一种生物质快速热裂解方法及其子母生物质热裂解反应釜

摘要

本发明公开了一种生物质快速热裂解方法及其子母生物质热裂解反应釜，反应釜由母反应釜和设于其底部外表面上的子反应釜组成，子反应釜的容积小于母反应釜的容积，母反应釜的底部作为子反应釜和母反应釜的共用部分；向子反应釜和母反应釜中分别加入生物质，加热子反应釜中的生物质，所产生的热能通过共用部分向上传递给母反应釜中的生物质从而加热其中的生物质，子反应釜中的生物质先发生热裂解反应，同时母反应釜底部的生物质发生热裂解反应，再由低至高传递热能而使母反应釜中的生物质依次发生热裂解反应。本发明生物质可快速热裂解，实现快速产气制碳，提高加热效率，进而提高生产效率。

说明书

技术领域

本发明属于生物质热裂解技术，特别是涉及一种生物质快速热裂解方法，还涉及使用该方法的子母生物质热裂解反应釜。

背景技术

生物质能是一种以生物质为载体、由生物质产生的可再生能源，它是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，其来源包括所有动物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质，其储量丰富，遍布世界各地，每年的生产量就相当于现阶段人类消耗矿物能的20倍，或相当于世界现有人口食物能量的160倍，它不仅具有取之不尽，用之不竭的特点；而且它作为能源利用时，可实现CO₂的零排放，能够大大减少温室效应现象；在生物质转化为可燃气体的过程中，其中的S、N含量比较低，从而能有效降低环境污染，因此，生物质能是当今世界上工业化国家开源节流、化害为利和保护环境的绿色能源。

生物质热裂解(又称热解或裂解)，是指在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程，是生物质能的一种重要利用形式。生物质热裂解炉(又称生物质热裂解反应釜)是实现生物质热裂解的设备，生物质热裂解炉主要有固定床、流化床、旋转锥和引流床等形式。在现有技术中，生物质热裂解炉一般包括炉体、设于炉体上部的进料机构、燃烧器、气体出口和出炭口等，生物质通过进料机构进入炉体内，经燃烧器加热，生物质发生热裂解反应，产生的焦炭由出炭口排出，气体产物从气体出口输送到冷凝系统，气体产物经过洗涤冷凝，可冷凝的气体变成生物油，不可冷凝的气体则作为可燃气体输出外用。

但是，现有的生物质热裂解炉普遍存在以下缺陷：

⑴燃烧器直接加热炉体内的生物质直至生物质发生热裂解反应的时间较长，例如采用容积为3立方的生物质热裂解炉，炉内塞满含水量低于4％的生物质，加热直至生物质发生热裂解反应需要约4个小时，才可制得气体产物和焦炭。因此，使用现有的生物质热裂解炉加热生物质，生物质升温缓慢，加热效率低，导致生产效率较低。

⑵燃烧器所耗费的燃料较多，提高了生产成本，例如采用容积为3立方的生物质热裂解炉，炉内塞满含水量低于4％的生物质，加热直至生物质发生热裂解反应需要耗费4瓶天然气。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种能够提高加热效率、进而提高生产效率的生物质快速热裂解方法。

本发明的第二个目的在于提供一种使用上述方法的子母生物质热裂解反应釜。

本发明的第一个目的通过如下的技术方案来实现：一种生物质快速热裂解方法，其特征在于：反应釜由母反应釜和设于其底部外表面上的子反应釜组成，子反应釜的容积小于母反应釜的容积，所述母反应釜的底部作为子反应釜和母反应釜的共用部分；向子反应釜和母反应釜中分别加入生物质，加热子反应釜中的生物质，所产生的热能通过共用部分向上传递给母反应釜中的生物质从而加热其中的生物质，子反应釜中的生物质先发生热裂解反应，同时母反应釜底部的生物质发生热裂解反应，再由低至高传递热能而使母反应釜中的生物质依次发生热裂解反应。

本发明加热子反应釜中的生物质，使其升温，子反应釜容积小，子反应釜中的生物质在加热2～3个小时后(母反应釜容积为3立方米，子反应釜的容积是0.6立方米)即可发生热裂解反应，在加热过程中，热能传递给母反应釜中的生物质直至其发生热裂解反应，本发明生物质可快速热裂解，实现快速产气制碳，提高加热效率，进而提高生产效率。

在上述快速发生热裂解的基础之上，为了进一步节约燃料，降低成本，作为本发明的一种改进，将子反应釜中生物质热裂解所产生的可燃气体作为加热子反应釜中生物质的燃料。

作为本发明的一种实施方式，子反应釜和母反应釜的容积比为1:7～1:3，子反应釜和母反应釜中的生物质分别充满各自的釜腔。

作为本发明的另一种实施方式，子反应釜和母反应釜的容积比为1:7～1:3，子反应釜中的生物质的体积与子反应釜的容积之比是1:3～1：1；母反应釜中的生物质的体积与母反应釜的容积之比是1:3～1：1。

作为本发明的一种改进，对子反应釜中的生物质进行均匀加热，而其产生的热能再均匀加热母反应釜中的生物质。

本发明的第二个目的通过如下的技术方案来实现：一种使用上述方法的子母生物质热裂解反应釜，包括反应釜，其特征在于：所述反应釜由母反应釜和设于其底部外表面上的子反应釜组成，子反应釜的容积小于母反应釜的容积，母反应釜的底部作为子反应釜和母反应釜的共用部分；所述子反应釜和母反应釜上均设有进料口和产物出口，以使加热子反应釜中的生物质，所产生的热能通过共用部分向上传递给母反应釜中的生物质从而加热其中的生物质，子反应釜中的生物质先发生热裂解反应，同时母反应釜底部的生物质发生热裂解反应，再由低至高传递热能而使母反应釜中的生物质依次发生热裂解反应，所得产物分别由母反应釜和子反应釜的产物出口排出。

本发明所述子母生物质热裂解反应釜还包括燃烧器，所述燃烧器加热子反应釜中的生物质，所述燃烧器设于子反应釜的外围，所述子反应釜的产物出口排出的气体产物经过洗涤冷凝后，可燃气体通过管路连接燃烧器的燃气进口作为加热子反应釜中生物质的燃料。

作为本发明的一种实施方式，所述反应釜为卧式，所述母反应釜和子反应釜均为两端封闭的筒体，所述子反应釜沿着母反应釜的底部侧壁外表面延伸，所述母反应釜的底部侧壁即为所述共用部分，所述产物出口包括气体出口和出碳口，所述气体出口分别设置在母反应釜和子反应釜的后端面上，而进料口和出碳口分别设于母反应釜和子反应釜的前端面上。

本发明所述共用部分的面积占母反应釜的表面积为1：5～1：2，所述共用部分的面积占子反应釜的表面积为1:3～1:2。

本发明所述母反应釜和子反应釜共同置于一封闭外壳中，所述外壳对应母反应釜和子反应釜的前端面的部分上设有可开启的炉门，所述外壳的壳壁与母反应釜、子反应釜的侧壁之间具有空隙，所述燃烧器为数个安装在所述外壳上，且所述燃烧器处于子反应釜的两侧，所述子反应釜的底部设有支撑座，所述支撑座位于外壳的内底部上。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的技术效果：

⑴本发明加热子反应釜中的生物质，使其升温，子反应釜容积小，子反应釜中的生物质可快速发生热裂解反应，在加热过程中，热能传递给母反应釜中的生物质直至其发生热裂解反应，本发明生物质快速热裂解，实现快速产气制碳，提高加热效率，进而提高生产效率。

⑵子反应釜中的生物质快速热裂解所产生的可燃气体作为加热子反应釜的燃料替代天然气，可大大节约燃料，降低成本。

⑶本发明结构简单，容易实现，实用性强，便于广泛推广和适用。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明子母生物质热裂解反应釜的结构示意图之一；

图2是本发明子母生物质热裂解反应釜的结构示意图之二；

图3是安装有外壳的子母生物质热裂解反应釜的结构示意图之一；

图4是安装有外壳的子母生物质热裂解反应釜的结构示意图之二。

具体实施方式

本发明一种生物质快速热裂解方法，反应釜为卧式，反应釜由母反应釜和设于其底部外表面上的子反应釜组成，子反应釜的容积小于母反应釜的容积，母反应釜的底部作为子反应釜和母反应釜的共用部分；向子反应釜和母反应釜中分别加入生物质，加热子反应釜中的生物质，所产生的热能通过共用部分向上传递给母反应釜中的生物质从而加热母反应釜中的生物质，子反应釜中的生物质先发生热裂解反应，同时母反应釜底部的生物质发生热裂解反应，再由低至高传递热能而使母反应釜中的生物质依次发生热裂解反应。

在本实施例中，子反应釜的容积是0.6立方米，母反应釜的容积是3立方米，二者的容积比为1:5，子反应釜和母反应釜的釜腔中均充满生物质——木块(子反应釜中的木块是150公斤，母反应釜中的木块是1吨)，对子反应釜中的生物质进行均匀加热，而其产生的热能再均匀加热母反应釜中的生物质。

以下是采用现有技术与本发明的母反应釜相同容积的反应釜(生物质采用木块，充满反应釜，反应釜的容积是3立方米)，加热该反应釜中的生物质，生物质的升温和燃气耗费(每瓶天然气的天然气量相同)情况如下表：

时间段0-60min61-120min121-180min181-240min升温20-100℃100-150℃150-300℃300-450℃状态无裂解气产生无裂解气产生产生微量裂解气产生裂解气用气量消耗1瓶天然气消耗1瓶天然气消耗2瓶天然气不消耗天然气

(表1)

以下是采用本发明子母反应釜，加热子母反应釜中的生物质，子反应釜和母反应釜中的生物质的升温和燃气耗费情况分别如下表：

子反应釜：

时间段0-60min61-120min121-180min181-240min升温20-150℃150-300℃300-450℃300-450℃状态无裂解气产生无裂解气产生产生裂解气产生裂解气用气量消耗0.5瓶天然气消耗1瓶天然气不消耗天然气不消耗天然气

(表2)

母反应釜：

时间段0-60min61-120min121-180min181-240min升温20-100℃100-150℃150-300℃300-450℃状态无裂解气产生无裂解气产生产生微量裂解气产生裂解气用气量不消耗天然气不消耗天然气不消耗天然气不消耗天然气

(表3)

从表2可以看出，本发明的子反应釜加热2～3小时，产生裂解气。从表1可以看出，传统的反应釜加热2～3小时，只产生微量裂解气，因此，本发明可实现生物质的快速热裂解。

另外，将子反应釜中生物质热裂解所产生的可燃气体作为加热子反应釜中生物质的燃料。从表2、3可以看出，加热子反应釜直至母反应釜中的生物质产生裂解气，总共消耗1.5瓶天然气。从表1可以看出，加热反应釜直至其中的生物质产生裂解气，总共消耗4瓶天然气。可见，本发明大大节约了燃气的耗费量。

如图1、2所示，一种使用上述方法的子母生物质热裂解反应釜，包括反应釜1和用于加热子反应釜12中生物质的燃烧器(图中未画出)，反应釜由母反应釜11和设于其底部外表面上的子反应釜12组成，反应釜1为卧式，母反应釜11和子反应釜12均为两端封闭的筒体，子反应釜12沿着母反应釜11的底部侧壁外表面延伸，该底部侧壁作为母反应釜11和子反应釜12的共用部分3，在本实施例中，母反应釜11是圆筒形，子反应釜12的横截面近似于矩形，子反应釜12的顶面即为母反应釜11底部圆弧面，向子反应釜12内凸出，共用部分3的面积占母反应釜12表面积的1/5，共用部分的面积占子反应釜11表面积的1/3。子、母反应釜上均设有进料口和产物出口，以使加热子反应釜中的生物质，所产生的热能通过共用部分向上传递给母反应釜中的生物质，子反应釜12中的生物质先发生热裂解反应，同时母反应釜11底部的生物质发生热裂解反应，再由低至高传递热能而使母反应釜11中的生物质依次发生热裂解反应，所得产物分别由母反应釜11和子反应釜12的产物出口排出。

产物出口包括气体出口和出碳口，气体出口13设置在子反应釜12的后端面上，气体出口14设置在母反应釜11的后端面上，而进料口和出碳口(图中未画出)分别设于母反应釜11和子反应釜12的前端面上。燃烧器设于子反应釜12的外围，子反应釜12的产物出口排出的气体产物经过洗涤冷凝后，可燃气体通过管路连接燃烧器的燃气进口作为加热子反应釜中生物质的燃料。

如图3、4所示，母反应釜11和子反应釜12共同置于一封闭外壳2中，外壳2为矩形壳体，外壳2对应母反应釜11和子反应釜12的前端面的部分上设有开口21，其上设有可开启的炉门，外壳2的壳壁与母反应釜11、子反应釜12的侧壁之间具有空隙，燃烧器为数个通过安装孔3安装在外壳2上，且燃烧器处于子反应釜12的两侧，燃烧器对子反应釜12中的生物质进行均匀加热，而其产生的热能再均匀加热母反应釜中的生物质。子反应釜12的底部设有支撑座(图中未画出)，支撑座位于外壳2的内底部上。

在其它实施例中，子反应釜和母反应釜的容积比为1:7～1:3，子反应釜和母反应釜中的生物质分别充满各自的釜腔。子反应釜和母反应釜的容积比为1:7～1:3，子反应釜中的生物质的体积和子反应釜的容积之比是1:3～1；母反应釜中的生物质的体积和母反应釜的容积之比是1:3～1。共用部分的面积占母反应釜的表面积为1：5～1：2，共用部分的面积占子反应釜的表面积为1:3～1:2。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。