[发明专利]一种阵列式流态化快速热解反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种阵列式流态化快速热解反应装置，属于生物质再生利用及其能源转化的技术领域。

背景技术

由于资源供求之间的矛盾日渐突出，寻求可替代化石燃料且具有可再生性、清洁性的能源已成为大势所趋。生物质能源化正是在这个背景下出现的，其能源化技术中，快速热解是最有前途的能源转化方法之一。生物质快速热解是在传统热解基础上发展起来的一种技术，相对与传统热解，它采用超高升温速率，超短气相停留时间及适中的反应温度，使生物质中的有机高聚物分子在隔绝空气的条件下迅速断裂为短链分子，使焦炭和气体产物降到最低限度，从而最大限度获得液体产品。

生物质快速热解反应器为生物质快速热解技术的核心部件，目前生物质快速热解反应器主要有机械接触式反应器、间接接触式反应器、混合式反应器和真空热裂解反应器等四类。其中混合式反应器其传热主要是对流方式，但热传导和热辐射也起到很到作用，常见的技术是流化床技术。流化床技术由于其工艺上的日渐成熟，而使其应用范围非常广泛，其能提供非常高的加热速率以及相对均匀的反应温度，同时快速流动的载气便于一次将产物及时析出，正因为如此，生物质流化床技术得以快速发展，产生了各种形式的流化床反应器。在目前所有的热解反应器中，针对流化床或类似的反应器而开展的生物质热解实验研究是比较丰富的，其中热解以其反应快、利用率高、产物性能好、产物应用广泛更为人所关注。但是因为流化床或类似的反应器都是靠电、电磁、烟气或者火焰加热反应器的外壁，如果反应器直径的增大影响内部温度的稳定性和均匀性，进而影响传热效率和热解效率，因此就直接限制了反应器的直径不可能做太大，对于工业化带来很大困难。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种适用于工业化生产的传热效果好、热解效率高、耗能少的阵列式流态化快速热解反应装置。

一种阵列式流态化快速热解反应装置，其结构包括：多个阵列式热解管、炉室、烟气进气口、烟气出气口、进料系统、料仓、气室组成，多个阵列式热解管竖直穿插于炉室中间，烟气环绕在阵列式热解管周围，阵列式热解管包括下部的快速热解反应区和上部分的快速热解平衡区，炉室外侧下部有烟气进气口，烟气出气口位于炉室外侧上方，进料系统在炉室外侧下方，穿过炉室分别与每个阵列式热解管的下部的快速热解反应区连通，料仓与进料系统连通，气室在炉室和阵列式热解管的下方，用于分散和输送气体。

阵列式流态化快速热解反应装置现有技术相比既具备流化床简单、高效，相比与单管流化式反应器，其外部加热温度要求更低，阵列式热解管内部的温度的均匀性和稳定性都好很多，且生物速率快，同时通过热量交换的优化，将过程操作能耗降低到最低，由于采用阵列式流态化快速热解反应装置，其产率都可以根据实验室50kg/h预测出，单管放大效应小，易于工业化；满足工业化生产要求的传热效果好、热解效率高、耗能少的实际。

附图说明

图1为阵列式流态化快速热解反应装置示意图

其中：1-烟气出气口；2-阵列式热解管平衡区；3-阵列式热解管反应区；4-炉室；5-料仓；6-进料系统；7-烟气进气口；8-气室；9-阵列式热解管

下面结合附图对本发明的具体结构及实施就快速热解反应举例作进一步的描述

1、物料在料仓(5)中通过进料系统(6)被平稳地送入到阵列式热解管(9)的阵列式热解管反应区(3)，由于阵列式热解管(9)内径小，传热效率高，尤其是对于阵列式热解管(9)中间的物料传热较好，温度能迅速达到反应热解温度400℃-650℃，物料进入阵列式热解管(9)后被流化迅速传热到400℃-650℃发生反应且向上运动至阵列式热解管平衡区(2)热解蒸汽、固定碳和未完全反应的含碳物料颗粒在循环流化气体的作用下，经过阵列式热解管平衡区(2)，此时热解蒸汽、固定碳则随着气流流出快速热解反应装置，未完全反应的物料颗粒由于速度的突然降低，在自重的作用下再次进入阵列式热解管反应区(3)进行反应。

2、每个阵列式热解管(9)都是一个独立的小型流化床，烟气经过炉室(4)下部的烟气进气口(7)进入，700℃的烟气环绕在阵列式热解管(9)外壁，加热阵列式热解管(9)，阵列式热解管(9)的下部阵列式热解管反应区(3)温度迅速达到500℃-700℃用于进行快速热解反应，700℃的烟气在炉室(4)内流动的过程中由于传热作用温度有所降低，流到炉室(4)上部阵列式热解管平衡区(2)时温度达到300℃-400℃，刚好对下部反应的热解气起保温作用，类似于电加热的分段式控制，最后烟气经过烟气出气口(1)排出炉室(4)。