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一种低能耗生物质液化装置制造方法及图纸

技术编号:20037688 阅读:25 留言:0更新日期:2019-01-09 01:25
本发明专利技术属于生物质快速热解液化领域,具体涉及一种低能耗生物质液化装置,解决生物质热解液化过程中能耗过高和生物质柴油产出比例较低的问题,该装置主要包括料仓加热套,碳粉燃烧器,多级空气预热器,生物质热解反应器,板式氮气预热器,气固旋流分离器,快速冷凝系统,金属过滤器等,本发明专利技术利用旋转离心力和蜂窝通道极大地提高了生物质的加热速率,通过气液鼓泡混合,实现了快速冷凝,增加了生物油的生成比例。同时,热解所需热量主要生物质碳颗粒燃烧来提供,实现能量的自给自足,且烟气的热量多级回收,降低了排烟热损失,提高了整套装置的热效率。本发明专利技术能够将生物质快速热解液化的产油率提高到65%以上。

A Low Energy Consumption Biomass Liquefaction Device

The invention belongs to the field of biomass fast pyrolysis liquefaction, and specifically relates to a low energy consumption biomass liquefaction device, which solves the problem of excessive energy consumption and low ratio of biomass diesel output in the process of biomass pyrolysis liquefaction. The device mainly comprises a warehouse heating sleeve, a carbon powder burner, a multi-stage air preheater, a biomass pyrolysis reactor, a plate nitrogen preheater, and gas-solid swirl separation. The invention greatly improves the heating rate of biomass by rotating centrifugal force and honeycomb channel, realizes rapid condensation through gas-liquid bubbling mixing, and increases the production ratio of bio-oil. At the same time, the heat required for pyrolysis is mainly supplied by combustion of biomass carbon particles, which realizes self-sufficiency of energy and multi-stage heat recovery of flue gas, which reduces heat loss of flue gas and improves the thermal efficiency of the whole plant. The invention can increase the oil yield of biomass fast pyrolysis liquefaction to more than 65%.

【技术实现步骤摘要】
一种低能耗生物质液化装置
本专利技术属于生物质快速热解液化领域,具体涉及一种低能耗生物质液化装置。
技术介绍
我国是一个农业大国,生物质资源非常丰富,仅稻草、麦草、蔗渣、芦苇、竹子等非木材纤维年产就超过10亿吨,生物质的利用前景非广阔,目前生物质的利用方法主要有直接燃烧、气化和液化。其中生物质液化具有生物柴油热值高,易存贮、输送,且可以作为合成化学品的原料,因此成为生物质利用的一种重要方式。生物质热解液化技术的关键在于要有很高的加热速率和热传递速率,短的气体停留时间,严格控制温度以及热解挥发份的快速冷却。只有满足这样的要求,才能最大限度地提高产物中油的比例。目前,国内生物质快速液化主要采取旋转锥反应器和流化床反应器的方式,其中旋转锥反应器需消耗较多的电能,且气体停留时间长,而流化床反应器的加热速率和热解气体的冷却较慢,因此生物油的产出比例较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决生物质热解液化过程中能耗过高、加热速率较慢,进而导致生物质柴油产出比例较低的问题。本专利技术提供一种原理先进、热效率高的生物质快速液化装置,用热风充分预热、干燥生物质原料,利用旋转离心力和蜂窝通道强制生物质与高温金属加热面紧密贴合快速流动,极大地提高了生物质在气化过程中的加热速率,热解产生的生物质气体在常温生物质油中气液鼓泡混合,实现了快速冷凝,增加了生物油的生成比例。同时,热解所需热量主要由生物质气化后分离出的生物质碳颗粒燃烧来提供,无需另外消耗能量,且燃烧所产生的高温烟气的热量由多级空气预热装置、氮气预热装置和生物质干燥装置等回收,降低了排烟热损失,提高了整套装置的热效率。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:一种低能耗生物质液化装置,其特征在于:包括炉膛,料仓加热套,碳粉燃烧器,三级夹套式空气预热器,生物质热解反应器,板式氮气预热器,二级板式空气预热器,气固旋流分离器,快速冷凝系统,风机a,风机b,一级管式空气预热器,生物质料仓,电动调节阀,螺旋给料机,搅拌器,所述炉膛的炉墙由三级夹套式空气预热器围成,碳粉燃烧器穿过三级夹套式空气预热器安装在炉膛的下部,生物质热解反应器布置在炉膛的中上部,板式氮气预热器布置在生物质热解反应器的上部,板式氮气预热器的入口与出口之间有连通旁路,并在该旁路上安装有电动调节阀,板式氮气预热器的出口和生物质热解反应器的入口通过管道连接,二级板式空气预热器布置在板式氮气预热器的上部,二级板式空气预热器的出口通过管道与料仓加热套的入口连接,料仓加热套的出口通过管道与三级夹套式空气预热器的入口连接,三级夹套式空气预热器的出口通过管道与碳粉燃烧器的入口连接,生物质料仓位于料仓加热套内,且生物质料仓为设计为敞口,在生物质料仓的中心位置布置有搅拌器,生物质料仓的出口与螺旋给料机的入口连接,螺旋给料机的出口与生物质热解反应器的入口连接,生物质热解反应器的出口与气固旋流分离器的入口连接,气固旋流分离器上部的气体出口与金属过滤器的入口连接,金属过滤器的出口与快速冷凝系统的入口连接,气固旋流分离器下部的固体出口连接在三级夹套式空气预热器出口和碳粉燃烧器入口之间的管道上,快速冷凝系统的上部出口与风机b的入口连接,风机b的出口与板式氮气预热器的入口连接,风机a的出口与一级管式空气预热器的入口连接,一级管式空气预热器的出口通过管道与二级板式空气预热器的入口连接。上述装置的有益效果是:(1)本专利技术在能量供给方面实现了自给自足,无需消耗包括电能在内的其它能源。主要体现在:生物质快速热解是一个吸热过程,其直接产物主要是气体产物和固体产物(液体产物是由气体产物快速冷凝得到)。而固体产物里面包括一部分生物碳颗粒,本专利技术利用气固旋流分离器将该碳颗粒分离出后,重新送入炉膛进行燃烧,释放出热量,满足生物质热解的吸热需求,从而不再需要消耗电能等其它能源为其提供热源,并且充分利用了生物质热解液化过程中产生的副产品(生物质碳颗粒),实现了就地取材,提高了资源的综合利用效率。(2)本专利技术具有较高的热效率。生物质碳颗粒在燃烧过程中释放出的热量,大部分被生物质热解反应器吸收,但仍有一部分热量由高温烟气所携带,为了吸收这部分热量,本专利技术在炉膛四周和烟道内布置了三级夹套式空气预热器、二级板式空气预热器和板式氮气预热器等热量回收装置,将烟气温度降低到设计值才进行排放,大大减少了排烟损失。同时,生物质气体在冷凝过程释放出的热量由生物质油携带,然后通过一级空气预热器进行回收。所以,本专利技术没有无组织排放热源,充分回收了各部热量,大大提高了热效率,降低了生物质液化能耗。(3)本专利技术所制取的生物柴油品质较高。这是因为:(a)生物质在料仓内利用通入料仓加热套内的热空气进行了干燥和预热,并且利用搅拌器对生物质原料进行充分的搅动,所以所有的生物质在进入到生物质热解反应器前已经充分的蒸发掉了水份,从而能够减少制取的生物质柴油中的水份,提高了生物柴油品质。(b)生物质气化后的气固混合物经过了二级分离,第一级是气固旋流分离器,能够分离出较大粒径的固体颗粒,但仍有少量的微细颗粒随着气体从气固旋流分离器上部排出,进入到第二级金属过滤器,利用该过滤器内部的金属多孔介质的吸附作用进行微细分离,基本可将气体中所含杂质全部排除,所以最终可以得到杂质含量很少的生物柴油。(4)本专利技术在生物质气化过程中的能耗较低。这是因为:(a)生物质在进入到反应器前,已经经过了二级加热,第一级是在生物质料仓内,利用高温空气对生物质进行干燥、加热,第二级是在反应器的入口段,由高温氮气对生物质进行预热,因此,生物质在热解气化前,其温度已经接近生物质气化所需温度;(b)携带生物质的氮气在进入热解反应器前已经在板式氮气预热器里吸收热量升温至设计值,因此该部分氮气在热解反应器里也不需要吸收热量。所以,本专利技术能够将生物质在热解反应器所需吸收的热量减少到最低,而预热生物质和氮气的热量均从尾部烟气中获得,从而降低热解反应器的能耗,使得本专利技术仅利用其自身产生生物质碳颗粒再燃就能满足整套系统正常运行的需要。(5)本专利技术能够减少生物质气化后在气相状态的停留时间,对提高最终产物中生物柴油的比例非常有利。这是因为:生物质在热解气化过程中是由氮气携带,生物质热解气体的停留范围主要是热解反应器和气固旋流分离器,因此只要适当提高氮气在热解反应器入口到气固旋流分离器出口的压差和适当减少流通面积,就可以增加氮气在这两个设备内部的流动速度,从而明显改变生物质在气相状态的停留时间,因此可以通过调整氮气压力将生物质在反应器内的停留时间调整到最佳值;所以减少了生物质的预热升温时间,使其在蜂窝通道内直接发生反应,减少了热解气化所需时间。所述生物质热解反应器还包括热电偶a,热电偶b,热电偶c,轴向分层轨道,分配器,蜂窝通道,径向分层圆柱体组,热解反应器引入管,热解反应器引出管,分层导流板,所述热电偶a安装在板式氮气预热器出口与热解反应器引入管之间的连接管道上,螺旋给料机的出口位于热解反应器引入管内,热解反应器引入管的出口与分配器的入口连接,分配器的出口与分层导流板的入口连接,径向分层圆柱体组由若干同轴线安装的圆柱体组成,这些圆柱体高度相同、直径不同,热电偶b安装在径向分层圆柱体组的内侧壁面上,热电偶c安装在径向分层圆柱体组的外侧壁面上,分层导流板中导流板的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低能耗生物质液化装置,其特征在于:包括炉膛(1),料仓加热套(2),碳粉燃烧器(3),三级夹套式空气预热器(4),生物质热解反应器(5),板式氮气预热器(6),二级板式空气预热器(7),气固旋流分离器(8),快速冷凝系统(9),风机(10a、10b),一级管式空气预热器(11),生物质料仓(12),电动调节阀(13),螺旋给料机(14),搅拌器(15),金属过滤器(16),所述炉膛(1)的炉墙由三级夹套式空气预热器(4)围成,碳粉燃烧器(3)穿过三级夹套式空气预热器(4)安装在炉膛(1)的下部,生物质热解反应器(5)布置在炉膛(1)的中上部,板式氮气预热器(6)布置在生物质热解反应器(5)的上部,板式氮气预热器(6)的入口与出口之间有连通旁路,并在该旁路上安装有电动调节阀(13),板式氮气预热器(6)的出口和生物质热解反应器(5)的入口通过管道连接,二级板式空气预热器(7)布置在板式氮气预热器(6)的上部,二级板式空气预热器(7)的出口通过管道与料仓加热套(2)的入口连接,料仓加热套(2)的出口通过管道与三级夹套式空气预热器(4)的入口连接,三级夹套式空气预热器(4)的出口通过管道与碳粉燃烧器(3)的入口连接,生物质料仓(12)位于料仓加热套(2)内,且生物质料仓(12)为设计为敞口,在生物质料仓(12)的中心位置布置有搅拌器(15),生物质料仓(12)的出口与螺旋给料机(14)的入口连接,螺旋给料机(14)的出口与生物质热解反应器(5)的入口连接,生物质热解反应器(5)的出口与气固旋流分离器(8)的入口连接,气固旋流分离器(8)上部的气体出口与金属过滤器(16)的入口连接,金属过滤器(16)的出口与快速冷凝系统(9)的入口连接,气固旋流分离器(8)下部的固体出口连接在三级夹套式空气预热器(4)出口和碳粉燃烧器(3)入口之间的管道上,快速冷凝系统(9)的上部出口与风机(10b)的入口连接,风机(10b)的出口与板式氮气预热器(6)的入口连接,风机(10a)的出口与一级管式空气预热器(11)的入口连接,一级管式空气预热器(11)的出口通过管道与二级板式空气预热器(7)的入口连接。...

【技术特征摘要】
1.一种低能耗生物质液化装置,其特征在于:包括炉膛(1),料仓加热套(2),碳粉燃烧器(3),三级夹套式空气预热器(4),生物质热解反应器(5),板式氮气预热器(6),二级板式空气预热器(7),气固旋流分离器(8),快速冷凝系统(9),风机(10a、10b),一级管式空气预热器(11),生物质料仓(12),电动调节阀(13),螺旋给料机(14),搅拌器(15),金属过滤器(16),所述炉膛(1)的炉墙由三级夹套式空气预热器(4)围成,碳粉燃烧器(3)穿过三级夹套式空气预热器(4)安装在炉膛(1)的下部,生物质热解反应器(5)布置在炉膛(1)的中上部,板式氮气预热器(6)布置在生物质热解反应器(5)的上部,板式氮气预热器(6)的入口与出口之间有连通旁路,并在该旁路上安装有电动调节阀(13),板式氮气预热器(6)的出口和生物质热解反应器(5)的入口通过管道连接,二级板式空气预热器(7)布置在板式氮气预热器(6)的上部,二级板式空气预热器(7)的出口通过管道与料仓加热套(2)的入口连接,料仓加热套(2)的出口通过管道与三级夹套式空气预热器(4)的入口连接,三级夹套式空气预热器(4)的出口通过管道与碳粉燃烧器(3)的入口连接,生物质料仓(12)位于料仓加热套(2)内,且生物质料仓(12)为设计为敞口,在生物质料仓(12)的中心位置布置有搅拌器(15),生物质料仓(12)的出口与螺旋给料机(14)的入口连接,螺旋给料机(14)的出口与生物质热解反应器(5)的入口连接,生物质热解反应器(5)的出口与气固旋流分离器(8)的入口连接,气固旋流分离器(8)上部的气体出口与金属过滤器(16)的入口连接,金属过滤器(16)的出口与快速冷凝系统(9)的入口连接,气固旋流分离器(8)下部的固体出口连接在三级夹套式空气预热器(4)出口和碳粉燃烧器(3)入口之间的管道上,快速冷凝系统(9)的上部出口与风机(10b)的入口连接,风机(10b)的出口与板式氮气预热器(6)的入口连接,风机(10a)的出口与一级管式空气预热器(11)的入口连接,一级管式空气预热器(11)的出口通过管道与二级板式空气预热器(7)的入口连接。2.根据权利要求1所述的一种低能耗生物质液化装置,其特征在于:所述生物质热解反应器(5)还包括热电偶(51a、51b、51c),轴向分层轨道(52),分配器(53),蜂窝通道(54),径向分层圆柱体组(55),热解反应器引入管(56),热解反应器引出管(57),分层导流板(58),所述热电偶(51a)安装在板式氮气预热器(6)出口与热解反应器引入管...

【专利技术属性】
技术研发人员:闫高程
申请(专利权)人:山西大学
类型:发明
国别省市:山西,14

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