双轴式水热炭化反应釜的制作方法-k8凯发

1.本实用新型属于化学反应容器技术领域，尤其涉及一种双轴式水热炭化反应釜。


背景技术：

2.水热炭化(hydrothermal carbonization，缩写为htc)技术是依据
1931年诺贝尔化学奖得主
‑‑
德国化学家柏吉乌斯(friedrich bergius)提出的高压化学理论而产生的。
该方法模拟了自然界中煤、石油和天然气生成的过程，并将这一在自然界需要数百万年时间的反应过程，通过适当的温度、压力和酸碱度(ph值)条件下数小时内再现。htc反应是在排除空气和添加催化剂的条件下，温度
180-200℃
和压力
20-35巴，有机材料(如生物废弃物或污泥)在几小时内炭化成htc生物炭。
该方法在含水环境中进行，因此不需要对输入材料进行干燥处理，并且该方法特别适用于富含水的生物有机废弃物和污泥。
水热炭化产物脱水后，htc生物炭含水率低，由于其热值高，可用于燃煤发电厂的气候友好型发电，或作为水泥厂或垃圾焚烧厂的化石燃料的替代品。
3.水热炭化系统的工业化可以采用间歇式生产也可以采用连续式生产，间隙式生产是分批将物料送入反应釜，密闭环境中加热，在固定的温度和压力下物料发生水热炭化反应，达到反应时间后冷却，排出反应产物，再进行下一批次处理，如此循环。
连续式生产是物料连续进入反应系统，在反应器内停留固定时间，再连续排出。
间歇式生产由于效率低，一般仅用于研究和小规模生产应用，不被工业大规模生产采用；连续式生产适合于工业大规模生产应用。
目前连续水热炭化生产案例不多，主要在于处理能力较小，对进料含水率和流动性要求高，只有较高流动性的物料，热传导效率高，才适合于水热炭化处理，而高含固物料的流动性差，热传导效率低，反应釜中物料搅拌阻力大，搅拌不均匀，导致物料温度不均匀，反应效率低，降低处理效果，所以现有反应釜的生产能力较小，一般小于
100t/d，影响建设投资和运行成本。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种双轴式水热炭化反应釜，旨在解决现有技术中反应釜搅拌阻力大，物料温度不均匀，反应效率低，生产能力小的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：
6.一种双轴式水热炭化反应釜，包括用于容纳物料的釜体及其内部的两套搅拌组件，两套搅拌组件分别为横轴搅拌组件和竖轴搅拌组件，所述横轴搅拌组件设置于釜体的底部，用于搅拌釜体底部的物料；所述竖轴搅拌组件设置于横轴搅拌组件的上方，用于搅拌上部物料；所述釜体的底部设有进料口、顶部设有出料口；所述釜体的进料口与出料口之间还设有循环管路，用于将釜体出料口排出的部分生物炭浆回流到釜体底部进料口。
7.优选的，所述横轴搅拌组件包括由电机一驱动的横轴，所述横轴水平设置于釜体的底部，所述横轴的长度方向间隔设置若干个搅拌桨，所述电机一设置于釜体的外部、且其输出轴与横轴的端部相连。
8.优选的，所述电机一为两个，两个电机一分别设置于横轴的两端。
9.优选的，所述釜体的底部为球冠状，所述横轴上的搅拌桨为中间长、两端短。
10.优选的，所述竖轴搅拌组件包括由电机二驱动的竖轴，所述竖轴垂直设置于釜体中部，所述竖轴的长度方向间隔设置若干个搅拌桨，所述电机二设置于釜体的顶部。
11.优选的，所述釜体内的物料为脱水污泥、植物秸秆或畜禽粪污。
12.优选的，所述竖轴上的搅拌桨沿其长度方向长短交替布置。
13.优选的，所述釜体的侧壁设有内充导热油的加热夹套。
14.优选的，所述竖轴及横轴内均设有导热油进管和导热油出管，所述竖轴及横轴四周的搅拌桨内均设有导热油通道，所述搅拌桨内导热油通道的进出口分别与导热油进管和导热油出管连通。
15.优选的，所述釜体为立式圆柱体，所述釜体的高度与直径比为
10：8～
10：2，所述釜体的上下两端均为球冠状；所述釜体的容积为5～
50m3，所述反应釜的处理能力为
30
～
400t/d。
16.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型通过横轴搅拌组件搅拌釜体底部粘度大、流动性差、阻力大的进料，随着水热炭化反应进程推进，物料的粘度降低、流动性提高、阻力降低，采用竖轴搅拌组件处理上部粘度小、流动性高、阻力小的物料，搅拌更加均匀，水热炭化反应完成，物料从出口排出；同时通过循环管路，可将釜体排出的部分生物炭浆回流到釜体底部，提高物料流动性和晚点均匀性。
本实用新型采用横轴搅拌与竖轴搅拌的结合，能够提高釜体内物料搅拌均匀性，温度更加均匀，处理能力更大，反应效率更高。
本实用新型尤其适用于高含固高粘稠有机固废进行水热炭化反应，首先经过横轴搅拌区的翻动搅拌，搅拌更充分；随着水热炭化反应的进行，进入垂直搅拌区，搅拌更均匀，加速反应。
附图说明
17.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
18.图1是本实用新型实施例提供的一种双轴式水热炭化反应釜的结构示意图；
19.图中：
1—
釜体；
2—
电机；
3—
竖轴；
4—
搅拌桨；
5—
导热油夹套；
6—
电机；
7—
横轴；
8—
搅拌桨；
9—
进料口；
10—
出料口；
11—
循环泵；
12—
循环管。
具体实施方式
20.下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.参见图1，本实用新型提供的一种双轴式水热炭化反应釜，包括用于容纳物料的釜体1及其内部的两套搅拌组件，两套搅拌组件分别为横轴搅拌组件和竖轴搅拌组件，所述横轴搅拌组件设置于釜体1的底部，用于搅拌釜体底部的物料；所述竖轴搅拌组件设置于横轴搅拌组件的上方，用于搅拌上部物料；所述釜体1的底部设有进料口
9、顶部设有出料口
10；所述釜体的进料口与出料口之间还设有循环管路，用于将釜体出料口排出的部分生物炭浆
回流到釜体底部进料口。
其中，循环管路包括循环管
12和循环泵
11，所述循环管
12的进口端与釜体1的进料口9相连，所述循环管
12的出口端与釜体1的出料口
10相连；所述循环泵
11设置于循环管
12上，用于将排出的部分生物炭浆回流到釜体1内；循环泵
11的进出口均设有阀门(图中未画出)，根据实际情况控制物料流速。
采用该结构能够提高进入釜体内物料的流动性及温度分布的均匀性，确保釜体内温度稳定，提高物料的热传导效率和反应效率，缩短反应时间，提高反应釜的处理能力。
22.作为一种优选结构，所述竖轴搅拌组件包括由电机二2驱动的竖轴3，所述竖轴3垂直设置于釜体1中部，所述竖轴3的长度方向间隔设置若干个搅拌桨4，所述电机二2设置于釜体1的顶部。
其中，所述竖轴3上的搅拌桨4沿其长度方向长短交替布置。
采用该结构可使物料在搅拌下湍流剧烈，大大提高物料反应效率和处理能力。
23.同时，所述横轴搅拌组件包括由电机一6驱动的横轴7，所述横轴7水平设置于釜体1的底部，所述横轴7的长度方向间隔设置若干个搅拌桨4，所述电机一6设置于釜体1的外部、且其输出轴与横轴7的端部相连。
其中，所述电机一6为两个，两个电机一6分别设置于横轴7的两端。
24.具体制作时，所述釜体1为立式圆柱体，且釜体1的上下两端均为球冠状，为了实现釜体1底部物料的充分搅拌，所述横轴7上的搅拌桨4为中间长、两端短。
采用该结构能够提高物料的搅拌均匀性。
25.具体设计时，釜体1的高度与直径比为
10：8～
10：2，釜体1的容积为5～
50m3，所述反应釜的处理能力为
30
～
400t/d。
26.在本实用新型的一个具体实施例中，如图1所示，所述釜体1的侧壁设有内充导热油的加热夹套
5。
将加热的导热油输入加热夹套5内，用以对釜体内部物料加热，通过竖轴搅拌组件和横轴搅拌组件的配合实现物料的均匀加热，提高反应速度。
27.为了实现釜体内物料的快速升温，在竖轴3及横轴7内均设有导热油进管和导热油出管(图中未画出)，所述竖轴及横轴四周的搅拌桨内均设有导热油通道(图中未画出)，所述搅拌桨内导热油通道的进出口分别与导热油进管和导热油出管连通。
在搅拌过程中通过搅拌桨内的导热油加速釜体中部物料升温，进一步提高物料升温速度，进而加快反应速度。
28.本实用新型提供的釜体1，可以处理高含固高粘稠有机固废，尤其适用于脱水污泥、植物秸秆、畜禽粪污等物料进行水热炭化反应。
以下是几个具体的实施例。
29.实施例130.水热炭化反应釜：直径
2.5m，高
6m，容积
32m3，污泥处理能力
230t/d；
31.底部横轴搅拌：电机功率
15kw，4对搅拌桨，两端搅拌直径
1m，中间搅拌直径
1.6m；
32.上部竖轴搅拌：电机功率
25kw，5对搅拌桨，长短交替，长搅拌桨长度为
1m，短搅拌桨长度为
0.8m；
33.进料口在反应釜底部中间位置，出料口在顶部中间位置；
34.采用导热油夹套加热方式。
35.(1)滁州某污水处理厂含水率8％的脱水污泥，经过前段预热系统加热至
180℃，与硫酸混合，硫酸加入量为处理绝干污泥量的
10g/100gds，从进料口挤压进入反应釜，进料速度为
9.6t/h；
36.(2)反应釜采用导热油夹套加热，维持反应温度
180℃
；
37.(3)物料自下而上流动，在反应釜中停留时间为
3h；
38.(4)生物炭浆从反应釜出料口排出，出料速度为
9.6t/h。
；
39.(5)生物炭浆经冷却后固液分离，测试生物炭浆的流动性，固液分离泥饼的含水率。
40.实施例241.水热炭化反应釜：直径
1.8m，高
5m，容积
14m3，污泥处理能力
100t/d；
42.底部横轴搅拌：电机功率
10kw，5对搅拌桨，两端搅拌直径
0.6m，中间搅拌直径
1.2m；
43.上部垂直搅拌：电机功率
20kw，5对搅拌桨，长短交替，长搅拌桨长度为
0.8m，短搅拌桨长度为
0.6m；
44.进料口在反应釜底部中间位置，出料口在顶部中间位置；
45.采用导热油夹套加热方式。
46.(1)滁州某污水处理厂含水率8％的脱水污泥，经过前段预热系统加热至
180℃，与硫酸混合，硫酸加入量为处理绝干污泥量的
10g/100gds，从进料口挤压进入反应釜，进料速度为
4.2t/h；
47.(2)反应釜采用导热油夹套加热，维持反应温度
180℃
；
48.(3)物料自下而上流动，在反应釜中停留时间为
3h；
49.(4)生物炭浆从反应釜出料口排出，出料速度为
4.2t/h；
50.(5)生物炭浆经冷却后固液分离，测试生物炭浆的流动性，固液分离泥饼的含水率。
51.比较例152.水热炭化反应釜：直径
2.5m，高
6m，容积
32m3，污泥处理能力
230t/d；
53.垂直单轴搅拌：电机功率
40kw，自下而上，5对搅拌桨，长短交替，长搅拌桨长度为
1m，短搅拌桨长度为
0.8m；
54.进料口在反应釜底部中间位置，出料口在顶部中间位置；
55.采用导热油夹套加热方式。
56.(1)滁州某污水处理厂含水率8％的脱水污泥，经过前段预热系统加热至
180℃，与硫酸混合，硫酸加入量为处理绝干污泥量的
10g/100gds，从进料口挤压进入反应釜，进料速度为
9.6t/h；
57.(2)反应釜采用导热油夹套加热，维持反应温度
180℃
；
58.(3)物料自下而上流动，在反应釜中停留时间为
3h；
59.(4)物料从反应釜出料口排出，出料速度为
9.6t/h；
60.(5)生物炭浆经冷却后固液分离，测试生物炭浆的流动性，固液分离泥饼的含水率。
61.比较例262.比较例1同样的反应釜，物料在反应釜中的停留时间为
5h，处理能力为
140t/d，其他处理步骤同比较例
1。
63.比较例364.水热炭化反应釜：直径
1.6m，高
4.3m，容积
8.6m3，污泥处理能力
50t/d；
65.垂直单轴搅拌：电机功率
15kw，自下而上，4对相同长度的搅拌桨，搅拌直径
1.2m；
66.进料口在反应釜底部中间位置，出料口在顶部中间位置；
67.采用导热油夹套加热方式。
68.(1)滁州某污水处理厂含水率8％的脱水污泥，经过前段预热系统加热至
180℃，与硫酸混合，硫酸加入量为处理绝干污泥量的
10g/100gds，从进料口挤压进入反应釜，进料速度为
2.1t/h；
69.(2)反应釜采用导热油夹套加热，维持反应温度
180℃
；
70.(3)物料自下而上流动，在反应釜中停留时间为
3h；
71.(4)物料从反应釜出料口排出，出料速度为
2.1t/h；
72.(5)生物炭浆经冷却后固液分离，测试生物炭浆的流动性，固液分离泥饼的含水率。
73.表1[0074][0075]备注
*
：
×
——
流动性差；
○
——
流动性一般；
◎
——
流动性好
[0076]结果如表1所示，
80
％含水率污泥进入反应釜的粘度较大，流动性差，采用本实用新型的双轴搅拌设备，搅拌更加均匀，物料温度均匀，反应效率高，尤其是在水热炭化反应初期，通过横轴翻转搅拌，对于粘度大，阻力大的物料，搅拌更加均匀高效；随着水热炭化反应进行，物料的粘度降低，流动性性提高，阻力降低，采用垂直搅拌，长短交替的搅拌桨搅拌容易形成湍流，效率更高，表现在处理效果上是产生的生物炭浆流动性好，固液分离的生物炭饼含水率低。
而传统的单轴垂直搅拌，搅拌不均匀，导致物料温度分布不均匀，降低水热炭化反应效率，延长停留时间虽然能提高水热炭化反应效果，但是仍没有本实用新型技术方案处理效果好。
比较例3表明，减少反应釜容积，降低处理能力，可以提高水热反应效率和处理效果。
所以传统的单轴搅拌处理能力较低，采用本实用新型技术方案的处理能力大，处理效率高。
[0077]综上所述，本实用新型具有以下有益效果：
[0078]1、本实用新型提供的双轴式水热炭化反应釜采用双轴搅拌，底部是横向搅拌，上部是垂直搅拌；
[0079]2、本实用新型针对水热炭化反应初期，物料粘度大，流动性差，搅拌阻力大，采用横向翻转搅拌，且两端搅拌桨短，中间搅拌桨长，提高了物料的搅拌均匀性；
[0080]3、随着水热炭化进程推进，物料的粘度降低，流动性提高，阻力降低，采用竖向搅拌，搅拌效率高，搅拌更均匀，在轴向上，随着物料粘度的降低，搅拌轴上的搅拌桨长短交替，剧烈湍流；
[0081]4、本实用新型提供的双轴式水热炭化反应釜充分利用横向翻转搅拌力度大，竖向搅拌空间利用效率高的特点，反应效率高，处理能力大；
[0082]5、本实用新型提供的双轴式水热炭化反应釜能够实现高含固有机固废的减量化、稳定化、无害化处置，保留有机物的物质和资源，便于末端资源化利用，低碳排放。
[0083]在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受上面公开的具体实施例的限制。