专利名称：一种生物质快速热裂解反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物质快速热裂解反应器。
背景技术：
随着我国工业化进程加快以及环保压力的日益增大，需要科学发展替代能源，大力开发可再生能源如风能、生物质能、太阳能等。其中，生物质快速热裂解制取液体燃料是一种有效途径。生物质热裂解技术是指，在完全缺氧或有限供氧的情况下使生物质受热，并主要热裂解为液体产物生物油。目前国际上能够实现工业化的技术流派包括
加拿大Dynamotive公司的鼓泡流化床技术、加拿大Ensyn公司的循环流化床技术、荷兰BTG公司的旋转锥技术等。上述技术各有优劣，如流化床技术虽然可动部件少，系统故障率低，但是容易造成系统磨蚀，由于引入了载气用于能量传递，造成系统能耗高；旋转锥虽然可动部件少，但是对设备的制造工艺要求较高，系统放大较为困难。针对上述问题，国内也进行了相关的改进和研究。
中国专利CN1225521C和CN2578335Y分别公开了生物质快速热裂解
系统，其包括热解管或者反应管作为快速热裂解反应器。该反应器是以直线方式沿竖直方向从上至下延伸的管道。生物质和热栽体从该反应器的上部进入该反应器，并在该反应器内沿着该反应器朝着该反应器的下部行进，并在该反应器的出口端离开该反应器。在生物质和热载体在反应器内行进期间，生物质与热载体发生接触而被加热，从而发生热裂解。裂解后形成的裂解蒸气在与热载体分离后被冷却，从而得到生物质裂解油。
中国专利CN2578334Y中公开了一种"Z，，字型生物质液化反应器，该"Z，，字型反应器包括两个拐角部。在相同高度下，相比于直线型反应器，该"Z"字型反应器提供了更长的延伸长度，从而为生物质提供了时间更长且更充分的热裂解。
但是，这种"Z"字型反应器的拐角部在形状上是由相邻的两个直线部段简单弯折形成的夹角。反应器内的热载体颗粒在经过该拐角部
4时，其速度的方向将会发生急剧的突然偏转，从而会在该反应器的拐角部处与该反应器发生剧烈碰撞，这容易使反应器出现磨蚀甚至磨穿。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种无拐角的生物质快速热裂解反应器。本发明的另一目的是提供一种进一步增大延伸长度的生物质快速热裂解反应器。本发明的再一目的是提供一种用于生物质高效热裂解的生物质快速热裂解反应器。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于生物质快速热裂解的反应器，该反应器为总体上沿竖向设置的管道，并且该管道的中心轴线总体上呈非直线型，该管道接收并在其内传送参与生物质快速热裂解的物料，所述管道包括至少一个弧形部段。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于生物质快速热裂解的反应器，该反应器为总体上沿竖向设置的管道，并且该管道的中心轴线总体上呈非直线型，该管道接收并在其内传送物料，所述管道的形状
变。 A , 、， 口
根据本发明的又一方面，提供了一种用于生物质快速热裂解的反应器，该反应器为总体上沿竖向设置的管道，并且该管道的中心轴线总体上呈非直线型，该管道接收并在其内传送物料，所述管道的形状构造成使得该管道不具有使物料方向发生突变的拐角部。
本发明的反应器不带拐角部，避免了热载体颗粒与反应器发生剧烈碰撞，从而在极大程度上緩解了反应器的磨蚀甚至磨穿现象，使得反应器的工作可靠且耐用性高。并且，热载体和生物质在本发明的反应器内的流动更顺畅，不容易发生系统堵塞。另外，相比于现有技术，本发明的反应器能够为物料提供更长的接触路径，使得生物质能够进
行更充分的热裂解。而且，本发明的反应器在采用s型结构后，可以消除因系统受热产生的热膨胀，从而提高了系统的可靠性及稳定性。在本发明的反应器中，物料主要依靠重力及惯性原理运行，能耗低。
下面将参照附图来详细说明本发明，图中:图l是示出根据本发明的生物质快速热裂解反应器的示意图； 图2中的(A) ~ (I)分别示出了根据本发明的生物质快速热裂解反 应器的中心轴线的多种延伸形式的示意图。
具体实施例方式
通常，生物质快速热裂解反应系统包括生物质给料装置(在图l 中简示为生物质入口2)、热栽体给料装置(在本实施方式中简示为热 载体入口3)、快速热裂解反应器、分离装置4、激冷装置、生物油储 罐和燃烧炉，为简化视图，后面三个装置均未在附图中示出。
如图1所示，生物质快速热裂解反应器l总体上是沿竖向设置的管 道l，其具有位于该管道的上端部处的入口部段ll和位于该管道的下端 部处的出口部段12。该入口部段ll与热载体入口 3和生物质入口 2连通， 以便接收物料(包括来自热栽体入口3的热载体和来自生物质入口2的 生物质)。生物质和热栽体(如石英砂等)进入该反应器(管道)l后， 沿着该管道l从上至下行进。该出口部段12与旋风分离装置4连通，管 道l内的物料经由该出口部段12排出到旋风分离装置4内。
从图l可以看出，该管道l总体上呈非直线型，即，该管道l的至少 一部分偏离出一条竖向直线，从而使得管道l的总体长度大于管道l的 竖向高度，从而使得生物质和热载体在比该竖向高度更长的路径上进 行接触，从而为生物质提供了时间更长且更充分的热裂解。
图2(A)示意性地示出了图l中的管道l的中心轴线。参考图l和图 2(A)，该管道1可包括至少一个弧形部段13。在本发明中，利用弧形部 段13替代了现有技术中的"Z"字型反应器中的简单弯折成的夹角，这 样，当物料经过该弧形部段13时，物料的速度方向的变化是渐变的而 非突变的，从而防止物料(尤其是热载体颗粒)的速度方向发生突变 时，以^f艮大的力沖击管道l的管壁而磨蚀管壁。并且，利用弧形部段13 替代现有技术中的"Z"字型反应器中的简单弯折成的夹角时，也可以 进一步延长管道l的总体长度，从而为生物质和热栽体提供更长的路径 进行接触，以便进行时间更长且更充分的热裂解。
最好是，弧形部段13的中心轴线可以呈基本光滑的曲线型。光滑 曲线在数学上意味着该曲线的一阶导数是连续的，也就是说，该曲线 的各个点处的斜率是连续变化的。这样，当弧形部段13呈现基本光滑
6的曲线型时，这就意味着当物料经过该弧形部段13时，物料的速度 方向的变化是渐变的而非突变的。
需要注意的是，尽管在本说明书和权利要求中用术语"光滑"来 描述生物质快速热裂解反应器的形状，但是应当理解，由于制造的误 差或者公差，最终的产品形状可能并不严格遵守数学上对"光滑"的 定义，但是只要在允许的误差或者公差范围内，则均落入本发明的权 利要求的范围。因此，说明书和权利要求中的使用的术语"基本光滑，， 或"基本上光滑"意指在允许的误差或者公差范围内的"光滑"。
如图1和图2 (A)所示，该管道l可包括位于入口部段ll和出口部 段12之间的四个弧形部段13，即沿管道l的延伸方向依次相互连接的四 个孤形部段13a-13d。每个弧形部段13a-13d可基本上呈沿水平方向凹 入的C型。在一个实施例中，该C型可以大致为具有一定曲率半径的半 圆弧形。可以理解，在其它实施例中，每个圆弧部段13a-13d也可以是 其它圆弧形状，例如l/4或2/3圆弧，或者比l/4或2/3圓弧更大或更小 的圓弧形状。而且，这四个弧形部段13a-13d可以具有彼此相同或者不 同的曲率半径。进一步地，对于每个弧形部段13a-13d，其各个点处也 可以具有彼此不同的曲率半径，如上所述，只要该弧形部段13a-13d的 中心轴线呈基本光滑的曲线型即可。
为了在物料经过该弧形部段13时使得其速度方向进行緩慢的渐 变，以降低物料对管道l的管壁的冲击，该弧形部段最好具有较大的曲 率半径。在一个实施例中，每个弧形部段13a-13d的曲率半径优选至少 为O. 5m。另一方面，同样是为了使得物料的速度方向进行緩慢的渐变， 每个弧形部段13a-13d最好具有较长的长度，使得物料在经过一个弧形 部段13a-13d时，需要用较长的时间来改变其速度方向。因此，每一个 弧形部段沿竖直方向的高度至少占整个管道沿竖直方向的高度的 1/10。当管道l具有多个孤形部段13a-13d时，所有弧形部段的总长度 至少占整个管道长度的1/3、 1/2、 2/3、 3/4或4/5。对于一定高度的管 道1来说，这样就进一步增长了管道l的延伸长度，以便进行时间更长 且更充分的热裂解。
任意两个相邻的弧形部段可以沿相反的方向的凹入。如图1和图2 (A)所示，弧形部段13a沿水平向左的方向凹入，弧形部段13b沿水平 向右的方向凹入，《瓜形部段13c沿水平向左的方向凹入，弧形部段13d沿水平向右的方向凹入。这样，相邻的两个弧形部段可以构成一个"s，， 形。总体上，该管道l为蛇形弯曲的形状。
很容易理解，管道l也可以包括其它数量以及以其它方式延伸的弧
形部段，如图2(A)-(I)所示。
任意两个相邻的弧形部段之间也是基本光滑过渡的。例如，尽管 附图中明显示出，但是可以理解，相邻两个弧形部段中一个弧形部段 可以直接或者经由直线过渡部段基本光滑地过渡至另一弧形部段。当 用直线过渡部段充当两个相邻弧形部段的过渡时，该直线过渡部段最 好是斜向下延伸的，以便物料依靠其重力行进通过该直线过渡部段。 当该直线过渡部段是基本水平延伸时，其长度最好比较短，以便物料 可以依靠其惯性通过该该直线过渡部段。
进一步，入口部段ll和出口部段12与弧形部段13之间的过渡也可 以是光滑的。如图1所示，入口部段ll经由曲线过渡部段ll，基本光滑地 过渡至弧形部段13a，而弧形部段13d直接基本光滑地过渡至出口部段 12。在图2(C)、 (D)和(I)中可以看出，出口部段经由一个曲线过渡部 段基本光滑地过渡至弧形部段。这样，可以将整个管道l构造成沿其中 心轴线处处基本光滑。
入口部段ll和出口部段12的中心轴线可以呈直线型，并且可以分 别沿水平方向或竖直方向延伸，如图2所示。依据入口部段ll和出口部 段12的不同延伸方式，可以分别以相应的方式连接至热栽体入口 3和生 物质入口2以及旋风分离装置4。
尽管在图1和图2中示出了管道l的中心轴线在一个平面内延伸，但 是很容易理解，该管道l的中心轴线也可以在三维空间内延伸，而且本 发明的各个特征也可以应用于在三维空间内延伸的管道l。
图1和图2中示出的管道1是一体成形的。但是也可以理解，为了成 形的方便，该管道l也可以由多个部分组装而成。例如入口部段ll、曲 线过渡部段ll，、各个孤形部段13a-13d以及出口部段12可以分别独立 制造，并在使用时将它们密封组装在一起。这样的优点是可以方便地 制造并组装该管道l，并且可以根据需要选择不同数量的弧形部段，以 获得所需长度的热裂解反应路径。
利用本发明，可以将作为反应器的管道l的形状构造成使得该管道 l不具有如现有技术中的"Z，，字型反应器中那样的使物料方向发生突变的拐角部。进一步，利用本发明，该管道l的形状可以构造成使得物 料在其内沿基本光滑的路径传送而不会发生方向的突变。
尽管参考了示例性实施方式描述了本发明，本领域的技术人员知 道，可以不超出本发明范围得到多种改变和等同替换。本发明并不限 于作为实施本发明的最佳模式而公开的特定实施方式，相反本发明包 括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。
权利要求
1、一种用于生物质快速热裂解的反应器，该反应器为总体上沿竖向设置的管道，并且该管道的中心轴线总体上呈非直线型，该管道接收并在其内传送参与生物质快速热裂解的物料，其特征在于，所述管道包括至少一个弧形部段。
2、 根据权利要求l所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述至少一个弧形部段包括沿着管道的延伸方向依次相互连接的多个弧形部段。
3、 根据权利要求1或2所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，每个弧形部段基本上呈沿水平方向凹入的C型。
4、 根据权利要求3所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述C型为基本上半圆弧形。
5、 根据权利要求4所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述多个弧形部段中任意两个弧形部段的半圓弧形具有相同或不同的曲率半径。
6、 根据权利要求5所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，每个弧形部段的曲率半径至少为O. 5m。
7、 根据权利要求2所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述多个孤形部段中的相邻两个弧形部段沿相反的方向的凹入。
8、 根据权利要求2所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述多个弧形部段构成至少一个"S"形。
9、 根据权利要求2所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述管道构造成为蛇形弯曲管道。
10、 根据权利要求2所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述多个弧形部段中相邻的两个弧形部段之间基本光滑过渡。
11、 根据权利要求1或2所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述至少一个弧形部段的总长度至少占整个管道长度的1/3、 1/2、 2/3、 3/4或4/5。
12、 根据权利要求1或2所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，每一个弧形部段沿竖直方向的高度至少占整个管道沿竖直方向的高度的1/10。
13、 根据权利要求1或2所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述管道还包括位于所述管道一个端部处的入口部段，所述入口部段用于接收物料；和位于所述管道另一端部处的出口部段，所述物料经由所述出口部段排出所述管道；其中，所述至少一个弧形部段位于所述入口部段与所述出口部段之间。
14、 根据权利要求13所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述入口部段和/或所述出口部段基本光滑地过渡至与之相邻的弧形部段。
15、 根据权利要求1或2所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述至少一个弧形部段中每个弧形部段的中心轴线呈基本光滑的曲线型。
16、 根据权利要求16所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，整个所述管道的中心轴线处处基本光滑。
17、 根据权利要求16所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述管道的中心轴线在三维空间内延伸。
18、 根据权利要求1或2所述的用于生物质快速热裂解的反应器，其特征在于，所述至少一个弧形部段构造成使得所述物料在经过该至少一个弧形部段时，所述物料的速度方向的变化是緩慢渐变的。
19、 一种用于生物质快速热裂解的反应器，该反应器为总体上沿竖向设置的管道，并且该管道的中心轴线总体上呈非直线型，该管道接收并在其内传送物料，其特征在于，所述管道的形状构造成使得物料在其内沿基本光滑的路径传送而不会发生方向的突变。
20、 一种用于生物质快速热裂解的反应器，该反应器为总体上沿竖向设置的管道，并且该管道的中心轴线总体上呈非直线型，该管道接收并在其内传送物料，其特征在于，所述管道的形状构造成使得该管道不具有使物料方向发生突变的拐角部。
全文摘要
本发明公开了一种用于生物质快速热裂解的反应器，该反应器为总体上沿竖向设置的管道，并且该管道的中心轴线总体上呈非直线型，该管道接收并在其内传送参与生物质快速热裂解的物料，该管道包括至少一个弧形部段。该管道的形状构造成使得物料在其内沿基本光滑的路径传送而不会发生方向的突变。该管道的形状构造成使得该管道不具有使物料方向发生突变的拐角部。本发明的反应器工作可靠且耐用性高，使得生物质能够进行更充分的热裂解。
文档编号C10B53/02GK101463258SQ200910076160
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月9日 优先权日2009年1月9日
发明者吴树志, 崔一尘, 明 张, 李永旺, 马志刚 申请人:北京博奇电力科技有限公司