CN102757823A - 一种生物质气化装置和生物质收集利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物质气化装置和生物质收集利用系统，该气化装置包括一反应腔体，该反应腔体自上而下导通并依次形成预热腔、炭化腔和气化腔，且反应腔体上部设置有进料仓，其中：所述预热腔区域设置有至少一个尾气进口；所述炭化腔区域分为生物质炭化区域和炭化物堆积区域，生物质炭化区域设有第一空气入口、点火口以及至少一个尾气出口，所述至少一个尾气出口与预热腔的所述至少一个尾气进口通过输送管路连通，炭化物堆积区域中堆积的炭化物体积占整个炭化物堆积区域体积的70％以上；气化腔区域设有第二空气入口、可燃气体出口以及废渣出口。本发明提供的装置可产生浓度高且焦油含量少的可燃气体不会对利用其的设备稳定运行带来不良影响。

Description

一种生物质气化装置和生物质收集利用系统

技术领域

本发明涉及生物质利用装置，尤其涉及一种生物质气化装置和生物质收集利用系统。

背景技术

随着当今地球上矿物质能源的迅速消耗，具有丰富、廉价、可再生等特点生物质能的开发与应用成为人们关注的热点。生物质是分布最为广泛的可再生能源，包括固态生物质(如农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、外壳、农产品加工业下脚料、农林废弃物等)。当利用生物质时，这些生物质一般来源于农田，需要使用农业机械如联合收割机等从田间收集，由于生物质的能量密度较低，比重小，体积大，分布过散，收集和运输成本较高，难以大规模集中有效利用，并进一步通过卡车、拖拉机等运送到可以进行生物质气化的地点，这个过程必然会消耗大量的燃油为联合收割机和运输工具的发动机提供动力。

生物质气化是一种常用的生物质能转化技术，其是将固态生物质原料在高温下部分氧化转变为小分子可燃气体的过程，这些可燃气体可以代替矿物质能源在锅炉、民用炉灶、发电等场合得到一定应用。

然而，在上述生物质气化过程中，副产物焦油的产生对于生物质气化产生的可燃气体的利用产生带来诸多问题，焦油在高温下可以发生裂解与气化产生的可燃气体一起呈气化状态，焦油在低于200℃的情况下，开始凝为液体，成为黑色粘稠油状物，影响利用该可燃气体(含有高浓度焦油)的锅炉、民用炉灶、等设备，特别是内燃发动机的稳定、安全运行。因此如何提供一种生物质气化装置，可以显著降低可燃气体中含有的焦油，不影响利用该可燃气体的设备的运行稳定性成为有待解决的问题。

同时如何提供一种生物质收集利用系统可以将在田间地头的生物质直接转化为可燃气体为诸如联合收购机、卡车、拖拉机等的农业机械的发动机提供动力，并且该可燃气体中含有极少量的焦油，不会对这些农业机械的稳定、安全运行带来不良影响也成为有待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种生物质气化装置，通过利用所述生物质气化装置的预热腔、炭化腔、气化腔对生物质依次进行预热、炭化、气化处理，在炭化腔将大部分的焦油以尾气形式排出到预热腔，以及在炭化腔设置炭化物堆积区域，使得气化腔产生的可燃气体不会与炭化腔的产生的尾气混合，使获得的可燃气体的浓度高并且含有极少量的焦油，不影响利用该可燃气体作为动力的设备的运行稳定性。

本发明还提供了一种生物质加工利用方法，通过将收集的生物质粉碎后使用上述的生物质气化装置气化，获得含有极少量焦油的可燃气体，用于驱动对生物质原料的收集和粉碎处理。

本发明还提供了一种生物质收集利用系统，通过利用上述的生物质气化装置，可以在生物质收集操作现场直接将生物质粉碎并转化为可燃气体作为该系统中生物质原料的收集和粉碎过程的动力，同时上述可燃气体中含有显著降低的焦油，不会对这些系统中各装置的稳定、安全运行带来不良影响。

本发明提供的一种生物质气化装置，包括一反应腔体，该反应腔体自上而下导通并依次形成预热腔、炭化腔和气化腔，且反应腔体上部设置有进料仓，其中：

所述预热腔区域设置有至少一个尾气进口；

所述炭化腔区域分为生物质炭化区域和炭化物堆积区域，生物质炭化区域的腔体侧壁设有第一空气入口、点火口以及至少一个尾气出口，所述至少一个尾气出口与预热腔的所述至少一个尾气进口通过输送管路连通，所述炭化物堆积区域中的炭化物堆积体积占整个炭化物堆积区域体积的70％以上；

所述气化腔区域的腔体侧壁设有第二空气入口和可燃气体出口，并在气化腔区域的腔体底部设有废渣出口。

在本发明的方案中，所述生物质气化装置也可以为可移动的生物质气化装置。所述可燃气体的主要成分为CO，H₂CH₄等，还会有N₂，CO₂和少量水蒸气等。所述废渣为生物质的炭化物气化后剩余的物质，主要含无机物如硅钙钾等植物生长所需元素，因此所述废渣可用作肥料，例如钾肥、硅肥等的原料。

所述炭化物堆积区域中的炭化物堆积可以通过将生物质材料先燃烧形成炭化物装入炭化物堆积区域中形成；或者，将生物质材料装入炭化物堆积区域中，并使其燃烧形成所述炭化物堆积，只要在利用所述生物质气化装置进行生物质气化处理之前，所述炭化物堆积体积占所述炭化物堆积区域70％以上即可。所述炭化物堆积区域的大小可以根据整个气化装置的大小设定，只要气化腔产生的可燃气体能够被该炭化物堆积区域有效阻挡不能与生物质炭化区域产生的尾气混合即可。

所述至少一个尾气出口与预热腔的所述至少一个尾气进口通过输送管路连通，其中所述尾气出口和尾气进口之间一一对应连通；进一步的，所述尾气出口和尾气进口可以为多个，间隔分布在反应腔体的侧壁上，更利于对尾气的利用(输送回预热腔加热物料)。

在本发明提供的方案中，进入尾气输送管路的尾气的温度一般不低于600℃，进入预热腔的尾气温度一般不低于300℃，因此在春夏秋季节的正常天气情况下，所述尾气一般不会在所述管路中冷凝形成焦油；进一步的，为了防止冬季寒冷天气的影响，所述尾气输送管路可以为由保温材料制成的管路；进一步的，所述尾气出口处可以设置有抽气泵用于使所述尾气快速进入尾气输送管路，并由该管路进入预热腔，而不会在管路中冷凝形成焦油。所述尾气还可以部分通出反应腔体，与空气混合燃烧，产生热空气用于干燥刚收集的谷物。

在本发明的一个具体实施方式中，第一空气进口位于与一个所述尾气出口基本上相对的位置，所述点火口靠近第一空气入口并设置在所述炭化腔区域。

所述相对的位置是指在反应腔体侧壁上基本相对的位置，由于尾气出口可以是多个，只要所述多个尾气出口都在生物质炭化区域内，并且能够方便的引导尾气进入输送管路，不会在生物质炭化区域堆积以及向下扩散即可。该生物质炭化区域是指生物质接触空气发生燃烧并产生炭化物的区域，该区域大小一般与空气在腔体中扩散的范围有关，该区域位于生物质堆积区域的上端。

进一步的，第二口空气进口位于与可燃气体出口基本上相对的位置。所述相对的位置也指反应腔体侧壁上基本相对的位置。

所述第一空气进口处、第二空气进口处分别设有气体分布器，所述气体分布器用于将空气分散在所述腔体中。

进一步的，所述尾气出口处设有气体过滤器，所述气体过滤器用于防止生物质和/或其碳化物进入所述尾气输送管引起堵塞。

更进一步的，所述可燃气体出口处设有气体过滤器，所述气体过滤器用于防止生物质炭化物和/或废渣进入可燃气体出口处的管路引起堵塞。

进一步的，所述气体分布器为百叶窗型气体分布器或纱网型气体分布器，其分别设置于第一空气进口处和第二空气进口处的内侧壁上。所述气体过滤器百叶窗型气体过滤器或纱网型气体过滤器，其分别设置于尾气出口和可燃气体出口处的内侧壁上。这些气体分布器或气体过滤器均为本领域技术人员可以自行制作或购买得到。

更进一步的，所述反应腔体在所述炭化物堆积区域还设有炭化物出口。用于将不需要进行气化的炭化物作为清洁燃料外卖到需要固体燃或集中生物气化站进行有效利用。

本发明还提供了一种生物质加工利用方法，包括以下过程：

生物质原料的收集和粉碎；

对经粉碎的生物质原料实施气化制取可燃气体；

对所得到的可燃气体进行除焦处理，得到除焦气体；

利用所述除焦气体驱动对生物质原料的收集和粉碎处理；

其中，所述对经粉碎的生物质原料实施气化制取可燃气体过程通过所述的生物质气化装置实现，其包括：

在所述炭化物堆积区域中形成炭化物堆积，且所述炭化物处于红热状态，将经粉碎的生物质原料从进料仓送入预热腔，经第一空气进口通入空气并通过点火口点燃来自预热腔的生物质原料，使所述生物质原料在炭化腔的生物质炭化区域燃烧形成红热状态的炭化物，并堆积于已形成的炭化物上，同时经第二空气进口向气化腔通入空气，使炭化物堆积区域的炭化物发生气化成为可燃气体，并使炭化物堆积区域中堆积的炭化物体积基本处于动态平衡；

在点燃生物质原料的同时开启尾气出口使炭化物形成过程产生的至少部分尾气返回预热腔，与进入的生物质原料进行热交换；

将所述可燃气体从可燃气体出口排出，气化过程的废渣从废渣出口排出。

进一步的，所述生物质加工利用方法为生物质现场加工利用方法。

进一步的，在对生物质原料实施气化前，将生物质材料先燃烧形成炭化物装入炭化物堆积区域中形成所述炭化物堆积；或者，将生物质材料装入炭化物堆积区域中，并使其燃烧形成所述炭化物堆积。

在本发明方案中，所述炭化物堆积区域中的炭化物处于红热状态可以通过在炭化物形成后立即装入所述炭化物堆积区域，或直接在生物质气化装置内燃烧制备所述炭化物堆积在该区域后立即使用所述生物质气化装置进行生物质气化处理来实现，或者通过将所述炭化物引燃等方式来使炭化物处于红热状态。

所述使炭化物堆积区域的炭化物堆积体积基本处于动态平衡指：在炭化和气化过程，所述炭化物堆积区域中堆积的炭化物体积(或炭化物堆积体积)占整个炭化物堆积区域体积基本上维持平衡，即气化的炭化物与新生成的炭化物的量基本相同。

进一步的，本发明方法所述对预热腔的温度没有特殊的限制，只要能将生物质中的水分适当去除，使生物质在炭化腔易于点燃即可。

进一步的，所述生物质气化装置的反应腔体的高径比是1-10∶1，由进料仓进入的生物质原料与由第一空气入口进入的空气的重量体积(kg/L)比为1∶1-1000，进料仓进入的生物质原料与由第二空气入口进入的空气的重量体积(kg/L)比1∶1-100。

进一步的，所述生物质原料经收集并粉碎后成为最大粒径不大于50mm的原料颗粒。上述粒径大小是为了使生物质在生物质气化装置内易于点燃。

进一步的，所述生物质原料在送入所述气化装置之前的含水量为5-10wt％。由于本发明的生物质一般会粉碎为较小的颗粒，在气化装置内很容易点燃，但为了进一步使生物质颗粒易于燃烧，可以在生物质原料在送入所述气化装置之前进行烘干等处理使含水量尽可能的减小。

进一步的，所述对所得到的可燃气体进行除焦处理是使用泡沫镍或泡沫陶瓷制成的除焦装置处理来自所述生物质气化装置的可燃气体，得到除焦气体。

进一步的，所述除焦装置为采用泡沫镍、泡沫陶瓷，堆积催化剂颗粒床层等的除焦装置中的一种或多种，上述除焦装置可以通过化学分解焦油或物理吸附焦油，并可以再生。

所述反应腔体在所述炭化物堆积区域还设有炭化物出口，所述方法还包括，在制取可燃气体过程，将部分炭化物经炭化物出口排出送入炭化物收集装置，所述炭化物收集装置利用所述除焦气体进行运作。

在本发明的方案中，所述生物质原料为农林业生产过程中产生的副产物，以及农林废弃物中的一种或多种。

所述农林业生产过程中产生的副产物包括作物秸秆和果实外壳等中的一种或多种；所述秸秆例如可以是玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等中的一种或多种；所述外壳例如可以是稻壳、花生壳、瓜子壳等中的一种或多种；所述农林废弃物例如可以是薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶、木屑，木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等中一种或多种。

本发明还提供了一种生物质收集利用系统，包括所述的生物质气化装置，还包括生物质收集装置、生物质粉碎装置和除焦装置，其中

所述生物质收集装置的出料口与所述生物质粉碎装置的进料口连接，所述生物质粉碎装置的出料口与所述生物质气化装置的进料仓连接，所述生物质气化装置的可燃气体出口与所述除焦装置的可燃气体入口连接；所述除焦装置的除焦气体出口分别与所述生物质收集装置、生物质粉碎装置的动力输入端连接。

在本发明方案中，所述动力输入端例如可以是能被气体驱动的内燃机、发动机等。

所述除焦装置例如可以是配置了催化材料的除焦装置，例如：采用低压降蜂窝状结构，利用过渡金属如镍基化合物或单质合金等作为催化剂的催化剂除焦装置，这些催化剂被以极其小的颗粒(如纳米颗粒)，支撑在衬底的表面。另外，也可以用海棉状金属镍板类似于金属燃结过滤器一样的结构来代替蜂窝状陶瓷支撑的催化除焦装置。

当然本发明使用的所述除焦装置不限于上述催化除焦装置，也可以是可商购或加工的燃烧除焦装置，吸附除焦装置，吸收和过滤除焦装置中的一种或多种。只要能对所述生物质气化装置产生的可燃气体进一步除焦，最大限度降低进入农业机械发动机的可燃气体中焦油含量，使这些农业机械可稳定、安全运行即可。

进一步的，所述生物质收集利用系统包括至少两个除焦装置，所述至少两个除焦装置并联连接，并通过阀门控制其中一个除焦装置处于工作状态。即通过阀门控制对多个除焦装置进行切换。例如：其中一个除焦装置用于对可燃气体除焦，当其吸附满焦油后，通过阀门切换，使用备用的除焦装置进行除焦，对吸附满焦油的除焦装置进行活化处理，这时可以将第三个除焦装置作为备用除焦装置，保持一用一备一活化处理，使得始终有活性极高的催化剂除焦单元可以利用，以及本发明提供的生物质收集利用系统可以不需要停下更换除焦装置而连续运行。

进一步的，所述生物质收集利用系统还包括用于对所述除焦装置进行加热除焦的电加热器。所述电加热器用于在所述除焦装置上吸附满焦油的情况下对所述除焦装置进行氧化除焦。

在本发明的方案中生物质收集装置，对于作物秸秆例如可以是联合收割机等；对于果实外壳例如可以是稻谷、麦粒等的脱壳机械等；对于农林废弃物例如可以是运输车等。

在一个实施方案中，所述生物质收集装置可以包括收割机构和分离机构，收割机构用于将生物质从田地间收割并将秸秆切碎；所述分离机构将谷物与切碎的秸秆分离。

在本发明的一个具体实施方式中，所述生物质气化装置的反应腔体在所述炭化物堆积区域还设有炭化物出口，所述生物质收集利用系统还包括物料烘干设备、运输斗车和贮藏机构，

所述物料烘干设备设置在所述生物质粉碎装置和生物质气化装置之间，所述物料烘干设备的进料口与所述生物质粉碎装置的出料口连接，所述物料烘干设备的出料口与所述生物质气化装置的进料仓连接；

所述运输斗车连接所述炭化物出口；

所述贮藏机构的进料口与所述生物质粉碎装置的出料口连接；

所述除焦装置的除焦气体出口还分别与所述运输斗车、所述物料烘干设备的动力输入端连接。

进一步的，所述生物质收集利用系统为可移动生物质收集利用系统。

上述提供的生物质收集利用系统可以直接在生物质收集操作现场将生物质粉碎并烘干，可以将烘干后的部分生物质经生物质气化装置(该气化装置也可以与生物质收集装置装配在一起)转化成可燃低焦油气体，所述生物质气化装置可以将部分炭化物(例如多余的炭化物)由炭化物出口排出到生物质收集装置(例如运输斗车)，与干燥后的谷物一起运到较集中的集运站，作为清洁燃料外卖到需要固体燃或集中生物气化站进行有效利用；也可以将部分的生物质制成细微粉作为燃料与空气混合通入内燃机而产生动力来驱动自身和相关机械；或者将部分的生物质留在田间预建的贮藏斗内以备它时应用。

本发明提供的生物质气化装置和生物质收集利用系统具有以下优点：

1、本发明提供的生物质气化装置在将大部分的焦油以高温尾气形式排出到预热腔对来自进料仓的生物质物料进行预热以干燥物料，有效利用了尾气余热，同时焦油被生物质颗粒吸附，吸附有焦油的生物质下行到炭化腔后可进一步有效燃烧产生热量，减少生物质在炭化腔的消耗，使系统产碳率提高，提高了生物质的利用率；同时，由于尾气不随炭化腔产生的炭化物颗粒进入气化腔，炭颗粒本身已被除焦，气化腔产生的可燃气体浓度高并且焦油含量少，不会影响利用该可燃气体的设备的运行稳定性。

2、本发明方案中炭化腔具有炭化物堆积区域，该区域中堆积的炭化物体积占整个炭化物堆积区域体积的70％以上，能够有效阻隔气化产生的可燃气体与生物质炭化区域产生的尾气混合，使得气化所产可燃气体浓度高，且含有极少量的焦油，有利于生物质收割和分离装置的发动机的利用。

3、本发明提供的生物质收集利用系统可以将田间地头的生物质直接收集并粉碎，然后转化为可燃气体，上述可燃气体中含有显著降低的焦油，同时这些可燃气体还可作为驱动收集粉碎生物质设备的动力，并不会对这些设备的稳定安全运行带来不良影响，本发明提供的生物质收集利用系统可以在不需要停下更换除焦装置而连续运行。

5、本发明提供的生物质收集利用系统还可以对所述生物质气化装置的炭化腔产生的多余炭化物(即炭化物气化为可燃气体为所述生物质收集利用系统等提供动力后剩余的炭化物)进行收集，作为清洁燃料外卖到需要固体燃或集中生物气化站进行有效利用。

6、本发明的气化装置与收集、粉碎装置可以为组装成一体装置，在收集粉碎生物质的同时，利用气化产生可燃气体驱动收集、粉碎装置运作，最大限度利用生物质提供的可燃气体代替矿物质燃料，从而实现各装置能源的自给。

附图说明

图1是本发明的生物质收集利用系统的装置应用分布示意图；

图2是本发明的生物质气化装置的示意图；

图3是本发明的生物质收集利用系统的连接示意图；

图4是本发明中一种百叶窗型气体分布器的示意图。

符号的说明：

1：进料仓；2：预热腔；3：炭化腔；4：气化腔；5：第一空气入口；6：尾气出口；7：输送管路；8：第二空气入口；9：可燃气体出口；10：废渣出口；11：炭化物堆积区域；12：尾气进口；1000：生物质收集利用系统；110生物质收集装置；111：生物质粉碎装置；112：生物质气化装置；113：除焦装置；112、113：百叶窗结构面；109：分布器的前面；109a：分布器的后面；100：联合收割机；200：物料烘干设备；300：粉碎装置；400：气化装置；410：排渣口；600：贮藏斗；510：谷物斗；520：燃料斗。

具体实施方式

实施例1使用图3所示的使用如图2所示的生物质气化装置处理玉米秸秆。

所述生物质气化装置包括一腔体，该气化装置包括一反应腔体，该反应腔体自上而下导通并依次形成预热腔2、炭化腔3和气化腔4，且反应腔体上部设置有进料仓1，其中：所述预热腔2区域设置有至少一个尾气进口；所述炭化腔3区域分为生物质炭化区域和炭化物堆积区域，生物质炭化区域的腔体侧壁设有第一空气入口5、点火口(未显示)以及至少一个尾气出口6，所述至少一个尾气出口6与预热腔的所述至少一个尾气进口12通过输送管路7连通，所述炭化物堆积区域中堆积的炭化物体积占整个炭化物堆积区域体积的70％以上；所述气化腔4区域的腔体侧壁设有第二空气入口8和可燃气体出口9，并在气化腔4区域的腔体底部设有废渣出口10。

上述生物质气化装置处理玉米秸秆的过程如下所述：

在所述炭化物堆积区域中形成炭化物堆积，且所述处于炭化物堆积红热状态，将经粉碎的玉米秸秆从进料仓1送入预热腔2，经第一空气进口5通入空气并通过点火口点燃来自预热腔2的玉米秸秆，使所述玉米秸秆在炭化腔3的生物质炭化区域燃烧形成红热状态的炭化物，并堆积于已形成的炭化物上，同时经第二空气进口8向气化腔4通入空气，使炭化物堆积区域的炭化物发生气化成为可燃气体，并使炭化物堆积区域的炭化物堆积体积基本处于动态平衡；

在点燃玉米秸秆的同时开启尾气出口6使炭化物形成过程产生的至少部分尾气返回预热腔2，与进入的生物质原料进行热交换；

将所述可燃气体从可燃气体出口9排出，气化过程的废渣从废渣出口10排出。

使用图2所示的生物质气化装置处理玉米秸秆，焦油随着高温尾气排入到预热腔预热生物质物料，由于所述炭化物堆积区域的有效阻拦气化腔生成的可燃气体不会与尾气混合，因此可燃气体浓度高且其中含有的焦油极少，不会对这些农业机械的稳定、安全运行带来不良影响。

实施例2：利用图3所示的生物质收集利用系统对生物质加工利用的方法

本实施例的生物质收集利用系统1000包括生物质气化装置112，还包括生物质收集装置110、生物质粉碎装置111和除焦装置113，所述生物质收集装置110的出料口与所述生物质粉碎111装置的进料口连接，所述生物质粉碎装置111的出料口与所述生物质气化装置112的进料仓连接，所述生物质气化装置110的可燃气体出口与所述除焦装置113的可燃气体入口连接；所述除焦装置113的除焦气体出口分别与所述生物质收集装置110、生物质粉碎装置111的动力输入端连接。本实施例中生物质气化装置112的结构和连接关系同实施例1。

利用图3所示的生物质收集利用系统对生物质加工利用的方法包括：利用生物质收集装置110、生物质粉碎装置111进行生物质原料的收集和粉碎；

利用生物质气化装置112对经粉碎的生物质原料实施气化制取可燃气体；

利用除焦装置113对所得到的可燃气体进行除焦处理，得到除焦气体；

利用所述除焦装置113的除焦气体出口分别与所述生物质收集装置110、生物质粉碎装置111的动力输入端连接实现利用所述除焦气体驱动对生物质原料的收集和粉碎处理；

其中，利用生物质气化装置112对经粉碎的生物质原料实施气化制取可燃气体过程同实施例1。

本实施例提供的方案可以通过所述生物气化装置将收集并粉碎的生物质气化为含有极少量焦油的可燃气体，然后将所述可燃气体用作生物质收集和粉碎过程的动力，最大限度利用生物质提供的可燃气体代替矿物质燃料，从而实现各装置能源的自给。

实施例3：使用图3所示的生物质收集利用系统1000处理稻壳。

本实施例的生物质收集利用系统1000的结构和连接关系同实施例2。

生物质气化装置112的结构和连接关系同实施例1，除了在生物质气化装置112的第一空气入口5以及第二空气入口8处的内侧壁上均设置有气体分布器用于将空气分散在所述腔体中；并且所述尾气出口6处的内侧壁上设置有气体过滤器用于防止生物质和/或其碳化物进入所述尾气输送管7引起堵塞；所述可燃气体出口9处的内侧壁上也设置有气体过滤器用于防止生物质炭化物和/或废渣进入可燃气体出口9处的管路引起堵塞。

利用上述生物质收集利用系统1000处理稻壳的过程如下：

利用生物质收集装置110将稻子从田间由收割并将稻壳与稻米分离，然后将稻壳经泵输送到生物质粉碎装置111粉碎后，再经泵输送到所述生物质气化装置112的进料仓，从进料仓1送入预热腔2，经第一空气进口5通入空气并通过点火口点燃来自预热腔2的稻壳，使所述稻壳在炭化腔3的生物质炭化区域燃烧形成红热状态的炭化物，并堆积于已形成的炭化物上，同时经第二空气进口8向气化腔4通入空气，使炭化物堆积区域的炭化物发生气化成为可燃气体，并使炭化物堆积区域的炭化物堆积体积基本处于动态平衡；

在点燃稻壳的同时开启尾气出口6使炭化物形成过程产生的至少部分尾气返回预热腔2，与进入的稻壳进行热交换；

将所述可燃气体从可燃气体出口9排出，气化过程的废渣从废渣出口10排出。

所述可燃气体由所述可燃气体出口9排出后通入所述除焦装置113进行进一步除焦，经除焦装置113处理的可燃气体分别通入所述生物质收集装置110和生物质粉碎装置111的气体驱动的动力输入端(内燃机或发动机)提供动力。

在本实施例中，所述生物质气化装置112的反应腔体的高径比可以是5-10∶1的范围，由进料仓1进入的生物质原料和由第一空气入口5进入的空气的重量体积(kg/L)比为1∶1-1000的范围，进料仓进入的生物质原料和由第二空气入口8进入的空气的重量体积(kg/L)比1∶1-100的范围。经所述生物质气化装置112获得的可燃气体中每立方米含有的焦油可以降低到5500mg以下，能够满足一般农业机械的使用的可燃气体的要求。

所述生物质收集利用系统1000中所述除焦装置113为泡沫镍，所述泡沫镍例如可以是400ppi(每平方英寸400个孔洞)的泡沫镍，可以呈平板状，桶状或折叠状，经所述除焦装置113进一步除焦的可燃气体中每立方米含有的焦油可以降低到2500mg以下，进一步提高应用到农业机械的可燃气体的质量。

本实施例中实用的气体分布器为百叶窗型气体分布器，如图4所示，其中112和113为两个相对的百叶窗结构面，109和109a为分布器的前后面，一般为，分布器的上下通透，通过左右的两端的轴架设在生物质反应腔体的侧壁上，例如可设在相对设置的第一空气进入口5和尾气出口6之间；或者相对设置的第二空气进入口8和可燃气出口9之间，所述百叶窗型气体分布器的百叶窗尺寸可以根据需要选择，只要能起到分散空气的作用，以及过滤气体中生物质、炭化物、以及废渣进入管路引起堵塞的作用即可。

所述生物质收集利用系统1000例如可以包括至少两个所述除焦装置113，其中至少有一个除焦装置113为备用除焦装置。当除焦装置113吸附满焦油之后，可用所述备用除焦装置替换，然后通过所述电加热器进行氧化除焦，以备再次使用，使得本发明提供的生物质收集利用系统可以不需要停下更换除焦装置而连续运行。

本实施例的所述生物质收集利用系统1000例如还可以包括电加热器(未显示)用于在所述除焦装置113上吸附满焦油的情况下对所述除焦装置113进行加热氧化除焦。例如电加热可以将泡沫镍加热到500℃以上，然后引入空气，在泡沫镍的作用下将所吸附的焦油在20分钟内氧化除去，从而恢复泡沫镍的原有的吸附焦油功能。

使用图3所示的生物质收集利用系统1000处理稻壳，可以将田间地头的稻壳直接转化为可燃气体，同时上述可燃气体中含有显著降低的焦油，不会对这些农业机械的稳定、安全运行带来不良影响。

实施例2和3的生物质收集利用系统110还可以包括炭化物收集装置，所述生物质气化装置112的炭化物堆积区域还设有炭化物出口，所述炭化物收集装置与所述炭化物出口连接，用于收集由所述炭化腔产生的不需要进行气化(炭化物气化为可燃气体为所述生物质收集利用系统提供动力后炭化腔剩余的炭化物)的炭化物，然后将收集的炭化物作为清洁燃料外卖到需要固体燃或集中生物气化站进行有效利用，述炭化物收集装置也可以利用所述除焦气体进行运作。

实施例4使用图1所示的生物质收集利用系统处理

下面结合图1详细描述本实施例方案：本实施例中，所述生物质气化装置的结构和连接关系以及使用过程同实施例1。

所述生物质收集装置为联合收割机100，所述生物质收集装置为气化装置400，其中该气化装置400安装在联合收割机100上，联合收割机将收割并粉碎的秸秆通入气化装置400的进料仓，气化装置400产生的可燃气体通入联合收割机100的发动机代替燃油产生动力使得联合收割机100收割并分筛谷物和秸秆。

由于秸秆所对应的能源量(或产生的可燃气体量)远大于联合收割机100对动力的需求，因此可将部分可燃气体用于现场利用如烘干谷物和秸秆，即气化装置400产生的可燃气体可通入物料烘干设备200用于烘干谷物和秸秆，烘干的谷物输送到运输车上的谷物斗510，烘干的秸秆进入气化装置400的进料仓。

多余的秸秆还可以：1、经粉碎装置300制成生物质粉状燃料或饲料；或者2、经压缩装置制成高密度的生物质块粒燃料；或者经炭化装置制成高密度的碳块粒。

这些多余的秸秆，可以部分留在田间预建的贮藏斗600内以备它时如耕作和灌溉动力应用。其余的秸秆或其经气化装置400气化产生的炭化物可输送到运输车上的燃料斗520.然后与干燥后的谷物一起运到较集中的集运站，作为清洁燃料外卖到需要固体燃或集中生物气化站进行有效利用。

另外为进一步减少可燃气体中的焦油，生物质收集利用系统还可以包括除焦装置，进一步减少通入联合收割机等设备的可燃气体中的焦油，从根本上保证这些设备的长时间可靠运行。

气化装置400的设计，使得有气化腔产生的高纯无焦油可燃气体冷却后，直接通入联合收割机100的发动机作为动力供机械运行，而由炭化腔产生的含焦油较重的气体一方面可以与空气混合燃烧，产生热空气用于干燥刚收集的谷物，另一方面用于对从进料仓进入的秸秆进行加热，使这些秸秆更容易燃烧。由于焦油绝大部分伴随尾气排走，炭化物气化产生的可燃气体基本上是无焦化的可燃气体，而气化过程产生的残渣由气化装置400底部的排渣口410排出，本发明的气化装置400安装在联合收割机100上，可以在联合收割机收割谷物的同时即将废渣埋入土壤之中作为肥料，帮助下季作物的生长。

本实施例的气化装置与收集装置为一体装置，在收集生物质的同时，利用气化产生可燃气体驱动收集装置运作，最大限度利用生物质提供的可燃气体代替矿物质燃料，从而实现各装置能源的自给。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (21)

1.一种生物质气化装置，其特征在于，该气化装置包括一反应腔体，该反应腔体自上而下导通并依次形成预热腔、炭化腔和气化腔，且反应腔体上部设置有进料仓，其中：

所述预热腔区域设置有至少一个尾气进口；

所述炭化腔区域分为生物质炭化区域和炭化物堆积区域，所述生物质炭化区域的腔体侧壁设有第一空气入口、点火口以及至少一个尾气出口，所述至少一个尾气出口与预热腔的所述至少一个尾气进口通过输送管路连通，所述炭化物堆积区域中的炭化物堆积体积占整个炭化物堆积区域体积的70％以上；

所述气化腔区域的腔体侧壁设有第二空气入口和可燃气体出口，并在气化腔区域的腔体底部设有废渣出口。

2.根据权利要求1所述的生物质气化装置，其特征在于，所述第一空气进口位于与一个所述尾气出口基本上相对的位置，所述点火口靠近所述第一空气入口并设置在所述炭化腔区域。

3.根据权利要求1所述的生物质气化装置，其特征在于，所述第二口空气进口位于与所述可燃气体出口基本上相对的位置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的生物质气化装置，其特征在于，所述第一空气进口处、第二空气进口处分别设有气体分布器。

5.根据权利要求1-3任一项所述的生物质气化装置，其特征在于，所述尾气出口处和可燃气体出口处分别设有气体过滤器。

6.根据权利要求4所述的生物质气化装置，其特征在于，所述气体分布器为百叶窗型气体分布器或纱网型气体分布器，其分别设置于第一空气进口处和第二空气进口处的内侧壁上。

7.根据权利要求5所述的生物质气化装置，其特征在于，所述气体过滤器百叶窗型气体过滤器或纱网型气体过滤器，其分别设置于尾气出口和可燃气体出口处的内侧壁上。

8.根据权利要求1-7任一项所述的生物质气化装置，其特征在于，所述反应腔体的炭化物堆积区域还设有炭化物出口。

9.根据权利要求1所述的生物质气化装置，其特征在于，所述生物质气化装置为可移动的生物质气化装置。

10.一种生物质加工利用方法，包括以下过程：

生物质原料的收集和粉碎；

对经粉碎的生物质原料实施气化制取可燃气体；

对所得到的可燃气体进行除焦处理，得到除焦气体；

利用所述除焦气体驱动对生物质原料的收集和粉碎处理；

其中，所述对经粉碎的生物质原料实施气化制取可燃气体过程通过权利要求1-9任一项所述的生物质气化装置实现，其包括：

在所述炭化物堆积区域中形成炭化物堆积，且所述炭化物处于红热状态，将经粉碎的生物质原料从进料仓送入预热腔，经所述第一空气进口通入空气并通过点火口点燃来自预热腔的生物质原料，使所述生物质原料在炭化腔的生物质炭化区域燃烧形成红热状态的炭化物，并堆积于已形成的炭化物上，同时经所述第二空气进口向气化腔通入空气，使炭化物堆积区域的炭化物发生气化成为可燃气体，并使炭化物堆积区域中堆积的炭化物体积基本处于动态平衡；

在点燃生物质原料的同时开启尾气出口使炭化物形成过程产生的至少部分尾气返回预热腔，与进入的生物质原料进行热交换；

将所述可燃气体从可燃气体出口排出，气化过程的废渣从所述废渣出口排出。

11.根据权利要求10所述的生物质加工利用方法，其中，在对生物质原料实施气化前，将生物质材料先燃烧形成炭化物装入炭化物堆积区域中形成所述炭化物堆积；或者，将生物质材料装入炭化物堆积区域中，并使其燃烧形成所述炭化物堆积。

12.根据权利要求10所述的生物质加工利用方法，其中，所述生物质气化装置的反应腔体的高径比是1-10∶1，由进料仓进入的生物质原料与由第一空气入口进入的空气的重量体积(kg/L)比为1∶1-1000，进料仓进入的生物质原料与由第二空气入口进入的空气的重量体积(kg/L)比1∶1-100。

13.根据权利要求10或11所述的生物质加工利用方法，所述对所得到的可燃气体进行除焦处理是使用泡沫镍或泡沫陶瓷制成的除焦装置处理来自所述生物质气化装置的可燃气体，得到除焦气体。

14.根据权利要求10或11所述的生物质加工利用方法，所述反应腔体在所述炭化物堆积区域还设有炭化物出口，所述方法还包括，在制取可燃气体过程，将部分炭化物经炭化物出口排出送入炭化物收集装置，所述炭化物收集装置利用所述除焦气体进行运作。

15.根据权利要求10所述的生物质加工利用方法，其中，所述生物质原料为农林业生产过程中产生的副产物，以及农林废弃物中的一种或多种。

16.根据权利要求10所述的生物质加工利用方法，其中，所述生物质加工利用方法为生物质现场加工利用方法。

17.一种生物质收集利用系统，其特征在于，包括权利要求1所述的生物质气化装置，还包括生物质收集装置、生物质粉碎装置和除焦装置，其中

所述生物质收集装置的出料口与所述生物质粉碎装置的进料口连接，所述生物质粉碎装置的出料口与所述生物质气化装置的进料仓连接，所述生物质气化装置的可燃气体出口与所述除焦装置的可燃气体入口连接；所述除焦装置的除焦气体出口分别与所述生物质收集装置、生物质粉碎装置的动力输入端连接。

18.根据权利要求17所述的生物质收集利用系统，其特征在于，所述生物质收集利用系统还包括用于对所述除焦装置进行加热除焦的电加热器。

19.根据权利要求17或18所述的生物质收集利用系统，其特征在于，所述生物质收集利用系统包括至少两个除焦装置，所述至少两个除焦装置并联连接，并通过阀门控制其中一个除焦装置处于工作状态。

20.根据权利要求17所述的生物质收集利用系统，其特征在于，所述生物质气化装置的反应腔体在所述炭化物堆积区域还设有炭化物出口，所述生物质收集利用系统还包括物料烘干设备、运输斗车和贮藏机构，

所述物料烘干设备设置在所述生物质粉碎装置和生物质气化装置之间，所述物料烘干设备的进料口与所述生物质粉碎装置的出料口连接，所述物料烘干设备的出料口与所述生物质气化装置的进料仓连接；

所述运输斗车连接所述炭化物出口；

所述贮藏机构的进料口与所述生物质粉碎装置的出料口连接；

所述除焦装置的除焦气体出口还分别与所述运输斗车、所述物料烘干设备的动力输入端连接。

21.根据权利要求17所述的生物质收集利用系统，其特征在于，所述生物质收集利用系统为可移动生物质收集利用系统。

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