蓄热滚筒热解反应器

摘要

本发明提供蓄热滚筒热解反应器，能够对生物质进行大量高效处理，且加热效率高，杂质少。该蓄热滚筒热解反应器包括：滚筒热解炉，包括：炉膛，位于炉膛内的滚筒，和由滚筒的高导热性筒壁与炉膛的隔热性内壁所围成的腔体；进料部，设置在滚筒热解炉的一端，与滚筒入口相连通；出料部，设置在滚筒热解炉的另一端，与滚筒出口相连通；蓄热部，用于将热持续传递给滚筒使位于筒内的生物质进行热解反应，包括填充满腔体的蓄热材料；高温烟气入口，设置在滚筒热解炉的入口侧，与蓄热部相连通，将高温烟气输入蓄热部，使蓄热材料高温蓄热；高温烟气出口，设置在滚筒热解炉的出口侧，与蓄热部相连通，将换热后的烟气排出；以及热解气出口，设置在出料部上。

权利要求

1.一种蓄热滚筒热解反应器，其特征在于，包括：滚筒热解炉，包括：炉膛，位于所述炉膛内的滚筒，和由所述滚筒的高导热性筒壁与所述炉膛的隔热性内壁所围成的腔体；

进料部，设置在所述滚筒热解炉的一端，与所述滚筒入口相连通；

出料部，设置在所述滚筒热解炉的另一端，与所述滚筒出口相连通；

蓄热部，用于将热持续传递给所述滚筒使位于筒内的生物质进行热解反应，包括填充满所述腔体的蓄热材料；

高温烟气入口，设置在所述滚筒热解炉的入口侧，与所述蓄热部相连通，将高温烟气输入所述蓄热部，使所述蓄热材料高温蓄热；

高温烟气出口，设置在所述滚筒热解炉的出口侧，与所述蓄热部相连通，将换热后的烟气排出；以及

热解气出口，设置在所述出料部上，其中，所述蓄热滚筒热解反应器还包括导流部，设置在所述腔体中，包括：安装在所述滚筒的第一段外壁上、并且向着所述炉膛内壁延伸的第一导流板，和环绕所述滚筒的第二段外壁设置、向着所述炉膛内壁延伸、且底部进一步向着所述滚筒的第三段延伸一定距离的第二导流板，

所述第一导流板设置在所述滚筒的第一段轴向方向1/3 3/5位置处，所述第一导流板~

的高度为所述腔体对应截面高度的1/2 4/5；所述第二导流板设置在所述滚筒的第二段与~

第一段的交界处，底部呈L形且横向延伸距离为所述第二段长度的1/2 2/3；

~

所述出料部中设有卸料绞龙，位于所述滚筒出口下方，传送所述滚筒排出的热解固体残余物；

所述蓄热滚筒热解反应器还包括烟气道，入口端与所述蓄热部的末端相连通，出口端与所述出料部相连通并朝向所述卸料绞龙输送换热后的烟气；所述烟气道的出口端设置在所述卸料绞龙下方，并且截面呈从下向上倾斜状；

所述高温烟气出口设有两个，第一高温烟气出口设置在所述滚筒第二段的上方，第二高温烟气出口设置在所述滚筒第三段的上方；

所述第二导流板底部应横向延伸至超出所述第一高温烟气出口40 80mm。

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2.根据权利要求1所述的蓄热滚筒热解反应器，其特征在于：其中，所述蓄热材料为多孔陶瓷蓄热材料。

3.根据权利要求1所述的蓄热滚筒热解反应器，其特征在于：其中，所述滚筒热解炉为卧式，输送滚筒内设有螺旋槽道；

所述滚筒分为依次相连的三段，第一段为从入口开始筒径逐渐扩大的渐变扩张结构，第二段为内径恒定的平直段，第三段为从第二段末开始筒径逐渐减小的渐变收缩结构。

4.根据权利要求1所述的蓄热滚筒热解反应器，其特征在于：其中，所述滚筒的第一段、第二段、第三段的轴向长度比依次为20：12 20：5 8。

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说明书

蓄热滚筒热解反应器

技术领域

[0001] 本发明属于可再生能源利用技术领域，具体涉及一种蓄热滚筒热解反应器。

背景技术

[0002] 生物质热裂解技术是世界上生物质能研究的前沿技术之一。该技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式将以木屑等生物质转化为高品质的易储存、易运输、能量密度高且
使用方便的代用液体燃料(生物油)，其不仅可以直接用于现有锅炉和燃气透平等设备的燃
烧，而且可通过进一步改进加工使液体燃料的品质接近于柴油或汽油等常规动力燃料的品
质，此外还可以从中提取具有商业价值的化工产品。相比于常规的化石燃料，生物油因其所
含的硫、氮等有害成分极其微小，可视为21世纪的绿色燃料。

[0003] 生物质热解反应器按照生物质的受热方式可以分为两类：直接加热反应器和间接加热反应器。直接加热反应器使用热载体与生物质直接混合，传热性能好，处理量大，但是
也存在着难以解决的问题：1.使用大量的热载气导致能耗高，且产物杂质较多，物料适应性
差；2.固体热载体的耐磨损性能差，使用寿命不长。而间接加热反应器例如微波热解反应
器、电磁热解反应器等，利用微波或者电磁对生物质进行加热，虽然杂质较少，但设备昂贵、
能耗高、热解产率低且无法大型化、处理量低，并不适于工业使用。

发明内容

[0004] 本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供生物质处理量大、加热效率高、杂质少的蓄热滚筒热解反应器。

[0005] 本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

[0006] 本发明提供一种蓄热滚筒热解反应器，其特征在于，包括：滚筒热解炉，为卧式，包括：炉膛，位于炉膛内的滚筒，和由滚筒的高导热性筒壁与炉膛的隔热性内壁所围成的腔
体；进料部，设置在滚筒热解炉的一端，与滚筒入口相连通；出料部，设置在滚筒热解炉的另
一端，与滚筒出口相连通；蓄热部，用于将热持续传递给滚筒使位于筒内的生物质进行热解
反应，包括填充满腔体的蓄热材料；高温烟气入口，设置在滚筒热解炉的入口侧，与蓄热部
相连通，将高温烟气输入蓄热部，使蓄热材料高温蓄热；高温烟气出口，设置在滚筒热解炉
的出口侧，与蓄热部相连通，将换热后的烟气排出；以及热解气出口，设置在出料部上。

[0007] 以上方案的有益效果为：

[0008] 本发明提供的蓄热滚筒热解反应器，由滚筒筒壁与炉膛内壁所围成的腔体中填充蓄热材料形成蓄热部，然后通过高温烟气入口将高温烟气导入蓄热部内使蓄热部受热和储
热，蓄热体将高温烟气的热量储存下来，蓄热体温度升高，加热滚筒的筒壁，为筒内生物质
热解持续提供能量，有效减少了加热过程中的能量损失，充分提高了能量利用率和热效率；
并且本发明中不需要通入流化载气，生物质原料的输送是通过滚筒的旋转运动，生物质物
料沿着滚筒的内壁进行机械位移，而且本发明可以通过改变通入的高温烟气的温度和滚筒
的转速来调节生物质物料的受热温度和受热时间，从而使生物质物料实现有选择性的热解
转化，如热解液化、热解气化或热解炭化，因此，本发明所提供的蓄热滚筒热解反应器能量
利用率高、热效率高、杂质少，并且结构简单、处理成本低、调控方便，非常适于生物质大规
模高效处理，易于产业化。

[0009] 优选地，在本发明所涉及的蓄热滚筒热解反应器中，还可以具有这样的特征：蓄热材料为蜂窝状多孔陶瓷蓄热材料，陶瓷蓄热材料可以为堇青石质、莫来石质或刚玉莫来石
质的泡沫陶瓷蓄热体；这些蜂窝陶瓷蓄热材料在保证烟气流通的同时有效将烟气的热量保
留下来为生物质热解提供能量，减少了加热过程中的能量损失，提高了燃料利用率。

[0010] 优选地，在本发明所涉及的蓄热滚筒热解反应器中，还可以具有这样的特征：蓄热材料上涂抹有V2O5‑WO3(MoO3)/TiO2催化剂，有助于降低烟气中污染物的含量，减少排出烟气
对环境的污染。

[0011] 优选地，本发明所涉及的蓄热滚筒热解反应器还可以具有这样的特征：滚筒热解炉为卧式，滚筒内设有螺旋槽道；滚筒分为依次相连的三段，第一段为从入口开始筒径逐渐
扩大的渐变扩张结构，第二段为内径恒定的平直段，第三段为从第二段末开始筒径逐渐减
小的渐变收缩结构；蓄热滚筒热解反应器还包括导流部，设置在腔体中，包括：安装在滚筒
的第一段外壁上、并且向着炉膛内壁延伸的第一导流板，和环绕滚筒的第二段外壁设置、向
着炉膛内壁延伸、且底部进一步向着滚筒的第三段延伸一定距离的第二导流板。滚筒内壁
面设有螺旋槽道，既可防止生物质原料在滚筒内滞留，同时也能使生物质原料与壁面更充
分地接触，提升热解效果；滚筒分为特定形状的三段，并在不同段设置相应的导流板，能够
有利于热能充分传导至筒内生物质进行热解反应，并使得烟气在这蓄热体内有效停留和均
匀流动，进一步提升能量利用率高、热效率高，防止烟气没有充满腔体而过早排出。

[0012] 优选地，在本发明所涉及的蓄热滚筒热解反应器中，还可以具有这样的特征：第一导流板设置在滚筒的第一段轴向方向1/3～3/5位置处，最佳为1/2处；第二导流板设置在滚
筒的第二段与第一段的交界处，底部呈L形且横向延伸距离为第二段长度的1/2～2/3，最佳
为3/5，第一导流板和第二导流板的高度均为腔体对应截面高度的1/2～4/5，最佳为3/4。这
样设置能够更进一步提高能量利用率高和热效率。

[0013] 优选地，在本发明所涉及的蓄热滚筒热解反应器中，还可以具有这样的特征：滚筒的第一段、第二段、第三段的轴向长度比依次为20：12～20：5～8，这样设置更有利于处理大
量的生物质，使热解反应更加充分有效进行。

[0014] 优选地，在本发明所涉及的蓄热滚筒热解反应器中，还可以具有这样的特征：高温烟气出口设有两个，第一高温烟气出口设置在滚筒第二段的上方，第二高温烟气出口设置
在滚筒第三段的上方，这样设置可以使得高温烟气在蓄热体内多个方向上充分流动，并能
够保证导流板的弯折处也有高温烟气流动，让高温烟气能够更加均匀、充分地对筒壁和蓄
热体进行加热。

[0015] 优选地，在本发明所涉及的蓄热滚筒热解反应器中，还可以具有这样的特征：第二导流板底部应横向延伸至超出第一高温烟气出口40～80mm，这样导流、换热效果更佳。

[0016] 优选地，在本发明所涉及的蓄热滚筒热解反应器中，还可以具有这样的特征：出料部中设置有卸料绞龙，位于滚筒出口下方，传送滚筒排出的热解固体残余物；蓄热滚筒热解
反应器还包括烟气道，入口端与蓄热部的末端相连通，出口端与出料部相连通并朝向卸料
绞龙输送换热后的烟气。通过这样的结构设置，使得高温烟气流通的腔体与卸料蛟龙外部
相通，可以保证卸料口的温度，并且气流的驱动也有助于物料输送，防止由于温度过低等原
因发生堵塞；并且烟气道的设置也有利于高温烟气在蓄热体内多个方向上充分流动。

[0017] 优选地，在本发明所涉及的蓄热滚筒热解反应器中，还可以具有这样的特征：烟气道的出口端设置在卸料绞龙下方，并且截面呈从下向上倾斜状，这样更有利于物料输送。

[0018] 优选地，在本发明所涉及的蓄热滚筒热解反应器中，还可以具有这样的特征：出料部中还设置有刮料器。

附图说明

[0019] 图1是本发明实施例涉及的蓄热滚筒热解反应器的结构示意图；

[0020] 图2是本发明实施例涉及的第一导流板的结构示意图；

[0021] 图3是本发明实施例涉及的第二导流板的结构示意图。

具体实施方式

[0022] 下参照附图对本发明所涉及的蓄热滚筒热解反应器作详细阐述。

[0023] <实施例>

[0024] 如图1所示，蓄热滚筒热解反应器10包括滚筒热解炉11、导流部12、进料部13、出料部14、蓄热部15、高温烟气入口16、高温烟气出口17a和17b、热解气出口18、烟气道19以及驱
动部。

[0025] 滚筒热解炉11为卧式，包括炉膛11a、滚筒11b和腔体。炉膛11a内壁具有高隔热性。滚筒11b位于炉膛11a内，筒壁具有高导热性，且筒内壁内设有螺旋槽道。本实施例中，滚筒
11b分为依次相连的三段，第一段为从入口开始筒径逐渐扩大的渐变扩张结构，第二段为内
径恒定的平直段，第三段为从第二段末开始筒径逐渐减小的渐变收缩结构。腔体由滚筒11b
的筒壁与炉膛11a的内壁所围成。本实施例中，滚筒11b的第一段、第二段、第三段的轴向长
度(中轴线的长度)比依次为4：3：1。

[0026] 如图1至3所示，导流部12设置在腔体中，包括第一导流板12a和第二导流板12b。第一导流板12a安装在滚筒11b的第一段外壁上，并且向着炉膛11a内壁延伸。第二导流板12b
环绕滚筒11b的第二段外壁设置，向着炉膛11a内壁延伸，且底部底部呈L形进一步向着滚筒
11b的第三段横向延伸一定距离。本实施例中，第一导流板12a设置在滚筒11b的第一段轴向
方向1/2位置处；第二导流板12b设置在滚筒11b的第二段与第一段的交界处，底部呈L形且
横向延伸距离为第二段长度的3/5，第一导流板12a和第二导流板12b的高度均为腔体对应
截面高度的3/4。

[0027] 如图1所示，进料部13设置在滚筒热解炉11的左端，与滚筒11b入口相连通。

[0028] 出料部14设置在滚筒热解炉11的右端，与滚筒11b出口相连通。出料部14包括出料口14a、卸料绞龙14b和刮料器14c。卸料绞龙14b设置在出料口14a中，并位于滚筒11b出口下
方，向外传送滚筒11b排出的热解固体残余物。刮料器14c设置在出料口14a，并朝向卸料绞
龙14b，将滚筒11b出口排出的物料热解固体残余物进行刮取，使物料热解固体残余物落入
卸料绞龙14b。

[0029] 蓄热部15用于将热持续传递给滚筒11b使位于筒内的生物质进行热解反应，它包括填充满腔体的蓄热材料和涂覆在蓄热材料上的催化剂。本实施例中，蓄热材料为堇青石
质的泡沫陶瓷蓄热材料，催化剂为V2O5‑WO3(MoO3)/TiO2催化剂，能够在热作用下对烟气中的
污染物进行催化去除。

[0030] 高温烟气入口16设置在滚筒热解炉11的入口侧下方，与蓄热部15前端下部相连通，将高温烟气输入蓄热部15，使蓄热材料高温蓄热。

[0031] 高温烟气出口17a作为第一高温烟气出口，设置在滚筒11b第二段的上方，与蓄热部15相连通，将换热后的烟气排出。本实施例中，在水平方向上，第一高温烟气出口的右边
缘应位于第二导流板12b横向延伸板右边缘以内50mm。高温烟气出口17b作为第二高温烟气
出口，设置在滚筒11b第三段的上方。

[0032] 热解气出口18设置在出料部14上，用于排出热解气。

[0033] 烟气道19的入口端与蓄热部的末端相连通，出口端与出料部14相连通，截面呈从下向上倾斜状，朝向卸料绞龙输送换热后的烟气。

[0034] 驱动部设置在滚筒热解炉11右侧，与滚筒11b和刮料器14c相连，驱动滚筒11b和刮料器14c进行旋转。

[0035] 基于以上结构，本实施例所提供的蓄热滚筒热解反应器10的工作过程如下：

[0036] 高温烟气从高温烟气入口16进入蓄热部15内，蓄热部15将高温烟气的热量储存下来，蓄热体温度升高，加热滚筒11b的壁面，经过换热后的高温烟气从高温烟气出口17a和
17b排出。与此同时，生物质原料从进料部13喂入滚筒11b左侧，驱动部驱动滚筒11b旋转，在
旋转滚动作用下，生物质原料不断沿螺道向右运动并被滚筒11b壁面加热发生热解反应，产
生热解气。热解气由热解气出口18排出冷凝后收集，热解的固体残余物从滚筒11b右侧排出
落入卸料绞龙14b中，同时炉膛11a中的部分高温烟气沿烟气道19流向卸料绞龙外侧加热卸
料绞龙14b，防止该处温度过低堵塞，最后将固体残余物收集在热解固体收集箱内。

[0037] 具体热解步骤为：

[0038] S1、滚筒11b被蓄热部15逐渐加热到500℃，并在该温度下保持30分钟，在加热阶段，驱动部也被打开，调整控制滚筒11b的转速；

[0039] S2、将生物质物料由进料部13喂入滚筒11b，在旋转的作用下向蓄热滚筒热解反应器10右侧运动，同时热解；

[0040] S3、步骤S2中得到的热解固体在旋转及刮料器14c作用下落入卸料绞龙14b中，最后收集到热解固体收集箱内；

[0041] S4、步骤S2中得到的生物油蒸汽由热解气出口18排入相应的冷凝装置。

[0042] 本实施例所提供的生物质热解反应器10通过将外部高温烟气的热量储存在蓄热体内并经蓄热部15与滚筒11b进行换热，同时利用螺旋转速变化影响固体停留时间的特性，
最终可控制生物质热解反应温度在500℃～600℃、固体停留时间在40‑60min，生物质处理
量大约50kg/h。

[0043] 以上仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的蓄热滚筒热解反应器并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的结构，而是以权利要求所限定的范围为准。
本发明所属领域技术人员在该的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的
权利要求所要求保护的范围内。