[发明专利]利用制冷片冷却的多层滤网焦油收集装置以及系统

说明书

本发明提供一种利用制冷片冷却的多层滤网焦油收集装置以及系统，可以实现对焦油产物的有效收集。焦油收集装置的特征在于包括：导温片，包含：导温横板，和分别从导温横板的四个边部向上延伸的四个导温立臂；滤网部，贴合在导温横板上，包含多层导温滤网，越远离来流方向的导温滤网孔径越小；连接管，为透明石英管，压设在滤网部上；支撑罩，包含：顶板，和从顶板的边缘向下延伸、围绕滤网部和导温片的四个侧壁，每个侧壁上都设有与导温立臂相对应、并让导温立臂向外伸出的伸出口；四个制冷片，分别压接在四个导温立臂的外表面上；四个水冷头，分别与四个制冷片的热面相接触，对制冷片进行散热；以及温控组件，与四个制冷片相连。

技术领域

本发明属于焦油收集领域，具体涉及一种利用制冷片冷却的多层滤网焦油收集装置，和包含该装置的焦油收集系统。

背景技术

生物质热解是指在隔绝空气或供给少量空气的条件下，通过热化学转换，将生物质转变成为木炭、液体和气体等低分子物质的过程。生物质热解技术能够以较低的成本、连续化生产工艺，将常规方法难以处理的低能量密度的生物质转化为高能量密度的气、液、固产物，减少了生物质的体积，便于储存和运输。同时还能从生物油中提取高附加值的化学品。

生物质热裂解根据热解条件有以下三种类型：

(1)慢速热解(烧炭法)

主要用于木炭的烧制，生物质在极低升温速率，温度低于400℃下长时间(几小时～几天)热解，可得到最大限度的焦炭产率为35％(质量分数)，这个过程也称为生物质的炭化。

(2)常规热解

将生物质原料放入常规热解装置中，在低于500℃、较低加热速率(10～100K/min)、热解产物停留时间0.5～5s下热解，可制成相同比例的气体、液体和固体产品(可得到原料重量10％～20％的生物油(焦油)和20％～25％的生物炭)。

(3)快速热解

快速热解是将磨细的生物质原料放入快速热解装置中，生物质在常压、超高加热速率(1000～10000K/s)、超短产物停留时间(0.5～2s)、适中热解温度(500～650℃)下瞬间气化，然后快速凝结成液体，可获得最大限度的液体产率，其产物中的生物油(焦油)一般可以达到原料重量的40％～60％。

在实验研究中，常规的焦油收集装置主要分为吸收式、冷却式和混合式，吸收式主要是以预装有吸收溶剂的多组洗气瓶为收集装置将产生的焦油吸收在溶剂中从而完成焦油的收集；冷却式主要以将含有焦油组分的热蒸气管道浸泡在冷却液中(冰盐水、干冰或液氮)，通过快速冷却的方法将焦油组分冷凝在管壁上实现对焦油产物的收集；混合式就是综合吸收式和冷却式的方法，分步骤分级采用混合吸收冷却的方法对焦油产物进行收集。

然而在快速热解实验装置中，为减少快速热解过程产生的焦油的二次反应，通常通入的气流量都比较大，这使得吸收式的收集方法很难实现，焦油大量集中的释放使得很多热解焦油来不及被溶剂吸收就被排出，同时快速升温过程的热冲击也比较强烈，这也使得吸收式的收集方法中吸收溶剂自身的量也会发生变化，进而无法测量热解产生的焦油的量；快速热解过程的大热冲击也使得冷却式的收集方法难以实现，一方面冷却需要的制冷量较大，冷却液短时间内的制冷量受到传热方式的影响很难保证热冲击下的高效冷却，另一方面，热冲击也很有可能导致冷却液自身发生相变，导致干冰的瞬时大量气化或液氮的沸腾，这使得冷却式的收集方法在实际实验中存在非常大的危险性；吸收式和冷却式焦油吸收方法存在的弊端在混合式吸收方法中均会体现且很难避免。

因此在快速热解实验研究中，高效安全稳定的焦油收集装置是实验装置开发的一个瓶颈。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种利用制冷片冷却的多层滤网焦油收集装置以及系统，可以实现快速热解实验研究中对焦油产物的有效收集。