反向同心旋转式热解反应装置的制作方法

本发明涉及再生能源利用技术领域，具体涉及一种反向同心旋转式热解反应装置。

背景技术：

生物质热解液化技术是一种非常有前景的热化学转化技术，可将松散型农林废弃物转化为高能量密度生物油，为后续集中精炼提质和高值化转化制备生物基液体燃料和化学品提供基础，从而与现有的相关应用无缝接轨。就生物质裂解液化技术而言，生物质裂解制取生物油系统形式多样，但是主流设备必须具备如下特点：(1)生产稳定、成本低廉、能够长时间稳定运转；(2)生物油成分稳定，能够保障下游处理系统稳定工艺；(3)生物油成分可以调整，以适应不同用户的需要。上述基本要求正是未来生物质裂解液化技术发展的基石，可以保障生物质裂解液化技术作为集中生物质资源的手段，是分散液化、集中处理、实现产业化大规模利用生物质能的一条路线的起点。

目前，国内外已相继开发了多种不同类型的生物质热解液化系统，并且建立了示范装置，例如加拿大ensyn和dynamotive公司分别建立了日处理量为75吨和200吨的流化床热解示范工厂。荷兰btg公司建立了处理能力为2吨/小时的旋转锥热解装置；德国pytec公司目前正建立一台处理量为2吨/小时的烧蚀反应器。国内中国科学技术大学研发的流化床热解液化系统由易能公司进行产业化运行，共建设了2套万吨级/年产能的装置；山东理工大学建成了300千克/小时加工能力的下降管热解液化中试装置。

上述热解系统所需能量大都通过煤、生物质等燃烧以及直接利用电能来获得，大大增加了生物燃油的生产成本，同时造成了新的污染。燃煤电站锅炉和炼铁炼钢高炉所产生的高温废烟气余热，恰好能满足生物质热裂解液化所需热量要求，为生物燃油的生产提供“免费”能源，有效解决生物质能源生产过程中耗能过大、生产成本高等难题。

现有技术中的热解反应器主要以流化床为主，对物料的种类和粒度要求较高，适应性差，并且需要通入载气。载气用来搅动生物质物料，加快热解反应，通入的载气流入后续冷凝液化工序，增加了冷却负荷，降低了生物油收集效率。山东理工大学研制的下降管反应器不需要载气，但为了保证足够的反应时间，反应管必须有足够的长度，造成结构尺寸偏大；由于反应时间由反应管的长度及角度决定，反应时间难以调整。

另外，热解反应器的内壁会有生物质原料或炭灰附着，影响传热传质效果，需要定期对热解反应器的内壁进行清理，为设备维护增加难度及生产成本。

上述生物质热解液化过程中存在的缺陷，在很大程度上影响了生物质热解液化制油成本，制约了现有技术的工业化应用。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种结构简单耐用，环保节能、热效率高的新型反向同心旋转式热解反应装置。

本发明采用如下技术方案：

一种反向同心旋转式热解反应装置，包括反向同心旋转式热解反应器，反向同心旋转式热解反应器包括壳体，壳体内设置锥形的反应筒，锥形结构为上端直径大于下端直径的结构。反应筒上部及底部均设置开口，反应筒内同心设置螺旋绞龙，螺旋绞龙从上至下螺距逐渐减小，反应筒和螺旋绞龙分别连接电机，电机带动旋转，反应筒与螺旋绞龙旋转方向相反，螺旋绞龙转速大于反应筒转速。

所述壳体与反应筒之间设有多层烟气折流板，上部开口的折流板与下部开口的折流板依次交替设置，折流板之间形成一条曲折的烟气通道，增加烟气在壳体内的停留时间。壳体下部设有烟气进口，壳体上部设有烟气出口，烟气在折流板组成的空腔内流通，为反应筒内的热解反应提供热量，其中烟气来源于燃煤电站锅炉和炼铁炼钢高炉所产生的高温废烟气。

所述反应筒上部开口连接生物质喂料器及载体储仓，生物质物料及载体按一定比例混合进入反应筒内。反应筒底部开口连接固体分离器，固体分离器将热解蒸汽与固体分离，固体包括载体、炭灰。

所述固体分离器底部设有载体螺旋输送器以及载体出口，将循环热载体及炭灰送出。载体出口与提升管燃烧器连接，提升管燃烧器连接载体储仓，载体储仓通过流量控制阀连接反应筒上部开口。热载体、炭灰的可燃成分在提升管燃烧器内充分燃烧，同时加热载体，加热后的载体送回载体储仓，载体储仓通过流量控制阀连接反应筒上部进口，载体重新进入反应筒内循环使用。

所述固体分离器的热解蒸汽出口连接液化冷却装置，液化冷却装置将热解蒸汽进行冷凝液化，得到生物质油。

所述反向同心旋转式热解反应装置包括刮板输送机，刮板输送机用来提供生物质物料。刮板输送机连接物料干燥机，物料干燥机连接储料箱，储料箱连接生物质喂料器，生物质喂料器连接反应筒上部进口。热解反应器壳体上部的烟气出口连接物料干燥机，充分利用烟气余热来干燥生物质物料。

所述载体选用黄砂、煤矸石、石英砂、不锈钢球或陶瓷蓄热球中的一种，载体硬度大于生物质原料的硬度。

为了实现更优化的结构布置，所述电机通过链条、链轮结构连接反应筒，螺旋绞龙的驱动电机连接螺旋绞龙中心的立轴。

本发明热解生产生物质油的工作过程为：

生物质物料与载体颗粒分别在生物质喂料器和流量控制阀的作用下按一定体积比(可根据需要在1:1至100:1范围内变化)送入反向同心旋转式热解反应器的锥形反应筒内。燃煤电站锅炉和炼铁炼钢高炉所产生的高温废烟气(600℃以上)送入反向同心旋转式热解反应器内部，依次流过气体折流板组成的烟气通道，从上部烟气出口排出，高温废烟气为反应筒内的热解反应提供热量。锥形的反应筒和螺旋绞龙逆向旋转，中心螺旋绞龙以较高速度旋转，生物质物料和固体载体颗粒在离心力作用下甩至反应筒内壁上，期间生物质物料迅速热解，锥筒以相反方向慢速旋转，使炭灰及载体颗粒顺利从内壁上滑落。反应产生的热解蒸汽经过分离去杂质后，送入液化冷却装置进行冷凝液化，得到生物质油。

本发明的优点及有益效果为：

1)本发明反向同心旋转式热解反应器采用锥形反应筒，锥形结构利于载体颗粒及炭灰滑落。锥形反应筒和螺旋绞龙逆向旋转，生物质物料和固体载体颗粒在离心力作用下甩至反应筒内壁上，剧烈的碰撞可加速生物质物料的热解速度及程度，生物质物料反应迅速、彻底，反应过程无需载气来搅动，大大降低了热解蒸汽冷却与载气预热耗能。反应筒以相反方向慢速旋转，使炭灰、载体颗粒顺利从内壁上滑落。利用热解反应器的上述优势，可对粒状，甚至块状的生物质物料进行热解。通过改变螺旋绞龙的旋转速度，可有效调节生物质物料在热解反应器内的滞留时间，实现对热解产物分布的定向调控。

2)反向同心旋转式热解反应器内的折流板结构，可极大的保留高温废烟气的热量，并且，通过控制高温烟气流量和气体折流板数，实现热解反应器温度的精确可控。

3)反向同心旋转式热解反应器内的载体具有强化多相流动、传热、清洁反应筒内壁的作用，可有效避免炭灰粘附在反应器内壁上，提高热解转化效率。此外，载体还可作为热载体，通过热载体直接加热与高温烟气间接加热相结合方式实现生物质快速热解，高能量利用效率。作为热载体时，循环流动使用，落下后提升重复利用。其中，反应筒内设置载体时，清洁反应筒内壁的清洁效率为95％以上，传统的不加热载体的清洁效率不足70％，会影响传热效率。

4)本发明对高温烟气的热量充分利用，在对反向同心旋转式热解反应器加热完毕后，利用余热对物料进行干燥；另外，提升管燃烧器对载体进行加热，将可燃的物质充分利用，具有很好的环保效果。

附图说明

图1为反向同心旋转式热解反应器及固体分离器的结构示意图；

图2为本发明在生物质热解液化系统中的结构示意图。

其中，1-反向同心旋转式热解反应器，101-烟气出口，102-壳体，103-烟气进口，104-折流板，105-反应筒开口，106-减速电机，107-链轮，108-螺旋绞龙，109-立轴，110-窑炉轴承，111-密封环，112-调速电机，113-反应筒，2-物料干燥机，3-储料箱，4-生物质喂料器，5-刮板输送机，6-固体分离器，7-调速电机，8-载体螺旋输送器，9-热解蒸汽出口，10-载体出口，11-旋风分离器，12-不锈钢烧结过滤器，13-提升管燃烧器，14-液化冷却装置，15-引风机，16-载体储仓，17-流量控制阀。

具体实施方式

具体实施例

如图1、图2所示，反向同心旋转式热解反应装置，包括刮板输送机5，刮板输送机5连接物料干燥机2，物料干燥机2连接储料箱3，储料箱3连接生物质喂料器4，生物质喂料器4连接反向同心旋转式热解反应器1。

反向同心旋转式热解反应器1包括壳体102，壳体内设置锥形的反应筒113，锥形结构为上端直径大于下端直径的结构。反应筒113上部及底部均设置开口，反应筒113内同心设置螺旋绞龙108，螺旋绞龙108从上至下螺距逐渐减小。反应筒113通过链轮107及链条连接减速电机106，螺旋绞龙的立轴109连接调速电机112。反应筒113与螺旋绞龙108旋转方向相反，螺旋绞龙108转速大于反应筒113转速。壳体102与反应筒113之间设有多层烟气折流板104，上部开口的折流板与下部开口的折流板依次交替设置，折流板104之间形成一条曲折的烟气通道。壳体下部设有烟气进口103，壳体上部设有烟气出口101，烟气出口101连接物料干燥机2。

热解反应器的反应筒113上部开口连接生物质喂料器4及载体储仓16。

反应筒113底部开口连接固体分离器6，固体分离器6底部设有载体螺旋输送器8以及载体出口10，载体螺旋输送器8连接调速电机7。载体出口10与提升管燃烧器13连接，提升管燃烧器13连接载体储仓16，载体储仓16通过流量控制阀17连接反应筒上部开口，载体选用黄砂。

所述固体分离器6的热解蒸汽出口9依次连接旋风分离器11、不锈钢烧结过滤器12、引风机15后，与液化冷却装置14连接。

本发明的反向同心旋转式热解反应器不仅可以用在生物质热解液化系统中，还可以用来生产热解气，热解反应器用作不同功能时，只需要调整反应筒内的温度即可。