益的效果是:本實用新型克服了生產過程中熱能利用率低，成本高的缺點，提高了生物質燃料的產率，實現了連續進料，改善了生物質的使用性能。
圖1是本實用新型的結構組成示意圖；圖2是本實用新型的錐形臺橫切面示意圖。附圖標記說明:裂解氣儲罐1，閥門2，壓力表3，裂解氣過水槽4，列管式冷凝器5，電動機6，螺旋進料器7，生物質料倉8，撞擊混合錐臺裂解反應器9，液體產物收集器10，熔融鹽儲槽11，旋液分離器12，固體產物收集器13，RY型熔鹽泵14，K型熱電偶15，熔鹽收集器16，電加熱裝置17，擋邊18，限流圈19，斜面20。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明:如圖所示，這種熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，主要包括裂解氣儲罐1、裂解氣過水槽4、列管式冷凝器5、電動機6、生物質料倉8、撞擊混合錐臺裂解反應器9、液體產物收集器10、熔融鹽儲槽11、旋液分離器12、固體產物收集器13和RY型熔鹽泵14，RY型熔鹽泵14的作為熔融鹽的輸送 機械，RY型熔鹽泵14的出口管與旋液分離器12的入口管連接，旋液分離器12的上出口管與固體產物收集器13連接，旋液分離器12的下出口與撞擊混合錐臺裂解反應器9連接，撞擊混合錐臺裂解反應器9與生物質料倉8連接，撞擊混合錐臺裂解反應器9使熔融鹽以一定流速與生物質顆粒進行并流接觸和混合，撞擊混合錐臺裂解反應器(9)的出口與列管式冷凝器5和熔融鹽儲槽11連接，列管式冷凝器5的出口與液體產物收集器10連接，液體產物收集器10的出口分別與裂解氣儲罐I和裂解氣過水槽4連接，撞擊混合錐臺裂解反應器9的上部連接有電動機6。RY型熔鹽泵14的出口管位于熔鹽收集器16內，熔鹽收集器16內設有K型熱電偶15，熔鹽收集器16的外壁設有外置式纏繞式的電加熱裝置17，電加熱裝置17的加熱絲為耐高溫的鎳鉻絲，并且外部為耐高溫的保溫材料進行保溫。電動機6連接有螺旋進料器7，作為生物質原料的輸送進料裝置，螺旋進料器7位于生物質料倉8內，螺旋進料器7的出口伸入撞擊混合錐臺裂解反應器9內，螺旋進料器7的外側直徑大于螺旋進料器管外徑的套管，熔融鹽在套管間與生物質間壁并流，在生物質出口管下端撞擊混合。撞擊混合錐臺裂解反應器9的內部設置錐形臺，錐形臺的上部設置限流圈19和擋邊18，保證熔融鹽能夠沿著錐形臺斜面20流下而不會飛濺，錐形臺的斜面20成15° -75。角，熔融鹽和生物質顆粒在錐形臺斜面上流動，形成一層熔融鹽薄膜(< 10mm)，縮短了裂解產物在熔鹽層的停留時間，迅速從熔融鹽中逸出。裂解氣儲罐I的下部設有閥門2，裂解氣過水槽4上設有壓力表3。這種熔鹽快速熱裂解生物質的工藝，包括以下步驟:(I)稱取熔融鹽放入熔融鹽儲槽11，稱取生物質原料放入生物質料倉8，向系統內通入氮氣或抽真空，得以形成惰性無氧氛圍；[0018](2)開啟RY型熔鹽泵14和列管式冷凝器5的冷卻水開關；(3)對各段管路進行加熱，保證熔融鹽在熔融鹽儲槽11內全部熔融，開啟RY型熔鹽泵14，熔融鹽通過RY型熔鹽泵14輸送，經過旋液分離器12，進入撞擊混合錐臺裂解反應器9，開啟螺旋進料器7的電動機6，生物質顆粒進入撞擊混合錐臺裂解反應器9后與熔融鹽并流接觸，進行熱裂解反應；(4)生成的揮發分進入列管式冷凝器5，可冷凝的氣體揮發后冷凝得到生物油，進入液體產物收集器10，不可冷凝氣經過取樣分析后，進入裂解氣儲罐I儲存，或者經過裂解氣過水槽4凈化處理；(5)固體產物顆粒隨著RY型熔鹽泵14的輸送在旋液分離器12處進行分離，進入固體產物收集器13，熔融鹽繼續進入撞擊混合錐臺裂解反應器9 ;(6)當 所加入的生物質原料完全進入撞擊混合錐臺裂解反應器9后，關閉螺旋進料器7的電動機6，RY型熔鹽泵14繼續開啟，保持熔融鹽的循環和流動，直至沒有熱裂解氣產生，關閉氮氣或者抽真空；(7)反應完成后，關閉RY型熔鹽泵14，讓熔融鹽集中于熔融鹽儲槽11內，關閉所有的加熱開關，等待所有的測溫點溫度接近室溫時，關閉冷卻水。熱裂解反應溫度為:200°C 1000°C，熱裂解反應的過程中，每隔3 5min記錄各個控溫點的溫度和測壓點的壓力，從裂解氣管路中取氣體產物樣品分析組成。列管式冷凝器(5)的工作溫度為室溫，可冷凝的氣體為熱裂解蒸汽，不可冷凝氣為裂解氣。整個工藝中的熔融鹽能循環使用。熔融鹽為堿金屬、堿金屬的氯化鹽、硅酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽或多種上述組成的共熔混合物，采用熔融鹽作為熱載體、催化劑和分散介質。本實用新型所采用的熱載體是熔融鹽。因為熔融鹽其自身具有比較高的比熱容和導熱系數。與石英砂、氣體的比熱容和導熱系數的比較如表I所示。表I熔融鹽、石英砂、空氣以及生物質的比熱容和導熱系數數據
物質比熱容(kj.kg-1.K—1)導熱系數(ff.π 1.JT1)
KN0:353%+NaN040%+NaN037%NaNO3
熔融鹽
__1.34 (673K)__0.605 (695K)_
石英砂__0.837__0.224 (293K)_
空氣__1.068 (IOlkPa, 673K)__0.0521 (IQlkPa, 673K)
生物質__纖維素，1.22 (298K)__纖維素，0.205 (298K)當生物質在呈現液態的熔鹽中分散時，顆粒被熔融鹽包圍，由于固體顆粒與熔鹽離子之間的接觸面積和傳熱系數大，熱阻小，熔鹽迅速將生物質顆粒溫度加熱至熱裂解溫度。熔融鹽中的部分金屬例子可以催化熱裂解過程。熔鹽中殘留的固體如焦炭和灰分可以進一步分離和處理。[0029]由于生物質顆粒的表面粗糙且形狀不規則，顆粒之間以及與其他物體表面之間的粘著性較大，導致生物質顆粒的流動性差，因此采用垂直螺旋進料器為生物質原料的進料
>J-U ρ α裝直。本實用新型的熔鹽泵槽采用采用外置式纏繞式電加熱。分為兩組，一組是功率為12kW的常開式，另一組事功率為ISkW的控制式。測溫熱電偶均為 1000°C的K型熱電偶15。采用對熔鹽流經管路進行分段加熱和控溫的方式，保證了系統的熔鹽體系呈現液態，實施例1參照圖1和圖2 —種利用農作物秸桿聯產生物油和生物炭的工藝和裝置，選取熔鹽組成為ZnCl2/KCl (摩爾比為7/6)的熔鹽體系，質量為160kg ;采用的生物質原料為水稻秸桿，質量為4kg，粒徑為100目；熱裂解溫度為450°C;管路控制溫度為450°C;抽真空。獲得的熱裂解結果如下:(I)液相產率產率為25wt.%，采用元素分析儀對液相產物進行元素分析，其元素組成為:C 元素 2.47%, H 元素 7.904%, N 元素 0.99%, S 元素 0.012%, O 元素 88.624%。(2)液相產物采用美國 Agilent 公司(Santa Clara, CA)的 GC7890A/MS5975C，色譜柱為 Agilentl9091S-433 ；325°C ；30mX 250 μ mX0.25 μ m。分析條件為:GC 載氣為 He ;流量:1.0mL/min ;進樣量:0.2μ L ;氣化池溫度(Inlet):300°C ;柱溫:初溫 50。。，以 5°C /min升至180°C，再以15°C /min升至260°C，并保留3min ;分流比:50:1。MS接口溫度(Aux):2800C ;電子轟擊電離源(EI):70ev ;四級桿(MS Quard): 150°C ;質量掃描范圍50 550 ；溶劑延遲時間為2.5min。液相產物的GC/MS分析結果為:酮類22.15%，酚類41.98%，醛類24.61%,醇類 2.45%,酯類 6.37%,酸類 1.30%,烴類 1.14%。(3)氣體產物采用浙江臺州福立分析儀器有限公司的GC9790SD系列高性能氣相色譜儀進行分析。色譜柱為TD-X01，載氣為高純氮氣，分析條件為:柱溫設定為40°C，檢測器溫度為100°C，進樣器溫度為100°C。裂解過程中氣相產物組成分布為:H23.73% 17.16%, C02.37% 5.02%, CH42.58% 8.17%, C0275.09% 87.27%。(4)固體產物的元素組成為:C元素54.37%，H元素5.57%，N元素7.51%，S元素1.10%，O 元素 31.45%O實施例2選取熔鹽組成為ZnCl2/KCl (摩爾比為7/6)的熔鹽體系，質量為166kg ;采用的生物質原料為水稻稻桿，質量為5kg,粒徑為100目；熱裂解溫度為450°C ;管路控制溫度為4500C ;抽真空。獲得的熱裂解結果如下:(I)液相產率產率為30wt.%，采用元素分析儀對液相產物進行元素分析，其元素組成為:c元素1.92%, H元素4.46%, N元素0.73%, S元素0.045%, O元素92.85%。(2)液相產物的GC/MS分析結果為:酚類56.70%,醛類30.29%，醇類1.20%,酯類9.39%,酸類 2.40%ο(3)裂解過程 中氣相產物組成分布為:H21.81% 28.16%，C04.12% 14.67%，CH43.38% 8.70%, C0262.99% 87.14%。(4)固體產物的元素組成為:C為20.98%，H為1.941%，N為1.96%, S為1.776%, O為 73.343%ο除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方 案，均落在本實用新型要求的保護范圍。
權利要求1.一種熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，主要包括裂解氣儲罐(I)、裂解氣過水槽(4)、列管式冷凝器(5)、電動機(6)、生物質料倉(8)、撞擊混合錐臺裂解反應器(9)、液體產物收集器(10)、熔融鹽儲槽(11)、旋液分離器(12)、固體產物收集器(13)和RY型熔鹽泵(14)，其特征是:RY型熔鹽泵(14)的出口管與旋液分離器(12)的入口管連接，旋液分離器(12)的上出口管與固體產物收集器(13 )連接，旋液分離器(12 )的下出口與撞擊混合錐臺裂解反應器(9)連接，撞擊混合錐臺裂解反應器(9)與生物質料倉(8)連接，撞擊混合錐臺裂解反應器(9)的出口與列管式冷凝器(5)和熔融鹽儲槽(11)連接，列管式冷凝器(5)的出口與液體產物收集器(10 )連接，液體產物收集器(10 )的出口分別與裂解氣儲罐(I)和裂解氣過水槽(4)連接，撞擊混合錐臺裂解反應器(9)的上部連接有電動機(6)。
2.根據權利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，其特征是:所述RY型熔鹽泵(14)的出口管位于熔鹽收集器(16)內。
3.根據權利要求2所述的熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，其特征是:所述熔鹽收集器(16)內設有K型熱電偶(15)。
4.根據權利要求2所述的熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，其特征是:所述熔鹽收集器(16)的外壁設有外置式纏繞式的電加熱裝置(17)。
5.根據權利要求4所述的熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，其特征是:所述電加熱裝置(17)的加熱絲為耐高溫的鎳鉻絲，并且外部為耐高溫的保溫材料。
6.根據權利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，其特征是:所述電動機(6)連接有螺旋進料器(7)，螺旋進料器(7)位于生物質料倉(8)內，螺旋進料器(7)的出口伸入撞擊混合錐臺裂解反 應器(9)內。
7.根據權利要求6所述的熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，其特征是:所述螺旋進料器(7)的外側直徑大于螺旋進料器管外徑的套管。
8.根據權利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，其特征是:所述撞擊混合錐臺裂解反應器(9)的內部設置錐形臺，錐形臺的上部設置限流圈(19)和擋邊(18)，錐形臺的斜面(20)成15° -75。角。
9.根據權利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，其特征是:所述裂解氣儲罐(I)的下部設有閥門(2)。
10.根據權利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，其特征是:所述裂解氣過水槽(4)上設有壓力表(3)。
專利摘要本實用新型涉及一種熔鹽快速熱裂解生物質的裝置，RY型熔鹽泵的出口管與旋液分離器的入口管連接，旋液分離器的上出口管與固體產物收集器連接，旋液分離器的下出口與撞擊混合錐臺裂解反應器連接，撞擊混合錐臺裂解反應器與生物質料倉連接，撞擊混合錐臺裂解反應器的出口與列管式冷凝器和熔融鹽儲槽連接，列管式冷凝器的出口與液體產物收集器連接，液體產物收集器的出口分別與裂解氣儲罐和裂解氣過水槽連接，撞擊混合錐臺裂解反應器的上部連接有電動機。本實用新型有益的效果是本實用新型克服了生產過程中熱能利用率低，成本高的缺點，提高了生物質燃料的產率，實現了連續進料，改善了生物質的使用性能。
文檔編號C10J3/57GK203144354SQ20132011138
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月11日 優先權日2013年3月11日
發明者計建炳, 姬登祥, 于鳳文, 艾寧, 高明輝, 盛佳峰, 姜洪濤 申請人:浙江工業大學