[发明专利]一种锥形磨辊式生物质快速催化热解反应器及其热解方法

权利要求书

1.一种锥形磨辊式生物质快速催化热解反应器，包括锥形磨辊(1)、密封填料(2)、气体出口(3)、进料口(4)、摩擦壁(5)、烟道(6)、封闭外壳(7)、出料口(8)、集炭箱(9)；所述锥形磨辊(1)包括旋转轴(101)、催化槽(102)、摩擦带(103)和锥形辊体(104)；

气体出口(3)与气固分离系统相连；气体出口(3)的对侧设有进料口(4)，与进料系统相连；烟道(6)的入口与燃烧系统的烟气出口相连，出口与烟气净化系统相连；出料口(8)与集炭箱(9)相连；集炭箱(9)与燃烧系统的燃烧器相连；

整个反应器为竖直结构，进料口外壁附有保温材料，倾斜一定角度斜上布置；旋转轴(101)与封闭外壳(7)外部的驱动系统相连；旋转轴(101)与外壳间通过耐高温的密封填料(2)以及氮气保护的迷宫式密封设置双层保护，防止漏气；摩擦壁(5)设置在封闭外壳(7)相对于锥形辊体(104)安装位置的内表面；烟道(6)从封闭外壳(7)位于摩擦壁(5)的位置水平横穿过；锥形磨辊(1)中部为带有小锥角的锥形辊体(104)，上下通过旋转轴(101)与轴承支撑连接；锥形辊体(104)表面设置螺距固定的凸起螺旋状摩擦带(103)，随着向下辊体直径的增大，摩擦带(103)的厚度逐渐减小，摩擦带(103)之间设置催化槽(102)；多个反应器集中布置，下方的集炭箱(9)可相连，通过鼓风机输送产物焦炭；封闭外壳(7)位于烟道(6)处的外表面布有换热肋片；烟道(6)外侧设有保温层。

2.根据权利要求1所述的锥形磨辊式生物质快速催化热解反应器，其特征在于：所述进料口(4)相对于竖直方向倾斜30-60°布置。

3.根据权利要求1所述的锥形磨辊式生物质快速催化热解反应器，其特征在于：所述锥形辊体(104)的锥顶角为0-5°。

4.根据权利要求1所述的锥形磨辊式生物质快速催化热解反应器，其特征在于：所述螺旋状摩擦带(103)为在锥形辊体(104)表面焊接的金属带上设置摩擦涂层，螺距为10-40mm，螺纹升角为20-50°。

5.根据权利要求1所述的锥形磨辊式生物质快速催化热解反应器，其特征在于：所述摩擦带(103)与摩擦壁(5)之间的间隙满足1-10mm；在出料口(8)处，锥形辊体(104)与摩擦壁(5)紧贴，间隙满足0-2mm。

6.根据权利要求1所述的锥形磨辊式生物质快速催化热解反应器，其特征在于：所述的催化槽(102)为坚硬的催化剂层或摩擦层，宽度为10-30mm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的锥形磨辊式生物质快速催化热解反应器，其特征在于：所述的摩擦层与摩擦带(103)为在坚硬表面涂制高粗糙度的摩擦涂料。

8.一种基于权利要求1-7任一所述反应器的锥形磨辊式生物质快速催化热解方法，包括以下步骤：

预处理后的生物质原料经由料斗，通过进料系统送入热解反应器中；物料颗粒从反应器斜上方的进料口(4)滑入，由锥形辊体(104)上部的摩擦带拨动，较为均匀地送入锥形磨辊(1)与摩擦壁(5)之间的缝隙内；在螺旋状摩擦带(103)的旋转推动下，物料颗粒受锥形磨辊(1)与摩擦壁(5)共同的挤压摩擦，表面热解生成的残炭不断被剪切剥落，使得催化剂能有效地接触颗粒内部同时封闭外壳(7)传入的热量也能充分地送入颗粒内部，维持高效的催化反应；其中，催化反应温度为300-700℃，固相滞留时间为5-30s，气相滞留时间为0.2-2s；物料颗粒在受到不断的推挤和摩擦下，顺着V型间隙，逐渐变小，直至完全被催化热解；最终生成的大部分固体焦炭通过下方的出料口(8)进入集炭箱(9)，少部分随着热解气体经过气体出口(3)进入气固分离系统；气固分离后的热解气经过分级冷凝后得到富含特定高附加值产物的生物油，而不可冷凝气体连同焦炭一起送入燃烧系统燃烧，产生的热烟气通过烟道(6)给反应器提供热量。

9.根据权利要求8所述的一种锥形磨辊式生物质快速催化热解方法，其特征在于：所述锥形磨辊(1)的转速为60-300r/min。

10.根据权利要求8所述的一种锥形磨辊式生物质快速催化热解方法，其特征在于：所述催化剂可直接浸渍原料或负载在催化槽(102)上。