[發明專利]一種螺旋推進式生物質連續熱裂解多級反應裝置及方法

在審

• 申請號: 201711214139.6
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107903925A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 李清波;李澤宇;林立剛
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: C10B53/04
• 分類號: C10B53/04;C10B57/02;C10K1/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 劉慧娟,李馨

技術領域

本發明涉及生物質再生及高效清潔利用，特別涉及一種螺旋推進式生物質連續熱裂解多級反應裝置及生產生物炭、清潔燃氣、生物油和木醋液的方法，最終實現生物質的再生和利用。

背景技術

生物質資源種類眾多、數量巨大、分布廣泛，主要有秸稈等農作物廢棄物、畜禽糞便、能源植物、木柴燃料、城市廢物等。一些生物質資源可被用于飼料、肥料、造紙、食用菌基料和燃料等，但是仍有大量生物質資源未能得到充分有效利用，每年仍然有大量秸稈被焚燒，造成環境污染和資源浪費，因此，開發生物質資源利用技術對于解決目前我國所面臨嚴峻的資源與環境突出問題具有重要意義。

實現生物質資源能源轉化使生物質資源得到再生，是解決目前我國大量生物質資源不能得到充分利用并造成資源浪費和環境污染問題的有效途徑，能源轉化技術有物理轉化、生物化學轉化和熱化學轉化等；其中，生物質熱化學轉化方式主要有熱裂解、氣化、液化和直接燃燒等。熱裂解是生物質在完全隔絕或限制供氧條件下進行熱分解反應生成低分子量可燃氣體、液體(木醋液和生物油)及固體(生物炭)的過程，熱裂解反應可分為慢速熱裂解、快速熱裂解、瞬時熱裂解方式。

生物質發生熱裂解反應需要在隔絕空氣條件下完成，現有技術在連續生產過程中，通常采用向反應器中通入氮氣，用以控制氧氣的含量，該方法主要缺點是增加使用氮氣生產成本，同時也會增加單位產品的能耗，氮氣的通入會降低反應器溫度，造成部分能量的損失；而不采用通入氮氣的生產工藝，其設備結構復雜，制造成本高，維護費用高、無法保障連續生產，同時會發生大量結焦問題，增加除焦成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多級螺旋推進式生物質連續熱裂解反應裝置，通過對螺旋推進式多級反應器內部結構和外部聯動方式的優化設計，配合煙氣導出、收集、凈化、分離和利用等裝置，實現生物質熱裂解產物的連續產出與分離，包括固/氣分離(生物炭/煙氣)、油/水分離(生物油/木醋液)，最終生產出生物炭、生物油、木醋液和潔凈燃氣。該結構的設計簡單，無需通入氮氣，實現連續生產，及生物質的慢速熱裂解、快速熱裂解和瞬時熱裂解，并減少結焦和便于除焦。

為解決上述問題，本發明提供了一種多級螺旋推進式連續生物質熱裂解反應裝置，包括由上而下縱向排列的一級反應器、二級反應器和三級反應器；其中一級反應器為生物質預熱單元，二級反應器為生物質熱裂解單元，三級反應器為生物質炭輸出及熱裂解氣體、木醋液和生物油輸出單元；在所述一級反應器的頂部一端設置有入料口，在所述三級反應器的底部設置有出料口；

所述一級反應器、二級反應器和三級反應器首尾依次串聯；且在每級反應器的腔體內，沿水平方向，分別設置有用于物料輸送的螺旋主軸和設置于其上的螺旋葉片；通過螺旋主軸帶動螺旋葉片旋轉，從而推送物料由進口向出口方向行進，物料被不斷推送并由上級反應器的出口落入下級反應器內部；

每級反應器的螺旋主軸，其兩端分別配有密封傳動軸承；且上下相鄰的兩極反應器的密封傳動軸承，分別通過傳動鏈輪和鏈條由控制電機帶動而旋轉。上下相鄰的兩極反應器的密封傳動軸承的轉動方向相同，而螺旋葉片方向相反，物料被螺旋葉片推進，由一級反應器進入二級反應器，隨后由二級反應器進入三級反應器，最后由出口送出。

所述一級反應器外部配有溫控器的低溫加熱套，相應區域稱為低溫加熱區，用于對反應器內部物料進行預熱。所述低溫加熱區溫度控制范圍為室溫-300℃；

所述二級反應器外部配有溫控器的高溫加熱套，相應區域稱為高溫加熱區，用于對反應器其內部物料進行高溫加熱。所述高溫加熱區溫度控制范圍為室溫-1000℃。

所述三級反應器外部配有風冷散熱片，相應區域稱為散熱區，通過風冷散熱片能夠對反應器其內部輸出生物質炭溫度降低至室溫。

所述每一級反應器的螺旋主軸，其兩端分別配有密封傳動軸承；且上下相鄰的兩極反應器的密封傳動軸承，分別通過控制電機帶動而旋轉；上下相鄰的兩極反應器的密封傳動軸承的轉動方向相同，而螺旋葉片方向相反，物料被螺旋葉片推進，由一級反應器進入二級反應器，隨后由二級反應器進入三級反應器，最后由三級反應器的出料口送出。

對于上文所述技術方案中，所述控制電機帶動旋轉的方式通過下述方式實現：傳動鏈輪和鏈條帶動、皮帶帶動、梯形齒傳動帶或齒輪傳動，其他類似方式也可以實現同樣效果，因此均為列入本案保護范圍。

對于上文所述技術方案中，所述二級反應器密封傳動軸承外部配有冷卻裝置；所述冷卻裝置可以為冷卻水循環裝置的水套或者其他能夠用于降溫的裝置，用于對加熱區傳遞過來的熱量進行降溫，保護軸承正常運轉。