反向同心旋轉式熱解反應裝置的制作方法

本發明涉及再生能源利用技術領域，具體涉及一種反向同心旋轉式熱解反應裝置。

背景技術：

生物質熱解液化技術是一種非常有前景的熱化學轉化技術，可將松散型農林廢棄物轉化為高能量密度生物油，為后續集中精煉提質和高值化轉化制備生物基液體燃料和化學品提供基礎，從而與現有的相關應用無縫接軌。就生物質裂解液化技術而言，生物質裂解制取生物油系統形式多樣，但是主流設備必須具備如下特點：(1)生產穩定、成本低廉、能夠長時間穩定運轉；(2)生物油成分穩定，能夠保障下游處理系統穩定工藝；(3)生物油成分可以調整，以適應不同用戶的需要。上述基本要求正是未來生物質裂解液化技術發展的基石，可以保障生物質裂解液化技術作為集中生物質資源的手段，是分散液化、集中處理、實現產業化大規模利用生物質能的一條路線的起點。

目前，國內外已相繼開發了多種不同類型的生物質熱解液化系統，并且建立了示范裝置，例如加拿大ensyn和dynamotive公司分別建立了日處理量為75噸和200噸的流化床熱解示范工廠。荷蘭btg公司建立了處理能力為2噸/小時的旋轉錐熱解裝置；德國pytec公司目前正建立一臺處理量為2噸/小時的燒蝕反應器。國內中國科學技術大學研發的流化床熱解液化系統由易能公司進行產業化運行，共建設了2套萬噸級/年產能的裝置；山東理工大學建成了300千克/小時加工能力的下降管熱解液化中試裝置。

上述熱解系統所需能量大都通過煤、生物質等燃燒以及直接利用電能來獲得，大大增加了生物燃油的生產成本，同時造成了新的污染。燃煤電站鍋爐和煉鐵煉鋼高爐所產生的高溫廢煙氣余熱，恰好能滿足生物質熱裂解液化所需熱量要求，為生物燃油的生產提供“免費”能源，有效解決生物質能源生產過程中耗能過大、生產成本高等難題。

現有技術中的熱解反應器主要以流化床為主，對物料的種類和粒度要求較高，適應性差，并且需要通入載氣。載氣用來攪動生物質物料，加快熱解反應，通入的載氣流入后續冷凝液化工序，增加了冷卻負荷，降低了生物油收集效率。山東理工大學研制的下降管反應器不需要載氣，但為了保證足夠的反應時間，反應管必須有足夠的長度，造成結構尺寸偏大；由于反應時間由反應管的長度及角度決定，反應時間難以調整。

另外，熱解反應器的內壁會有生物質原料或炭灰附著，影響傳熱傳質效果，需要定期對熱解反應器的內壁進行清理，為設備維護增加難度及生產成本。

上述生物質熱解液化過程中存在的缺陷，在很大程度上影響了生物質熱解液化制油成本，制約了現有技術的工業化應用。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供一種結構簡單耐用，環保節能、熱效率高的新型反向同心旋轉式熱解反應裝置。

本發明采用如下技術方案：

一種反向同心旋轉式熱解反應裝置，包括反向同心旋轉式熱解反應器，反向同心旋轉式熱解反應器包括殼體，殼體內設置錐形的反應筒，錐形結構為上端直徑大于下端直徑的結構。反應筒上部及底部均設置開口，反應筒內同心設置螺旋絞龍，螺旋絞龍從上至下螺距逐漸減小，反應筒和螺旋絞龍分別連接電機，電機帶動旋轉，反應筒與螺旋絞龍旋轉方向相反，螺旋絞龍轉速大于反應筒轉速。

所述殼體與反應筒之間設有多層煙氣折流板，上部開口的折流板與下部開口的折流板依次交替設置，折流板之間形成一條曲折的煙氣通道，增加煙氣在殼體內的停留時間。殼體下部設有煙氣進口，殼體上部設有煙氣出口，煙氣在折流板組成的空腔內流通，為反應筒內的熱解反應提供熱量，其中煙氣來源于燃煤電站鍋爐和煉鐵煉鋼高爐所產生的高溫廢煙氣。

所述反應筒上部開口連接生物質喂料器及載體儲倉，生物質物料及載體按一定比例混合進入反應筒內。反應筒底部開口連接固體分離器，固體分離器將熱解蒸汽與固體分離，固體包括載體、炭灰。

所述固體分離器底部設有載體螺旋輸送器以及載體出口，將循環熱載體及炭灰送出。載體出口與提升管燃燒器連接，提升管燃燒器連接載體儲倉，載體儲倉通過流量控制閥連接反應筒上部開口。熱載體、炭灰的可燃成分在提升管燃燒器內充分燃燒，同時加熱載體，加熱后的載體送回載體儲倉，載體儲倉通過流量控制閥連接反應筒上部進口，載體重新進入反應筒內循環使用。

所述固體分離器的熱解蒸汽出口連接液化冷卻裝置，液化冷卻裝置將熱解蒸汽進行冷凝液化，得到生物質油。

所述反向同心旋轉式熱解反應裝置包括刮板輸送機，刮板輸送機用來提供生物質物料。刮板輸送機連接物料干燥機，物料干燥機連接儲料箱，儲料箱連接生物質喂料器，生物質喂料器連接反應筒上部進口。熱解反應器殼體上部的煙氣出口連接物料干燥機，充分利用煙氣余熱來干燥生物質物料。

所述載體選用黃砂、煤矸石、石英砂、不銹鋼球或陶瓷蓄熱球中的一種，載體硬度大于生物質原料的硬度。

為了實現更優化的結構布置，所述電機通過鏈條、鏈輪結構連接反應筒，螺旋絞龍的驅動電機連接螺旋絞龍中心的立軸。

本發明熱解生產生物質油的工作過程為：

生物質物料與載體顆粒分別在生物質喂料器和流量控制閥的作用下按一定體積比(可根據需要在1:1至100:1范圍內變化)送入反向同心旋轉式熱解反應器的錐形反應筒內。燃煤電站鍋爐和煉鐵煉鋼高爐所產生的高溫廢煙氣(600℃以上)送入反向同心旋轉式熱解反應器內部，依次流過氣體折流板組成的煙氣通道，從上部煙氣出口排出，高溫廢煙氣為反應筒內的熱解反應提供熱量。錐形的反應筒和螺旋絞龍逆向旋轉，中心螺旋絞龍以較高速度旋轉，生物質物料和固體載體顆粒在離心力作用下甩至反應筒內壁上，期間生物質物料迅速熱解，錐筒以相反方向慢速旋轉，使炭灰及載體顆粒順利從內壁上滑落。反應產生的熱解蒸汽經過分離去雜質后，送入液化冷卻裝置進行冷凝液化，得到生物質油。

本發明的優點及有益效果為：

1)本發明反向同心旋轉式熱解反應器采用錐形反應筒，錐形結構利于載體顆粒及炭灰滑落。錐形反應筒和螺旋絞龍逆向旋轉，生物質物料和固體載體顆粒在離心力作用下甩至反應筒內壁上，劇烈的碰撞可加速生物質物料的熱解速度及程度，生物質物料反應迅速、徹底，反應過程無需載氣來攪動，大大降低了熱解蒸汽冷卻與載氣預熱耗能。反應筒以相反方向慢速旋轉，使炭灰、載體顆粒順利從內壁上滑落。利用熱解反應器的上述優勢，可對粒狀，甚至塊狀的生物質物料進行熱解。通過改變螺旋絞龍的旋轉速度，可有效調節生物質物料在熱解反應器內的滯留時間，實現對熱解產物分布的定向調控。

2)反向同心旋轉式熱解反應器內的折流板結構，可極大的保留高溫廢煙氣的熱量，并且，通過控制高溫煙氣流量和氣體折流板數，實現熱解反應器溫度的精確可控。

3)反向同心旋轉式熱解反應器內的載體具有強化多相流動、傳熱、清潔反應筒內壁的作用，可有效避免炭灰粘附在反應器內壁上，提高熱解轉化效率。此外，載體還可作為熱載體，通過熱載體直接加熱與高溫煙氣間接加熱相結合方式實現生物質快速熱解，高能量利用效率。作為熱載體時，循環流動使用，落下后提升重復利用。其中，反應筒內設置載體時，清潔反應筒內壁的清潔效率為95％以上，傳統的不加熱載體的清潔效率不足70％，會影響傳熱效率。

4)本發明對高溫煙氣的熱量充分利用，在對反向同心旋轉式熱解反應器加熱完畢后，利用余熱對物料進行干燥；另外，提升管燃燒器對載體進行加熱，將可燃的物質充分利用，具有很好的環保效果。

附圖說明

圖1為反向同心旋轉式熱解反應器及固體分離器的結構示意圖；

圖2為本發明在生物質熱解液化系統中的結構示意圖。

其中，1-反向同心旋轉式熱解反應器，101-煙氣出口，102-殼體，103-煙氣進口，104-折流板，105-反應筒開口，106-減速電機，107-鏈輪，108-螺旋絞龍，109-立軸，110-窯爐軸承，111-密封環，112-調速電機，113-反應筒，2-物料干燥機，3-儲料箱，4-生物質喂料器，5-刮板輸送機，6-固體分離器，7-調速電機，8-載體螺旋輸送器，9-熱解蒸汽出口，10-載體出口，11-旋風分離器，12-不銹鋼燒結過濾器，13-提升管燃燒器，14-液化冷卻裝置，15-引風機，16-載體儲倉，17-流量控制閥。

具體實施方式

具體實施例

如圖1、圖2所示，反向同心旋轉式熱解反應裝置，包括刮板輸送機5，刮板輸送機5連接物料干燥機2，物料干燥機2連接儲料箱3，儲料箱3連接生物質喂料器4，生物質喂料器4連接反向同心旋轉式熱解反應器1。

反向同心旋轉式熱解反應器1包括殼體102，殼體內設置錐形的反應筒113，錐形結構為上端直徑大于下端直徑的結構。反應筒113上部及底部均設置開口，反應筒113內同心設置螺旋絞龍108，螺旋絞龍108從上至下螺距逐漸減小。反應筒113通過鏈輪107及鏈條連接減速電機106，螺旋絞龍的立軸109連接調速電機112。反應筒113與螺旋絞龍108旋轉方向相反，螺旋絞龍108轉速大于反應筒113轉速。殼體102與反應筒113之間設有多層煙氣折流板104，上部開口的折流板與下部開口的折流板依次交替設置，折流板104之間形成一條曲折的煙氣通道。殼體下部設有煙氣進口103，殼體上部設有煙氣出口101，煙氣出口101連接物料干燥機2。

熱解反應器的反應筒113上部開口連接生物質喂料器4及載體儲倉16。

反應筒113底部開口連接固體分離器6，固體分離器6底部設有載體螺旋輸送器8以及載體出口10，載體螺旋輸送器8連接調速電機7。載體出口10與提升管燃燒器13連接，提升管燃燒器13連接載體儲倉16，載體儲倉16通過流量控制閥17連接反應筒上部開口，載體選用黃砂。

所述固體分離器6的熱解蒸汽出口9依次連接旋風分離器11、不銹鋼燒結過濾器12、引風機15后，與液化冷卻裝置14連接。

本發明的反向同心旋轉式熱解反應器不僅可以用在生物質熱解液化系統中，還可以用來生產熱解氣，熱解反應器用作不同功能時，只需要調整反應筒內的溫度即可。