基本信息
- 項(xiàng)目名稱:
- 林木生物質(zhì)定向熱裂解液化微反裝置
- 小類:
- 能源化工
- 大類:
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介:
- 熱裂解液化技術(shù)可以將低能量密度的林木生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位的能源產(chǎn)品及化工原料。為滿足林木生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)研究的需要,本團(tuán)隊(duì)研發(fā)了進(jìn)料量1 Kg/h的二次儀表-計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的定向熱裂解液化微反裝置。該裝置首次實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)熱裂解在線實(shí)時(shí)分析、中間產(chǎn)物調(diào)控、分級(jí)可控冷凝、尾氣循環(huán)利用等功能的創(chuàng)新和集成,可用于林木生物質(zhì)熱裂解特性分析、催化劑遴選、反應(yīng)機(jī)理等的實(shí)驗(yàn)室和工程技術(shù)中心的基礎(chǔ)研究。
- 詳細(xì)介紹:
- 在眾多的生物質(zhì)能利用技術(shù)中,熱裂解液化技術(shù)可將分散、繁雜的林木生物質(zhì)定向轉(zhuǎn)化為高品位的能源產(chǎn)品及化工原料——生物油、清潔燃?xì)猓ú荒龤怏w)和熱解炭,是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),被認(rèn)為是極具發(fā)展?jié)摿Φ纳镔|(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)。生物質(zhì)快速熱裂解液化技術(shù)具有對(duì)生物質(zhì)原料要求較低、反應(yīng)速率快、產(chǎn)物百分之百轉(zhuǎn)化利用等突出優(yōu)點(diǎn)。 本裝置通過對(duì)流化床微反技術(shù)、固定床催化技術(shù)、可控冷凝技術(shù)、在線分析技術(shù)、催化調(diào)控理論的集成和發(fā)展,研發(fā)了進(jìn)料量為1 Kg/h的二次儀表-計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的林木生物質(zhì)定向熱裂解液化微反裝置。本裝置主要由進(jìn)料系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、流化床熱裂解系統(tǒng)、固定床二次裂解系統(tǒng)、出炭系統(tǒng)、分級(jí)冷凝系統(tǒng)、氣路循環(huán)及收集系統(tǒng)、在線分析系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)等組成。 采用螺旋加料與氣力輸送相結(jié)合的方式,通過對(duì)螺桿和進(jìn)料接口的精巧設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了林木生物質(zhì)固相粉末進(jìn)料的連續(xù)化、精確化;新型微型反應(yīng)器由流化床和固定床串聯(lián)組成,實(shí)現(xiàn)了林木生物質(zhì)熱裂解過程中的二次催化與中間產(chǎn)物的定向調(diào)控;開發(fā)的三級(jí)可控冷凝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了液化產(chǎn)物的分級(jí)冷凝和組分富集;采用氣相色譜和紅外氣體分析儀對(duì)熱裂解以及冷凝過程中不同階段的中間產(chǎn)物進(jìn)行定性定量分析,實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時(shí)分析;研發(fā)的氣路循環(huán)及尾氣收集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將林木生物質(zhì)熱裂解生成的不凝氣體作為流化介質(zhì)循環(huán)利用。 本裝置首次實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時(shí)分析、中間產(chǎn)物的二次調(diào)控、分級(jí)可控冷凝、尾氣循環(huán)利用等功能的創(chuàng)新和集成,可以用于開展林木生物質(zhì)的熱裂解特性分析、催化劑遴選、反應(yīng)機(jī)理等的研究,突破了以往生物質(zhì)熱解反應(yīng)的靜態(tài)研究模式,將實(shí)現(xiàn)在線分析與調(diào)控的動(dòng)態(tài)對(duì)比研究效果。調(diào)試和試車工作表明,本裝置工藝布置合理、結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定。
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)
- 1 發(fā)明的目的、思路:本發(fā)明旨在通過技術(shù)集成創(chuàng)新,為林木生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化研究提供一套多功能試驗(yàn)裝置。研究根據(jù)林木生物質(zhì)特性,以經(jīng)典的流態(tài)化技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合固定床催化、分級(jí)冷凝、在線分析等技術(shù),使林木生物質(zhì)熱裂解液化過程可控、可視。研發(fā)的裝置可用于開展林木生物質(zhì)的熱裂解特性分析、催化劑遴選、反應(yīng)機(jī)理等的研究。 2 創(chuàng)新點(diǎn): (1)將螺旋加料與氣力輸送相結(jié)合,通過對(duì)螺桿和進(jìn)料接口的精巧設(shè)計(jì),解決了林木生物質(zhì)固相粉末進(jìn)料過程中的堵塞、誤差大等問題; (2)首次將流化床和固定床相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了林木生物質(zhì)熱裂解過程中的二次催化與中間產(chǎn)物的定向調(diào)控; (3)開發(fā)的三級(jí)可控冷凝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了液化產(chǎn)物的分級(jí)冷凝和組分富集; (4)采用氣相色譜和紅外氣體分析儀,對(duì)熱裂解及冷凝過程中不同階段的中間產(chǎn)物進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時(shí)分析。 3 技術(shù)關(guān)鍵: (1)輕質(zhì)固相粉末連續(xù)精確進(jìn)料系統(tǒng); (2)新型聯(lián)合微反應(yīng)器的開發(fā); (3)生物質(zhì)氣相熱解產(chǎn)物的在線實(shí)時(shí)分析。 4 技術(shù)指標(biāo): (1)進(jìn)料量:0.5~1.5Kg/h,額定進(jìn)料量1Kg/h; (2)三級(jí)冷凝器冷凝溫度:150~220℃,80~150℃,10~80℃; (3)預(yù)熱及反應(yīng)溫度:預(yù)熱器,400±10℃;流化床,550±10℃;固定床,450±5℃; (4)熱解轉(zhuǎn)化率,100% ;產(chǎn)物收集率≥96%;出炭系統(tǒng)的收集效率≥99%; (5)生物油:產(chǎn)油率≥65%;含水率≤30%;熱值≥16MJ/Kg。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、實(shí)現(xiàn)了林木生物質(zhì)熱裂解液化過程的可視化。與傳統(tǒng)單一的熱裂解反應(yīng)器相比,通過流化床與固定床相聯(lián)合實(shí)現(xiàn)了林木生物質(zhì)的定向轉(zhuǎn)化與產(chǎn)物調(diào)控,一定程度上解決了以往產(chǎn)物分布與組成隨機(jī)性大等問題,對(duì)于林木生物質(zhì)能源研究具備較強(qiáng)的科學(xué)意義。 2、首次實(shí)現(xiàn)了林木生物質(zhì)熱裂解液化中間產(chǎn)物的在線實(shí)時(shí)分析。通過對(duì)流化床熱解氣、固定床裂解氣以及三級(jí)冷凝后熱解氣共5路氣體的實(shí)時(shí)檢測(cè)與表征,改變了以往離線測(cè)試和跟蹤式研究的模式,為熱解工藝調(diào)整和催化劑遴選提供科學(xué)依據(jù)。 3、裝置主體采用模塊化設(shè)計(jì),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集約化,功能多樣化,與傳統(tǒng)熱裂解反應(yīng)器相比優(yōu)勢(shì)明顯。控制系統(tǒng)采用二次儀表-計(jì)算機(jī)控制,控制精確,界面簡(jiǎn)便直觀;進(jìn)料系統(tǒng)采用機(jī)械進(jìn)料與氣力進(jìn)料相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)進(jìn)料的連續(xù)化、精確化;氣路循環(huán)及收集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將自身生成的不凝氣體作為循環(huán)流化介質(zhì),節(jié)能環(huán)保,運(yùn)行成本低廉;裝置具有二次裂解、分級(jí)冷凝、中間調(diào)控等多種試驗(yàn)功能。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年3月至4月,美國(guó)密西西比州立大學(xué)、北京**大學(xué)、中國(guó)**科學(xué)研究院、山東**大學(xué)等單位專家參觀裝置后表示:本裝置技術(shù)原理先進(jìn),在國(guó)內(nèi)外具有一定的特色和創(chuàng)新。 2011年5月,獲第七屆****大學(xué)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽二等獎(jiǎng)。 2011年6月,獲第六屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 試制成功,運(yùn)行穩(wěn)定,性能優(yōu)良。 處于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用階段,開始進(jìn)一步中試推廣。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 可通過成套設(shè)備轉(zhuǎn)讓、設(shè)備租賃、工藝圖紙?jiān)O(shè)計(jì)服務(wù)、專利權(quán)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)培訓(xùn)等方式進(jìn)行轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- √實(shí)物、產(chǎn)品 √圖紙 √圖片 √錄像 √樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1、使用說明:裝置分為反應(yīng)系統(tǒng),進(jìn)料系統(tǒng),檢測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。固體反應(yīng)物通過同軸變距螺桿和進(jìn)料載氣吹入流化床反應(yīng)器;流化氣通過多孔篩板進(jìn)入流化床反應(yīng)器底部。流化床反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)器上部放出,常壓進(jìn)入固定床反應(yīng)器;冷凝采用三段式冷凝和氣液分離;尾氣一部分進(jìn)入儲(chǔ)氣罐,一部分由空壓機(jī)增壓后循環(huán)用作系統(tǒng)載氣。 2、應(yīng)用前景:生物油的主要組成成分為含氧官能團(tuán)的酚類、醛類、酮類、有機(jī)酸類等高值化合物,便于運(yùn)輸、能量密度高,用途廣泛,可直接燃料用于窯爐、鍋爐等產(chǎn)熱設(shè)備,經(jīng)過精制改性后亦可制備出生物柴油用于汽車的動(dòng)力燃料;同時(shí)還可以用作石油基替代品,如替代苯酚制備酚醛樹脂材料等。不凝氣體的主要成分是CO、CH4、H2等,為高值氣體,可以直接燃燒或合成化學(xué)品用于集中供氣、電廠發(fā)電、制備化工原料等。炭粉具有一定的熱值和孔隙率,可用于制備活性炭、成型炭燃料、農(nóng)藥或肥料的緩釋劑以及土壤改良劑、同時(shí)還可作冶金及鋼鐵工業(yè)等。裝置科技含量高,且具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),市場(chǎng)和科研應(yīng)用價(jià)值較高。
同類課題研究水平概述
- 熱裂解液化裝置在很大程度上影響著熱裂解液化反應(yīng)過程的能耗,決定著產(chǎn)物的分布和性能,是林木生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。目前,熱裂解液化裝置的類型較多,依據(jù)主反應(yīng)器內(nèi)的傳熱傳質(zhì)原理可以分為噴動(dòng)床、流化床、旋轉(zhuǎn)錐、循環(huán)流化床、引流床、燒蝕反應(yīng)器、真空移動(dòng)床等。 20世紀(jì)70年代,加拿大Waterloo大學(xué)首先研制出流化床反應(yīng)器快速熱解液化技術(shù)。隨后,荷蘭、英國(guó)、美國(guó)、瑞士、意大利等國(guó)的科學(xué)家也開展大量富有成效的研究工作。相對(duì)而言,我國(guó)在快速熱裂解液化技術(shù)研究方面起步較晚,但發(fā)展的速度很快。從1993年起,沈陽**大學(xué)開始與荷蘭合作,并于1995年從荷蘭Twente大學(xué)BTG集團(tuán)引進(jìn)一套生物質(zhì)喂入率為50Kg/h的旋轉(zhuǎn)錐快速熱解液化設(shè)備。中國(guó)****大學(xué)、**大學(xué)、山東**大學(xué)、北京**大學(xué)等高校也研制了相應(yīng)的小試及中試設(shè)備,并取得了重要進(jìn)展。 從反應(yīng)器類型的角度來看,雖然目前已開發(fā)出來的快速熱裂解液化反應(yīng)器各具特點(diǎn),但至今仍沒有普遍認(rèn)為理想的熱裂解反應(yīng)器,幾乎在不同程度上都存在傳熱傳質(zhì)效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行成本高等問題。如傳統(tǒng)的流化床在熱裂解過程中易出現(xiàn)內(nèi)分層、節(jié)涌等現(xiàn)象,造成加熱不均勻,熱裂解效率低;噴動(dòng)床存在環(huán)隙區(qū)內(nèi)氣固接觸不良和高床層噴動(dòng)不穩(wěn)定等不足,很難實(shí)現(xiàn)熱裂解均衡和精準(zhǔn)的中溫控制;旋轉(zhuǎn)錐內(nèi)部構(gòu)件較多,設(shè)備龐大,運(yùn)行成本高,要求原料粒徑小,加工成本大;真空移動(dòng)床反應(yīng)器運(yùn)行的密封性要求較高、能耗大。 從設(shè)備的其它關(guān)鍵技術(shù)來看,在進(jìn)料、氣固分離、熱解氣冷凝以及循環(huán)系統(tǒng)凈化等方面也有較大的發(fā)展空間。 上述問題已成為快速熱裂解液化技術(shù)進(jìn)步的瓶頸,制約了該技術(shù)的發(fā)展和工程化進(jìn)程,迫切需要對(duì)熱裂解液化設(shè)備中的這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入系統(tǒng)研究。有鑒于此,本裝置綜合了現(xiàn)有反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn),借鑒了煤化工、石油化工過程等的成熟技術(shù),集成創(chuàng)新研發(fā)了高效、穩(wěn)定的熱裂解反應(yīng)器。本研究集成了流態(tài)化、催化裂解、分級(jí)可控冷凝、在線分析與調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)了連續(xù)穩(wěn)定的進(jìn)料器,高效耐用的氣固分離器,高效簡(jiǎn)潔的冷凝器,開發(fā)了循環(huán)系統(tǒng)的高效凈化技術(shù)等。研發(fā)的林木生物質(zhì)定向熱裂解液化微反裝置突破了以往生物質(zhì)熱裂解反應(yīng)的靜態(tài)研究模式,工藝布置合理、結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定。