CN100516174C - 生物质电磁感应热解液化反应器 - Google Patents

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本发明涉及含碳材料的热解领域，是一种生物质电磁感应热解液化反应器，其特点是：它包括在支撑架上设置的螺旋输料器，螺旋输料器由壳体，在壳体上设置的喂料斗、排气管和出渣管，在壳体内设置的螺旋轴组成；在壳体上绕置电感线圈；电感线圈为绕置于壳体圆筒上的至少一层空芯管，空芯管的空芯为冷却液流通道；出渣管的下端口置于水封槽内；螺旋轴与电机的减速器轴连接；在螺旋轴的轴向上设有排气槽口。具有结构简单，操作方便，运行连续，加热均匀、热解速度快、质量好，清洁、环保，成本低，使用寿命长等优点。特别适用于薪柴、农作物秸秆、水生植物等生物质的热解，亦可适用于煤、油页岩及城市垃圾等固体燃料的热解。

Description

生物质电磁感应热解液化反应器
技术领域
本发明涉及含碳材料的热解领域，是一种生物质电磁感应热解液化反应器，特别适用于薪柴、农作物秸秆、水生植物等生物质的热解，亦可适用于煤、油页岩及城市垃圾等固体燃料的热解。
背景技术
生物质能是人类利用最早的能源之一，具有分布广、可再生、成本低等优点。在全球能源消费中生物质约占15％，仅次于煤炭、石油和天然气。
生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源。生物质在自然界中的分布广泛，在我国种植业发达，每年光合作用产生可用的生物质能折合标准煤5.12亿吨。这些原料大部分被直接烧掉，没有很好利用，转化效率仅在10％左右。如果将生物质转化为液体生物质油则将大大提高了生物质能的利用品质，同时也提高了能量密度，且易储存运输。
生物质热解液化是生物质在完全缺氧或有限氧供给的情况下受热后降解为液体产物以及一部分气体产物和固体产物的过程。
生物质热解液化是在中温(500～650℃)、高加热速率(104～105℃/s)和极短气体停留时间(小于2s)的条件下，将生物质直接热解，产物经快速冷却，可使中间液态产物分子在进一步断裂生成气体前冷凝，从而得到高产量的生物质液体油。生物质热解液化反应产生的生物油可通过进一步的分离和提取制成燃料油和化工原料；气体视其热值的高低，可单独或与其他高热值气体混合作为工业或民用燃气；生物质炭可用作活性剂等。
生物质热解液化***一般包括原料破碎和干燥设备、进料装置、液化反应器(热解发生器)、气固分离装置、快速冷却装置和气体输送设备等，其中，液化反应器是核心部分，它的运行方式决定了液化技术的种类。目前，快速热裂解法制备生物质油所采用的液化反应器主要有两大类：一类为有气体载体，通常称为：流化床式反应器，其特点是生物质颗粒和热载体主要依靠气体运动所产生的曳力进行碰撞和混合，以实现动量和热量的交换，如流化床式、循环流化床式和喷动流化床式；另一类为无气体载体，通常称为：非流化床式反应器，其特点是生物质颗粒和加热载体主要依靠自身的位移运动进行碰撞和混合，以实现动量和热量的交换，如旋转锥式、真空移动床式。
流化床式反应器的优点主要不含运动部件，结构较为简单，工作可靠性大，运行寿命长等；但缺点是需要流化气体的引入及在流化床内保持一定量的固体热载体。流化气体通常为热解生成的气体或高温烟气的一部分，而固体热载体通常为沙子。流化气体的引入一方面提高了***运行能耗，因为这部分外加气体也要经历加热和冷却的工艺过程；另一方面，流化气体的引入会稀释热解产生的不可冷凝气体，使其热值大为降低，应用遇到一定的困难。流化床内由于要求一定量的热沙子作为固体热载体，且在床内要保持流化状态，故对床内的磨损严重。
非流化床式反应器与流化床式反应器正好相反，优点是极少或不需要外加气体，降低了***的能耗和热解成本，避免了可燃气体的稀释，但缺点是反应器含有运动部件，对材料的和轴承的耐热性、耐磨性、密封性等要求相当高。旋转锥式反应器，它由内外两个同心锥共同组成，内锥不动，外锥绕轴旋转。外旋转锥必须由一旋臂的外伸支撑作旋转运动，而支撑外伸轴的轴承必须要能够在高温和高粉尘工况下长时间地工作，困难相当大，此外，旋转锥式反应器也需要沙子等惰性热载体，而沙子要不停地在两锥壁面之间做间歇运动，它对高温壁面的磨损也相当严重，因此，旋转锥式反应器存在着结构复杂、成本高、使用寿命短等不足。
真空移动床式反应器是采用熔盐混合物进行加热生物质实现热解的，而熔盐混合物的加热需要热解生成的不可冷凝气体再附加的燃烧室燃烧放出的热量。且由于采用移动床不但摩擦磨损比较严重，密封也较为困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种既不需要气体热载体，也不需要固体热载体，结构简单，操作方便，运行连续，加热均匀、热解速度快、质量好，清洁、环保，成本低，使用寿命长的生物质电磁感应热解液化反应器。
解决其技术问题所采用的技术方案是：一种生物质电磁感应热解液化反应器，其特殊之处是，它包括支撑架11，在支撑架11上置有螺旋输料器6，所述螺旋输料器6的结构是，具有壳体5，在壳体5上设有喂料斗3、排气管7和出渣管9，在壳体5内置有螺旋轴14；在所述螺旋输料器6的壳体5上绕置电感线圈12。
所述电感线圈12为绕置于壳体5圆筒上的至少一层空芯管，空芯管的空芯为冷却液流通道4。
所述出渣管9的下端口置于水封槽10内。
所述螺旋输料器6的螺旋轴14与电机1的减速器轴15连接。
在所述螺旋轴14的轴向上设有排气槽口16。
本发明生物质电磁感应热解液化反应器与现有技术相比，由于采用了电磁感应加热螺旋输料器送料方式，在加热过程中，螺旋输料器的螺旋轴在壳体内转动，使生物质颗粒连续沿螺旋间隙翻滚位移，生物质颗粒均有机会接触螺旋输料器而受热，增强了生物质颗粒的受热均匀性，同时，热解出的生物质油气很快得到扩散，加快了热解的速率，热解质量好；热解生物质的处理量可以容易地通过调节电机的转速以及电源功率来实现；不需要任何的气体或固体热载体就能够实现在缺氧的条件下使生物质快速热解。具有结构简单，操作方便，运行连续，加热均匀、热解速度快、质量好，清洁、环保，成本低，使用寿命长等优点。特别适用于薪柴、农作物秸秆、水生植物等生物质的热解，亦可适用于煤、油页岩及城市垃圾等固体燃料的热解。
附图说明
图1为本发明的生物质电磁感应热解液化反应器结构剖视示意图。
图2为电感线圈12结构放大示意图。
图3为图2中A-A剖视示意图。
图4为螺旋轴14结构立体放大示意图。
图中：1电机、2轴承、3喂料斗、4冷却液流通道、5壳体、6螺旋输料器、7排气管、8管座、9出渣管、10水封槽、11支撑架、12电感线圈、13轴承支座。14螺旋轴、15减速器轴、16排气槽口、17保护层。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1-4，生物质电磁感应热解液化反应器具有支撑架11，在支撑架11上置有螺旋输料器6。所述螺旋输料器6的结构是，具有壳体5，在壳体5上设有喂料斗3、排气管7和出渣管9，在壳体5内置有螺旋轴14。螺旋输料器6的壳体5与支撑架11固连。在所述螺旋输料器6的壳体5上绕置电感线圈12。所述出渣管9的上端口处设有管座8，出渣管9的管座8与壳体5的支撑架11固连，出渣管9的下端口置于水封槽10内。所述螺旋输料器6的螺旋轴14与电机1的减速器轴15连接。电机1采用调速电机，调速电机和减速器为市售产品。螺旋轴14上设有轴承支座13，在轴承支座13内置有与螺旋轴14相配合的轴承2，轴承支座13与支撑架11固连。在所述螺旋轴14的轴向上设有排气槽口16。所述电感线圈12为绕置于壳体5圆筒上的至少一层空芯管，空芯管的空芯为冷却液流通道4。在电感线圈12最外一层设有保护层17。电感线圈12与电源电路电连接。电源电路为现有技术，可采用可控硅电源或IGBT电源提供交变电流，在电感线圈12中产生交变磁场使螺旋输料器6加热到500～650℃，使在螺旋输送器6中的20℃左右的常温生物质颗粒加热到500～650℃，其功率大小可根据进料量，进料种类进行连续调整。电感线圈12的空芯管内设有冷却液流通道4和电源电路等设备中通以冷却水构成冷却循环回路，以保证电感线圈12、电源电路等设备工作在正常的温度范围内。生物质电磁感应热解液化反应器还可连接有温度自动监测闭环控制电路，自动监测螺旋输料器6本身温度，当温度高于设定温度时，自动关闭电源电路并启动保护电路。螺旋输料器6的壳体5采用强度较高的不导磁耐高温炉衬或不导磁耐高温陶瓷管。螺旋输料器6的螺旋轴14选用Cr28Ni20MoW耐热钢、3YC52或Ni-Fe-Cr-Al基高温合金等材料均可。
使用时，螺旋输料器6的螺旋轴14在壳体5内转动，将生物质颗粒从壳体5的喂料斗3进入壳体5内，且连续沿螺旋间隙翻滚位移，生物质颗粒均有机会接触螺旋输料器6，边翻滚边吸收螺旋输料器6的热量，温度快速升高至500～650℃进行热解，热解后的气体由排气管7引出，固体半焦由螺旋轴14推入出渣管9。热解过程是在封闭的壳体5中进行的，热解产物半焦由出渣管9排出，进入水封槽10内冷却，水封槽10在冷却半焦的同时，也防止空气进入，热解产物气体由排气管7引出。

Claims (5)

1.一种生物质电磁感应热解液化反应器，其特征是，它包括支撑架(11)，在支撑架(11)上置有螺旋输料器(6)，所述螺旋输料器(6)的结构是，具有壳体(5)，在壳体(5)上设有喂料斗(3)、排气管(7)和出渣管(9)，在壳体(5)内置有螺旋轴(14)；在所述螺旋输料器(6)的壳体(5)上绕置电感线圈(12)。
2.根据权利要求1所述的生物质电磁感应热解液化反应器，其特征是：所述电感线圈(12)为绕置于壳体(5)圆筒上的至少一层空芯管，空芯管的空芯为冷却液流通道(4)。
3.根据权利要求1所述的生物质电磁感应热解液化反应器，其特征是：所述出渣管(9)的下端口置于水封槽(10)内。
4.根据权利要求1所述的生物质电磁感应热解液化反应器，其特征是：所述螺旋输料器(6)的螺旋轴(14)与电机(1)的减速器轴(15)连接。
5.根据权利要求1所述的生物质电磁感应热解液化反应器，其特征是：在所述螺旋轴(14)的轴向上设有排气槽口(16)。
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