[實用新型]利用農作物秸稈聯產生物油和生物炭的裝置

無效

• 申請號: 201020250624.6
• 申請日: 2010-07-08
• 公開（公告）號: CN201883073U
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 艾寧;計建炳;朱清峰;沈琦;何詠濤;周赫
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學;溫州中科新能源科技有限公司
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;C10B49/14
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

技術領域

本實用新型涉及一種以農作物秸稈為原料，聯產生物油和生物炭的生產裝置。

背景技術

農作物秸稈是典型的生物質資源，燃燒、熱化學法、生化法、化學法和物理化學法等生物質能的轉化利用途徑均可適用。燃燒發電、氣化和顆粒成型等技術相對成熟，已有示范性應用。但是，農作物秸稈的分布極為分散、形態各異、能量密度低，大范圍收集和長途運輸的成本高；其供應具有季節性和周期性，受潮后又極易腐爛，增加了存儲的空間和成本；這不僅大大增加了生產成本，大規模工業化生產的原料供給也存在一定困難。

目前獲得的生物油成份復雜，氧元素含量偏高，生產成本高，難以與化石燃料競爭。與生物油相比，當前研究對生物質熱裂解過程中的氣態和固態產物關注較少。

發明內容

為了克服已有生物油和生物炭的獲取工藝的成分復雜、成本高的不足，本實用新型提供一種成分簡單、降低生產成本的利用農作物秸稈聯產生物油和生物炭的裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種利用農作物秸稈聯產生物油和生物炭的裝置，所述裝置包括熔鹽熱裂解反應器，所述熔鹽熱裂解反應器包括外殼、加熱電爐、進料口和出料口，溫度傳感器位于外殼內，所述進料口與螺旋進料器的出料管連通，所述螺旋進料器連接電機，所述進料口與惰性氣體充氣管連通，所述出料口與旋風分離器的進口連通，所述旋風分離器的下方設有用于收集生物炭的收集盒，所述旋風分離器的氣體出口連接冷凝器，所述冷凝器的下方設有用于收集生物油的收集槽。

進一步，所述出料管的外壁套裝冷卻用套管。

所述溫度傳感器位于不銹鋼套管內，所述不銹鋼套管深入反應器底部。所述溫度傳感器為熱電偶溫度計。

本實用新型的技術構思為：熱裂解是在無氧或缺氧的條件下，利用熱能切斷生物質大分子中的化學鍵，使之轉變為低分子物質的熱化學反應，產物包括氣態、液態和固態三種。其中，液態產物(生物油)可以替代燃油在鍋爐、窯爐、發動機及渦輪機等場所使用，可以通過催化重整獲取氫，還可以提取或衍生出包括食品調味料、合成樹脂及肥料等多種產品，受到廣泛關注。農作物秸稈等生物質均可用作熱裂解的原料。

事實上，氣態產物(裂解氣)以H₂、CO和CH₄等可燃氣體為主，包含可供利用的能量；固態產物(生物炭)不僅能用做燃料，還能夠被進一步活化為高品質活性炭，廣泛應用于環境保護、食品加工、文物保護、醫藥保健、農業、水產業和畜牧業等領域，在分離和有機合成等化工生產中的應用日益拓展。Petit、Kalderis和Oliveria等研究小組分別以桉樹樹皮、稻殼、甘蔗渣和玉米芯等農林廢棄物為原料，采用不同的活化方法制取了生物活性炭，并通過實驗驗證了吸附性能。因此，以農作物秸稈為原料，通過熱裂解處理，聯產能量密度高、性質相對穩定的液態產品(生物油)和固態產品(生物炭)，加以收集、運輸和存儲，并利用裂解氣中的能量，不僅能夠大幅度降低生產成本，還能有效抗拒企業生產單一產品的經營風險。

本實用新型的有益效果主要表現在：

1、在同一反應器內，半連續操作，采用熔鹽熱裂解農作物秸稈，同時生產生物油和生物炭，副產裂解氣用于補充熱裂解所需能量，操作方便、生產成本低、環境污染小，易于實現工業化。

2、改變熔鹽組成可顯著改變氣態、液態和固態產物的產率及組成分布，從源頭上調控生物質熱裂解產品的品質，能有效抗拒企業生產單一產品的經營風險。

3、通過正交實驗優化熱裂解反應溫度、惰性氣體流量(裂解氣停留時間)、裂解殘炭活化時間、裂解殘炭活化溫度、活化時的鹽炭比(通過進料時間和進料量控制)等條件，可以獲得較高的生物油和生物炭產率。

4、閃速升溫是生物質快速熱裂解的關鍵，現有技術采用氣體或固體為熱載體加熱生物質，由于氣體熱容量小，固體間接觸面積小，為實現超高升溫速率(10³～10⁴K/s)，熱載體溫度必須大大高于熱裂解反應的適宜溫度(500～600℃)，對熱源品質、反應設備耐熱性能及系統保溫的高要求導致生產成本居高不下。采用熔鹽熱裂解生物質，生物質顆粒通過與熔鹽快速均勻地混合，將閃速升至預定熱裂解反應溫度。由于熔鹽的熱容量遠大于生物質原料，只需要將熔鹽加熱至略高于熱裂解反應溫度，從而大大降低了對熱源品質、設備材料耐熱性能和系統保溫的要求。并且，熔鹽的蒸氣壓低、化學性質穩定、成本較低、加熱快速均勻，溫度控制方便，加熱輸送技術相對成熟，是生物質熱裂解的性能優良的熱載體。