CN106811217B - 一种生物质气化设备及生物质气化工艺 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种生物质气化设备，包括摆动式回转炉，摆动式回转炉包括滚筒，滚筒的进料端高于滚筒的出料端，滚筒内由进料端至出料端依次为干燥段、干馏段、气化段、催化裂解段和气固分离段；气固分离段与催化裂解段之间设置有隔板，隔板开设有开口；气固分离段的气相区设置有热解气出口；驱动装置，用于驱动滚筒绕回转炉的转动轴线往复摆动；支撑装置，用于转动支撑滚筒绕所述回转炉的转动轴线往复摆动；控制装置，与驱动装置通过导线连接，用于控制驱动装置动作。在滚筒内可以一体完成生物质物料的热解气化和焦油的催化裂解，从而简单有效地降低了生物质热解气中焦油的含量。本申请还公开了一种生物质气化工艺。

Description

一种生物质气化设备及生物质气化工艺

技术领域

本发明涉及化工设备技术领域，特别涉及一种生物质气化设备。还涉及一种生物质气化工艺。

背景技术

生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能源，其直接或间接来源于绿色植物的光合作用，可转换为常规的固、液、气态燃料，取之不尽用之不竭，是一种可再生能源。目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，如何充分利用生物质能源，研究生物质能源转换技术，开发新型生物质能源加工转换设备显得尤为迫切。

生物质气化是生物质能利用的关键技术，目前现有的生物质气化设备是在回转炉中完成，回转炉通常由滚筒、炉头和炉尾组成，其中，炉头和炉尾固定不动地密封环绕连接在滚筒两端，与滚筒的两端做动静密封，滚筒通过外部驱动装置进行连续地旋转。由于生物质气化过程中不可避免会产生焦油，焦油的存在具有多种不利影响：1、焦油占可燃气能量5％～10％，在低温下难以与可燃气一起利用，浪费大量能量。2、燃气净化过程中，产生的含焦油废水严重污染环境。3、焦油在低温下冷凝成黏稠状液体，容易和水、炭粒粉尘等结合在一起，堵塞管道、卡住阀门和风机转子，腐蚀设备。4、内燃机等燃气利用设备对燃气的焦油含量有严格的要求，使得燃气净化去除焦油的设备复杂化。为了减少生物质热解气中焦油的含量，最有效的方式是对焦油进行催化裂解处理，将其转化为燃气。

但是，可燃气中焦油的去除是生物质气化技术的最大瓶颈，现有的回转炉只能进行生物质的热解气化处理，而焦油只能从回转炉中取出后，在专用的焦油催化裂解设备中进行，由于催化温度要求高(通常在750～900℃)，热解气从回转炉中出来后，温度降低至300～600℃，在进入焦油催化裂解设备时需要二次加热，同时催化剂存在寿命短的问题，催化剂再生工艺复杂，不能简单有效地降低生物质热解气中焦油的含量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物质气化设备，以在该设备中一体化实现生物质热解气化、焦油催化裂解工艺，降低热解气中的焦油含量。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种生物质气化设备，包括回转炉，所述回转炉为摆动式回转炉，所述摆动式回转炉包括：

滚筒，所述滚筒的进料端高于所述滚筒的出料端，所述滚筒内由所述进料端至所述出料端依次为干燥段、干馏段、气化段、催化裂解段和气固分离段，所述催化裂解段和气固分离段之间设置有隔板，所述隔板在靠近所述滚筒的固相区的位置设置有开口；所述气固分离段的气相区筒壁上设置有热解气出口；

驱动装置，设置于所述滚筒的外部，用于驱动所述滚筒绕所述摆动式回转炉的转动轴线往复摆动；

支撑装置，设置于所述滚筒的外部，用于转动支撑所述滚筒绕所述回转炉的转动轴线往复摆动；

摆动控制装置，与所述驱动装置通过导线连接，用于控制所述驱动装置动作，控制所述滚筒的往复摆动的弧度和频率。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述气化段和所述催化裂解段均设置有温度传感器，且所述温度传感器与所述摆动式回转炉的检测控制装置通过导线连接。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述气化段和/或所述干馏段上设置有电加热器，所述电加热器与所述检测控制装置导线连通。。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述催化裂解段上设置有所述电加热器。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述电加热器为电热丝加热器、微波加热器、电磁加热器或等离子加热器中的一种或多个组合。

优选的，在上述的生物质气化设备中，设置于所述催化裂解段上的电加热器为所述微波加热器；所述微波加热器通过金属导波管固定于所述催化裂解段的筒壁外侧，所述金属导波管与所述滚筒内部连通。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述金属导波管内还设置有隔断所述金属导波管的耐高温透波层。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述滚筒内的气固分离段和出料端之间还设置有冷却段，所述冷却段与所述气固分离段之间设置有所述隔板，所述冷却段的筒壁外设置有冷却夹套，所述冷却夹套的外壁上开设有冷却介质进口和冷却介质出口。

优选的，在上述的生物质气化设备中，还包括：

设置在所述气化段的固相区筒壁上的气体入口，用于向所述气化段内通入含氧气体；

设置于所述气化段的固相区内的气体分布管，所述气体分布管与所述气体入口连通，所述气体分布管的管壁上沿其轴线开设有多个出气孔，位于所述固相区内的气体分布管的出气孔朝向所述滚筒的内壁，且位于所述固相区内的气体分布管的出气孔两侧还设置有与该气体分布管的径向断面垂直的挡板，用于防止物料进入所述出气孔。

优选的，在上述的生物质气化设备中，还包括设置于所述气体入口处的阀门；所述阀门为手动阀门和/或自动阀门，所述自动阀门的开度由所述检测控制装置控制。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述冷却夹套中的冷却介质为气体，且所述冷却介质出口与所述气化段筒壁上的气体入口连通。

优选的，在上述的生物质气化设备中，还包括设置于所述干燥段和所述干馏段筒壁外的加热夹套，所述加热夹套外壁上靠近所述气化段的位置设置有热解气进口，所述加热夹套外壁上靠近所述进料端的位置设置有热解气排出口，所述气固分离段筒壁上的热解气出口与所述加热夹套外壁上的热解气进口连通。

优选的，在上述的生物质气化设备中，还包括：

组合式净化冷凝器，与所述加热夹套的热解气排出口通过活动导管组件连接，所述组合式净化冷凝器上设置有燃气出口、冷凝水出口和焦油出口；

燃气风机，其进口与所述组合式净化冷凝器的燃气出口连通。

优选的，在上述的生物质气化设备中，还包括与所述摆动式回转炉的出料装置连接的炭冷却器，所述炭冷却器内设置喷淋装置和放料口。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述炭冷却器的喷淋装置与所述组合式净化冷凝器的冷凝水出口通过冷凝水泵连通，且所述炭冷却器上设置有蒸汽出口；

所述干燥段和/或干馏段和/或气化段的筒壁上还开设有蒸汽进口，所述蒸汽进口通过活动导管组件与所述炭冷却器的蒸汽出口连通。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述干燥段和/或所述干馏段和/或所述气化段的筒壁上开设有焦油入口，所述组合式净化冷凝器的焦油出口通过冷凝油泵和活动导管组件与所述焦油入口连通。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述干燥段、所述干馏段、所述气化段和所述催化裂解段之间均设置有所述隔板。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述干燥段和所述干馏段内分别至少设置一个所述隔板。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述催化裂解段设置有翻料板。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述干燥段、所述干馏段、所述气化段和/或所述冷却段设置有所述翻料板。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述干燥段、所述干馏段、所述气化段、所述催化裂解段和/或所述冷却段设置有活动链条。

优选的，在上述的生物质气化设备中，还包括设置于所述滚筒上的压力传感器，所述压力传感器与摆动式回转炉的检测控制装置导线连接。

优选的，在上述的生物质气化设备中，还包括设置于所述干燥段的气相区筒壁上的蒸汽导出口，所述蒸汽导出口通过活动导管组件与蒸汽冷凝器连通，所述蒸汽冷凝器的出口与引风机连接。

优选的，在上述的生物质气化设备中，还包括：

设置于所述蒸汽导出口或连接所述蒸汽导出口的蒸汽管道上的温度传感器，用于检测经过所述蒸汽导出口的气体的温度；

设置于所述蒸汽管道上或所述引风机的进口处的调节阀，用于调节从所述蒸汽导出口经过的气体流量。

优选的，在上述的生物质气化设备中，所述引风机为变频引风机，用于调节从所述蒸汽导出口经过的气体流量；还包括设置于所述蒸汽导出口或连接所述蒸汽导出口的蒸汽管道上的温度传感器，用于检测经过所述蒸汽导出口的气体的温度。

本发明还提供了一种生物质气化工艺，包括以下步骤：

S01、物料依次进行干燥、干馏，发生热解反应，得到热解气，热解气中含有生物质油、水蒸汽和燃气，物料升温至400～500℃；

S02、部分物料与含氧气体发生氧化反应，放出大量热，使反应温度升至600～900℃，物料在该温度下部分发生气化反应生成燃气和生物炭，大部分所述步骤S01中产生的生物质油在该温度下发生裂解反应生成燃气；

S03、热解气中的大部分生物质油在800～1000℃下被催化剂催化裂解，生成燃气；

S04、将生物炭与热解气进行分离。

优选的，在上述的生物质气化工艺中，还包括步骤S05、通过含氧气态介质对所述步骤S04中分离得到的生物炭进行间壁冷却，所述含氧气态介质被所述生物炭加热后参与所述步骤S02中的部分物料的氧化反应。

优选的，在上述的生物质气化工艺中，所述步骤S05还包括将所述步骤S04中分离得到的高温热解气用于对所述步骤S01中的物料进行间壁加热，对物料进行干燥和干馏。

优选的，在上述的生物质气化工艺中，还包括步骤S06、对所述步骤S05中完成间壁加热的热解气进行冷凝净化，分离得到液态的生物质油、冷凝黑水和干净的燃气。

优选的，在上述的生物质气化工艺中，还包括步骤S07、将所述步骤S06中冷凝分离得到的冷凝黑水对所述步骤S05中的经过含氧气态介质间壁冷却的高温生物炭进行喷淋冷却，生成水蒸汽，将该水蒸汽参与炭的高温水煤气气化反应和所述步骤S02和所述步骤S03的生物质油催化裂解反应；或者将所述步骤S06中冷凝分离得到的冷凝黑水作为初级产品进行深加工。

优选的，在上述的生物质气化工艺中，还包括步骤S08、将所述步骤S06中冷凝分离得到的生物质油参与所述步骤S02和所述步骤S03中的催化裂解反应，生成燃气；或者将所述步骤S06中冷凝分离得到的生物质油作为工业原料进行深加工。

优选的，在上述的生物质气化工艺中，对所述步骤S02中的物料反应温度进行检测，根据检测的温度控制与物料发生氧化反应的含氧气体的量，以控制气化反应温度。

优选的，在上述的生物质气化工艺中，当所述步骤S02中的物料温度过低、生物质与含氧气体难以发生反应时，通过电加热的方式对物料加热，当物料被加热到生物质自燃温度与含氧气体发生氧化反应，温度进一步提高时，停止电加热。

优选的，在上述的生物质气化工艺中，所述步骤S01中的物料在完成干燥后且在干馏之前还包括步骤S011：将物料干燥时产生的水蒸汽从干燥工艺中预先抽离出来，减少进入后续工艺的水蒸汽量。

优选的，在上述的生物质气化工艺中，所述步骤S011中的水蒸汽的预先抽离操作为：检测从干燥工艺抽离出来的气体的温度，根据气体的温度判断气体中是否包含干馏工艺中产生的干馏气体，通过控制抽离出来的气体的流量，减少(或避免)随干燥工艺中的蒸汽一起抽离出来的干馏气体的量。

优选的，在上述的生物质气化工艺中，所述步骤S011中检测从干燥工艺抽离出来的气体的温度设定在100～130℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的生物质气化设备中，采用绕转动轴线往复转动的摆动式回转炉，摆动式回转炉的滚筒的进料端高于出料端，滚筒由进料端至出料端依次为干燥段、干馏段、气化段、催化裂解段和气固分离段，各段之间均设置有隔板，隔板下部开口，工作时，物料进入滚筒内后，由于摆动式回转炉绕转动轴线往复摆动，且滚筒的进料端高于出料端，因此，物料在滚筒内沿之字形轨迹依次经过干燥段、干馏段、气化段、催化裂解段和气固分离段，在滚筒内可以一体完成生物质物料的热解气化和焦油的催化裂解，不需要将热解气排出滚筒外部，通过专用的焦油催化裂解设备进行处理，因此，不需要进行复杂的二次加热，从而简单有效地降低了生物质热解气中焦油的含量。由于采用了之前没有的摆动式回转炉，摆动式回转炉只在一定弧度范围内往复摆动，而不是沿单一方向连续旋转，因此，才可能在滚筒上直接设置温度传感器和电加热器，并通过导线与控制装置连接，完成对滚筒内的温度的检测和控制，更有利于滚筒内各工艺的反应控制，从而在一个设备中完成了物料热解气化、焦油催化裂解等多个工艺。

本发明提供的生物质气化工艺中，能够连续地完成生物质热解和生物质油催化裂解，简化了工艺，能够利用工艺中的热解气和生物炭的热量，提高了热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种生物质气化设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种生物质气化设备的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种生物质气化设备的同心摆动式回转炉的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种摆动式回转炉的摆动过程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种摆动回转炉的气体分布管的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种摆动式回转炉的隔板的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种摆动式回转炉的翻料板的横截面示意图；

图8为本发明实施例提供的一种同心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种同心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种生物质转化设备的筒外偏心摆动回转炉的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种偏心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的另一种偏心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的第三种偏心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的第四种偏心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置的结构示意图；

图15为本发明所述提供的一种生物质转化设备的筒内偏心摆动回转炉的结构示意图；

图16为本发明实施例提供的一种筒外偏心摆动回转炉的进料装置的结构示意图；

图17为本发明实施例提供的一种筒外偏心摆动回转炉的出料装置的结构示意图；

图18为本发明实施例提供的另一种筒外偏心摆动回转炉的出料装置的结构示意图；

图19为本发明实施例提供的第三种筒外偏心摆动偏心回转炉的出料装置的结构示意图；

图20为本发明实施例提供的第四种筒外偏心摆动偏心回转炉的出料装置的结构示意图；

图21为本发明实施例提供的一种生物质转化设备的微波加热装置的安装结构示意图。

在图1-图21中，1为进料装置、101为第一插板阀、102为第二插板阀、2为滚筒、201为滚筒物料出口、3为托圈、4为齿圈、5为活动导管、501为分管、502为旋转接头、6为出料装置、601为外部固定出料管、602为下料管、7为翻料板、8为温度传感器、9为电控柜、10为电机、11为主动齿轮、12为托轮、13为活动链条、14为隔板、15为配重平衡块、16为支撑辊、17为支撑架、18为直通式旋转接头、19为加热夹套、191为热解气进口、192为热解气排出口、20为电加热器、202为耐高温透波层、203为金属导波管、21为热解气出口、22为炭冷却器、221为蒸汽出口、23为冷却夹套、231为冷却介质出口、24为气体分布管、241为出气孔、25为气体入口、26为冷凝水泵、27为冷凝油泵、28为燃气风机、29为组合式冷凝净化器、30为焦油入口、31为挡板、32为蒸汽进口、33为水蒸汽冷凝器、34为调节阀、35为引风机、36为蒸汽导出口、A为摆动式回转炉的转动轴线、B为滚筒的轴线。

具体实施方式

本发明的核心是提供了一种生物质气化设备，能够在该设备中一体化实现生物质热解气化、焦油催化裂解工艺，降低了热解气中的焦油含量。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参考图1、图2、图3、图9、图15，本发明实施例提供了一种生物质气化设备，包括绕转动轴线往复转动的摆动式回转炉，摆动式回转炉分为中心摆动式回转炉和偏心摆动式回转炉，偏心摆动回转炉又可分为筒内偏心摆动回转炉和筒外偏心摆动回转炉；图3为同心摆动回转炉的结构示意图，即回转炉的转动轴线A与滚筒2的轴线B重合；图9中为筒外偏心摆动回转炉，即回转炉的转动轴线A不与滚筒2的轴线B重合，且回转炉的转动轴线A位于滚筒2的外部；图15为筒内偏心摆动回转炉的结构示意图，即回转炉的转动轴线A位于滚筒2内部，且回转炉的转动轴线A不与滚筒2的轴线B重合。这三种摆动式回转炉均包括滚筒2、驱动装置、支撑装置、摆动控制装置、进料装置1和出料装置6。

其中，滚筒2的两端分别是进料端和出料端，进料端和出料端的端面均封闭，且进料端高于滚筒2的出料端，优选地，滚筒2的轴线与水平面之间的夹角为1°～15°。使物料在滚筒2中可以依靠自重由进料端向出料端自行慢慢滑动，更加方便出料，且滑行速度适中，以完成各项工艺为准。滚筒2内由进料端至出料端依次为干燥段Ⅰ、干馏段Ⅱ、气化段Ⅲ、催化裂解段Ⅳ和气固分离段Ⅴ；各段之间均设置有隔板14，特别是催化裂解段Ⅳ和气固分离段Ⅴ之间必须设置有隔板14，隔板14在靠近滚筒2的固相区的位置设置有开口；气固分离段Ⅴ的气相区筒壁上设置有热解气出口21。

驱动装置设置于滚筒2的外部，用于驱动滚筒2绕摆动式回转炉的转动轴线A往复摆动。

支撑装置设置于滚筒2的外部，用于转动支撑滚筒2绕摆动式回转炉的转动轴线A往复摆动。

摆动控制装置设置于滚筒2的外部，与驱动装置通过导线连接，用于控制驱动装置动作，通过控制驱动装置进而控制滚筒2往复摆动的弧度和频率，本实施例中，滚筒2往复摆动的弧度优选为60°～360°，更优选为180°～270°。

滚筒2进料端设置有进料口，进料口的轴线与回转炉的转动轴线A重合，进料装置1与进料口进行转动密封连通，密封方式可以采用填料密封、机械密封等动静密封方式，进料装置1固定不动，滚筒2可相对进料装置1转动，两者之间为动静密封，进料口的横截面积小于进料端的横截面积，横截面为垂直于滚筒2轴线的平面，进料装置1的输送轴线(即滚筒2相对进料装置1转动的轴线，也即进料口的轴线)与回转炉的转动轴线A重合。

出料装置6连通设置于滚筒2的出料端，回转炉中与出料装置6相互转动密封配合的位置为滚筒物料出口201，物料从滚筒物料出口201排出滚筒2或出料装置6，滚筒物料出口201的横截面积小于出料端的横截面积，滚筒物料出口201的轴线与回转炉的转动轴线A重合，出料装置6的输送轴线(即滚筒物料出口201的轴线)与回转炉的转动轴线A重合。

进料装置1和出料装置6与滚筒2的连接方式与现有技术中的炉头、炉尾环绕滚筒2的敞口两端外圆周转动连接相比，密封面减小，密封容易，可采用普通的密封件进行密封，不易漏风，提高了设备的密封性能。

上述生物质气化设备在工作时，如图1和图2所示，通过进料装置1向滚筒2中输送物料，通过控制装置控制驱动装置动作，驱动装置驱动滚筒2往复摆动，在滚筒2的倾斜角度作用下，以及滚筒2的往复摆动下，物料沿之字形轨迹逐渐向出料端移动，依次经过干燥段Ⅰ、干馏段Ⅱ、气化段Ⅲ、催化裂解段Ⅳ和气固分离段Ⅴ，其中，通过电加热器20对滚筒2进行加热，先进入滚筒2的物料加热后产生的热解气逆流至干燥段Ⅰ、干馏段Ⅱ，后续进来的物料在干燥段Ⅰ、干馏段Ⅱ中被热解气加热发生热解气化反应，不断形成热解气，热解气中含有大量的焦油，物料经过气化段Ⅲ时，被继续加热，在高温下生成燃气和生物炭，大部分在干馏段Ⅱ产生的焦油在气化段Ⅲ高温下发生裂解生成燃气，热解气中焦油浓度降低，生物炭和热解气移动到催化裂解段Ⅳ时，热解气中的焦油在高温下与催化剂(催化剂为生物质在气化段Ⅲ产生的炭，或者为添加在生物质物料中的重量比为0.1～1.5％的其它裂解催化剂，裂解催化剂可以是白云石粉、石灰石粉、煅烧白云石粉、煅烧石灰石粉、凹凸棒黏土粉等的一种或多种组合)充分接触，大部分的焦油进一步被催化剂催化裂解，燃气中焦油浓度进一步降低，之后，生物炭和热解气进入气固分离段Ⅴ，热解气从热解气出口21排出滚筒2，生物炭继续向出料端移动，从出料装置6中排出滚筒2。

由上述过程可以看出，在滚筒2内可以一体完成生物质物料的热解气化和焦油的催化裂解，不需要将热解气排出滚筒2外部，通过专用的焦油催化裂解设备进行处理，因此，不需要进行复杂的热解气二次加热，从而简单有效地降低了生物质热解气中焦油的含量。由于采用了之前没有的摆动式回转炉，摆动式回转炉只在一定弧度范围内往复摆动，而不是沿单一方向连续旋转，因此，才可能在滚筒2上直接安装需要与外部设备通过导线连接的传感器、电加热器20或需要与外部设备通过管道连接的换热夹套等用于工艺处理的装置，且导线和管道不会缠绕在滚筒2上，不会阻碍滚筒2的正常摆动，更有利于在一个设备中完成物料热解气化、焦油催化裂解等多个工艺。

如图1和图2所示，在本实施例中，为了更精确地控制滚筒内的工艺反应，在气化段Ⅲ和催化裂解段Ⅳ的气相区均设置有温度传感器8，且温度传感器8与摆动回转炉的检测控制装置通过导线连接；温度传感器8直接设置在滚筒2的相应工艺段的筒体上，可完成对滚筒2内的温度的检测和控制，更有利于滚筒2内各工艺的反应控制，且温度信号通过导线直接传递，因此，温度信号传递可靠。

如图1和图2所示，在本实施例中，气化段Ⅲ和/或干馏段Ⅱ上设置有电加热器20，电加热器20与检测控制装置通过导线连接。检测控制装置用于给电加热器20供电并控制供电量。电加热器20加热快、温度可控性好，提高了各工艺段的加热效率。

进一步地，在本实施例中，催化裂解段Ⅳ也设置有电加热器20，进一步提高加热效率，当然，催化裂解段Ⅳ也可以不设置电加热器20。

作为优化，上述的电加热器20可以采用电热丝加热器、微波加热器、电磁加热器、等离子加热器中的一种或多种组合，根据具体工艺选择合适的电加热器。

优选地，在催化裂解段Ⅳ的外壁上设置微波加热器，微波加热器的安装结构如图21所示，微波加热器通过金属导波管203固定于滚筒2的筒壁上，即在滚筒2的筒壁上设置有与滚筒2内部连通的金属导波管203，微波加热器固定于金属导波管203的远离筒壁的一端，金属导波管203为圆管、方管等管壁封闭的金属管，微波加热器产生的微波经过金属导波管203的管腔传递到滚筒2内部，加热物料，金属导波管203可防止微波外泄，且金属导波管203将微波加热器与滚筒2的筒壁远离，可防止微波加热器被滚筒2的筒壁加热损坏。该安装结构适用于加热温度较低或较高的工况。

作为优化，如图21所示，在本实施例中，金属导波管203内还设置有耐高温透波层202，耐高温透波层202将金属导波管203隔断，使滚筒2内的高温气体或高温固体不能通过金属导波管203与微波加热器接触，而微波可通过耐高温透波层202进入滚筒2内部。耐高温透波层202可以是陶砖、硅砖、镁砖或高铝砖等。耐高温透波层202可以设置于金属导波管203内部的任意位置，如中间位置、与筒壁连接的位置等，只要能够阻隔滚筒2内的高温气体和固体即可。耐高温透波层202的数量在此不做限定，可以是一层、两层。三层或更多层。该设置结构适用于加热温度较高的工况，能够进一步防止微波加热器被高温损坏。优选地，金属导波管203固定于催化裂解段Ⅳ的气相区的筒体外壁上，金属导波管203的一端与气相区连通，另一端固定有微波加热器。金属导波管203设置在气相区是为了避免金属导波管203被物料填充。当然，金属导波管也可设置在固相区筒壁上，通过其中的耐高温透波层202阻隔物料。

采用微波加热器可以利用微波场的作用在滚筒2内的物料内部形成局部热点，通过“热点效应”更好地使物料进行反应。

如图1和图2所示，本实施例对生物质气化设备进一步优化，滚筒2内的气固分离段Ⅴ和出料端之间还设置有冷却段Ⅵ，冷却段Ⅵ与气固分离段Ⅴ之间设置有隔板14，冷却段Ⅵ的外壁上设置有冷却夹套23，冷却夹套23上设置有冷却介质进口和冷却介质出口231。冷却夹套23环绕在冷却段Ⅵ的外壁上，通过冷却介质进口向冷却夹套23中通入冷却介质，冷却介质通过冷却介质出口231出来。气固分离段Ⅴ内的生物炭通过隔板14下部的开口进入冷却段Ⅵ，在此处被冷却夹套23冷却。当然，也可以不在滚筒2内设置冷却段Ⅵ，直接将生物炭物料输送出滚筒2，在滚筒2之后的设备中进行冷却。设置冷却段Ⅵ可以预先冷却，提高冷却效果。对于偏心摆动回转炉，如果不设置冷却段Ⅵ，则气固分离段Ⅴ与出料端之间不需要设置隔板14，因为偏心摆动回转炉的出料端不需要设置翻料板7，因此，筒体出料端不会扬起大量粉尘随气固分离段Ⅴ的热解气从热解气出口21排出滚筒2。

为了进一步提高生物质的热解效率，实现滚筒2内部加热，如图1和图2所示，在本实施例中，生物质气化设备还包括设置在气化段Ⅲ筒壁上的气体入口25，气体入口25位于气化段Ⅲ的固相区，用于向气化段Ⅲ内通入含氧气体；气体入口25处优选地设置有阀门，通过控制阀门的开度控制进入气化段Ⅲ内的含氧气体；生物质气化设备还包括气体分布管24，气体分布管24设置于气化段Ⅲ的固相区内，并与气体入口25连通，气体分布管24的形状可以是直管，其轴线平行于滚筒2的轴线，气体分布管24的两端封闭，气体分布管24的管壁上开设有沿气体分布管24的轴线布置的多个开口方向指向筒壁的出气孔241，出气孔241的孔径为2mm～15mm。为了防止物料通过出气孔241进入气体分布管24中，在气体分布管24的出气孔241的两侧设置有两块挡板31，挡板31的长度方向与气体分布管24的轴线平行，挡板31与筒体内壁之间存在间隙，从而将出气孔241防护在两个挡板31之间，降低了物料进入气体分布管24的几率，同时，当物料覆盖气体分布管24时，在两个挡板31之间形成气体分布通道，气体流通顺畅，并从挡板31与筒体内壁的间隙处以及挡板31的两端敞口处流出。气体分布管24的数量根据工艺需求进行设定，在此不做具体限定。当然，气体分布管24还可以是其它形状，如圆环状等，只要与气体入口25连通，并向滚筒2内通入含氧气体即可。

在气化段Ⅲ中设置气体分布管24的作用是为了给气化工艺提供充足的含氧气体，气体可以是空气、富氧空气或氧气，使部分物料与氧气发生氧化反应，放出大量热，对气化段Ⅲ进行内部加热，使气化段Ⅲ温度提高到600～900℃，物料在高温下气化形成生物炭和燃气。

为了方便对含氧气体的控制，本实施例在气体入口处设置有阀门，阀门为手动阀门和/或自动阀门，自动阀门可以是电动阀门或气动阀门，自动阀门与检测控制装置信号连接，可以通过导线连接或无线连接，自动阀门的开度由检测控制装置控制，通过控制进入气化段Ⅲ的含氧气体的含量控制氧化反应，进而控制气化段Ⅲ的内部加热温度。反应温度可以根据温度传感器8的温度信号进行控制。

如图1和图2所示，为了实现能源的回收利用，在本实施例中，通入冷却夹套23中的冷却介质为气态冷却介质，气态冷却介质来自空气或制氧设备，且冷却介质出口231与气化段Ⅲ上的气体入口25连通。由于冷却气体在冷却夹套23中被冷却段Ⅵ内的物料加热，加热后的气体从冷却介质出口231出来后，通过气体入口25进入气化段Ⅲ内，可以作为气化段Ⅲ内与物料发生氧化反应的含氧气体，因此，回收了生物炭的余热，不再需要额外的设备加热气体，节省了能源，提高了热效率，减少了空气用量，相应减少了通入气体带入的氮气的量，增加了热解气浓度。当然，冷却介质也可以是液态介质，进行冷却后直接从冷却夹套23中排出，通过其它设备向气体入口25提供含氧气体。

更进一步地，为了实现热解气的热量的回收利用，如图1和图2所示，在本实施例中，生物质气化设备还包括设置于干燥段Ⅰ和干馏段Ⅱ的外壁上的加热夹套19，加热夹套19覆盖在干燥段Ⅰ和干馏段Ⅱ的外壁上，加热夹套19的靠近气化段Ⅲ的外壁上设置有热解气进口191，加热夹套19的靠近进料端的外壁上设置有热解气排出口192，气固分离段Ⅴ上的热解气出口21与加热夹套19上的热解气进口191连通。

通过设置加热夹套19，将滚筒2内物料热解生成的热解气导入加热夹套19内，由于热解气从滚筒2内出来后，具有较高的温度，因此，利用热解气的热量对干馏段Ⅱ和干燥段Ⅰ内的物料进行间壁传热，加热物料，同样的提高了热效率，减少了空气用量，相应减少了通入气体带入的氮气的量，增加了热解气浓度。本实施例中的热解气进口191位于干馏段Ⅱ的靠近气化段Ⅲ的位置，热解气排出口192位于干燥段Ⅰ的靠近进料端的位置，这样设置是为了使热解气在加热夹套19内的流通方向与物料在滚筒2内的移动方向相反，增大温度梯度，充分利用热解气的热量，提高热效率。

当然，也可以通过外部设备向加热夹套19中通入加热介质，而不使用滚筒2的热解气，只是不能回收利用热解气的热量。或者，不设置加热夹套19，直接在干燥段Ⅰ的筒壁上开设热解气排出口，滚筒2内的热解气相对物料逆向流通至干馏段Ⅱ和干燥段Ⅰ，直接接触加热物料，实现热解气的余热回收，但是，该方式热解气中的焦油含量较高，没有设置加热夹套19的方式好。

如图1和图2所示，为了得到干净的燃气，本实施例中的生物质气化设备还包括组合式净化冷凝器29和燃气风机28。其中，组合式净化冷凝器29与加热夹套19的热解气排出口192通过活动导管5连接，组合式净化冷凝器29通过冷却水对热解气进行冷凝，实现气液分离，得到燃气、焦油和冷凝黑水。组合式净化冷凝器29上设置有有燃气出口、冷凝水出口和焦油出口，分别将燃气、冷凝黑水和焦油排出；燃气风机28的进口与组合式净化冷凝器29的燃气出口连通，通过抽吸作用，将燃气送至需要的地方，焦油根据需要进行处理。

进一步地，为了进一步对物料进行转化，得到更多的燃气，本实施例中的生物质气化设备还包括与摆动式回转炉的出料装置6连接的炭冷却器22，炭冷却器22内设置喷淋装置和放料口。滚筒2内生成的生物炭进入炭冷却器22中，炭冷却器22的喷淋装置向高温的生物炭喷淋冷却水，冷却水被蒸发生成水蒸汽，水蒸汽与生物炭发生水煤气反应(C+H₂O→CO+H₂C+2H₂O→CO₂+2H₂)生成燃气，其余物料从放料口排出。从而进一步利用了生物炭的余热，得到了更多的燃气。

更进一步地，如图1和图2所示，在本实施例中，将炭冷却器22的喷淋装置与组合式净化冷凝器29的冷凝水出口通过冷凝水泵26连通，且炭冷却器22上设置有蒸汽出口221；滚筒2外壁上还开设有蒸汽进口32，蒸汽进口32通过活动导管5与炭冷却器22的蒸汽出口221连通，蒸汽进口32可以设置在干燥段Ⅰ、干馏段Ⅱ、气化段Ⅲ、催化裂解段Ⅳ中的任何一个或多个工艺段，优选地开设在干馏段II的气相区。如此设置的目的是为了将冷凝热解气后产生的冷凝黑水二次利用，由于黑水中含有乙酸、甲醇、芳烃、酚类等上百种有机物，防止黑水外排对环境造成污染。工作时，冷凝黑水通过冷凝水泵26送至炭冷却器22的喷淋装置内，喷淋冷却高温生物炭，蒸发的水蒸汽从炭冷却器22的蒸汽出口221出来，通过蒸汽进口32进入滚筒2内，使得热解气中的水蒸汽浓度增加，提高了焦油催化裂解的转化率，进一步降低了燃气中焦油的浓度，提高了燃气的产量，消除了冷凝黑水的污染，回收了高温生物炭的余热，提高了设备的热效率。

如图1和图2所示，从组合式热净化冷凝器29中冷凝分离出来的焦油含量较少，如果作为产品，可以从焦油出口排出后，直接收集起来。如果焦油不作为产品，本实施例中的生物质气化设备对分离出来的焦油进行二次利用。具体地，在干燥段Ⅰ和/或干馏段Ⅱ和/或气化段Ⅲ的筒壁上开设有焦油入口30，组合式净化冷凝器29的焦油出口通过冷凝油泵27和活动导管5与焦油入口30连通，将从热解气中分离出来的焦油重新送回滚筒2内，参与催化裂解反映，生成燃气，从而提高了燃气产量，大大消除了焦油污染。

以上实施例提到的活动导管组件5有三种结构形式，均可用于同心摆动回转炉和偏心摆动回转炉，一种是软管，将软管通过滚筒2外壁上的一个短接管与滚筒2连通，软管另一端与外部设备连接，软管可以弯曲，保证软管足够长，不会对滚筒2的摆动产生干涉，由于滚筒2在一定弧度范围内摆动，因此软管不会缠绕在滚筒2上。与软管连接的短接管可以设置在滚筒2的外壁上任意位置，只要不发生软管缠绕即可。

第二种活动导管组件5如图1-图4所示，活动导管组件5由至少两个分管501通过旋转接头502首尾连接而成。由于摆动式回转炉工作时，温度较高，且活动导管组件5中通入的介质，有些温度也比较高，因此活动导管组件5优选采用硬质耐高温材料的管，而为了不妨碍滚筒2的摆动，通过旋转接头502将至少两个硬质的分管501首尾转动连接，随着滚筒2的摆动，分管501之间相对转动，且不会限制滚筒2的摆动，其中一个分管501与滚筒2上的短接管通过旋转接头502连通，另一个分管501与外部管道通过旋转接头502连接。图2中的活动导管组件5为由三个分管501通过旋转接头502首尾转动连接而成，滚筒2从开始位置沿某一方向摆动，摆动时，带动活动导管组件5转动，整个过程中，活动导管组件5不会对滚筒2的摆动产生干涉。

第三种活动导管组件5如图10-图12、图15所示，活动导管组件5为固定摆动管503，对于同心摆动回转炉的固定摆动管503，其设置与图15中的设置类似，即固定摆动管503的一端固定连接在滚筒2的外壁上；固定摆动管503的另一端延伸至同心摆动回转炉的外部两端，并通过旋转接头502与外部管道旋转连接，旋转接头502布置于同心摆动回转炉的外部两端，且旋转接头502的旋转轴线与同心摆动回转炉的滚筒2的轴线B的延长线重合。同心摆动回转炉在往复摆动时，固定摆动管503随滚筒2一起绕滚筒2的轴线B摆动，固定摆动管503不会对滚筒2的摆动产生干涉，同时能够向滚筒2或换热夹套内通入流体物料或热源。固定摆动管503的一端可以固定于滚筒2的外筒壁的上部或下部。

对于偏心摆动回转炉的固定摆动管503，如果是筒内偏心摆动回转炉，则固定摆动管503的设置与同心摆动回转炉的设置类似，如图15所示，固定摆动管503一端固定连接在滚筒2的外壁上，固定摆动管503的另一端延伸出筒内偏心回转炉的外部两端，并通过旋转接头502与外部管道旋转连接，旋转接头502布置于筒内偏心摆动回转炉的外部两端，且旋转接头502的旋转轴线与筒内偏心摆动回转炉的转动轴线A的延长线重合，工作原理和同心摆动回转炉的相同。如果是筒外偏心摆动回转炉，其转动轴线A位于滚筒2的外部下方，则固定摆动管503的设置如图10-图12所示，固定摆动管503的一端固定连接于滚筒2的下部，固定摆动管503的另一端通过旋转接头502与外部管道旋转连接，旋转接头502位于滚筒2的下方，且其旋转轴线与筒外偏心摆动回转炉的转动轴线A重合。工作原理如上所述，不再赘述。由于摆动式回转炉的滚筒2只在一定弧度范围内往复摆动，而不是沿单一方向连续旋转，因此，可以在滚筒2上直接设置导管，且活动导管组件5自身可以弯曲或者转折，因此，活动导管组件5不会缠绕在滚筒2上，保证了摆动式回转炉的正常工作。由于在滚筒2上直接设置导管，可以将滚筒2内的物料或热源直接输送出来，不需要经过滚筒2的进料端和出料端，与现有技术中必须在炉头或炉尾进出物料相比，提高了摆动式回转炉的密封性能，从而提高了生物质转化的质量。活动导管组件5的运动状态如图3所示，随着滚筒2的往复摆动，活动导管组件5弯折转动，不会缠绕在滚筒2上。

如图1和图2所示，在本实施例中，生物质气化设备的滚筒2的干燥段Ⅰ、干馏段Ⅱ、气化段Ⅲ和催化裂解段之间均设置有隔板14，且干燥段Ⅰ和干馏段Ⅱ内分别至少设置一个隔板14。在干燥段Ⅰ和干馏段Ⅱ设置隔板14的作用是将滚筒2内分成若干温度区段，实现反应温度的梯度变化，能够更好地进行各段的工艺反应。

为了使物料反应充分，在催化裂解段设置有翻料板，翻料板7的结构如图6所示，翻料板7固定在滚筒2内壁上，随着滚筒2的摆动，将物料翻起，散落，能够充分反应。位于出料装置6处的翻料板7用于将物料导向至出料装置6中，方便出料。除了在催化裂解段设置翻料板外，干燥段Ⅰ、干馏段Ⅱ、气化段Ⅲ和/或冷却段Ⅵ也可设置有翻料板7。当然也可以不设置翻料板7，对于同心摆动回转炉和筒内偏心摆动回转炉，为了方便出料，优选地在出料端靠近出料装置的位置设置翻料板7。对于筒外偏心摆动回转炉，则可以不设置翻料板7。

如图1和图2、图4所示，在本实施例中，干燥段Ⅰ、干馏段Ⅱ、气化段Ⅲ、催化裂解段Ⅳ和/或冷却段Ⅵ均优选设置有活动链条13，也可以不设置。活动链条13可以设置在滚筒2的内壁上，活动链条13一端固定在滚筒2内壁上，另一端不固定，或者两端均固定在滚筒2的内壁上，随着滚筒2的往复摆动，活动链条13在滚筒2内相对壁面不断滑动，一方面可以将附着在壁面上的物料清理下来，另一方面，活动链条13可以推动物料向出料端移动，方便物料的输送。活动链条13还可以加强筒壁向物料的传热。活动链条13还可以设置于隔板14上，活动链条13的两端分别固定于隔板14的两个板面上，活动链条13穿过隔板14的开口，随着滚筒2的往复摆动，活动链条13可在开口处往复摆动，防止隔板14堵塞；当然，穿过隔板14的活动链条13的两端还可以固定在滚筒2的上部筒壁上，或者一端固定在滚筒2的筒壁上，另一端固定在隔板14的板面上，穿过隔板14开口的活动链条13可以悬空，也可以部分与滚筒2的内壁接触滑动，优选接触滑动，可防止物料结壁，提高传热效率。当然，活动链条13的安装形式并不局限于本实施例所列举的形式。

在本实施例中，生物质气化设备还包括设置于滚筒2上的压力传感器，压力传感器与摆动式回转炉的检测控制装置导线连接。通过压力传感器对滚筒2内的压力进行检测，更好地控制各工艺段的反应。

如图2所示，对生物质气化设备进一步优化，由于现有含水率较高的有机物或生物质在干馏热解的过程中经历干燥、干馏等过程。有机物或生物质在干燥时产生大量水蒸汽，水蒸汽随物料一起经过干馏、气化等过程进入热解气中，热解气冷凝净化时被冷凝分离下来，冷凝过程需要消耗大量冷量(冷却水量)，同时产生较多数量的冷凝黑液需要处理；同时，由于热解气中含有大量水蒸汽，从炉中排出的热热解气不能直接燃烧利用(影响燃烧效果：水蒸汽一方面稀释了燃气浓度影响燃气燃烧，另一方面水蒸汽参与燃烧过程中吸热影响火焰温度)；水蒸汽在干馏、气化的过程中，从100℃左右被加热升高到500～900℃，消耗了大量的能源；如果先在干燥设备中干燥再在干馏热解设备中干馏热解，则增加了设备数量和工艺过程的复杂性。

为了解决上述的问题，本实施例的生物质气化设备还包括设置于干燥段Ⅰ的气相区筒壁上的蒸汽导出口36，蒸汽导出口36通过活动导管组件5与蒸汽冷凝器33连通，蒸汽冷凝器33的出口与引风机35连接。通过引风机35的抽吸作用，将干燥段Ⅰ加热有机物或生物质物料产生的大量水蒸汽预先从干燥段Ⅰ抽离出来，减少水蒸汽进入后续的工艺段的量，对抽吸出来的水蒸汽通过蒸汽冷凝器33进行冷凝分离，得到冷凝水和不凝气，不凝气可通入燃烧炉或其它设备中。

如图2所示，为了更好地实现干燥段Ⅰ的水蒸汽预分离，在本实施例中，在蒸汽导出口36或连接蒸汽导出口36的蒸汽管道上设置温度传感器8，用于检测从干燥段Ⅰ抽离出来经过蒸汽导出口36的气体的温度；在蒸汽管道上或引风机35的进口处设置调节阀34，用于调节从蒸汽导出口36经过的气体流量。或者不设置调节阀34，而是引风机35采用变频引风机，通过变频引风机控制从蒸汽导出口36中经过的气体流量，通过控制气体流量使气体中成分为干燥段Ⅰ内的水蒸汽。由于流量过大，干馏段Ⅱ的干馏气体会补入水蒸汽中，随水蒸汽从蒸汽导出口36排出滚筒2。因此，需要控制调节阀34的开度，控制从蒸汽导出口36的气体流量。调节阀34的控制是根据温度传感器8对蒸汽导出口36的气体检测的温度进行的，由于干燥段Ⅰ的水蒸汽的温度一般在100～120℃，而干馏段Ⅱ产生的干馏气体温度一般大于180℃，当温度传感器8检测到的蒸汽导出口36的气体温度为100～130℃，则说明该气体主要为干燥段Ⅰ的水蒸汽；当温度传感器8检测到的蒸汽导出口36的气体温度超过水蒸汽的温度范围时，则说明气体中混入了干馏段Ⅱ的干馏气体，需要将调节阀34的开度减小或改变变频引风机的工频。因此，通过调节阀34和变频引风机控制蒸汽导出口36的气体流量使蒸汽导出口36的温度控制在100～130℃，更优选为110～120℃之间，从而实现含水率较高的有机物或生物质物料在干燥段Ⅰ产生的水蒸汽预分离。避免大量水蒸汽随有机物或生物质经历干馏、热解过程的高温过程并进入干馏热解气中，从而降低了有机物或生物质干馏、热解过程的能耗，以及减少了干馏热解气中的水蒸汽含量，相应减少了干馏热解气冷凝黑液的产量，提高了冷凝黑液的浓度，有利于冷凝黑液的资源化利用。

以上生物质转化设备的完整工艺过程如下：

如图1和图2所示，摆动式回转炉运行时，滚筒2按顺时针方向和逆时针方向交替转动运行，待处理的秸秆、农林废弃物和其它不含氯有机物的生物质固体废弃物物料(以下简称物料)通过进料装置1输送到滚筒2内，物料随着滚筒2的摆动旋转在滚筒2内翻滚滑动并沿着坡度向出料端呈之字形轨迹移动，活动链条13随物料滑动，可防止物料粘壁，并能提高传热效率；物料依次经过干燥段Ⅰ、干馏段Ⅱ，被加热夹套19中的800～1000℃的热解气体加热干燥、干馏热解升温到400～500℃，热解过程十分复杂，结果是大分子炭水化合物的键被打碎，析出大量挥发份(主要包括H₂、CO、CO₂、CH₄、焦油和其他炭氢化合物)进入热解气中，产生大量的焦油(生物质油)、水蒸汽和燃气，燃气中焦油浓度在10～50g/m³(组合式净化炭冷却器29中的冷凝焦油和冷凝黑水蒸汽的加入，增加了热解气中焦油和水蒸汽的浓度)；物料继续向出料端移动进入气化段Ⅲ，物料与从气体入口25通入的气体(空气、富氧空气或氧气)发生如下一系列反应放出大量热，温度提高到600～900℃，物料在高温下部分气化反应生成燃气和生物炭，大部分干馏段Ⅱ产生的焦油在气化段Ⅲ高温下发生裂解反应生成燃气(C_nH_m+H₂O→CO+H₂，C_nH_m+CO₂→CO+H₂)，热解气中焦油浓度降到1～2g/m³；

气化段Ⅲ内的反应为：

C_nH_m+O₂→CO₂+H₂0

C_nH_m+O₂→CO+H₂0

C+O₂→CO₂

C+CO₂→CO

C+H₂O→CO+H₂

C_nH_m+H₂O→CO+H₂

C_nH_m+CO₂→CO+H₂

……

生物炭和热解气继续向出料端移动，保持600～900℃，进入催化裂解段Ⅳ，热解气中的焦油与翻料板7扬洒下的催化剂(催化剂为生物炭或进料添加的催化剂)充分接触，同时被电加热器20(优选为微波加热器)加热到800～1000℃，温度由温度传感器8监测，并通过控制装置控制电加热器20的加热功率来控制温度，在微波场的作用下催化剂表面形成局部热点，通过“热点效应”提高催化剂活性，焦油大部分被催化剂催化裂解(热解气在催化裂解段Ⅳ停留的时间大于2秒)，燃气中焦油浓度在0.05～0.5g/m³，焦油中的炭氢化合物(C_nH_m)在催化剂表面与水蒸汽或二氧化碳反应生成一氧化碳和氢气，反应过程为：

C_nH_m+H₂O→CO+H₂

C_nH_m+CO₂→CO+H₂

生物炭和热解气继续向出料端移动，进入气固分离段Ⅴ，热解气与生物炭分离后在燃气风机28的抽吸作用下排出滚筒2；生物炭沿摆动式回转炉坡度方向穿过隔板14的开口进入冷却段Ⅵ，生物炭被冷却夹套23中的冷却介质(优选为气态冷却介质)冷却，气态冷却介质为空气或来自制氧设备，气态冷却介质在冷却生物炭的过程中被加热至500～600℃，然后从冷却介质出口231出来，通过气化段Ⅲ的气体入口25进入气化段Ⅲ作为参与热解反应的含氧气体，回收了生物炭的余热，提高了热解气化***的热效率；生物炭顺着坡度移动进入出料端，通过出料装置6排出滚筒2进入炭冷却器22中冷却。生物炭在炭冷却器22中被喷入的冷凝黑水冷却到120～150℃后排出炭冷却器22。黑液中的水分和有机污染物在冷却生物炭的过程中被高温生物炭汽化生成蒸汽，蒸汽从炭冷却器22的蒸汽出口221出来，通过活动导管5和蒸汽进口32送入滚筒2内，蒸汽随热解气向出料端移动不断升温，参与生物炭的高温水煤气气化反应和焦油催化裂解反应。

800～1000℃高温的热解气在燃气风机28的抽吸作用下，从气固分离段Ⅴ的热解气出口21抽出后进入加热夹套19，高温热解气在加热夹套19中从干馏段Ⅱ向进料端流动。与此同时，物料不断地通过进料装置1进入滚筒2，沿坡向经干燥段Ⅰ、干馏段Ⅱ向气化段Ⅲ移动，高温热解气在加热夹套19中的流通方向与物料移动方向相反，实现间壁传热，使物料逐步升温到400～500℃，物料升温过程中产生热解气和焦油；高温热解气则逐步换热降温到200～400℃，在燃气风机28的抽吸作用下从加热夹套19的热解气排出口192排出。

热解气从加热夹套19中抽出来后进入组合式净化冷凝器29，热解气被冷却水降温至20～50℃，热解气中的生物质油和水蒸汽被冷凝成液态，分离后得到净化的燃气，燃气风机28将燃气送出至用户，燃气风机28的抽吸使滚筒2内保持10～200Pa负压。

冷凝分离的冷凝黑水含5～10％的溶解性有机物，主要成份为醋酸，可以由冷凝水泵26送到炭冷却器22，喷淋冷却生物炭，转化为蒸汽，在滚筒2负压的作用下，蒸汽通过活动导管5送入滚筒2，随热解气向出料端移动，不断升温参与炭的高温水煤气气化反应和焦油催化裂解反应。冷凝黑水也可以做为初级产品醋液进行深加工或外售。

冷凝分离的焦油可以由冷却油泵27通过活动导管5送到滚筒2内被催化裂解产生燃气，也可以做为工业原料外售。

为了提高焦油催化裂解的效率，可以扩大催化裂解段Ⅳ的筒体直径，使催化裂解段Ⅳ停留的高温炭(炭催化剂)较多，提高催化裂解段Ⅳ的固气比。

摆动式回转炉启动时，首先加入物料，之后启动电加热器20，将气化段Ⅲ的物料加热并通入含氧气体，与部分物料发生氧化放热反应，当温度传感器8检测到气化段Ⅲ的温度升至生物质自燃温度400～500℃并不断升高时，控制装置关闭电加热器20，继续通入含氧气体，气化段Ⅲ温度提高到600～900℃，通过温度传感器8监测和调节气体入口25处的阀门开度，控制通入气体的量来控制气化段Ⅲ的温度。

对于高含水率的生物质，在干燥段Ⅰ产生的水蒸汽可通过蒸汽导出口36、温度传感器8、调节阀34、引风机35和蒸汽冷凝器33进行预分离处理，在此不再赘述。

通过上述工艺可以看出，本发明中的生物质气化设备能够在滚筒2内一体式完成生物质热解气化和焦油催化裂解工艺，降低了焦油浓度，焦油浓度能够降低80％～90％；通过加热夹套19和冷却夹套23回收热解气和生物炭余热，提高了热效率；将冷凝黑水和冷凝焦油回收到滚筒2内，进行二次利用，提高了燃气产量，同时消除了焦油和黑水对环境的污染。高效地完成了生物质能的转化。

如图3、图10、图16所示，进一步地，本实施例提供了一种具体的进料装置1，进料装置1为螺旋进料输送机或活塞进料机。如图3和图10所示，螺旋进料输送机为圆管结构，圆管内设置有螺旋机构，进料装置1的一端开设有开口朝上的料仓，对于同心摆动回转炉和筒内偏心摆动回转炉，螺旋进料输送机的圆管与开设在滚筒2的进料端的端面上的进料口转动密封连接，圆管可通过直通式旋转接头18(直通式旋转接头为一种动静密封连接件)与进料端的端面转动连接，且螺旋进料输送机的输送轴线与滚筒2的转动轴线重合。螺旋进料输送机通过螺旋机构将物料输送到滚筒2内。如果采用活塞进料机，其结构与图16中的结构相同，则活塞进料机的输送管同样与设置于滚筒2的进料端的端面上的进料口通过直通式旋转接头18转动密封连接，且活塞进料机的输送管的输送轴线与滚筒2的转动轴线重合，活塞进料机通过往复移动的活塞将物料推送进入滚筒2内。不论采用何种进料装置1，始终保持输送管内有一部分被物料充满，形成气阻，防止滚筒2内气体由进料装置1窜至滚筒2外，或滚筒2外空气从进料装置1进入滚筒2内；为了更好地实现密封，在活塞进料机的料仓处设置第一插板阀101，在活塞进料机的输送管上设置第二插板阀102。进料时，第二插板阀102打开，第一插板阀101关闭(防止活塞推料时物料往上挤出输送管返回料仓)，活塞在气缸或油缸的推动下前进将物料通过直通式旋转接头18和输送管送入回转炉；进料完毕后关闭第二插板阀102(防止活塞回退时回料)，打开第一插板阀101，活塞在气缸或油缸的拉动下回退，物料通过打开第一插板阀101的下料口进入活塞进料机的输送管中。

上述的进料装置1的输送管与滚筒2的进料端的端面进行转动密封连接，与现有回转炉中的炉头环绕滚筒一端的大面积密封面相比，本发明中的进料装置1与滚筒2的转动密封面小，仅仅只需要普通的填料密封或密封圈便可满足密封要求，密封简单，降低了密封成本，不易漏风。保证了滚筒2内物料的反应质量。

以上的进料装置1同样适用于偏心摆动回转炉，对于筒内偏心摆动回转炉，进料装置1的结构和安装方式与同心摆动回转炉的相同；对于筒外偏心摆动回转炉，如图10所示，滚筒2的进料端的端面可延伸至转动轴线A，在该端面上开设进料口，进料装置1的输送管可与延伸至转动轴线A处的端面通过直通式旋转接头18转动密封连接；或者滚筒2的进料端端面不延伸至转动轴线A，而是在进料端的筒体连接一个管道，管道上具有进料口，进料装置1与该管道上的进料口转动密封连接，如图16所示，只要进料装置1的输送轴线与回转炉的转动轴线A重合即可，在此不再赘述。

如图1-图3所示，本实施例提供了一种同心摆动回转炉的出料装置6，出料装置6为螺旋出料输送机，螺旋出料输送机的输送管与滚筒2的出料端的端面转动密封连接，且输送管与滚筒2的轴线B重合，则滚筒物料出口201设置于出料端的端面上，螺旋出料输送机的输送管固定不动，滚筒2相对其转动。输送管位于滚筒2内的部分，其上部开设有出料槽，物料在滚筒2内翻转上来，并从出料槽进入输送管，最终排出输送管。

如图10-图12、图17-图20所示，本实施例提供了三种偏心摆动回转炉的出料装置6，筒内偏心摆动回转炉的出料装置6采用与同心摆动回转炉相同的螺旋出料输送机，为了方便出料，在滚筒2内靠近螺旋出料输送机的固体物料移动区域设置翻料板7。筒外偏心摆动回转炉除了可采用与同心摆动回转炉相同的螺旋出料输送机外，筒外偏心摆动回转炉的出料装置6还可以为活塞出料机或出料管道。如图17所示，筒外偏心摆动回转炉的出料装置6为螺旋出料输送机，螺旋出料输送机的位于滚筒外部的输送管可与滚筒2的出料端的延伸至转动轴线A的端面通过直通式旋转接头18转动密封连接，此种情况下，滚筒物料出口201设置于延伸的出料端端面上；或者滚筒2的出料端端面不延伸至转动轴线A，螺旋出料输送机的输送管与设置于出料端的筒体上的一根管道通过直通式旋转接头18转动密封连接，则滚筒物料出口201为该管道的管口。如图18所示，筒外偏心摆动回转炉的出料装置6为活塞出料机，活塞出料机的输送管与滚筒2的出料端的筒体连通，且活塞出料机的输送轴线与筒外偏心摆动回转炉的转动轴线A重合。活塞出料机的输送管的出口与外部固定出料管601通过直通式旋转接头18转动密封连接，则滚筒物料出口201为活塞出料机的输送管出口。滚筒2内靠近出料端的筒体内壁上设置有活动链条13，滚筒2的筒体与出料装置6连接的部位为斜坡，物料通过斜坡滑入出料装置6中，最终被排出。

如图19所示，另一种筒外偏心摆动回转炉的出料装置6为出料管道，本实施例列举两种出料管道的设置形式，一种是滚筒2的出料端的端面延伸至转动轴线A，在滚筒2的出料端的端面上开设滚筒物料出口201，滚筒物料出口201靠近出料端的端面的下部设置，且滚筒物料出口201的轴线与筒外偏心摆动回转炉的转动轴线A重合，滚筒2的固相区筒壁与滚筒物料出口201通过斜坡过渡相接，便于固体物料沿斜坡滑向滚筒物料出口201；出料管道与滚筒物料出口201转动密封连接，可通过直通式旋转接头18连接，出料管道为弯折管道，向下直角弯曲，斜坡和/或出料管道上设置有活动链条13。随着活动链条13的摆动，将物料送至滚筒物料出口201，并从出料管道排出。

另一种出料管道的设置形式如图20所示，滚筒2的出料端的端面不延伸至转动轴线A；在滚筒2的靠近出料端的固相区筒壁上开设下料口，下料口与下料管602连接，出料管道与该下料管602的出口转动密封连接，具体可通过直通式旋转接头18转动连接，则滚筒物料出口201为下料管602的的出口，出料管道的转动轴线与筒外偏心摆动回转炉的转动轴线A重合。只要能够实现筒外偏心摆动回转炉的出料即可，并不局限于本实施例所列举的结构形式。

如图3所示，本发明实施例提供了一种具体的驱动装置和支撑装置，对于同心摆动回转炉，驱动装置为同心齿轮齿圈驱动装置，支撑装置为同心托轮托圈支撑装置；其中，同心托轮托圈支撑装置包括至少两组托圈3和托轮12，托圈3固定在滚筒2的外周壁上，托圈3的轴线与滚筒2的轴线B重合，托圈3的外圈表面与托轮12接触支撑，托轮12位于托圈3的下方，托轮12的转轴位置固定不动，一个托圈3至少对应一个托轮12，优选为两个托轮12，用于支撑滚筒2的转动，两组托圈3和托轮12优选地设置在靠近滚筒2两端的位置，支撑更加平稳。同心齿轮齿圈驱动装置包括至少一组齿圈4、主动齿轮11和动力部件10，齿圈4固定在滚筒2的外周壁上，齿圈4的轴线与滚筒2的轴线B重合，齿圈4与主动齿轮11啮合，主动齿轮11与动力部件10传动连接，动力部件10可以是电机或液压马达，动力部件10如果是电机，则主动齿轮11与电机通过减速机传动连接，动力部件10如果是液压马达，则主动齿轮11可以直接与液压马达连接或通过减速机传动连接。动力部件10与摆动控制装置通过导线连接，摆动控制装置控制动力部件10的转动方向，通过动力部件10驱动主动齿轮11往复转动，进而驱动齿圈4和滚筒2绕转动轴线A往复摆动。优选地，齿圈4可以由托圈3和齿形圈组成，即在托圈3的与其轴线垂直的任一侧面上固定齿形圈，齿形圈随托圈3一起转动，形成齿圈4，这样齿圈4的制造可以利用托圈3，降低了制造难度和制造成本，同时固定有齿形圈的托圈3还可以继续与托轮12配合支撑；或者齿形圈固定在托圈的外圈上，形成齿圈4。这种齿圈4的结构形式特别适用于偏心摆动回转炉，同心摆动回转炉同样使用。当然，齿圈4还可以单独制造，为一体结构。

如图8所示，本实施例提供了另一种同心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置，驱动装置为同心推杆驱动装置，支撑装置为同心托轮托圈支撑装置；其中同心托轮托圈支撑装置包括至少一组托圈3和托轮12；托圈3固定在滚筒2的外周壁上，且托圈3的轴线与滚筒2的轴线B重合；托轮12的外圈表面与托圈3支撑接触，托轮12位于托圈3的下部，托轮12的位置固定不同，用于转动支撑托圈3；一个托圈3优选地与两个托轮12啮合，更优选地，包括两组托圈3和托轮12，且分别位于滚筒2两端，支撑更加稳定。同心推杆驱动装置包括至少一个伸缩缸19，伸缩缸19的伸缩杆与滚筒2铰接，伸缩缸19的固定端与固定台铰接，通过伸缩杆的伸缩，带动滚筒2往复摆动。具体地，滚筒2的外壁上设置有铰接架，铰接架沿滚筒2的径向向外伸出，伸缩缸19的伸缩杆铰接于铰接架的外端，从而可以避免伸缩杆在伸缩的过程中碰到滚筒2。本实施例优选采用两个伸缩缸19，铰接架相应为两个，且两个铰接架相对滚筒2的轴线B上下对称布置，两个伸缩缸19的伸缩杆分别与上下两个铰接架铰接，两个伸缩缸19的伸缩杆分别铰接于位于滚筒2两侧的固定台上，两个固定台之间的连线水平布置且相对同心摆动回转炉的转动轴线A对称，通过两个伸缩缸19的交替伸缩实现滚筒2的往复摆动。当然，伸缩缸19的数量还可以是一个、二个、三个或者更多个，伸缩缸19的位置根据实际情况进行布置，并不局限于本实施例所列举的形式，只要能够实现滚筒2的往复摆动即可。

如图9所示，本实施例提供了第三种同心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置，驱动装置为至少一组同心托轮托圈驱动装置，支撑装置为多组同心托轮托圈支撑装置；其中，每组同心托轮托圈支撑装置包括托圈3和托轮12，托圈3固定在滚筒2的外周壁上，且托圈3的轴线与滚筒2的轴线B重合；托轮12的外圈表面与托圈3支撑接触，托轮12位于托圈3的下部，托轮12的位置固定不同，用于转动支撑托圈3；一个托圈3优选地与两个托轮12配合支撑，更优选地，包括两组托圈3和托轮12，且分别位于滚筒2两端，支撑更加稳定。同心托轮托圈驱动装置包括托圈3、托轮12和动力部件10，托圈3固定在滚筒2的外周壁上，且托圈3的轴线与滚筒2的轴线B重合；托轮12的外圈表面与托圈3支撑接触，托轮12位于托圈3的下部，托轮12的位置固定不同，用于转动支撑托圈3；一个托圈3优选地与两个托轮12配合支撑，动力部件10与托轮12传动连接，动力部件10驱动托轮12往复转动，通过托轮12与托圈3之间的静摩擦力带动托圈3往复摆动，进而使滚筒2往复摆动。

如图10所示，本实施例提供了一种偏心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置，驱动装置为偏心齿轮齿圈驱动装置，支撑装置为支撑辊支撑装置，支撑辊支撑装置只适用于筒外偏心摆动回转炉，因此与支撑辊支撑装置组合的驱动装置和支撑装置只适用于筒外偏心摆动回转炉；其中，偏心齿轮齿圈驱动装置包括齿圈4、主动齿轮11和动力部件10，齿圈4固定在滚筒2的外壁上，且齿圈4的轴线与偏心摆动回转炉的转动轴线A重合，齿圈4与主动齿轮11啮合，主动齿轮11与动力部件10传动连接，动力部件10和同心摆动回转炉的相同，在此不再赘述。动力部件10与摆动控制装置导线连接，摆动控制装置控制动力部件10的转动方向，动力部件10带动主动齿轮11转动，主动齿轮11驱动齿圈4和滚筒2绕偏心摆动回转炉的转动轴线A往复摆动。支撑辊支撑装置包括至少两组支撑架17和支撑辊16，其中，支撑架17固定不动，支撑辊16转动连接在支撑架17上，且支撑辊16的转动轴线与偏心摆动回转炉的转动轴线A重合，滚筒2的底部与支撑辊16固定连接，且配重平衡块15固定在支撑辊16上，优选地，配重平衡块15的重心轴线与滚筒2的重心轴线相对偏心摆动回转炉的转动轴线A对称布置，也可不对称布置，两组支撑架17和支撑辊16优选地分别靠近滚筒2的两端设置，使支撑更加平稳。

如图11所示，本实施例提供了另一种偏心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置，驱动装置为偏心齿轮齿圈驱动装置，支撑装置为偏心托轮托圈支撑装置，该驱动装置和支撑装置的组合可适用于筒内偏心摆动回转炉和筒外偏心摆动回转炉。其中，偏心齿轮齿圈驱动装置包括齿圈4、主动齿轮11和动力部件10，本实施例中的偏心齿轮齿圈驱动装置与图10中的偏心齿轮齿圈驱动装置相同，在此不再赘述。偏心托轮托圈支撑装置包括至少两组托圈3和托轮12，托圈3固定于滚筒2的外周壁上，且托圈3的轴线与偏心摆动回转炉的转动轴线A重合，一个托圈3与至少一个托轮12接触支撑，用于支撑托圈3转动，托圈3上设置有配重平衡块15，优选地，配重平衡块15的重心轴线与滚筒2的重心轴线相对偏心摆动回转炉的转动轴线A对称布置，也可不对称布置，只要使回转炉的重心轴线靠近回转炉的转动轴线即可。如图11和图13所示，齿圈和托圈可以是部分圆或整圆结构，即齿圈4和托圈3为圆形板结构，在圆形板上加工出用于嵌装滚筒2的弧形缺口或圆孔，齿圈4和托圈3的外边缘超过滚筒2的轴线并接近或超过滚筒2的边缘，以提高固定强度。

如图12所示，本实施例提供了第三种偏心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置，驱动装置为偏心托轮托圈驱动装置，支撑装置为多组偏心托轮托圈驱动装置，至少为两组，该驱动装置和支撑装置的组合可适用于筒外偏心摆动回转炉和筒内偏心摆动回转炉；其中，每组偏心托轮托圈支撑装置包括托圈3和托轮12，托圈3固定于滚筒2的外周壁上，托圈3的轴线与偏心摆动回转炉的转动轴线A重合，托轮12与托圈3的外圈表面接触支撑，托轮12的轴线固定不动，用于转动支撑托圈3；一个托圈3的外圈表面优选地与两个托轮12接触支撑，更优选地，包括两组托圈3和托轮12，且分别位于滚筒2两端，支撑更加稳定。偏心托轮托圈驱动装置包括托圈3、托轮12和动力部件10，动力部件10与托轮12传动连接，动力部件10驱动托轮12往复转动，通过托轮12与托圈3之间的静摩擦力带动托圈3往复摆动，进而使滚筒2往复摆动。托圈3上设置有配重平衡块15，优选地，配重平衡块15的重心轴线与滚筒2的重心轴线相对偏心摆动回转炉的转动轴线A对称布置。

如图13所示，本实施例提供了第四种偏心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置，驱动装置为偏心推杆驱动装置，支撑装置为偏心托轮托圈支撑装置，该驱动装置和支撑装置的组合可适用于筒外偏心摆动回转炉和筒内偏心摆动回转炉；其中，偏心托轮托圈支撑装置包括至少两组托圈3和托轮12，托圈3固定在滚筒2外壁上，且托圈3的轴线与偏心摆动回转炉的转动轴线A重合，托圈3的外圈表面与至少一个托轮12接触支撑，用于支撑托圈3转动，托圈3上设置有配重平衡块15，优选地，配重平衡块15的重心轴线与滚筒2的重心轴线相对偏心摆动回转炉的转动轴线A对称布置。偏心推杆驱动装置包括伸缩缸19，伸缩缸19的数量优选为两个，对称布置在滚筒2的两侧，伸缩缸19的伸缩杆的端部与托圈3铰接，且伸缩缸19的固定端与固定台铰接，两个伸缩缸19的伸缩杆与托圈3铰接的两点相对托圈3的竖直径向对称，两个伸缩缸19的固定端与固定台的两个铰接点位于同一水平线上，通过两个伸缩缸19的伸缩杆的交替伸缩，带动托圈3往复转动，进而带动滚筒2往复摆动。当然，伸缩缸19的数量还可以是一个、三个或者更多个。伸缩缸19的位置根据实际情况确定，只要能够保证滚筒2能够往复摆动即可。

如图14所示，本实施例提供了第五种偏心摆动回转炉的驱动装置和支撑装置，驱动装置为偏心推杆驱动装置，支撑装置为支撑辊支撑装置，由于支撑装置采用支撑辊支撑装置，则该驱动装置和支撑装置的组合只适用于筒外偏心摆动回转炉；其中，支撑辊支撑装置包括至少两组支撑架17和支撑辊16，与图10中的支撑辊支撑装置相同，在此不再赘述。配重平衡块15固定在支撑辊16上，优选地，配重平衡块15的重心轴线与滚筒2的重心轴线相对偏心摆动回转炉的转动轴线A对称布置。偏心推杆驱动装置包括铰接架和至少一个伸缩缸19，伸缩缸19优选为两个，对称布置在滚筒2的两侧，铰接架固定于支撑辊19上，两个伸缩缸19的伸缩杆分别与铰接架的两端铰接，通过铰接架增大转矩，伸缩缸19的固定端与固定台铰接，两个伸缩缸19的固定端与固定台的两个铰接点位于同一水平线上，通过两个伸缩缸19的伸缩杆的交替伸缩，带动支撑辊16往复转动，进而带动滚筒2往复摆动。当然，伸缩缸19的数量还可以是一个、三个或者更多个。伸缩缸19的位置根据实际情况确定，只要能够保证滚筒2能够往复摆动即可。

本实施例中，伸缩缸19可以是电动伸缩缸、液压伸缩缸或气动伸缩缸。伸缩缸19与控制装置连接，通过控制装置控制伸缩缸19的伸缩，实现滚筒2的往复摆动。

如图3所示，本发明实施例提供了一种具体的摆动控制装置，包括位置传感器和电控柜9。其中，位置传感器固定在滚筒2或驱动装置上，用于监测滚筒2的往复摆动的弧度，并向电控柜9发送滚筒2摆动的位置信息；电控柜9与位置传感器和驱动装置均通过导线连接，电控柜9用于接收位置传感器的位置信息，当位置信息为滚筒2摆动的极限位置时，即达到滚筒2单方向最大摆动弧度时，电控柜9控制电机10改变转动方向，或者电控柜9控制伸缩缸19的伸缩方向，实现控制滚筒2往复摆动。温度传感器8和电加热器20均通过导线与电控柜9连接。检测控制装置和摆动控制装置可以集成在一个电控柜9上，则温度传感器8通过导线与电控柜9连接，检测控制装置和摆动控制装置也可以单独设置于不同的设备。

只要能够实现对摆动式回转炉的往复摆动控制和驱动，其它形式的控制装置和驱动装置也可以使用，并不局限于本发明所列举的结构形式。

本发明实施例还提供了一种生物质气化工艺，包括以下步骤：

步骤S01、物料依次进行干燥、干馏，发生热解反应，得到热解气，热解气中含有大量的生物质油(焦油)、水蒸汽和燃气，物料升温至400～500℃。

步骤S02、部分物料与含氧气体发生氧化反应，放出大量热，使反应温度升至600～900℃，物料在该温度下部分发生气化反应生成燃气和生物炭，大部分步骤S01中产生的生物质油在该温度下发生裂解反应生成燃气。

步骤S03、热解气中的大部分生物质油在800～1000℃下被催化剂催化裂解，生成燃气。

步骤S04、将上述步骤中得到的生物炭与热解气进行分离。

该生物质气化工艺能够在一个设备中完成，能够对热解气中的焦油进行催化裂解，转化为有用的燃气和生物炭。

本实施例对生物质气化工艺进行优化，工艺还包括步骤S05、通过含氧气态介质对步骤S04中分离得到的生物炭进行间壁冷却，含氧气态介质被生物炭加热后参与步骤S02中的部分物料的氧化反应。该过程回收了生物炭的余热，进一步提高了热效率。

进一步地，本实施例中的生物质气化工艺中，步骤S05还包括将步骤S04中分离得到的高温热解气用于对步骤S01中的物料进行间壁加热，对物料进行干燥和干馏。该步骤利用了高温热解气的热量，进一步提高了热效率。

在本实施例中，生物质气化工艺还包括步骤S06、对步骤S05中完成间壁加热的热解气进行冷凝净化，分离得到液态的生物质油、冷凝黑水和干净的燃气。便于后续工序的应用和处理。

更进一步地，在本实施例中，生物质气化工艺还包括步骤S07、将步骤S06中冷凝分离得到的冷凝黑水对步骤S05中的经过含氧气态介质间壁冷却的高温生物炭进行喷淋冷却，生成水蒸汽，将该水蒸汽参与炭的高温水煤气气化反应和步骤S02和步骤S03的生物质油催化裂解反应；或者将步骤S06中冷凝分离得到的冷凝黑水作为初级产品醋液进行深加工。该过程可以二次利用冷凝黑水，减少了冷凝黑水的排放对环境的污染。

为了对步骤S06中冷凝分离得到的生物质油进行处理，本实施例的生物质气化工艺还包括步骤S08，将步骤S06中冷凝分离得到的生物质油参与步骤S02和步骤S03中的催化裂解反应，生成燃气，二次利用生物质油，提高燃气的产量；或者将步骤S06中冷凝分离得到的生物质油收集后作为工业原料进行深加工或外售。

在本实施例中，为了更好地控制工艺的反应，对步骤S02中的物料反应温度进行检测，根据检测的温度控制与物料发生氧化反应的含氧气体的量，以精确控制气化反应温度。

在本实施例中，当步骤S02中的物料温度过低、生物质与含氧气体难以发生反应时，通过电加热的方式对物料加热，当物料被加热到生物质自燃温度与含氧气体发生氧化反应，温度进一步提高时，停止电加热。通过电加热可以提高加热速度，提高热效率。

对生物质气化工艺进一步优化，步骤S01中的物料在完成干燥后且在干馏之前还包括步骤S011：将物料干燥时产生的水蒸汽从干燥工艺中预先抽离出来，减少进入后续工艺的水蒸汽量。避免大量水蒸汽随有机物或生物质经历干馏、热解过程的高温过程并进入干馏热解气中，从而降低了有机物或生物质干馏、热解过程的能耗，以及减少了干馏热解气中的水蒸汽含量，相应减少了干馏热解气冷凝黑液的产量，提高了冷凝黑液的浓度，有利于冷凝黑液的资源化利用。

作为优化，步骤S011中的水蒸汽的预先抽离操作为：检测从干燥工艺抽离出来的气体的温度，根据气体的温度判断气体中是否包含干馏工艺中产生的干馏气体，则通过控制抽离出来的气体的流量，减少随干燥工艺中的蒸汽一起抽离出来的干馏气体的量。

具体地，如果检测到的从干燥工艺中抽离出来的气体的温度为100～130℃，则说明气体中绝大部分是干燥工艺中的水蒸汽，如果检测到的气体温度大于100～130℃的温度范围，则说明气体中补入了干馏工艺的干馏气体，通过减小抽离出来的气体的流量减小随干馏工艺中的水蒸汽一起抽离出来的干馏气体的量。为了更精准地判断抽离出来的气体的成分，将检测温度设定为110～120℃范围内。

针对该生物质气化工艺的具体应用已在上文生物质气化设备中进行了描述，在此不再赘述。

本发明中的生物质气化设备是基于该生物质气化工艺完成的，其它利用该生物质气化工艺的设备同样属于本发明的保护范围。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (36)

1.一种生物质气化设备，包括回转炉，其特征在于，所述回转炉为摆动式回转炉，所述摆动式回转炉包括：

滚筒（2），所述滚筒（2）的两端分别是进料端和出料端，所述进料端和所述出料端的端面均封闭，所述滚筒（2）的进料端设置有进料口，所述进料口的轴线与回转炉的转动轴线重合，进料装置（1）与所述进料口转动密封连通，所述进料口的横截面积小于所述进料端的横截面积，减小了所述进料装置（1）与所述滚筒（2）的转动密封面，所述进料端高于所述出料端，所述滚筒（2）内由所述进料端至所述出料端依次为干燥段（Ⅰ）、干馏段（Ⅱ）、气化段（Ⅲ）、催化裂解段（Ⅳ）和气固分离段（Ⅴ），所述催化裂解段（Ⅳ）和气固分离段（Ⅴ）之间设置有隔板（14），所述隔板（14）在靠近所述滚筒（2）的固相区的位置设置有开口，所述开口允许固相物料通过，所述隔板（14）部分阻隔气体流通，将所述滚筒（2）内分成若干温度区段；所述气固分离段（Ⅴ）的气相区筒壁上设置有热解气出口（21）；

驱动装置，设置于所述滚筒（2）的外部，用于驱动所述滚筒（2）绕所述摆动式回转炉的转动轴线往复摆动；

支撑装置，设置于所述滚筒（2）的外部，用于转动支撑所述滚筒（2）绕所述回转炉的转动轴线往复摆动；

摆动控制装置，与所述驱动装置通过导线连接，用于控制所述驱动装置动作，控制所述滚筒（2）的往复摆动的弧度和频率。

2.根据权利要求1所述的生物质气化设备，其特征在于，所述气化段（Ⅲ）和所述催化裂解段（Ⅳ）均设置有温度传感器（8），且所述温度传感器（8）与所述摆动式回转炉的检测控制装置通过导线连接。

3.根据权利要求2所述的生物质气化设备，其特征在于，所述气化段（Ⅲ）和/或所述干馏段（Ⅱ）上设置有电加热器（20），所述电加热器（20）与所述检测控制装置导线连通。

4.根据权利要求3所述的生物质气化设备，其特征在于，所述催化裂解段（Ⅳ）上设置有所述电加热器（20）。

5.根据权利要求4所述的生物质气化设备，其特征在于，所述电加热器（20）为电热丝加热器、微波加热器、电磁加热器或等离子加热器中的一种或多个组合。

6.根据权利要求5所述的生物质气化设备，其特征在于，设置于所述催化裂解段（Ⅳ）上的电加热器（20）为所述微波加热器；所述微波加热器通过金属导波管（203）固定于所述催化裂解段（Ⅳ）的筒壁外侧，所述金属导波管（203）与所述滚筒（2）内部连通。

7.根据权利要求6所述的生物质气化设备，其特征在于，所述金属导波管（203）内还设置有隔断所述金属导波管的耐高温透波层（202）。

8.根据权利要求4所述的生物质气化设备，其特征在于，所述滚筒（2）内的气固分离段（Ⅴ）和出料端之间还设置有冷却段（Ⅵ），所述冷却段（Ⅵ）与所述气固分离段（Ⅴ）之间设置有所述隔板（14），所述冷却段（Ⅵ）的筒壁外设置有冷却夹套（23），所述冷却夹套（23）的外壁上开设有冷却介质进口和冷却介质出口（231）。

9.根据权利要求8所述的生物质气化设备，其特征在于，还包括：

设置在所述气化段（Ⅲ）的固相区筒壁上的气体入口（25），用于向所述气化段（Ⅲ）内通入含氧气体；

设置于所述气化段（Ⅲ）的固相区内的气体分布管（24），所述气体分布管（24）与所述气体入口连通，所述气体分布管（24）的管壁上沿其轴线开设有多个出气孔（241），位于所述固相区内的气体分布管（24）的出气孔（241）朝向所述滚筒（2）的内壁，且位于所述固相区内的气体分布管（24）的出气孔（241）两侧还设置有与该气体分布管（24）的径向断面垂直的挡板（31），用于防止物料进入所述出气孔（241）。

10.根据权利要求9所述的生物质气化设备，其特征在于，还包括设置于所述气体入口（25）处的阀门；所述阀门为手动阀门和/或自动阀门，所述自动阀门的开度由所述检测控制装置控制。

11.根据权利要求9所述的生物质气化设备，其特征在于，所述冷却夹套（23）中的冷却介质为气体，且所述冷却介质出口（231）与所述气化段（Ⅲ）筒壁上的气体入口（25）连通。

12.根据权利要求8所述的生物质气化设备，其特征在于，还包括设置于所述干燥段（Ⅰ）和所述干馏段（Ⅱ）筒壁外的加热夹套（19），所述加热夹套（19）外壁上靠近所述气化段（Ⅲ）的位置设置有热解气进口（191），所述加热夹套（19）外壁上靠近所述进料端的位置设置有热解气排出口（192），所述气固分离段（Ⅴ）筒壁上的热解气出口（21）与所述加热夹套（19）外壁上的热解气进口（191）连通。

13.根据权利要求12所述的生物质气化设备，其特征在于，还包括：

组合式净化冷凝器（29），与所述加热夹套（19）的热解气排出口（192）通过活动导管组件（5）连接，所述组合式净化冷凝器（29）上设置有燃气出口、冷凝水出口和焦油出口；

燃气风机（28），其进口与所述组合式净化冷凝器（29）的燃气出口连通。

14.根据权利要求13所述的生物质气化设备，其特征在于，还包括与所述摆动式回转炉的出料装置（6）连接的炭冷却器（22），所述炭冷却器（22）内设置喷淋装置和放料口。

15.根据权利要求14所述的生物质气化设备，其特征在于，所述炭冷却器（22）的喷淋装置与所述组合式净化冷凝器（29）的冷凝水出口通过冷凝水泵（26）连通，且所述炭冷却器（22）上设置有蒸汽出口（221）；

所述干燥段（Ⅰ）和/或干馏段（Ⅱ）和/或气化段（Ⅲ）的筒壁上还开设有蒸汽进口（32），所述蒸汽进口（32）通过活动导管组件（5）与所述炭冷却器（22）的蒸汽出口（221）连通。

16.根据权利要求13所述的生物质气化设备，其特征在于，所述干燥段（Ⅰ）和/或所述干馏段（Ⅱ）和/或所述气化段（Ⅲ）的筒壁上开设有焦油入口（30），所述组合式净化冷凝器（29）的焦油出口通过冷凝油泵（27）和活动导管组件（5）与所述焦油入口（30）连通。

17.根据权利要求1-16任一项所述的生物质气化设备，其特征在于，所述干燥段（Ⅰ）、所述干馏段（Ⅱ）、所述气化段（Ⅲ）和所述催化裂解段（Ⅳ）之间均设置有所述隔板（14）。

18.根据权利要求1-16任一项所述的生物质气化设备，其特征在于，所述干燥段（Ⅰ）和所述干馏段（Ⅱ）内分别至少设置一个所述隔板（14）。

19.根据权利要求8-16任一项所述的生物质气化设备，其特征在于，所述催化裂解段（Ⅳ）设置有翻料板（7）。

20.根据权利要求19所述的生物质气化设备，其特征在于，所述干燥段（Ⅰ）、所述干馏段（Ⅱ）、所述气化段（Ⅲ）和/或所述冷却段（Ⅵ）设置有所述翻料板（7）。

21.根据权利要求8-16任一项所述的生物质气化设备，其特征在于，所述干燥段（Ⅰ）、所述干馏段（Ⅱ）、所述气化段（Ⅲ）、所述催化裂解段（

）和/或所述冷却段（Ⅵ）设置有活动链条（13）。

22.根据权利要求1-16任一项所述的生物质气化设备，其特征在于，还包括设置于所述滚筒（2）上的压力传感器，所述压力传感器与摆动式回转炉的检测控制装置导线连接。

23.根据权利要求1-16任一项所述的生物质气化设备，其特征在于，还包括设置于所述干燥段（Ⅰ）的气相区筒壁上的蒸汽导出口（36），所述蒸汽导出口（36）通过活动导管组件（5）与蒸汽冷凝器（33）连通，所述蒸汽冷凝器（33）的出口与引风机（35）连接。

24.根据权利要求23所述的生物质气化设备，其特征在于，还包括：

设置于所述蒸汽导出口（36）或连接所述蒸汽导出口（36）的蒸汽管道上的温度传感器（8），用于检测经过所述蒸汽导出口（36）的气体的温度；

设置于所述蒸汽管道上或所述引风机（35）的进口处的调节阀（34），用于调节从所述蒸汽导出口（36）经过的气体流量。

25.根据权利要求23所述的生物质气化设备，其特征在于，所述引风机（35）为变频引风机，用于调节从所述蒸汽导出口（36）经过的气体流量；还包括设置于所述蒸汽导出口（36）或连接所述蒸汽导出口（36）的蒸汽管道上的温度传感器（8），用于检测经过所述蒸汽导出口（36）的气体的温度。

26.一种生物质气化工艺，其特征在于，应用如权利要求1-25任一项所述的生物质气化设备，包括以下步骤：

S01、物料依次进行干燥、干馏，发生热解反应，得到热解气，热解气中含有生物质油、水蒸汽和燃气，物料升温至400~500℃；

S02、部分物料与含氧气体发生氧化反应，放出大量热，使反应温度升至600~900℃，物料在该温度下部分发生气化反应生成燃气和生物炭，大部分所述步骤S01中产生的生物质油在该温度下发生裂解反应生成燃气；

S03、热解气中的大部分生物质油在800~1000℃下被催化剂催化裂解，生成燃气；

S04、将生物炭与热解气进行分离。

27.根据权利要求26所述的生物质气化工艺，其特征在于，还包括步骤S05、通过含氧气态介质对所述步骤S04中分离得到的生物炭进行间壁冷却，所述含氧气态介质被所述生物炭加热后参与所述步骤S02中的部分物料的氧化反应。

28.根据权利要求26所述的生物质气化工艺，其特征在于，所述步骤S05还包括将所述步骤S04中分离得到的高温热解气用于对所述步骤S01中的物料进行间壁加热，对物料进行干燥和干馏。

29.根据权利要求28所述的生物质气化工艺，其特征在于，还包括步骤S06、对所述步骤S05中完成间壁加热的热解气进行冷凝净化，分离得到液态的生物质油、冷凝黑水和干净的燃气。

30.根据权利要求28所述的生物质气化工艺，其特征在于，还包括步骤S07、将所述步骤S06中冷凝分离得到的冷凝黑水对所述步骤S05中的经过含氧气态介质间壁冷却的高温生物炭进行喷淋冷却，生成水蒸汽，将该水蒸汽参与炭的高温水煤气气化反应和所述步骤S02和所述步骤S03的生物质油催化裂解反应；或者将所述步骤S06中冷凝分离得到的冷凝黑水作为初级产品进行深加工。

31.根据权利要求29所述的生物质气化工艺，其特征在于，还包括步骤S08、将所述步骤S06中冷凝分离得到的生物质油参与所述步骤S02和所述步骤S03中的催化裂解反应，生成燃气；或者将所述步骤S06中冷凝分离得到的生物质油作为工业原料进行深加工。

32.根据权利要求26-31任一项所述的生物质气化工艺，其特征在于，对所述步骤S02中的物料反应温度进行检测，根据检测的温度控制与物料发生氧化反应的含氧气体的量，以控制气化反应温度。

33.根据权利要求32所述的生物质气化工艺，其特征在于，当所述步骤S02中的物料温度过低、生物质与含氧气体难以发生反应时，通过电加热的方式对物料加热，当物料被加热到生物质自燃温度与含氧气体发生氧化反应，温度进一步提高时，停止电加热。

34.根据权利要求26-31任一项所述的生物质气化工艺，其特征在于，所述步骤S01中的物料在完成干燥后且在干馏之前还包括步骤S011：将物料干燥时产生的水蒸汽从干燥工艺中预先抽离出来，减少进入后续工艺的水蒸汽量。

35.根据权利要求34所述的生物质气化工艺，其特征在于，所述步骤S011中的水蒸汽的预先抽离操作为：检测从干燥工艺抽离出来的气体的温度，根据气体的温度判断气体中是否包含干馏工艺中产生的干馏气体，通过控制抽离出来的气体的流量，减少随干燥工艺中的蒸汽一起抽离出来的干馏气体的量。

36.根据权利要求35所述的生物质气化工艺，其特征在于，所述步骤S011中检测从干燥工艺抽离出来的气体的温度设定在100~130℃。

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