CN107794070A - 一种炭化装置及炭化工艺 - Google Patents

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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10B57/08—Non-mechanical pretreatment of the charge, e.g. desulfurization
    • C10B57/10—Drying

Abstract

本发明涉及生物质能源利用领域，所述炭化装置包括进料系统，炭化系统，供热系统，冷却系统，所述炭化系统是直立式的，包括中空的炭化室以及套设在所述炭化室外壁的供热室，所述炭化室底部还设置有用于驱动物料下行的带刮料器的旋转底盘，所述刮料器设置在炭化室内部，所述进料系统的出口与所述炭化系统的物料入口相连，所述炭化系统的碳粉出口与冷却系统的入口相连。所述炭化工艺，生物质炭化室上部入料，经干燥、炭化后从底部出料得到炭粉，实现连续进料、连续炭化、连续出料。而且，采用带有一定热量的废烟气为炭化提供热量，使炭化工艺能耗显著减少；无氧炭化避免了因直接燃烧温度过高导致炭粉中有机质破坏。

Description

一种炭化装置及炭化工艺
技术领域
本发明涉及生物质能源利用领域，具体涉及一种炭化装置及炭化工艺。
背景技术
随着石化资源的枯竭，很多国家都在寻找发展既可再生、又环保的可替代品，于是生物质资源成为发展的重点。我国农林生物质资源丰富，生物质能的利用一直以直接燃烧为主，不仅热效率低下，而且伴随着大量的烟尘和余灰的排放，严重污染了环境。生物质干馏炭化技术是生物质资源转化的重要途径。生物质通过干馏技术可以转化成生物质炭、生物气、木醋液和焦油，这些产物不但可以直接作为能源使用，也可以作为化工原料和生物质炭基肥。因此，生物质干馏炭化技术是一种清洁、高效的生物质能源转化技术，其中炭化装置是实现转化的关键部分。
目前，生物质炭化装置主要有流化床、回转窑和螺旋炭化装置等，但都无法兼顾无氧加热与连续生产的要求，一般选择折中办法，或牺牲连续性间断生产，或牺牲无氧条件限量供气，或自由裂解不控温度。因此造成了当前市场上炭化装置处理效率低、炭产量低、排出气体中有害成分含有量多等缺点。中国文献专利CN204298328U公开了一种生物质干馏炭化装置，该装置包括进料系统、干馏炭化反应器、集炭箱、干馏冷凝净化系统、液体收集箱、可燃气储柜和燃烧系统，该装置为卧式转炉方式，原料的进口和炭粉的出口设置在同侧，因此在加料和出料过程中需要设置拨料装置，操作复杂，且生产规模小。中国专利文献CN102786970A公开了一种农作物秸秆连续有氧快速炭化工艺，将风干切割的秸秆以一定速率输送至炭化器进行有氧燃烧炭化，实现了大型工业化低能耗生产，该方法适用农作物秸秆以及木屑等生物质原料，而且对生物质原料尺寸有要求。同时，该方法需要进行有氧燃烧，炭排量高，排出气体中因高温形成有害成分含有量多，无法保证洁净生产。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的无法兼顾无氧加热与连续生产的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种炭化装置，包括顺次连接的：进料系统、炭化系统、供热系统、冷却系统；
其中，所述炭化系统是直立式的，包括中空的炭化室，套设在所述炭化室外壁的供热室；
所述炭化室的底部还设置有用于驱动物料下行的带刮料器的旋转底盘，所述刮料器设置在炭化室内部；
所述进料系统的出口与所述炭化反应器的物料入口相连，所述炭化反应器的碳粉出口与冷却系统的入口相连。
所述刮料器为桶状或栅状，其高度方向的一端直接设置在所述旋转底盘上，其表面设置有若干刀片。
所述供热室内设置有用于均匀热量分布的引流板。
可选的，所述冷却系统的出口还设置有物料输送装置。
可选的，所述供热室的下部设置有烟气入口，上部设置有烟气出口。
可选的，所述热烟气产生装置的热烟气出口与供热室的烟气入口相连。
可选的，所述炭化室顶部还设置有煤气出口。
可选的，所述物料输送装置为螺旋推料器和/或皮带输送机。
本发明提供的炭化工艺包括以下步骤：
将生物质形成生物质压块；
将生物质压块加入进料系统，在所述生物质压块的重力以及旋转底盘的驱动下，所述生物质块在炭化反应器内自上而下移动，通过供热系统对所述生物质块进行干燥和炭化，得到生物质炭；所述生物质炭被刮料器破碎成碳粉；
通过冷却系统对所述碳粉进行冷却。
可选的，所述制备工艺还包括在冷却后的所述碳粉中加入木醋液的步骤。
可选的，所述生物质块为饼状，直径为800mm～1600mm；含水质量分数为8％～20％，密度为小于0.6t/m3。
可选的，所述生物质块的进料速率为0.1t/h～2t/h。
可选的，所述供热系统的供热温度为400℃～800℃，炭化反应器的所述炉底压力为0.2MPa～1.5MPa。
可选的，所述生物质压块在第一方向的厚度远小于其在第二方向和第三方向上的厚度。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明实施例提供一种炭化装置，包括顺次连接的：进料系统、炭化系统、供热系统、冷却系统；其中，所述炭化系统是直立式的，包括中空的炭化室，套设在所述炭化室外壁的加热室；所述炭化反应器的底部还设置有用于驱动物料下行的带刮料器的旋转底盘，所述刮料器设置在炭化室内部。所述进料系统的出口与所述炭化反应器的物料入口相连，所述炭化反应器的碳粉出口与冷却系统的入口相连。
该装置是直立式的，利用重力和旋转底盘驱动生物质块从上到下实现干燥和干馏过程，无氧参与，避免了因高温形成的有害成分含量高的问题，可实现洁净生产，获得高质量的碳粉；同时，旋转底盘设置有刮料器，在刮料器的作用下，干馏后的生物质块立刻变成粉末状，能够现实高效处理和规模处理。
此外，本发明实施例提供一种炭化工艺，该工艺可实现连续进料、连续炭化、连续出料等功能，采用热烟气为炭化提供热量，热烟气可选用废热，能够显著减少能量消耗。
2.本发明提供的炭化装置，适合各种生物质，包括植物通过光合作用生成的有机物(如植物、动物及其排泄物)、垃圾等，进料为高密度的生物质块，比散状生物质干馏速度快，同等量干馏速度要快1/4至1/2。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是实现本发明炭化工艺装置的结构示意图；
图中附图标记表示为：1-进料系统；2-炭化系统；21-炭化室；211-物料入口；212-碳粉出口；213-煤气出口；22-供热室；221-烟气入口；222-烟气出口；23-引流板；24-旋转底盘；3-供热系统；31-热烟气产生装置；311-热烟气出口；4-冷却系统；41-冷却器；42-木醋液加入装置；5-物料输送装置；6-仓库。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本实施例提供一种炭化装置，如图1所示，包括顺次连接的：进料系统1、炭化系统2、供热系统3、冷却系统4；进料系统1的出口与炭化系统2的物料入口211相连，炭化系统2的碳粉出口212与冷却系统4的入口相连。
进料系统1将打包生物质形成高密度生物质块，将生物质压成成块状，所述生物质压块在第一方向的厚度远小于其在第二方向和第三方向上的厚度，即在Z轴方向上的高度远小于X轴和Y轴方向上的高度；作为本发明的一个实施例，本实施例中，生物质压块为饼状。不但扩大了可使用的生物质的范围，而且方便处理，增加了生物质的处理量，提高了干馏效率。
炭化系统2为直立式的，包括中空的炭化室21，套设在炭化室21外壁的供热室22；炭化室21的底部还设置有用于驱动物料下行的带刮料器的旋转底盘24，刮料器设置在炭化室21内部。生物质块在重力以及旋转底盘24的驱动下，在炭化反应器2内自上而下移动，可实现干燥和干馏过程。
作为本发明的一个实施例，本实施例中，如图1所示，刮料器为在圆形面上设置的若干刀片，直接设置在旋转底盘24的上表面。旋转底盘24的直径小于或等于生物质块的直径，旋转底盘24由电机驱动旋转。
作为本发明的可变换实施例，刮料器还可以为立体的桶状或栅状，其高度方向的一端直接设置在所述旋转底盘24上，其表面设置有若干刀片，均可以实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。
利用重力和旋转底盘驱动生物质块从上到下实现干燥和干馏过程，无氧参与，避免了因高温形成的有害成分含量高的问题，可实现洁净生产，获得高质量的碳粉；同时，旋转底盘24设置有刮料器，经干馏后的生物质炭是非常脆的饼状，在刮料器的作用下，干馏后的生物质块立刻变成粉末状，能够现实自动化的高效处理和规模化处理。
供热系统3包括热烟气产生装置31，热烟气产生装置31出口311与供热室22下部设置的烟气入口221相连，与炭化系统2进行热交换后的烟气从供热室22上部的烟气出口222排出。
作为本发明的一个实施例，本实施例中，烟气出口222外部还设置有热风机，用于牵引烟气排出。
热烟气可以是干馏气的一部分经过燃烧后产生的废热，也可以是其它符合条件的废热，能够显著减少设备能量消耗。
从炭化室21出来的碳粉因温度高遇到空气易自燃，因此要冷却到80℃以下，本实施例中，采用冷却器41对碳粉进行冷却。
所述炭化装置还包括物料输送装置5，作为本发明的一个实施例，本实施例，物料输送装置5包括顺次连接的螺旋推料器和皮带输送机，冷却后的碳粉依次通过螺旋推料器和皮带输送机运送至仓库6。
作为本发明的一个实施例，本实施例，在皮带输送机输送碳粉的过程中，还包括在碳粉中加入木醋液的装置42，不但可以确保碳粉完全降至80℃以下，而且，木醋液是生物质低温干馏产生的，含很多有机质，配入适量对增强碳粉肥效有益。
本实施例还提供一种采用所述的炭化装置的炭化工艺，包括以下步骤：
S1.将生物质形成生物质块
将生物质打捆和/或压缩成有形生物质块，并通过输送设备，如传送带和/或提升机，送入炭化室21。
生物质块直径为800mm～1600mm，含水质量分数为8％～20％，密度为小于0.6t/m3。
作为本发明的一个实施例，本实施例中，生物质块为饼状，直径为1200mm，含水分质量分数为14％，密度为0.5t/m3。
S2.生物质块炭化
将生物质块加入进料系统1，在生物质块的重力以及旋转底盘24的驱动下，生物质块在炭化室21内自上而下移动，供热系统3提供的热烟气通过烟气入口221进入供热室22，对炭化室21提供热量，进行热交换后的烟气由烟气出口222经热风机牵引排出。
生物质块在干馏的过程中逐渐变薄，最终得到的生物质炭被刮料器破碎成碳粉，炭化产生的煤气通过设置在炭化室21顶部的煤气出口213排出。
生物质块的进料速率为0.1t/h～2t/h，供热系统3的供热温度为400℃～800℃，炭化室21的底部压力为0.2MPa～1.5MPa。
作为本发明的一个实施例，本实施例中，生物质块的进料速率为1t/h，供热温度为600℃，炭化室21的底部压力为0.85MPa。
S3.碳粉冷却
碳粉从炭化室21底部排出并输送至冷却系统4，从炭化室21底部出来的碳粉为400℃左右，冷却器41采用空冷或水冷的方式对碳粉进行冷却。碳粉出料速率为0.1t/h～3t/h。作为本发明的一个实施例，本实施例中，碳粉出料速率为1t/h。
然后，通过物料输送装置5将碳粉运送至仓库。
作为本发明的一个实施例，本实施例，物料输送装置5包括螺旋推料器和皮带输送机，冷却后的碳粉依次通过螺旋推料器和皮带输送机运送至仓库。
作为本发明的一个实施例，本实施例，在皮带输送机输送碳粉的过程中，还包括在碳粉中加入木醋液的步骤，不但可以确保碳粉完全降至80℃以下，而且，木醋液是生物质低温干馏产生的，含很多有机质，配入适量对增强碳粉肥效有益。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种炭化装置，其特征在于，包括顺次连接的：进料系统(1)、炭化系统(2)、供热系统(3)、冷却系统(4)；
其中，所述炭化系统(2)是直立式的，包括中空的炭化室(21)，套设在所述炭化室(21)外壁的供热室(22)；
所述炭化室(21)的底部还设置有用于驱动物料下行的带刮料器的旋转底盘(24)，所述刮料器设置在炭化室(21)内部；
所述进料系统(1)的出口与所述炭化系统(2)的物料入口(211)相连，所述炭化系统(2)的碳粉出口(212)与冷却系统(4)的入口相连。
2.根据权利要求1所述的炭化装置，其特征在于，所述刮料器为桶状或栅状或任意平面形状，其高度方向的一端或表面直接设置在所述旋转底盘(24)上，其表面设置有若干刀片。
3.根据权利要求1或2所述的炭化装置，其特征在于，所述供热室(22)内设置有用于均匀热量分布的引流板(23)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的炭化装置，其特征在于，所述冷却系统(4)的出口还设置有物料输送装置(5)；
所述供热室(22)的下部设置有烟气入口(221)，上部设置有烟气出口(222)；
所述热烟气产生装置(31)的热烟气出口(311)与供热室(22)的烟气入口(221)相连。
5.根据权利要求1-4任一项所述的炭化装置，其特征在于，所述炭化室(21)顶部还设置有煤气出口(213)。
6.根据权利4或5所述的炭化装置，其特征在于，所述物料输送装置(5)为螺旋推料器和/或皮带输送机。
7.一种应用权利要求1-6任一项所述的炭化装置的炭化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
将生物质形成生物质压块；
将生物质压块加入进料系统(1)，在所述生物质压块的重力以及旋转底盘(24)的驱动下，所述生物质块在炭化室(21)内自上而下移动，通过供热系统(3)对所述生物质块进行干燥和炭化，得到生物质炭；所述生物质炭被刮料器破碎成碳粉；
通过冷却系统(4)对所述碳粉进行冷却。
8.根据权利要求7所述的炭化工艺，其特征在于，还包括在冷却后的所述碳粉中加入木醋液的步骤。
9.根据权利要求7或8所述的炭化工艺，其特征在于，所述生物质块为饼状，直径为800mm～1600mm；含水质量分数为8％～20％，密度为小于0.6t/m3；
所述生物质块的进料速率为0.1t/h～2t/h；
所述供热系统(3)的供热温度为400℃～800℃，所述炭化室(21)的底部压力为0.2MPa～1.5MPa。
10.根据权利要求7-9任一项所述的炭化工艺，其特征在于，所述生物质压块在第一方向的厚度远小于其在第二方向和第三方向上的厚度。
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