一种生物质热解制备高密度碳的系统的制作方法

本发明涉及可再生资源能源化高效利用领域，具体为一种生物质热解制备高密度碳的系统。

背景技术：

煤、石油、天然气至今仍是人类能源消费的主要构成，人类对它们的大量不合理利用使这三大资源濒临枯竭的同时带来严重的环境污染。因此，可再生能源的开发利用技术迫在眉睫。生物质能能源当量是位于石油、煤、天然气之后的第四大能源，在未来多种能源并存的能源体系中极有可能成为主要能源之一，对其研究开发利用具有重要意义。生物质热解是高效利用生物质能源的重要技术，可得到固体碳、热解油以及可燃气，不同的工艺条件下三者的生成比例不同。

传统的生物质热解方法为先将木屑、秸秆等生物质破碎，然后进行压制得到生物质成型燃料，最后将制得的成型燃料进行热解以获得固体碳、热解油以及可燃气。然而，对生物质的破碎、压制能耗较大；热解温度一般为450～600℃，生成的固体碳中可裂解成分较多，密度不高，o/c比偏高，不利于需要获得高质量、高密度的固体碳的工艺。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题，为了通过生物质热解技术获得高质量、高密度的固体碳，且降低生物质热解过程的能耗，本发明提供一种生物质热解制备高密度碳的系统。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种生物质热解制备高密度碳的系统，其特征在于，包括：燃烧炉、氮气供应系统、换热器、油气分离器，以及依次衔接的低温热解室、破碎机、压制机、高温热解室，其中：低温热解室、高温热解室均与油气分离器、燃烧炉、氮气供应系统的冷线和热线相连，冷线直接连接氮气供应系统，冷线中流通的是常温氮气，热线还与换热器的放热端连接，通过换热器连接氮气供应系统，换热器8的吸热端与燃烧炉的烟气管连接，流过换热器放热端的热线中的氮气与流过换热器吸热端的冷线中的高温烟气发生热交换，氮气吸热温度升高后进入低温热解室和/或高温热解室。所述低温热解室、高温热解室与冷线和热线连接的每个出入口端均设有阀门。

作为上述方案的进一步改进：

所述原料的移动路径为低温热解室、破碎机、压制机、高温热解室，移动方式为人工搬运结合车间搬运车搬运。

低温热解室两端分别设有供常温氮气流入的低温冷线入口和流出的低温冷线出口，还分别设有供高温氮气流入的低温热线入口和流出的低温热线出口。

高温热解室两端分别设有供常温氮气流入的高温冷线入口和流出的高温冷线出口，还分别设有供高温氮气流入的高温热线入口和流出的高温热线出口。

所述油气分离器还与压制机衔接，油气分离器处理的热解油进入压制机作为粘合剂。

所述油气分离器的气体出口与燃烧炉连接，油气分离器获得气体进入燃烧炉作为燃料。

所述燃烧炉设有与其连接的储备燃料供应装置，利用天然气或燃油作为储备燃料。

所述阀门安装在相应管道上，可无极调节相应管道的截面从完全关闭到完全打开，通过调节阀门的开度控制管道通道的大小，从而控制低温热解室和高温热解室的温度。

低温热解室和高温热解室上分别连通有测温元件。

利用液压装置对低温热解室和高温热解室的原料进出口进行关闭密封。

所用的生物质原料可为农业生物质如农作物秸秆、果壳等，或林业生物质如树木的枝、根、叶等林业废弃物或木制品废弃物等。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的产品质量高，为性能稳定、热值高的高密度碳；节省能源消耗，所用主要燃料为原料本身热解生成的热解油或热解气；氮气携带热量循环，节能且使工艺流程更紧凑；采用液压装置进行密封热解室，密封效果更好，保证产品热解质量同时减少热损失；两步热解制备法能实现大规模生产。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

附图标记：

1、低温热解室，11、低温冷线入口，12、低温冷线出口，13、低温热线入口，14、低温热线出口，2、高温热解室，21、高温冷线入口，22、高温冷线出口，23、高温热线入口，24高温热线出口，3、油气分离器，4、破碎机，5、压制机，6、燃烧炉，7、氮气供应系统，8、换热器，9、阀门，10、测温元件，71、冷线，72、热线，61、储备燃料供应装置

具体实施方式

下面结合实施例对本发明提供的生物质热解制备高密度碳作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

一种生物质热解制备高密度碳的系统，如图1所示，包括燃烧炉6、氮气供应系统7、换热器8、油气分离器3，以及依次衔接的低温热解室1、破碎机4、压制机5、高温热解室2。原料移动路径为从低温热解室1进入破碎机4，再进入压制机5，最后进入高温热解室2。

低温热解室1、高温热解室2均与油气分离器3、燃烧炉6、氮气供应系统7的冷线71和热线72相连。低温热解室1和高温热解室2中生成的油气混合物部分进入油气分离器3，剩余部分进入燃烧炉6。进入油气分离器3的油气混合物被分离为气体和液体两部分，气体为热解气和氮气的混合物，液体为热解油，热解油送入压制机5作为粘合剂，气体送入燃烧炉6作为燃料。氮气进入低温热解室1和高温热解室2均有两条路径，分别为冷线71和热线72，冷线71直接连接氮气供应系统7，热线72通过换热器8的放热端连接氮气供应系统7，即冷线71中流通的为常温氮气，热线72中流通的为吸热后的高温氮气。

换热器8的吸热端与燃烧炉6的烟气管连接，所述低温热解室1和高温热解室2与氮气连接的每个出入口端均设有阀门9。

本生物质热解制备高密度碳的系统工作过程如下：将自然干燥后去除外水分的生物质原料送入低温热解室1，开启氮气供应系统7，与低温热解室1连接的阀门中只开启冷线71上低温冷线入口11和低温冷线出口12上的阀门9，此时，氮气从氮气供应系统7经过冷线71从冷线入口11进入低温热解室1，再从低温冷线出口12排出低温热解室1，如此将低温热解室1的空气吹扫出去，然后关闭低温热解室1两端冷线71上低温冷线入口11和低温冷线出口12上的阀门9。

开启燃烧炉6，燃烧炉6内的燃烧气体产物流经换热器8的吸热端后排向外界，高温的燃烧气体产物的热量传给换热器8，被流经换热器8放热端的热线72中的氮气吸收，开启低温热解室1两端的热线72上低温热线入口13和低温热线出口14上的阀门9，吸热后的高温氮气从低温热线入口13流入低温热解室1，再携带者热解反应生成的油气混合物流出低温热解室1。调节低温热解室1两端热线72上的低温热线入口13和低温热线出口14上的阀门9，使测温元件测得的低温热解室1的温度达到并保持在400℃至600℃数小时，此时，低温热解室1中的生物质原料在氮气氛围中发生热解，得到热解碳和油气混合物，此过程生成的热解碳实质是半焦碳，进一步加热下的可裂解成分仍较多，其稳定性不强，密度不大。生成的油气混合物一部分进入油气分离器3，剩余部分进入燃烧炉6作为燃料。关闭低温热解室1两端热线72上的低温热线入口13和低温热线出口14上的阀门，开启低温热解室1两端冷线71上低温冷线入口11和低温冷线出口12上的阀门9，使常温的氮气进入低温热解室1冷却半焦碳，不能放入空气直接冷却的原因是高温的半焦碳与空气接触会发生化学反应。

冷却后的半焦碳送入破碎机4，此半焦的成分主要为固定碳，机械强度低，较生物质原料而言，更易破碎，破碎消耗的能量少。将半焦碳进行破碎主要是为了后续最终产品的重塑和热解。将破碎的半焦碳粉送入压制机5，加入油气分离器3得到的热解油进行粘合压制，得到成型的碳棒。使用热解油做粘合剂可以使碳粉较易粘合，压制成型后不易发生松散的情形，同时热解油为原料本身热解产物，不需利用额外的材料，降低了粘合成本。

将得到的成型碳棒送入高温热解室2，与高温热解室2连接的阀门中只开启其两端冷线71上高温冷线入口21和高温冷线出口22的阀门9，此时，氮气从氮气供应系统7经过冷线71从高温冷线入口21进入高温热解室2，再从高温冷线出口22排出高温热解室2，如此将高温热解室2的空气吹扫出去，然后关闭高温热解室2两端冷线71上高温冷线入口21和高温冷线出口22的阀门9。开启高温热解室2两端的热线72上高温热线入口23和高温热线出口24的阀门9，吸热后的高温氮气从高温热线入口23进入高温热解室2，携带者热解反应生成的油气混合物从高温热线出口24流出。调节高温热解室2两端热线72上的阀门，使测温元件10测得的高温热解室2的温度达到并保持在1000℃至1200℃数小时，此时，高温热解室2中的碳棒在氮气氛围中进一步发生热解，得到高温高密度碳和油气混合物。生成的油气混合物一部分进入油气分离器3，剩余部分进入燃烧炉6作为燃料。关闭高温热解室2两端热线72上高温热线入口23和高温热线出口24的阀门9，开启高温热解室2两端冷线71上高温冷线入口21和高温冷线出口22的阀门9，使常温的氮气进入高温热解室2冷却高温高密度碳。

低温热解室1和高温热解室2得到的油气混合物进行了循环利用，油气分离器3分离得到的热解油一部分送往压制机5作为粘合剂制作碳棒，另一部分送往燃烧炉6作为加热燃料，热解气全部作为燃料送往燃烧炉6。因此，本工艺本身产物可作为燃料，只需利用天然气或燃油作为补充燃料。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。