本發(fā)明涉及生物質(zhì)固體廢物的處理領(lǐng)域，具體涉及一種多段控溫防止熱載體團(tuán)聚的林木廢料熱解方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、生物質(zhì)能是世界儲量最為豐富的可再生能源之一，其來源廣泛、覆蓋種類繁多，包括農(nóng)作物秸稈、林木廢料、薪柴等。目前，對于林木廢料來說，通過流化床反應(yīng)器進(jìn)行熱解處理，是對其生物質(zhì)利用的重要途徑。目前的流化床熱解反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料，固體顆粒在氣流作用下由靜態(tài)堆積狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)化狀態(tài)，類似于液體的行為，從而大幅度提高了氣固接觸面積和傳熱傳質(zhì)效率。熱載體顆粒在流化床中的高度分散狀態(tài)，通過熱載體顆粒在流化床中的循環(huán)運(yùn)動，可以幫助維持流化床的流化狀態(tài)，防止床層塌陷或通道化現(xiàn)象的發(fā)生，有利于將熱量從熱源傳遞到反應(yīng)物，或從生成物帶走多余的熱量。不過，在實(shí)際生物質(zhì)熱解反應(yīng)過程中，生物質(zhì)具有非均勻性和各向異性的特點(diǎn)，傳熱遠(yuǎn)比各向同性介質(zhì)更復(fù)雜和困難。絕大部分生物質(zhì)顆粒熱解后都會在反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生粘稠的焦油和焦渣，熱載體顆粒的流化行為會受到限制，反應(yīng)器內(nèi)部生物質(zhì)與熱載體顆粒間的有效接觸面積減小，進(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)部溫度不均勻、形成局部的通道化，焦渣與熱載體積累一起加重結(jié)焦的現(xiàn)象。焦渣積累又進(jìn)一步使得反應(yīng)進(jìn)氣不暢，誘發(fā)局部壓降顯著增加、反應(yīng)過程失流態(tài)化等現(xiàn)象，影響到生物質(zhì)熱解的反應(yīng)動力學(xué)，使得整個反應(yīng)過程的連續(xù)性降低，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低，且存在一定的安全隱患。因此，減少生物質(zhì)熱解結(jié)焦、提升反應(yīng)工藝的連續(xù)性與穩(wěn)定性是急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提供一種多段控溫防止熱載體團(tuán)聚的林木廢料熱解方法和裝置，將加熱爐體分成多個獨(dú)立的控溫段，優(yōu)化反應(yīng)器螺桿進(jìn)料器上、下方加熱爐體的反應(yīng)溫度，待流化床反應(yīng)器的氣體溫度穩(wěn)定，沿步驟進(jìn)氣相反方向?qū)彷d體加入到流化床反應(yīng)器，取流態(tài)化熱載體溫度穩(wěn)定平均值為生物質(zhì)熱解溫度，可以有效減少反應(yīng)過程中生物質(zhì)結(jié)焦，進(jìn)一步提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，還能降低能耗與成本，消除安全隱患，且操作過程簡單，有利于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種多段控溫防止熱載體團(tuán)聚的林木廢料熱解方法，包括如下步驟，

3、s1，向流化床反應(yīng)器的進(jìn)氣口通入惰性氣體，將流化床反應(yīng)器內(nèi)部的空氣排凈；

4、s2，沿進(jìn)氣方向，將流化床反應(yīng)器的加熱爐體高于進(jìn)料器的部分劃分為m段，將流化床反應(yīng)器的加熱爐體低于進(jìn)料器的部分劃分為n段；

5、進(jìn)行分段控溫，使m段加熱爐體的溫度沿進(jìn)氣方向逐段遞增，n段加熱爐體的溫度沿進(jìn)氣方向逐段遞增；

6、s3，待流化床反應(yīng)器的氣體溫度穩(wěn)定，暫停進(jìn)氣，沿步驟s2進(jìn)氣相反方向?qū)彷d體加入到流化床反應(yīng)器后再次通入惰性氣體，待流態(tài)化熱載體溫度達(dá)到t，將篩分過的林木廢料顆粒通過進(jìn)料器輸送到流化床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行熱解；

7、其中，m≥3，n≥1且m＞n。

8、采用這種方法后，可以避免在直接加熱至高溫的過程中，生物質(zhì)投料與熱載體的某些部分可能因受熱不均而產(chǎn)生熱應(yīng)力，造成局部高壓降和局部過熱現(xiàn)象。根據(jù)阿倫尼烏斯定律，生物質(zhì)熱解反應(yīng)速率隨溫度升高而加快，生物質(zhì)在熱解反應(yīng)過程中分解形成小分子氣體，同時也會沉積炭黑在熱載體表面和其他碳質(zhì)殘留物；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)傳質(zhì)受阻時，原本熱載體表面的沉積的物質(zhì)可能經(jīng)歷二次熱解，或是參與到次級化學(xué)反應(yīng)，形成更為穩(wěn)定的碳結(jié)構(gòu)并最終放大結(jié)焦現(xiàn)象。本發(fā)明采用（m+n）可控溫升的方式，并限定了m≥3，n≥1且m＞n，通過優(yōu)化反應(yīng)器螺桿進(jìn)料器上、下方加熱爐體的反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)不同區(qū)域的溫度，可以確保各生物質(zhì)與熱載體在反應(yīng)器中逐漸且均勻加熱；此外，多溫段升溫還能影響反應(yīng)器內(nèi)氣體的密度和粘度，從而減少局部流速的極大差異，降低因流體動力學(xué)不穩(wěn)定導(dǎo)致的局部高壓降現(xiàn)象，有助于避免局部過熱導(dǎo)致的結(jié)焦。

9、作為一種優(yōu)選，m段加熱爐體中，每相鄰兩段的溫度差距不小于10℃且不超過50℃。采用這種設(shè)置后，可以避免反應(yīng)器內(nèi)溫度變化太快，生物質(zhì)與熱載體接觸可能會因?yàn)檩^大溫度差異而產(chǎn)生熱應(yīng)力，生物質(zhì)表面出現(xiàn)裂紋或者發(fā)生變形，并隨著反應(yīng)的進(jìn)行應(yīng)力積累最終導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)局部過熱或生物質(zhì)投料加熱不充分的情況。本發(fā)明控制溫度以進(jìn)氣方向遞增，每段的溫度差距不小于10℃且不超過50℃，根據(jù)傅里葉熱傳導(dǎo)定律，熱流與溫度梯度成正比。低溫差且漸進(jìn)式的加熱使得溫度梯度變得更加平緩，確保整個系統(tǒng)的熱流更加均勻，有助于系統(tǒng)內(nèi)部達(dá)到熱平衡，減少局部過熱的風(fēng)險(xiǎn)，生物質(zhì)與熱載體在反應(yīng)器內(nèi)均勻受熱也能有效較少結(jié)焦的情況發(fā)生。此外，相較于突然加熱至高溫，梯度加熱可以更有效地將能量轉(zhuǎn)化為所需的熱效應(yīng)，減少了能量在非理想加熱階段的損失。

10、作為一種優(yōu)選，m段加熱爐體中，每相鄰兩段的溫度差距不小于25℃且不超過50℃。

11、作為一種優(yōu)選，n段加熱爐體的最高溫度不超過m段加熱爐體的最低溫度。采用這種設(shè)置后，控制n段的溫度以進(jìn)氣方向遞增，且其溫度不超過反應(yīng)器螺桿進(jìn)料器上方加熱爐體的最低溫度。當(dāng)溫度沿進(jìn)氣方向逐漸遞增時，系統(tǒng)可以逐步將熱量傳遞給熱載體，而不是在單一點(diǎn)施加大量熱能；通過限制溫度上升不超過反應(yīng)器螺桿進(jìn)料器上方加熱爐體的最低溫度，有助于生物質(zhì)與熱載體接觸在溫度逐步升高的過程中逐漸適應(yīng)高溫環(huán)境，生物質(zhì)有足夠的時間和空間與熱量交換，增加熱平衡從而降低了因溫度突變引起生物質(zhì)熱解或其他不良熱效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。

12、作為一種優(yōu)選，t的溫度范圍為300~1200℃。采用這種設(shè)置后，由于生物質(zhì)熱解反應(yīng)隨溫度升高而加速，通過控制反應(yīng)器溫度可控制生物質(zhì)熱解速率，避免因反應(yīng)過快而生成副產(chǎn)品或?qū)е律镔|(zhì)與熱載體接觸結(jié)焦。此外，反應(yīng)器300~1200℃的溫度范圍可以更好地控制反應(yīng)途徑和產(chǎn)物分布。

13、作為一種優(yōu)選，步驟s3中，熱載體為石英砂、鋁礬土、氧化鋁、陶瓷顆粒、金屬顆粒、熔鹽顆粒中的一種或多種。

14、作為一種優(yōu)選，一種多段控溫防止熱載體團(tuán)聚的林木廢料熱解裝置，用于實(shí)現(xiàn)上述多段控溫防止熱載體團(tuán)聚的林木廢料熱解方法，包括流化床反應(yīng)器、加熱爐體、進(jìn)料器和溫度控制裝置；流化床反應(yīng)器為管式反應(yīng)器且立式設(shè)置于加熱爐體中，進(jìn)料器的出口端連接流化床反應(yīng)器的一側(cè)；溫度控制裝置包括加熱部件和爐體溫度檢測元件，溫度控制裝置的數(shù)量為（m+n）個，（m+n）個溫度控制裝置分別用于對（m+n）段加熱爐體進(jìn)行控溫。

15、作為一種優(yōu)選，多段控溫防止熱載體團(tuán)聚的林木廢料熱解裝置的管式反應(yīng)器還包括多個壓強(qiáng)檢測裝置和多個反應(yīng)器溫度檢測裝置，壓強(qiáng)檢測裝置用于檢測流化床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)氣方向上的壓降，反應(yīng)器溫度檢測裝置用于檢測流化床反應(yīng)器內(nèi)的溫度。

16、作為一種優(yōu)選，進(jìn)料器為螺桿進(jìn)料器。

17、總的說來，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明將流化床反應(yīng)器加熱爐體分成多個獨(dú)立的控溫段，通過調(diào)節(jié)不同區(qū)域的溫度，優(yōu)化反應(yīng)器螺桿進(jìn)料器上、下方熱載體的溫度，影響氣體的密度和粘度，從而減少局部流速的極大差異，降低因流體動力學(xué)不穩(wěn)定導(dǎo)致的局部高壓降現(xiàn)象；均勻的流體分布還可以減少床層中的死區(qū)和熱點(diǎn)，有效避免因溫度分布不均而引起的通道化現(xiàn)象。多溫段控制不同區(qū)域的溫度還可以促進(jìn)反應(yīng)器內(nèi)部氣固兩相之間的有效接觸和熱量交換，有助于維持生物質(zhì)與熱載體適宜流動性，防止顆粒之間的團(tuán)聚和橋接現(xiàn)象而導(dǎo)致的流動阻力增加。本發(fā)明提出一種多段控溫防止熱載體團(tuán)聚的林木廢料熱解方法能夠有效緩解一般生物質(zhì)熱解過程中反應(yīng)器內(nèi)生物質(zhì)與熱載體易結(jié)焦的問題，避免焦渣在進(jìn)料器內(nèi)堆積，也就不會堵住進(jìn)氣口，使得生物質(zhì)顆粒燃燒更充分，不會冒黑煙，能夠增強(qiáng)反應(yīng)工藝連續(xù)性與穩(wěn)定性，提高反應(yīng)的安全性，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的同時降低了反應(yīng)成本。