一種用於生物質固體的脫水工藝及設備的製作方法

2023-10-04 23:29:54 2

專利名稱：一種用於生物質固體的脫水工藝及設備的製作方法
技術領域：
本發明一種用於生物質固體的脫水工藝及設備，屬於生物質脫水的技術領域。
背景技術：
生物質是指通過光合作用而形成的各種有機 體，包括所有的動植物和微生物。而所謂生物質能(biomass energy),就是太陽能以化學能形式忙存在生物質中的能量形式，它直接或間接地來源於綠色植物的光合作用，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時也是唯一一種可再生的碳源。目前，很多國家都在積極研究和開發利用生物質能。生物質能蘊藏在植物、動物和微生物等可以生長的有機物中，通常包括木材、及森林廢棄物、農業廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業有機廢棄物、動物糞便等。但在生物質能源利用過程中，由於生物質中生物細胞的存在，使生物質中的含水率很高，且不易去除，所以很多生物質由於含有大量的水而具有負的燃值，這就需要在生物質作為燃料利用前，通過各種手段，最大程度的降低生物質中的含水率，從而使生物質在作為燃料輸出生物質能的過程中，自身儘量減少因為蒸發水分而消耗的能源。例如城市汙水處理廠產生的汙泥，是指處理汙水過程中所產生的固形沉澱物和以不同形式存在的水的混合物，是一種有機廢棄物，也是生物質的一種。由於汙泥中含有大量的有機物，有一定的熱值，現在汙泥進行能源再利用的方法主要是汙泥焚燒，一種是直接和燃料混合燃燒，例如和煤粉進行混合燃燒發電，另一種是進行幹化造粒，然後再作為燃料使用。但由於生物質中細胞的存在，使內部水、吸附水和毛細水與汙泥顆粒的結合程度很高，即使進行了濃縮脫水處理，汙泥含水率仍高達80%左右。高的含水率使汙泥具有負的熱值，需要消耗大量的燃料去除汙泥中的水分，所以幹化和焚燒的成本都非常高。

發明內容
本發明克服現有技術的不足，要解決的技術問題是提供一種消耗少量的能源，使生物質固體中的細胞破裂，水分析出，大大降低生物質固體含水率，提高生物質固體燃值的工藝及設備。為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為一種用於生物質固體的脫水工藝，按照下述步驟進行
第一步,破碎待處理的生物質固體,使生物質固體的直徑小於3_ ；
第二步，過濾破碎後的生物質固體，將石子等雜物過濾掉；
第三步，通過壓力泵將過濾得到的生物質固體送入加熱裝置，並加熱至210°C以上，然後進入壓力為3-9Mpa的壓力容器中停留10-30分鐘，得到生物質固體裂解液，所述壓力容器中的溫度保持在210-300°C ；
第四步，從壓力容器中出來的生物質固體裂解液進入冷卻裝置中冷卻到100°C以下； 第五步，將冷卻後的生物質固體裂解液送入脫水機中脫水。所述第二步和第三步之間增加對生物質固體進行加熱，或微波處理，或化學調質的步驟，來改善生物質固體的流動性。所述第四步中從壓力容器中出來的生物質固體裂解液先經過熱交換進行熱量回收後再進入冷卻裝置進行冷卻，回收的熱量用於對過濾後的生物質固體加熱，改善生物質固體的流動性。一種用於生物質固體的脫水設備，包括破碎裝置、過濾裝置、加熱裝置、壓力容器、冷卻裝置、儲液池和脫水機，破碎裝置的入口與盛裝生物質固體的料倉的出口通過輸送機相連，破碎裝置的出口與過濾裝置的入口相連，過濾裝置的出口通過第一壓力泵與加熱裝置的入口相連，加熱裝置的出口與壓力容器的入口相連，壓力容器的出口與冷卻裝置的入口相連，冷卻裝置的出口連接在儲液池的入口上，儲液池的出口通過裂解液輸送泵與脫水機相連；所述的加熱裝置還與熱媒加熱器連接。所述第一壓力泵與加熱裝置之間連接有熱量回收裝置，所述壓力容器的出口通過熱量回收裝置與冷卻裝置的入口相連，從壓力容器中出來的生物質固體裂解液在所述的熱量回收裝置中對剛經過過濾的生物質固體進行加熱，改善生物質固體的流動性。
所述第一壓力泵與加熱裝置之間連接有熱量回收裝置，所述壓力容器與冷卻裝置之間連接有中間換熱器，中間換熱器與熱量回收裝置相連。所述的第一壓力泵與加熱裝置之間連接有微波處理裝置或化學調質處理裝置。所述冷卻裝置和儲液池之間安裝有減壓閥。所述加熱裝置與壓力容器之間連接有第三壓力泵。所述的熱量回收裝置、加熱裝置、冷卻裝置和中間換熱器為管殼式換熱器，或為套管式換熱器，或為板殼式換熱器，或為單通道方形流道換熱器。本發明與現有技術相比具有以下有益效果。本發明消耗少量的能源，將生物質固體加熱到一定溫度，再施加一定的壓力，使生物質固體中的細胞破裂，水分析出，再經過脫水，大大降低了生物質固體的含水率，提高了生物質固體的燃值。


下面結合附圖對本發明一種用於生物質固體的脫水設備做進一步的說明。圖I為本發明的結構示意圖，也是實施例一的結構示意圖。圖2為本發明實施例二的結構示意圖。圖3為本發明實施例三的結構示意圖。圖4為本發明實施例四的結構示意圖。圖中1為料倉,2為輸送機,3為破碎裝置,4為過濾裝置,5為第一壓力泵,6為熱量回收裝置，7為第二壓力泵，8為加熱裝置，9為第三壓力泵，10為壓力容器，11為熱媒加熱器，12為冷卻裝置，13為儲液池，14為裂解液輸送泵，15為脫水機，16為加藥裝置，17為微波處理裝置，18為中間換熱器。
具體實施例方式本發明一種用於生物質固體的脫水工藝，按照下述步驟進行
第一步,破碎待處理的生物質固體,使生物質固體的直徑小於3_ ；第二步，過濾破碎後的生物質固體，將石子等雜物過濾掉；
第三步，通過壓力泵將過濾得到的生物質固體送入加熱裝置8，並加熱至210°C以上，然後進入壓力為3-9Mpa的壓力容器10中停留10-30分鐘，得到生物質固體裂解液，所述壓力容器10中的溫度保持在210-300°C ；第四步，從壓力容器10中出來的生物質固體裂解液進入冷卻裝置12中冷卻到100°C以
下；
第五步，將冷卻後的生物質固體裂解液送入脫水機15中脫水。所述第二步和第三步之間增加對生物質固體進行加熱，或微波處理，或化學調質的步驟，來改善生物質固體的流動性。所述第四步中從壓力容器10中出來的生物質固體裂解液先經過熱交換進行熱量回收後再進入冷卻裝置12進行冷卻，回收的熱量用於對過濾後的生物質固體加熱，改善生物質固體的流動性。下面對本發明一種用於生物質固體的脫水設備做詳細說明。實施例一
如圖I所示，本發明一種用於生物質固體的脫水設備，包括破碎裝置3、過濾裝置4、加熱裝置8、壓力容器10、冷卻裝置12、儲液池13和脫水機15，破碎裝置3的入口與盛裝生物質固體的料倉I的出口通過輸送機2相連，破碎裝置3的出口與過濾裝置4的入口相連，過濾裝置4的出口通過第一壓力泵5與加熱裝置8的入口相連，加熱裝置8的出口與壓力容器10的入口相連，壓力容器10的出口與冷卻裝置12的入口相連，冷卻裝置12的出口連接在儲液池13的入口上，儲液池13的出口通過裂解液輸送泵14與脫水機15相連；所述的加熱裝置8還與熱媒加熱器11連接。所述冷卻裝置12和儲液池13之間安裝有減壓閥。所述加熱裝置8與壓力容器10之間連接有第三壓力泵9。所述的加熱裝置8和冷卻裝置12為管殼式換熱器，或為套管式換熱器，或為板殼式換熱器，或為單通道方形流道換熱器。實施例二
如圖2所示，本發明一種用於生物質固體的脫水設備，包括破碎裝置3、過濾裝置4、加熱裝置8、壓力容器10、冷卻裝置12、儲液池13和脫水機15，破碎裝置3的入口與盛裝生物質固體的料倉I的出口通過輸送機2相連，破碎裝置3的出口與過濾裝置4的入口相連，過濾裝置4的出口通過第一壓力泵5與加熱裝置8的入口相連，加熱裝置8的出口與壓力容器10的入口相連，壓力容器10的出口與冷卻裝置12的入口相連，冷卻裝置12的出口連接在儲液池13的入口上，儲液池13的出口通過裂解液輸送泵14與脫水機15相連；所述的加熱裝置8還與熱媒加熱器11連接。所述第一壓力泵5與加熱裝置8之間連接有熱量回收裝置6，所述壓力容器10的出口通過熱量回收裝置6與冷卻裝置12的入口相連，從壓力容器10中出來的生物質固體裂解液在所述的熱量回收裝置6中對剛經過過濾的生物質固體進行加熱，改善生物質固體的流動性。所述冷卻裝置12和儲液池13之間安裝有減壓閥。所述加熱裝置8與壓力容器10之間連接有第三壓力泵9。
所述的熱量回收裝置6、加熱裝置8和冷卻裝置12為管殼式換熱器，或為套管式換熱器，或為板殼式換熱器，或為單通道方形流道換熱器。實施例三
如圖3所示，本發明一種用於生物質固體的脫水設備，包括破碎裝置3、過濾裝置4、加熱裝置8、壓力容器10、冷卻裝置12、儲液池13和脫水機15，破碎裝置3的入口與盛裝生物質固體的料倉I的出口通過輸送機2相連，破碎裝置3的出口與過濾裝置4的入口相連，過濾裝置4的出口通過第一壓力泵5與加熱 裝置8的入口相連，加熱裝置8的出口與壓力容器10的入口相連，壓力容器10的出口與冷卻裝置12的入口相連，冷卻裝置12的出口連接在儲液池13的入口上，儲液池13的出口通過裂解液輸送泵14與脫水機15相連；所述的加熱裝置8還與熱媒加熱器11連接。所述第一壓力泵5與加熱裝置8之間連接有熱量回收裝置6，所述壓力容器10與冷卻裝置12之間連接有中間換熱器18，中間換熱器18與熱量回收裝置6相連。所述冷卻裝置12和儲液池13之間安裝有減壓閥。所述加熱裝置8與壓力容器10之間連接有第三壓力泵9。所述的熱量回收裝置6、加熱裝置8、冷卻裝置12和中間換熱器18為管殼式換熱器，或為套管式換熱器，或為板殼式換熱器，或為單通道方形流道換熱器。實施例四
如圖4所示，本發明一種用於生物質固體的脫水設備，包括破碎裝置3、過濾裝置4、加熱裝置8、壓力容器10、冷卻裝置12、儲液池13和脫水機15，破碎裝置3的入口與盛裝生物質固體的料倉I的出口通過輸送機2相連，破碎裝置3的出口與過濾裝置4的入口相連，過濾裝置4的出口通過第一壓力泵5與加熱裝置8的入口相連，加熱裝置8的出口與壓力容器10的入口相連，壓力容器10的出口與冷卻裝置12的入口相連，冷卻裝置12的出口連接在儲液池13的入口上，儲液池13的出口通過裂解液輸送泵14與脫水機15相連；所述的加熱裝置8還與熱媒加熱器11連接。所述的第一壓力泵5與加熱裝置8之間連接有微波處理裝置17，微波處理裝置17可用化學調質處理裝置代替。所述冷卻裝置12和儲液池13之間安裝有減壓閥。所述加熱裝置8與壓力容器10之間連接有第三壓力泵9。所述的加熱裝置8和冷卻裝置12為管殼式換熱器，或為套管式換熱器，或為板殼式換熱器，或為單通道方形流道換熱器。所述的生物質固體是由固體、固體所含的或所吸附的液體組成的含水率較高的生物質固體。所述的破碎裝置3可以是切割機、研磨機等；所述的過濾裝置4為將生物質固體和石子、鐵渣等雜物分離的過濾器；所述的化學調質處理裝置為用加鹼性物質來實現改善生物質固體流動性的裝置；不管是採用加熱還是微波處理還是化學調質處理，都是為了減小生物質固體在輸送過程中的摩擦阻力，來達到改善流動性的目的。料倉I用來接收生物質固體，料倉I內有滑架裝置，防止生物質固體架橋，如果料倉I建在室外，在寒冷地區需要設置保溫措施。料倉I的底部有卸料閥門，通過卸料閥門的開度可以調整生物質固體的輸出量。由料倉I輸出的生物質固體通過輸送機2進入後續系統，輸送機2可以採用螺旋輸送機、皮帶機等，輸送機2可以通過變頻控制速度，以此來控制生物質固體的供應量。如果輸送機2位於室外，在寒冷地區也需要設置保溫措施。生物質固體經過破碎裝置3和過濾裝置4後，通過第一壓力泵5進入後續系統，生物質固體中的纖維物、毛髮等被破碎裝置3切碎，生物質固體中的石子、鐵渣等雜物被過濾裝置4截留，以此來保護後續系統設備經過破碎、過濾後的生物質固體被第一壓力泵5輸送至加熱裝置8，生物質固體在加熱裝置8內被加熱到210-300°C，熱量由熱媒加熱器11提供。為生物質固體加熱的熱交換媒質為導熱油，為導熱油加熱的熱媒加熱器11為燃煤導熱油爐、或者為電導熱油爐和天燃氣導熱油爐。由加熱裝置8出來的生物質固體進入壓力容器10中，壓力容器10內的壓力範圍為3-9Mpa，生物質固體的溫度為210-300°C，停留時間為10-30分鐘，如果第一壓力泵5不能滿足壓力容器10內的壓力要求，則需要在壓力容器10前增加第三壓力泵9。此時，生物質固體中的生物細胞已經充分裂解，水分以自由水的形態析出，生物質固體已經變為液態，稱之為生物質固體裂解液。保持壓力容器10內溫度的方法有兩種，一是利用外部熱源在壓力容器10中繼續對生物質固體加熱，以補償生物質固體在壓力容器10中停留時所損失的熱量以及生物質固體中生物細胞裂解時所吸收的熱量；二是提高進入壓力容器10時生物質固體的溫度，使生物質固體在損失熱量或吸收熱量後，生物質固體的溫度仍然高於使生物質固體中細胞充分裂解的溫度。生物質固體裂解液由壓力容器10出來後，進入冷卻裝置12進行冷卻，由冷卻裝置12出來的生物質固體裂解液的溫度降到100°C以下。冷卻後的生物質固體裂解液在泵的作用下進入儲液池13，儲液池13中安裝有攪拌裝置或曝氣裝置，使生物質固體裂解液不發生沉澱。儲液池13中的生物質固體裂解液被裂解液輸送泵14打入脫水機15，同時加藥裝置16向脫水機15投加脫水絮凝劑，生物質固體裂解液中的水分被脫出，並得到含水率低於50%的脫水產物。其中，脫水機15及加藥裝置16為現有技術。如果經破碎、過濾後的生物質固體流動性不好，那麼在進入加熱裝置8前需要改善其流動性，即安裝改善流動性的裝置，改善流動性可以用加熱的方法，也可以用微波處理或化學調質處理的方法。採用加熱的方法時，用能量回收裝置或能量回收裝置加中間換熱器18的方式，將從壓力容器10中出來的生物質固體裂解液的一部分熱量回收，用於加熱過濾後的生物質固體，改善其流動性。改善生物質固體流動性的裝置安裝在第一壓力泵5和加熱裝置8之間，如果生物質固體從改善流動性的裝置中出來後壓力不夠，則在改善流動性的裝置與加熱裝置8之間再安裝一個第二壓力泵7。
權利要求
1.一種用於生物質固體的脫水工藝，其特徵在於按照下述步驟進行第一步,破碎待處理的生物質固體,使生物質固體的直徑小於3_ ；第二步，過濾破碎後的生物質固體，將石子等雜物過濾掉；第三步，通過壓力泵將過濾得到的生物質固體送入加熱裝置(8)，並加熱至210°C以上，然後進入壓力為3-9Mpa的壓力容器(10)中停留10-30分鐘，得到生物質固體裂解液，所述壓力容器(10)中的溫度保持在210-300°C ；第四步，從壓力容器(10)中出來的生物質固體裂解液進入冷卻裝置(12)中冷卻到100°C以下；第五步，將冷卻後的生物質固體裂解液送入脫水機(15)中脫水。
2.根據權利要求I所述的一種用於生物質固體的脫水工藝，其特徵在於所述第二步和第三步之間增加對生物質固體進行加熱，或微波處理，或化學調質的步驟，來改善生物質固體的流動性。
3.根據權利要求2所述的一種用於生物質固體的脫水工藝，其特徵在於所述第四步中從壓力容器(10)中出來的生物質固體裂解液先經過熱交換進行熱量回收後再進入冷卻裝置(12)進行冷卻，回收的熱量用於對過濾後的生物質固體加熱，改善生物質固體的流動性。
4.一種如權利要求I所述的用於生物質固體的脫水工藝中所用的脫水設備，包括破碎裝置(3)、過濾裝置(4)、加熱裝置(8)、壓力容器(10)、冷卻裝置(12)、儲液池(13)和脫水機(15 )，其特徵在於破碎裝置(3 )的入口與盛裝生物質固體的料倉(I)的出口通過輸送機(2)相連，破碎裝置(3)的出口與過濾裝置(4)的入口相連，過濾裝置(4)的出口通過第一壓力泵(5)與加熱裝置(8)的入口相連，加熱裝置(8)的出口與壓力容器(10)的入口相連，壓力容器(10)的出口與冷卻裝置(12)的入口相連，冷卻裝置(12)的出口連接在儲液池(13)的入口上，儲液池(13)的出口通過裂解液輸送泵(14)與脫水機(15)相連；所述的加熱裝置(8 )還與熱媒加熱器(11)連接。
5.根據權利要求4所述的一種用於生物質固體的脫水設備，其特徵在於所述第一壓力泵(5)與加熱裝置(8)之間連接有熱量回收裝置(6)，所述壓力容器(10)的出口通過熱量回收裝置(6)與冷卻裝置(12)的入口相連，從壓力容器(10)中出來的生物質固體裂解液在所述的熱量回收裝置(6)中對剛經過過濾的生物質固體進行加熱，改善生物質固體的流動性。
6.根據權利要求4所述的一種用於生物質固體的脫水設備，其特徵在於所述第一壓力泵(5)與加熱裝置(8)之間連接有熱量回收裝置(6)，所述壓力容器(10)與冷卻裝置(12)之間連接有中間換熱器(18 )，中間換熱器(18 )與熱量回收裝置(6 )相連。
7.根據權利要求4所述的一種用於生物質固體的脫水設備，其特徵在於所述的第一壓力泵(5 )與加熱裝置(8 )之間連接有微波處理裝置(17)或化學調質處理裝置。
8.根據權利要求4所述的一種用於生物質固體的脫水設備，其特徵在於所述冷卻裝置(12 )和儲液池(13 )之間安裝有減壓閥。
9.根據權利要求4所述的一種用於生物質固體的脫水設備，其特徵在於所述加熱裝置(8)與壓力容器(10)之間連接有第三壓力泵(9)。
10.根據權利要求6所述的一種用於生物質固體的脫水設備，其特徵在於所述的熱量回收裝置(6)、加熱裝置(8)、冷卻裝置(12)和中間換熱器(18)為管殼式換熱器，或為套管 式換熱器，或為板殼式換熱器，或為單通道方形流道換熱器。
全文摘要
本發明一種用於生物質固體的脫水工藝及設備，屬於生物質脫水的技術領域；要解決的技術問題是提供一種消耗少量的能源，使生物質固體中的細胞破裂，水分析出，大大降低生物質固體含水率，提高生物質固體燃值的工藝及設備。採用的技術方案為一種用於生物質固體的脫水工藝，按照下述步驟進行第一步，破碎生物質固體；第二步，過濾破碎後的生物質固體；第三步，將生物質固體送入加熱裝置加熱，然後進入壓力容器中停留10分鐘，得到生物質固體裂解液；第四步，生物質固體裂解液進入冷卻裝置中冷卻；第五步，送入脫水機中脫水；本發明特別適於對含水率較高的生物質固體進行脫水處理。
文檔編號C02F11/12GK102636006SQ20121011258
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月17日 優先權日2012年4月17日
發明者史英君, 楊金凱, 胡忠民, 趙治平, 韓磊 申請人:太原正陽環境工程有限公司