CN104861998A - 一种生物质连续热解炭化处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物质连续热解炭化处理方法及装置，供热部分：将燃烧器的喷火口通入一燃烧室内获得高温烟气；前置处理部分：将生物质置入前置处理室内，引入供热部分的高温烟气进行加热；炭化处理部分：将前置处理后的生物质送入炭化处理室，引入供热部分的高温烟气进行加热；气体处理部分：收集前置处理和炭化处理中产生的气相产物进行冷凝，得到冷凝液体和不凝气体；气体利用部分：将不凝气体引入燃烧室内进行燃烧；压力控制部分：通过调节风道调节装置，使前置处理部分和炭化处理部分的外热夹套内的压力为负压。本发明还提供了一种实现该方法的装置。本发明具有工艺简化、设备简单、运行稳定可靠、热能利用率高、生产成本低等优点。

Description

一种生物质连续热解炭化处理方法及装置

技术领域：

本发明属于生物质炭化及其能源化利用技术领域，更具体的说是涉及一种生物质连续热解炭化处理方法及装置。

背景技术：

近年来，随着石油和其他化石燃料的日趋枯竭和全球对温室气体排放引起的气候变化问题的关注，开发利用可再生能源，提高能源利用率，实现节能减排，成为世界能源发展的主要旋律。目前生物质能占世界能源总消耗的14％，仅次于石油、煤炭和天然气，位居第4位，生物质能源作为一种新能源，具有储量大、可再生性、可储存与替代性及低硫、低氮净排放的特点，在能源利用和环境保护方面具有独特的优势，其中，农作物秸杆、林业废弃物和杂草等生物质是一个巨大的可再生资源，具有较为良好的经济效益、社会效益和生态效益，成为国家重点开发推广的农村绿色能源项目。日前，生物质热解炭化技术作为一种较为有发展前景的生物质能源化利用技术渐渐被行业所采用。

中国发明专利公开说明书CN102226092A公开了一种连续式生物质低温热解炭化方法及其炭化炉，其炭化炉包括干燥装置、热解炭化装置、冷却装置和燃烧室，利用水平螺旋推进的输送方式，根据要求合理控制生物质在炭化炉内停留时间，其中，炭化炉中不同区段的温度根据生物质原料加料量和生物质热解气燃烧产生的高温烟气流量来控制，在实际的使用过程中，据申请人反映，该套装置能够较好地完成生物质原料的干燥和炭化，但是其存在一定的问题：该热解炭化装置的外套筒内虽然通过设置迷宫式换热装置提高换热效率，但其设备整体工艺及对应结构复杂，成本高，同时，炭化炉内不同区段的供热量不易根据干化和炭化的实际需求进行调节，导致热量利用率低，设备占用面积大且生产成本高。

发明内容：

本发明的目的之一是针对现有技术的不足之处，提供一种生物质连续热解炭化处理方法，该方法通过调节燃烧器的供热量及通过风道调节装置精密控制干燥机夹套和炭化炉夹套内的压力，可根据干化和炭化的实际需要通过燃烧室进行供热，工艺及对应结构简化、设备紧凑占地面小，热量的利用率高，生产成本低。

本发明的技术解决措施如下：

一种生物质连续热解炭化处理方法，包括供热、前置处理、炭化处理、气体处理和气体利用部分，其特征在于：还包括压力控制部分；

(a)供热部分：设置一燃烧器，将燃烧器的喷火口通入一燃烧室内获得高温烟气；

(b)前置处理部分：将生物质置入前置处理室内，引入供热部分的高温烟气采用外热夹套加热的方式对前置处理室内的生物质进行加热，工作时夹套内的温度为500-700℃，前置处理室内加热至100-250℃；

(c)炭化处理部分：将前置处理后的生物质送入炭化处理室，引入供热部分的高温烟气，采用外热夹套加热的方式对炭化处理室内的生物质进行加热，工作时夹套内的温度为700-900℃，炭化处理室内加热至450-650℃；炭化处理室为欠氧或厌氧状态；

(d)气体处理部分：收集前置处理部分和炭化处理部分过程中产生的气相产物，采用水冷式热交换的方式进行冷凝，得到冷凝液体和不凝气体；

(e)气体利用部分：将不凝气体引入供热部分的燃烧室内作为供热燃料进行燃烧，该不凝气体在燃烧室内发生氧化反应获得高温烟气，高温烟气的温度为700-900℃；

(f)压力控制部分：分别单独调节与所述前置处理部分和炭化处理部分的外热夹套出口相连通的风道调节装置，使前置处理部分和炭化处理部分的外热夹套内的压力为负压；

(g)将炭化处理室内的固体残渣冷却后排出，并进行回收。

通过改变与所述风道调节装置相连通的排风管道的管道流通直径大小控制该管道的截面积，即当将管道的流通直径变小时，其单位时间内通过的气体流量会降低；反之则相反，从而调节前置处理部分和炭化处理部分的外热夹套内流进气体的流速和流量,并结合燃烧器的供热量进而保证前置处理室和炭化处理室的正常工作温度。

本发明中不凝气体在燃烧室内发生氧化反应获得的高温烟气，为前置处理部分和炭化处理部分提供热能，实现能量循环利用。

作为改进，所述前置处理部分和炭化处理部分外热夹套出口排出的烟气通过活性炭吸附和布袋除尘处理后排放。特别是，对于烟气中含有的氮氧化物(NOx)、二噁英等有毒气体通过活性炭吸附和布袋除尘进行净化后达标排放。

作为改进，所述燃烧器为天然气燃烧器、生物质颗粒燃烧器、燃油燃烧器、煤粉燃烧器。

作为改进，所述不凝气体的燃烧温度为1000～1100℃。

气体利用部分中，不凝气体的某些成分可能不能燃烧充分，可利用燃烧室内的燃烧器提供辅助热源，促使不凝气体充分燃烧，同时保证燃烧室的正常工作温度。

本发明的另一目的是针对现有技术的不足之处，提一种生物质连续热解炭化处理装置，该装置通过调节燃烧器及风道调节阀和引风机的共同作用下，可根据干燥机和旋转炭化炉的实际需要进行分别供热，设备及对应结构简化，能量利用率高，运营成本低，可实现大规模连续性生产。

本发明解决所述技术问题的方案是：

一种生物质连续热解炭化处理装置，包括燃烧室、前置处理单元、炭化处理单元、气体处理单元和气体利用单元，其特征在于：还包括压力控制单元；

所述燃烧室设置一燃烧器；

所述前置处理单元为外热式干燥机，该干燥机设置有干燥机夹套，干燥机夹套通过烟气输送管路与燃烧室的高温烟气出口相通；

所述炭化处理单元为外热式炭化炉，该炭化炉设置有炭化炉夹套，炭化炉夹套通过烟气输送管路与燃烧室的高温烟气出口相连通；

所述气体处理单元包括烟气收集管路、水冷式热交换器，干燥机和炭化炉的气体出口通过烟气收集管路与水冷式热交换器相连接，干燥机和炭化炉内产生的气相产物引入水冷式热交换器，经热交换后得到冷凝液体；

所述气体利用单元包括不凝气导管，水冷式热交换器的出气口通过不凝气导管与燃烧室相连通，将水冷式热交换器中得到的不凝气体引入燃烧室，燃烧室产生的高温烟气通过烟气输送管路传输至干燥机夹套和炭化炉夹套内；

所述压力控制单元包括分别设置在干燥机夹套和炭化炉夹套的出口管路上的风道调节阀，通过风道调节阀和与该风道调节阀相连通的第一引风机控制干燥机夹套和炭化炉夹套内的压力。

本发明仅使用一个燃烧室向干燥机夹套和旋转炭化炉夹套分别进行供热，通过调节该燃烧器的供热量进而调节、控制和保持进入干燥机夹套和旋转炭化炉夹套内的高温烟气的温度，并根据工艺过程中的实际需求，通过调节风道调节阀的风道开口大小和第一引风机的引风量实现高温烟气在干燥机夹套和旋转炭化炉夹套内的流速，进而调节、控制和保持干燥机和旋转炭化炉始终保持在合适的工作温度，结构简单、易于控制。

作为改进，所述不凝气导管上还设有与其相连通的第二引风机，将不凝气体引入燃烧室内作为供热燃料进行燃烧，并对干燥机夹套和炭化炉夹套内的压力分别单独、精确控制。

作为改进，还包括用于对干燥机夹套和炭化炉夹套出口排出的烟气进行净化的活性炭吸附塔和布袋除尘器。

作为改进，所述干燥机夹套和炭化炉夹套出口管路上均设置一急冷塔，活性炭吸附塔位于该急冷塔和所述风道调节阀之间，布袋除尘器出口设有与其相连通的引风机，干燥机夹套和炭化炉夹套出口排出的烟气分别先经急冷塔冷却至200℃以下，再经活性炭吸附塔和风道调节阀后进入布袋除尘器净化后排放。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明干燥机和旋转炭化炉分别采用设置热风炉的常规模式，将燃烧室和热风炉归为一体，仅使用燃烧器，实现了燃烧室对干燥机和旋转炭化炉分别供热的方式；并仅通过调节该燃烧器的供热量进而调节、控制和保持进入干燥机夹套和旋转炭化炉夹套内的高温烟气的温度。

(2)通过配置水冷式热交换器的结构和形式，对生物质在干燥机和旋转炭化炉中产生的气相产物净化式回收，可实现对多种有机废物的热解气进行资源化回收。

(3)通过风道调节阀和引风机的共同作用，实现干燥机和旋转炭化炉夹套内的压力的精密控制，可根据工艺过程中的实际需求，通过调节风道调节阀的风道开口大小和引风机的引风量实现高温烟气在干燥机夹套和旋转炭化炉夹套内的流速，进而调节、控制和保持干燥机和旋转炭化炉始终保持负压状态并维持在合适的工作温度，其结构简单、调节方便且成本低。

(4)增加了热解气净化与布袋除尘器，可适用于更大范围有机废物的热解炭化处理，包括普通的木质、桔梗类的生物质，特别是可针对处理物在处理过程中会产生污染气体(如，Nox，二噁英等)的废物，如生活垃圾、污水厂污泥、危险废物、农林及秸秆废物、畜禽粪便、生活垃圾、食品残渣、医疗垃圾及病死害动物尸体等。

综上所述，本发明具有工艺简化、设备结构简单、运行稳定可靠、热量利用率高等优点。

附图说明：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明实施例一的生物质连续热解炭化处理方法的工艺流程图；

图2为本发明实施例二的生物质连续热解炭化处理装置的整体结构示意图；

图3为本发明中干燥机的整体结构示意图；

图4为本发明中炭化炉的整体结构示意图；

图5为本发明中风道调节装置的整体结构示意图。

图中：1、燃烧室；1a、燃烧器；2、干燥机；21、干燥机夹套；2a、干燥机的气体出口；2b、干燥机的固体进口；2c、干燥机的固体出口；3、旋转炭化炉；31、旋转炭化炉夹套；3a、旋转炭化炉的气体出口；3b、旋转炭化炉的固体进口；1a、高温烟气出口；4、烟气输送管路；4a、稀释口；5、烟气收集管路；6、水冷式热交换器；7、第一引风机；8、螺旋输送管道；9、炭化残渣容器；10、不凝气导管；11、出口管路；12、风道调节阀；13、活性炭吸附塔；14、布袋除尘器；15、第二引风机；16、急冷塔。

具体实施方式：

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。

实施例一

图1为实施例一生物质连续热解炭化处理方法的工艺流程图。如图1所示，一种生物质连续热解炭化处理方法，包括供热、前置处理、炭化处理、气体处理、气体利用部分和压力控制部分；

(a)供热部分：设置一燃烧器，将燃烧器的喷火口通入一燃烧室内获得高温烟气；

(b)前置处理部分：将生物质置入前置处理室内，引入供热部分的高温烟气采用外热夹套加热的方式对前置处理室内的生物质进行加热，，工作时夹套内的温度为500-700℃，前置处理室内加热至100-250℃；

(c)炭化处理部分：将前置处理后的生物质送入炭化处理室，引入供热部分的高温烟气，采用外热夹套加热的方式对炭化处理室内的生物质进行加热，工作时夹套内的温度为700-900℃，炭化处理室内加热至450-650℃；炭化处理室为欠氧或厌氧状态；

(d)气体处理部分：收集前置处理部分和炭化处理部分过程中产生的气相产物，采用水冷式热交换的方式进行冷凝，分别获得冷凝液体和不凝气体；

(e)气体利用部分：将不凝气体引入供热部分的燃烧室内作为供热燃料进行燃烧，该不凝气体在燃烧室内发生氧化反应获得高温烟气，高温烟气的温度为700-900℃；

(f)压力控制部分：分别单独调节与所述前置处理部分和炭化处理部分的外热夹套出口相连通的风道调节装置，使前置处理部分和炭化处理部分的外热夹套内的压力为负压，保证前置处理室和炭化处理室的正常工作温度；

(g)将炭化处理室内的固体残渣冷却后排出，并进行回收。

通过改变与所述风道调节装置相连通的排风管道的管道流通直径大小控制该管道的截面积，即当将管道的流通直径变小时，其单位时间内通过的气体流量会降低；反之则相反，从而调节前置处理部分和炭化处理部分的外热夹套内流进气体的流速和流量,并结合燃烧器的供热量进而保证前置处理室和炭化处理室的正常工作温度。

所述不凝气体在燃烧室内发生氧化反应获得高温烟气，为前置处理部分和炭化处理部分提供热能。所述不凝气体的燃烧温度为1000～1100℃，实现能量循环利用。所述前置处理部分和炭化处理部分外热夹套出口排出的烟气，特别是，对于烟气中含有的氮氧化物(NOx)、二噁英等有毒气体冷却至200℃以下后，加入粉末活性炭和脱酸剂，再经风道调节由布袋除尘进行净化后达标排放，所述脱酸剂为生石灰等，用以脱除烟气中的酸性气体。所述燃烧器为天然气燃烧器、生物质颗粒燃烧器、燃油燃烧器、煤粉燃烧器，气体利用部分中，不凝气体的某些成分可能不能燃烧充分，可利用燃烧室内的燃烧器提供辅助热源，促使不凝气体充分燃烧，同时保证燃烧室的正常工作温度。

实施例二

图2为实施例二污泥热解炭化处理装置的整体结构示意图。如图2所示，一种生物质连续热解炭化处理装置，包括燃烧室1、前置处理单元、炭化处理单元、气体处理单元、气体利用单元和压力控制单元，所述燃烧室1设置一燃烧器1a；如图3所示，所述前置处理单元为外热式干燥机2，该干燥机2设置有干燥机夹套21，干燥机夹套21通过烟气输送管路4与燃烧室1的高温烟气出口1a相通；如图4所示，所述炭化处理单元为外热式炭化炉3，该炭化炉3设置有炭化炉夹套31，炭化炉夹套31通过烟气输送管路4与燃烧室1的高温烟气出口1a相连通；

所述气体处理单元包括烟气收集管路5、水冷式热交换器6，干燥机2的气体出口2a和炭化炉3的气体出口3a分别通过烟气收集管路5与水冷式热交换器6相连接，干燥机2中产生的气相产物通过其气体出口2a经烟气收集管路5由水冷式热交换器6的进气口引入水冷式热交换器6内，炭化炉3内产生的气相产物通过其气体出口3a经烟气收集管路5引入水冷式热交换器6内，经热交换冷凝后得到冷凝液体，经油水分离器后实现油、水分离分别获得木醋液和焦油；

本发明中生物质通过螺旋输送管道8由干燥机2的固体进口2b送入干燥机2内，在干燥机2内干化后经其固体出口2c排出，并通过螺旋输送管道8由炭化炉3固体进口3b送入炭化炉3内，热解炭化后得到的固体残渣由炭化炉3的固体出口3c排出冷却后封存到炭化残渣容器9内。

所述气体利用单元包括不凝气导管10，不凝气导管10上设有与其相连通的第二引风机15，水冷式热交换器6的出气口分别通过不凝气导管10与燃烧室1相连通，水冷式热交换器6中得到的不凝气体通过第二引风机15由其出气口经不凝气导管10引入燃烧室1进行燃烧，不凝气体在燃烧室1内发生氧化反应获得的高温烟气通过烟气输送管路4经干燥机夹套21和炭化炉夹套31进口传输至干燥机夹套21和炭化炉夹套31内，实现燃烧室1对干燥机2和炭化炉3分别供热。

所述干燥机夹套21和炭化炉夹套31的出口管路11均设置一急冷塔16和用于调节相对应的出口压力的风道调节阀12，所述急冷塔16和风道调节阀12之间均设置一活性炭吸附塔13，在活性炭吸附塔13和风道调节阀12之间还可设有用于脱除烟气中的酸性气体的脱酸装置，同时，该布袋除尘器14的出口设置有与其相连通的第一引风机7，干燥机夹套21和炭化炉夹套31出口排出的烟气分别先经急冷塔冷16却至200℃以下后，再经活性炭吸附塔13和脱酸装置过风道调节阀12进入布袋除尘器14进行净化处理后达标排放。如图5所示，通过调节风道调节阀12的风道开口大小及与该风道调节阀12相连通的引风机15的引风量大小，实现高温烟气在干燥机夹套和炭化炉夹套内的流速，控制干燥机夹套21和炭化炉夹套31内的压力为负压，进而调节、控制和保持干燥机和炭化炉始终保持在合适的工作温度。其中，风道调节阀12均可由低压风机代替，通过调节第一引风机7和低压风机的引风量大小，控制干燥机夹套21和炭化炉夹套31内的压力为负压。

所述与干燥机夹套21的进口相连接的烟气输送管路4上还设有用于控制干燥机夹套21进风量的稀释口4a，该稀释口4a用于调节进入干燥机夹套21内高温烟气的温度；与此同时，干燥机2和炭化炉3均设置有温度压力传感器，使得干燥机夹套21和炭化炉夹套31内的压力和温度可单独、精密控制。

Claims (6)

1.一种生物质连续热解炭化处理方法，包括供热、前置处理、炭化处理、气体处理和气体利用部分，其特征在于：还包括压力控制部分；

(a)供热部分：设置一燃烧器，将燃烧器的喷火口通入一燃烧室内获得高温烟气；

(b)前置处理部分：将生物质置入前置处理室内，引入供热部分的高温烟气采用外热夹套加热的方式对前置处理室内的生物质进行加热，加热至100-200℃；

(c)炭化处理部分：将前置处理后的生物质送入炭化处理室，引入供热部分的高温烟气，采用外热夹套加热的方式对炭化处理室内的生物质进行加热，加热至450-550℃；炭化处理室为欠氧或厌氧状态；

(d)气体处理部分：收集前置处理部分和炭化处理部分过程中产生的气相产物，采用水冷式热交换的方式进行冷凝，得到冷凝液体和不凝气体；

(e)气体利用部分：将不凝气体引入供热部分的燃烧室内作为供热燃料进行燃烧，该不凝气体在燃烧室内发生氧化反应获得高温烟气；

(f)压力控制部分：分别单独调节与所述前置处理部分和炭化处理部分的外热夹套出口相连通的风道调节装置，使前置处理部分和炭化处理部分的外热夹套内的压力为负压；

(g)将炭化室处理内的固体残渣冷却后排出，并进行回收。

2.如权利要求1所述的一种生物质连续热解炭化处理方法，其特征在于：所述前置处理部分和炭化处理部分外热夹套出口排出的烟气通过活性炭吸附和布袋除尘处理后排放。

3.如权利要求1或2所述的一种生物质连续热解炭化处理方法，其特征在于：所述燃烧器为天然气燃烧器、生物质颗粒燃烧器、燃油燃烧器、煤粉燃烧器。

4.一种生物质连续热解炭化处理装置，包括燃烧室、前置处理单元、炭化处理单元、气体处理单元和气体利用单元，其特征在于：还包括压力控制单元；

所述燃烧室设置一燃烧器；

所述前置处理单元为外热式干燥机，该干燥机设置有干燥机夹套，干燥机夹套通过烟气输送管路与燃烧室的高温烟气出口相通；

所述炭化处理单元为外热式炭化炉，该炭化炉设置有炭化炉夹套，炭化炉夹套通过烟气输送管路与燃烧室的高温烟气出口相连通；

所述气体处理单元包括烟气收集管路、水冷式热交换器，干燥机和炭化炉的气体出口通过烟气收集管路与水冷式热交换器相连接，干燥机和炭化炉内产生的气相产物引入水冷式热交换器，经热交换后得到冷凝液体；

所述气体利用单元包括不凝气导管，水冷式热交换器的出气口通过不凝气导管与燃烧室相连通，将水冷式热交换器中得到的不凝气体引入燃烧室，燃烧室产生的高温烟气通过烟气输送管路传输至干燥机夹套和炭化炉夹套内；

所述压力控制单元包括分别设置在干燥机夹套和炭化炉夹套的出口管路上的风道调节阀，通过风道调节阀和与该风道调节阀相连通的第一引风机控制干燥机夹套和炭化炉夹套内的压力。

5.如权利要求4所述的一种生物质连续热解炭化处理装置，其特征在于：所述不凝气导管上还设有与其相连通的第二引风机，将不凝气体引入燃烧室内作为供热燃料进行燃烧。

6.如权利要求4或5所述的一种生物质连续热解炭化处理装置，其特征在于：还包括用于对干燥机夹套和炭化炉夹套出口排出的烟气进行净化的活性炭吸附塔和布袋除尘器。