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基本信息

項(xiàng)目名稱：
雙滾筒式固體熱載體生物質(zhì)熱解反應(yīng)器的研究
小類：
能源化工
簡介：
課題研究內(nèi)容是研制一種以陶瓷球?yàn)闊彷d體的內(nèi)螺旋式滾筒熱解反應(yīng)器，通過滾筒的直徑和轉(zhuǎn)速與螺旋的螺距之間的配合來增強(qiáng)熱載體與生物質(zhì)粉間的傳熱，在確定的反應(yīng)時間內(nèi)提高生物質(zhì)粉的加熱速率。結(jié)合熱載體、熱解氣、炭粉分離裝置，除塵裝置，冷激裝置，陶瓷球熱載體循環(huán)及加熱裝置，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的陶瓷球熱載體循環(huán)內(nèi)螺旋式滾筒熱解反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
詳細(xì)介紹：
本次課題主要研究以“雙滾筒式固體熱載體生物質(zhì)熱解液化系統(tǒng)”的研究為基礎(chǔ)，研制一種以陶瓷球?yàn)闊彷d體的內(nèi)螺旋式滾筒熱解反應(yīng)器，通過滾筒的直徑和轉(zhuǎn)速與螺旋的螺距之間的配合來增強(qiáng)熱載體與生物質(zhì)粉間的傳熱，在確定的反應(yīng)時間內(nèi)提高生物質(zhì)粉的加熱速率。結(jié)合熱載體、熱解氣、炭粉分離裝置，除塵裝置，冷激裝置，陶瓷球熱載體循環(huán)及加熱裝置，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的陶瓷球 熱載體循環(huán)內(nèi)螺旋式滾筒熱解反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 “雙滾筒式固體熱載體生物質(zhì)熱解液化系統(tǒng)”采用的是雙滾筒式熱解反應(yīng)器，固體熱載體和生物質(zhì)粉在內(nèi)反應(yīng)滾筒中反應(yīng)后，熱載體、熱解氣、炭粉同時進(jìn)行分離。分離裝置采用的是具有螺旋輸送葉片的旋轉(zhuǎn)篩結(jié)構(gòu)，可以分離生物質(zhì)熱解殘?zhí)亢吞沾汕驘彷d體。分離后，殘?zhí)窟M(jìn)入炭箱收集，陶瓷球熱載體通過循環(huán)機(jī)構(gòu)進(jìn)入換熱器加熱后重復(fù)使用，陶瓷球的余熱得以充分利用，提高能源利用率。相比之下，流化床反應(yīng)器采用氣體為熱載體，反應(yīng)后流化氣體與熱解汽一道進(jìn)入冷凝器冷凝，既增加了冷卻負(fù)荷，余熱也無法利用。 雙滾筒式熱解反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)包括進(jìn)進(jìn)料管、 熱解氣出口、炭粉出口、熱載體出口以及殼體，殼體內(nèi)水平安裝有和反應(yīng)器滾筒及同軸安裝在一起的分離滾筒。進(jìn)料管插入反應(yīng)器滾筒的進(jìn)口端，反應(yīng)滾筒兩端敞口，分離滾筒由沖孔篩板制成，一端敞口，分離滾筒的封閉端與由調(diào)速電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸固定連接。反應(yīng)滾筒內(nèi)固定有內(nèi)螺旋葉片，分離滾筒與反應(yīng)滾筒由螺栓連接為一體，分離滾筒內(nèi)固定有與反應(yīng)滾筒內(nèi)螺旋葉片旋向相反的螺旋葉片。本發(fā)明由于采用雙滾筒式熱解反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)尺寸大為減??；反應(yīng)滾筒位于中心，可以減少輻射散熱損失保證反應(yīng)溫度；滾筒轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，易于調(diào)整熱解反應(yīng)時間，可適應(yīng)不同的熱解要求。在作業(yè)期間，生物質(zhì)通過料斗進(jìn)入裝置，生物質(zhì)喂料器由料斗和螺旋輸送器組成。因?yàn)樯镔|(zhì)的停止角接近90°，所以料斗設(shè)計(jì)采用了加寬出料口的方案。出料口寬度與料斗總寬度一致。這樣設(shè)計(jì)可以有效防止生物質(zhì)粉在內(nèi)部搭橋。該反應(yīng)裝置利用以生物質(zhì)及未冷凝熱解氣和炭粉在燃燒器內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓?00℃-1100℃）作為熱源，通過換熱器將作為熱載體的陶瓷顆粒加熱到指定溫度（450-550℃），然后通過調(diào)節(jié)閥進(jìn)入喂料管中與由螺旋喂料器喂入的生物質(zhì)粉一道喂入內(nèi)螺旋式滾筒熱解反應(yīng)器，在螺旋葉片的推動下沿滾筒軸向流動并混合。在絕氧的情況下，生物質(zhì)粉在反應(yīng)器中迅速升溫至450℃-550℃，并熱解成為熱解氣體和殘?zhí)肌彷d體和殘?zhí)康鹊幕旌衔飶姆磻?yīng)器流出后進(jìn)入與其相聯(lián)的熱載體、熱解氣、炭粉分離裝置，熱解蒸汽在引風(fēng)機(jī)的作用下經(jīng)過除塵處理后迅速進(jìn)入冷凝裝置，冷凝為液體—生物油。陶瓷球熱載體與熱解殘?zhí)款w粒從內(nèi)滾筒一端的開口處落入外滾筒—分離滾筒。在外滾筒反向旋轉(zhuǎn)葉片的推動作用下，陶瓷球熱載體與熱解殘?zhí)款w粒的混合物同時向另一端移動，外滾筒壁為沖孔篩，陶瓷球熱載體為篩上物從外滾筒的敞口端落入熱載體循環(huán)系統(tǒng)，在換熱器中重新加熱后可循環(huán)利用。炭粉顆粒為篩下物，通過篩孔落入炭粉箱。為了解決生物質(zhì)粉在內(nèi)部搭橋影響喂料均勻度，設(shè)計(jì)制作了犁式刮刀生物質(zhì)粉定量喂料器。熱載體流量由根據(jù)沙漏原理制作的流量閥進(jìn)行定流量控制。陶瓷球循環(huán)機(jī)構(gòu)由收集斗和提升機(jī)組成。提升機(jī)為鏈條斗式，料斗連接在鏈條上，并采取相關(guān)措施進(jìn)行固定。

作品圖片

  • 雙滾筒式固體熱載體生物質(zhì)熱解反應(yīng)器的研究

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的：開發(fā)一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型快速熱解液化裝置—雙滾筒式固體熱載體生物質(zhì)熱解反應(yīng)器，以農(nóng)業(yè)廢棄物為原料生產(chǎn)生物油，對農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行資源化處理利用，具有重要的能源戰(zhàn)略意義和環(huán)境保護(hù)意義。 基本思路：研制一種以陶瓷球?yàn)闊彷d體的內(nèi)螺旋式滾筒熱解反應(yīng)器，通過滾筒的直徑和轉(zhuǎn)速與螺旋的螺距之間的配合來增強(qiáng)熱載體與生物質(zhì)粉間的傳熱，在確定的反應(yīng)時間內(nèi)提高生物質(zhì)粉的加熱速率。以農(nóng)作物秸稈粉為原料，進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)生物油。 創(chuàng)新點(diǎn)：（1）采用固體陶瓷球作為熱載體，熱載體循環(huán)使用，可實(shí)現(xiàn)余熱充分利用，整體能耗少。陶瓷球熱容量大，在反應(yīng)器內(nèi)與生物質(zhì)粉末接觸傳熱效率高。（2）采用雙滾筒式固體熱載體生物質(zhì)熱解反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性廣，可根據(jù)不同的生物質(zhì)原料的熱解要求連續(xù)調(diào)整反應(yīng)時間。該反應(yīng)器集反應(yīng)器與分離裝置為一體，結(jié)構(gòu)簡單合理，尺寸小，散熱面積小。（3）熱解液化過程中沒有混入其它氣體，熱解汽的濃度和熱值高，降低了冷凝系統(tǒng)的冷卻熱負(fù)荷。 技術(shù)關(guān)鍵：課題采用雙滾筒式熱解反應(yīng)器。陶瓷球熱載體和生物質(zhì)粉在內(nèi)反應(yīng)滾筒中反應(yīng)后，熱載體、熱解氣、炭粉同時進(jìn)行分離。分離裝置采用的是具有螺旋輸送葉片的旋轉(zhuǎn)篩結(jié)構(gòu)，可以分離生物質(zhì)熱解殘?zhí)亢吞沾汕驘彷d體。殘?zhí)窟M(jìn)入炭箱收集，陶瓷球熱載體通過循環(huán)機(jī)構(gòu)進(jìn)入換熱器加熱后重復(fù)使用，陶瓷球的余熱得以充分利用，提高能源利用率。技術(shù)指標(biāo)：（1）生物質(zhì)原料處理量：50千克/小時；（2）反應(yīng)時間連續(xù)可調(diào)（2-6秒）；（3）熱解殘?zhí)颗c熱載體的分離率達(dá)到98%。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）采用雙滾筒式熱解反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，將反應(yīng)滾筒與分離滾筒設(shè)計(jì)為一體，使整個系統(tǒng)的尺寸大為減小。 （2）反應(yīng)滾筒在內(nèi)，分離滾筒在外，可以減少輻射放熱，保證反應(yīng)溫度，提高反應(yīng)質(zhì)量。 （3）通過調(diào)整驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速改變反應(yīng)時間及加熱速率，以適應(yīng)不同生物質(zhì)原料的熱解要求。 （4）分離滾筒采用旋轉(zhuǎn)篩式分離滾筒，滾筒由沖孔篩片制成，篩孔的形狀尺寸可根據(jù)碳粉顆粒的外形進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)整。結(jié)構(gòu)緊湊，篩分面積大，分離效果好。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

1、2011年4月通過中國科技部課題驗(yàn)收。 2、課題已獲得專利授權(quán)。3、獲第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽******校級特等獎 4、獲第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽山東省省級特等獎。

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

1、專利轉(zhuǎn)讓。 2、與企業(yè)合作開發(fā)。

作品可展示的形式

作品相關(guān)圖片

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢： （1）設(shè)計(jì)制作了雙滾筒內(nèi)螺旋式固體熱載體生物質(zhì)熱解反應(yīng)器。該反應(yīng)器集反應(yīng)器與分離裝置為一體，結(jié)構(gòu)簡單合理，尺寸小，散熱面積小，固體熱載體可以循環(huán)使用，降低成本。 （2）通過改變滾筒反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速即可控制反應(yīng)時間，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，可以適應(yīng)不同生物質(zhì)原料的熱解要求。 適用范圍及推廣前景：隨著化石能源的日漸枯竭及使用化石燃料所造成的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，作為二氧化碳零排放的可再生能源，生物質(zhì)能源愈來愈為世人關(guān)注。我國是由于缺少相應(yīng)的利用技術(shù)，大部分的農(nóng)作物秸桿被遺棄焚燒，造成極大的浪費(fèi)，還污染環(huán)境，影響交通安全。本課題技術(shù)的應(yīng)用可以極大地促進(jìn)生物質(zhì)快速裂解液化技術(shù)的發(fā)展，有利于對以農(nóng)業(yè)廢棄物為主的生物質(zhì)資源的利用，還可以提高農(nóng)產(chǎn)品的附加值，增加農(nóng)村就業(yè)機(jī)會，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境保護(hù)效益和社會效益。而且，在目前由于爭奪石油資源的控制權(quán)而變的動蕩不安的國際環(huán)境下，還具有重要的戰(zhàn)略意義。

同類課題研究水平概述

自從廿世紀(jì)八十年代初期開始，在世界范圍內(nèi)開展了大量的生物質(zhì)快速熱裂解液化技術(shù)研究工作。特別在歐洲和北美地區(qū)因?yàn)橘Y源特點(diǎn)，主要的處理對象是木材加工廢棄物--鋸木屑、樹皮、樹葉等等。相繼開發(fā)了流化床反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)錐殼反應(yīng)器、真空裂解器等等系統(tǒng)。其中的旋轉(zhuǎn)錐殼反應(yīng)器、真空裂解器使用電力作為裂解能源；流化床反應(yīng)器利用生物質(zhì)部分燃燒作為裂解能源。上述各種反應(yīng)器在世界上均有示范工程。 例如：西班牙的Union Fenosa 電力公司于1993年建立的生物質(zhì)喂入率為200kg/h的熱裂解示范廠是基于加拿大滑鐵爐大學(xué)流化床反應(yīng)器技術(shù)；1996年，意大利ENEL從加拿大Ensyn公司購買一臺喂入率為10 t/d 的循環(huán)流化床反應(yīng)器熱裂解設(shè)備；荷蘭Twente大學(xué)的生物質(zhì)技術(shù)集團(tuán)（BTG）于2000年研制出喂入率為200kg/h的改進(jìn)型旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器。該公司于2005年8月在馬來西亞建成了一套日產(chǎn)25噸生物油的旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)熱解液化工業(yè)應(yīng)用裝置，原料主要是棕櫚殼，所產(chǎn)生物油全部銷回歐洲用于燃燒發(fā)電和精制提煉試驗(yàn)研究。生物質(zhì)熱裂解液化裝置放大方面，建立穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的生物質(zhì)熱裂解液化裝置是研究的重點(diǎn)。 在國內(nèi)，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)在國家科技部及聯(lián)合國糧農(nóng)組織的資助下，與荷蘭BTG合作，于1995年從荷蘭引進(jìn)一套生物質(zhì)喂入率為50kg/h的旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器生物質(zhì)閃速熱裂解中試設(shè)備，開展生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)的研究，已生產(chǎn)出生物油，并對生物油進(jìn)行了精制。沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)自己設(shè)計(jì)并制造了一套小型流化床生物質(zhì)熱裂解裝置，開展了一系列研究。近年來，山東理工大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、安徽理工大學(xué)、東北林業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)熱能工程研究所、中國科學(xué)院廣州能源研究所、華東理工大學(xué)能源化工系、清華大學(xué)化工系、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院化工冶金研究所、大連理工大學(xué)、上海理工大學(xué)等單位，相繼在生物質(zhì)熱裂解方面開展了許多研究工作。山東理工大學(xué)和東北林業(yè)大學(xué)成功的完成了國家“十五”863計(jì)劃生物質(zhì)裂解液化技術(shù)項(xiàng)目，分別建設(shè)了熱載體循環(huán)下降管式裂解液化系統(tǒng)和三錐式齒緣型閃速熱解反應(yīng)器，設(shè)備制造生物油規(guī)模達(dá)到了2噸/天。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)成功研制了多系列、不同類型和不同規(guī)模的流化床式生物質(zhì)熱解液化裝置，并以木屑、稻殼、玉米稈和棉花稈為原料成功進(jìn)行了熱解液化試驗(yàn)。中試裝置的物料處理能力為150kg/h。
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