本實用新型屬于生物質(zhì)能源技術領域，具體涉及一種基于太陽能集熱和自供熱的野外生物質(zhì)熱裂解煉油裝置。

背景技術：

生物質(zhì)能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能而儲存在生物體內(nèi)部的能量。生物質(zhì)資源儲量豐富、可再生、資源量非常龐大，如以能量換算，相當于目前石油產(chǎn)量的15～20倍。如果這部分資源能得到充分利用，人類相當于擁有了一個取之不竭、用之不盡的資源寶庫。

生物質(zhì)是人類最早用來獲取能源的物質(zhì)，通過直接燃燒，可獲得經(jīng)光合作用儲存在內(nèi)部的能量?？紤]到直接燃燒對環(huán)境的影響，也可通過一種“無氧燃燒”的手段來獲得這部分能量，這便是熱裂解技術。如果將生物質(zhì)在沒有氧氣參與的條件下迅速加熱，然后再迅速冷卻，便會獲得粉末狀的炭、部分液態(tài)物質(zhì)及部分氣體。液態(tài)物質(zhì)稱為生物油，不僅能作為燃料使用，還可以直接提煉成化工原料；炭是冶金工業(yè)、活性炭產(chǎn)業(yè)等的優(yōu)質(zhì)原料，也是良好的供熱原料；不凝結氣體可作為清潔燃氣或作為裂解過程熱源。熱裂解是一種“變廢為寶”的良方，將人們生產(chǎn)、生活和工作中隨處可見的生物質(zhì)廢棄物變?yōu)橐子谑褂玫那鍧嵞茉础?/p>

生物質(zhì)資源較為分散，能量密度低，對于生物質(zhì)熱裂解這種消耗熱量的過程，通常需要投入大量較昂貴的燃料以維持設備運轉(zhuǎn)，因此其運輸、儲存很不方便，且成本較高。當前亟須發(fā)明一種可就地處理的移動式熱裂解煉制裝置，省去對原料收集、運輸、儲存等耗時耗力的處理環(huán)節(jié)。對于移動式熱裂解裝置而言，一個重要的挑戰(zhàn)性問題是在野外的供能供熱問題。專利CN2005101371137公開了一種移動式生物質(zhì)液化系統(tǒng)，主要有氣化爐、燃氣凈化裝置、燃氣發(fā)電機組、熱解爐、冷卻塔以及生物質(zhì)預處理設備等，該系統(tǒng)工藝較為復雜、造價較高，而且沒有合理利用外部太陽能以及副產(chǎn)物。專利CN200910170228.4公開了一種小型移動式農(nóng)林生物質(zhì)快速熱裂解裝置，由行進機構、燃燒爐、進料器、快速熱裂解反應器、氣固分離器、氣體冷凝器6等組成，但該裝置處理規(guī)模有限、不易放大，沒有對生物質(zhì)原料進行預處理，而且沒有對副產(chǎn)物熱解炭進行利用。

此外，生物油產(chǎn)品存在著高含水率、熱值較低以及穩(wěn)定性差等問題，阻礙了其大規(guī)模的商業(yè)化應用。生物油的這些劣質(zhì)主要源于其高含氧量(約55％)，這是由于生物質(zhì)原料本身含氧量較高所決定的。為了提高生物油的品質(zhì)，人們通常采用加氫脫氧或者催化加氫裂解的方式來對生物油進行后處理，以降低生物油的含氧量。然而，這些處理方式通常都會消耗昂貴的氫氣資源，使用價值不菲的催化劑，還面臨著催化劑結焦等技術難題，而且高值生物油的產(chǎn)率較低。因此，迫切需要一種溫和、廉價、易于大規(guī)模工業(yè)化應用的制備高值生物油的方法。提高生物油品質(zhì)的一個創(chuàng)新的方法是從生物質(zhì)原料入手，通過無氧條件下的熱預處理(即“烘焙”處理)降低生物質(zhì)的含氧量、提高生物質(zhì)的熱化學品質(zhì)，進而用于快速熱解制備較低含氧量的高值生物油，同時將烘焙及快速熱解處理過程的能量流動結合起來，降低綜合熱解過程能耗。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是，彌補現(xiàn)有技術的缺陷，發(fā)明一種多級利用太陽能，在室外就地對生物質(zhì)原料進行熱裂解煉制處理的生物質(zhì)熱裂解煉油裝置，以獲得能量密度較高的熱解油、熱解炭產(chǎn)品以及高生物活性的生物醋液產(chǎn)品。

本實用新型采用以下技術方案：

基于太陽能集熱和自供熱的野外生物質(zhì)熱裂解煉油裝置，包括粉碎機、太陽能光熱/光伏設備、高溫烘培室、預熱沙箱、旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱裂解設備和冷凝系統(tǒng)；所述的旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱裂解設備包括螺旋進料器、旋轉(zhuǎn)錐反應器、燃燒室、旋風分離器、靜電捕集器、套管式換熱器、儲油罐和儲氣罐；所述的太陽能光熱/光伏設備上設有冷空氣入口，在冷空氣入口處安有空氣進風機；太陽能光熱/光伏設備的熱空氣出口通過管道通入高溫烘培室；高溫烘培室設有入料口和出料口，其入料口連接到粉碎機的輸出口，出料口通過重力沉降料倉下端的出料管連接到旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱裂解設備的螺旋進料器，螺旋進料器的出料管通到旋轉(zhuǎn)錐反應器；所述的高溫烘培室頂部的出氣口通過預熱沙箱也通入到旋轉(zhuǎn)錐反應器中；旋轉(zhuǎn)錐反應器的出料管通入到旋風分離器，旋風分離器的下端設有熱解炭粉出口，上端設有熱解氣出口；熱解炭粉出口通過集炭箱與燃燒室連接，熱解氣出口與冷凝系統(tǒng)連接，所述的冷凝系統(tǒng)由靜電捕集器和套管式換熱器組成，靜電捕集器和套管式換熱器的底端管道分別通入儲油罐。

所述的燃燒室安置在旋轉(zhuǎn)錐反應器的下端，與旋轉(zhuǎn)錐反應器組合為一體。

重力沉降料倉上還設有一管道，連接到一個冷凝器，冷凝器下端接到生物醋液儲存罐；生物醋液儲存罐的頂端有一連通管通入燃燒室。

套管式換熱器上端的出氣口與儲氣罐連通，儲氣罐有兩個出氣口，一個通到燃燒室，另一個經(jīng)過一內(nèi)循環(huán)風機通到太陽能光熱/光伏設備。

太陽能光熱/光伏設備與一驅(qū)動器電連接，驅(qū)動器又與旋轉(zhuǎn)錐反應器、空氣進風機、內(nèi)循環(huán)風機和粉碎機電連接，為其提供電能。

本實用新型的有益效果是：

1.移動式處理方法很好地解決了農(nóng)林生物質(zhì)廢棄物資源分散、收集困難的利用瓶頸，可就地處理，也可以在道路上行走，進行熱裂解煉制，省去了很多對原料收集、運輸?shù)群臅r耗力的環(huán)節(jié)，使生物質(zhì)加工處理更廉價。

2.高效利用太陽能用于烘焙預處理和裂解反應供熱，減少使用外部能源，不僅不消耗現(xiàn)有能源，而且可以將生物質(zhì)廢棄物高效轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)出有使用價值的商品、實現(xiàn)變廢為寶，節(jié)約生產(chǎn)成本，減少了能源損耗。

3.對生物質(zhì)原料進行烘焙預處理后再進行熱裂解煉制，不僅保證熱裂解煉制過程效率，而且有效降低生物油中的含氧量、提高其熱值、能量密度和產(chǎn)品價值。

4.本實用新型裝置所提出的技術方法，生物質(zhì)煉油過程清潔、簡潔、高效，無需使用對環(huán)境有害的溶劑，生產(chǎn)過程沒有廢物排放，是環(huán)境友好型的生物質(zhì)處理技術。

附圖說明

圖1，基于太陽能集熱和自供熱的野外生物質(zhì)熱裂解煉油裝置結構示意圖；

圖2，太陽能光熱/光伏設備烘焙原理圖。

圖中：1-粉碎機；2-太陽能光熱/光伏設備；3-空氣進風機；4-內(nèi)循環(huán)風機；5-高溫烘培室；6-冷凝器；7-生物醋液儲存罐；8-重力沉降料倉；9-螺旋進料器；10-預熱沙箱；11-旋轉(zhuǎn)錐反應器；12-旋風分離器；13-集炭箱；14-靜電捕集器；15-套管式換熱器；16-儲油罐；17-儲氣罐；18-驅(qū)動器；19-燃燒室。

具體實施方式

參見圖1和圖2，本實用新型基于太陽能集熱和自供熱的野外生物質(zhì)熱裂解煉油裝置，包括粉碎機1、太陽能光熱/光伏設備2、高溫烘培室5、預熱沙箱10、旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱裂解設備和冷凝系統(tǒng)。所述的旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱裂解設備包括螺旋進料器9、旋轉(zhuǎn)錐反應器11、燃燒室19、旋風分離器12、靜電捕集器14、套管式換熱器15、儲油罐16和儲氣罐17；其中，所述的燃燒室19安置在旋轉(zhuǎn)錐反應器11的下端，與旋轉(zhuǎn)錐反應器11組合為一體。

所述的太陽能光熱/光伏設備2上設有冷空氣入口，在冷空氣入口處安有空氣進風機3。太陽能光熱/光伏設備2的熱空氣出口通過管道通入高溫烘培室5。高溫烘培室5設有入料口和出料口，其入料口連接到粉碎機1的輸出口，出料口通過重力沉降料倉8下端的出料管連接到旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱裂解設備的螺旋進料器9，螺旋進料器9的出料管通到旋轉(zhuǎn)錐反應器11。重力沉降料倉8上還設有一管道，連接到一個冷凝器6，冷凝器6下端接到生物醋液儲存罐7。生物醋液儲存罐7的頂端有一連通管通入燃燒室19。所述的高溫烘培室5頂部的出氣口通過一預熱沙箱10也通入到旋轉(zhuǎn)錐反應器11中。旋轉(zhuǎn)錐反應器11主要由外錐、內(nèi)錐、主軸和絕熱密閉的外殼組成，其中外錐、內(nèi)錐部分是其核心組件。旋轉(zhuǎn)錐反應器11的出料管通入到旋風分離器12，旋風分離器12的下端設有熱解炭粉出口，上端設有熱解氣出口。所述的熱解炭粉出口通過集炭箱13與燃燒室19連接，熱解氣出口與冷凝系統(tǒng)連接，所述的冷凝系統(tǒng)由靜電捕集器14和套管式換熱器15組成，靜電捕集器14和套管式換熱器15的底端管道分別通入儲油罐16，套管式換熱器15上端的出氣口與儲氣罐17連通。儲氣罐17有兩個出氣口，一個通到燃燒室19，另一個經(jīng)過一內(nèi)循環(huán)風機4通到太陽能光熱/光伏設備2。

太陽能光熱/光伏設備2還與一驅(qū)動器18電連接，驅(qū)動器18為旋轉(zhuǎn)錐反應器11、空氣進風機3、內(nèi)循環(huán)風機4、粉碎機1等提供電能，以使熱裂解反應順利進行。

本基于太陽能集熱和自供熱的野外生物質(zhì)熱裂解煉油裝置的基本工藝流程為：

原料經(jīng)粉碎處理后進入高溫烘培室，充分利用太陽能光熱/光伏設備所產(chǎn)生的高溫空氣的熱量，由熱載體(沙子)進行烘焙處理；進行了烘焙預處理的原料經(jīng)螺旋進料器進入旋轉(zhuǎn)錐反應器，與熱載體(沙子)進行換熱，在發(fā)生熱裂解反應。經(jīng)過熱裂解反應后，經(jīng)旋風分離器分離為生物質(zhì)炭粉和熱解氣，固體炭粉收集冷卻后進入燃燒室燃燒供熱，也可以作為肥料或土壤改良劑就地施用，或收集后作為活性碳等工業(yè)產(chǎn)品原料。氣體則進入由靜電捕集器和套管式換熱器組成的冷凝系統(tǒng)，經(jīng)冷凝后，不可冷凝氣體進入燃燒室燃燒提供熱量，可冷凝氣體冷凝為熱解生物油產(chǎn)品。