[发明专利]一种生物质连续热解装置及其温度监测控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质能源转化与利用的技术领域，更具体地，涉及一种生物质连续热解装置及其温度监测控制方法。

背景技术

能源是经济社会发展的基础，同时也是影响经济社会发展的主要因素。我国在“十三五”能源规划中已经把大力发展可再生能源作为七大战略任务之一。我国理论生物质能资源50亿吨左右，是我国目前总能耗的4倍左右。利用生物质能转换技术高效地利用生物质资源，不但可以有效缓解经济及能源安全问题，还可以明显地改善我们的环境污染问题。

热解是目前应用最为广泛的生物质热化学转化方法，是生物质原料在隔绝或少量供给氧气的条件下，加热分解的过程，通常称为热解(也被称为热裂解)。利用热解技术可以将生物质原料转化为固态生物质炭、液态生物油和气态产物。生物质炭可以作为原料制备功能碳材料，也可以直接用作燃料或土壤修复剂；生物油通过精制之后可以用作石油等化石燃料的替代品，同时也可以提取高附加值化学品；气态产物可以制备清洁气体能源，三态产物都具有很高的环境和经济价值。

经过30多年的发展，国内外众多研究机构和公司已开发出不同的热解工艺和反应装置，其中热解反应装置是生物质热解液化技术的核心。目前，具有代表性的反应装置有流化床热解反应装置和螺旋式热解反应装置。相对于流化床热解装置结构复杂，操作控制要求高、后续的气固分离耗能大等缺点，螺旋式热解反应装置易于实现生物质连续热解且结构、操作简单，应用前景引人注目。

反应温度是生物质热解的主要技术工艺参数，对生物质热解三态产物的产率分布影响很大。通常情况下，反应温度小于500℃时，热解产物以固态产物炭为主；反应温度在500－650℃时，热解产物以液态生物质油为主；当反应温度超过700℃以上时，热解产物则以可燃气体为主。并且在不同的反应温度下，各态产物的物理和化学性质也有很大区别。所以在热解过程中准确控制热解反应器的温度至关重要。

中国实用新型专利CN200988831Y提出一种生物质连续热解炉及连续热解系统，其特征在于每个热解管内装有刚性的螺旋输送绞龙，实现物料的连续输送，生物质在热解管内连续移动的同时实现高温热解，从而生产出燃气或生物质炭。此连续热解系统的缺点是所使用的螺旋输送装置具有中心轴限位，使得物料的输送受到限制，而且不易使产生的热解气排出反应装置外。中国专利CN101486921A提出了一种带有柔性螺旋输送装置的生物质连续热解炭化装置。其特征在于利用柔性的整体钢制柔性螺旋弹簧推送物料，不需设定固定的中心轴，易于长距离输送物料，具有安全性好及运行平稳等优点，但是该装置并没有涉及热解反应温度的控制。

中国专利CN105005275A提出了一种生物质连续热解控制系统及方法。该系统在进料和出料处均设置两级料斗和炭箱，并通过各自的距离传感器来检测料斗和炭箱中物料位置，从而可以通过控制器来控制料斗和炭箱处的阀门动作，实现进出料的精准控制。两级冷凝器中都设置温度传感器，控制器通过温度传感器能够时刻监测两级冷凝器内的温度变化，从而检测冷凝器内的冷凝情况，进而可以控制风机或者水泵的运输速度，实现对冷凝器内的准确控制。在木醋液收集器和焦油收集器内设置液位传感器，控制器通过液位传感器可以时刻监测木醋液收集器和焦油收集器内液位情况，从而能够准确控制打开对应的排液阀来排出木醋液和或焦油。该热解控制系统采用了多种传感器对热解过程进行全面监控，但是并未提到对热解反应温度的控制。

中国专利CN103805217A提出了一种高温热解实验系统及其方法。包括加热分解装置、气体收集处理系统和自动化电气控制系统。可以使实验物料的温度很快升高到预设温度，并迅速在预设温度下充分排出实验所需要的热解气体。反应温度是靠设置在炉管外的热电偶来监测，并未提到如何监测生物质原料在炉体内的热解反应温度。

虽然目前关于生物质连续热解的方法和装置已有大量研究报道和解决方案，并尝试对反应过程进行全面监控，但现有技术中的解决方案还未能实现对热解反应温度，特别是生物质物料在反应装置内的反应温度的测定和控制，以往的文献和实验中的生物质连续热解炭化装置都是以管壁温度作为热解反应温度，此温度并不是生物质在反应管内的实际反应温度，由于对生物质真实的热解温度不够了解，这显然会导致对热解反应机理产生错误的感知和理解。

发明内容