專利名稱：生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及利用含碳生物質(zhì)原料制備高溫氣化用高能量密度的生物質(zhì)木炭和以氣態(tài)形式存在的高熱值揮發(fā)性可燃燒熱解氣體的方法和裝備，具體地指一種生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝及其設(shè)備，該設(shè)備是生物質(zhì)高溫氣化制造合成氣的前期處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)是植物通過光合作用生成的含碳物質(zhì)，儲量豐富，是一種可再生的能源。在石油資源日益減少的情況下，高效利用可再生的生物質(zhì)能源是迫在眉睫的問題。將生物質(zhì)氣化生產(chǎn)各種合成氣一直是工程技術(shù)人員重點研究的問題。
工程上常將含碳物料破碎成較小的顆粒，在高溫下進行氣化反應(yīng)來生產(chǎn)合成氣。目前存在的含碳物料的氣化方法，基本可以分為固定床氣化法、流化床氣化法和氣流床氣化法三大類。但生物質(zhì)原料中纖維素和木質(zhì)素較多，韌性較強，一方面其不容易通過物理方法粉碎為適合于上述氣化方法的較小顆粒，另一方面其含水量較大，氣化過程中容易生成無熱值的H2O，稀釋了氣化產(chǎn)物，降低了合成氣的品質(zhì)。因此，工程上一般不是簡單地用上述方法將生物質(zhì)直接氣化，而是通過熱解破壞生物質(zhì)中纖維素和木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)的方法，使生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)木炭和可燃燒熱解氣，再將生物質(zhì)木炭磨碎為較小的顆粒進行高溫氣化，生產(chǎn)熱值較高的合成氣。
然而，生物質(zhì)原料的初始含水量約30％左右，經(jīng)過常規(guī)干燥或風(fēng)干后的生物質(zhì)原料的含水量一般也有15～20％。現(xiàn)有的生物質(zhì)木炭化工藝一般只對生物質(zhì)原料進行常規(guī)的風(fēng)干或干燥處理，生物質(zhì)原料的含水率仍然較高，這樣的濕物料在炭化過程中所蒸發(fā)出的水份存留在炭化后產(chǎn)生的可燃燒熱解氣中，既降低了熱解氣的熱值，又因其吸收炭化系統(tǒng)的熱量而降低了系統(tǒng)的熱效率。
公開號為CN1710023A的中國發(fā)明專利申請公開說明書提出了一種低焦油生物質(zhì)氣化方法和裝置。該方法首先使生物質(zhì)發(fā)生炭化反應(yīng)生成熱解氣和生物質(zhì)木炭，再使生物質(zhì)木炭發(fā)生還原反應(yīng)制造合成氣。該方法在生物質(zhì)的炭化過程中無氧化劑通入，采用外熱源給炭化反應(yīng)器供熱，雖然減少了生物質(zhì)原料的自熱燃燒量，但進行炭化處理的生物質(zhì)原料沒有深度脫水過程，這種濕生物質(zhì)原料所含有的水份和炭化反應(yīng)所產(chǎn)生的水份都存留于炭化過程產(chǎn)生的熱解氣中，導(dǎo)致熱解氣無用成分份增多、熱值降低，不利于熱解氣的進一步利用。該裝置采用外熱源單一地調(diào)節(jié)控制炭化反應(yīng)器的溫度，溫度調(diào)節(jié)效果較差、滯后性明顯，特別是炭化反應(yīng)器在開車工況下需要長時間地預(yù)熱，存在啟動困難、熱效率低下的缺陷。
公開號為CN1710022A的中國發(fā)明專利申請公開說明書中提出了一種生產(chǎn)生物質(zhì)炭化燃?xì)獾姆椒胺椿鹕镔|(zhì)炭化燃?xì)獍l(fā)生爐。該發(fā)生爐將生物質(zhì)的炭化反應(yīng)器分上下兩層布置，生物質(zhì)物料的氧化過程、還原過程和炭化過程集中在一個爐膛中進行。炭化反應(yīng)器上層燃燒部分生物質(zhì)，燃燒產(chǎn)生的高溫尾氣通入炭化反應(yīng)器下層，將炭化反應(yīng)器下層的生物質(zhì)木炭化，所產(chǎn)生的熱解氣和上層燃燒尾氣混合為中熱值的氣體，被抽吸出炭化反應(yīng)器外，所產(chǎn)生的生物質(zhì)木炭從下層排出。該發(fā)生爐僅利用燃燒一部分生物質(zhì)原料為炭化其他生物質(zhì)原料提供熱量，在干餾過程中也沒有物料攪拌措施，炭化反應(yīng)器下層容易因局部過熱產(chǎn)生粘結(jié)，炭化過程生成可燃?xì)怏w中因燃燒尾氣混合而產(chǎn)生的H2O、CO2量較多，因自然生物質(zhì)木炭的產(chǎn)量較少，炭化過程的可燃?xì)怏w的產(chǎn)品熱值不高，炭化系統(tǒng)生產(chǎn)效率偏低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種在炭化過程中生物質(zhì)原料適應(yīng)廣、反應(yīng)溫度便于調(diào)節(jié)和控制、炭化設(shè)備熱效率高、最終炭化產(chǎn)物中熱解氣熱值高、生物質(zhì)木炭產(chǎn)量高的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝及其設(shè)備。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝，主要采用外熱源依次連續(xù)為炭化器和干燥器中的生物質(zhì)原料提供熱量。干燥過程控制溫度在120～160℃的范圍內(nèi)，使生物質(zhì)原料深度脫水，所析出的水份被排除掉，不會進入炭化反應(yīng)系統(tǒng)。炭化過程控制溫度在300～500℃的范圍內(nèi)，使深度脫水的生物質(zhì)發(fā)生炭化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成生物質(zhì)木炭和可燃燒熱解氣，且確保熱解氣的熱值高、木炭的產(chǎn)量高。其工藝過程包括如下步驟1)首先對自然狀態(tài)下的生物質(zhì)進行揀選和清理，除去其中的灰土、硬物、雜質(zhì)等不符合生產(chǎn)要求的廢料，所選擇出的適合炭化的物料進行常規(guī)風(fēng)干。生物質(zhì)原料的原始含水率一般在30％左右，通過常規(guī)風(fēng)干可以初步除去物料中的外在水份，使物料的含水率控制在15～20％的范圍內(nèi)。
2)然后對常規(guī)風(fēng)干的物料進行機械切碎處理，使物料顆粒的粒徑控制在5～80mm的范圍內(nèi)，例如切割成長度為5～80mm、寬度或直徑為5～10mm的條狀顆粒，既便于物料的輸送，也有利于物料在脫水過程中受熱均勻，水份較易析出。
3)再將切碎的物料顆粒直接送入干燥器中進行深度脫水處理，通過調(diào)節(jié)外熱源控制干燥器的溫度在120～160℃的范圍內(nèi)，在連續(xù)攪拌推進的狀態(tài)下，使物料顆粒中的大部分水份既較快地析出，又不發(fā)生熱解反應(yīng)，最終其含水率降低到8～10％的范圍內(nèi)，揮發(fā)出的水份排出干燥器外。
4)最后將深度脫水的物料顆粒送入炭化器中進行炭化處理，通過調(diào)節(jié)外熱源控制炭化器的溫度在300～500℃的范圍內(nèi)，在連續(xù)攪拌推進的狀態(tài)下，使物料顆粒充分發(fā)生炭化反應(yīng)，生成固態(tài)生物質(zhì)木炭和主要成份為CO、H2的可燃燒熱解氣，以及極少量的焦油。最終生物質(zhì)木炭從炭化器底部生物質(zhì)木炭出口排出，可燃燒熱解氣從炭化器上部熱解氣出口排出。
上述生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝中，最好通過加入氣態(tài)助劑使部分物料顆粒自燃或者使物料顆粒降溫的方式，配合外熱源來協(xié)同控制炭化器的溫度保持在300～500℃的范圍內(nèi)。這樣可以隨時根據(jù)炭化器的溫度狀況，通入不同的氣態(tài)助劑如氧氣、空氣使部分物料顆粒自燃，或低溫蒸汽、冷空氣等使物料顆粒降溫，從而及時、方便、靈活地調(diào)節(jié)和控制炭化器的反應(yīng)溫度。
上述生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝中，物料顆粒在干燥器中的攪拌推進停留時間最好控制在600～1200s的范圍內(nèi)，以確保濕物料中的大部分水份能夠快速析出。物料顆粒在炭化器中的攪拌推進反應(yīng)時間最好控制在200～1000s范圍內(nèi)，以確保物料顆粒能夠充分炭化。
上述生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝中，干燥器和炭化器中的氣壓最好都控制在3.0～4.0MPa的范圍內(nèi)，這樣可以有效抑制生物質(zhì)木炭化過程中CO2和生物原油的生成量，促使生物質(zhì)炭化過程產(chǎn)生的可燃燒熱解氣中CO和H2較多。
為實現(xiàn)上述工藝而專門設(shè)計的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理設(shè)備，包括干燥器和炭化器。干燥器具有干燥器物料進口、干燥器攪龍、干燥器物料出口和干燥器水蒸汽出口，干燥器的殼體上設(shè)置有供外熱源介質(zhì)通過的干燥器夾層換熱空腔，干燥器夾層換熱空腔的兩端分別設(shè)置有干燥器外熱源介質(zhì)進口和干燥器外熱源介質(zhì)出口。炭化器具有炭化器物料進口、炭化器攪拌槳、炭化器焦炭出口和炭化器熱解氣出口，炭化器的殼體上設(shè)置有供外熱源介質(zhì)通過的炭化器夾層換熱空腔，炭化器夾層換熱空腔的兩端分別設(shè)置有炭化器外熱源介質(zhì)進口和炭化器外熱源介質(zhì)出口。干燥器物料出口與炭化器物料進口之間為封閉連接，干燥器外熱源介質(zhì)進口與炭化器外熱源介質(zhì)出口之間為封閉連接。
進一步地，上述干燥器外熱源介質(zhì)進口和干燥器外熱源介質(zhì)出口分別設(shè)置在靠近干燥器物料出口和干燥器物料進口的一側(cè)。上述炭化器外熱源介質(zhì)進口和炭化器外熱源介質(zhì)出口分別設(shè)置在靠近炭化器焦炭出口和炭化器物料進口的一側(cè)。這樣，外熱源的流動方向與干燥器和炭化器中物料顆粒的運動方向相反，物料顆粒沿其運動方向所獲得的熱量逐漸增加，外熱源與物料顆粒的這種逆流換熱方式正好與干燥處理和炭化反應(yīng)所需要的熱量對應(yīng)，從而可以最經(jīng)濟地利用好外熱源。
進一步地，上述炭化器的內(nèi)腔底部設(shè)置有弧面形燃燒板，弧面形燃燒板的圓弧角度一般為70～110°，弧面形燃燒板上均布有氣態(tài)助劑噴嘴，氣態(tài)助劑噴嘴與從炭化器底部外面引入的氣態(tài)助劑進口管相連通。這樣，可以根據(jù)炭化器工作過程中不同的溫度狀況，通入不同的氣態(tài)助劑及時控制炭化器的溫度。當(dāng)外熱源換熱量不足以提供炭化器中生物質(zhì)原料顆粒炭化需要的熱量時，可以通入空氣、氧氣、高溫水蒸汽等助劑，在弧面形燃燒板上燃燒部分原料顆粒，來加熱炭化器中的其他原料顆粒，提供生物質(zhì)木炭化需要的部分熱量。特別是在炭化器開車工況下，在弧面形燃燒板上引燃部分原料顆粒，可以快速加熱炭化器至設(shè)計的溫度，促使炭化器的運行迅速達(dá)到穩(wěn)態(tài)，從而有效解決炭化器開車進入正常工作狀態(tài)慢的難題，簡化炭化器的開車過程。當(dāng)外熱源換熱量大于炭化器中生物質(zhì)原料顆粒炭化需要的熱量時，可以通入低溫水蒸汽等助劑，降低弧面形燃燒板上的局部溫度，既能防止弧面形燃燒板燒穿，又能有效調(diào)節(jié)炭化反應(yīng)的溫度。當(dāng)弧面形燃燒板上有焦油產(chǎn)生和沉積時，可以通入高溫水蒸汽促使弧面形燃燒板上粘結(jié)的焦油進行二次分解，生成小分子的碳?xì)浠衔铩?br> 進一步地，上述弧面形燃燒板與炭化器底部之間形成有弧面形封閉空腔，上述氣態(tài)助劑進口管通過弧面形封閉空腔與氣態(tài)助劑噴嘴相連通。這樣，可以使氣態(tài)助劑在弧面形燃燒板下面聚集后再從氣態(tài)助劑噴嘴中均勻噴出，使氣態(tài)助劑更好地發(fā)揮作用。上述氣態(tài)助劑噴嘴最好采用帽罩式結(jié)構(gòu)，由噴嘴管道和安裝在噴嘴管道頭部的噴嘴泡罩構(gòu)成。這樣，可以有效防止物料顆粒和焦油將噴嘴堵塞，有利于更加靈活地調(diào)節(jié)炭化反應(yīng)溫度，確保炭化器正常工作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下幾方面的優(yōu)點1.本發(fā)明的工藝首先在120～160℃的溫度條件下對生物質(zhì)原料顆粒進行強制干燥深度脫水處理，使原料顆粒中含有的水份盡可能多地析出，且保持原料顆粒在此溫度條件下不發(fā)生或者少發(fā)生熱解反應(yīng)，所析出的水份直接排出干燥器外，再將原料顆粒送入炭化器進行反應(yīng)。這樣，原料顆粒的溫度在不同的階段分級控制，不僅容易調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定，而且可有效避免水份對原料顆粒炭化反應(yīng)的影響，大幅提高炭化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱解氣的熱值，同時也提高了炭化設(shè)備的熱效率。
2.本發(fā)明的工藝主要采用外熱源為炭化器和干燥器供熱，盡量避免為提供炭化反應(yīng)需要的熱量而燃燒原料顆粒，從而有效降低了燃燒原料顆粒所生產(chǎn)H2O和CO2的含量，提高了炭化反應(yīng)所生成的熱解氣中CO和H2的濃度，進而提高了所產(chǎn)生的熱解氣的熱值，也提高了所產(chǎn)生的生物質(zhì)木炭的產(chǎn)量。
3.本發(fā)明的設(shè)備在炭化器中設(shè)置弧面形燃燒板，弧面形燃燒板上設(shè)置有氣態(tài)助劑噴嘴，根據(jù)炭化器的溫度狀況可以輸入不同的氣態(tài)助劑，從而可以方便地調(diào)節(jié)和控制炭化器的溫度。如輸入空氣、氧氣、高溫水蒸汽促使其自燃，或輸入冷空氣、低溫水蒸汽降低其反應(yīng)溫度，或噴入高溫蒸汽促使焦油分解，減少焦油在炭化器上的粘結(jié)，確保設(shè)備正常、高效運行。
由此可見，本發(fā)明的炭化設(shè)備熱效率高，炭化反應(yīng)溫度便于調(diào)節(jié)和控制，水蒸汽和焦油含量較少，炭化反應(yīng)生成的熱解氣熱值較高。本發(fā)明不僅適用于一般木材、棉桿、稻草類生物質(zhì)原料的炭化處理，而且也適合于生活垃圾、工業(yè)垃圾等固態(tài)有機氣化原料。


圖1為一種生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中干燥器的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中炭化器的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3中弧面形燃燒板的放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖3中氣態(tài)助劑噴嘴的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝及其設(shè)備作進一步的詳細(xì)描述圖中所示的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理設(shè)備，主要由切割器2、干燥器6、炭化器12依次連接組成。切割器2設(shè)有切割器物料進口1和切割器物料出口3。
干燥器6設(shè)有干燥器物料進口4、電機16驅(qū)動的干燥器攪龍17、干燥器物料出口7和干燥器水蒸汽出口9。干燥器6的殼體由外殼18和內(nèi)膽20構(gòu)成，外殼18和內(nèi)膽20之間形成供外熱源介質(zhì)通過的干燥器夾層換熱空腔19。干燥器夾層換熱空腔19的兩端分別設(shè)置有干燥器外熱源介質(zhì)進口8和干燥器外熱源介質(zhì)出口5，干燥器外熱源介質(zhì)進口8設(shè)置在靠近干燥器物料出口7的一側(cè)，干燥器外熱源介質(zhì)出口5設(shè)置在干燥器物料進口4的一側(cè)。
炭化器12設(shè)有炭化器物料進口10、電機21驅(qū)動的炭化器攪拌槳25、炭化器焦炭出口13和炭化器熱解氣出口15，炭化器焦炭出口13附近設(shè)置有物料擋板26，以確保物料顆粒經(jīng)過充分炭化后再從炭化器焦炭出口13排出。炭化器12的殼體也是夾層結(jié)構(gòu)，由外殼層29和內(nèi)膽層27構(gòu)成，外殼層29和內(nèi)膽層27之間形成供外熱源介質(zhì)通過的炭化器夾層換熱空腔28。炭化器夾層換熱空腔28的兩端分別設(shè)置有炭化器外熱源介質(zhì)進口14和炭化器外熱源介質(zhì)出口11，炭化器外熱源介質(zhì)進口14設(shè)置在靠近炭化器焦炭出口13的一側(cè)，炭化器外熱源介質(zhì)出口11設(shè)置在炭化器物料進口10的一側(cè)。
上述切割器物料出口3與干燥器物料進口4連為一體，干燥器物料出口7與炭化器物料進口10封閉連接，干燥器外熱源介質(zhì)進口8與炭化器外熱源介質(zhì)出口11封閉連接。
上述干燥器6的外殼18、以及炭化器12的外殼層29的外面包覆有保溫材料，以減少外熱源如熱煙氣在傳輸過程中的熱量損失。保溫材料外再用鐵皮包裹，以保證其機械強度。上述干燥器夾層換熱空腔19和炭化器夾層換熱空腔28也可以用膜式管屏式換熱管或螺旋纏繞式換熱管取代，只要其滿足熱量的傳導(dǎo)要求即可。
上述炭化器12的內(nèi)腔底部安裝有弧面形燃燒板23，弧面形燃燒板23的圓弧角度一般設(shè)計為70～110°，本實施例中弧面形燃燒板23的圓弧角度為90°，其面積約占炭化器內(nèi)腔面積的四分之一?；∶嫘稳紵?3上均布有氣態(tài)助劑噴嘴22，氣態(tài)助劑噴嘴22為帽罩式結(jié)構(gòu)，它由噴嘴管道31和安裝在噴嘴管道31頭部的噴嘴泡罩32構(gòu)成，可以避免物料顆粒和焦油將噴嘴堵塞?；∶嫘稳紵?2與炭化器12底部之間形成有弧面形封閉空腔30，從炭化器12底部外面引入的氣態(tài)助劑進口管24通過弧面形封閉空腔30與氣態(tài)助劑噴嘴22相連通。
本發(fā)明的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理設(shè)備的工作原理是這樣的經(jīng)過清理、風(fēng)干、含水率約為15～20％的生物質(zhì)原料從切割器物料進口1進入切割器2，被切割為長度5～80mm、寬度或直徑為5～10mm的顆粒，從切割器物料出口3排出，通過干燥器物料進口4，進入干燥器6中。
啟動干燥器電機16，帶動干燥器攪龍17輸送原料顆粒，控制進入干燥器夾層換熱空腔19中的熱煙氣量，使干燥器6的溫度保持在120～160℃的范圍內(nèi)，物料顆粒在干燥器6中的停留時間保持為600～1200s，原料顆粒中的水份快速揮發(fā)，含水率降低到8～10％左右，水蒸汽從干燥器水蒸汽出口9排出，深度干燥的原料顆粒從干燥器物料出口7排出，通過炭化器物料進口10，進入炭化器12中。
啟動炭化器電機21，帶動炭化器攪拌槳25攪拌原料顆粒，控制進入炭化器夾層換熱空腔28中的熱煙氣量，使炭化器12的溫度保持在300～500℃的范圍內(nèi)，物料顆粒在炭化器12中的停留時間為200～1000s，原料顆粒發(fā)生炭化反應(yīng)，炭化后所生成的生物質(zhì)木炭越過物料擋板26，從炭化器焦炭出口13排出，所生成的熱解氣則通過炭化器熱解氣出口15排出。
采用熱煙氣對干燥器6和炭化器12間接換熱。熱煙氣從炭化器外熱源介質(zhì)進口14進入炭化器夾層換熱空腔28，換熱后從炭化器外熱源介質(zhì)出口11排出，再從干燥器外熱源介質(zhì)進口8進入干燥器夾層換熱空腔19，換熱后從干燥器外熱源介質(zhì)出口5排出。熱煙氣根據(jù)溫度高低的需要依次給炭化器12和干燥器6加熱，其流向與原料顆粒的運動方向相反，這種逆向換熱方式可以大幅提高熱煙氣的利用效率。
根據(jù)溫度調(diào)節(jié)的需要可以隨時向炭化器12內(nèi)輸送氣態(tài)助劑。氣態(tài)助劑先通過氣態(tài)助劑進口管24聚集在弧面形燃燒板23與炭化器12底部之間的弧面形封閉空腔30中，再通過氣態(tài)助劑噴嘴22噴入，以調(diào)整炭化器12內(nèi)的溫度。具體地說，當(dāng)炭化器12內(nèi)的溫度低于設(shè)定溫度時，可以通入空氣、氧氣等氧化劑，使弧面形燃燒板23上的部分原料顆粒燃燒，提高炭化器12的溫度，為其他原料顆粒提供炭化所需的能量；當(dāng)炭化器12內(nèi)的溫度高于設(shè)定溫度時，可以通入冷氣、冷蒸汽，降低弧面形燃燒板23的局部溫度，防止其燒穿；當(dāng)弧面形燃燒板23上有焦油沉積時，可以通入高溫?zé)嵴羝?，使其上粘結(jié)的焦油二次分解，從而確保最終炭化產(chǎn)物的質(zhì)量。干燥器6和炭化器12可以在常壓下工作，也可以將其內(nèi)的氣壓控制在3.0～4.0MPa的范圍內(nèi)，以抑制生物質(zhì)木炭化過程中CO2和生物原油的生成量，促使生物質(zhì)熱解產(chǎn)生更多的CO和H2，但壓力越大成本越高。
以下是利用本發(fā)明的工藝和設(shè)備處理生物質(zhì)的幾個具體實施例實施例一以柳枝為炭化原料。將收集的柳枝揀選后清洗，除去柳枝原料中的泥土和其它雜質(zhì)，將原料風(fēng)干至物料含水率在15～20％的范圍。風(fēng)干后的物料裝入切割器中，物料切割為粒徑5～80mm的顆粒。切割后的物料直接輸入干燥器，啟動干燥器電機，物料在螺旋攪龍的作用下推進，同時向干燥器中通入熱煙氣加熱干燥器，保持干燥器溫度為130～150℃，物料在干燥器中停留時間為700～1000s。干燥后的物料直接輸入炭化器，啟動炭化器電機，物料在攪拌槳的作用下向出口運動，同時向炭化器中通入熱煙氣加熱炭化器，保持炭化器溫度為300～500℃，物料在炭化器中停留時間為600～1000s，物料在炭化器中發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物從熱解氣出口排出，固態(tài)產(chǎn)物木炭從焦碳排放口排出。經(jīng)檢測得知，對每1kg柳枝進料，干燥器排出的水份約為0.0863kg，產(chǎn)生的木炭約為0.13kg，灰份約為0.0233kg，產(chǎn)生的熱解氣約為0.7590kg。按體積百分比計算，熱解氣中的各組份為H2-10.86％，CO2-9.06％，CO-30.21％，H2O-27.69％，CH4-10.86％，N2-0.34％，碳二以上有機成份及其他無機組份—10.98％。
實施例二將原料換為棉桿。將收集的棉桿揀選后清洗，除去棉桿原料中的泥土和其它雜質(zhì)。將原料風(fēng)干至物料含水率在15～20％的范圍。風(fēng)干后的物料裝入切割器中，物料切割為粒徑為5～80mm的顆粒。保持干燥器溫度為140～160℃，物料在干燥器中停留時間為900～1200s。保持炭化器的溫度為300～500℃，物料在炭化器中的停留時間為200～800s。經(jīng)檢測得知，對每1kg棉桿進料，干燥器排出的水份約為0.1553kg，產(chǎn)生的木炭約為0.17kg，灰份約為0.0263kg，產(chǎn)生的熱解氣約為0.6483kg。按體積百分比計算，熱解氣中的各組份為H2-8.11％，CO2-10.93％，CO-36.44％，H2O-26.56％，CH4-8.11％，N2-1.39％，碳二以上有機成份及其他無機組份-8.46％。
實施例三將原料換為玉米桿。將收集的玉米桿揀選后清洗，除去玉米桿中的泥土和其它雜質(zhì)。將原料風(fēng)干至物料含水率在15～20％的范圍。風(fēng)干后的物料裝入切割器中，物料切割為粒徑5～80mm的顆粒。保持干燥器的溫度為120～140℃，物料在干燥器中的停留時間為600～1000s。保持炭化器的溫度為300～500℃，物料在炭化起中的停留時間為400～800s。經(jīng)檢測得知，對每1kg玉米桿進料，干燥器排出的水份約為0.052kg，產(chǎn)生的木炭約為0.17kg，灰份約為0.051kg，產(chǎn)生的熱解氣約為0.7337kg。按體積百分比計算，熱解氣中的各組份為H2-9.96％，CO2-8.05％，CO-26.83％，H2O-33.86％，CH4-9.97％，N2-1.14％，碳二以上有機成份及其他無機組份-10.19％。
本發(fā)明工藝的核心是在不同溫度區(qū)域，先對生物質(zhì)原料深度脫水處理，再通過高溫炭化反應(yīng)獲得生物質(zhì)木炭和熱解氣。本發(fā)明的設(shè)備將干燥器和炭化器有機地連為一體，實現(xiàn)了原料顆粒的連續(xù)處理和連續(xù)熱交換。特別是通過在炭化器底部設(shè)置可以燃燒部分物料以提供炭化熱量的自熱裝置，以及在炭化器和干燥器外殼上設(shè)置逆向連續(xù)換熱裝置，極大地提高了整個設(shè)備的熱效率，既有效減少了自熱燃燒的物料量，又有效解決了炭化器開車進入正常狀態(tài)慢的難題，并且提高了炭化反應(yīng)的氣態(tài)產(chǎn)物中CO、H2含量，從而實現(xiàn)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高溫氣化用高能量密度的生物質(zhì)木炭和以氣態(tài)形式存在的高熱值揮發(fā)性可燃燒熱解氣體的技術(shù)目標(biāo)。因此，采用本發(fā)明的工藝、或干燥器和炭化器外殼聯(lián)合間接逆向換熱的設(shè)備、以及炭化器內(nèi)自熱式燃燒板的結(jié)構(gòu)，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝，它主要采用外熱源依次連續(xù)為炭化器和干燥器中的生物質(zhì)原料提供熱量，其工藝過程包括如下步驟1)首先對自然狀態(tài)下的生物質(zhì)進行揀選和清理，除去其中的灰土、硬物、雜質(zhì)等不符合生產(chǎn)要求的廢料，所選擇出的適合炭化的物料進行常規(guī)風(fēng)干，初步除去物料中的外在水份，使物料的含水率控制在15～20％的范圍內(nèi)；2)然后對常規(guī)風(fēng)干的物料進行機械切碎處理，使物料顆粒的粒徑控制在5～80mm的范圍內(nèi)；3)再將切碎的物料顆粒直接送入干燥器中進行深度脫水處理，通過調(diào)節(jié)外熱源控制干燥器的溫度在120～160℃的范圍內(nèi)，在連續(xù)攪拌推進的狀態(tài)下，使物料顆粒的含水率降低到8～10％的范圍內(nèi)；4)最后將深度脫水的物料顆粒送入炭化器中進行炭化處理，通過調(diào)節(jié)外熱源控制炭化器的溫度在300～500的范圍內(nèi)，在連續(xù)攪拌推進的狀態(tài)下，使物料顆粒發(fā)生炭化反應(yīng)，最終生成高溫氣化用高能量密度的生物質(zhì)木炭和以氣態(tài)形式存在的高熱值揮發(fā)性可燃燒熱解氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝，其特征在于所說的步驟4)中，通過加入氣態(tài)助劑使部分物料顆粒自燃或者使物料顆粒降溫的方式，配合外熱源協(xié)同控制炭化器的溫度在300～500℃的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝，其特征在于所說的步驟3)中，物料顆粒在干燥器中的攪拌推進停留時間為600～1200s；所說的步驟4)中，物料顆粒在炭化器中的攪拌推進反應(yīng)時間為200～1000s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝，其特征在于所說的干燥器和炭化器中的氣壓均控制在3.0～4.0MPa的范圍內(nèi)。
5.一種采用權(quán)利要求1所述工藝而專門設(shè)計的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理設(shè)備，包括干燥器(6)和炭化器(12)，干燥器(6)具有干燥器物料進口(4)、干燥器攪龍(17)、干燥器物料出口(7)和干燥器水蒸汽出口(9)；炭化器(12)具有炭化器物料進口(10)、炭化器攪拌槳(25)、炭化器焦炭出口(13)和炭化器熱解氣出口(15)；其特征在于干燥器(6)的殼體上設(shè)置有供外熱源介質(zhì)通過的干燥器夾層換熱空腔(19)，干燥器夾層換熱空腔(19)的兩端分別設(shè)置有干燥器外熱源介質(zhì)進口(8)和干燥器外熱源介質(zhì)出口(5)；炭化器(12)的殼體上設(shè)置有供外熱源介質(zhì)通過的炭化器夾層換熱空腔(28)，炭化器夾層換熱空腔(28)的兩端分別設(shè)置有炭化器外熱源介質(zhì)進口(14)和炭化器外熱源介質(zhì)出口(11)；干燥器物料出口(7)與炭化器物料進口(10)之間為封閉連接，干燥器外熱源介質(zhì)進口(8)與炭化器外熱源介質(zhì)出口(11)之間為封閉連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理設(shè)備，其特征在于所說的干燥器外熱源介質(zhì)進口(8)和干燥器外熱源介質(zhì)出口(5)分別設(shè)置在靠近干燥器物料出口(7)和干燥器物料進口(4)的一側(cè)；所說的炭化器外熱源介質(zhì)進口(14)和炭化器外熱源介質(zhì)出口(11)分別設(shè)置在靠近炭化器焦炭出口(13)和炭化器物料進口(10)的一側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理設(shè)備，其特征在于所說的炭化器(12)的內(nèi)腔底部設(shè)置有弧面形燃燒板(23)，弧面形燃燒板(23)上均布有氣態(tài)助劑噴嘴(22)，氣態(tài)助劑噴嘴(22)與從炭化器(12)底部外面引入的氣態(tài)助劑進口管(24)相連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理設(shè)備，其特征在于所說的弧面形燃燒板(23)與炭化器(12)底部之間形成有弧面形封閉空腔(30)，所說的氣態(tài)助劑進口管(24)通過弧面形封閉空腔(30)與氣態(tài)助劑噴嘴(22)相連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理設(shè)備，其特征在于所說的弧面形燃燒板(23)的圓弧角度設(shè)計為70～110°。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理設(shè)備，其特征在于所說的氣態(tài)助劑噴嘴(22)為帽罩式結(jié)構(gòu)，它由噴嘴管道(31)和安裝在噴嘴管道(31)頭部的噴嘴泡罩(32)構(gòu)成。
全文摘要
一種生物質(zhì)深度脫水炭化連續(xù)處理工藝及其設(shè)備。該工藝主要采用外熱源依次連續(xù)為炭化器和干燥器中的原料提供熱量，干燥溫度為120～160℃，使原料深度脫水，析出的水份不會進入炭化反應(yīng)系統(tǒng)。炭化溫度為300～500℃，使原料發(fā)生炭化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成高溫氣化用生物質(zhì)木炭和可燃燒熱解氣體。其設(shè)備包括干燥器和炭化器，干燥器物料出口與炭化器物料進口連為一體，干燥器夾層換熱空腔和炭化器夾層換熱空腔連為一體，外熱源先經(jīng)過炭化器換熱降溫后再給干燥器換熱。炭化器中還設(shè)置有氣態(tài)助劑噴入裝置，使炭化過程中原料反應(yīng)溫度便于調(diào)節(jié)和控制。本發(fā)明的設(shè)備開車簡單，外熱源利用率高，炭化產(chǎn)物中熱解氣的熱值較高，生物質(zhì)木炭的產(chǎn)量也較高。
文檔編號C10B53/02GK1928013SQ200610124569
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者金沙楊, 張澤, 林沖, 呂鋒杰, 張超, 楊占春, 宋侃, 李宏 申請人:武漢凱迪科技發(fā)展研究院有限公司