專(zhuān)利名稱：一種生物質(zhì)快速熱裂解反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)快速熱裂解反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程加快以及環(huán)保壓力的日益增大，需要科學(xué)發(fā)展替代能源，大力開(kāi)發(fā)可再生能源如風(fēng)能、生物質(zhì)能、太陽(yáng)能等。其中，生物質(zhì)快速熱裂解制取液體燃料是一種有效途徑。生物質(zhì)熱裂解技術(shù)是指，在完全缺氧或有限供氧的情況下使生物質(zhì)受熱，并主要熱裂解為液體產(chǎn)物生物油。目前國(guó)際上能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化的技術(shù)流派包括
加拿大Dynamotive公司的鼓泡流化床技術(shù)、加拿大Ensyn公司的循環(huán)流化床技術(shù)、荷蘭BTG公司的旋轉(zhuǎn)錐技術(shù)等。上述技術(shù)各有優(yōu)劣，如流化床技術(shù)雖然可動(dòng)部件少，系統(tǒng)故障率低，但是容易造成系統(tǒng)磨蝕，由于引入了載氣用于能量傳遞，造成系統(tǒng)能耗高；旋轉(zhuǎn)錐雖然可動(dòng)部件少，但是對(duì)設(shè)備的制造工藝要求較高，系統(tǒng)放大較為困難。針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)也進(jìn)行了相關(guān)的改進(jìn)和研究。
中國(guó)專(zhuān)利CN1225521C和CN2578335Y分別公開(kāi)了生物質(zhì)快速熱裂解
系統(tǒng)，其包括熱解管或者反應(yīng)管作為快速熱裂解反應(yīng)器。該反應(yīng)器是以直線方式沿豎直方向從上至下延伸的管道。生物質(zhì)和熱栽體從該反應(yīng)器的上部進(jìn)入該反應(yīng)器，并在該反應(yīng)器內(nèi)沿著該反應(yīng)器朝著該反應(yīng)器的下部行進(jìn)，并在該反應(yīng)器的出口端離開(kāi)該反應(yīng)器。在生物質(zhì)和熱載體在反應(yīng)器內(nèi)行進(jìn)期間，生物質(zhì)與熱載體發(fā)生接觸而被加熱，從而發(fā)生熱裂解。裂解后形成的裂解蒸氣在與熱載體分離后被冷卻，從而得到生物質(zhì)裂解油。
中國(guó)專(zhuān)利CN2578334Y中公開(kāi)了一種"Z，，字型生物質(zhì)液化反應(yīng)器，該"Z，，字型反應(yīng)器包括兩個(gè)拐角部。在相同高度下，相比于直線型反應(yīng)器，該"Z"字型反應(yīng)器提供了更長(zhǎng)的延伸長(zhǎng)度，從而為生物質(zhì)提供了時(shí)間更長(zhǎng)且更充分的熱裂解。
但是，這種"Z"字型反應(yīng)器的拐角部在形狀上是由相鄰的兩個(gè)直線部段簡(jiǎn)單彎折形成的夾角。反應(yīng)器內(nèi)的熱載體顆粒在經(jīng)過(guò)該拐角部
4時(shí)，其速度的方向?qū)?huì)發(fā)生急劇的突然偏轉(zhuǎn)，從而會(huì)在該反應(yīng)器的拐角部處與該反應(yīng)器發(fā)生劇烈碰撞，這容易使反應(yīng)器出現(xiàn)磨蝕甚至磨穿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種無(wú)拐角的生物質(zhì)快速熱裂解反應(yīng)器。本發(fā)明的另一目的是提供一種進(jìn)一步增大延伸長(zhǎng)度的生物質(zhì)快速熱裂解反應(yīng)器。本發(fā)明的再一目的是提供一種用于生物質(zhì)高效熱裂解的生物質(zhì)快速熱裂解反應(yīng)器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，該反應(yīng)器為總體上沿豎向設(shè)置的管道，并且該管道的中心軸線總體上呈非直線型，該管道接收并在其內(nèi)傳送參與生物質(zhì)快速熱裂解的物料，所述管道包括至少一個(gè)弧形部段。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，該反應(yīng)器為總體上沿豎向設(shè)置的管道，并且該管道的中心軸線總體上呈非直線型，該管道接收并在其內(nèi)傳送物料，所述管道的形狀
變。 A , 、， 口
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，該反應(yīng)器為總體上沿豎向設(shè)置的管道，并且該管道的中心軸線總體上呈非直線型，該管道接收并在其內(nèi)傳送物料，所述管道的形狀構(gòu)造成使得該管道不具有使物料方向發(fā)生突變的拐角部。
本發(fā)明的反應(yīng)器不帶拐角部，避免了熱載體顆粒與反應(yīng)器發(fā)生劇烈碰撞，從而在極大程度上緩解了反應(yīng)器的磨蝕甚至磨穿現(xiàn)象，使得反應(yīng)器的工作可靠且耐用性高。并且，熱載體和生物質(zhì)在本發(fā)明的反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)更順暢，不容易發(fā)生系統(tǒng)堵塞。另外，相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的反應(yīng)器能夠?yàn)槲锪咸峁└L(zhǎng)的接觸路徑，使得生物質(zhì)能夠進(jìn)
行更充分的熱裂解。而且，本發(fā)明的反應(yīng)器在采用s型結(jié)構(gòu)后，可以消除因系統(tǒng)受熱產(chǎn)生的熱膨脹，從而提高了系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性。在本發(fā)明的反應(yīng)器中，物料主要依靠重力及慣性原理運(yùn)行，能耗低。


下面將參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，圖中:圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的生物質(zhì)快速熱裂解反應(yīng)器的示意圖； 圖2中的(A) ~ (I)分別示出了根據(jù)本發(fā)明的生物質(zhì)快速熱裂解反 應(yīng)器的中心軸線的多種延伸形式的示意圖。
具體實(shí)施例方式
通常，生物質(zhì)快速熱裂解反應(yīng)系統(tǒng)包括生物質(zhì)給料裝置(在圖l 中簡(jiǎn)示為生物質(zhì)入口2)、熱栽體給料裝置(在本實(shí)施方式中簡(jiǎn)示為熱 載體入口3)、快速熱裂解反應(yīng)器、分離裝置4、激冷裝置、生物油儲(chǔ) 罐和燃燒爐，為簡(jiǎn)化視圖，后面三個(gè)裝置均未在附圖中示出。
如圖1所示，生物質(zhì)快速熱裂解反應(yīng)器l總體上是沿豎向設(shè)置的管 道l，其具有位于該管道的上端部處的入口部段ll和位于該管道的下端 部處的出口部段12。該入口部段ll與熱載體入口 3和生物質(zhì)入口 2連通， 以便接收物料(包括來(lái)自熱栽體入口3的熱載體和來(lái)自生物質(zhì)入口2的 生物質(zhì))。生物質(zhì)和熱栽體(如石英砂等)進(jìn)入該反應(yīng)器(管道)l后， 沿著該管道l從上至下行進(jìn)。該出口部段12與旋風(fēng)分離裝置4連通，管 道l內(nèi)的物料經(jīng)由該出口部段12排出到旋風(fēng)分離裝置4內(nèi)。
從圖l可以看出，該管道l總體上呈非直線型，即，該管道l的至少 一部分偏離出一條豎向直線，從而使得管道l的總體長(zhǎng)度大于管道l的 豎向高度，從而使得生物質(zhì)和熱載體在比該豎向高度更長(zhǎng)的路徑上進(jìn) 行接觸，從而為生物質(zhì)提供了時(shí)間更長(zhǎng)且更充分的熱裂解。
圖2(A)示意性地示出了圖l中的管道l的中心軸線。參考圖l和圖 2(A)，該管道1可包括至少一個(gè)弧形部段13。在本發(fā)明中，利用弧形部 段13替代了現(xiàn)有技術(shù)中的"Z"字型反應(yīng)器中的簡(jiǎn)單彎折成的夾角，這 樣，當(dāng)物料經(jīng)過(guò)該弧形部段13時(shí)，物料的速度方向的變化是漸變的而 非突變的，從而防止物料(尤其是熱載體顆粒)的速度方向發(fā)生突變 時(shí)，以^f艮大的力沖擊管道l的管壁而磨蝕管壁。并且，利用弧形部段13 替代現(xiàn)有技術(shù)中的"Z"字型反應(yīng)器中的簡(jiǎn)單彎折成的夾角時(shí)，也可以 進(jìn)一步延長(zhǎng)管道l的總體長(zhǎng)度，從而為生物質(zhì)和熱栽體提供更長(zhǎng)的路徑 進(jìn)行接觸，以便進(jìn)行時(shí)間更長(zhǎng)且更充分的熱裂解。
最好是，弧形部段13的中心軸線可以呈基本光滑的曲線型。光滑 曲線在數(shù)學(xué)上意味著該曲線的一階導(dǎo)數(shù)是連續(xù)的，也就是說(shuō)，該曲線 的各個(gè)點(diǎn)處的斜率是連續(xù)變化的。這樣，當(dāng)弧形部段13呈現(xiàn)基本光滑
6的曲線型時(shí)，這就意味著當(dāng)物料經(jīng)過(guò)該弧形部段13時(shí)，物料的速度 方向的變化是漸變的而非突變的。
需要注意的是，盡管在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中用術(shù)語(yǔ)"光滑"來(lái) 描述生物質(zhì)快速熱裂解反應(yīng)器的形狀，但是應(yīng)當(dāng)理解，由于制造的誤 差或者公差，最終的產(chǎn)品形狀可能并不嚴(yán)格遵守?cái)?shù)學(xué)上對(duì)"光滑"的 定義，但是只要在允許的誤差或者公差范圍內(nèi)，則均落入本發(fā)明的權(quán) 利要求的范圍。因此，說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中的使用的術(shù)語(yǔ)"基本光滑，， 或"基本上光滑"意指在允許的誤差或者公差范圍內(nèi)的"光滑"。
如圖1和圖2 (A)所示，該管道l可包括位于入口部段ll和出口部 段12之間的四個(gè)弧形部段13，即沿管道l的延伸方向依次相互連接的四 個(gè)孤形部段13a-13d。每個(gè)弧形部段13a-13d可基本上呈沿水平方向凹 入的C型。在一個(gè)實(shí)施例中，該C型可以大致為具有一定曲率半徑的半 圓弧形?？梢岳斫猓谄渌鼘?shí)施例中，每個(gè)圓弧部段13a-13d也可以是 其它圓弧形狀，例如l/4或2/3圓弧，或者比l/4或2/3圓弧更大或更小 的圓弧形狀。而且，這四個(gè)弧形部段13a-13d可以具有彼此相同或者不 同的曲率半徑。進(jìn)一步地，對(duì)于每個(gè)弧形部段13a-13d，其各個(gè)點(diǎn)處也 可以具有彼此不同的曲率半徑，如上所述，只要該弧形部段13a-13d的 中心軸線呈基本光滑的曲線型即可。
為了在物料經(jīng)過(guò)該弧形部段13時(shí)使得其速度方向進(jìn)行緩慢的漸 變，以降低物料對(duì)管道l的管壁的沖擊，該弧形部段最好具有較大的曲 率半徑。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)弧形部段13a-13d的曲率半徑優(yōu)選至少 為O. 5m。另一方面，同樣是為了使得物料的速度方向進(jìn)行緩慢的漸變， 每個(gè)弧形部段13a-13d最好具有較長(zhǎng)的長(zhǎng)度，使得物料在經(jīng)過(guò)一個(gè)弧形 部段13a-13d時(shí)，需要用較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)改變其速度方向。因此，每一個(gè) 弧形部段沿豎直方向的高度至少占整個(gè)管道沿豎直方向的高度的 1/10。當(dāng)管道l具有多個(gè)孤形部段13a-13d時(shí)，所有弧形部段的總長(zhǎng)度 至少占整個(gè)管道長(zhǎng)度的1/3、 1/2、 2/3、 3/4或4/5。對(duì)于一定高度的管 道1來(lái)說(shuō)，這樣就進(jìn)一步增長(zhǎng)了管道l的延伸長(zhǎng)度，以便進(jìn)行時(shí)間更長(zhǎng) 且更充分的熱裂解。
任意兩個(gè)相鄰的弧形部段可以沿相反的方向的凹入。如圖1和圖2 (A)所示，弧形部段13a沿水平向左的方向凹入，弧形部段13b沿水平 向右的方向凹入，《瓜形部段13c沿水平向左的方向凹入，弧形部段13d沿水平向右的方向凹入。這樣，相鄰的兩個(gè)弧形部段可以構(gòu)成一個(gè)"s，， 形?？傮w上，該管道l為蛇形彎曲的形狀。
很容易理解，管道l也可以包括其它數(shù)量以及以其它方式延伸的弧
形部段，如圖2(A)-(I)所示。
任意兩個(gè)相鄰的弧形部段之間也是基本光滑過(guò)渡的。例如，盡管 附圖中明顯示出，但是可以理解，相鄰兩個(gè)弧形部段中一個(gè)弧形部段 可以直接或者經(jīng)由直線過(guò)渡部段基本光滑地過(guò)渡至另一弧形部段。當(dāng) 用直線過(guò)渡部段充當(dāng)兩個(gè)相鄰弧形部段的過(guò)渡時(shí)，該直線過(guò)渡部段最 好是斜向下延伸的，以便物料依靠其重力行進(jìn)通過(guò)該直線過(guò)渡部段。 當(dāng)該直線過(guò)渡部段是基本水平延伸時(shí)，其長(zhǎng)度最好比較短，以便物料 可以依靠其慣性通過(guò)該該直線過(guò)渡部段。
進(jìn)一步，入口部段ll和出口部段12與弧形部段13之間的過(guò)渡也可 以是光滑的。如圖1所示，入口部段ll經(jīng)由曲線過(guò)渡部段ll，基本光滑地 過(guò)渡至弧形部段13a，而弧形部段13d直接基本光滑地過(guò)渡至出口部段 12。在圖2(C)、 (D)和(I)中可以看出，出口部段經(jīng)由一個(gè)曲線過(guò)渡部 段基本光滑地過(guò)渡至弧形部段。這樣，可以將整個(gè)管道l構(gòu)造成沿其中 心軸線處處基本光滑。
入口部段ll和出口部段12的中心軸線可以呈直線型，并且可以分 別沿水平方向或豎直方向延伸，如圖2所示。依據(jù)入口部段ll和出口部 段12的不同延伸方式，可以分別以相應(yīng)的方式連接至熱栽體入口 3和生 物質(zhì)入口2以及旋風(fēng)分離裝置4。
盡管在圖1和圖2中示出了管道l的中心軸線在一個(gè)平面內(nèi)延伸，但 是很容易理解，該管道l的中心軸線也可以在三維空間內(nèi)延伸，而且本 發(fā)明的各個(gè)特征也可以應(yīng)用于在三維空間內(nèi)延伸的管道l。
圖1和圖2中示出的管道1是一體成形的。但是也可以理解，為了成 形的方便，該管道l也可以由多個(gè)部分組裝而成。例如入口部段ll、曲 線過(guò)渡部段ll，、各個(gè)孤形部段13a-13d以及出口部段12可以分別獨(dú)立 制造，并在使用時(shí)將它們密封組裝在一起。這樣的優(yōu)點(diǎn)是可以方便地 制造并組裝該管道l，并且可以根據(jù)需要選擇不同數(shù)量的弧形部段，以 獲得所需長(zhǎng)度的熱裂解反應(yīng)路徑。
利用本發(fā)明，可以將作為反應(yīng)器的管道l的形狀構(gòu)造成使得該管道 l不具有如現(xiàn)有技術(shù)中的"Z，，字型反應(yīng)器中那樣的使物料方向發(fā)生突變的拐角部。進(jìn)一步，利用本發(fā)明，該管道l的形狀可以構(gòu)造成使得物 料在其內(nèi)沿基本光滑的路徑傳送而不會(huì)發(fā)生方向的突變。
盡管參考了示例性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知 道，可以不超出本發(fā)明范圍得到多種改變和等同替換。本發(fā)明并不限 于作為實(shí)施本發(fā)明的最佳模式而公開(kāi)的特定實(shí)施方式，相反本發(fā)明包 括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1、一種用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，該反應(yīng)器為總體上沿豎向設(shè)置的管道，并且該管道的中心軸線總體上呈非直線型，該管道接收并在其內(nèi)傳送參與生物質(zhì)快速熱裂解的物料，其特征在于，所述管道包括至少一個(gè)弧形部段。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述至少一個(gè)弧形部段包括沿著管道的延伸方向依次相互連接的多個(gè)弧形部段。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，每個(gè)弧形部段基本上呈沿水平方向凹入的C型。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述C型為基本上半圓弧形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述多個(gè)弧形部段中任意兩個(gè)弧形部段的半圓弧形具有相同或不同的曲率半徑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，每個(gè)弧形部段的曲率半徑至少為O. 5m。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述多個(gè)孤形部段中的相鄰兩個(gè)弧形部段沿相反的方向的凹入。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述多個(gè)弧形部段構(gòu)成至少一個(gè)"S"形。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述管道構(gòu)造成為蛇形彎曲管道。
10、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述多個(gè)弧形部段中相鄰的兩個(gè)弧形部段之間基本光滑過(guò)渡。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述至少一個(gè)弧形部段的總長(zhǎng)度至少占整個(gè)管道長(zhǎng)度的1/3、 1/2、 2/3、 3/4或4/5。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，每一個(gè)弧形部段沿豎直方向的高度至少占整個(gè)管道沿豎直方向的高度的1/10。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述管道還包括位于所述管道一個(gè)端部處的入口部段，所述入口部段用于接收物料；和位于所述管道另一端部處的出口部段，所述物料經(jīng)由所述出口部段排出所述管道；其中，所述至少一個(gè)弧形部段位于所述入口部段與所述出口部段之間。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述入口部段和/或所述出口部段基本光滑地過(guò)渡至與之相鄰的弧形部段。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述至少一個(gè)弧形部段中每個(gè)弧形部段的中心軸線呈基本光滑的曲線型。
16、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，整個(gè)所述管道的中心軸線處處基本光滑。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述管道的中心軸線在三維空間內(nèi)延伸。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，其特征在于，所述至少一個(gè)弧形部段構(gòu)造成使得所述物料在經(jīng)過(guò)該至少一個(gè)弧形部段時(shí)，所述物料的速度方向的變化是緩慢漸變的。
19、 一種用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，該反應(yīng)器為總體上沿豎向設(shè)置的管道，并且該管道的中心軸線總體上呈非直線型，該管道接收并在其內(nèi)傳送物料，其特征在于，所述管道的形狀構(gòu)造成使得物料在其內(nèi)沿基本光滑的路徑傳送而不會(huì)發(fā)生方向的突變。
20、 一種用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，該反應(yīng)器為總體上沿豎向設(shè)置的管道，并且該管道的中心軸線總體上呈非直線型，該管道接收并在其內(nèi)傳送物料，其特征在于，所述管道的形狀構(gòu)造成使得該管道不具有使物料方向發(fā)生突變的拐角部。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于生物質(zhì)快速熱裂解的反應(yīng)器，該反應(yīng)器為總體上沿豎向設(shè)置的管道，并且該管道的中心軸線總體上呈非直線型，該管道接收并在其內(nèi)傳送參與生物質(zhì)快速熱裂解的物料，該管道包括至少一個(gè)弧形部段。該管道的形狀構(gòu)造成使得物料在其內(nèi)沿基本光滑的路徑傳送而不會(huì)發(fā)生方向的突變。該管道的形狀構(gòu)造成使得該管道不具有使物料方向發(fā)生突變的拐角部。本發(fā)明的反應(yīng)器工作可靠且耐用性高，使得生物質(zhì)能夠進(jìn)行更充分的熱裂解。
文檔編號(hào)C10B53/02GK101463258SQ200910076160
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者吳樹(shù)志, 崔一塵, 明 張, 李永旺, 馬志剛 申請(qǐng)人:北京博奇電力科技有限公司