專利名稱：一種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以農(nóng)林棄物為生物質(zhì)原料的，熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的工藝及裝置。
背景技術(shù)：
能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)重，尋找清潔的可再生能源迫在眉睫。在水能、風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能和海洋能等一系列可再生能源中，生物質(zhì)能具有低染、可再生、CO2接近零排放、資源豐富、分布廣泛等特點(diǎn)，日益受到全世界的關(guān)注。我國的生物質(zhì)資源豐富，農(nóng)林廢料占據(jù)比重很大，僅農(nóng)作物秸桿年產(chǎn)量就達(dá)到7億噸，但秸桿資源的利用率比較低，約7%，多數(shù)秸桿就地焚燒，既造成了大氣污染又浪費(fèi)了資源。生物質(zhì)能的開發(fā)利用對(duì)改善能源結(jié)構(gòu)，緩解原油進(jìn)口依賴程 度，增加農(nóng)民收入，促進(jìn)三農(nóng)建設(shè)等具有重要戰(zhàn)略意義。生物質(zhì)能的開發(fā)利用主要有生物轉(zhuǎn)化和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化兩種技術(shù)途徑，而熱化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑是生物質(zhì)能利用的核心技術(shù)。其中熱裂解能將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成氣體、固體和液體產(chǎn)物，獲得了能量密度高的生物燃料或者難以人工合成的化學(xué)品，得到了世界各國的廣泛關(guān)注，成為研究焦點(diǎn)。要達(dá)到快速熱裂解的目的，熱載體的選擇至關(guān)重要。現(xiàn)在所采用的工藝中多為石英沙，或者惰性氣體。而熔鹽具有以下特點(diǎn):在接近1000°c的高溫下化學(xué)性能比較穩(wěn)定；導(dǎo)熱系數(shù)高、粘度低、揮發(fā)性低以及適宜的熔點(diǎn)溫度等物理特性；具有溶解生物質(zhì)進(jìn)入液相的能力，致使傳熱和傳質(zhì)非常均勻和迅速；具有均相催化或化學(xué)反應(yīng)以控制產(chǎn)物化學(xué)組成的肯能性。因此，可以用于生物質(zhì)快速熱裂解的工藝過程中。針對(duì)原有熱裂解技術(shù)中熱載體的功能單一，熱含量相對(duì)較小等問題，開發(fā)出以農(nóng)村廢棄物為生物質(zhì)原料，以熔鹽為熱載體、催化劑和分散介質(zhì)的工藝和裝置，以提高生物質(zhì)的利用效率，最大化地獲得目標(biāo)產(chǎn)物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種熱含量相對(duì)較高，高利用率的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的工藝及裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案:這種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，主要包括裂解氣儲(chǔ)罐、裂解氣過水槽、列管式冷凝器、電動(dòng)機(jī)、生物質(zhì)料倉、撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器、液體產(chǎn)物收集器、熔融鹽儲(chǔ)槽、旋液分離器、固體產(chǎn)物收集器和RY型熔鹽泵，RY型熔鹽泵的出口管與旋液分離器的入口管連接，旋液分離器的上出口管與固體產(chǎn)物收集器連接，旋液分離器的下出口與撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器與生物質(zhì)料倉連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器的出口與列管式冷凝器和熔融鹽儲(chǔ)槽連接，列管式冷凝器的出口與液體產(chǎn)物收集器連接，液體產(chǎn)物收集器的出口分別與裂解氣儲(chǔ)罐和裂解氣過水槽連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器的上部連接有電動(dòng)機(jī)。所述RY型熔鹽泵的出口管位于熔鹽收集器內(nèi)，熔鹽收集器內(nèi)設(shè)有K型熱電偶，熔鹽收集器的外壁設(shè)有外置式纏繞式的電加熱裝置，電加熱裝置的加熱絲為耐高溫的鎳鉻絲，并且外部為耐高溫的保溫材料。所述撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器的內(nèi)部設(shè)置錐形臺(tái)，錐形臺(tái)的上部設(shè)置限流圈和擋邊，錐形臺(tái)的斜面成15° -75。角。這種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的工藝，包括以下步驟:(I)稱取熔融鹽放入熔融鹽儲(chǔ)槽，稱取生物質(zhì)原料放入生物質(zhì)料倉，向系統(tǒng)內(nèi)通入氮?dú)饣虺檎婵?，得以形成惰性無氧氛圍；(2)開啟RY型熔鹽泵和列管式冷凝器的冷卻水開關(guān)；(3)對(duì)各段管路進(jìn)行加熱，保證熔融鹽在熔融鹽儲(chǔ)槽內(nèi)全部熔融，開啟RY型熔鹽泵，熔融鹽通過RY型熔鹽泵輸送，經(jīng)過旋液分離器，進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器，開啟螺旋進(jìn)料器的電動(dòng)機(jī)，生物質(zhì)顆粒進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器后與熔融鹽并流接觸，進(jìn)行熱裂解反應(yīng)；(4)生成的揮發(fā)分進(jìn)入列管式冷凝器，可冷凝的氣體揮發(fā)后冷凝得到生物油，進(jìn)入液體產(chǎn)物收集器，不可冷凝氣經(jīng)過取樣分析后，進(jìn)入裂解氣儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，或者經(jīng)過裂解氣過水槽凈化處理；(5)固體產(chǎn)物顆粒隨著RY型熔鹽泵的輸送在旋液分離器處進(jìn)行分離，進(jìn)入固體產(chǎn)物收集器，熔融鹽繼續(xù)進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器；(6)當(dāng)所加入的生物質(zhì)原料完全進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器后，關(guān)閉螺旋進(jìn)料器的電動(dòng)機(jī)，RY型熔鹽泵繼續(xù)開啟，保持熔融鹽的循環(huán)和流動(dòng)，直至沒有熱裂解氣產(chǎn)生，關(guān)閉氮?dú)饣蛘叱檎婵眨?7)反應(yīng) 完成后，關(guān)閉RY型熔鹽泵，讓熔融鹽集中于熔融鹽儲(chǔ)槽內(nèi)，關(guān)閉所有的加熱開關(guān)，等待所有的測溫點(diǎn)溫度接近室溫時(shí)，關(guān)閉冷卻水。所述熱裂解反應(yīng)溫度為:200°C 1000°C，熱裂解反應(yīng)的過程中，每隔3 5min記錄各個(gè)控溫點(diǎn)的溫度和測壓點(diǎn)的壓力，從裂解氣管路中取氣體產(chǎn)物樣品分析組成。所述整個(gè)工藝中的熔融鹽能循環(huán)使用。所述熔融鹽為堿金屬、堿金屬的氯化鹽、硅酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽或多種上述組成的共熔混合物。本發(fā)明有益的效果是:本發(fā)明的裝置和工藝克服了生產(chǎn)過程中熱能利用率低，成本高的缺點(diǎn)，提高了生物質(zhì)燃料的產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)料，改善了生物質(zhì)的使用性能。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2是本發(fā)明的錐形臺(tái)橫切面示意圖。附圖標(biāo)記說明:裂解氣儲(chǔ)罐1，閥門2，壓力表3，裂解氣過水槽4，列管式冷凝器5，電動(dòng)機(jī)6，螺旋進(jìn)料器7，生物質(zhì)料倉8，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9，液體產(chǎn)物收集器10，熔融鹽儲(chǔ)槽11，旋液分離器12，固體產(chǎn)物收集器13，RY型熔鹽泵14，K型熱電偶15，熔鹽收集器16，電加熱裝置17，擋邊18，限流圈19，斜面20。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
如圖所示，這種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，主要包括裂解氣儲(chǔ)罐1，裂解氣過水槽4，列管式冷凝器5，電動(dòng)機(jī)6，生物質(zhì)料倉8，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9，液體產(chǎn)物收集器10，熔融鹽儲(chǔ)槽11，旋液分離器12，固體產(chǎn)物收集器13和RY型熔鹽泵14，RY型熔鹽泵14的作為熔融鹽的輸送機(jī)械，RY型熔鹽泵14的出口管與旋液分離器12的入口管連接，旋液分離器12的上出口管與固體產(chǎn)物收集器13連接，旋液分離器12的下出口與撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9與生物質(zhì)料倉8連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9使熔融鹽以一定流速與生物質(zhì)顆粒進(jìn)行并流接觸和混合，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9的出口與列管式冷凝器5和熔融鹽儲(chǔ)槽11連接，列管式冷凝器5的出口與液體產(chǎn)物收集器10連接，液體產(chǎn)物收集器10的出口分別與裂解氣儲(chǔ)罐I和裂解氣過水槽4連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9的上部連接有電動(dòng)機(jī)6。RY型熔鹽泵14的出口管位于熔鹽收集器16內(nèi)，熔鹽收集器16內(nèi)設(shè)有K型熱電偶15，熔鹽收集器16的外壁設(shè)有外置式纏繞式的電加熱裝置17，電加熱裝置17的加熱絲為耐高溫的鎳鉻絲，并且外部為耐高溫的保溫材料進(jìn)行保溫。電動(dòng)機(jī)6連接有螺旋進(jìn)料器7，作為生物質(zhì)原料的輸送進(jìn)料裝置，螺旋進(jìn)料器7位于生物質(zhì)料倉8內(nèi)，螺旋進(jìn)料器7的出口伸入撞擊混合錐臺(tái)裂解·反應(yīng)器9內(nèi)，螺旋進(jìn)料器7的外側(cè)直徑大于螺旋進(jìn)料器管外徑的套管，熔融鹽在套管間與生物質(zhì)間壁并流，在生物質(zhì)出口管下端撞擊混合。撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9的內(nèi)部設(shè)置錐形臺(tái)，錐形臺(tái)的上部設(shè)置限流圈19和擋邊18，保證熔融鹽能夠沿著錐形臺(tái)斜面20流下而不會(huì)飛濺，錐形臺(tái)的斜面20成15° -75。角，熔融鹽和生物質(zhì)顆粒在錐形臺(tái)斜面上流動(dòng)，形成一層熔融鹽薄膜(< 10mm)，縮短了裂解產(chǎn)物在熔鹽層的停留時(shí)間，迅速從熔融鹽中逸出。裂解氣儲(chǔ)罐I的下部設(shè)有閥門2，裂解氣過水槽4上設(shè)有壓力表3。這種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的工藝，包括以下步驟:(I)稱取熔融鹽放入熔融鹽儲(chǔ)槽11，稱取生物質(zhì)原料放入生物質(zhì)料倉8，向系統(tǒng)內(nèi)通入氮?dú)饣虺檎婵眨靡孕纬啥栊詿o氧氛圍；(2)開啟RY型熔鹽泵14和列管式冷凝器5的冷卻水開關(guān)；(3)對(duì)各段管路進(jìn)行加熱，保證熔融鹽在熔融鹽儲(chǔ)槽11內(nèi)全部熔融，開啟RY型熔鹽泵14，熔融鹽通過RY型熔鹽泵14輸送，經(jīng)過旋液分離器12，進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9，開啟螺旋進(jìn)料器7的電動(dòng)機(jī)6，生物質(zhì)顆粒進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9后與熔融鹽并流接觸，進(jìn)行熱裂解反應(yīng)；(4)生成的揮發(fā)分進(jìn)入列管式冷凝器5，可冷凝的氣體揮發(fā)后冷凝得到生物油，進(jìn)入液體產(chǎn)物收集器10，不可冷凝氣經(jīng)過取樣分析后，進(jìn)入裂解氣儲(chǔ)罐I儲(chǔ)存，或者經(jīng)過裂解氣過水槽4凈化處理；(5)固體產(chǎn)物顆粒隨著RY型熔鹽泵14的輸送在旋液分離器12處進(jìn)行分離，進(jìn)入固體產(chǎn)物收集器13，熔融鹽繼續(xù)進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9 ;(6)當(dāng)所加入的生物質(zhì)原料完全進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器9后，關(guān)閉螺旋進(jìn)料器7的電動(dòng)機(jī)6，RY型熔鹽泵14繼續(xù)開啟，保持熔融鹽的循環(huán)和流動(dòng)，直至沒有熱裂解氣產(chǎn)生，關(guān)閉氮?dú)饣蛘叱檎婵眨?7)反應(yīng)完成后，關(guān)閉RY型熔鹽泵14，讓熔融鹽集中于熔融鹽儲(chǔ)槽11內(nèi)，關(guān)閉所有的加熱開關(guān)，等待所有的測溫點(diǎn)溫度接近室溫時(shí)，關(guān)閉冷卻水。熱裂解反應(yīng)溫度為:200°C 1000°C，熱裂解反應(yīng)的過程中，每隔3 5min記錄各個(gè)控溫點(diǎn)的溫度和測壓點(diǎn)的壓力，從裂解氣管路中取氣體產(chǎn)物樣品分析組成。列管式冷凝器5的工作溫度為室溫，可冷凝的氣體為熱裂解蒸汽，不可冷凝氣為裂解氣。整個(gè)工藝中的熔融鹽能循環(huán)使用。熔融鹽為堿金屬、堿金屬的氯化鹽、硅酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽或多種上述組成的共熔混合物，采用熔融鹽作為熱載體、催化劑和分散介質(zhì)。本發(fā)明所采用的熱載體是熔融鹽。因?yàn)槿廴邴}其自身具有比較高的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)。與石英砂、氣體的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)的比較如表I所示。表I熔融鹽、石英砂、空氣以及生物質(zhì)的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，主要包括裂解氣儲(chǔ)罐(I)、裂解氣過水槽(4)、列管式冷凝器(5)、電動(dòng)機(jī)(6)、生物質(zhì)料倉(8)、撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)、液體產(chǎn)物收集器(10)、熔融鹽儲(chǔ)槽(11)、旋液分離器(12)、固體產(chǎn)物收集器(13)和RY型熔鹽泵(14)，其特征是:RY型熔鹽泵(14)的出口管與旋液分離器(12)的入口管連接，旋液分離器(12)的上出口管與固體產(chǎn)物收集器(13 )連接，旋液分離器(12 )的下出口與撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)與生物質(zhì)料倉(8)連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)的出口與列管式冷凝器(5)和熔融鹽儲(chǔ)槽(11)連接，列管式冷凝器(5)的出口與液體產(chǎn)物收集器(10 )連接，液體產(chǎn)物收集器(10 )的出口分別與裂解氣儲(chǔ)罐(I)和裂解氣過水槽(4)連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)的上部連接有電動(dòng)機(jī)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述RY型熔鹽泵(14 )的出口管位于熔鹽收集器(16 )內(nèi)，熔鹽收集器(16 )內(nèi)設(shè)有K型熱電偶(15 )，熔鹽收集器(16)的外壁設(shè)有外置式纏繞式的電加熱裝置(17)，電加熱裝置(17)的加熱絲為耐高溫的鎳鉻絲，并且外部為耐高溫的保溫材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述電動(dòng)機(jī)(6)連接有螺旋進(jìn)料器(7)，螺旋進(jìn)料器(7)位于生物質(zhì)料倉(8)內(nèi)，螺旋進(jìn)料器(7)的出口伸入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)內(nèi)，螺旋進(jìn)料器(7)的外側(cè)直徑大于螺旋進(jìn)料器管外徑的套管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)的內(nèi)部設(shè)置錐形臺(tái)，錐形臺(tái)的上部設(shè)置限流圈(19)和擋邊(18)，錐形臺(tái)的斜面(20)成15° -75。角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置，其特征是:所述裂解氣儲(chǔ)罐(I)的下部設(shè)有閥門(2)，裂解氣過水槽(4)上設(shè)有壓力表(3)。
6.一種采用如權(quán)利要求1所述熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的裝置的工藝，其特征在于:包括以下步驟: (1)稱取熔融鹽放入熔融鹽儲(chǔ)槽(11)，稱取生物質(zhì)原料放入生物質(zhì)料倉(8)，向系統(tǒng)內(nèi)通入氮?dú)饣虺檎婵?，得以形成惰性無氧氛圍； (2)開啟RY型熔鹽泵(14)和列管式冷凝器(5)的冷卻水開關(guān)； (3)對(duì)各段管路進(jìn)行加熱，保證熔融鹽在熔融鹽儲(chǔ)槽(11)內(nèi)全部熔融，開啟RY型熔鹽泵(14)，熔融鹽通過RY型熔鹽泵(14)輸送，經(jīng)過旋液分離器(12)，進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)，開啟螺旋進(jìn)料器(7)的電動(dòng)機(jī)(6)，生物質(zhì)顆粒進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)后與熔融鹽并流接觸，進(jìn)行熱裂解反應(yīng)； (4)生成的揮發(fā)分進(jìn)入列管式冷凝器(5)，可冷凝的氣體揮發(fā)后冷凝得到生物油，進(jìn)入液體產(chǎn)物收集器(10)，不可冷凝氣經(jīng)過取樣分析后，進(jìn)入裂解氣儲(chǔ)罐(I)儲(chǔ)存，或者經(jīng)過裂解氣過水槽(4)凈化處理； (5)固體產(chǎn)物顆粒隨著RY型熔鹽泵(14)的輸送在旋液分離器(12)處進(jìn)行分離，進(jìn)入固體產(chǎn)物收集器(13)，熔融鹽繼續(xù)進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)； (6)當(dāng)所加入的生物質(zhì)原料完全進(jìn)入撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器(9)后，關(guān)閉螺旋進(jìn)料器(7)的電動(dòng)機(jī)(6)，RY型熔鹽泵(14)繼續(xù)開啟，保持熔融鹽的循環(huán)和流動(dòng)，直至沒有熱裂解氣產(chǎn)生，關(guān)閉氮?dú)饣蛘叱檎婵眨? (7)反應(yīng)完成后，關(guān)閉RY型熔鹽泵(14)，讓熔融鹽集中于熔融鹽儲(chǔ)槽(11)內(nèi)，關(guān)閉所有的加熱開關(guān)，等待所有的測溫點(diǎn)溫度接近室溫時(shí)，關(guān)閉冷卻水。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的工藝，其特征是:所述熱裂解反應(yīng)溫度為:200°C 1000°C，熱裂解反應(yīng)的過程中，每隔3 5min記錄各個(gè)控溫點(diǎn)的溫度和測壓點(diǎn)的壓力，從裂解氣管路中取氣體產(chǎn)物樣品分析組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的工藝，其特征是:所述列管式冷凝器(5)的工作溫度為室溫，可冷凝的氣體為熱裂解蒸汽，不可冷凝氣為裂解氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的工藝，其特征是:所述整個(gè)工藝中的熔融鹽循環(huán)使用。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的工藝，其特征是:所述熔融鹽為堿金屬、堿金屬的氯化鹽、硅酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽或多種上述組成的共熔混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熔鹽快速熱裂解生物質(zhì)的工藝及裝置，RY型熔鹽泵的出口管與旋液分離器的入口管連接，旋液分離器的上出口管與固體產(chǎn)物收集器連接，旋液分離器的下出口與撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器與生物質(zhì)料倉連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器的出口與列管式冷凝器和熔融鹽儲(chǔ)槽連接，列管式冷凝器的出口與液體產(chǎn)物收集器連接，液體產(chǎn)物收集器的出口分別與裂解氣儲(chǔ)罐和裂解氣過水槽連接，撞擊混合錐臺(tái)裂解反應(yīng)器的上部連接有電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明有益的效果是本發(fā)明的裝置和工藝克服了生產(chǎn)過程中熱能利用率低，成本高的缺點(diǎn)，提高了生物質(zhì)燃料的產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)料，改善了生物質(zhì)的使用性能。
文檔編號(hào)C10J3/57GK103146436SQ20131007701
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者計(jì)建炳, 姬登祥, 于鳳文, 艾寧, 高明輝, 盛佳峰, 姜洪濤 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)