無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，包括：進料系統，反應器系統，冷凝系統。進料系統，用于將合適粒徑的原料，輸送到反應器系統中；反應器系統，用于將原料通過無軸螺旋傳送到反應器，通過加熱反應，原料發生熱裂解反應形成熱裂解蒸汽和生物炭，熱裂解氣體進入后續的冷凝系統，炭粉通過無軸螺旋的傳送排出反應器，并通過自身重力落入儲存設備中；冷凝系統，用于將反應器系統形成的可冷凝的熱裂解蒸汽冷凝為液體。本發明方便操作；送料反應同時進行，原料的停留時間可控；采用循環水冷凝，靜電除塵和干冰?丙酮冷凝混合使用，增加了冷凝效率，裝置可連續穩定運轉。
【專利說明】
無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置
技術領域
[0001]本發明涉及生物質熱裂解反應裝置，具體地，涉及一種無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，是一種利用無軸螺旋傳送在高溫環境下使原料進行熱裂解反應的裝置，屬于可再生能源領域。
【背景技術】
[0002]現代的工農業生產和城市化進程中產生了大量的有機廢棄物。這些有機廢棄物主要有包括農業源廢棄物(作物秸桿，農產品的初級加工廢棄物)，工業源的廢渣廢水和城市源的生活垃圾、市政污泥、餐廚垃圾等。這些廢棄物產生量巨大，有機質的含量高，是環境污染的重要來源之一，長久以來這些廢棄物沒有得到有效的處理和利用，造成了嚴重的環境污染和資源的浪費。
[0003]有機廢棄物的資源化利用途徑有很多，如厭氧發酵，有氧堆肥，熱裂解轉化等。其中熱裂解制取液體燃料技術是一種高效低成本操作簡便的資源化利用技術。低熱值、低附加值的固態有機廢物可以通過熱裂解轉化為高熱值、高附加值的液體燃料，同時產生生物炭及不可冷凝的可燃氣體氣體。具有以下的突出優點:工藝簡便，對環境條件要求低，原料適應性廣。
[0004]很多研究都致力于設計新型的反應裝置。目前常見的反應裝置有固定床反應器，流化床反應器，循環流化床反應器，旋轉錐反應器等。不同類型的反應器由于設計的思路和原理不同，有不同的有缺點。
[0005]經過現有技術的文獻檢索發現，中國專利申請號為:201110308862.7，名稱為:生物質快速熱裂解的方法及其裝置。該專利的自述為:裝置設有加料倉、自動給料裝置、質量流量儀、氣體預熱器、熱裂解反應器、分離器、生物炭收集器、冷卻器、循環栗、激冷塔、塔底暫儲罐、第I生物質油收集罐、水冷冷凝器、第2生物質油收集罐、冰水冷凝器、第3生物質油收集罐。通過給料機把生物質物料送入熱裂解反應器內的步驟;在熱裂解反應器內對生物質物料進行熱裂解和在分離器中將熱裂解蒸汽與生物炭和灰份進行氣固分離的步驟;在激冷塔中對熱裂解蒸汽進行噴淋獲得一級生物油的步驟;在水冷冷凝器中將熱裂解蒸汽冷凝獲得二級生物油和在冰冷冷凝器中將熱裂解蒸汽進一步冷凝獲得三級生物油的步驟。該項技術的不足之處在于:由于裝置采用流化床工藝，需要流化氣，并需要氣體預熱器對流化氣進行預加熱;冷凝系統采用噴淋冷凝，裝置結構復雜，設計制作成本較高。
[0006]檢索中還發現，中國專利申請號為:CN201410178441.0，名稱為:常壓連續熱裂解秸桿提取生物油的方法及其設備。該專利的自述為:將秸桿干燥、粉碎;熱裂解，熱裂解設備是由若干個螺旋給料機首尾相接、自上而下往復式布置，在每個螺旋給料機管道的表面敷設電熱管，在每個螺旋給料機管腔的上部設置一個熱解氣管道;將產生的熱解氣冷凝、出油，同時排渣。該項技術的不足之處在于:由于采用多個螺旋給料機首尾相接喂料，氣態停留時間過長，易發生生物質熱裂解氣的二次裂解，造成液態油產率下降，氣態不可冷凝氣體的產率上升。
【發明內容】
[0007]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，該利用無軸螺旋進料，進料的同時進行反應，
[0008]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0009]本發明提供一種無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，包括進料系統，反應器系統，以及冷凝系統;其中:
[0010]進料系統，用于原料輸送到反應器系統中；
[0011]反應器系統，通過無軸螺旋將原料傳送到加熱器，并在原料傳送的同時進行加熱，使得原料發生熱裂解反應形成熱裂解蒸汽和生物炭，熱裂解氣體進入后續的冷凝系統，生物炭通過無軸螺旋的傳送排出反應器，并通過自身重力落入儲存設備中；
[0012]冷凝系統，用于將反應器系統形成的可冷凝的熱裂解蒸汽冷凝為液體。
[0013]較優地，所述進料系統包括:可調整高度的升降臺、一級料斗、送料螺旋、二級料斗和進料電機和推力軸承，其中:可調整高度的升降臺上固定有一級料斗，一級料斗的出口通過送料螺旋與二級料斗的進口相連，二級料斗的出口與反應器系統進料端相連，進料電機、推力軸承設置在所述反應器系統的進料端。
[0014]更優地，所述一級料斗的上方設置有透明的觀察窗，用于實時監控進料情況。
[0015]較優地，所述反應器系統包括:無軸螺旋、加熱器和儲炭箱，其中:二級料斗的出口連接到無軸螺旋，無軸螺旋的進料端配置有進料電機和調速器，在無軸螺旋與進料電機之間設置推力軸承，無軸螺旋通過管道進入加熱器中實現在原料傳送的同時進行加熱，無軸螺旋的出料端連接儲炭箱。
[0016]更優地，所述加熱器配置有顯示屏和溫度調節器，使反應溫度可控可視可調節。
[0017]更優地，所述反應器的出口端和儲炭箱內部各配置一個溫度探測點，方便進行溫度的檢測和控制;所述儲炭箱的外部配置加熱套和隔熱層，防止熱裂解蒸汽在儲炭箱附近冷凝。
[0018]較優地，所述冷凝系統包括:循環冷凝水部分，靜電吸附冷凝部分，干冰-丙酮冷凝部分和過濾除塵部分，其中:循環冷凝水部分通過控制冷凝水的溫度，實現不同沸點的燃油組分的初步分離;靜電吸附冷凝部分通過高達15KV的靜電高壓，使較小的液滴在電極凝聚，方便液體收集;干冰-丙酮冷凝部分把冷凝溫度降低到所需溫度，提高冷凝的效果;過濾除塵部分把前幾個部分未收集到的液滴和固態粉塵截留。
[0019]進一步的，所述系統進一步包括氣體檢測系統，該氣體檢測系統連接在冷凝系統之后，用于將不可冷凝的氣體成分進行分析。
[0020]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0021]本發明上述的無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置:原料適用性廣，防纏繞防堵塞，適宜運送顆粒和粉狀物料;進料口出料口不易堵塞，密閉性好，防污染不泄露;轉距大，能耗低，重量小，成本低，易損件少，經濟耐用;輸送量大，距離長，中部可多點裝卸料，并可多級串聯安裝;可低速運轉，平穩傳動，即可下方出料，又可端頭出料，并可在高溫下工作；結構緊湊，節省空間，快速拆裝，易于清洗，操作簡便。在用于熱裂解反應時由于與物料接觸面積大，易于傳熱，熱裂解效率高。
【附圖說明】
[0022]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0023]圖1為本發明一較優實施例的結構示意圖；
[0024]圖中:100為反應器系統，200為冷凝系統；
[0025]I為液壓升降臺，2為一級料斗，3為觀察窗，4為送料螺旋，5為二級料斗，6為進料電機，7為推力軸承，8為無軸螺旋，9為加熱器，10為顯示屏，11為溫度調節按器，12為儲炭箱，13為鐵架臺，14為循環冷凝管，15為靜電高壓發生器，16為靜電吸附器，17為收集器，18為干冰-丙酮冷凝器，19為氣體過濾器，20為氣相色譜儀，21為氣體流量計。
【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0027]如圖1所示，一種無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置的較優實施例，由四個部分組成:進料系統，反應器系統，冷凝系統，氣體檢測系統。
[0028]進料系統，用于原料輸送到反應器系統中；
[0029]反應器系統100，通過無軸螺旋將原料傳送到加熱器，并在原料傳送的同時進行加熱，使得原料發生熱裂解反應形成熱裂解蒸汽和生物炭，熱裂解氣體進入后續的冷凝系統，生物炭通過無軸螺旋的傳送排出反應器，并通過自身重力落入儲存設備中；
[0030]冷凝系統200，用于將反應器系統形成的可冷凝的熱裂解蒸汽冷凝為液體。
[0031]氣體檢測系統，該氣體檢測系統連接在冷凝系統之后，用于將不可冷凝的氣體成分進行分析。
[0032]如圖1所示，在一較優實施例中，所述進料系統設置在可調節高度的液壓升降臺I上，包括:一級料斗2、觀察窗3、送料螺旋4、二級料斗5和進料電機6和推力軸承7，其中:液壓升降臺I上固定一級料斗2，一級料斗2的出口通過送料螺旋4與二級料斗5的進口相連，二級料斗5的出口與反應器系統進料端相連，進料電機6、推力軸承7設置在所述反應器系統的進料端。
[0033]在一較優實施例中，所述反應器系統包括:無軸螺旋8、加熱器9、顯示屏10、溫度調節按器11、儲炭箱12，其中:二級料斗5的出口連接到無軸螺旋8，二級料斗5的出口位于所述無軸螺旋8的進料端的上方，從而可以利用自身重力進行進料，無軸螺旋8的進料端配置有進料電機6和調速器，在無軸螺旋8與進料電機6間設置推力軸承7，無軸螺旋8通過管道進入加熱器9中，在無軸螺旋8的出料端連接儲炭箱12，儲炭箱12位于所述無軸螺旋8的出料端下方。
[0034]在一較優實施例中，所述冷凝系統包括:循環冷凝管14、靜電高壓發生器15、靜電吸附器16、收集器17、干冰-丙酮冷凝器18和氣體過濾器19，其中:所述反應器系統的出口儲炭箱12的一端連接循環水冷凝管14，循環冷凝管14的另一端連接有靜電吸附器16，靜電吸附器16連接有靜電高壓發生器15，靜電吸附器16另一端連接有干冰-丙酮冷凝器18，靜電吸附器16和干冰-丙酮冷凝器18下部分別設置生物油的收集器17，干冰-丙酮冷凝器18另一端連接氣體過濾器19。
[0035]在一較優實施例中，所述氣體檢測系統包括氣相色譜儀20和氣體流量計21，從冷凝系統中經過的氣體最后進入氣相色譜儀20中分析氣體的組分和含量，通過氣體流量計21記錄氣體體積。
[0036]本發明上述較優實施例中:采用流動進料方式，一級進料放置在液壓升降臺I上，方便操作；由所述無軸螺旋8、加熱器9組成無軸螺旋反應器(進一步包括顯示屏10、溫度調節按器11)，采用該無軸螺旋反應器，送料反應同時進行，原料的停留時間可控;采用誘導出料方式，不使用旋風分離器;冷凝系統采用循環水冷凝，靜電除塵和干冰-丙酮冷凝混合使用，增加了冷凝效率;對不可冷凝的氣體采用在線GC分析，方便計算出氣體組分，進而可以評估整個系統的物質平衡和能量得率，裝置可連續穩定運轉。
[0037]所述一級料倉2、送料螺旋4、二級料斗5、無軸螺旋8之間密封連接，一級料倉2的位置高于二級料斗5，二級料斗5的出口位于無軸螺旋8的進料口正上方。
[0038]所述的進料系統，將合適粒徑的原料，運送到反應器系統中。所述進料系統采用流動進料的方式，利用自身重力和送料螺旋4推動控制進料速度，并且整個進料系統放置在液壓升降臺I上，方便調節進料口高度，進行實驗操作和后續的清理等工作。
[0039]在部分優選實施例中，一級料斗的上方設置有透明的觀察窗3，可以觀測進料效果O
[0040]所述的反應器系統，將進料系統傳送過來的物料，送入無軸的螺旋式反應器，將原料加熱至500°C左右，原料發生熱裂解形成熱裂解蒸汽和生物炭。熱裂解氣體進入后續的冷凝系統。炭粉通過無軸螺旋8的傳送，排出反應器系統100，并通過自身重力，落入儲炭箱12中。在無軸螺旋8與進料電機6間配備推力軸承7，減小進料電機6承受的軸向力。
[0041]在部分優選實施例中，加熱器9配備液晶液晶顯示屏10和溫度調節按器11，使反應溫度可控可視可調節。
[0042]在部分優選實施例中，在反應器系統的出口端和儲炭箱12內部各配置一個溫度探測點，方便進行溫度的檢測和控制。在儲炭箱12的外部配置加熱套和隔熱層，防止熱裂解蒸汽在儲炭箱附近冷凝。
[0043]在部分優選實施例中，所述的冷凝系統，將熱裂解蒸汽冷凝為液態燃料，該系統包括:循環冷凝水部分(圖中循環冷凝管14)，靜電吸附冷凝部分(圖中靜電高壓發生器15、靜電吸附器16)，干冰-丙酮冷凝部分(圖中干冰-丙酮冷凝器18)和過濾除塵部分(圖中氣體過濾器19，固態小顆粒和液態小液滴通過氣體濾器19截留)。循環冷凝水部分通過控制冷凝水的溫度，實現不同沸點的燃油組分的初步分離。靜電吸附冷凝部分通過高達15KV的靜電高壓，使較小的液滴在電極凝聚，方便液體收集。干冰-丙酮冷凝部分可以把冷凝溫度降低到-20°C左右，提高冷凝的效果。過濾除塵部分把前幾個部分未收集到的液滴和固態粉塵截留到此部分。
[0044]在部分優選實施例中，所述氣體檢測系統，通過氣體流量計21和氣相色譜儀20，分析得到不可冷凝氣體的流量和組分。氣體檢測系統分析不可冷凝氣體組分，首先是為了評價整個裝置的物質平衡狀態，液體燃料，生物炭和氣體組分各占多大的比例;其次不可冷凝氣可以作為氣體燃料燃燒供熱，因此需要對其成分進行分析。
[0045]本發明上述的熱裂解裝置可以利用的原料包括并不僅限于:生物質類農林廢棄物，餐廚垃圾，殘舊布料，廢棄橡膠、輪胎、塑料，煙草廢棄物，殘損紙幣等。
[0046]上述實施例無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，具體使用時:
[0047]①將原料依次干燥、粉碎，粉碎至長度不超過2cm厘米；
[0048]將原料裝入料倉中，密封進料的透明板，測試進料電機6的進料速度，在進料
[0049]口下放置空桶，稱量在1min中內的空桶中落入的原料量，得到原料的進料速度。
[0050]
[0051]②調整液壓升降臺I高度，使一級料倉2，通過送料螺旋4與二級料斗5相連，無軸螺旋8末端下方設置儲炭箱12。循環冷凝管14固定在鐵架臺13上，并使無軸螺旋8末端與循環冷凝管14相連。如圖1所示，以下部件之間必須是密封連接:一級料斗2與觀察窗3，觀察窗3與送料螺旋4，送料螺旋4與二級料斗5，二級料斗5與無軸螺旋8，無軸螺旋8與儲炭箱12，無軸螺旋8與循環冷凝管14，循環冷凝管14與靜電吸附器16，靜電高壓發生器15與靜電吸附器16，靜電吸附器16與干冰-丙酮冷凝器18，靜電吸附器16與收集器17，收集器17與干冰-丙酮冷凝器18，干冰-丙酮冷凝器18與氣體過濾器19，氣體過濾器19與氣相色譜儀20，氣體過濾器19與氣體流量計21，以保證裝置的氣密性。
[0052]③打開加熱器9開關，調整設置溫度到550°C，打開循環冷凝管14的循環冷凝水開關。
[0053]④打開溫度檢測器，監控加熱器9的溫度，待溫度上升到550 0C時，打開靜電高壓發生器15的開關，在干冰-丙酮冷凝器18中加入干冰和丙酮。
[0054]⑤打開無軸螺旋8開關，打開送料螺旋4開關，開始進料，并記錄此時氣體流量計的數值。開始檢測氣體組分。
[0055 ]反應完成后，關閉送料螺旋4，關閉無軸螺旋8。
[0056]⑥關閉加熱器9，記錄此時的氣體流量計的數值，可以得到產生的氣體的總的體積。
[0057]⑦關閉冷凝水開關和靜電高壓發生器15的開關。記錄一級料斗2、二級料斗5中原料質量，氣體過濾器19增重和儲炭箱12中固體質量。最后進行儀器的拆卸和清洗，把收集到的生物油裝入棕色試劑瓶中檢測其物理化學特性及組分。
[0058]本發明采用所述無軸螺旋，有以下優點:原料適用性廣，防纏繞防堵塞，適宜運送顆粒和粉狀物料;進料口出料口不易堵塞，密閉性好，防污染不泄露;轉距大，能耗低，重量小，成本低，易損件少，經濟耐用；輸送量大，距離長，中部可多點裝卸料，并可多級串聯安裝;可低速運轉，平穩傳動，即可下方出料，又可端頭出料，并可在高溫下工作;結構緊湊，節省空間，快速拆裝，易于清洗，操作簡便。在用于熱裂解反應時由于與物料接觸面積大，易于傳熱，熱裂解效率高。
[0059]本發明裝置可以方便利用各種原料如:生物質類農林廢棄物，餐廚垃圾，殘舊布料，廢棄橡膠、輪胎、塑料，煙草廢棄物，殘損紙幣等，把垃圾中的資源變廢為寶，節約垃圾存放的場地，減少環境污染，并產生有價值的化工產品原料和可用于進一步加工的替代化石能源的液態燃料。
[0060]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
【主權項】
1.一種無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，其特征在于，包括進料系統，反應器系統，以及冷凝系統;其中: 進料系統，用于原料輸送到反應器系統中； 反應器系統，通過無軸螺旋將原料傳送到加熱器，并在原料傳送的同時進行加熱，使得原料發生熱裂解反應形成熱裂解蒸汽和生物炭，熱裂解氣體進入后續的冷凝系統，生物炭通過無軸螺旋的傳送排出反應器，并通過自身重力落入儲存設備中； 冷凝系統，用于將反應器系統形成的可冷凝的熱裂解蒸汽冷凝為液體。2.根據權利要求1所述的無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，其特征在于，所述進料系統包括:可調整高度的升降臺、一級料斗、送料螺旋、二級料斗和進料電機和推力軸承，其中:可調整高度的升降臺上固定有一級料斗，一級料斗的出口通過送料螺旋與二級料斗的進口相連，二級料斗的出口與反應器系統進料端相連，進料電機、推力軸承設置在所述反應器系統的進料端。3.根據權利要求2所述的無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，其特征在于，所述一級料斗的上方設置有透明的觀察窗，用于實時監控進料情況。4.根據權利要求2所述的無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，其特征在于，所述反應器系統包括:無軸螺旋、加熱器和儲炭箱，其中:二級料斗的出口連接到無軸螺旋，無軸螺旋的進料端配置有進料電機和調速器，在無軸螺旋與進料電機之間設置推力軸承，無軸螺旋通過管道進入加熱器中實現在原料傳送的同時進行加熱，無軸螺旋的出料端連接儲炭箱。5.根據權利要求4所述的無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，其特征在于，所述加熱器配置有顯示屏和溫度調節器，使反應溫度可控可視可調節。6.根據權利要求4所述的無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，其特征在于，所述反應器的出口端和儲炭箱內部各配置一個溫度探測點，方便進行溫度的檢測和控制;所述儲炭箱的外部配置加熱套和隔熱層，防止熱裂解蒸汽在儲炭箱附近冷凝。7.根據權利要求1所述的無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，其特征在于，所述冷凝系統包括:循環冷凝水部分，靜電吸附冷凝部分，干冰-丙酮冷凝部分和過濾除塵部分，其中:循環冷凝水部分通過控制冷凝水的溫度，實現不同沸點的燃油組分的初步分離;靜電吸附冷凝部分通過高達15KV的靜電高壓，使液滴在電極凝聚，方便液體收集;干冰-丙酮冷凝部分把冷凝溫度降低到所需溫度，提高冷凝的效果;過濾除塵部分把前幾個部分未收集到的液滴和固態粉塵截留。8.根據權利要求1所述的無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，其特征在于，所述冷凝系統包括:循環冷凝管、靜電高壓發生器、靜電吸附器、收集器和干冰-丙酮冷凝器、氣體過濾器，其中:所述反應器系統的出口連接循環水冷凝管，循環冷凝管的另一端連接有靜電吸附器，靜電吸附器一端連接有靜電高壓發生器，靜電吸附器另一端連接有干冰-丙酮冷凝器，靜電吸附器和干冰-丙酮冷凝器下部分別設置生物油的收集器，干冰-丙酮冷凝器另一端連接氣體過濾器。9.根據權利要求1-8任一項所述的無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，其特征在于，所述系統進一步包括氣體檢測系統，該氣體檢測系統連接在冷凝系統之后，用于將不可冷凝的氣體成分進行分析。10.根據權利要求9所述的無軸螺旋式生物質熱裂解反應裝置，其特征在于，所述氣體檢測系統包括氣相色譜儀和氣體流量計，從冷凝系統中經過的氣體最后進入氣相色譜儀中分析氣體的組分和含量，通過氣體流量計記錄氣體體積。
【文檔編號】C10B53/02GK106047383SQ201610378972
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】劉榮厚, 蔡文飛, 戴蒞, 康寧
【申請人】上海交通大學