[发明专利]一种螺旋推进式生物质连续热裂解多级反应装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质再生及高效清洁利用，特别涉及一种螺旋推进式生物质连续热裂解多级反应装置及生产生物炭、清洁燃气、生物油和木醋液的方法，最终实现生物质的再生和利用。

背景技术

生物质资源种类众多、数量巨大、分布广泛，主要有秸秆等农作物废弃物、畜禽粪便、能源植物、木柴燃料、城市废物等。一些生物质资源可被用于饲料、肥料、造纸、食用菌基料和燃料等，但是仍有大量生物质资源未能得到充分有效利用，每年仍然有大量秸秆被焚烧，造成环境污染和资源浪费，因此，开发生物质资源利用技术对于解决目前我国所面临严峻的资源与环境突出问题具有重要意义。

实现生物质资源能源转化使生物质资源得到再生，是解决目前我国大量生物质资源不能得到充分利用并造成资源浪费和环境污染问题的有效途径，能源转化技术有物理转化、生物化学转化和热化学转化等；其中，生物质热化学转化方式主要有热裂解、气化、液化和直接燃烧等。热裂解是生物质在完全隔绝或限制供氧条件下进行热分解反应生成低分子量可燃气体、液体(木醋液和生物油)及固体(生物炭)的过程，热裂解反应可分为慢速热裂解、快速热裂解、瞬时热裂解方式。

生物质发生热裂解反应需要在隔绝空气条件下完成，现有技术在连续生产过程中，通常采用向反应器中通入氮气，用以控制氧气的含量，该方法主要缺点是增加使用氮气生产成本，同时也会增加单位产品的能耗，氮气的通入会降低反应器温度，造成部分能量的损失；而不采用通入氮气的生产工艺，其设备结构复杂，制造成本高，维护费用高、无法保障连续生产，同时会发生大量结焦问题，增加除焦成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多级螺旋推进式生物质连续热裂解反应装置，通过对螺旋推进式多级反应器内部结构和外部联动方式的优化设计，配合烟气导出、收集、净化、分离和利用等装置，实现生物质热裂解产物的连续产出与分离，包括固/气分离(生物炭/烟气)、油/水分离(生物油/木醋液)，最终生产出生物炭、生物油、木醋液和洁净燃气。该结构的设计简单，无需通入氮气，实现连续生产，及生物质的慢速热裂解、快速热裂解和瞬时热裂解，并减少结焦和便于除焦。

为解决上述问题，本发明提供了一种多级螺旋推进式连续生物质热裂解反应装置，包括由上而下纵向排列的一级反应器、二级反应器和三级反应器；其中一级反应器为生物质预热单元，二级反应器为生物质热裂解单元，三级反应器为生物质炭输出及热裂解气体、木醋液和生物油输出单元；在所述一级反应器的顶部一端设置有入料口，在所述三级反应器的底部设置有出料口；

所述一级反应器、二级反应器和三级反应器首尾依次串联；且在每级反应器的腔体内，沿水平方向，分别设置有用于物料输送的螺旋主轴和设置于其上的螺旋叶片；通过螺旋主轴带动螺旋叶片旋转，从而推送物料由进口向出口方向行进，物料被不断推送并由上级反应器的出口落入下级反应器内部；

每级反应器的螺旋主轴，其两端分别配有密封传动轴承；且上下相邻的两极反应器的密封传动轴承，分别通过传动链轮和链条由控制电机带动而旋转。上下相邻的两极反应器的密封传动轴承的转动方向相同，而螺旋叶片方向相反，物料被螺旋叶片推进，由一级反应器进入二级反应器，随后由二级反应器进入三级反应器，最后由出口送出。

所述一级反应器外部配有温控器的低温加热套，相应区域称为低温加热区，用于对反应器内部物料进行预热。所述低温加热区温度控制范围为室温-300℃；

所述二级反应器外部配有温控器的高温加热套，相应区域称为高温加热区，用于对反应器其内部物料进行高温加热。所述高温加热区温度控制范围为室温-1000℃。

所述三级反应器外部配有风冷散热片，相应区域称为散热区，通过风冷散热片能够对反应器其内部输出生物质炭温度降低至室温。

所述每一级反应器的螺旋主轴，其两端分别配有密封传动轴承；且上下相邻的两极反应器的密封传动轴承，分别通过控制电机带动而旋转；上下相邻的两极反应器的密封传动轴承的转动方向相同，而螺旋叶片方向相反，物料被螺旋叶片推进，由一级反应器进入二级反应器，随后由二级反应器进入三级反应器，最后由三级反应器的出料口送出。

对于上文所述技术方案中，所述控制电机带动旋转的方式通过下述方式实现：传动链轮和链条带动、皮带带动、梯形齿传动带或齿轮传动，其他类似方式也可以实现同样效果，因此均为列入本案保护范围。

对于上文所述技术方案中，所述二级反应器密封传动轴承外部配有冷却装置；所述冷却装置可以为冷却水循环装置的水套或者其他能够用于降温的装置，用于对加热区传递过来的热量进行降温，保护轴承正常运转。