利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備的製作方法

2023-09-10 07:00:25

專利名稱：利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉屬於生物質原料炭化技術領域，特別涉及一種利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備。
背景技術：
生物質是植物通過光合作用產生的有機物，生物質能是太陽能的一種，生物質是太陽能最主要的吸收器和儲存器，作為植物生物質的主要成分——木質素和纖維素，每年約1640億噸的速度再生，如以能量換算相當於石油產量的15 20倍，如果這部分資源能夠得到很好的利用，人類相當於擁有一個取之不盡用之不竭的資源寶庫。而且，生物質來源於植物，燃燒後再生成二氧化炭，所以不會增加二氧化炭空氣中二氧化炭的含量，因此生物質與礦物質能源相比更為清潔。目前，生物質的利用處理一部分當做飼料以外，大部分採用氣化爐使其燃燒，並利用其燃燒過程中產生的可燃氣體作為能源再次利用，植物生物質(主要包括鋸末、林木枝杈、雜草、松針樹葉、各種果核、皮、農作物秸稈，牛羊畜糞，食用菌渣等)中的炭元素質量分數約為40%，其次為氫、氮、氧、鎂、矽、磷、鉀、鈣等微量元素。植物秸稈的有機成分以纖維素，半纖維素為主，質量分數佔50%。這些生物質原料，在缺氧條件下加熱或者燃燒，使之發生複雜的熱學化學反應的能量轉換過程，此過程實質上是生物質中的炭、氫、氧等元素的原子，在反應條件下按照化學鍵的成鍵原理，變成一氧化炭、甲烷、氫氣等可燃性氣體的分子， 這樣生物質中的大部分能源就能轉移到這些氣體中。現有的生物質氣化爐，也稱之為「秸稈氣化爐或者燃氣發生裝置」等，在氣化爐中， 分直燃(半氣化)式和導氣(制氣)式氣化爐。現有運行的氣化爐雖然對生物質原料進行了利用，但也存在著下列一些問題1、一些氣化爐對生物質原料要求比較高，必須把生物質原料粉碎成細小的顆粒， 因此必須添加功率較大的粉碎機，從而造成生物質利用的成本加大。由於原料破碎成細小顆粒，其運行溫度高達140 1300°C，雖然產出氣體中焦油成分及冷凝物含量較低，炭元素轉化率可達40%，但是由於運行溫度高，易燒結，使氣化爐發生結渣而喪失氣化功能，故選材較難，使可利用的生物質原料範圍變窄，不利於生物質利用的推廣。2、在燃燒過程中產生的木焦油問題是影響氣化的最大障礙。許多的氣化爐在氣化過程中對夾雜在可燃氣體中的木焦油沒有進行濾除，產生氣味並導致氣化在使用過程中木焦油粘附在各類燃燒器的噴嘴，使燃氣灶具、燃氣鍋爐或者燃氣發電機組無法長時間運行，這樣直接影響了生物質能源的利用。3、對生物質原料存放的環境要求及原料的單一使用，也是一些氣化爐無法推廣應用，有的氣化爐因為沒有水分分離裝置，而要求被氣化的原料含水量保持在4%以下，否則氣化處的氣體，因含水分過高而無法點燃，而目前生物質原料存放一般為露天存放，極易受到自然天氣的影響，如雨水和潮溼的環境容易使生物質原料變潮，在加上使用的原料單一， 影響了氣化爐的產量和質量，氣化爐工作的連續性將遭到破壞。
3[0009]4、造成對環境的汙染，許多氣化爐由於設計的缺陷，造成煙霧對大氣的汙染及難分解物質對土壤的破壞，許多氣化爐在氣化過程中產生了灰渣與木焦油混合在一起的混合物，由於木焦油具有極強的抗氧化性，所以這種混合物在自然條件下很難分解，大量混合物的產生會造成對土壤的破壞。5、許多功能完備的進口氣化爐設備，價格昂貴、投資額度大，回收周期長，影響生物質資源的利用。此外傳統的制炭工藝一般採用燜燒、乾餾燒制，上述傳統工藝具有資源浪費、生產周期長、產量低、而且質量差，同時在燜燒或乾餾燒制過程產生一定大氣汙染。
發明內容本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種資源利用率高，環保無汙染、生產周期短、無三廢排放、易於推廣的利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備。本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是一種利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備，包括炭化窯、引風機、淨化回收裝置以及尾氣處理裝置，其特徵在於所述炭化窯採用池式結構，池式炭化窯的底部設有風道，風道連接位於炭化窯底部側壁上的抽風口，抽風口連接位於炭化窯外側獨立設置的過濾淨化池，過濾淨化池內填充過濾淨化原料，過濾淨化池連接淨化回收裝置，所述淨化回收裝置的出氣口通過管道連接引風機，引風機的出風口連接氣相分離器，氣相分離器連接尾氣淨化回收裝置，氣相分離器上部安裝有防爆裝置。本實用新型還可以採用如下技術措施所述淨化回收裝置包括水浴淨化器、除焦器、冷凝分離器、冷凝循環水池、木醋酸液回收池、木焦油回收池，所述水浴淨化器的底部通過管道連接過濾淨化池的出氣口，水浴淨化器的廢液連接木醋酸回收池，水浴淨化器採用低進高出結構，水浴淨化器內部設有螺旋葉和水浴噴頭；所述水浴淨化器的出氣口連接除焦器，除焦器內設有過濾網板，由過濾網板分割的過濾腔，過濾腔內填充過濾原料，除焦器採用低進高出結構；所述除焦器的出氣口通過管道連接冷凝分離器，冷凝分離器連接冷凝循環水池，冷凝分離器內設有冷凝腔，冷凝腔內設有冷凝管，冷凝分離器的底部設有收集器；所述冷凝分離器的出氣口通過管道連接引風機。所述水浴淨化器內的水浴噴頭設置在水浴淨化器內的上下兩端成相對分布，所述水浴噴頭採用雙噴頭結構。所述冷凝分離器內的管道延伸到冷凝腔的底部。所述弓I風機採用羅茨風機。所述尾氣淨化回收裝置主要包括與氣相分離器連接氣液過濾器，氣液過濾器內設有篦板分割的過濾腔，過濾腔內填充焦炭，氣液過濾器的底部設有收集器，收集器連接木焦油回收池；所述氣液過濾器的出氣口通過管道連接氣液分離器，所述氣液分離器內壁兩側交叉設有蓋板，氣液分離器的底部設有收集器，收集器連接木醋酸回收池；所述氣液分離器的出氣口通過管道連接緩衝罐，緩衝罐上設有放空管；所述緩衝罐的出氣口通過管道連接液相分離器，液相分離器內填充有吸附原料，液相分離器的底部設有收集器；所述液相分離器的出氣口通過管道連接氣相分離器，氣相分離器內設有蓖板，由蓖板形成的分離腔內填充有吸附原料，氣相分離器的底部設有收集器；所述氣相分離器的出氣口通過管道連接氣相淨化器，氣相淨化器內設有設有蓖板，由蓖板形成的分離腔內填充有淨化原料，氣相淨化器的底部設有收集器；所述氣相淨化器的出氣口通過管道連接水封，水封的出氣口通過管道連接儲存氣櫃，儲存氣櫃的輸出管道連接乾燥器，乾燥器內填充乾燥劑，乾燥器的出氣口通過管道輸送用戶。本實用新型具有的優點和積極效果是由於本實用新型採用上述技術方案，使得與傳統的氣化爐和制炭工藝相比具有以下優點工藝周期大大縮短，產量高；炭化周期為8-10小時，是傳統炭化工藝的1/20。1、工藝過程無三廢排放，整個生產過程無廢氣、廢渣、廢液排出；減少了秸稈燃燒給環境造成的汙染，促進了環境保護與經濟協調，將會給農業產業結構調整、農民增收帶來巨大的收益，順應了目前農業糧食安全生產的發展趨勢。2、用此工藝技術生產出的生物質炭、生物質焦油、木醋酸液、生物質燃氣，均具有很高利用價值，這是一項將農、林廢棄物轉化為工業原料，實現再生能源的循環經濟工程。3、可以大幅度地提高生物質能的充分利用，加快秸稈炭化的產業化，可以帶動秸稈產業的深加工，為秸稈深加工增添了一個新的途徑，開發了一個新的項目，加快產業結構的調整。4、所產生的生物質炭塊，是工業、農業、軍事等行業的主要原料。5、可以將不同的原料同時混合放在炭化窯內同時炭化，改變了現有燒炭時樹幹直徑不得小於6cm、粗細不等的樹幹不能混燒的工藝過程。6、在炭化過程的同時，將生物質焦油、木醋酸液分離回收，改變了現有炭化工藝的環保水平低，生產中造成煙氣、焦油、木醋酸液的二次汙染。7、在炭化時採用控氧炭化工藝，改變了現有的炭化斷氧、燜燒乾餾的燒炭工藝，現有的燜燒制炭的工藝生產周期長，生產難以控制，產品收率低的現狀。8、在燒炭的過程中隨時可以添加原料，提高炭化產量，生產工藝流程操作簡單、安全。改變現有燜燒乾餾炭化的難以控制、產品收率低的現狀。9、提高工藝執行率和質量標準，縮短炭化周期，8-10小時可以生產2噸以上炭產品，是現有燜燒乾餾炭化168小時的炭化時間的1/20。10、節約了木材，保護了森林資源，保護了生態環境。另外本實用新型還具有結構簡單，操作方便、易於推廣等優點。

圖1是本實用新型結構示意圖。圖中1、炭化窯；1-1、風管；1-2、引風口 ；2、引風機；3、淨化回收裝置；3_1、水浴淨化器；3-2、除焦器；3-3、冷凝分離器；3-4、木焦油回收池；3-5、木醋酸回收池；3_6、冷凝循環水池；3-7、過濾淨化池；4、尾氣淨化回收裝置；4-1、氣液過濾器；4-2、收集器；4-3、氣液分離器；4-4、收集器；4-5、緩衝罐；4-6、放空管；4-7、液相分離器；4_8、收集器；4_9、氣相分離器；4-4、收集器；4-11、氣相淨化器；4-12、收集器；4-13、水封機構；4_14、儲存氣櫃； 4-15、乾燥器；5、氣相分離器；6、防爆裝置。
具體實施方式
為能進一步了解本實用新型的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下請參閱圖1，一種利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備，包括炭化窯1、 引風機2、淨化回收裝置3以及尾氣處理裝置4，所述炭化窯1採用池式結構，池式炭化窯的底部設有風管1-1，風道1-1連接位於炭化窯1底部側壁上的抽風口 1-2，抽風口 1-2連接位於炭化窯外側獨立設置的過濾較大顆粒的過濾淨化池3-7，過濾淨化池5內填充過濾淨化原料，此淨化根據生物質原料的不同可以選擇為玉米芯、焦炭、鮑爾環、活性炭等具有吸附過濾功能的原料，過濾淨化池連接淨化回收裝置3，淨化回收裝置包括水浴淨化器3-1、 除焦器3-2、冷凝分離器3-3、冷凝循環水池3-6、木醋酸液回收池3-5、木焦油回收池3-4，所述水浴淨化器3-1的底部通過管道連接過濾淨化池5的出氣口，水浴淨化器3-1連接木醋酸回收池3-5，水浴淨化器3-1採用低進高出結構，水浴淨化器內部設有水浴噴頭，為了達到更好水浴效果，所述水浴噴頭採用雙噴頭結構，所述水浴淨化器內的水浴噴頭設置在水浴淨化器內的上下兩端成相對分布；所述水浴淨化器3-1的出氣口連接除焦器3-2，除焦器
3-2內設有過濾網板，由過濾網板分割的過濾腔，過濾腔內填充過濾原料，除焦器採用低進高出結構；所述除焦器3-2的出氣口通過管道連接冷凝分離器3-3，冷凝分離器3-3連接冷凝循環水池3-6，冷凝分離器3-3內設有冷凝腔，冷凝腔內設有冷凝管，冷凝分離器3-3的底部設有收集器，為了進一步達到冷凝效果，所述冷凝分離器內的管道延伸到冷凝腔的底部， 氣體從底部向上流動，延長了冷凝路線。所述冷凝分離器3-3的出氣口通過管道連接引風機2，引風機2的出風口連接氣相分離器5，氣相分離器5連接尾氣淨化回收裝置4，採用該尾氣淨化回收裝置方式引風機採用羅茨風機，氣相分離器上部安裝有防爆裝置6，該防爆裝置屬於公知技術。尾氣淨化回收裝置4主要包括與氣相分離器5連接氣液過濾器4-1，氣液過濾器
4-1內設有篦板分割的過濾腔，過濾腔內填充焦炭，氣液過濾器4-1的底部設有收集器4-2， 收集器連接木焦油回收池3-4;所述氣液過濾器4-1的出氣口通過管道連接氣液分離器 4-3，所述氣液分離器4-3內壁兩側交叉設有蓋板，氣液分離器的底部設有收集器4-4，收集器4-4連接木醋酸回收池3-5 ；所述氣液分離器4-3的出氣口通過管道連接緩衝罐4-5，緩衝罐4-5上設有放空管4-6 ；所述緩衝罐4-5的出氣口通過管道連接液相分離器4-7，液相分離器4-7內填充有吸附原料，液相分離器4-7的底部設有收集器4-8 ；所述液相分離器 4-7的出氣口通過管道連接氣相分離器4-9，氣相分離器4-9內設有蓖板，由蓖板形成的分離腔內填充有吸附原料，氣相分離器4-9的底部設有收集器4-4 ；所述氣相分離器4-4的出氣口通過管道連接氣相淨化器4-11，氣相淨化器4-11內設有設有蓖板，由蓖板形成的分離腔內填充有淨化原料，氣相淨化器4-11的底部設有收集器4-12 ；所述氣相淨化器4-11的出氣口通過管道連接水封4-13，水封4-13的出氣口通過管道連接儲存氣櫃4-14，儲存氣櫃 4-14的輸出管道連接乾燥器4-15，乾燥器4-15內填充乾燥劑，乾燥器的出氣口通過管道輸送用戶。請參閱圖1，使用方法1、原料收集處理將收集的生物質原料根據大小進行分類入庫，對於體積較大的生物質原料進行粉碎；[0041]2、入窯將上述處理的生物質原料放入炭化窯，放置的生物質原料為單一原料或者混合原料；在生物質原料入窯時，保證原料上表面平整，避免出現原料的空隙，生物質原料裝滿炭化窯。3、炭化窯內生物質原料表面處理在上述炭化窯內的表面平整的生物質原料的上表面覆蓋一層碎料，碎料的厚度根據生物質原料的厚度來確定，一般碎料的厚度在2 5 cm ；4、點火採用上點火，在炭化窯的上表面均勻點火；5、開啟引風機通過控制炭化窯內的氧氣供給量保證生物質原料在炭化窯內乾餾炭化，進行反應；利用引風機的開停時間的長短進行氧含量的控制，引風機開機30分鐘，然後停30分鐘，邊炭化邊添加生物質原料，重複上述步驟8-10小時。6、淨化回收處理通過控制引風機控制煙氣的流動速度，使得含有塵、水的煙氣以 15 25m/s的速度由抽風管道進入淨化回收裝置；淨化回收裝置包括水浴淨化器、除焦器、 冷凝分離器、冷凝循環水池、木醋酸回收池、木焦油回收池；水浴淨化器的循環水來自木醋酸回收池，一開始自木醋酸回收池內盛放的淨水，經過水浴淨化，將煙氣進行水洗，部分木醋酸被循環水帶走形成木醋酸溶液；除焦器連接木焦油回收池，木焦油與水混合將沉澱在木焦油回收底部，定期清理收集；7、尾氣淨化回收裝置利用尾氣淨化回收裝置集中收集生物質燃氣；8、間隔炭化8 10小時，完成炭化窯內生物質原料的炭化過程，在其表面均勻噴灑清水，把火熄滅即可出炭。9、炭化後的生物質炭、木焦油、木醋酸溶液的收集和處理。上述炭化過程中，除了風機及粉碎機消耗能量外，無需提供額外的能源，更重要的是在炭化過程中沒有煙塵的排放，並將木焦油、木醋酸進行分離回收，不僅不會對大氣及土壤造成汙染，而且保證了炭化氣的產量和質量。本裝置可以將各種原料混合在一起燃燒乾餾、炭化，改變了生物質原料單一利用的局面和農作物秸稈焚燒現象，擴大了生物質原料利用的範圍，增加了炭化爐的工作連續性，穩定高品質燃氣收集，同時還可以匹配相應的發電設備，將電力供給用戶或者自用，這將有助於緩解電力能源的緊張局面，此外還將獲得長久的經濟價值，並且利用生物質發電符合國家倡導支持的節能環保項目，有廣闊的市場前景。
權利要求1.一種利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備，包括炭化窯、引風機、淨化回收裝置以及尾氣處理裝置，其特徵在於所述炭化窯採用池式結構，池式炭化窯的底部設有風道，風道連接位於炭化窯底部側壁上的抽風口，抽風口連接位於炭化窯外側獨立設置的過濾淨化池，過濾淨化池內填充過濾淨化原料，過濾淨化池連接淨化回收裝置，所述淨化回收裝置的出氣口通過管道連接引風機，引風機的出風口連接氣相分離器，氣相分離器連接尾氣淨化回收裝置，氣相分離器上部安裝有防爆裝置。
2.根據權利要求1所述的利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備，其特徵在於所述淨化回收裝置包括水浴淨化器、除焦器、冷凝分離器、冷凝循環水池、木醋酸液回收池、木焦油回收池，所述水浴淨化器的底部通過管道連接過濾淨化池的出氣口，水浴淨化器的廢液連接木醋酸回收池，水浴淨化器採用低進高出結構，水浴淨化器內部設有螺旋葉和水浴噴頭；所述水浴淨化器的出氣口連接除焦器，除焦器內設有過濾網板，由過濾網板分割的過濾腔，過濾腔內填充過濾原料，除焦器採用低進高出結構；所述除焦器的出氣口通過管道連接冷凝分離器，冷凝分離器連接冷凝循環水池，冷凝分離器內設有冷凝腔，冷凝腔內設有冷凝管，冷凝分離器的底部設有收集器；所述冷凝分離器的出氣口通過管道連接引風機。
3.根據權利要求2所述的利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備，其特徵在於所述水浴淨化器內的水浴噴頭設置在水浴淨化器內的上下兩端成相對分布，所述水浴噴頭採用雙噴頭結構。
4.根據權利要求2所述的利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備，其特徵在於所述冷凝分離器內的管道延伸到冷凝腔的底部。
5.根據權利要求1至4所述的利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備，其特徵在於所述引風機採用羅茨風機。
6.根據權利要求7所述的利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備，其特徵在於所述尾氣淨化回收裝置主要包括與氣相分離器連接氣液過濾器，氣液過濾器內設有篦板分割的過濾腔，過濾腔內填充焦炭，氣液過濾器的底部設有收集器，收集器連接木焦油回收池；所述氣液過濾器的出氣口通過管道連接氣液分離器，所述氣液分離器內壁兩側交叉設有蓋板，氣液分離器的底部設有收集器，收集器連接木醋酸回收池；所述氣液分離器的出氣口通過管道連接緩衝罐，緩衝罐上設有放空管；所述緩衝罐的出氣口通過管道連接液相分離器，液相分離器內填充有吸附原料，液相分離器的底部設有收集器；所述液相分離器的出氣口通過管道連接氣相分離器，氣相分離器內設有蓖板，由蓖板形成的分離腔內填充有吸附原料，氣相分離器的底部設有收集器；所述氣相分離器的出氣口通過管道連接氣相淨化器，氣相淨化器內設有設有蓖板，由蓖板形成的分離腔內填充有淨化原料，氣相淨化器的底部設有收集器；所述氣相淨化器的出氣口通過管道連接水封，水封的出氣口通過管道連接儲存氣櫃，儲存氣櫃的輸出管道連接乾燥器，乾燥器內填充乾燥劑，乾燥器的出氣口通過管道輸送用戶。
專利摘要本實用新型涉及一種利用各種生物質原料製備炭、氣、油的聯產設備，包括炭化窯、引風機、淨化回收裝置以及尾氣處理裝置，其特徵在於所述炭化窯採用池式結構，池式炭化窯連接過濾淨化池，過濾淨化池連接淨化回收裝置，淨化回收裝置連接引風機，引風機連接氣相分離器，氣相分離器連接尾氣淨化回收裝置。本實用新型可以將各種原料混合在一起燃燒乾餾、炭化，改變了生物質原料單一利用的局面，擴大了生物質原料利用的範圍，本實用新型可生產出的生物質炭、生物質焦油、木醋酸液、生物質燃氣，均具有很高利用價值，此外與傳統悶燒制炭相比縮短了生產周期，提高了產量和質量，而且獲得副產品其可作為工業原料。
文檔編號C10K1/00GK202030705SQ20102069239
公開日2011年11月9日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者李振坤, 李澤申, 馬春山 申請人:天津市樹榮生物碳寶科技有限公司