本發(fā)明涉及生物質(zhì)能、固體廢棄物利用
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及到一種以秸稈、廢塑料為原料進(jìn)行高溫?zé)崃呀猱a(chǎn)液體燃料的裝置。
背景技術(shù)：
：時(shí)下，化石能源的儲(chǔ)量日益減少，其帶來的環(huán)境污染亦愈加嚴(yán)重，面對(duì)雙重壓力，尋找一種可持續(xù)的、無污染的能源是人類社會(huì)繼續(xù)的關(guān)鍵之舉。有研究發(fā)現(xiàn)秸稈-廢塑料共裂解制備液體燃料的轉(zhuǎn)化率可達(dá)50％-70％，這一發(fā)現(xiàn)不僅解決了秸稈和廢塑料難以合理利用的難題，避免了處置過程中引發(fā)的污染問題，并且對(duì)緩解眼下的能源危機(jī)、從根本上解決我國(guó)的能源格局具有深遠(yuǎn)的意義。由此，秸稈-廢塑料共熱裂解產(chǎn)液體燃料作為一種可替代的清潔能源，已成為新能源領(lǐng)域研究和開發(fā)的熱點(diǎn)之一。秸稈作為一種生物質(zhì)資源常常以焚燒的這種不當(dāng)?shù)姆椒ㄌ幚淼?，不僅損失了大量的生物質(zhì)能，同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)難；廢塑料一旦進(jìn)入環(huán)境，很難進(jìn)行自然降解，而其巨量的排放已然成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)向前發(fā)展的絆腳石。為應(yīng)對(duì)來自這兩方面的環(huán)境難題，以遵循生物質(zhì)資源、固態(tài)廢棄物資源化直接利用、節(jié)能減排的國(guó)際原則，國(guó)內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)一些利用反應(yīng)爐等設(shè)備對(duì)二者進(jìn)行深度加工實(shí)現(xiàn)裂解產(chǎn)液體燃料的解決方法。目前研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)生物質(zhì)資源、固態(tài)廢棄物二者同時(shí)進(jìn)行熱裂解的反應(yīng)裝置不很常見，并且在生產(chǎn)過程中伴隨傳熱效果不佳、能耗高、產(chǎn)油率低、品質(zhì)不高的缺點(diǎn)。其中，授權(quán)公告號(hào)為CN102618312B的專利文獻(xiàn)公開了一種生物質(zhì)與廢塑料共裂解制備燃料油的新方法，由于該工藝是將原料與催化劑直接混合進(jìn)行，那么反應(yīng)后催化劑與原料的分離以及催化劑再生就會(huì)非常困難，很難實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料，如果再不進(jìn)行后處理，勢(shì)必導(dǎo)致很大的資源浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染。再者，授權(quán)公開號(hào)為CN201660599U的專利文獻(xiàn)公開了一種臥式裂解爐，但該爐體只是單一的加熱體系，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)原料分段加熱，這樣就容易造成生物質(zhì)、廢塑料的極速碳化，直接造成產(chǎn)率低、產(chǎn)品品質(zhì)不高的問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種秸稈-廢塑料裂解產(chǎn)液體燃料的裝置,在很大程度上緩解了我國(guó)的能源危機(jī)。也為“秸稈、廢塑料”這種“環(huán)境垃圾”找到一種合理的處置方法，為促進(jìn)秸稈和廢塑料高效資源化利用提供技術(shù)和設(shè)備，以解決上述
背景技術(shù)：
中提出的問題。為達(dá)到上述目的,本發(fā)明技術(shù)方案如下：一種秸稈-廢塑料裂解產(chǎn)液體燃料裝置，所述裝置主要包括分段式熱解反應(yīng)系統(tǒng)、固氣分離系統(tǒng)和冷凝回收系統(tǒng)；分段式熱解反應(yīng)系統(tǒng)包括低溫預(yù)熱系統(tǒng)和高溫裂解系統(tǒng)；秸稈-廢塑料顆粒經(jīng)低溫預(yù)熱系統(tǒng)預(yù)熱后，進(jìn)入高溫裂解系統(tǒng)進(jìn)行裂解，產(chǎn)生的氣體進(jìn)入固氣分離系統(tǒng)，殘?zhí)繒?huì)被截留下來，揮發(fā)氣體進(jìn)入冷凝回收系統(tǒng)，收集可凝氣體，可凝氣體冷卻后即為液體燃料，不可凝氣體將通過回收管導(dǎo)入低溫預(yù)熱系統(tǒng)。所述分段式熱解反應(yīng)系統(tǒng)由低溫預(yù)熱室和高溫裂解室構(gòu)成，且二者之間以隔板分開；所述預(yù)熱室的上方設(shè)有進(jìn)料口，預(yù)熱室遠(yuǎn)離隔板一側(cè)設(shè)有活塞；所述高溫裂解室靠近隔板一側(cè)的上端開口處設(shè)有N2吹掃系統(tǒng)，高溫裂解室遠(yuǎn)離隔板一側(cè)末端設(shè)有氣體出口，用于連接固氣分離系統(tǒng)。所述分段式熱解反應(yīng)系統(tǒng)為臥式圓筒反應(yīng)爐，包括圓筒式反應(yīng)管、加熱組件和保溫層；其中，所述加熱組件由不同線徑的加熱絲來完成，預(yù)熱室使用相對(duì)較細(xì)的加熱絲，而裂解室使用相對(duì)較粗的加熱絲；所述保溫層均勻鋪設(shè)于爐壁與反應(yīng)管間，其中加熱絲內(nèi)嵌于保溫層內(nèi)面，且與反應(yīng)管接觸。所述保溫層為保溫棉層，每段加熱絲獨(dú)立供電，分別控制，這樣每段加熱絲的溫度可以靈活控制。所述反應(yīng)爐內(nèi)部設(shè)有熱電偶，通過溫控儀控制反應(yīng)管外加熱絲的加熱功率，所述溫控系統(tǒng)設(shè)于圓筒反應(yīng)爐外壁，所述加熱絲通過熱瓦加熱器實(shí)現(xiàn)程序升溫。分段式熱解反應(yīng)系統(tǒng)的氣體出口管段和固氣分離系統(tǒng)的氣體出口管段均設(shè)置電伴熱；可有效避免氣體過早凝結(jié)，導(dǎo)致液態(tài)燃料產(chǎn)率低及管道堵塞的問題。所述固氣分離系統(tǒng)是由母部件和子部件構(gòu)成，所述母子部件均為筒體，共同形成二級(jí)串聯(lián)環(huán)形氣旋管；其中，母部件上部呈圓柱形，下部呈圓錐形，子部件呈圓柱形，設(shè)于母部件的圓柱形內(nèi)部，母子部件之間留有氣流下行的環(huán)形通道；所述子部件下端部連接進(jìn)氣口，使進(jìn)氣在離心力的作用下螺旋上升。所述母部件的頂部設(shè)有封蓋，封蓋的中心設(shè)有出氣口，出氣口的口徑小于子部件的筒徑，略大于錐底出口的口徑；所述母部件筒壁內(nèi)嵌有加熱絲，呈環(huán)形纏繞于筒壁，防止氣體分離過程中過早冷凝。氣體從固氣分離系統(tǒng)的進(jìn)氣口進(jìn)入后會(huì)先沿子部件螺旋上升進(jìn)行一次分離，氣體在子部件中上升是依靠離心力沿筒壁向上盤旋的，大量殘?zhí)急凰υ谕脖谏?，在這個(gè)過程中大部分殘?zhí)紩?huì)在重力作用下沉下去。當(dāng)氣體上升至子部件頂部時(shí)，封蓋在氣流的切線方向會(huì)給其一定的阻力(這里的切線方向解釋：氣流螺旋上升至接觸到封蓋，受離心力的作用其給予封蓋的力并不是在豎直方向的，而是與氣流方向相切的)，一部分較干凈的氣體本身質(zhì)量較輕會(huì)沿封蓋水平方向移動(dòng)，直到從出氣口排出。而含有殘?zhí)嫉臍怏w在封蓋的阻力及自身重力作用下進(jìn)入環(huán)形通道螺旋下降至圓錐體部分做二次分離，殘?zhí)枷侣?，可凝氣在錐筒反作用力下螺旋上升，由頂部排氣口排出進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，繼續(xù)二次分離。所述冷凝系統(tǒng)為低溫萃取循環(huán)吸收塔，塔內(nèi)設(shè)有多層堆積的PVP網(wǎng)格填充物，塔頂設(shè)有噴頭和不凝氣體出口，噴頭連接有乙醇瓶，塔底設(shè)有進(jìn)氣口和出液口，出液口連接收集瓶。所述收集瓶中揮發(fā)的乙醇導(dǎo)入乙醇瓶循環(huán)利用；所述不凝氣體出口處設(shè)有至少一個(gè)不凝氣體外排通道且通道外包有充滿自來水的導(dǎo)管。一種利用上述裝置裂解秸稈-廢塑料產(chǎn)液體燃料的方法，將已粉碎并得到充分混勻的秸稈-廢塑料顆粒通過進(jìn)料口進(jìn)入低溫預(yù)熱室，預(yù)熱至100-150℃時(shí)將混合物料推入高溫裂解室進(jìn)行快速裂解，產(chǎn)生的氣體沿高溫裂解室末端的出氣口進(jìn)入固氣分離系統(tǒng)，殘?zhí)繒?huì)被截留下來，揮發(fā)氣體進(jìn)入冷凝回收系統(tǒng)，可凝氣體在塔內(nèi)與乙醇接觸，二者的混合物通過塔底的導(dǎo)管進(jìn)入收集瓶，不可凝氣體將通過回收管導(dǎo)入預(yù)熱系統(tǒng)，而冷凝下來的液體作進(jìn)一步地乳化提質(zhì)即得到液體燃料。所述秸稈-廢塑料顆粒直徑控制在80-100目，含水量低于10％；所述秸稈與廢塑料的質(zhì)量比為(1∶5)～(5∶1)。所述混合原料中還加入Ni/HZSM-5(金屬鎳負(fù)載HZSM-5分子篩)或Ni/HZSM-22作為催化劑，所述催化劑的添加量為秸稈與廢塑料總質(zhì)量的5％～20％。本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明的裂解裝置與傳統(tǒng)的裂解裝置相比,由于其采用了低溫萃取循環(huán)吸收塔，噴淋的方式實(shí)現(xiàn)了二者的充分接觸，進(jìn)而將可凝氣體快速冷凝下來。同時(shí)，二者混合物進(jìn)入收集瓶后經(jīng)輕微加熱吹走乙醇并將其導(dǎo)入乙醇瓶，可再次循環(huán)利用。最后，將脫除乙醇后的液體燃料通入添加有十氫萘和正丁醇的乳化瓶中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出燃料的初步乳化，在某種程度上提高高溫下產(chǎn)出液體燃料的穩(wěn)定性，并且綜合利用了秸稈和廢塑料共熱裂解反應(yīng)的協(xié)同促進(jìn)作用，大大提高了液體燃料的產(chǎn)率。該工藝下的裂解裝置具有更低的能耗及更佳的燃料品質(zhì)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理科學(xué)，所述分段式裂解反應(yīng)爐由低溫預(yù)熱室和高溫裂解室構(gòu)成,這種分段式加熱方式避免了粉碎后的秸稈、廢塑料迅速碳化的問題,從而保證更高的產(chǎn)率、更優(yōu)的品質(zhì)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、并且遵循了節(jié)能、高效、環(huán)保的設(shè)計(jì)原則，該裝置的推廣使用可在一定程度上產(chǎn)生良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。附圖說明圖1為本發(fā)明裂解裝置的流程圖。圖2為本發(fā)明分段式裂解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明固氣分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明冷凝系統(tǒng)-低溫萃取循環(huán)吸收塔結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例1一種秸稈-廢塑料裂解產(chǎn)液體燃料裝置，主要包括分段式熱解反應(yīng)系統(tǒng)、固氣分離系統(tǒng)和冷凝回收系統(tǒng)。所述分段式熱解反應(yīng)系統(tǒng)由低溫預(yù)熱室1和高溫裂解室2構(gòu)成，且二者之間以隔板3分開；所述預(yù)熱室1的上方設(shè)有進(jìn)料口4，預(yù)熱室遠(yuǎn)離隔板一側(cè)設(shè)有活塞5；所述高溫裂解室靠近隔板一側(cè)的上端開口處設(shè)有吹掃系統(tǒng)6，高溫裂解室遠(yuǎn)離隔板一側(cè)末端設(shè)有氣體出口，用于連接固氣分離系統(tǒng)。所述分段式熱解反應(yīng)系統(tǒng)為臥式圓筒反應(yīng)爐，包括圓筒式反應(yīng)管、加熱組件和保溫層(保溫棉層)；其中，所述加熱組件7由不同線徑的加熱絲來完成，預(yù)熱室1使用相對(duì)較細(xì)的加熱絲，而裂解室2使用相對(duì)較粗的加熱絲；所述保溫層均勻鋪設(shè)于爐壁與反應(yīng)管間，其中加熱絲內(nèi)嵌于保溫層內(nèi)面，且與反應(yīng)管接觸。所述反應(yīng)爐內(nèi)部設(shè)有熱電偶，通過溫控儀控制反應(yīng)管外加熱絲的加熱功率，所述溫控系統(tǒng)設(shè)于圓筒反應(yīng)爐外壁，所述加熱絲通過熱瓦加熱器實(shí)現(xiàn)程序升溫。分段式熱解反應(yīng)系統(tǒng)的氣體出口管段和固氣分離系統(tǒng)的氣體出口管段均設(shè)置電伴熱。所述固氣分離系統(tǒng)是由母部件8和子部件9構(gòu)成，所述母子部件均為筒體，共同形成二級(jí)串聯(lián)環(huán)形氣旋管；其中，母部件8上部呈圓柱形，下部呈圓錐形，子部件9呈圓柱形，設(shè)于母部件的圓柱形內(nèi)部，母子部件之間留有氣流下行的環(huán)形通道；所述子部件9下端部連接進(jìn)氣口10，使進(jìn)氣在離心力的作用下螺旋上升。所述母部件8的頂部設(shè)有封蓋11，封蓋的中心設(shè)有出氣口，出氣口的口徑小于子部件的筒徑，略大于錐底出口的口徑；所述母部件8筒壁內(nèi)嵌有加熱絲12，呈環(huán)形纏繞于筒壁。所述冷凝系統(tǒng)為低溫萃取循環(huán)吸收塔，塔內(nèi)設(shè)有多層堆積的PVP網(wǎng)格填充物13，塔頂設(shè)有噴頭14和不凝氣體出口，噴頭14連接有乙醇瓶15，塔底設(shè)有進(jìn)氣口和出液口，出液口連接收集瓶16。收集瓶16中揮發(fā)的乙醇導(dǎo)入乙醇瓶15循環(huán)利用；所述不凝氣體出口處設(shè)有3個(gè)不凝氣體外排通道17且通道外包有充滿自來水的導(dǎo)管。實(shí)施例2根據(jù)圖1所示，使用本發(fā)明裝置對(duì)秸稈-廢塑料裂解制液體燃料工藝方法包括以下實(shí)施步驟：(1)按工藝流程連接好三部分系統(tǒng)，將已粉碎的粒徑為80-100nm的生物質(zhì)原料-秸稈(要求其含水量<10％)經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入低溫預(yù)熱室，預(yù)熱約10分鐘；將秸稈與廢塑料的質(zhì)量比定為1∶1(A組)和3∶2(B組)以及4∶1(C組)做三組實(shí)驗(yàn)做對(duì)比研究。同時(shí)，每組原料中加入秸稈與廢塑料總質(zhì)量20％的Ni/HZSM-5作催化劑。(2)在高溫預(yù)熱室的底端通入N2，通過質(zhì)量流量控制器控制適當(dāng)?shù)臍馑俅祾吒邷責(zé)峤馐遥瑢⑵渲锌諝馀疟M，使室內(nèi)處于惰性氣體氛圍；同時(shí)熱瓦加熱器對(duì)加熱絲開始加熱升溫，溫度控制在500℃左右。(3)抽掉隔板，利用活塞將預(yù)熱好的原料推送至N2氛圍的高溫裂解室，熱解蒸氣經(jīng)裂解室右側(cè)末端的氣體出口通道進(jìn)入固氣分離系統(tǒng)，之后氣體會(huì)先沿子部件螺旋上升進(jìn)行一次分離，在這個(gè)過程中大部分殘?zhí)紩?huì)在重力作用下沉下去，可凝氣體則由頂部排氣口排出；剩余的一小部分未被分離的氣體沿母子部件之間的下行通道螺旋下降至圓錐體部分做二次分離，殘?zhí)枷侣?，可凝氣在錐筒反作用力下螺旋上升，由頂部排氣口排出進(jìn)入冷凝系統(tǒng)。使揮發(fā)氣體中的殘?zhí)肯缺环蛛x出來。(4)分段式熱解反應(yīng)系統(tǒng)的氣體出口管段和固氣分離系統(tǒng)的氣體出口管段采用電伴熱保證通道溫度穩(wěn)定在300℃，低溫萃取循環(huán)吸收塔會(huì)快速將可凝氣體冷凝下來，變成液態(tài)燃料。不可凝氣體將進(jìn)入低溫預(yù)熱室，使熱量二次利用。(5)冷凝下來的液體生物燃料進(jìn)入乳化瓶對(duì)其提質(zhì)，得到相對(duì)穩(wěn)定的燃料。所述乳化瓶?jī)?nèi)加有十氫萘和正丁醇。(6)通過對(duì)秸稈、廢塑料在以上改進(jìn)的裂解裝置內(nèi)實(shí)地實(shí)驗(yàn)研究，我們發(fā)現(xiàn)得到的液體燃料相比于傳統(tǒng)裂解裝置的產(chǎn)出油，在液體流動(dòng)性上得到了很大的改善，并且相關(guān)數(shù)據(jù)表明，本裝置對(duì)“秸稈、廢塑料共裂解制備液體燃料”有了明顯地提高，其中，最大轉(zhuǎn)化率達(dá)到了75％左右，產(chǎn)率在65％左右，與傳統(tǒng)設(shè)備相比均提高了將近20％，當(dāng)然，這種良好的效果與催化劑致使的“原料協(xié)同裂解作用”也是分不開的。表1秸稈與廢塑料在催化劑下裂解的轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)率m1/m2A組B組C組轉(zhuǎn)化率(％)697562產(chǎn)率(％)636857表2秸稈與廢塑料未添加催化劑的裂解轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)率m1/m2A組B組C組轉(zhuǎn)化率(％)586554產(chǎn)率(％)495545注釋：秸稈質(zhì)量m1；廢塑料質(zhì)量m2；A組(1∶1)；B組(3∶2)；C組(4∶1)；催化劑：Ni/HZSM-5。當(dāng)前第1頁1 2 3