CN111808623A - 一种双层高温热解设备及其物料热解工艺 - Google Patents
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Abstract
一种双层高温热解设备，包括同轴转动的内滚筒和外滚筒，内滚筒内侧壁设有内滚筒导流板，外滚筒内侧壁设有与内滚筒导流板方向相反的外滚筒导流板；内滚筒的前端设有进料口，内滚筒的后端与内滚筒和外滚筒形成的空间连通并形成密闭空间；外滚筒与内滚筒之间的空间形成有高温的主火区和副火区，主火区和副火区相隔一定距离设置。一种使用双层高温热解设备的物料热解工艺，包括如下步骤：1）对物料进行烘干脱水;2）干燥物料在无氧或低氧的条件下进行脱甲基反应；3）中间产物在无氧或低氧的条件下进行热解、脱氢、缩合、氢化反应，得到最终产物炭。外滚筒通过主火区和副火区分阶段加热可以实现温度的柔性上升和下降，使物料的热解过程更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及热解炭化设备技术领域，特别涉及一种双层高温热解设备及其物料热解工艺。
背景技术
生物炭是指生物有机材料(生物质)在缺氧及低氧环境中经热裂解后的固体产物，大多为粉状颗粒。作为一种新型的清洁能源，热解生产的生物炭，可以施放到土壤中，既能增加土壤中的有机物，提高肥力，也能凭借其耐降解性质，提高碳在土壤里的封存时间，缓解温室效应对全球气候变化所带来的负面影响，而且热解副产物生物质油和气也是一种可再生能源，有利于能源的可持续发展。
目前在生物质热解炭化技术中，连续式生物质炭化设备是发展的趋势，整个热解炭化过程需处于无氧或低氧的条件下进行，故设备的进料、烘干脱水、热解炭化、出料，都需处于全密封状态。
现有技术中的连续式运转热解设备工作时，无法控制物料的温度柔性上升或下降，因此热解反应的稳定性差，产品的转化率低。且现有技术中的连续式运转热解设备占地面积大，且设备对物料湿度有严格的规定，并且热解过程中物料水分对最终产物质量影响很大，现有热解设备需配套相关烘干设备来对物料先进行烘干，烘干和热解过程无法同时进行，因此，生产效率和热利用率低，能量损耗较大，生产成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种双层高温热解设备及其物料热解工艺，以解决上述的现有技术中存在的问题至少之一。
本发明采用如下技术方案：
一种双层高温热解设备，包括同轴转动的内滚筒和外滚筒，所述内滚筒内侧壁设有内滚筒导流板，外滚筒内侧壁设有与内滚筒导流板方向相反的外滚筒导流板；所述内滚筒的前端设有进料口，内滚筒的后端与内滚筒和外滚筒形成的空间连通并形成密闭空间；所述外滚筒与内滚筒之间的空间形成有高温的主火区和副火区，主火区和副火区相隔一定距离设置。
进一步的，所述主火区和副火区的外滚筒外侧壁上均匀固定连接有纵横翘片结构。
进一步的，所述外滚筒的外侧壁上固定连接有前托辊、中托辊和后托辊。
进一步的，所述外滚筒与内滚筒之间固定连接有多个支撑架。
一种使用双层高温热解设备的物料热解工艺，包括如下步骤：
（1）对物料进行烘干脱水，得到干燥物料；
（2）干燥物料在无氧或低氧的条件下升温后再降温，在此条件下进行脱甲基反应，得到中间产物；
（3）中间产物在无氧或低氧的条件下再次升温后再降温，在此条件下进行热解、脱氢、缩合、氢化反应，得到最终产物炭。
进一步的，步骤（1）中物料在280-350℃进行烘干脱水后得到的干燥物料含水量为8-12%。
进一步的，步骤（2）中干燥物料升温至400-600℃，反应5-15min，再降温至250-450℃，反应5-15min。
进一步的，步骤（3）中中间物料再次升温至400-600℃，反应5-15min，再降温至250-450℃，反应5-15min。
本发明的有益效果如下：
1、双层高温热解设备的主火区和副火区相隔一定距离设置，因此外滚筒通过主火区和副火区分阶段加热可以实现温度的柔性上升和下降，使物料的热解过程更加稳定，通过双层结构实现对物料的深层次烘干脱水，能提升产品的质量，减少能量损耗，降低生产成本。
2、双层高温热解设备通过内滚筒和外滚筒结构把分阶段加热与烘干脱水工艺过程结合在一套设备，形成一套连续的工艺流程，外滚筒通过外部热能进行加热进行热解过程，内滚筒利用热解过程剩余热量进行加热，物料在内滚筒前行中完成烘干脱水作业，在不增加能耗的情况下内、外滚筒同时对物料进行处理，能提高生产效率和热利用率，同时内外滚筒的结构能减少设备的占地面积。
3、主火区和副火区采用纵横翅片传热结构，既保证高传热效率，也达到主火区和副火区炉体耐高温和抗变形的目的。纵横翅片结构随整体结构沿轴线转动，在主火区和副火区物料受热更均匀；由纵横翅片形成的蜂窝表面在转动过程中会形成热量（火焰）的规则性湍流，更大的提高辐射区的传热效果。
附图说明
图1是本发明中双层高温热解设备的结构示意图；
图2是本发明双层高温热解设备的剖视图；
图3是图1中A处的结构放大示意图；
图4是图2中B处的结构放大示意图。
图中所示：1-内滚筒，2-前托辊， 3-外滚筒，4-副火区，5-中托辊，6-主火区，7-后托辊，8-内滚筒导流板，9-支撑架，10-外滚筒导流板，11-纵横翘片，1101-纵向翘片，1102-横向翘片，12-前热对流区，13-中热对流区，14-后热对流区。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
以下结合图1至图4对本发明的技术方案做进一步说明，实施例中以图1的左端为前端，右端为后端进行描述。
实施例1
一种双层高温热解设备，包括同轴转动的内滚筒1和外滚筒3，内滚筒1内侧壁设有内滚筒导流板8，外滚筒3内侧壁设有与内滚筒导流板8方向相反的外滚筒导流板10；内滚筒1的前端设有进料口，内滚筒1的后端与内滚筒1和外滚筒3形成的空间连通并形成密闭空间；外滚筒3与内滚筒1之间的空间形成有高温的主火区6和4副火区4，主火区6和副火区4相隔一定距离设置。内滚筒1形成的空间为前热对流区12，主火区6和副火区4之间的内滚筒1和外滚筒3形成的空间为中热对流区13，副火区4前方内滚筒1和外滚筒3形成的空间为后热对流区14。
一种使用双层高温热解设备的物料热解工艺，包括如下步骤：
（1）对物料进行烘干脱水，得到干燥物料；
（2）干燥物料在无氧或低氧的条件下升温后再降温，在此条件下进行脱甲基反应，得到中间产物；
（3）中间产物在无氧或低氧的条件下再次升温后再降温，在此条件下进行热解、脱氢、缩合、氢化反应，得到最终产物炭。
实施例2
一种双层高温热解设备，包括同轴转动的内滚筒1和外滚筒3，外滚筒3与内滚筒1之间固定连接有多个支撑架9。
内滚筒1内侧壁设有内滚筒导流板8，外滚筒3内侧壁设有与内滚筒导流板8方向相反的外滚筒导流板10；内滚筒1的前端设有进料口，内滚筒1的后端与内滚筒1和外滚筒3形成的空间连通并形成密闭空间；外滚筒3与内滚筒1之间的空间形成有高温的主火区6和副火区4，主火区6和副火区4相隔一定距离设置。内滚筒1形成的空间为前热对流区12，主火区6和副火区4之间的内滚筒1和外滚筒3形成的空间为中热对流区13，副火区4前方内滚筒1和外滚筒3形成的空间为后热对流区14。
主火区6和副火区4的外滚筒3外侧壁上均匀固定连接有纵横翘片11结构。外滚筒3的外侧壁上固定连接有前托辊2、中托辊5和后托辊7。
一种使用双层高温热解设备的物料热解工艺，包括如下步骤：
（1），步骤（1）中物料从进料口进入前热对流区在280-350℃进行烘干脱水，得到的干燥物料含水量为8-12%；
（2）干燥物料在无氧或低氧的条件下进入主火区升温至400-600℃，反应5-15min，再进入中热对流区降温至250-450℃，反应5-15min，在此过程中干燥物料进行脱甲基反应，得到中间产物；
（3）中间产物在无氧或低氧的条件下进入副火区再次升温至400-600℃，反应5-15min，再进入后热对流区降温至250-450℃，反应5-15min，在此过程中中间物料进行热解、脱氢、缩合、氢化反应，得到最终产物炭。
本发明中双层高温热解设备的工作过程如下：
双层高温热解设备在转动并运送物料的过程中，外滚筒的主火区和副火区在外置燃烧室内被燃料加热形成两大辐射段高温区，其温度保持在400~600℃，外滚筒除主火区和副火区外形成前热对流区、中热对流区和后热对流区，其持续温度在250~450℃，物料在密闭空间内缺氧条件下先后经过前热对流区、主火区、中热对流区、副火区和后热对流区完成热解作业，物料被还原为合格的炭。整个热解过程主、副火区温度可控操作，实现各个区的温度可柔性调控，从而实现整个热解还原过程实现可控化操作；
如图1-2所示，在外驱动作用下拨动中托辊齿环沿三托辊（即前托辊、中托辊、后托辊）虚拟轴线转动，物料从内滚筒左端进入内滚筒，并在内滚筒导流板作用下推动物料向内滚筒右端前行并在内滚筒最右端落入外滚筒和内滚筒形成的空间内，外滚筒导流板旋向与内滚筒导流板相反，物料会在外滚筒导流板作用下向外滚筒左端前行并在外滚筒最左端落入双层高温热解设备外的下一道装置内。
本发明中物料热解工艺的热解过程原理如下：
热解过程分为3个阶段，第一阶段在前热对流区进行烘干脱水作业，脱出物料内水份；第二阶段在主火区和中热对流区进行脱甲基作业，并生成芳环化合物；第三阶段在副火区和后热对流区进行热解、脱氢、缩合、氢化等反应，物料被还原为合格的炭，经过3个阶段的反应，使原料中的碳、氢、氧元素转化为氢气、甲烷、一氧化碳等混合可燃气体，同时分离出来焦油、木醋液等副产品。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种双层高温热解设备，包括同轴转动的内滚筒和外滚筒，其特征在于，所述内滚筒内侧壁设有内滚筒导流板，外滚筒内侧壁设有与内滚筒导流板方向相反的外滚筒导流板；所述内滚筒的前端设有进料口，内滚筒的后端与内滚筒和外滚筒形成的空间连通并形成密闭空间；所述外滚筒与内滚筒之间的空间形成有高温的主火区和副火区，主火区和副火区相隔一定距离设置。
2.根据权利要求1所述的一种双层高温热解设备，其特征在于，所述主火区和副火区的外滚筒外侧壁上均匀固定连接有纵横翘片结构。
3.根据权利要求1所述的一种双层高温热解设备，其特征在于，所述外滚筒的外侧壁上固定连接有前托辊、中托辊和后托辊。
4.根据权利要求1所述的一种双层高温热解设备，其特征在于，所述外滚筒与内滚筒之间固定连接有多个支撑架。
5.一种使用双层高温热解设备的物料热解工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）对物料进行烘干脱水，得到干燥物料；
（2）干燥物料在无氧或低氧的条件下升温后再降温，在此条件下进行脱甲基反应，得到中间产物；
（3）中间产物在无氧或低氧的条件下再次升温后再降温，在此条件下进行热解、脱氢、缩合、氢化反应，得到最终产物炭。
6.根据权利要求5所述的使用双层高温热解设备的物料热解工艺，其特征在于，步骤（1）中物料在280-350℃进行烘干脱水后得到的干燥物料含水量为8-12%。
7.根据权利要求5所述的一种使用双层高温热解设备的物料热解工艺，其特征在于，步骤（2）中干燥物料在400-600℃反应5-15min，再降温至250-450℃反应5-15min。
8.根据权利要求5所述的一种使用双层高温热解设备的物料热解工艺，其特征在于，步骤（3）中中间物料再次升温至400-600℃反应5-15min，再降温至250-450℃反应5-15min。
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