专利名称：一种熔盐快速热裂解生物质的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种以农林弃物为生物质原料的，熔盐快速热裂解生物质的装置。
背景技术：
能源危机、环境污染等问题日益严重，寻找清洁的可再生能源迫在眉睫。在水能、风能、太阳能、生物质能和海洋能等一系列可再生能源中，生物质能具有低染、可再生、CO2接近零排放、资源丰富、分布广泛等特点，日益受到全世界的关注。我国的生物质资源丰富，农林废料占据比重很大，仅农作物秸杆年产量就达到7亿吨，但秸杆资源的利用率比较低，约7%，多数秸杆就地焚烧，既造成了大气污染又浪费了资源。生物质能的开发利用对改善能源结构，缓解原油进口依赖程度，增加农民收入，促进三农建设等具有重要战略意义。生物质能的开发利用主要有生物转化和热化学转化两种技术途径，而热化学转化途径是生物质能利用的核心技术。其中热裂解能将生物质转化成气体、固体和液体产物，获得了能量密度高的生物燃料或者难以人工合成的化学品，得到了世界各国的广泛关注，成为研究焦点。要达到快速热裂解的目的，热载体的选择至关重要。现在所采用的工艺中多为石英沙，或者惰性气体。而熔盐具有以下特点:在接近1000°c的高温下化学性能比较稳定；导热系数高、粘度低、挥发性低以及适宜的熔点温度等物理特性；具有溶解生物质进入液相的能力，致使传热和传质非常均匀和迅速；具有均相催化或化学反应以控制产物化学组成的肯能性。因此，可以用于生物质快速热裂解的工艺过程中。针对原有热裂解技术中热载体的功能单一，热含量相对较小等问题，开发出以农村废弃物为生物质原料，以熔盐为热载体、催化剂和分散介质的工艺和装置，以提高生物质的利用效率，最大化地获得目标产物。
发明内容`本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种热含量相对较高，高利用率的熔盐快速热裂解生物质的装置。本实用新型解决其技术问题采用的技术方案:这种熔盐快速热裂解生物质的装置，主要包括裂解气储罐、裂解气过水槽、列管式冷凝器、电动机、生物质料仓、撞击混合锥台裂解反应器、液体产物收集器、熔融盐储槽、旋液分离器、固体产物收集器和RY型熔盐泵，RY型熔盐泵的出口管与旋液分离器的入口管连接，旋液分离器的上出口管与固体产物收集器连接，旋液分离器的下出口与撞击混合锥台裂解反应器连接，撞击混合锥台裂解反应器与生物质料仓连接，撞击混合锥台裂解反应器的出口与列管式冷凝器和熔融盐储槽连接，列管式冷凝器的出口与液体产物收集器连接，液体产物收集器的出口分别与裂解气储罐和裂解气过水槽连接，撞击混合锥台裂解反应器的上部连接有电动机。所述RY型熔盐泵的出口管位于熔盐收集器内，熔盐收集器内设有K型热电偶，熔盐收集器的外壁设有外置式缠绕式的电加热装置，电加热装置的加热丝为耐高温的镍铬丝，并且外部为耐高温的保温材料。所述撞击混合锥台裂解反应器的内部设置锥形台，锥形台的上部设置限流圈和挡边，锥形台的斜面成15° -75。角。本实用新型有益的效果是:本实用新型克服了生产过程中热能利用率低，成本高的缺点，提高了生物质燃料的产率，实现了连续进料，改善了生物质的使用性能。
图1是本实用新型的结构组成示意图；图2是本实用新型的锥形台横切面示意图。附图标记说明:裂解气储罐1，阀门2，压力表3，裂解气过水槽4，列管式冷凝器5，电动机6，螺旋进料器7，生物质料仓8，撞击混合锥台裂解反应器9，液体产物收集器10，熔融盐储槽11，旋液分离器12，固体产物收集器13，RY型熔盐泵14，K型热电偶15，熔盐收集器16，电加热装置17，挡边18，限流圈19，斜面20。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明:如图所示，这种熔盐快速热裂解生物质的装置，主要包括裂解气储罐1、裂解气过水槽4、列管式冷凝器5、电动机6、生物质料仓8、撞击混合锥台裂解反应器9、液体产物收集器10、熔融盐储槽11、旋液分离器12、固体产物收集器13和RY型熔盐泵14，RY型熔盐泵14的作为熔融盐的输送 机械，RY型熔盐泵14的出口管与旋液分离器12的入口管连接，旋液分离器12的上出口管与固体产物收集器13连接，旋液分离器12的下出口与撞击混合锥台裂解反应器9连接，撞击混合锥台裂解反应器9与生物质料仓8连接，撞击混合锥台裂解反应器9使熔融盐以一定流速与生物质颗粒进行并流接触和混合，撞击混合锥台裂解反应器(9)的出口与列管式冷凝器5和熔融盐储槽11连接，列管式冷凝器5的出口与液体产物收集器10连接，液体产物收集器10的出口分别与裂解气储罐I和裂解气过水槽4连接，撞击混合锥台裂解反应器9的上部连接有电动机6。RY型熔盐泵14的出口管位于熔盐收集器16内，熔盐收集器16内设有K型热电偶15，熔盐收集器16的外壁设有外置式缠绕式的电加热装置17，电加热装置17的加热丝为耐高温的镍铬丝，并且外部为耐高温的保温材料进行保温。电动机6连接有螺旋进料器7，作为生物质原料的输送进料装置，螺旋进料器7位于生物质料仓8内，螺旋进料器7的出口伸入撞击混合锥台裂解反应器9内，螺旋进料器7的外侧直径大于螺旋进料器管外径的套管，熔融盐在套管间与生物质间壁并流，在生物质出口管下端撞击混合。撞击混合锥台裂解反应器9的内部设置锥形台，锥形台的上部设置限流圈19和挡边18，保证熔融盐能够沿着锥形台斜面20流下而不会飞溅，锥形台的斜面20成15° -75。角，熔融盐和生物质颗粒在锥形台斜面上流动，形成一层熔融盐薄膜(< 10mm)，缩短了裂解产物在熔盐层的停留时间，迅速从熔融盐中逸出。裂解气储罐I的下部设有阀门2，裂解气过水槽4上设有压力表3。这种熔盐快速热裂解生物质的工艺，包括以下步骤:(I)称取熔融盐放入熔融盐储槽11，称取生物质原料放入生物质料仓8，向系统内通入氮气或抽真空，得以形成惰性无氧氛围；[0018](2)开启RY型熔盐泵14和列管式冷凝器5的冷却水开关；(3)对各段管路进行加热，保证熔融盐在熔融盐储槽11内全部熔融，开启RY型熔盐泵14，熔融盐通过RY型熔盐泵14输送，经过旋液分离器12，进入撞击混合锥台裂解反应器9，开启螺旋进料器7的电动机6，生物质颗粒进入撞击混合锥台裂解反应器9后与熔融盐并流接触，进行热裂解反应；(4)生成的挥发分进入列管式冷凝器5，可冷凝的气体挥发后冷凝得到生物油，进入液体产物收集器10，不可冷凝气经过取样分析后，进入裂解气储罐I储存，或者经过裂解气过水槽4净化处理；(5)固体产物颗粒随着RY型熔盐泵14的输送在旋液分离器12处进行分离，进入固体产物收集器13，熔融盐继续进入撞击混合锥台裂解反应器9 ;(6)当 所加入的生物质原料完全进入撞击混合锥台裂解反应器9后，关闭螺旋进料器7的电动机6，RY型熔盐泵14继续开启，保持熔融盐的循环和流动，直至没有热裂解气产生，关闭氮气或者抽真空；(7)反应完成后，关闭RY型熔盐泵14，让熔融盐集中于熔融盐储槽11内，关闭所有的加热开关，等待所有的测温点温度接近室温时，关闭冷却水。热裂解反应温度为:200°C 1000°C，热裂解反应的过程中，每隔3 5min记录各个控温点的温度和测压点的压力，从裂解气管路中取气体产物样品分析组成。列管式冷凝器(5)的工作温度为室温，可冷凝的气体为热裂解蒸汽，不可冷凝气为裂解气。整个工艺中的熔融盐能循环使用。熔融盐为碱金属、碱金属的氯化盐、硅酸盐、硝酸盐、磷酸盐或多种上述组成的共熔混合物，采用熔融盐作为热载体、催化剂和分散介质。本实用新型所采用的热载体是熔融盐。因为熔融盐其自身具有比较高的比热容和导热系数。与石英砂、气体的比热容和导热系数的比较如表I所示。表I熔融盐、石英砂、空气以及生物质的比热容和导热系数数据
物质比热容(kj.kg-1.K—1)导热系数(ff.π 1.JT1)
KN0:353%+NaN040%+NaN037%NaNO3
熔融盐
__1.34 (673K)__0.605 (695K)_
石英砂__0.837__0.224 (293K)_
空气__1.068 (IOlkPa, 673K)__0.0521 (IQlkPa, 673K)
生物质__纤维素，1.22 (298K)__纤维素，0.205 (298K)当生物质在呈现液态的熔盐中分散时，颗粒被熔融盐包围，由于固体颗粒与熔盐离子之间的接触面积和传热系数大，热阻小，熔盐迅速将生物质颗粒温度加热至热裂解温度。熔融盐中的部分金属例子可以催化热裂解过程。熔盐中残留的固体如焦炭和灰分可以进一步分离和处理。[0029]由于生物质颗粒的表面粗糙且形状不规则，颗粒之间以及与其他物体表面之间的粘着性较大，导致生物质颗粒的流动性差，因此采用垂直螺旋进料器为生物质原料的进料
>J-U ρ α装直。本实用新型的熔盐泵槽采用采用外置式缠绕式电加热。分为两组，一组是功率为12kW的常开式，另一组事功率为ISkW的控制式。测温热电偶均为 1000°C的K型热电偶15。采用对熔盐流经管路进行分段加热和控温的方式，保证了系统的熔盐体系呈现液态，实施例1参照图1和图2 —种利用农作物秸杆联产生物油和生物炭的工艺和装置，选取熔盐组成为ZnCl2/KCl (摩尔比为7/6)的熔盐体系，质量为160kg ;采用的生物质原料为水稻秸杆，质量为4kg，粒径为100目；热裂解温度为450°C;管路控制温度为450°C;抽真空。获得的热裂解结果如下:(I)液相产率产率为25wt.%，采用元素分析仪对液相产物进行元素分析，其元素组成为:C 元素 2.47%, H 元素 7.904%, N 元素 0.99%, S 元素 0.012%, O 元素 88.624%。(2)液相产物采用美国 Agilent 公司(Santa Clara, CA)的 GC7890A/MS5975C，色谱柱为 Agilentl9091S-433 ；325°C ；30mX 250 μ mX0.25 μ m。分析条件为:GC 载气为 He ;流量:1.0mL/min ;进样量:0.2μ L ;气化池温度(Inlet):300°C ;柱温:初温 50。。，以 5°C /min升至180°C，再以15°C /min升至260°C，并保留3min ;分流比:50:1。MS接口温度(Aux):2800C ;电子轰击电离源(EI):70ev ;四级杆(MS Quard): 150°C ;质量扫描范围50 550 ；溶剂延迟时间为2.5min。液相产物的GC/MS分析结果为:酮类22.15%，酚类41.98%，醛类24.61%,醇类 2.45%,酯类 6.37%,酸类 1.30%,烃类 1.14%。(3)气体产物采用浙江台州福立分析仪器有限公司的GC9790SD系列高性能气相色谱仪进行分析。色谱柱为TD-X01，载气为高纯氮气，分析条件为:柱温设定为40°C，检测器温度为100°C，进样器温度为100°C。裂解过程中气相产物组成分布为:H23.73% 17.16%, C02.37% 5.02%, CH42.58% 8.17%, C0275.09% 87.27%。(4)固体产物的元素组成为:C元素54.37%，H元素5.57%，N元素7.51%，S元素1.10%，O 元素 31.45%O实施例2选取熔盐组成为ZnCl2/KCl (摩尔比为7/6)的熔盐体系，质量为166kg ;采用的生物质原料为水稻稻杆，质量为5kg,粒径为100目；热裂解温度为450°C ;管路控制温度为4500C ;抽真空。获得的热裂解结果如下:(I)液相产率产率为30wt.%，采用元素分析仪对液相产物进行元素分析，其元素组成为:c元素1.92%, H元素4.46%, N元素0.73%, S元素0.045%, O元素92.85%。(2)液相产物的GC/MS分析结果为:酚类56.70%,醛类30.29%，醇类1.20%,酯类9.39%,酸类 2.40%ο(3)裂解过程 中气相产物组成分布为:H21.81% 28.16%，C04.12% 14.67%，CH43.38% 8.70%, C0262.99% 87.14%。(4)固体产物的元素组成为:C为20.98%，H为1.941%，N为1.96%, S为1.776%, O为 73.343%ο除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方 案，均落在本实用新型要求的保护范围。
权利要求1.一种熔盐快速热裂解生物质的装置，主要包括裂解气储罐(I)、裂解气过水槽(4)、列管式冷凝器(5)、电动机(6)、生物质料仓(8)、撞击混合锥台裂解反应器(9)、液体产物收集器(10)、熔融盐储槽(11)、旋液分离器(12)、固体产物收集器(13)和RY型熔盐泵(14)，其特征是:RY型熔盐泵(14)的出口管与旋液分离器(12)的入口管连接，旋液分离器(12)的上出口管与固体产物收集器(13 )连接，旋液分离器(12 )的下出口与撞击混合锥台裂解反应器(9)连接，撞击混合锥台裂解反应器(9)与生物质料仓(8)连接，撞击混合锥台裂解反应器(9)的出口与列管式冷凝器(5)和熔融盐储槽(11)连接，列管式冷凝器(5)的出口与液体产物收集器(10 )连接，液体产物收集器(10 )的出口分别与裂解气储罐(I)和裂解气过水槽(4)连接，撞击混合锥台裂解反应器(9)的上部连接有电动机(6)。
2.根据权利要求1所述的熔盐快速热裂解生物质的装置，其特征是:所述RY型熔盐泵(14)的出口管位于熔盐收集器(16)内。
3.根据权利要求2所述的熔盐快速热裂解生物质的装置，其特征是:所述熔盐收集器(16)内设有K型热电偶(15)。
4.根据权利要求2所述的熔盐快速热裂解生物质的装置，其特征是:所述熔盐收集器(16)的外壁设有外置式缠绕式的电加热装置(17)。
5.根据权利要求4所述的熔盐快速热裂解生物质的装置，其特征是:所述电加热装置(17)的加热丝为耐高温的镍铬丝，并且外部为耐高温的保温材料。
6.根据权利要求1所述的熔盐快速热裂解生物质的装置，其特征是:所述电动机(6)连接有螺旋进料器(7)，螺旋进料器(7)位于生物质料仓(8)内，螺旋进料器(7)的出口伸入撞击混合锥台裂解反 应器(9)内。
7.根据权利要求6所述的熔盐快速热裂解生物质的装置，其特征是:所述螺旋进料器(7)的外侧直径大于螺旋进料器管外径的套管。
8.根据权利要求1所述的熔盐快速热裂解生物质的装置，其特征是:所述撞击混合锥台裂解反应器(9)的内部设置锥形台，锥形台的上部设置限流圈(19)和挡边(18)，锥形台的斜面(20)成15° -75。角。
9.根据权利要求1所述的熔盐快速热裂解生物质的装置，其特征是:所述裂解气储罐(I)的下部设有阀门(2)。
10.根据权利要求1所述的熔盐快速热裂解生物质的装置，其特征是:所述裂解气过水槽(4)上设有压力表(3)。
专利摘要本实用新型涉及一种熔盐快速热裂解生物质的装置，RY型熔盐泵的出口管与旋液分离器的入口管连接，旋液分离器的上出口管与固体产物收集器连接，旋液分离器的下出口与撞击混合锥台裂解反应器连接，撞击混合锥台裂解反应器与生物质料仓连接，撞击混合锥台裂解反应器的出口与列管式冷凝器和熔融盐储槽连接，列管式冷凝器的出口与液体产物收集器连接，液体产物收集器的出口分别与裂解气储罐和裂解气过水槽连接，撞击混合锥台裂解反应器的上部连接有电动机。本实用新型有益的效果是本实用新型克服了生产过程中热能利用率低，成本高的缺点，提高了生物质燃料的产率，实现了连续进料，改善了生物质的使用性能。
文档编号C10J3/57GK203144354SQ20132011138
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年3月11日
发明者计建炳, 姬登祥, 于凤文, 艾宁, 高明辉, 盛佳峰, 姜洪涛 申请人:浙江工业大学