本发明专利技术属于生物质能利用技术领域，具体涉及一种生物质快速催化热解的装置与方法。该装置包括料斗、进料系统、旋转床热解反应器、气固分离系统、热解气冷凝系统、可燃气储罐、液体收集箱、固体焦炭收集箱、燃烧系统和载气换热系统。其中，旋转床热解反应器由旋转床体、密闭外壳、换热烟道、驱动系统和球形载体等组成。预处理后的生物质颗粒进入旋转床体内部，在催化剂作用下发生快速催化热解，产生的热解气经快速冷凝获得特定的生物油；同时收集不可冷凝的可燃气与焦炭用于燃烧供热，实现自热式热解。该装置能通过调整反应工况和催化剂类型，制备高品位的液体燃料或富含高附加值化学品的生物油。
【技术实现步骤摘要】
一种生物质快速催化热解的装置与方法
本专利技术属于生物质能利用
，具体涉及一种生物质快速催化热解的装置与方法。
技术介绍
热解是一种重要的生物质利用技术。生物质在无氧条件下进行热解时，所形成的固液气三相热解产物，具有较高的品位以及应用价值。但是生物质常规热解过程中对反应途径的选择性很差，生成的生物油化学组成极为复杂，会形成超过400种有机物，且具有氧含量高、热值低、腐蚀性强、稳定性差等缺点，一般只能作为低品位的液体燃料，用于窑炉等要求不高的热力设备中。而且常规生物油中绝大部分物质的含量都很低，导致分离提纯较为困难。如果通过适当的手段对生物质的热解实现定向控制，促进某些特定的反应途径，并抑制其他反应途径，则能够实现生物质选择性的热解液化，从而控制热解产物的分布。针对目前的研究，通过引入催化剂并调整热解条件，可提高热解效率，并控制热解产物的分布，获得高品质的生物油。在生物质热解反应体系中引入催化剂，是目前获得高品质生物油的最有效手段，同时也能制备通过常规手段难以合成的高附加值化学品，其关键技术在于：催化剂的选择。而催化热解反应目前主要有两种实施方式：(1)将生物质原料和催化剂混合后进行快速热解；(2)对生物质进行快速热解后，再利用催化剂对热解气进行催化转化。但是这两种实施方式要么催化剂回收困难，要么初级产物已经生成，对于催化转化的要求较为严格。因此如何实现既能直接调控生物质快速热解反应途径，又能方便回收利用催化剂是工业推广应用必须解决的技术难题。催化热解反应器的开发是另外一个技术难题。根据现有的主流热解反应装置：对于流化床式的反应器，虽然无运动部件、结构简单、工作可靠、碰撞均匀充分，但是存在需要大量载气、气体滞留时间长、热量损失大、热解气冷凝困难、反应器磨损严重、结构庞大等问题；对于运动机械式的反应器，虽然结构紧凑、能耗低、可以不使用载气，但是也存在温度分布不均、运动部件材料要求高、机构磨损严重、密封性差等问题。所以催化热解反应器既保证能均匀迅速地使生物质达到热解所需温度，又能保证结构紧凑、减轻磨损，是工业推广应用必须解决的另一个技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种生物质快速催化热解的装置与方法。根据本专利技术的一方面，提供了一种生物质快速催化热解的装置，该装置包括：料斗、进料系统、旋转床热解反应器、气固分离系统、热解气冷凝系统、可燃气储罐、液体收集箱、固体焦炭收集箱、燃烧系统和载气换热系统；其中，所述的旋转床热解反应器包括旋转床体、进料口、气体出口、密闭外壳、气体入口、出料口、换热烟道、驱动系统和球形载体。料斗的出口与进料系统的入口相连；进料系统的出口与旋转床热解反应器上方的进料口相连；旋转床热解反应器下方的出料口与固体焦炭收集箱的入口相连，侧上方的气体出口与气固分离系统的入口相连；气固分离系统下方的固体出口与固体焦炭收集箱的入口相连，上方的气体出口与热解气冷凝系统的入口相连；热解气冷凝系统的液相出口与液体收集箱的入口相连，气相出口分为三路，第一路与可燃气储罐的入口相连，第二路与燃烧系统的燃烧器相连，第三路与载气换热系统的载气入口相连；固体焦炭收集箱的出口与燃烧系统的燃烧器相连；燃烧系统的热烟气出口与旋转床热解反应器的换热烟道入口相连；换热烟道的出口与载气换热系统的烟气入口相连；载气换热系统的载气出口与旋转床热解反应器侧下方的气体入口相连。所述旋转床体为空心圆筒状结构，中心设有一转轴，内部填充一定量的球形载体，转轴与置于密闭外壳之外的驱动系统相连；换热烟道从密闭外壳外，于气体出口和入口之间的位置穿过，该段密闭外壳的外表面设置有若干肋片。优选的，进料系统为螺旋进料器或带式输送机。优选的，旋转床体的底面直径为0.5-5m，根据生物质的处理速率适宜地选择床体高度，，旋转床体的高与其底面直径比为0.2-5；旋转床体表面由筛网组成，且由支架固定；同时，筛网与支架均由耐腐蚀且高强度的材料制造而成，筛孔直径为1-3cm。优选的，旋转床体与密闭外壳之间的空隙为2-5cm。优选的，驱动系统的动力源为电动机。优选的，气固分离系统为旋风分离器或重力沉降室中的一种。优选的，热解气冷凝系统为喷雾冷凝系统、降膜冷凝系统或喷雾与降膜复合冷凝系统。优选的，燃烧系统为小型的室燃炉、旋风炉或沸腾炉。优选的，载气换热系统为管式换热器或板式换热器。优选的，球形载体的球径为1-10cm。根据本专利技术的另一方面，提供了一种利用上述装置实现生物质快速催化热解的方法，包括以下步骤：预处理后的生物质原料经由料斗与进料系统从旋转床热解反应器上方的进料口透过筛网进入旋转床体，由球形载体搅匀迅速升温，发生催化热解反应，反应温度为200-700℃，固相滞留时间为6-60s，气相滞留时间为0.2-3s。其中生成的大部分固体焦炭通过下方的出料口进入固体焦炭收集箱，少部分随着热解气体从气体出口进入气固分离系统；分离出的固体焦炭颗粒进入固体焦炭收集箱，而气体进入热解气冷凝系统；经过冷凝后得到的液体产物进入液体收集箱，而不可冷凝的可燃气从出口流出后分为三路，根据需要，一部分作为载气通过载气换热系统吸收热量后进入旋转床热解反应器，另一部分作为燃料进入燃烧系统，剩余部分进入可燃气储罐；收集的固体焦炭颗粒，如果其中参杂的催化剂不会对燃烧造成显著影响，则可作为燃料，通过风机气力输送进入燃烧系统；根据所采用催化剂的种类，燃烧系统可选择热解产生的焦炭、可燃气或其他外加的辅助燃料，如煤粉、石油燃料或天然气，进行燃烧产生热烟气，通过换热烟道让密闭外壳吸热升温进而使球形载体蓄热，用于热解所需；球形载体作为热载体的同时还可负载催化剂，如果针对目标产物是采用催化剂溶液喷淋物料，则球形载体仅作为惰性的热载体；经过换热烟道换热后的次热烟气流出后分为两路，一路入载气换热系统用于加热载气，另一路可在生物质原料预处理时用于干燥。优选的，上述生物质快速催化热解反应所用的催化剂的类型为金属盐类催化剂、金属氧化物类催化剂、微孔和介孔分子筛类催化剂、贵金属基催化剂、类贵金属催化剂或强酸。优选的，上述生物质快速催化热解反应所用的催化剂的引入形式为在生物质预处理时使用催化剂溶液喷淋浸渍原料或负载在球形载体上形成球形催化剂。更优选的，上述生物质快速催化热解反应所用的球形催化剂的制备方式为浸渍法、成型法或喷涂法,负载在比热容较大材料上。优选的，旋转床热解反应器中旋转床体的转动速度为0.1-10r/min，内部填充堆积体积为床体容积1/4-3/4的球形载体。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述的生物质快速催化热解装置，是为了将理论研究及实验中筛选出的催化剂用于实际的工业生产，同时避免当前主流热解装置出现的一些问题。其核心是旋转床热解反应器，预处理后的生物质颗粒进入旋转床体内，由球形热载体充分搅匀、吸热升温并在催化剂的作用下迅速发生热解，产生的热解气经快速冷凝，获得特定的生物油。其优点主要包括：(1)加热更为均匀、快速：与其他热解装置相比，能够采用直径更大的热载体，增大加热表面积的同时增大了蓄热量，使生物质的升温更为均匀、快速；(2)减轻了装置的碰撞磨损：根据(1)中所述，采用更大的热载体，提高了生物质的吸热效率，意味着与其他热解装置相比，本装置能采用更小的转速就可达到相同的吸热效果，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种生物质快速催化热解装置，包括料斗(1)、进料系统(2)、旋转床热解反应器(3)、气固分离系统(4)、热解气冷凝系统(5)、可燃气储罐(6)、液体收集箱(7)、固体焦炭收集箱(8)、燃烧系统(9)和载气换热系统(10)；其中，所述旋转床热解反应器(3)包括旋转床体(3.1)、进料口(3.2)、气体出口(3.3)、密闭外壳(3.4)、气体入口(3.5)、出料口(3.6)、换热烟道(3.7)、驱动系统(3.8)和球形载体(3.9)；料斗(1)的出口与进料系统(2)的入口相连；进料系统(2)的出口与旋转床热解反应器(3)上方的进料口(3.2)相连；旋转床热解反应器(3)下方的出料口(3.6)与固体焦炭收集箱(8)的入口相连，侧上方的气体出口(3.3)与气固分离系统(4)的入口相连；气固分离系统(4)下方的固体出口与固体焦炭收集箱(8)的入口相连，上方的气体出口与热解气冷凝系统(5)的入口相连；热解气冷凝系统(5)的液相出口与液体收集箱(7)的入口相连，气相出口分为三路：第一路与可燃气储罐(6)的入口相连，第二路与燃烧系统(9)的燃烧器相连，第三路与载气换热系统(10)的载气入口相连；固体焦炭收集箱(8)的出口与燃烧系统(9)的燃烧器相连；燃烧系统(9)的热烟气出口与旋转床热解反应器(3)的换热烟道(3.7)入口相连；换热烟道(3.7)的出口与载气换热系统(10)的烟气入口相连；载气换热系统(10)的载气出口与旋转床热解反应器(3)侧下方的气体入口(3.5)相连；其特征在于：所述旋转床体(3.1)为空心圆筒状结构，中心设有一转轴，内部填充一定量的球形载体(3.9)，转轴与置于密闭外壳(3.4)之外的驱动系统(3.8)相连；换热烟道(3.7)从密闭外壳(3.4)外，于气体出口(3.3)和入口(3.5)之间的位置穿过，且该段密闭外壳(3.4)的外表面设置有若干肋片。...
【技术特征摘要】
1.一种生物质快速催化热解装置，包括料斗(1)、进料系统(2)、旋转床热解反应器(3)、气固分离系统(4)、热解气冷凝系统(5)、可燃气储罐(6)、液体收集箱(7)、固体焦炭收集箱(8)、燃烧系统(9)和载气换热系统(10)；其中，所述旋转床热解反应器(3)包括旋转床体(3.1)、进料口(3.2)、气体出口(3.3)、密闭外壳(3.4)、气体入口(3.5)、出料口(3.6)、换热烟道(3.7)、驱动系统(3.8)和球形载体(3.9)；料斗(1)的出口与进料系统(2)的入口相连；进料系统(2)的出口与旋转床热解反应器(3)上方的进料口(3.2)相连；旋转床热解反应器(3)下方的出料口(3.6)与固体焦炭收集箱(8)的入口相连，侧上方的气体出口(3.3)与气固分离系统(4)的入口相连；气固分离系统(4)下方的固体出口与固体焦炭收集箱(8)的入口相连，上方的气体出口与热解气冷凝系统(5)的入口相连；热解气冷凝系统(5)的液相出口与液体收集箱(7)的入口相连，气相出口分为三路：第一路与可燃气储罐(6)的入口相连，第二路与燃烧系统(9)的燃烧器相连，第三路与载气换热系统(10)的载气入口相连；固体焦炭收集箱(8)的出口与燃烧系统(9)的燃烧器相连；燃烧系统(9)的热烟气出口与旋转床热解反应器(3)的换热烟道(3.7)入口相连；换热烟道(3.7)的出口与载气换热系统(10)的烟气入口相连；载气换热系统(10)的载气出口与旋转床热解反应器(3)侧下方的气体入口(3.5)相连；其特征在于：所述旋转床体(3.1)为空心圆筒状结构，中心设有一转轴，内部填充一定量的球形载体(3.9)，转轴与置于密闭外壳(3.4)之外的驱动系统(3.8)相连；换热烟道(3.7)从密闭外壳(3.4)外，于气体出口(3.3)和入口(3.5)之间的位置穿过，且该段密闭外壳(3.4)的外表面设置有若干肋片。2.根据权利要求1所述的生物质快速催化热解装置，其特征在于：所述进料系统(2)为螺旋进料器或带式输送机。3.根据权利要求1所述的生物质快速催化热解装置，其特征在于：所述旋转床体(3.1)的底面直径为0.5-5m，旋转床体(3.1)的高与其底面直径比为0.2-5。4.根据权利要求3所述的生物质快速催化热解装置，其特征在于：所述旋转床体侧面由筛网组成，且筛孔直径为1-3cm。5.根据权利要求1所述的生物质快速催化热解装置，其特征在于：所述的旋转床体(3.1)与密闭外壳(3.4)之间的空隙为2-5cm。6.根据权利要求1所述的生物质快速催化热解装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆强，谢文銮，郭浩强，张镇西，杨勇平，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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