[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

说明书

本发明涉及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。该热解反应器包括气体出口、进料口、出料口、锥形磨辊、摩擦壁、烟道、封闭外壳、集炭箱以及密封填料。其中，锥形磨辊由锥形辊体、催化槽、摩擦带和旋转轴组成。预处理后的生物质颗粒受到摩擦壁的加热，其表面迅速升温发生热解反应；同时，在摩擦带的推动挤压下，物料受到锥形磨辊与摩擦壁的摩擦剪切作用，不断被剥离热解生成的表面残炭，使得催化剂与热量能够充分地送入颗粒内部，保证高效的催化反应；热解气经气固分离后快速冷凝，以获得高品位生物油燃料或富含特定高附加值产物的生物油；同时收集可燃气与焦炭，经燃烧后产生高温烟气，用于加热外壳，实现自热式热解过程。

技术领域

本发明属于生物质能利用技术领域，具体涉及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。

背景技术

作为唯一能够直接转化为液体燃料的可再生能源，生物质以其产量巨大、可储存和碳循环等优点已引起全球的广泛关注。将每年产生的大量垃圾、农林废弃物通过快速热解技术转化为生物油，相当于每年增加了数千万吨石油当量的能量，从而可显著提高我国的能源安全，并能够有效减少污染物和温室气体的排放。同时，通过对生物质热解过程进行定向调控(例如使用催化剂进行生物质催化热解)，提高生物油的品位(获得高品位的燃料生物油或者富含高附加值化学品的生物油)，能够显著拓宽生物油的应用领域，起到缓解化石资源危机的作用。而生物质热解技术高效实现的关键就在于反应器的设计。

研制出可满足生物质快速热解所需的高效换热结构是反应器设计的核心。然而面对生物质导热性差的特点，通常通过延长生物质的固相停留时间或减小生物质颗粒的粒径来解决，但是因此带来的反应器处理效率的降低或粉碎机功耗的增加，又会增大生物质原料的处理成本。如何实现热量的高效传递，保证生物质颗粒的迅速升温热解，是目前热解反应器研制所必须克服的最主要的技术难题。

而为了提高生物油的品位，有效手段之一是高效地引入催化剂。然而，对于目前主流的热解反应器：运动机械式的结构，例如旋转锥、烧蚀式等，仅仅依靠离心力是难以使得催化剂深入颗粒内部直接催化热解反应，而催化热解产物的效果并不如直接催化反应；对于压辊式的结构，原料颗粒也在辊压过程中变得紧实，同样也难以保证催化剂对颗粒内部的催化效果；而流化床式，通过反应器内部颗粒的剧烈碰撞，能够在保证高效传热的同时不断剥离原料表面热解剩余的炭，使得催化效果持续深入原料内部，但是相应的，载气使用量大所导致的热解气冷凝困难、冷凝热量损失大以及反应器磨损严重、设备庞大等问题也限制了流化床反应器的发展。因此，在保证高效传热、装置紧凑、减轻设备磨损的同时，使得催化剂能够高效催化热解过程，是目前必须考虑的另一个技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供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。

根据本发明的一方面，提供了一种锥形磨辊式生物质快速催化热解反应器，该反应器包括：锥形磨辊、密封填料、气体出口、进料口、摩擦壁、烟道、封闭外壳、出料口和集炭箱；所述的锥形磨辊包括旋转轴、催化槽、摩擦带和锥形辊体。气体出口与气固分离系统相连；气体出口的对侧设有进料口，与进料系统相连；烟道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；出料口与集炭箱相连；集炭箱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；旋转轴与封闭外壳外部的驱动系统相连；旋转轴与外壳间通过耐高温的密封填料以及氮气保护的迷宫式密封设置双层保护，防止漏气；摩擦壁设置在封闭外壳相对于锥形辊体位置的内表面；烟道从封闭外壳位于摩擦壁的位置水平横穿过；锥形磨辊中部为带有小锥角的锥形辊体，上下通过旋转轴与轴承支撑连接；锥形辊体表面设置螺距固定的凸起螺旋状摩擦带，随着向下辊体直径的增大，摩擦带的厚度逐渐减小，摩擦带之间设置催化槽；多个反应器集中布置，下方的集炭箱可相连，通过鼓风机输送产物焦炭；封闭外壳位于烟道处的外表面布有换热肋片，烟道外侧设有保温层。

优选的，进料口相对于竖直方向倾斜30-60°布置。