[实用新型]利用农作物秸秆联产生物油和生物炭的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种以农作物秸秆为原料，联产生物油和生物炭的生产装置。

背景技术

农作物秸秆是典型的生物质资源，燃烧、热化学法、生化法、化学法和物理化学法等生物质能的转化利用途径均可适用。燃烧发电、气化和颗粒成型等技术相对成熟，已有示范性应用。但是，农作物秸秆的分布极为分散、形态各异、能量密度低，大范围收集和长途运输的成本高；其供应具有季节性和周期性，受潮后又极易腐烂，增加了存储的空间和成本；这不仅大大增加了生产成本，大规模工业化生产的原料供给也存在一定困难。

目前获得的生物油成份复杂，氧元素含量偏高，生产成本高，难以与化石燃料竞争。与生物油相比，当前研究对生物质热裂解过程中的气态和固态产物关注较少。

发明内容

为了克服已有生物油和生物炭的获取工艺的成分复杂、成本高的不足，本实用新型提供一种成分简单、降低生产成本的利用农作物秸秆联产生物油和生物炭的装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用农作物秸秆联产生物油和生物炭的装置，所述装置包括熔盐热裂解反应器，所述熔盐热裂解反应器包括外壳、加热电炉、进料口和出料口，温度传感器位于外壳内，所述进料口与螺旋进料器的出料管连通，所述螺旋进料器连接电机，所述进料口与惰性气体充气管连通，所述出料口与旋风分离器的进口连通，所述旋风分离器的下方设有用于收集生物炭的收集盒，所述旋风分离器的气体出口连接冷凝器，所述冷凝器的下方设有用于收集生物油的收集槽。

进一步，所述出料管的外壁套装冷却用套管。

所述温度传感器位于不锈钢套管内，所述不锈钢套管深入反应器底部。所述温度传感器为热电偶温度计。

本实用新型的技术构思为：热裂解是在无氧或缺氧的条件下，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转变为低分子物质的热化学反应，产物包括气态、液态和固态三种。其中，液态产物(生物油)可以替代燃油在锅炉、窑炉、发动机及涡轮机等场所使用，可以通过催化重整获取氢，还可以提取或衍生出包括食品调味料、合成树脂及肥料等多种产品，受到广泛关注。农作物秸秆等生物质均可用作热裂解的原料。

事实上，气态产物(裂解气)以H₂、CO和CH₄等可燃气体为主，包含可供利用的能量；固态产物(生物炭)不仅能用做燃料，还能够被进一步活化为高品质活性炭，广泛应用于环境保护、食品加工、文物保护、医药保健、农业、水产业和畜牧业等领域，在分离和有机合成等化工生产中的应用日益拓展。Petit、Kalderis和Oliveria等研究小组分别以桉树树皮、稻壳、甘蔗渣和玉米芯等农林废弃物为原料，采用不同的活化方法制取了生物活性炭，并通过实验验证了吸附性能。因此，以农作物秸秆为原料，通过热裂解处理，联产能量密度高、性质相对稳定的液态产品(生物油)和固态产品(生物炭)，加以收集、运输和存储，并利用裂解气中的能量，不仅能够大幅度降低生产成本，还能有效抗拒企业生产单一产品的经营风险。

本实用新型的有益效果主要表现在：

1、在同一反应器内，半连续操作，采用熔盐热裂解农作物秸秆，同时生产生物油和生物炭，副产裂解气用于补充热裂解所需能量，操作方便、生产成本低、环境污染小，易于实现工业化。

2、改变熔盐组成可显著改变气态、液态和固态产物的产率及组成分布，从源头上调控生物质热裂解产品的品质，能有效抗拒企业生产单一产品的经营风险。

3、通过正交实验优化热裂解反应温度、惰性气体流量(裂解气停留时间)、裂解残炭活化时间、裂解残炭活化温度、活化时的盐炭比(通过进料时间和进料量控制)等条件，可以获得较高的生物油和生物炭产率。

4、闪速升温是生物质快速热裂解的关键，现有技术采用气体或固体为热载体加热生物质，由于气体热容量小，固体间接触面积小，为实现超高升温速率(10³～10⁴K/s)，热载体温度必须大大高于热裂解反应的适宜温度(500～600℃)，对热源品质、反应设备耐热性能及系统保温的高要求导致生产成本居高不下。采用熔盐热裂解生物质，生物质颗粒通过与熔盐快速均匀地混合，将闪速升至预定热裂解反应温度。由于熔盐的热容量远大于生物质原料，只需要将熔盐加热至略高于热裂解反应温度，从而大大降低了对热源品质、设备材料耐热性能和系统保温的要求。并且，熔盐的蒸气压低、化学性质稳定、成本较低、加热快速均匀，温度控制方便，加热输送技术相对成熟，是生物质热裂解的性能优良的热载体。