CN106381164B - 生物质资源处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废弃物处理技术领域，具体为生物质资源处理方法，利用过热蒸汽加热使生物质资源中的油分气化，将气化后的油分回收；利用过热蒸汽加热使生物质资源炭化，使气化工艺后生物质残渣变为有价值的燃料。本发明同时提供一种处理装置与以上方法配合以提高处理效果。本发明能够降低生物质资源废弃物的处理成本，缩短处理时间。
Description
技术领域
本发明涉及废弃物处理技术领域，具体涉及生物质资源处理方法。
背景技术
生物质资源意思是指动物、植物等生物起源的资源。生物质资源废弃物会对环境造成一定的污染，需要进行妥善的处理。
目前，对于这些生物质资源废弃物，一般的处理方法都是将含油脂的植物经过挤压后的壳及食品的残渣燃烧和填埋，如燃烧的话是会产生二恶英，如填埋的话又会出现场地难求以及异味扩散等问题。而且，如果食品残渣里含着水分直接送到处理厂会增加运输成本，为了解决二恶英问题必须经过高温处理，但高温处理就会增加成本。另外，在压榨问题上，因为生物质资源里所含的油分不能充分榨干，如果残渣中所含有过多油分也更不宜保存，如用溶解剂抽取方法处理，后续的脱气、水洗、蒸馏、过滤等工艺更费时间。
因此，非常有必要设计一种生物质资源处理方法和处理装置。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供生物质资源处理方法和处理装置，以降低处理成本，缩短处理时间。
本发明的一个目的在于提供生物质资源处理方法。
生物质资源处理方法，利用过热蒸汽加热使生物质资源中的油分气化，将气化后的油分回收；利用过热蒸汽加热使生物质资源炭化，使气化工艺后生物质残渣变为有价值的燃料。
作为一种优选的技术方案，所述油分气化过程、生物质资源炭化过程在一个处理槽内连续进行。
作为一种优选的技术方案，所述过热蒸汽是指温度为250℃-850℃的蒸汽。本发明中的过热蒸汽就是指将饱和蒸汽进一步加热，在常压下超过100℃的水蒸气。本发明提供的装置就是能制造温度能达到250℃-850℃的过热蒸汽,再将蒸气送到能耐1000℃高温的加热管内。
本发明的另一个目的在于提供生物质资源处理装置，使之与上述的生物质资源处理方法配合。
生物质资源处理装置，包括
蒸汽发生单元，所述蒸汽发生单元用以产生饱和蒸汽，且利用管道将蒸汽导出；
蒸汽加热单元，所述蒸汽加热单元用以将所述饱和蒸汽加热至250℃-850℃形成过热蒸汽；
生物质资源处理单元，所述生物质资源处理单元用以容纳生物质资源，所述管道将所述过热蒸汽导入所述生物质资源处理单元中，实现对所述生物质资源的加热，使油分气化、残余的生物质资源干燥、炭化；
以及气体处理单元，所述气体处理单元用以将所述生物质资源处理单元油分气化产生的气体导出并进行处理。
作为一种优选的技术方案，所述蒸汽发生单元采用锅炉。
作为一种优选的技术方案，所述蒸汽加热单元包括缠绕于所述管道上的电热加热器或高频感应圈。
作为一种优选的技术方案，所述生物质资源处理单元包括
处理槽，所述处理槽设置有生物质资源的投料口、排气口、处理物的排出口，所述处理槽连通所述蒸汽加热单元将过热蒸汽导入处理槽内部；
以及搅拌机构，所述搅拌机构转动安装于所述处理槽内部，用以实现对所述处理槽内生物质资源的搅拌。
作为一种优选的技术方案，所述搅拌机构包括
旋转轴，所述旋转轴转动安装于所述处理槽的轴线位置；
驱动设备，所述驱动设备与所述旋转轴动力连接；
以及搅拌叶片，所述搅拌叶片安装于所述旋转轴处于所述处理槽内部一段的周壁上。
作为一种优选的技术方案，所述气体处理单元包括
气体冷却器，所述气体冷却器与所述处理槽的排气口连通，将所述处理槽导出的气体冷却、液化；
油水分离器，所述油水分离器与所述气体冷却器出口连接，用以贮存被液化的油分及水分，且将油分、水分分层实现分离；
以及废气除去器，所述废气除去器与所述气体冷却器的排气管连通。
作为一种优选的技术方案，所述气体处理单元还包括过滤器，所述过滤器设置于所述处理槽和所述气体冷却器之间。
由上述技术方案可知，本发明具有以下有益效果：
本发明将生物质资源通过过热蒸汽加热使生物质资源中的油分气化，使气化工艺后生物质残渣变为有价值的燃料。另外，过热蒸汽加热使生物质资源炭化的炭化工艺，此工艺的特点是可以使气化工艺和炭化工艺在同一个处理槽内连续不断地工作。因此，本发明通过加热把油分和水分抽出，把生物质资源里所含有的油分干净的抽出，此法的利用效率比榨油的效率提高很多，基本上气化了的气体只要冷却就可以得到油分和水分。因为通过过热蒸汽可以迅速将生物质资源加热,因此可以缩短处理时间。另外，因为使用过热蒸汽时处理槽内几乎成无氧状态，所以生物质资源不会燃烧，利用热分解原理将生物质资源烘干、炭化。
另外，发明人付出创造性的劳动，确定了250℃-850℃的过热蒸汽作为处理气，因未满250℃时，有可能无法将含有油分的生物质资源中的气化成分准确的进行气化。另一方面，虽对过热蒸气的温度上限没有特殊规定，但以850℃为宜。超过850℃虽无问题，但将会提高能源消耗成本。提高过热蒸气的温度，除了有利于缩短处理时间外，也利于对于提取残渣活化的进行。导入过热蒸气的温度，以250-800℃上下为宜，300-500℃上下更佳。如果温度在300-500℃上下，在抑制能源成本的同时还可准确进行气化成分的气化和生物质资源的炭化。
本发明提供的装置，与本发明方法形成有效配合，可以满足方法中提及的产生蒸气、通过蒸气加热生成过热蒸汽、处理生物质资源的处理槽以及将处理槽内所产生的气体冷却、往过热槽内导入过热蒸汽，可以使生物质资源里面的油分气化、干燥、炭化等工艺要求。处理装置可以通过加热把油分和水分抽出，把生物质资源里所含有的油分干净的抽出，此法的利用效率比榨油的效率提高很多，基本上气化了的气体只要冷却就可以得到油分和水分。因为通过过热蒸汽可以迅速将生物质资源加热,因此可以缩短处理时间。另外，因为使用过热蒸汽时处理槽内几乎成无氧状态，所以生物质资源不会燃烧，利用热分解原理将生物质资源烘干、炭化。本装置通过过热蒸汽从油分气化再抽出，再经过热分解就可以连续进行一系列的烘干、分解工作，所以与常规相比较它不仅省空间，而且还可以缩短时间，能很好的提高工作效率。总之，通过系列的处理，可以进行生物质油的提取、烘干及炭化。因为可以把油分水分提取后的残渣直接变成了烘干物和炭化物，所以就没有废弃物产生。通过该发明得到的炭化物重量是处理之前的五分之一以下。另外，通过过热蒸汽除了油分本身，生物质资源中的水分等也被蒸发、气化。因为被处理物以被烘干，所以作为前期处理没有必要事先对生物质资源进行烘干。而且，在处理槽内的搅拌机构上设置多个搅拌叶片的话,不仅工作效率更高，而且均匀，还可以缩短处理时间。油水罐内积存的液化物根据比重使油水层分离，油分很容易被提取出来，通过冷却使没被液化的废气用除去方法除掉。另外，在除去污染物和异味的基础上再排放气体的话就可以避免对环境的污染，该设备可以在室内使用。
综上所述，本发明能够降低生物质资源废弃物的处理成本，缩短处理时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明装置的结构示意图；
附图标记：
锅炉1；电热管式加热器2；气体冷却器3；过滤器4；油水箱5；废气除去器6；油管7；排水管8；供水管9；蒸汽管10；驱动设备11；排气口12；蒸馏气管13；投料口14；旋转轴15；处理槽16；第一支腿17；排出口18；第二支腿19；过热蒸气排出口20；搅拌叶片21；排气管22。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
本实施例提供了生物质资源处理装置，包括蒸汽发生单元、蒸汽加热单元、生物质资源处理单元以及气体处理单元，所述蒸汽发生单元用以产生饱和蒸汽，且利用管道将蒸汽导出；所述蒸汽加热单元用以将所述饱和蒸汽加热至250℃-850℃形成过热蒸汽；所述生物质资源处理单元用以容纳生物质资源，所述管道将所述过热蒸汽导入所述生物质资源处理单元中，实现对所述生物质资源的加热，使油分气化、残余的生物质资源干燥、炭化；所述气体处理单元用以将所述生物质资源处理单元油分气化产生的气体导出并进行处理。
更详细的说，所述蒸汽发生单元采用锅炉1，锅炉1可以用电，也可以使用LNG。虽说可以使用燃烧锅炉1，但从节省能源成本和环保问题来看，建议用电炉或LNG，锅炉1一般由多条供水管、回水管连接，本实施例中仅仅示出一条供水管9和一条蒸汽管10。
关于蒸汽加热单元，只要能对锅炉1所产生的饱和水蒸气提供进一步过热处理不做特殊限定，一般包括缠绕于管道上的电热管式加热器2或高频感应圈。本实施例中，采用了在处理槽16侧面壁内面配设呈螺旋状的电热管式加热器2的形式。管式加热器采用由Ni50-60％，Cr 20-30％，Mo 3-5％、余量为Fe和其他不可避免的杂质合成的金属制的中空管，通过对电热管式加热器2通电，管本身会发出热量的样式。电热管式加热器2的一端与蒸汽管相连通，电热管式加热器2的另一端通过处理槽16的内部开口成为过热蒸气排出口20。过热蒸气排出口20在处理槽16下部开口处，从而将过热蒸汽通入到处理槽16的内部。
本实施例中，所述生物质资源处理单元包括处理槽16、以及搅拌机构。就所述处理槽16而言，处理槽16设置有生物质资源的投料口14、排气口12、处理物的排出口18，所述处理槽16连通所述蒸汽加热单元将过热蒸汽导入处理槽16内部。处理槽16是可以密封式纵型的中空容器，可用有多条支腿(图中仅仅示出第一支腿17、第二支腿19)来支撑。理槽所用材料是没有特殊要求的，只要是过加热处理，不变形、不变质的超耐热金属制成即可。本实施例中处理槽16是由全天候型耐热型且性能极佳的不锈钢制成。处理槽16有生物质资源的投料口14、排气口、处理物的排出口18，投料口14设置在处理槽16周围的上部，在生物质资源处理中为了防止往处理槽16内流入空气，在投料口14设置了封闭门，排气口设置在处理槽16的顶面壁。处理槽16底面壁面向中心部呈向下倾斜的漏斗状，在此中心部设置了排出口18。排出口18通过阀门开闭。再者，在处理槽16外面，应覆绝热材料为宜。
就搅拌机构而言，所述搅拌机构转动安装于所述处理槽16内部，用以实现对所述处理槽16内生物质资源的搅拌。搅拌机构包括旋转轴15、驱动设备11以及搅拌叶片21，所述旋转轴转动安装于所述处理槽16的轴线位置；所述驱动设备11与所述旋转轴15动力连接；所述搅拌叶片21安装于所述旋转轴15处于所述处理槽16内部一段的周壁上。详细的说，在处理槽16内设置以轴线为中心旋转的旋转轴15，本着实施形态均匀搅拌可以提高被处理的生物质资源的效率，应该在处理槽16内安装搅拌叶片21，分上下两层设置(图中仅示出一层)，旋转轴通过在处理槽16上边安装的驱动设备11进行旋转驱动。
本实施例中，将处理槽16的排气口12连接的管道称为蒸馏气管13。
气体处理单元用以对处理槽16中产生的气体进行处理。气体处理单元包括气体冷却器3、油水分离器以及废气除去器6，所述气体冷却器3与所述处理槽16的排气口连通，将所述处理槽16导出的气体冷却、液化；所述油水分离器与所述气体冷却器3出口连接，用以贮存被液化的油分及水分，且将油分、水分分层实现分离；所述废气除去器6与所述气体冷却器3的排气管连通，并在所述处理槽16和所述气体冷却器3之间设置过滤器。过滤器4配有去除蒸馏气体中的灰尘等的过滤网以及将有害物质无毒化的活性炭，气体冷却器3用于处理槽1616中产生的蒸馏气体的液化，在气体冷却器3周围通有冷却水。油水分离器用来接收气体冷却器3被液化的油分及水分，可以采用与气体冷却器3一体化的油水箱5，将通过比重差将上层的油分层和下层的水分层进行分离。在油水箱5上部设有用于排油用的油管7，油水箱5下部设有用排水用的排水管8。通过冷却器也未能液化的废气，通过排气管22排放到大气之中。在排气管22上装有废气除去器6。废气除去器6中，通过活性炭等物质对废气进行处理，从而完成有害物质的去除和除臭工序。
当然，实施例一提供的装置的处理对象，不限于生物质能源，含有油分并且烘干物及炭作为能源用，它也可以处理食品废弃物、衣服类、木屑、竹子塑料容器及含有油分的植物壳及动物躯体。它既可以作为单一处理废弃物的设备来使用，也可作为处理混合物的设备使用。
实施例二
本实施例涉及生物质资源的处理方法。
生物质资源处理方法，利用过热蒸汽加热使生物质资源中的油分气化，将气化后的油分回收；利用过热蒸汽加热使生物质资源炭化，使气化工艺后生物质残渣变为有价值的燃料。所述油分气化过程、生物质资源炭化过程在一个处理槽16内连续进行。所述过热蒸汽是指温度为250℃-850℃的蒸汽。本发明中的过热蒸汽就是指将饱和蒸汽进一步加热，在常压下超过100℃的水蒸气。本发明提供的装置就是能制造温度能达到250℃-850℃的过热蒸汽,再将蒸气送到能耐1000℃高温的加热管内。
以下结合实施例一提供的装置，详细描述生物质资源的处理方法。本领域技术人员也应该能够看出，该方法与实施例一提供的生物质资源处理装置配合使用时效果是非常好的。
具体过程如下：
通过供水管向锅炉1进行供水，从而生产饱和蒸汽。在锅炉1产生的饱和蒸汽，从蒸汽管通过电热管式加热器2由过热蒸气排出口20向处理槽16内导入。这时，饱和蒸汽在电热管式加热器2中变为过热蒸气。过热蒸气的温度，可以通过向电热管式加热器2的通电量进行控制。过热蒸气的温度、导入量、处理时间等，可在图示中没有表示的控制盘进行操作。再者，电热管式加热器2，对于处理槽16内的加热或者保温也有效。通过搅拌机构边搅拌边处理生物质资源，可均匀且迅速的接受过热蒸气的加热处理。
在处理槽16内的生物质资源中的油分等气化成分气化，产生蒸馏气体。生物量资源中的水分也会气化，因此也兼顾生物质资源的烘干功能。在处理槽16内产生的蒸馏气体，通过蒸馏气体管导入至气体冷却器3。蒸馏气体从处理槽16导入至气体冷却器3过程中，通过过滤网装置去除有害物质。在气体冷却器3中，蒸馏气体冷却后液化，液化物将被储存在油水箱5中。另一方面，没有被液化的废气，将通过废气处理装置去除污染物质以及臭异味的基础上，从废气管排放至大气中。
油水箱5中，将通过比重差将上层的油分层和下层的水分层进行分离。在此基础上，开启油分管的阀门，就可得到生物质油。提取生物质油后，可将残存在油水箱5中的水分通过开启管道的阀门，进行排水。
另一方面，处理槽16内还留有油分被气化抽取后的萃取残渣(萃取粕)。对于油分被抽去后的萃取残渣，通过过热蒸气进行进一步的加热处理，使得萃取残渣炭化。另外，根据处理温度可使炭化物活化。并且处理槽16内，因为充满过热蒸气处于无氧状态，所以萃取残渣不会燃烧。在处理规定时间后，生物质资源干燥乃至炭化处理完成后，将停止过热蒸气的导入，开启管道阀门从排出口18将干燥物乃至炭化物，从处理槽16中取出。取出的炭化物重量，将是处理前的重量的五分之一以下。重复上述一连串过程，可以将一定重量的生物量资源以分批的形式进行处理。
如上所述，本发明的处理方法中包含；对生物质资源通过过热蒸气加热、将该生物质资源中的油分气化的气化工序、将气化工序后的生物质残渣进一步通过过热蒸气加热炭化的炭化工序、气化工序和炭化工序将在同一处理槽16内连续进行。导入处理槽16内的过热蒸气的温度，最低在250℃以上。因未满250℃时，有可能无法将含有油分的生物质资源中的气化成分准确的进行气化。另一方面，虽对过热蒸气的温度上限没有特殊规定，但以850℃为宜。本实施例则选择为850℃。当然，在实际生产中，超过850℃虽无问题，但将会提高能源消耗成本。提高过热蒸气的温度，除了有利于缩短处理时间外，也利于对于提取残渣活化的进行。导入过热蒸气的温度，以250-800℃上下为宜，300-500℃上下更佳。如果温度在300-500℃上下，在抑制能源成本的同时还可准确进行气化成分的气化和生物质资源的炭化。
实施例三
本实施例涉及生物质资源的处理方法，与实施例二基本相同，区别在于，过热蒸汽采用250℃。
实施例四
本实施例涉及生物质资源的处理方法，与实施例二基本相同，区别在于，过热蒸汽采用500℃。
实施例四
本实施例涉及生物质资源的处理方法，与实施例二基本相同，区别在于，实施例二中关于气化工序和炭化工序，在此两工序过程中导入同等温度的过热蒸气。而本实施例在炭化工序中的处理温度(过热蒸气)，高于气化工序的处理温度。例如，在气化工序的导入200-400℃上下的过热蒸气，炭化工序中也可导入400-850℃的过热蒸气。本实施例中，气化工序的导入400℃的过热蒸气，而炭化工序中850℃的过热蒸气。
以下为本发明具体实施案例。
食物废弃物碳化水分率70％10Kg处理时间60分钟；
咖啡粕碳化水分率60％10Kg处理时间65分钟；
鸡粪粕烘干水分率50％10Kg处理时间50分钟；
塑料气化容量1升空瓶50个处理时间45分钟；
家庭的食物残渣碳化水分率60％10Kg处理时间60分钟。
可以明显看出，采用本发明提供的方法和装置处理生物质资源处理效率较高，处理用时较短。
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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (4)
1.生物质资源处理方法，其特征在于，包括如下步骤：利用过热蒸汽加热使生物质资源中的油分气化，将气化后的油分回收；利用过热蒸汽加热使生物质资源炭化，使气化工艺后生物质残渣变为有价值的燃料；所述油分气化过程、生物质资源炭化过程在一个处理槽内连续进行；其中，所述过热蒸汽是指温度不小于300℃且小于500℃范围内的蒸汽；
实现所述生物质资源处理方法的装置包括：
锅炉，所述锅炉用以产生饱和蒸汽，且利用管道将蒸汽导出；
蒸汽加热单元，所述蒸汽加热单元用以将所述饱和蒸汽加热至不小于300℃且小于500℃范围内形成过热蒸汽；
处理槽以及转动安装于所述处理槽内部的搅拌机构，所述处理槽用以容纳生物质资源，所述管道将所述过热蒸汽导入所述处理槽中，实现对所述生物质资源的加热，使油分气化、残余的生物质资源干燥、炭化；
气体冷却器，所述气体冷却器与所述处理槽的排气口连通，将所述处理槽导出的气体冷却、液化；
油水分离器，所述油水分离器与所述气体冷却器出口连接，用以贮存被液化的油分及水分，且将油分、水分分层实现分离；
以及废气除去器，所述废气除去器与所述气体冷却器的排气管连通。
2.如权利要求1所述的生物质资源处理方法，其特征在于，所述蒸汽加热单元包括缠绕于所述管道上的电热加热器或高频感应圈。
3.如权利要求1所述的生物质资源处理方法，其特征在于，所述搅拌机构包括
旋转轴，所述旋转轴转动安装于所述处理槽的轴线位置；
驱动设备，所述驱动设备与所述旋转轴动力连接；
以及搅拌叶片，所述搅拌叶片安装于所述旋转轴处于所述处理槽内部一段的周壁上。
4.如权利要求1所述的生物质资源处理方法，其特征在于，所述气体处理单元还包括过滤器，所述过滤器设置于所述处理槽和所述气体冷却器之间。
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