本发明专利技术公开了一种可变式梯级调温生物质连续炭化装备，该装备主要由进料装置、分段热解装置、油气分离装置、二次催化裂解装置和余热回用装置组成，整个过程由反应控制系统总体调控。通过连续密闭进料和出料保证热解反应的连续进行。热解部分采用可变的梯级分段式加热原理，实现热解炉不同加热区间的多级调控，满足热解过程中不同升温速率的要求。同时集成了热解气的冷凝分离技术、二次催化裂解除焦油技术、生物炭的连续冷却技术、高温裂解气余热回用技术和内外组合加热式热解炭化技术等。装备适用于各类生物质在不同条件下的热解炭化加工。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于可再生能源
，具体涉及一种可变式梯级调温生物质连续炭化装备，该装备适用于各类生物质在不同条件下的热解，工作中，不仅能实现热解炉内梯级分段调温式加热，而且能完成热解产物炭-油-气的分离与收集以及焦油的二次催化裂解和热解气的余热回用。
技术介绍
生物炭是生物质有机材料在缺氧或绝氧环境中，经热裂解后生成的固态产物。其资源丰富，用途广泛，既可作为高品质能源，也可作为还原剂，还可作为土壤改良剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂。目前，由于对生物质热解机理研宄的重视，已产生了一些较显著的成果。热解设备按生产方式可分为间歇式和连续式，其中热管式和固定床式热解设备都属于间歇式，回转炉式和螺旋式属于连续式。虽然热管式生物质固定床热解试验台能够较为灵活的探索升温速率、热解终温、停留时间、反应压力等热解因素的规律，但是只能间歇式作业，所以在一定程度上限制了其工业化推广。而连续式热解试验台可弥补这一不足，实现生物质热解的连续进行，但是现存的连续热解试验台在设计过程中并没有将热解炉的温度进行梯度式分级，导致生物质在热解过程中升温速率的不可控性，违背了生物质缓慢热解的机理。因此如何更加全面的探索连续式热解机理，优化热解工艺，提高热解效率和生物质炭产品得率是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决技术背景中所述现有生物质热解技术中存在的升温速率不可控问题，公开一种可变式梯级调温生物质连续炭化装备，该装备采用了具有梯级调温技术的热解炉。其特征在于，该装备主要包括进料装置1、分段热解装置2、安全防爆装置3、油气分离装置4、二次催化裂解装置5、循环冷却装置6、余热回用装置7和控制系统8，进料装置I下端与分段热解装置2相连接，分段热解装置2内置有螺旋绞龙203，末端连接循环冷却装置6、油气分离装置4和催化裂解装置5，其中二次催化裂解装置5的高温裂解气通过余热回用装置7再通回到分段热解装置2中，整个热解装备由控制系统8调控。所述分段热解装置2主要由电热丝207、热电偶209、隔热板210、螺旋绞龙203、热解炭化筒214和变频电机一 202组成。螺旋绞龙203的主螺旋叶片采用耐高温850°C的不锈钢材料，其转速由变频电机一 202调节，调节范围是0.2-5r/min，以满足热解过程中对物料不同加热时间的要求，5段热解炭化筒214与4组隔热板210交叉布置，每段热解炭化筒214上布有2组电热丝207，每段电热丝207的温度和升温速率可单独调控，每段最大升温速率达到60°C /min，通过改变各组电热丝的温度设定值使热解炉产生一个梯度式温度环境，拟合生物质热解机理，最终实现分段热解装置2中热解炉缓慢升温区204、预热解区205、热解炭化区208和炭化保温区212的横向炉温的梯度变化。所述分段热解装置2中，在布置热电偶209的位置处对螺旋绞龙203进行环切，得到螺旋叶片缺口 206用以将热电偶209插入物料层进行测温而不影响物料的正常输送，采用螺旋插入式安装的热电偶209通过转动调节插入深度，不仅避免了热电偶209因不能接触物料层而产生的误差，而且可以通过调节热电偶209的插入深度测量不同深度的料层温度，使测定的温度更加准确。所述分段热解装置2的末端错开安装出炭口 215和热解气出口 216，是为了防止生物炭在出炭口 215处掉落时因冲击而产生的扬尘进入热解气出口 216，出炭口 215与热解气出口 216之间装有反向螺旋叶片218，反向螺旋叶片218不仅可防止生物炭堆积到热解炭化筒214的末端，又可阻挡一些随混合气而来的灰尘，热解气出口 216上部安装可更换且耐高温的金属过滤网217，实现对混合气的二次除尘过滤。所述油气分离装置4和二次催化裂解装置5分别通过冷凝分离阀门401和二次催化裂解阀门501连接在热解炭化装置3的后端，作为热解气出口 216的两个支路，如果进行油气分离，则打开冷凝分离阀门401，关闭二次催化裂解阀门501，如果进行二次催化裂解，则打开二次催化裂解阀门501，关闭冷凝分离阀门401。所述油气分离装置4主要由油-气分离器402和油-水-气分离器403组成，保持200°C左右的油-气分离器402将重焦油分离并收集到集油瓶404，保80°C左右的油-水-气分离器403利用静置分层原理，实现水、轻质油和不可冷凝气的分离并收集到集油瓶404、集水瓶405和储气柜一 406。集油瓶404连接在油-气分离器402和油-水-气分离器403下部的集油端，集水瓶405连接在油-水-气分离器403中部的集水端，储气柜一 406连接在油-水-气分离器403上部的集气端。所述二次催化裂解装置5通过密封阀门二 501连接在安全防爆装置3的后端，在二次催化裂解装置5的前端和后端分别制有取样孔一 505和取样孔二 506，管式固定床反应器502的外部为加热炉504，加热炉504的调温范围是600?900°C，高温裂解气通过烟气管道503通回分段热解装置2中。所述二次催化裂解装置5所用催化剂为二氧化钛、多孔硅、氧化铝和镁碱沸石酸性分子筛。所述余热回用装置7主要由烟气管道503、冷凝分离器703、罗茨风机702和储气柜二 701组成，烟气管道503和冷凝分离器703通过弹簧垫片式密封连接在螺旋绞龙203的两端，罗茨风机702控制高温裂解气以一定的流速回用至热解炉中。所述进料装置I主要由上料仓101、上密封阀门102、下料仓103、生物质料位计一104、下密封阀门105组成，其中生物质料位计一 104通过电控装置连接上下密封阀门，阀门均采用电动刀型阀，由生物质料位计一 104控制上下阀门的开关，实现自动连续进料。所述循环冷却装置6主要由进水口 601、输料螺旋602、水冷套603、出水口 604、出料阀一 605、储炭仓606、变频电机607、出料阀二 608、生物炭料位计二 609和集炭箱610组成，通过变频电机二 607控制生物炭不同的冷却时间，出料阀一 605和出料阀二 608保证了密闭连续出炭。所述安全防爆装置3连接在输气管道301的支路上，末端安装安全阀302，设定安全阀耐压0.5Mpa，因为和整个分段热解装置2的内部连通且气压相等，因此，当反应炉中气压过高时会冲开安全阀302减压，以保护整个装置和操作人员的安全性。所述控制系统8主要由控制主机、生物质料位计一 104和生物炭料位计二 609、热解炉热电偶209、电热丝207、变频电机一 202、变频电机二 607和罗茨风机702等组成，将热解反应过程中的升温速率、反应终温、反应炉压、反应时间和原料处理量等参数通过电脑终端显示记录，并生成趋势曲线。具体而言，本专利技术专利与现有技术相比有以下优点:I)本专利技术中的可变式梯级调温生物质热解炭化设备集成了连续分段热解技术、热解气冷凝分离技术、热解气二次催化裂解技术以及高温裂解气的余热回用技术，多种技术的集成调试，更有利于工业化的推广。2)本专利技术中的热解炉采用梯级调温原理，通过改变反应炉中不同的温度梯度和加热长度，改变物料热解过程中的升温速率，创新采用连续热解过程中的分级加热原理，可满足连续热解工程中不同升温速率的要求，解决了连续热解过程中升温速率不可调控的问题。3)本专利技术中的余热回用系统，利用经二次裂解的高温本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可变式梯级调温生物质连续炭化装备，主要包括进料装置(1)、分段热解装置(2)、安全防爆装置(3)、油气分离装置(4)、二次催化裂解装置(5)、循环冷却装置(6)、余热回用装置(7)和控制系统(8)，其特征在于进料装置(1)下端与分段热解装置(2)相连接，分段热解装置(2)内置有螺旋绞龙(203)，末端连接循环冷却装置(6)、油气分离装置(4)和催化裂解装置(5)，其中二次催化裂解装置(5)的高温裂解气通过余热回用装置(7)再通回到分段热解装置(2)中，整个热解装备由控制系统(8)调节控制。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵立欣，姚宗路，贾吉秀，孟海波，丛宏斌，霍丽丽，
申请(专利权)人：农业部规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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