CN101962558B - 生物质燃气高温无氧强化干馏热解装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质燃气高温无氧强化干馏热解装置，进料斗在原料输送机的上侧端，在原料输送机和生物质热解转换器之间有支撑架和出料槽，生物质热解转换器下侧的加热装置上有与送风管相通的加热炉口，生物质热解转换器另一头的上下侧有粗燃气出口管与木炭出口管。粗燃气出口管经粗燃气输送管与装有冷却水管及过滤层的冷却塔下端内腔相连通，第一燃气输送管连冷却塔与过滤塔的内腔，过滤塔下端内腔有第二燃气输送管连净化塔下端内腔，净化塔的上端有第三燃气输送管连药液塔下内腔，药液塔的上侧有第四燃气输送管连第三燃气输送管及药液塔下内腔，药液塔顶有第五燃气输送管连入过滤塔上内腔，在过滤塔顶端装有第六燃气输送管。经处理后的燃气对环境无污染，为再生能源开僻了新途征。

Description

生物质燃气高温无氧强化干馏热解装置

技术领域

本发明涉及一种热解装置，尤其涉及一种以秸秆、稻壳、竹木屑及酒渣等农业废弃物、农林废弃物或生活垃圾中的有机物为原料的生物质燃气高温无氧强化干馏热解装置。

背景技术

能源是现代社会赖以生存和发展的基础，能源的供给能力关系到国民经济的可持续性发展，是国家战略安全保证的基础之一。我国是世界第二能源消耗国，目前以燃煤为主，它占一次能源的比例为63.6％左右；但由于燃煤的高效、洁净利用难度大，使用过程中对人类的生存环境带来严重污染。我国人均能源严重不足，因此开发生物质清洁能源已成为一项战略任务。

我国有大量的秸秆(如玉米秆、高梁秆、棉花秆、麦秆等)及竹木屑，它们是一种可再生利用的生物质资源，在一定的热力学条件下通过热解化学转变将组成生物质中的碳氢化合物转化为一氧化碳、氢气、甲烷等可燃性气体作为工业或民用能源，可为能源供给找到一条新路。但目前我国将生物质原料转变成生物燃料(气)的主要方式或设备还停留在通过直接燃烧或吹入大量空气作为气化剂来完成热化学转变的阶段，产量低、热值不高(主要是燃气中氢气含量高)，有毒元素较多及使用不安全。

在本发明之前有ZL200620051633.6“炭化机”的专利技术，它为解决这一问题作出了贡献，目前还在发挥着作用，除此

①郑州华达燃气设备有限公司的“生物质干馏装置”，它是一种燃烧室上方前后分成预热段、加热段和冷却段的隧道窑式生物质干馏炉；还有它的“生物质流式动态热解炉”是一款包括除尘——洗涤——分流——脱焦净化——贮存的装置，是一项较完善、又科学、效果好和安全的工艺设备。

②北京联合创业建设工程公司的“生物质快速热解炉”，它的主筒体为高热解燃烧区、副筒体为干燥预热区，热解速度快；除此本公司还有“生物质连续热解炉及连续热解***”，其热解速度快。

③胜利动力机械有限公司的“生物质干馏气化方法及其装置”由上料、加热、换热、干馏及深冷等部分组成。

④江苏大学的“一种生物质与煤混合流化床气化方法及其装置”已被授予发明专利权；另外

⑤“生产生物质干馏炭和生物质燃气的方法及快速热解炭化炉”、“生物质热解液化装置”、“一种生物质连续干馏热解炉”、“利用生物质连续干馏制备燃气工艺及装置”等等工艺和设备，可知，目前国内在利用生物质生产燃气方面作了很多工作，亦取得了不少效果。初步统计，在生物质热解干馏技术方面有关于利用自身产生的燃气作为载体生产净化燃气占30％、木炭占30％、木焦油占10％、木醋液占30％的文献报道，也有关于生物质热解化学转换***(或装置)采用加料机构、干馏机构、加热机构、净化机构、贮化机构等方面的文献报道，但是目前国内尚未见与“生物质高温无氧强化干馏热解技术及生产***”的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可将秸秆(如玉米秆、高梁秆、棉花秆及麦秆)、稻壳、竹木屑、酒渣及中草药渣等作为原料生产净燃气的生物质燃气高温无氧强化干馏热解装置。

为完成上述目的，本发明采用的技术方案是：进料斗安装在原料输送机一头的上侧端，配有螺旋片的转轴安装在原料输送机的轴线上。在原料输送机和生物质热解转换器之间有支撑架，出料槽位置在原料输送机与生物质热解转换器的端头并对着原料输送机的出料口和生物质热解转换器的入料口。安装在生物质热解转换器轴线上由电动机带动的转动轴上装配有螺旋输送片，在生物质热解转换器下侧安装的加热装置上有数量大于等于1的左加热炉口和数量大于等于1的右加热炉口，与鼓风机相连的第一送风管同左加热炉口相连通，与鼓风机相连的第二送风管同右加热炉口相连通。在生物质热解转换器另一头的下侧端出口对着木炭出口管，木炭输送机的进炭口与木炭出口管相连；位于木炭输送机轴线上的由电动机带动的转轴上有旋片。在生物质热解转换器的上侧端的粗燃气出口管与粗燃气输送管的一头相连，粗燃气输送管的另一头连通冷却塔的下端内腔，冷却水管从冷却塔的上侧壁伸到冷却塔内，在冷却塔内腔的冷却水管上装有数量大于等于1的喷嘴；在冷却塔的内腔布置有数量大于等于1的过滤层，在冷却塔的下端安装有第一阀门，在冷却塔的顶端内腔与过滤塔的下端内腔之间有第一燃气输送管相连，在过滤塔内腔的中间位置装有隔板。在隔板的上下部位于过滤塔的内腔布置有上过滤层和下过滤层，在过滤塔的下端装有第二阀门。在过滤塔内腔的隔板与下过滤层之间连通的第二燃气输送管连入净化塔下端的内腔，净化塔内腔布置有数量大于等于1的净化过滤层，净化塔的下端安装有第三阀门，连通净化塔顶端内腔的第三燃气输送管经净化塔的下侧壁与药液塔的下端内腔相连通，在药液塔的内腔布置有数量大于等于1的药化过滤层，在药液塔的下端安装有第四阀门。第四燃气输送管的两头分别连通药液塔的上端内腔和第三燃气输送管。带有开关的第五燃气输送管的两头分别连通药液塔上端内腔和过滤塔中间内腔，在过滤塔顶端安装有带开关的第六燃气输送管。

采用如上技术方案提供的一种生物质燃气高温无氧强化干馏热解装置与现有技术相比，其技术效果在于：

①在高温、无氧及强化条件下，生物质原料在生物质热解化学转换器中经过裂复反应、还原反应生产出的生物质燃气的热值可达15.9～25.1MJ/m³，生产出的副产品生物质木炭的燃值可达25.1～33.5MJ，热效率达98％以上，远远高于国内同类产品的技术指标。

②所生产的净燃气因为经过冷却、过滤、净化等工序，对用户及环境不会造成污染。

③生物质热解过程短，根据热解温度的高低，热解时间为3.5～5.0min，从生物质原料进入原料输送机到生物质热解转换器出炭及第六燃气输送管出燃气的整个时间为4.0～7.0min，一气呵成，连续生产，效率高。

④具有极大经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明所述的一种生物质燃气高温无氧强化干馏热解装置的外部形态示意图，亦为本发明的摘要附图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

本发明所述的一种生物质燃气高温无氧强化干馏热解装置(主要)包括加热部分和清洁部分。加热部分由进料斗1、原料输送机2、出料槽3、支撑架4、生物质热解转换器5、木炭出口管5C、粗燃气出口管5D、第一送风管6和第二送风管6A、左加热炉口7和右加热炉口7A以及木炭输送机8组成，清洁部分由粗燃气输送管5E、冷却水管10、冷却塔11、过滤塔12、净化塔13、药液塔14、过滤层及若干条燃气输送管等组成。

进料斗1安装在原料输送机2一头的上侧端，所述原料输送机2为用金属板材制作的圆桶形的筒体，在此原料输送机2的轴线上穿过两头挡板安装有与电动机相连的转轴2A，在转轴2A上配有螺旋片2B，启动电动机带动转轴2A及螺旋片2B动作，将把从进料斗1进入原料输送机2中的生物质原料不断地从(如图1)右边送至左边。所述生物质原料为经破碎的玉米秸秆、高梁秸秆、棉花秸秆、稻壳、锯木屑、生活垃圾中的有机质及酒渣中的一种或几种的组合(其中稻壳不需另行破碎，锯木屑去除杂质)，采用干燥设备将生物质原料中的水分(重量含量)控制在5～10％范围，在条件许可的前提下，生物质原料可破碎成40-60目。采用连续加料的方式将干燥后的生物质原料从进料斗1不断地送入原料输送机2中，这样可防止外界空气(氧气)过多进入原料输送机2内，在实际操作中原料输送机2是转动的，由专有设备带动。在原料输送机2和生物质热解转换器5之间装有支撑架4，原料输送机2和生物质热解转换器5可同时在支撑架4的上下部位转动，生物质热解转换器5的转动亦由专有设备带动。出料槽3位置在原料输送机2与生物质热解转换器5的端头并对着原料输送机2上的出料口和生物质热解转换器5上的入料口，所述生物质热解转换器5亦可采用ZL200620051633.6的“炭化机”。生物质原料经出料槽3间歇式地加入到生物质热解转换器5中，加入到生物质热解转换器5中的生物质原料的量可控制在50～150kg/min。安装在生物质热解转换器5轴线上由电动机带动的转动轴5A上配有螺旋输送片5B，启动与转动轴5A相连的电动机，由出料槽3加入到生物质热解转换器5中的生物质原料可不断地从(如图1所示)左边向右方向移动，所述转动轴5A可为普碳钢材质的超长中轴，在500～600℃温度下连续转动不变形。在生物质热解转换器5的下侧安装有加热装置，在此加热装置上有数量大于等于1的左加热炉口7和数量大于等于1的右加热炉口7A，与鼓风机相连的第一送风管6同左加热炉口7相连通，同样与鼓风机相连的第二通风管6A同右加热炉口7A相连通，燃料(如燃煤、柴或自身产生的燃气等)从左加热炉口7和左加热炉口7A放入加热装置中，外界空气(氧气)从第一送风管6、第二送风管6A分别流入左加热炉口7和右加热炉口7A，对生物质热解转换器5中的生物质原料加热，控制好各段的加热温度。在左加热炉口7和右加热炉口7A上装有炉门，当燃料加完后可将炉门关上。由于可转动的原料输送机2、可转动的生物质热解转换器5、第一送风管6、第二送风管6A、左加热炉门7及右加热炉门7A都安装在一个半封闭的箱内，在生物质热解转换器5加热时，热空气可将原料输送机2进行预加热，从而对原料输送机2中的生物质原料进行预热。当生物质原料从出料槽3加入到生物质热解转换器5不久，在150℃前排出的都是水蒸气，这个过程称为热解的干燥过程，可将生物质原料中的水分蒸发出去。经过干燥后的生物质原料随着生物质热解转换器5中的温度由左向右逐渐升高，干燥后的生物质原料在生物质热解转换器5中从左向右移动，使它们进入干馏热解的第二阶段，即预炭化阶段，即生物质原料进入裂解程序。将预炭化阶段的温度控制在150-275℃之间，此时生物质原料中的不稳定成分(如半纤维素等)开始分解，分解出的物质含二氧化碳、一氧化碳及少量醋酸。当生物质原料连续由左向右运行到达温度高于275℃时，生物质原料加快分解，并随着温度的继续升高，它们的分解(裂解)速度加快，生成的分解物为甲烷、乙烷、醋酸、甲醇、丙醇和木焦油等。将裂解区域的温度保持在450-500℃，此区域(阶段)称作为生物质原料热解炭化区域(阶段)，生物质原料在热解炭化阶段受热后发生裂变反应(即细胞***)，在裂变反应中大部分挥发物成分会从固体中分离出来，同时生物质原料的干馏热解主要产物也是在此阶段形成的，特别是木醋液和木焦油。生物质原料裂变产生的热气上升进入干燥区，而生成的炭进入下步的还原反应区。随着转动轴5A的不停转动，生成的炭进入生物质热解转换器5的还原反应区，因还原反应区无氧气存在，所以炭在还原反应区的裂变反应中生成的二氧化碳在此处(区)同碳和水蒸汽发生还原反应生成一氧化碳、氢气和少量甲烷。将还原反应区的温度控制在600-700℃，在还原反应区产生的热气(体)同氧化区生成的部分热气(体)进入上序的裂变区，而没有反应完的炭进入氧化区，控制氧化区的温度为800-1000℃，在此阶段的主要产品是燃气，燃气中的主要成分是甲烷(CH₄)和氢气(H₂)，燃气的热值可达25MJ/m³左右，此处所述的燃气称为粗燃气，因为燃气中还含有灰尘，还不能直接为用户使用。

如上所述生物质原料所发生的所有反应都是在生物质热解转换器5中进行的。

与出料槽3相对应，在生物质热解转换器5另一头的下侧端出口对着木炭出口管5C，木炭输送机8的进炭口与木炭出口管5C相连，位于木炭输送机8轴线上的由电动机带动的转轴8A上有旋片8B，由生物质热解转换器5产生的生物质炭由木炭出口管5C进入木炭输送机8送到下道工序存库。在生物质热解转换器5的上侧端有粗燃气出口管5D，粗燃气由粗燃气出口管5D送入粗燃气输送管5E，同时在粗燃气出口管5D上可安装带排风扇的排烟筒，从生物质热解转换器5中排出的烟或水汽可由排烟筒排出。粗燃气输送管5E的两头分别连通粗燃气输出管5D和冷却塔11的下端内腔，冷却水管10从冷却塔11的上侧壁伸到冷却塔11内，在冷却塔11内腔的冷却水管10上装有数量大于等于1的喷嘴10A。开启冷却水管10上的开关，从喷嘴10A喷出的冷却水一方面可对进入冷却塔11内的粗燃气降温，另一方面冷却水又可对粗燃气进行洗涤。在冷却塔11的内腔从上至下(或从下至上)布置有数量大于等于1的过滤层11A，经降温、洗涤后的粗燃气所积下的污物可以积(吸)附在过滤层11A上，打开冷却塔11侧壁上的密封检修门，对过滤层11A进行定期清洗或更换，打开安装在冷却塔11下端的第一阀门16可定期或非定期放出洗涤水，同时分离出的木醋酸也从第一阀门16排出。在冷却塔11的顶端内腔与过滤塔12的下端内腔之间有第一燃气输送管11C相连，经第一次过滤和降温的燃气经第一燃气输送管11C由冷却塔11的上端内腔进入过滤塔12的下端内腔。在过滤塔12内腔的中间位置安装有隔板12C，所述隔板12C可用金属材料制作，其上无孔，它将过滤塔12隔成上下两腔，在隔板12C上内腔的过滤塔12内布置有上过滤层12A，而在隔板12C下内腔的过滤塔12内布置有下过滤层12B，经由第一燃气输送管11C进入过滤塔12下内腔的燃气可经下过滤层12B进行过滤，打开过滤塔12侧壁上的密封检修门，可对上过滤层12A和下过滤层12B进行清洗或更换。装在过滤塔12下端的第二阀门16A可将过滤塔12下内腔的污物排出。在过滤塔12内腔的隔板12C与下过滤层12B之间连通的第二燃气输送管12D连入净化塔13下端的内腔，在净化塔13的内腔布置有数量大于等于1的净化过滤层13A，经第二燃气输送管12D进入净化塔13内腔的燃气在净化塔13内进一步净化，开启安装在净化塔13下端的第三阀门16B可将净化塔13内污物排出，打开净化塔13侧壁上的检修密封门，可对净化过滤层13A进行清洗或更换。在净化塔13的顶端连通内腔的第三燃气输送管13B经净化塔13的下侧壁与药液塔14的下端内腔相连通，在药液塔14的内腔布置数量大于等于1的药化过滤层14A，由第三燃气输送管13B进入药液塔14内腔的燃气经药化过滤层14A过滤后的一部分燃气从第四燃气输送管14B再进入药液塔14的下端内腔进行再处理。第四燃气输送管14B的两头分别连通药液塔14的上端内腔和第三燃气输送管13B。经药化过滤层14A过滤后的另一部分燃气从装有开关的第五燃气输送管14C进入过滤塔12的上内腔(即隔板12C以上的内腔)，第五燃气输送管14C的两头分别连通药液塔14上端内腔和过滤塔12的中间内腔，由第五燃气输送管14C进入过滤塔12上内腔的燃气再经上过滤层12A过滤后变成净燃气由安装在过滤塔12顶端的带开关的第六燃气输送管15送给用户。打开药液塔14侧壁上的密封检修门，可对药化过滤层14A进行清洗或更换。开启安装在药液塔14下端的第四阀门16C，可将药液塔14的污物排出，加入到药液塔14内的药液(物)可将进入药液塔14内的木焦油吸附。

所述布置在冷却塔11内的过滤屋11A、过滤塔12内的上过滤层12A和下过滤层12B、净化塔13内的净化过滤层13A和药液塔14内的药化过滤层14A选自稻草、丝茅草(根)、蕨(根)、大理石颗粒或核桃壳等，药液塔14内所采用的药液(物)选自生石灰等。

在本发明专利申请的同时申报了实用新型专利，所用附图相同。

Claims (1)

1.一种生物质燃气高温无氧强化干馏热解装置，它包括进料斗(1)、原料输送机(2)、出料槽(3)、支撑架(4)、生物质热解转换器(5)、木炭出口管(5C)、粗燃气出口管(5D)、第一送风管(6)和第二送风管(6A)、木炭输送机(8)、冷却水管(10)、冷却塔(11)、过滤塔(12)、净化塔(13)、药液塔(14)以及各种燃气输送管，其特征在于：进料斗(1)安装在原料输送机(2)一头的上侧端，配有螺旋片(2B)的转轴(2A)安装在原料输送机(2)的轴线上；在原料输送机(2)和生物质热解转换器(5)之间有支撑架(4)，出料槽(3)位置在原料输送机(2)与生物质热解转换器(5)的端头并对着原料输送机(2)的出料口和生物质热解转换器(5)的入料口；安装在生物质热解转换器(5)轴线上由电动机带动的转动轴(5A)上装配有螺旋输送片(5B)；在生物质热解转换器(5)下侧安装的加热装置上有数量大于等于1的左加热炉口(7)和数量大于等于1的右加热炉口(7A)，与鼓风机相连的第一送风管(6)同左加热炉口(7)相连通，与鼓风机相连的第二送风管(6A)同右加热炉口(7A)相连通；在生物质热解转换器(5)另一头的下侧端出口对着木炭出口管(5C)，木炭输送机(8)的进炭口与木炭出口管(5C)相连，位于木炭输送机(8)轴线上的由电动机带动的转轴(8A)上有旋片(8B)；在生物质热解转换器(5)的上侧端的粗燃气出口管(5D)与粗燃气输送管(5E)的一头相连，粗燃气输送管(5E)的另一头连通冷却塔(11)的下端内腔，冷却水管(10)从冷却塔(11)的上侧壁伸到冷却塔(11)内，在冷却塔(11)内腔的冷却水管(10)上装有数量大于等于1的喷嘴(10A)，在冷却塔(11)的内腔布置有数量大于等于1的过滤层(11A)，在冷却塔(11)的下端安装有第一阀门(16)；在冷却塔(11)的顶端内腔与过滤塔(12)的下端内腔之间有第一燃气输送管(11C)相连，在过滤塔(12)内腔的中间位置装有隔板(12C)；在隔板(12C)的上下部位于过滤塔(12)的内腔布置有上过滤层(12A)和下过滤层(12B)，在过滤塔(12)的下端装有第二阀门(16A)；在过滤塔 (12)内腔的隔板(12C)与下过滤层(12B)之间连通的第二燃气输送管(12D)连入净化塔(13)下端的内腔，在净化塔(13)内腔布置有数量大于等于1的净化过滤层(13A)，净化塔(13)的下端安装有第三阀门(16B)；连通净化塔(13)顶端内腔的第三燃气输送管(13B)经净化塔(13)的下侧壁与药液塔(14)的下端内腔相连通，在药液塔(14)的内腔布置有数量大于等于1的药化过滤层(14A)，在药液塔(14)的下端安装有第四阀门(16C)；第四燃气输送管(14B)的两头分别连通药液塔(14)的上端内腔和第三燃气输送管(13B)；带有开关的第五燃气输送管(14C)的两头分别连通药液塔(14)上端内腔和过滤塔(12)中间内腔，在过滤塔(12)顶端安装有带开关的第六燃气输送管(15)。 

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