CN105602591A - 一种生物质干馏与厌氧发酵耦合系统装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质干馏与厌氧发酵耦合系统装置，属于新能源技术领域；所述的干馏炉内设有干馏反应釜；所述的干馏反应釜的底部设有燃烧器；所述的冷却塔之间通过水路连管连接；且每两个冷却塔之间设有气路连管；与干馏反应釜相邻的一个冷却塔的左侧通过冷却塔进水管与厌氧发酵反应器连接；所述的油液分离塔的一端与木醋液储存池连接；所述的油液分离塔的另一端与木焦油储存池连接；最后一个冷却塔的顶部与净化塔连接；所述的净化塔与储气柜连接。可对农村人畜粪便和秸秆等生物质资源同时处理，全面解决农村环境污染问题，并且，生成的可燃气体可以混合储存和使用，功能叠加，降低投资成本，提高管理效率，为农村地区高效提供清洁能源。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种生物质干馏与厌氧发酵耦合系统装置。
背景技术
厌氧发酵技术是生物质能利用的良好途径之一，它不但可以消除废弃物对环境的污染，而且还可以获得清洁的高品质燃气，是废物资源化程度和能量转化率较高的一种生物转化技术，具有能源和环境的双重效应。温度是影响厌氧发酵的重要因素之一，由于发酵温度低、受环境温度波动影响大等原因，农村厌氧反应器产气不稳定、北方寒冷地区冬季不产气的问题普遍存在，严重制约了它的推广应用。因此，利用沼气池和外热源进行热交换，从而提高沼气池内的发酵温度，是保证厌氧发酵持续高效运行的重要手段。目前厌氧发酵装置常见的增温方式有电热膜增温、太阳能增温、化石能源热水锅炉增温、生物质热水锅炉增温等多种方式。然而这些增温方式的目的单一，无法形成能量互补利用和功效叠加。
生物质干馏技术是生物质能研究的世界前沿技术之一，该技术能将秸秆等生物质废弃资源转化为高品质的生物燃气、生物炭、木焦油和木醋液，可用于新农村社区能源供应和现代生态农业中，因此，生物质干馏技术是生物质能的一种重要利用形式。
生物质干馏工序中，生成的干馏烟气需要快速的冷凝，一般用冷水作为冷却液，通过板式换热器或列管式换热器进行热交换，从而将干馏烟气的温度快速降低，冷凝出木醋液和木焦油的混合液体，同时，热量传递给冷却水，形成大量的高温热水。高温热水一般回流到储水箱中自然冷却，造成热量的严重浪费。
发明内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、可对农村秸秆类生物质资源和人畜粪便同时进行转换处理的生物质干馏与厌氧发酵耦合系统装置。
本发明的一种生物质干馏与厌氧发酵耦合系统装置，它包含供氧风机、阻火器、供气管道、干馏反应釜、干馏烟气导出管、冷却塔、气路连管、冷却塔出水管、净化塔、储气柜、厌氧反应器导气管、溢流间、换热盘管、厌氧发酵反应器、循环泵、水封、风机、木焦油储存池、油液分离塔、木醋液储存池、水路连管、油液导出管、冷却塔进水管、燃烧器、干馏炉、燃气空气混合室；所述的供气管道的一端与供氧风连接；所述的供气管道上设有阻火器；所述的供气管道的另一端与储气柜连接；所述的燃气空气混合室的一端与供氧风机连接；所述的燃气空气混合室的另一端与干馏炉连接；所述的干馏炉内设有干馏反应釜；所述的干馏反应釜的底部设有燃烧器；所述的干馏反应釜的顶部通过干馏烟气导出管与数个冷却塔连接；所述的冷却塔之间通过水路连管连接；且每两个冷却塔之间设有气路连管；与干馏反应釜相邻的一个冷却塔的左侧通过冷却塔进水管与厌氧发酵反应器连接；所述的冷却塔进水管的中间设有循环泵，与干馏反应釜相邻的一个冷却塔的底部通过油液导出管与油液分离塔连接；所述的油液分离塔的一端与木醋液储存池连接；所述的油液分离塔的另一端与木焦油储存池连接；最后一个冷却塔的顶部与净化塔连接；所述的净化塔与储气柜连接，所述的储气柜通过厌氧反应器导气管与厌氧发酵反应器连接；所述的厌氧发酵反应器上设有溢流间；所述的厌氧发酵反应器内设有换热盘管；所述的储气柜的两侧对称设有水封、风机，最后一个冷却塔的右侧通过冷却塔出水管与厌氧发酵反应器连接。
作为优选，所述的冷却塔包含进气口、上部左气室、室隔板、上部右气、出气口、出水口、下部气室、进水口、换热列管；所述的冷却塔顶部的左侧设有进气口；所述的冷却塔内部上端的中间设有室隔板；所述的进气口与室隔板左侧的上部左气室连接；所述的室隔板右侧的上部右气与所述的出气口连接；所述的冷却塔的中部设有换热列管；所述的换热列管外壁的上端设有出水口；所述的换热列管外壁的下段设有进水口；所述的换热列管的下方设有下部气室。
作为优选，所述的厌氧发酵反应器内设有发酵料液；所述的换热盘管的上方设有换热盘管进水口；所述的换热盘管的下方设有换热盘管出水口。
本发明操作时，干馏反应釜放在干馏炉内，储气柜中的可燃气体经供气管道和阻火器后，随供氧风机吹出的氧气共同进入燃气空气混合室内，两者混合均匀后在燃烧器处燃烧，火焰直接加热在干馏反应釜的外壳上，使得干馏反应釜内的生物质受热裂解，形成大量的干馏烟气，经干馏烟气导出管进入多组冷却塔内，通过与冷却水的热交换，干馏烟气中的可冷凝部分液化成木醋液和木焦油的液体混合物，通过油液导出管流入油液分离塔内，经多级分离后，木醋液流入木醋液储存池内，木焦油流入木焦油储存池内。水路连管将多组冷却塔间的水路连接成通路，气路连管将多组冷却塔间的气路连接成通路。干馏烟气中的不可冷凝气体经多组冷却塔后，进入净化塔内过滤脱尘脱焦，然后，在风机作用下，经水封后存储在储气柜内。厌氧发酵反应器内部有换热盘管，上部有厌氧反应器导气管和溢流间。生成的沼气经过厌氧反应器导气管，在风机作用下，经水封后存储在储气柜内。换热盘管和多组冷却塔之间由冷却塔进水管、冷却塔出水管和循环泵组成完整的水路循环。
其中，在冷却塔处，高温的干馏烟气经进气口进入上部左气室，被气室隔板阻隔后，自上向下从左部的换热列管进入下部气室内，然后从右部的换热列管自下向上进入上部右气室，在经出气口进入下一个冷却塔重复上述过程。低温的冷却水经进水口进入冷却塔内多组换热列管的间隙处，与换热列管内的高温干馏烟气进行热交换，冷却水自下向上经出水口进入下一个冷却塔重复上述过程。
在厌氧发酵反应器处，冷却塔出水管连接在换热盘管进水口上，换热盘管出水口经循环泵连接在冷却塔进水管上。在循环泵的作用下，干馏冷却塔升温后的热水，经换热盘管进水口进入换热盘管，与换热盘管外的发酵料液进行热交换，发酵料液吸收热量温度上升，循环水释放热量，温度降低。降温后的循环水经换热盘管出水口、循环泵以及冷却塔进水管进入冷却塔内，形成传质传热的循环往复过程。
本发明的工作原理：以生物质干馏烟气冷凝时强放热过程与厌氧发酵系统料液增温时强吸热过程为结合契机，以冷却水为传质传热循环纽带，形成一种新型的生物质干馏与厌氧发酵耦合系统装置。该装置在生物质干馏系统中，通过列管式换热器对冷却水与干馏烟气进行热交换，将干馏烟气快速降温，冷凝出木醋液和木焦油，低温的冷却水变成高温的热水；在厌氧发酵系统中，在干馏系统中形成的高温热水通过盘管式换热器与发酵料液进行热交换，提高料液温度，高温热水又降温成低温的冷却水，由此往复循环，形成热能互补高效利用系统。同时，两者形成的清洁燃气，混合共存于同一储气罐中，组成一整套生物质干馏与厌氧发酵耦合系统装置
本发明的有益效果：它结构设计合理，操作方便，在热能上实现互补互利，对两个系统功效同时具有促进作用。同时，可对农村人畜粪便和秸秆等生物质资源同时处理，全面解决农村环境污染问题，并且，生成的可燃气体可以混合储存和使用，功能叠加，降低投资成本，提高管理效率，为农村地区高效提供清洁能源。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中冷却塔的放大结构示意图；
图3是本发明中厌氧发酵反应器的放大结构示意图；
图中：
供氧风机1、阻火器2、供气管道3、干馏反应釜4、干馏烟气导出管5、冷却塔6、气路连管7、冷却塔出水管8、净化塔9、储气柜10、厌氧反应器导气管11、溢流间12、换热盘管13、厌氧发酵反应器14、循环泵15、水封16、风机17、木焦油储存池18、油液分离塔19、木醋液储存池20、水路连管21、油液导出管22、冷却塔进水管23、燃烧器24、干馏炉25、燃气空气混合室26、进气口27、上部左气室28、室隔板29、上部右气30、出气口31、出水口32、下部气室33、进水口34、换热列管35、发酵料液36、换热盘管进水口37、换热盘管出水口38。
具体实施方式：
如图1至图3所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含供氧风机1、阻火器2、供气管道3、干馏反应釜4、干馏烟气导出管5、冷却塔6、气路连管7、冷却塔出水管8、净化塔9、储气柜10、厌氧反应器导气管11、溢流间12、换热盘管13、厌氧发酵反应器14、循环泵15、水封16、风机17、木焦油储存池18、油液分离塔19、木醋液储存池20、水路连管21、油液导出管22、冷却塔进水管23、燃烧器24、干馏炉25、燃气空气混合室26；所述的供气管道3的一端与供氧风机1连接；所述的供气管道3上设有阻火器2；所述的供气管道3的另一端与储气柜10连接；所述的燃气空气混合室26的一端与供氧风机1连接；所述的燃气空气混合室26的另一端与干馏炉25连接；所述的干馏炉25内设有干馏反应釜4；所述的干馏反应釜4的底部设有燃烧器24；所述的干馏反应釜4的顶部通过干馏烟气导出管5与数个冷却塔6连接；所述的冷却塔6之间通过水路连管21连接；且每两个冷却塔6之间设有气路连管7；与干馏反应釜4相邻的一个冷却塔6的左侧通过冷却塔进水管23与厌氧发酵反应器14连接；所述的冷却塔进水管23的中间设有循环泵15，与干馏反应釜4相邻的一个冷却塔6的底部通过油液导出管22与油液分离塔19连接；所述的油液分离塔19的一端与木醋液储存池20连接；所述的油液分离塔19的另一端与木焦油储存池18连接；最后一个冷却塔6的顶部与净化塔9连接；所述的净化塔9与储气柜10连接，所述的储气柜10通过厌氧反应器导气管11与厌氧发酵反应器14连接；所述的厌氧发酵反应器14上设有溢流间12；所述的厌氧发酵反应器14内设有换热盘管13；所述的储气柜10的两侧对称设有水封16、风机17，最后一个冷却塔6的右侧通过冷却塔出水管8与厌氧发酵反应器14连接。
作为优选，所述的冷却塔6包含进气口27、上部左气室28、室隔板29、上部右气30、出气口31、出水口32、下部气室33、进水口34、换热列管35；所述的冷却塔6顶部的左侧设有进气口27；所述的冷却塔6内部上端的中间设有室隔板29；所述的进气口27与室隔板29左侧的上部左气室28连接；所述的室隔板29右侧的上部右气30与所述的出气口31连接；所述的冷却塔6的中部设有换热列管35；所述的换热列管35外壁的上端设有出水口32；所述的换热列管35外壁的下段设有进水口34；所述的换热列管35的下方设有下部气室33。
作为优选，所述的厌氧发酵反应器14内设有发酵料液36；所述的换热盘管13的上方设有换热盘管进水口37；所述的换热盘管13的下方设有换热盘管出水口38。
本具体实施方式操作时，干馏反应釜4放在干馏炉25内，储气柜10中的可燃气体经供气管道3和阻火器2后，随供氧风机1吹出的氧气共同进入燃气空气混合室26内，两者混合均匀后在燃烧器24处燃烧，火焰直接加热在干馏反应釜4的外壳上，使得干馏反应釜4内的生物质受热裂解，形成大量的干馏烟气，经干馏烟气导出管5进入多组冷却塔6内，通过与冷却水的热交换，干馏烟气中的可冷凝部分液化成木醋液和木焦油的液体混合物，通过油液导出管22流入油液分离塔19内，经多级分离后，木醋液流入木醋液储存池20内，木焦油流入木焦油储存池18内。水路连管21将多组冷却塔间的水路连接成通路，气路连管7将多组冷却塔间的气路连接成通路。干馏烟气中的不可冷凝气体经多组冷却塔后，进入净化塔9内过滤脱尘脱焦，然后，在风机17作用下，经水封16后存储在储气柜10内。厌氧发酵反应器14内部有换热盘管13，上部有厌氧反应器导气管11和溢流间12。生成的沼气经过厌氧反应器导气管11，在风机作用下，经水封后存储在储气柜10内。换热盘管13和多组冷却塔6之间由冷却塔进水管23、冷却塔出水管8和循环泵15组成完整的水路循环。
其中，在冷却塔6处，高温的干馏烟气经进气口27进入上部左气室28，被气室隔板29阻隔后，自上向下从左部的换热列管35进入下部气室33内，然后从右部的换热列管35自下向上进入上部右气室30，在经出气口31进入下一个冷却塔重复上述过程。低温的冷却水经进水口34进入冷却塔内多组换热列管35的间隙处，与换热列管35内的高温干馏烟气进行热交换，冷却水自下向上经出水口32进入下一个冷却塔重复上述过程。
在厌氧发酵反应器14处，冷却塔出水管8连接在换热盘管进水口37上，换热盘管出水口38经循环泵15连接在冷却塔进水管23上。在循环泵15的作用下，干馏冷却塔升温后的热水，经换热盘管进水口37进入换热盘管13，与换热盘管13外的发酵料液36进行热交换，发酵料液吸收热量温度上升，循环水释放热量，温度降低。降温后的循环水经换热盘管出水口38、循环泵15以及冷却塔进水管23进入冷却塔6内，形成传质传热的循环往复过程。
本具体实施方式的工作原理：以生物质干馏烟气冷凝时强放热过程与厌氧发酵系统料液增温时强吸热过程为结合契机，以冷却水为传质传热循环纽带，形成一种新型的生物质干馏与厌氧发酵耦合系统装置。该装置在生物质干馏系统中，通过列管式换热器对冷却水与干馏烟气进行热交换，将干馏烟气快速降温，冷凝出木醋液和木焦油，低温的冷却水变成高温的热水；在厌氧发酵系统中，在干馏系统中形成的高温热水通过盘管式换热器与发酵料液进行热交换，提高料液温度，高温热水又降温成低温的冷却水，由此往复循环，形成热能互补高效利用系统。同时，两者形成的清洁燃气，混合共存于同一储气罐中，组成一整套生物质干馏与厌氧发酵耦合系统装置
本具体实施方式结构设计合理，操作方便，在热能上实现互补互利，对两个系统功效同时具有促进作用。同时，可对农村人畜粪便和秸秆等生物质资源同时处理，全面解决农村环境污染问题，并且，生成的可燃气体可以混合储存和使用，功能叠加，降低投资成本，提高管理效率，为农村地区高效提供清洁能源。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种生物质干馏与厌氧发酵耦合系统装置，其特征在于它包含供氧风机、阻火器、供气管道、干馏反应釜、干馏烟气导出管、冷却塔、气路连管、冷却塔出水管、净化塔、储气柜、厌氧反应器导气管、溢流间、换热盘管、厌氧发酵反应器、循环泵、水封、风机、木焦油储存池、油液分离塔、木醋液储存池、水路连管、油液导出管、冷却塔进水管、燃烧器、干馏炉、燃气空气混合室；所述的供气管道的一端与供氧风连接；所述的供气管道上设有阻火器；所述的供气管道的另一端与储气柜连接；所述的燃气空气混合室的一端与供氧风机连接；所述的燃气空气混合室的另一端与干馏炉连接；所述的干馏炉内设有干馏反应釜；所述的干馏反应釜的底部设有燃烧器；所述的干馏反应釜的顶部通过干馏烟气导出管与数个冷却塔连接；所述的冷却塔之间通过水路连管连接；且每两个冷却塔之间设有气路连管；与干馏反应釜相邻的一个冷却塔的左侧通过冷却塔进水管与厌氧发酵反应器连接；所述的冷却塔进水管的中间设有循环泵，与干馏反应釜相邻的一个冷却塔的底部通过油液导出管与油液分离塔连接；所述的油液分离塔的一端与木醋液储存池连接；所述的油液分离塔的另一端与木焦油储存池连接；最后一个冷却塔的顶部与净化塔连接；所述的净化塔与储气柜连接，所述的储气柜通过厌氧反应器导气管与厌氧发酵反应器连接；所述的厌氧发酵反应器上设有溢流间；所述的厌氧发酵反应器内设有换热盘管；所述的储气柜的两侧对称设有水封、风机，最后一个冷却塔的右侧通过冷却塔出水管与厌氧发酵反应器连接。
2.根据权利要求1所述的一种生物质干馏与厌氧发酵耦合系统装置，其特征在于所述的冷却塔包含进气口、上部左气室、室隔板、上部右气、出气口、出水口、下部气室、进水口、换热列管；所述的冷却塔顶部的左侧设有进气口；所述的冷却塔内部上端的中间设有室隔板；所述的进气口与室隔板左侧的上部左气室连接；所述的室隔板右侧的上部右气与所述的出气口连接；所述的冷却塔的中部设有换热列管；所述的换热列管外壁的上端设有出水口；所述的换热列管外壁的下段设有进水口；所述的换热列管的下方设有下部气室。
3.根据权利要求1所述的一种生物质干馏与厌氧发酵耦合系统装置，其特征在于所述的厌氧发酵反应器内设有发酵料液；所述的换热盘管的上方设有换热盘管进水口；所述的换热盘管的下方设有换热盘管出水口。
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