【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及生物質熱解氣化，特別涉及一種生物質熱解凈化耦合反應器以及生物質熱解方法。
技術介紹
1、減少化石燃料的消耗和開發可再生及可持續的能源已被確定為解決環境污染和氣候變化危機的有效策略。生物質資源作為第四大能源系統，也是人類最重要的可再生能源之一。與化石燃料(如天然氣、煤炭和石油)相比，生物質不僅具有環保優勢，還具備經濟上的競爭力。每年大約產生約幾十億噸生物質廢棄物，其中農作物秸稈是主要的生物質廢棄物種類，每年可收集約數億噸。由于生物質本身通常被認為是零碳排放，即生物質燃燒或轉化產生的co2與其在生長過程中吸收的co2相當，因此其封存的co2在扣除相關過程中的額外排放之后具備了負排放的特點。
2、基于生物質固有的低熱值屬性，利用生物質生產合成氣比利用生物質發電/產熱或制成固體燃料更為有利。氣化是指通過部分氧化將固體燃料轉化為氣體混合物、焦炭和可冷凝化合物(如焦油)等物質。該方法被認為是轉化生物質中所含能量的最有效方法之一，并且正在成為固體廢棄物再利用的最佳替代方法之一。在氣化過程中，氣化介質有助于分解較重的固體烴，以便將其轉化為低分子量氣體，如co和h2。
3、常規的生物質氣化技術主要包括固定床(上升式、下吸式、交叉式)和流化床(鼓泡流化床、循環流化床)氣化反應器等。在固定床中，由于生物質原料和氣化介質之間的較低且不均勻的傳熱和傳質，會產生大量的焦油和焦炭。相反，流化床氣化反應器具有良好的混合和氣固接觸，從而提高了反應速率和轉化效率。高效的傳熱和傳質特性使流化床能夠適應不同成分和熱值的各類生物質。
4、中國專利cn113684067a中公開了一種生物質氣化制合成氣的裝置，基于高倍率循環流化及快速熱量分散技術，可實現連續化、規?；a，但是該裝置流程復雜，能耗較高。中國專利cn111763524a中公開了一種噴動與流化結合的三段式強化熱解氣化的系統和方法。該方法通過電磁加熱和添加劑聯用實現強化熱解氣化，促進原料氣化，但只能將上述生物質原料進行氣化減少污染物的排放，不能有效回收生物質中的含碳資源，造成了資源的浪費。專利cn112694918a公開了一種生物質加壓流化床氣化與旋風裂解的復合氣化系統。該方法將生物質加壓流化床氣化與旋風裂解進行復合，可縮短氣化反應時間，氣化強度獲得大幅提升，并生成更多可燃成分。但該方法同樣無法解決熱解廢料的循環利用問題，同時需附加熱量回收設備才能實現熱量低效循環。
5、綜上所述，盡管現有技術已經能夠在一定程度上滿足生物質氣化的需求，但在提升效率、降低成本以及增強環保性能等方面仍存在改進空間。因此，探索更加先進合理的生物質氣化解決方案對于推動綠色低碳經濟的發展具有重要意義。
技術實現思路
1、為了克服現有技術的上述缺陷，本專利技術實施例所要解決的技術問題是提供了一種生物質熱解凈化耦合反應器以及生物質熱解方法，用于至少解決現有生物質熱解技術中產氣品質低、能耗高的問題。
2、本專利技術的上述目的可采用下列技術方案來實現，本專利技術提供了一種生物質熱解凈化耦合反應器，包括：
3、流化床反應器，所述流化床反應器包括反應器殼體、設置在反應器殼體上的進料口、以及氣體分布器，所述反應器殼體的內部空間由下至上形成有密相段和稀相段，所述氣體分布器設置在所述密相段中，所述氣體分布器用于向所述反應器殼體內輸入熱解氣體，所述進料口用于供生物質原料進入所述密相段；
4、耦合凈化分離組件，所述耦合凈化分離組件包括設置在所述反應器殼體中的旋流分離器、插接在所述旋流分離器的旋風外殼中的內置顆粒床、插接在所述內置顆粒床中的中心排氣管、設置在所述旋風外殼的上方的儲料罐、以及設置在所述內置顆粒床的下方的排料結構，所述中心排氣管的頂端設置在所述反應器殼體外，所述儲料罐與所述內置顆粒床相連通，所述儲料罐用于將固相顆粒產品輸送至內置顆粒床中，所述排料結構與所述內置顆粒床相連通并置于所述氣體分布器的上方，所述排料結構用于將經所述內置顆粒床凈化反應后的熱解焦炭輸送至所述密相段；
5、顆粒提升輸送單元，所述顆粒提升輸送單元連通所述密相段和所述儲料罐，所述顆粒提升輸送單元用于將所述密相段中的熱解產物提升并輸送至所述儲料罐內。
6、在本專利技術的一較佳實施方式中，所述生物質熱解凈化耦合反應器還包括設置在所述反應器殼體上的排料管和輸料管，所述排料管用于連通所述密相段，所述輸料管用于連通所述儲料罐，所述顆粒提升輸送單元連通所述排料管和所述輸料管。
7、在本專利技術的一較佳實施方式中，所述顆粒提升輸送單元包括依次連接的提升管和頂部收集罐，沿由下至上方向，所述提升管被劃分為預提升段和提升段，所述預提升段的下端通過所述排料管與所述密相段連通，所述預提升段的下端設置有輸送氣體入口，所述頂部收集罐的下端通過所述輸料管與所述儲料罐相連通，所述頂部收集罐的頂部出口設置有小旋分。
8、在本專利技術的一較佳實施方式中，所述內置顆粒床包括顆粒床內壁和顆粒床外壁，所述顆粒床內壁和所述顆粒床外壁相互套設形成套筒式夾層結構，所述顆粒床內壁和所述顆粒床外壁上均設有多個氣流孔。
9、在本專利技術的一較佳實施方式中，所述排料結構包括料斗和排料腿，所述料斗與所述內置顆粒床的下端連通，所述排料腿與所述料斗的下端連通，所述排料腿的底部出口置于所述密相段。
10、在本專利技術的一較佳實施方式中，所述排料腿的下端設有防倒錐，所述防倒錐的徑向尺寸由上至下逐漸增大，所述防倒錐與所述排料腿的底部出口間隔，所述排料腿內的熱解固相產物能從所述排料腿與所述防倒錐之間的間隙排出。
11、在本專利技術的一較佳實施方式中，所述生物質熱解凈化耦合反應器還包括螺旋加料器，所述螺旋加料器連通所述密相段形成所述進料口。
12、本專利技術提供了一種生物質熱解方法，應用前述的生物質熱解凈化耦合反應器實現，具體包括如下步驟：
13、向流化床反應器加入生物質原料，并且向所述流化床反應器通入熱解氣體，使所述生物質原料發生熱解反應；
14、使熱解反應產出的粗質氣體產品進入旋風外殼、熱解反應產出的固相顆粒產品進入顆粒提升輸送單元；
15、向所述顆粒提升輸送單元通入輸送氣體，將被輸送至所述顆粒提升輸送單元的固相顆粒產品提升至儲料罐，并經由所述儲料罐輸送至內置顆粒床；
16、使被輸送至所述旋風外殼的粗質氣體產品與被輸送至所述內置顆粒床的固相顆粒產品發生凈化反應，并分別向中心排氣管和排料結構輸送凈化反應后的氣相產品和固相產品。
17、在本專利技術的一較佳實施方式中，所述流化床反應器包括密相段和稀相段，所述密相段內的表觀氣速為0.2m/s～1.3m/s，所述稀相段內的表觀氣速為0.05m/s～0.8m/s。
18、在本專利技術的一較佳實施方式中，所述生物質原料包括秸稈、木屑、椰殼、玉米稈或富含有機質的廢棄物中的一種或多種的組合，在輸送至所述流化床反應器前，所述生物質原料經干燥、成型預處理制成當量粒徑小于6mm的顆粒物。
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1.一種生物質熱解凈化耦合反應器，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的生物質熱解凈化耦合反應器，其特征在于，所述生物質熱解凈化耦合反應器還包括設置在所述反應器殼體上的排料管和輸料管，所述排料管用于連通所述密相段，所述輸料管用于連通所述儲料罐，所述顆粒提升輸送單元連通所述排料管和所述輸料管。
3.如權利要求2所述的生物質熱解凈化耦合反應器，其特征在于，所述顆粒提升輸送單元包括依次連接的提升管和頂部收集罐，沿由下至上方向，所述提升管被劃分為預提升段和提升段，所述預提升段的下端通過所述排料管與所述密相段連通，所述預提升段的下端設置有輸送氣體入口，所述頂部收集罐的下端通過所述輸料管與所述儲料罐相連通，所述頂部收集罐的頂部出口設置有小旋分。
4.如權利要求1所述的生物質熱解凈化耦合反應器，其特征在于，所述內置顆粒床包括顆粒床內壁和顆粒床外壁，所述顆粒床內壁和所述顆粒床外壁相互套設形成套筒式夾層結構，所述顆粒床內壁和所述顆粒床外壁上均設有多個氣流孔。
5.如權利要求1所述的生物質熱解凈化耦合反應器，其特征在于，所述排料結構包括料斗和排料腿
6.如權利要求5所述的生物質熱解凈化耦合反應器，其特征在于，所述排料腿的下端設有防倒錐，所述防倒錐的徑向尺寸由上至下逐漸增大，所述防倒錐與所述排料腿的底部出口間隔，所述排料腿內的熱解固相產物能從所述排料腿與所述防倒錐之間的間隙排出。
7.如權利要求1所述的生物質熱解凈化耦合反應器，其特征在于，所述生物質熱解凈化耦合反應器還包括螺旋加料器，所述螺旋加料器連通所述密相段形成所述進料口。
8.一種生物質熱解方法，其特征在于，應用如權利要求1至7中任一項所述的生物質熱解凈化耦合反應器實現，包括如下步驟：
9.如權利要求8所述的生物質熱解方法，其特征在于，所述流化床反應器包括密相段和稀相段，所述密相段內的表觀氣速為0.2m/s～1.3m/s，所述稀相段內的表觀氣速為0.05m/s～0.8m/s。
10.如權利要求8所述的生物質熱解方法，其特征在于，所述生物質原料包括秸稈、木屑、椰殼、玉米稈或富含有機質的廢棄物中的一種或多種的組合，在輸送至所述流化床反應器前，所述生物質原料經干燥、成型預處理制成當量粒徑小于6mm的顆粒物。
...【技術特征摘要】
1.一種生物質熱解凈化耦合反應器，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的生物質熱解凈化耦合反應器，其特征在于，所述生物質熱解凈化耦合反應器還包括設置在所述反應器殼體上的排料管和輸料管，所述排料管用于連通所述密相段，所述輸料管用于連通所述儲料罐，所述顆粒提升輸送單元連通所述排料管和所述輸料管。
3.如權利要求2所述的生物質熱解凈化耦合反應器，其特征在于，所述顆粒提升輸送單元包括依次連接的提升管和頂部收集罐，沿由下至上方向，所述提升管被劃分為預提升段和提升段，所述預提升段的下端通過所述排料管與所述密相段連通，所述預提升段的下端設置有輸送氣體入口，所述頂部收集罐的下端通過所述輸料管與所述儲料罐相連通，所述頂部收集罐的頂部出口設置有小旋分。
4.如權利要求1所述的生物質熱解凈化耦合反應器，其特征在于，所述內置顆粒床包括顆粒床內壁和顆粒床外壁，所述顆粒床內壁和所述顆粒床外壁相互套設形成套筒式夾層結構，所述顆粒床內壁和所述顆粒床外壁上均設有多個氣流孔。
5.如權利要求1所述的生物質熱解凈化耦合反應器，其特征在于，所述排料結構包括料斗和排料腿，所述料斗與所述內置顆粒床的下端連通，所述排料腿與...
【專利技術屬性】
技術研發人員：常明，劉夢溪，范怡平，盧春喜，徐春明，楊濤，常杰，芮振華，劉月亮，姜弘志，
申請(專利權)人：中國石油大學北京，
類型：發明
國別省市：
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