[发明专利]一种进行水热碳化反应的装置

说明书

水热碳化反应在反应釜中进行，处于高温、高压以及蒸汽环境中，由于反应釜的装料过程是批量进行的，因此生物质需要预先通过碎浆机，并预先加热，在反应釜内发生反应后，从反应釜中输出的浆料需要在一个缓冲罐中进行冷却。本发明提供了一种新的水热碳化反应装置，使得浆料的冷却与生物质的预热相连接，具体为在碎浆机和缓冲罐中各设置热交换器，相互连接形成一个热循环系统，使得待冷却的浆料可以将冷却释放的热量提供给需要预先加热的生物质，从而能够明显减少系统中的能量散失，使能量能够得到再次利用。

技术领域

本发明涉及一种用于进行水热碳化反应的装置，具体涉及一种可以减少系统能量流失、使能量得到再次利用的水热碳化反应装置。

背景技术

现有的水热碳化反应装置通常包括一个反应釜，其通过一台蒸汽发生器吸收蒸汽，并通过一根进料管与一个混合罐连接以装入生物质，并且与一个缓冲罐相连，将在反应罐中由热蒸汽和生物质形成的浆料排出至缓冲罐中。例如在专利DE 10 2011 001 108 A1中就提供了这样一种水热碳化反应装置：反应在反应釜中进行，反应釜通过一个混合罐或预热罐进行供料，该混合罐或预热罐通过一个固定燃料泵与反应釜相连。生物质进行预处理后，反应釜内的压力和温度相对更低，该混合罐预先按照装料量以及装料批次进行设计，使得生物质能够在反应釜中被完全排空。在气压大约小于25Bar并且温度在210℃到230℃之间时，反应釜内即可发生碳化反应。碳化反应中首先将生物质的结构分解，从而使水解中的生物质纤维素分解成葡萄糖，然后发生碳化。在这里完成生物质的混合以及热蒸汽的供给，从而提高混合物中的水含量，并形成一种浆料，碳化反应可以有效进行。在最终的冷凝过程中，首先水溶的碳-成分会结合成更大的分子。反应结束后，在该装置的设计方案中，设置了一个缓冲罐，可以将来自反应釜的反应后浆料引入到缓冲罐中，在缓冲罐中浆料会慢慢冷却到一个较低的压力水平。该装置能够实现水热碳化反应，最终将载能体中的生物质转化成生物炭。但是，为了反应过程能够更高效地进行，在过程中尽可能节约更多的能量非常重要，同样重要的是，必须对系统利用率进行优化，使系统能够更有效运行。然而，目前现有技术中所提供的实现水热碳化反应的装置，均没有涉及能够实现上述目的的方案。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新的水热碳化反应装置，该装置能够进一步改善水热碳化反应装置中的能量平衡，能够节约系统中更多的能量，并使得反应运行过程更加有效。

本发明的目的是通过以下具体的技术手段实现的：设置一台碎浆机来代替现有技术中的简单的混合罐，该碎浆机不仅可以根据需要设计成可存储和预备一定量的生物质，以用于整个反应行程的供应，而且可以使得生物质在碎浆机中被加热并进行混合。其混合效果最好为与热蒸汽进行混合，形成浆料，从而可以非常容易且快速地抽入到反应釜中。这些技术手段减少了现有技术中需要通过固体泵向反应釜运送生物质的时间。

进一步地，在碎浆机中集成第一热交换器，并使其与集成在缓冲罐中的、用于将热量从反应釜中排出的第二热交换器相组合，从而吸收反应浆料中的热量并进行热循环，从缓冲罐中吸收的热量通过热循环输送到碎浆机并由生物质吸收，再次冷却的热介质被传递返回到缓冲罐中的第二热交换器中，并在此再次冷却浆料。热量的传递可以通过载热体实现。在此形成的这样一个热循环，其中冷却的浆料传递其热量至待加热的生物质，从而使一次性供给的能量能持久地保留在系统中。进一步地，为了可以从外部进行干预，至少在热循环中另外设置热交换器，可以向热循环中供给或提取热量。

进一步地，所述的热交换器可以以不同的方式来实现。例如，可以为需要设置换热器的罐体例如上述的碎浆机和缓冲罐设置一个双壁外壳，在双壁之间形成空腔，空腔内可以灌注载热介质，根据使用具体要求，热量或者被双侧内壁吸收，或者散发到双侧内壁。

进一步地，碎浆机内还可以设置电动搅拌器，可以进行搅拌并产生水流，将对流的载热体引入到生物质中。

进一步地，还可以在碎浆机和缓冲罐外部添加绝缘层，从而减少由于载热体介质反射而造成的热损失。