基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置，生物質(zhì)顆粒由底飼加料室加入，由噴動風(fēng)輸運進入熱解反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)由導(dǎo)向管、噴泉區(qū)發(fā)生劇烈熱解反應(yīng)；未及反應(yīng)的較大的生物質(zhì)顆粒隨循環(huán)介質(zhì)經(jīng)環(huán)隙區(qū)形成內(nèi)循環(huán)；催化劑以及未反應(yīng)的微小的生物質(zhì)顆粒隨熱解氣脫離反應(yīng)區(qū)后，經(jīng)旋風(fēng)分離器、返料器重新回到底飼加料室形成外循環(huán)，再次發(fā)生熱解反應(yīng)。本裝置可以很好地滿足生物質(zhì)熱解技術(shù)的短氣相停留時間同時固相充分反應(yīng)的要求，并且結(jié)構(gòu)簡單易于放大；同時催化劑顆粒的外部循環(huán)及其與生物質(zhì)顆粒在底飼加料室的提前預(yù)混和預(yù)熱，有利于兩者的直接高效接觸與充分混合，可有效提高催化劑利用效率，減少催化劑用量。
【專利說明】基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置，用于制取生物燃油，屬于可再生能源利用技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]生物質(zhì)快速熱解制取生物燃油(bio-oil)是一種高效清潔的生物質(zhì)能現(xiàn)代利用技術(shù)。快速裂解技術(shù)可以將低品質(zhì)的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的生物油，得到的生物燃油用途廣泛，可以在一定程度上代替石油直接做燃料，也可制成清潔環(huán)保型動力燃料，還可以從中提取具有商業(yè)價值的化工產(chǎn)品，是一種可再生的新型液體能源。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)林廢棄物量相當(dāng)可觀，2012年農(nóng)作物秸桿產(chǎn)量為7.3億噸，相當(dāng)于3.5億噸標準煤，林業(yè)固廢也達到
5.2億噸。這些農(nóng)林廢棄物(尤其農(nóng)業(yè)秸桿)的不合理處置(棄置、焚燒)不僅造成能源浪費，也帶來日益明顯的空氣污染等環(huán)境問題。在我國發(fā)展高效清潔的生物質(zhì)燃油技術(shù)對于緩解我國能源危機以及日益嚴重的環(huán)境問題具有十分重要的意義。
[0003]生物質(zhì)熱解是指生物質(zhì)經(jīng)粉碎、干燥后，在完全沒有氧或缺氧的條件下快速加熱發(fā)生熱解，產(chǎn)生熱裂解氣和炭，并快速冷卻熱裂解氣使其中可凝成分轉(zhuǎn)變成液體生物燃油，最終生成木炭、生物油、和不可冷凝氣體的過程。熱解工藝是生物質(zhì)熱解技術(shù)的關(guān)鍵，直接決定生物油的成本和品質(zhì)。目前我國在生物質(zhì)熱解技術(shù)方面的研究較為薄弱且進展緩慢，而反應(yīng)器的開發(fā)是約束熱解技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用的主要技術(shù)難題。其主要難點之一在于:在生物質(zhì)熱解過程中，產(chǎn)生的熱解氣必須快速淬冷以避免焦油發(fā)生二次裂解，進而影響生物油的產(chǎn)量，因此熱解過程通常需要盡量縮短氣體停留時間，使揮發(fā)產(chǎn)物迅速離開反應(yīng)器；而較高的氣體速度又會導(dǎo)致生物質(zhì)在反應(yīng)器中總停留時間過短造成反應(yīng)不完全，熱解氣中含有微小顆粒雜質(zhì)以及結(jié)焦磨損等問題。`
[0004]目前已有的生物快速熱解技術(shù)主要有流化床、循環(huán)流化床、真空移動床、旋轉(zhuǎn)錐等，它們在實踐生產(chǎn)中都存在一定缺陷。例如，流化床反應(yīng)器對原料粒徑要求苛刻，生物質(zhì)原料的加工處理成本大，同時流化床內(nèi)強烈的氣固作用導(dǎo)致氣體產(chǎn)物中含有較多難以被常規(guī)分離器完全除去的微小固體雜質(zhì)，影響生物油品質(zhì)。循環(huán)流化床反應(yīng)器則存在生物質(zhì)與熱載體混合不均、生物質(zhì)在反應(yīng)器中停留時間過短以及結(jié)焦磨損等問題，并且不易大型化使用。中國專利CN201473491U提出的噴動流化床熱解分級冷凝制取生物油裝置一定程度上解決了上述問題，但仍無法解決氣速過快時生物質(zhì)反應(yīng)不完全與氣速過慢時容易產(chǎn)生二次裂解反應(yīng)的矛盾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對生物質(zhì)快速熱解過程中，氣速過快時生物質(zhì)來不及完全反應(yīng)且容易被攜帶出床體和氣速過慢時容易產(chǎn)生二次裂解反應(yīng)的矛盾，本發(fā)明提出一種基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置，以制取生物燃油。
[0006]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:[0007]基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置，包括雙螺旋加料器、底飼加料室、熱解反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器和返料室；
[0008]所述雙螺旋加料器的出料口接入底飼加料室的入料口，在底飼加料室的上部設(shè)置有出料口，與出料口相對的另一側(cè)設(shè)置有返料口，在底飼加料室的側(cè)面均勻布置有噴動風(fēng)A接入口，在底飼加料室的底部排料口處設(shè)置有底部排料斗，排料斗底部與球閥相連；所述底飼加料室的入料口和返料口均位于噴動風(fēng)A接入口的上方；
[0009]所述熱解反應(yīng)器豎直布置，其外側(cè)敷設(shè)第一加熱電阻，其頂部設(shè)置有循環(huán)介質(zhì)加料口，其內(nèi)側(cè)同軸布置有錐形布風(fēng)板、導(dǎo)向管和錐形穩(wěn)流擋板；所述錐形布風(fēng)板上均勻布置有風(fēng)孔，其下方的小端口作為熱解反應(yīng)器下端的入料口、通過豎直的噴動風(fēng)入口管道與底飼加料室的出料口相接，其上方的大端口沿邊與熱解反應(yīng)器的內(nèi)壁接觸，在錐形布風(fēng)板上方的大端口沿邊下方的熱解反應(yīng)器側(cè)壁上設(shè)置有流化風(fēng)B接入口 ；所述導(dǎo)向管下端低于錐形布風(fēng)板上方的大端口沿邊、上端高于錐形布風(fēng)板上方的大端口沿邊；所述錐形穩(wěn)流擋板的尖部在上，整體置于導(dǎo)向管的上方并與導(dǎo)向管之間存在間隙；所述循環(huán)介質(zhì)加料口上設(shè)置有密封球閥；
[0010]所述旋風(fēng)分離器的入料口與熱解反應(yīng)器上端的出料口相接，旋風(fēng)分離器上方的排氣口作為出料口，旋風(fēng)分離器下方的排灰口作為返料口；
[0011]所述返料室的入料側(cè)通過豎直管與旋風(fēng)分離器的返料口相接，出料側(cè)通過向下傾斜的斜管與底飼加料室的返料口相接，在返料室的入料側(cè)設(shè)置有返料松動風(fēng)C接入口，在返料室的出料側(cè)設(shè)置有返料 器流化風(fēng)D接入口。
[0012]生物質(zhì)由雙螺旋加料器送入底飼加料室，由噴動風(fēng)A攜帶進入熱解反應(yīng)器內(nèi)部。在進入熱解反應(yīng)器之前，生物質(zhì)在底飼加料室內(nèi)與再熱過的噴動風(fēng)A相遇，得到進一步的干燥和一定程度的預(yù)熱。熱解反應(yīng)器內(nèi)裝有石英砂為循環(huán)介質(zhì)，循環(huán)介質(zhì)和催化劑顆粒事先由循環(huán)介質(zhì)加料口加入熱解反應(yīng)器。在熱解反應(yīng)器外部第一加熱電阻的作用下，熱解反應(yīng)器內(nèi)部溫度可穩(wěn)定在600°C左右。
[0013]噴動風(fēng)攜帶生物質(zhì)顆粒在導(dǎo)向管內(nèi)形成中心噴動區(qū)，脫離導(dǎo)向管后繼續(xù)向上形成噴泉區(qū)。在中心噴動區(qū)和噴泉區(qū)，生物質(zhì)發(fā)生快速裂解反應(yīng)，反應(yīng)生成的裂解氣以及微小的催化劑顆粒隨噴動風(fēng)快速脫離熱解反應(yīng)器，進入旋風(fēng)分離器。石英砂、催化劑顆粒以及未反應(yīng)的生物質(zhì)顆粒隨噴泉降落到導(dǎo)向管和熱解反應(yīng)器壁面之間(環(huán)隙區(qū))，顆粒在環(huán)隙區(qū)以較慢的速度下移直至錐形布風(fēng)板和熱解反應(yīng)器壁面之間(底部錐形區(qū))，在錐形布風(fēng)板下方的小端口附近與噴動風(fēng)相遇，再次被噴動風(fēng)攜帶，形成內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)的過程保證了生物質(zhì)顆粒在床體中停留足夠的時間。由于生物質(zhì)需要噴動風(fēng)將其從底飼加料室輸運至熱解反應(yīng)器內(nèi)部，熱解反應(yīng)器通常運行在較大的噴動風(fēng)速下，部分未及時反應(yīng)的生物質(zhì)顆粒也可能被噴動風(fēng)攜帶離開熱解反應(yīng)器，故在上部設(shè)置錐形穩(wěn)流擋板進行阻擋。此外，當(dāng)噴泉區(qū)噴泉高度過高時，噴泉容易發(fā)生歪斜，此時錐形穩(wěn)流擋板可以起到穩(wěn)流作用，使噴泉穩(wěn)定避免發(fā)生歪斜。床體上部熱解氣及其攜帶的生物質(zhì)、催化劑顆粒離開床體進入旋風(fēng)分離器，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后，氣體從旋風(fēng)上部的出料口流出進入后續(xù)工序。催化劑和生物質(zhì)顆粒從旋風(fēng)分離器下部的返料口進入返料器，在松動風(fēng)和返料風(fēng)的作用下回到底飼加料室，在噴動風(fēng)的攜帶下重新進入熱解反應(yīng)器中，完成外循環(huán)再次進入熱解反應(yīng)器進行裂解反應(yīng)。
[0014]優(yōu)選的，所述雙螺旋加料器包括料倉、機械破拱裝置、第一級螺旋加料器和第二級螺旋加料器；所述料倉的出料口和第一級螺旋加料器的入料口之間通過豎直的第一級入料通道連接，所述機械破拱裝置設(shè)置在第一級入料通道內(nèi)；所述第一級螺旋加料器和第二級螺旋加料器之間通過豎直的第二級入料通道連接，在第二級入料通道的上方設(shè)置有螺旋給料器下料風(fēng)E接入口 ；所述第二級螺旋加料器的出料口作為雙螺旋加料器的出料口。
[0015]優(yōu)選的，所述旋風(fēng)分離器的出料口排出的氣體經(jīng)氣體過濾器過濾后，依次通過第一級冷凝塔、除霧器和第二級冷凝器進行氣液分離，然后再經(jīng)相并聯(lián)的聚結(jié)過濾器組進行過濾，經(jīng)測氧儀進行測氧檢測后由第一風(fēng)機送入再熱器內(nèi)；氮氣源內(nèi)的氮氣由第二風(fēng)機送入再熱器內(nèi)，在氮氣的送入管路上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥；所述再熱器的外側(cè)敷設(shè)第二加熱電阻，再熱器的排氣口分成五路，分別作為噴動風(fēng)A、流化風(fēng)B、返料松動風(fēng)C、返料器流化風(fēng)D和螺旋給料器下料風(fēng)E。 [0016]優(yōu)選的，所述導(dǎo)向管通過可拆卸的導(dǎo)向管支架安裝在熱解反應(yīng)器內(nèi)，所述錐形穩(wěn)流擋板通過可拆卸的穩(wěn)流擋板支架安裝在熱解反應(yīng)器內(nèi)；所述的循環(huán)介質(zhì)加料口位于熱解反應(yīng)器的軸線上，向熱解反應(yīng)器內(nèi)加入循環(huán)介質(zhì)的方向豎直向下。
[0017]優(yōu)選的，在熱解反應(yīng)器中，導(dǎo)向管底沿位于錐形布風(fēng)板的中部高度位置、上沿與穩(wěn)定運行時環(huán)隙區(qū)上表面高度齊平，導(dǎo)向管直徑為熱解反應(yīng)器入料口直徑的2倍。加入導(dǎo)向管以減輕噴泉區(qū)和環(huán)隙區(qū)之間氣體流動帶來的固體反混，增加噴動穩(wěn)定性，有利于熱解反應(yīng)器床體的放大；熱解反應(yīng)器內(nèi)最大可噴動床聞由導(dǎo)向管聞度決定，能夠有效突破傳統(tǒng)噴動床最大可噴動床聞的限制，增加熱解反應(yīng)器的處理能力；同時提供精確的氣固停留時間控制。流化風(fēng)的加入可避免死區(qū)的形成。
[0018]優(yōu)選的，熱解反應(yīng)器底部設(shè)有底飼加料室、對稱的噴動風(fēng)接入口以及底部排料斗；底飼加料室和底部排料斗整體呈紡錘型，即中部為圓柱形、上下兩端為圓錐形，上部的底飼加料室的出料口與噴動風(fēng)入口管道相連，下部的底部排料斗的出料口與球閥相連；由于從噴動風(fēng)入口管道到熱解反應(yīng)器之間存在結(jié)構(gòu)擴張，噴動風(fēng)入口管道以及底飼加料室內(nèi)會形成輕微負壓，有利于生物質(zhì)以及催化劑顆粒的加入。同時，生物質(zhì)顆粒在進入熱解反應(yīng)器之前首先和噴動風(fēng)接觸，可對生物質(zhì)進行一定程度的預(yù)熱，使裂解反應(yīng)更容易發(fā)生；生物質(zhì)顆粒和催化劑顆粒在同一腔室內(nèi)加入，有利于兩者的直接高效接觸與充分混合。對稱的噴動風(fēng)接入口使加料室內(nèi)氣相分布均勻充分，防止漏料。底部設(shè)置底部排料斗，熱解反應(yīng)進行一段時間之后，可停車卸料(催化劑)，進行空床吹灰，吹落的積灰由底部排料斗排出。
[0019]有益效果:本發(fā)明提供的基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)勢:
[0020]1、能夠運行在更高的表觀氣速下，氣體停留時間更短，能夠有效防止二次反應(yīng)的發(fā)生；通過內(nèi)外雙重固體循環(huán)能夠有效保證生物質(zhì)顆粒反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，確保生物質(zhì)顆粒反應(yīng)完全；本裝置能夠很好地解決生物質(zhì)熱解反應(yīng)中氣速過快時生物質(zhì)來不及完全反應(yīng)且容易被攜帶出床體和氣速過慢時容易產(chǎn)生二次裂解反應(yīng)的矛盾。
[0021]2、錐形穩(wěn)流擋板一方面能夠有效阻擋較大的生物質(zhì)顆粒被高速熱解氣攜帶；另一方面能夠有效避免較高噴動氣速下噴泉發(fā)生歪斜，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性；此外在反應(yīng)開始之前向反應(yīng)器內(nèi)加入循環(huán)介質(zhì)時，錐形穩(wěn)流擋板可以確保循環(huán)介質(zhì)落入導(dǎo)向管與反應(yīng)器壁面之間的區(qū)域，避免循環(huán)介質(zhì)進入導(dǎo)向管造成反應(yīng)器啟動故障。
[0022]3、生物質(zhì)顆粒在進入熱解反應(yīng)器之前首先和噴動風(fēng)接觸，有利于生物質(zhì)的干燥和預(yù)熱，使裂解反應(yīng)更容易發(fā)生；生物質(zhì)顆粒和催化劑顆粒在同一腔室內(nèi)加入，有利于兩者的直接高效接觸與充分混合，可有效提高催化劑利用效率，減少催化劑用量。
[0023]4、下部設(shè)有底部排料口，便于定時停料卸料進行空床吹灰，吹灰氣源依次為噴動風(fēng)A及流化風(fēng)B、返料器松動風(fēng)C、反應(yīng)器送料風(fēng)D，能夠方便快捷及時清除熱解反應(yīng)器內(nèi)部的積灰、微炭顆粒，避免積灰結(jié)渣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)示意圖(虛線表示內(nèi)循環(huán)，實線表示外循環(huán))；
[0025]圖2為噴動流化床主體結(jié)構(gòu)的尺寸標注示意圖；
[0026]圖3為底飼加料室的尺寸標注示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明的一種應(yīng)用實例。
[0028]包括:熱解反應(yīng)器1-1，導(dǎo)向管1-2，導(dǎo)向管支架1-3，錐形穩(wěn)流擋板1_4，穩(wěn)流擋板支架1-5，錐形布風(fēng)板1-6，底飼加料室1-7，底部排料斗1-8，第一加熱電阻1-9，循環(huán)介質(zhì)加料口 1-10，旋風(fēng)分離器2-1，返料器2-2，料倉3-1，機械破拱裝置3-2，第一級螺旋加料器
3-3，第二級螺旋加料器3-4，氣體過濾器4，第一級冷凝塔5-1，集液裝置5-2，油泵5_3，空氣換熱器5-4，除霧器6-1，第二級冷凝器6-2，集液裝置6-3，第一級聚結(jié)過濾器7_1，第二級聚結(jié)過濾器7-2，第三級聚結(jié)過濾器7-3，測氧儀8-1，第一風(fēng)機8-2，氮氣源8_3，第二風(fēng)機8-4，再熱器8-5，第二加熱電阻8-6 ;噴動風(fēng)A，流化風(fēng)B，返料器松動風(fēng)C，返料器流化風(fēng)D，螺旋給料器下料風(fēng)D。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0030]如圖1所示為一種基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置，包括雙螺旋加料器、底飼加料室1-7、熱解反應(yīng)器1-1、旋風(fēng)分離器2-1和返料室2-2。
[0031]所述雙螺旋加料器包括料倉3-1、機械破拱裝置3-2、第一級螺旋加料器3-3和第二級螺旋加料器3-4 ;所述料倉3-1的出料口和第一級螺旋加料器3-3的入料口之間通過豎直的第一級入料通道連接，所述機械破拱裝置3-2設(shè)置在第一級入料通道內(nèi)；所述第一級螺旋加料器3-3和第二級螺旋加料器3-4之間通過豎直的第二級入料通道連接，在第二級入料通道的上方設(shè)置有螺旋給料器下料風(fēng)E接入口 ；所述第二級螺旋加料器3-4的出料口作為雙螺旋加料器的出料口。
[0032]所述雙螺旋加料器的出料口接入底飼加料室1-7的入料口，在底飼加料室1-7的上部設(shè)置有出料口，與出料口相對的另一側(cè)設(shè)置有返料口，在底飼加料室1-7的側(cè)面均勻布置有噴動風(fēng)A接入口，在底飼加料室1-7的底部排料口處設(shè)置有底部排料斗1-8，排料斗1-8底部與球閥相連；所述底飼加料室1-7的入料口和返料口均位于噴動風(fēng)A接入口的上方。
[0033]所述熱解反應(yīng)器1-1豎直布置，其外側(cè)敷設(shè)第一加熱電阻1-9，其頂部設(shè)置有循環(huán)介質(zhì)加料口 1-10，其內(nèi)側(cè)同軸布置有錐形布風(fēng)板1-6、導(dǎo)向管1-2和錐形穩(wěn)流擋板1-4 ;所述導(dǎo)向管1-2通過可拆卸的導(dǎo)向管支架1-3安裝在熱解反應(yīng)器1-1內(nèi)，所述錐形穩(wěn)流擋板
1-4通過可拆卸的穩(wěn)流擋板支架1-5安裝在熱解反應(yīng)器1-1內(nèi)；所述錐形布風(fēng)板1-6上均勻布置有風(fēng)孔，其下方的小端口作為熱解反應(yīng)器1-1下端的入料口、通過豎直的噴動風(fēng)入口管道與底飼加料室1-7的出料口相接，其上方的大端口沿邊與熱解反應(yīng)器1-1的內(nèi)壁接觸，在錐形布風(fēng)板1-6上方的大端口沿邊下方的熱解反應(yīng)器1-1側(cè)壁上設(shè)置有流化風(fēng)B接入口 ；所述導(dǎo)向管1-2下端低于錐形布風(fēng)板1-6上方的大端口沿邊、上端高于錐形布風(fēng)板
1-6上方的大端口沿邊；所述錐形穩(wěn)流擋板1-4的尖部在上，整體置于導(dǎo)向管1-2的上方并與導(dǎo)向管1-2之間存在間隙；所述循環(huán)介質(zhì)加料口 1-10上設(shè)置有密封球閥。
[0034]所述旋風(fēng)分離器2-1的入料口與熱解反應(yīng)器1-1上端的出料口相接，旋風(fēng)分離器
2-1上方的排氣口作為出料口，旋風(fēng)分離器2-1下方的排灰口作為返料口。
[0035]所述返料室2-2的入料側(cè)通過豎直管與旋風(fēng)分離器2-1的返料口相接，出料側(cè)通過向下傾斜的斜管與底飼加料室1-7的返料口相接，在返料室2-2的入料側(cè)設(shè)置有返料松動風(fēng)C接入口，在返料室2-2的出料側(cè)設(shè)置有返料器流化風(fēng)D接入口。
[0036]如圖2所示，所述熱解反應(yīng)器1-1的高度為2m，熱解反應(yīng)器1_1的內(nèi)徑Dc為0.4m,噴動風(fēng)入口管道的長度Ln為0.25m，錐形布風(fēng)板1-6的錐角Y為105°，錐形布風(fēng)板1_6下方的小端口直徑Di為0.05m，導(dǎo)向管1-2的直徑Dt為0.08m，導(dǎo)向管1_2下端與錐形布風(fēng)板1-6下方的小端口之間的高度Ht=Hb/2，導(dǎo)向管1-2的長度Lt為0.8m,錐形穩(wěn)流擋板1_4上尖距離床底高度Hp為1.6m，錐形穩(wěn)流擋板1-4的錐角β為120°，錐形穩(wěn)流擋板1_4底部圓直徑為0.3m ;錐形布風(fēng)板1-6采用直流式風(fēng)布，風(fēng)孔的開孔方向與分布板垂直、開孔率為 10% ο
[0037]如圖3所示，所述底飼加料室1-7和底部排料斗1-8整體呈紡錘型，即中部為圓柱形、上下兩端為圓錐形，上部的底飼加料室1-7的出料口與噴動風(fēng)入口管道相連，下部的底部排料斗1-8的出料口與球閥相連；中部圓柱形的高度L2與上下兩端圓錐形的高度L1相等、均為0.15m，中間圓柱形的直徑％為0.1m;下端圓錐形上對稱開設(shè)有兩個方形噴動風(fēng)接入口，所述噴動風(fēng)接入口的高度L3為0.05m,寬度與中部圓柱形相切，即寬度為D2 ;底飼加料室1-7上部的出料口和排料口的直徑均為D1，底飼加料室1-7的入料口直徑D4為0.1m,入料口和出料口之間的高度差H1為0.075m，距離出料口下方H2高度的地方設(shè)置有回料口，4為0.19m，回料口的直徑D3為0.05m，所述回料口與斜管相連，斜管與水平面的夾角α為45。。
[0038]如圖4所示，所述旋風(fēng)分離器2-1的出料口排出的氣體經(jīng)氣體過濾器4過濾后，依次通過第一級冷凝塔5-1、除霧器6-1和第二級冷凝器6-2進行氣液分離，然后再經(jīng)相并聯(lián)的聚結(jié)過濾器組進行過濾，經(jīng)測氧儀8-1進行測氧檢測后由第一風(fēng)機8-2送入再熱器8-5內(nèi)；氮氣源8-3內(nèi)的氮氣由第二風(fēng)機8-4送入再熱器8-5內(nèi)，在氮氣的送入管路上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥；所述再熱器8-5的外側(cè)敷設(shè)第二加熱電阻8-6，再熱器8-5的排氣口分成五路，分別作為噴動風(fēng)Α、流化風(fēng)B、返料器松動風(fēng)C、返料器流化風(fēng)D和螺旋給料器下料風(fēng)Ε。
[0039]上述裝置的具體工作過程為:
[0040](1)生物質(zhì)顆粒經(jīng)必要的干燥、破碎處理成2~5mm顆粒存儲于料倉3_1中，經(jīng)雙螺旋加料器送入底飼加料室1-7中；料倉3-1中設(shè)有機械破拱攪拌器3-2，確保生物質(zhì)顆粒順利進入第一級螺旋加料器3-2和第二級螺旋加料器3-4，防止其在料倉3-1中堵塞堆積；第一級螺旋加料器3-2和第二級螺旋加料器3-4的加料速度均約為150kg/h ;生物質(zhì)顆粒在進入底飼加料室1-7后與500°C的噴動風(fēng)相遇，在被噴動風(fēng)輸運至熱解反應(yīng)器1-1的路途中得到進一步干燥和預(yù)熱，并同時與催化劑顆粒HZSM-5進行充分預(yù)混。
[0041](2)生物質(zhì)顆粒與催化劑顆粒在噴動風(fēng)的輸運下進入熱解反應(yīng)器1-1 ;熱解反應(yīng)器1-1由不銹鋼(316L)制成，最大可承受溫度為800°C;在熱解反應(yīng)器1_1外表面外敷第一加熱電阻1-9，使熱解反應(yīng)器1-1內(nèi)部溫度保持在600°C左右；熱解反應(yīng)器1-1內(nèi)以石英砂為循環(huán)介質(zhì)，循環(huán)介質(zhì)與催化劑顆粒在反應(yīng)開始前事先由循環(huán)介質(zhì)加料口 1-10加入反應(yīng)器內(nèi)。石英砂顆粒直徑為1.05mm，密度為2600kg/m3，球形度為0.86 ;熱解反應(yīng)器1_1內(nèi)壓力略聞于常壓。
[0042]噴動風(fēng)攜帶生物質(zhì)顆粒在導(dǎo)向管1-2內(nèi)形成中心噴動區(qū)，脫離導(dǎo)向管1-2后繼續(xù)向上形成噴泉區(qū)；在中心噴動區(qū)和噴泉區(qū)，生物質(zhì)發(fā)生快速裂解反應(yīng)，反應(yīng)生成的裂解氣以及微小的催化劑顆粒隨噴動風(fēng)快速脫離熱解反應(yīng)器1-1，進入旋風(fēng)分離器；由于生物質(zhì)需要噴動風(fēng)將其從底飼加料室1-7輸運至熱解反應(yīng)器1-1內(nèi)部，熱解反應(yīng)器1-1通常運行在較大的噴動風(fēng)速下(表觀氣速1.2m/s)，部分未及反應(yīng)的生物質(zhì)顆粒也可能被噴動風(fēng)攜帶離開熱解反應(yīng)器1-1 ;因此需要在上部設(shè)置錐形穩(wěn)流擋板1-4進行阻擋；此外，當(dāng)噴泉區(qū)噴泉高度過高時，噴泉容易發(fā)生歪斜，此時錐形穩(wěn)流擋板1-4可以起到穩(wěn)流作用，使噴泉穩(wěn)定避免發(fā)生歪斜；石英砂、催化劑顆粒以及未反應(yīng)的生物質(zhì)顆粒隨噴泉降落回到導(dǎo)向管2和熱解反應(yīng)器1-1壁面之間(環(huán)隙區(qū))，顆粒在環(huán)隙區(qū)以較慢的速度下移直至錐形布風(fēng)板1-6和熱解反應(yīng)器1-1壁面之間(底部錐形區(qū))，在錐形布風(fēng)板1-6下方的小端口附近與噴動風(fēng)相遇，再次被噴動風(fēng)攜帶，形成內(nèi)循環(huán)。床體上部熱解氣及其 攜帶的催化劑顆粒離開熱解反應(yīng)器1-1進入旋風(fēng)分離器2-1，經(jīng)旋風(fēng)分離器2-1分離后，氣體從旋風(fēng)分離器2-1出料口流出進入氣體過濾器4 ;催化劑顆粒從旋風(fēng)分離器2-1下部返料口進入返料器2-2，在返料器松動風(fēng)C和返料器流化風(fēng)D的作用下回到底飼加料室1-7，在噴動風(fēng)的攜帶下再次進入噴動床內(nèi)，形成外循環(huán)。
[0043](3)熱解反應(yīng)器1-1內(nèi)產(chǎn)生的熱解氣首先經(jīng)過氣體過濾器4徹底除去其中仍然攜帶的微小固體顆粒(催化劑、炭顆粒)，經(jīng)過氣體過濾器4的熱解氣溫度保持在360°C以上；過濾后的熱解氣含有大量的氣溶膠，熱解氣進入第一級冷凝塔5-1中進行急冷液化；在第一級冷凝塔5-1中采用液態(tài)熱解油進行噴淋，將熱解氣從高于360°C急冷至100°C左右，獲得第一種生物熱解油；經(jīng)第一級冷凝塔5-1的不凝氣體經(jīng)過除霧器6-1除去其中的液油滴，進入第二級冷凝器6-2再次進行冷凝液化，在第二級冷凝器6-2中，熱解氣溫度從80°C將至50°C左右，獲得第二種生物熱解油。
[0044](4)進過二級冷凝后，約85%的熱解氣凝結(jié)成生物熱解油；剩余的不凝氣體經(jīng)過3個并行的聚結(jié)過濾器(氣溶膠去除效率為99.9%)過濾后，經(jīng)過測氧儀8-1、第一風(fēng)機8-2進入再熱器8-5 ;測氧儀8-1測量氣流中含氧量，并調(diào)節(jié)氮氣流量確保噴動風(fēng)中含氧量低于1%;3個聚結(jié)過濾器用以保證運行的連續(xù)性，若其中一個發(fā)生堵塞，與之對應(yīng)的閥門即刻關(guān)閉，氣流從另外兩個過濾器通過；在再熱器8-5中，不凝氣體被加熱至約500°C后分成5路進入噴動循環(huán)床反應(yīng)器進行再循環(huán)，即噴動風(fēng)A、流化風(fēng)B、返料器松動風(fēng)C、返料器流化風(fēng)D和螺旋給料器下料風(fēng)E。
[0045]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置，其特征在于:包括雙螺旋加料器、底飼加料室(1-7)、熱解反應(yīng)器(1-1)、旋風(fēng)分離器(2-1)和返料室(2-2)； 所述雙螺旋加料器的出料口接入底飼加料室(1-7)的入料口，在底飼加料室(1-7)的上部設(shè)置有出料口，與出料口相對的另一側(cè)設(shè)置有返料口，在底飼加料室(1-7)的側(cè)面均勻布置有噴動風(fēng)A接入口，在底飼加料室(1-7)的底部排料口處設(shè)置有底部排料斗(1-8)，排料斗(1-8)底部與球閥相連；所述底飼加料室(1-7)的入料口和返料口均位于噴動風(fēng)A接入口的上方； 所述熱解反應(yīng)器(1-1)豎直布置，其外側(cè)敷設(shè)第一加熱電阻(1-9)，其頂部設(shè)置有循環(huán)介質(zhì)加料口(1-10)，其內(nèi)側(cè)同軸布置有錐形布風(fēng)板(1-6)、導(dǎo)向管(1-2)和錐形穩(wěn)流擋板(1-4);所述錐形布風(fēng)板(1-6)上均勻布置有風(fēng)孔，其下方的小端口作為熱解反應(yīng)器(1-1)下端的入料口、通過豎直的噴動風(fēng)入口管道與底飼加料室(1-7)的出料口相接，其上方的大端口沿邊與熱解反應(yīng)器(1-1)的內(nèi)壁接觸，在錐形布風(fēng)板(1-6)上方的大端口沿邊下方的熱解反應(yīng)器(1-1)側(cè)壁上設(shè)置有流化風(fēng)B接入口 ；所述導(dǎo)向管(1-2)下端低于錐形布風(fēng)板(1-6)上方的大端口沿邊、上端高于錐形布風(fēng)板(1-6)上方的大端口沿邊；所述錐形穩(wěn)流擋板(1-4)的尖部在上，整體置于導(dǎo)向管(1-2)的上方并與導(dǎo)向管(1-2)之間存在間隙；所述循環(huán)介質(zhì)加料口(1-10)上設(shè)置有密封球閥； 所述旋風(fēng)分離器(2-1)的入料口與熱解反應(yīng)器(1-1)上端的出料口相接，旋風(fēng)分離器(2-1)上方的排氣口作為出料口，旋風(fēng)分離器(2-1)下方的排灰口作為返料口 ； 所述返料室(2-2)的入料側(cè)通過豎直管與旋風(fēng)分離器(2-1)的返料口相接，出料側(cè)通過向下傾斜的斜管與底飼加料室(1-7)的返料口相接，在返料室(2-2)的入料側(cè)設(shè)置有返料松動風(fēng)C接入口，在返料室(2-2)的出料側(cè)設(shè)置有返料器流化風(fēng)D接入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置，其特征在于:所述雙螺旋加料器包括料倉(3-1)、機械破拱裝置(3-2)、第一級螺旋加料器(3-3)和第二級螺旋加料器(3-4);所述料倉(3-1)的出料口和第一級螺旋加料器(3-3)的入料口之間通過豎直的第一級入料通道連接，所述機械破拱裝置(3-2)設(shè)置在第一級入料通道內(nèi)；所述第一級螺旋加料器(3-3)和第二級螺旋加料器(3-4)之間通過豎直的第二級入料通道連接，在第二級入料通道的上方設(shè)置有螺旋給料器下料風(fēng)E接入口 ；所述第二級螺旋加料器(3-4 )的出料口作為雙螺旋加料器的出料口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置，其特征在于:所述旋風(fēng)分離器(2-1)的出料口排出的氣體經(jīng)氣體過濾器(4)過濾后，依次通過第一級冷凝塔(5-1)、除霧器(6-1)和第二級冷凝器(6-2)進行氣液分離，然后再經(jīng)相并聯(lián)的聚結(jié)過濾器組進行過濾，經(jīng)測氧儀(8-1)進行測氧檢測后由第一風(fēng)機(8-2 )送入再熱器(8-5 )內(nèi)；氮氣源(8-3)內(nèi)的氮氣由第二風(fēng)機(8-4)送入再熱器(8-5)內(nèi)，在氮氣的送入管路上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥；所述再熱器(8-5)的外側(cè)敷設(shè)第二加熱電阻(8-6)，再熱器(8-5)的排氣口分成五路，分別作為噴動風(fēng)A、流化風(fēng)B、返料松動風(fēng)C、返料器流化風(fēng)D和螺旋給料器下料風(fēng)E。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置，其特征在于:所述導(dǎo)向管(1-2)通過可拆卸的導(dǎo)向管支架(1-3)安裝在熱解反應(yīng)器(1-1)內(nèi)，所述錐形穩(wěn)流擋板(1-4)通過可拆卸的穩(wěn)流擋板支架(1-5)安裝在熱解反應(yīng)器(1-1)內(nèi)；所述的循環(huán)介質(zhì)加料口(1-10)位于熱解反應(yīng)器(1-1)的軸線上，向熱解反應(yīng)器(1-1)內(nèi)加入循環(huán)介質(zhì)的方向豎直向下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置，其特征在于:所述熱解反應(yīng)器(1-1)的高度為2m，熱解反應(yīng)器(1-1)的內(nèi)徑Dc為0.4m，噴動風(fēng)入口管道的長度Ln為0.25m，錐形布風(fēng)板(1-6)的錐角Y為105°，錐形布風(fēng)板(1_6)下方的小端口直徑Di為0.05m，導(dǎo)向管(1-2)的直徑Dt為0.08m，導(dǎo)向管(1_2)下端與錐形布風(fēng)板(1-6)下方的小端口之間的高度Ht=Hb/2，導(dǎo)向管(1-2)的長度Lt為0.8m,錐形穩(wěn)流擋板(1-4)上尖距離床底高度Hp為1.6m，錐形穩(wěn)流擋板(1-4)的錐角β為120°，錐形穩(wěn)流擋板(1-4)底部圓直徑為0.3m;錐形布風(fēng)板(1-6)采用直流式風(fēng)布，風(fēng)孔的開孔方向與分布板垂直、開孔率為10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于內(nèi)外雙循環(huán)噴動流化床的生物質(zhì)快速裂解裝置，其特征在于:所述底飼加料室(1-7)和底部排料斗(1-8)整體呈紡錘型，即中部為圓柱形、上下兩端為圓錐形，上部的底飼加料室(1-7)的出料口與噴動風(fēng)入口管道相連，下部的底部排料斗(1-8 )的出料口與球閥相連；中部圓柱形的高度L2與上下兩端圓錐形的高度L1相等、均為0.15m，中間圓柱形的直徑D2為0.1m ;下端圓錐形上對稱開設(shè)有兩個方形噴動風(fēng)接入口，所述噴動風(fēng)接入口的高度L3為0.05m,寬度與中部圓柱形相切，即寬度為D2 ;底飼加料室(1-7 )上部的出料口和排料口的直徑均為D1，底飼加料室(1-7 )的入料口直徑D4為0.1m,入料口和出料口 之間的高度差H1為0.075m，距離出料口下方H2高度的地方設(shè)置有回料口，4為0.19m，回料口的直徑D3為0.05m，所述回料口與斜管相連，斜管與水平面的夾角α為45。。
【文檔編號】C10B53/02GK103756712SQ201410015006
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】鐘文琪, 劉雪嬌, 金保昇, 邵應(yīng)娟 申請人:東南大學(xué)