CN108485685B - 生物质炭化炉 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物质再利用技术领域，具体涉及一种生物质炭化炉。本发明在炭化炉进料端设置有与内筒体密封连接的螺旋进料机和木焦油进油管，螺旋进料机的出料端与所述内筒体连通，且所述内筒体与所述螺旋进料机通过密封结构滑动密封连接；木焦油进油管伸入所述内筒体，通过所述密封结构与所述内筒体密封连接，将产生的木焦油通入炭化炉，使其再次炭化裂解，碳链断裂，生成焦炭和小分子的碳氢化合物，从而达到处理木焦油和不外排木焦油的目的。螺旋进料机和木焦油进油管的设置方式还能够保证炭化炉能够相对于螺旋进料机和木焦油进油管实现旋转，而木焦油进油管固定不动，这样保证了系统的密封性。

Description

生物质炭化炉

技术领域

本发明属于生物质再利用技术领域，具体涉及一种生物质炭化炉。

背景技术

生物质炭化技术是生物质热化学转化技术中的一种，其是将切碎或成型后的生物质原料，在限氧或绝氧环境下加热升温引起分子内部分解，进而形成生物炭、木醋液、木焦油和不可冷凝气体产物的过程。生物质炭可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体和二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等领域。其可在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案，故生物炭的生产和应用已引起国内外广泛关注。

一般来说，生物质炭化过程中，大约有5％的木焦油产生，而这些木焦油由于成分复杂，很难被再次利用。现有技术中往往采用蒸馏的方式对木焦油进行精制，例如，中国专利文献CN103756702A公开了一种木焦油的精炼提纯方法，该方法利用减压蒸馏的方式收集木焦油中的可气化组分，并将其冷凝、用活性炭吸附后用作生物燃油，而蒸馏残渣则用于生产木沥青。中国专利文献CN107739626A公开了一种木焦油高值利用的精制方法，该方法通过先将木焦油过滤以除去其中的机械杂质，再对滤液进行蒸馏分离，并收集170～230℃的馏分，可以得到可用来精制苯酚、甲酚等精细化学品的粗酚原料。然而上述专利文献中蒸馏过程能耗高，木焦油还易发生聚合结焦，造成资源浪费，机械杂质和缩合的焦还会阻塞管道，给设备带来损害。如果能提供一种不副产木焦油的生物质炭化设备，将会从根本上解决木焦油利用困难、能耗高的问题。

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木焦油利用困难、能耗高的缺陷，从而提供一种不副产木焦油的生物质炭化炉。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种生物质炭化炉，包括外筒体和嵌套其内的内筒体，所述外筒体和所述内筒体间形成加热区；

至少二个燃烧喷嘴，沿所述外筒体的周向方向，在与加热区相对应的外筒体上均匀间隔设置，所述燃烧喷嘴的轴线与所述内筒体的外壁相切；

螺旋进料机，其出料端与所述内筒体连通，且所述内筒体与所述螺旋进料机通过密封结构滑动密封连接；

木焦油进油管，所述木焦油进油管伸入所述内筒体，通过所述密封结构与所述内筒体密封连接。

进一步地，所述密封结构包括，

法兰盘，在所述法兰盘的盘面上设置有适于插入所述木焦油进油管的通孔，所述木焦油进油管插入所述通孔后与所述法兰盘固定密封连接，所述法兰盘套设在所述螺旋进料机外，其内圈与所述螺旋进料机的外壁固定连接；

膨胀节，所述膨胀节套设在所述螺旋进料机外，所述膨胀节一端与所述法兰盘固定连接，另一端与所述内筒体滑动密封连接，所述膨胀节在所述法兰盘与所述内筒体之间处于压缩状态；

密封圈，所述密封圈设置在所述膨胀节与所述内筒体之间。

进一步地，所述密封圈包括，

密封壳体，所述密封壳体朝向所述内筒体的一面上设置有环形凹槽；

盘根，所述盘根设置在所述环形凹槽内，与所述内筒体接触。

进一步地，所述木焦油进油管伸入所述内筒体的部分上设置有若干通孔；

和/或在位于所述法兰盘和所述内筒体之间的木焦油进油管外，套设进油外管，所述进油外管上设置有球阀，所述木焦油进油管穿过所述球阀与所述内筒体密封连接。

进一步地，还包括，

压力容器，所述压力容器上设置有进油口、惰性气体进口和出油口，其中，所述惰性气体进口的水平位置高于所述进油口，所述出油口的水平位置低于所述进油口，所述出油口通过进油管线与所述木焦油进油管连通。

进一步地，所述压力容器上还设置有压力表，所述压力容器顶部设置有泄压口，底部设置有导淋口。

进一步地，所述进油管线上设置有惰性气体预留口和泄压旁路。

进一步地，还包括，

沉降装置，与所述内筒体的出料端密封连接，且在竖直方向上，所述沉降装置内部具有物料分离通道，顶部设置有生物质热解气出口，底端设置有生物质炭出口。

进一步地，还包括，

净化分离系统，所述净化分离系统包括与所述生物质热解气出口连通的喷淋塔和与所述喷淋塔连通的分离装置，所述分离装置将生物质热解气分离得到木醋液和木焦油。

进一步地，所述分离装置上设置有木焦油出口，其与所述炭化炉上的木焦油进油管或所述压力容器上的进油口连通。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的生物质炭化炉，螺旋进料机的出料端与所述内筒体连通，且所述内筒体与所述螺旋进料机通过密封结构滑动密封连接；木焦油进油管伸入所述内筒体，通过所述密封结构与所述内筒体密封连接，将产生的木焦油通入炭化炉，使其再次炭化裂解，碳链断裂，生成焦炭和小分子的碳氢化合物，从而达到处理木焦油和不外排木焦油的目的。螺旋进料机和木焦油进油管的设置方式还能够保证炭化炉能够相对于螺旋进料机和木焦油进油管实现旋转，而木焦油进油管固定不动，这样保证了系统的密封性。

2.本发明提供的生物质炭化炉，所述密封结构包括，法兰盘，在所述法兰盘的盘面上设置有适于插入所述木焦油进油管的通孔，所述木焦油进油管插入所述通孔后与所述法兰盘固定密封连接，所述法兰盘套设在所述螺旋进料机外，其内圈与所述螺旋进料机的外壁固定连接；膨胀节，所述膨胀节套设在所述螺旋进料机外，所述膨胀节一端与所述法兰盘固定连接，另一端与所述内筒体滑动密封连接，所述膨胀节在所述法兰盘与所述内筒体之间处于压缩状态；密封圈，所述密封圈设置在所述膨胀节与所述内筒体之间。所述密封结构的设置方式，一方面法兰盘对木焦油进油管能够起到支撑作用，另一方面，螺旋进料机、木焦油进油管、法兰盘、膨胀节以及密封圈之间的配合设置还能够防止外部的氧气进入气化炉内和炭化炉内部的气体泄漏，密封效果好。如果需要将木焦油进油管抽出来进行人工清理工作的时候，当木焦油进油管被抽出来的时候，关闭进油外管上的球阀就可以阻止炉内气体泄漏，可通过球阀对外管进行密封，防止炭化炉中的气体泄漏出来和系统中进氧气，操作方便。

3.本发明提供的生物质炭化炉，所述密封圈包括，密封壳体，所述密封壳体朝向所述内筒体的一面上设置有环形凹槽；盘根，所述盘根设置在所述环形凹槽内，与所述内筒体接触。能够使系统的密封性更好。

4.本发明提供的生物质炭化炉，通过在木焦油进油管上设置若干通孔，能够使木焦油进入到炭化炉内筒中再次裂解时均匀的分散，使木焦油裂解速率增加，裂解的更为彻底，避免结焦，堵塞管路。

5.本发明提供的生物质炭化炉，还包括压力容器，所述压力容器上设置有进油口、惰性气体进口和出油口，所述出油口通过进油管线与木焦油进油管连通。木焦油通过压力容器压入到炭化炉中，使进料稳定。

6.本发明提供的生物质炭化炉，还包括压力容器，所述压力容器上设置有进油口、惰性气体进口和出油口，其中，所述惰性气体进口的水平位置高于所述进油口，所述出油口的水平位置低于所述进油口，所述出油口通过进油管线与所述木焦油进油管连通。所述压力容器上还设置有压力表，所述压力容器顶部设置有泄压口，底部设置有导淋口。所述进油管线上设置有惰性气体预留口和泄压旁路。若有异物堵塞进油管线的出口时，可以使用惰性气体进行冲压，对管线进行疏通工作，若有大量的异物堵塞进油管线而进行氮气充压无作用的情况下，此时需要对管线进行人工机械的清理，而之前充压的氮气憋在进油的管线中，此时可以从进油的管线上的泄压旁路和压力容器上的泄压口进行泄压，从底部导淋口将压力容器中的木焦油排出，避免拆卸进油管线的过程中对人身造成伤害。

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，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的生物质炭化炉结构示意图；

图2是本发明提供的另一技术方案的生物质炭化炉结构示意图；

图3是本发明提供的炭化炉中压力容器的结构示意图。

图中，1-外筒体，2-内筒体，3-燃烧喷嘴，4-螺旋进料机，5木焦油进油管，6-膨胀节，7-压力容器，8-进油口，9-惰性气体进口，10-出油口，11-进油管线，12-压力表，13-泄压口，14-导淋口，15-惰性气体预留口，16-泄压旁路，17-沉降装置，18-密封料仓，19-密封送料装置，20-法兰盘，21-密封圈，22-进油外管，23-球阀。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种生物质炭化炉，如图1所示，包括外筒体1和嵌套其内的内筒体2，所述外筒体和所述内筒体间形成加热区；

至少二个燃烧喷嘴3，沿所述外筒体1的周向方向，在与加热区相对应的外筒体1上均匀间隔设置，所述燃烧喷嘴3的轴线与所述内筒体2的外壁相切；

螺旋进料机4，其出料端与所述内筒体2连通，且所述内筒体2与所述螺旋进料机4通过密封结构滑动密封连接；

木焦油进油管5，所述木焦油进油管5伸入所述内筒体2，通过所述密封结构与所述内筒体2密封连接。

在本实施例中，所述密封结构包括，

法兰盘20，在所述法兰盘20的盘面上设置有适于插入所述木焦油进油管5的通孔，所述木焦油进油5管插入所述通孔后与所述法兰盘20固定密封连接，所述法兰盘20套设在所述螺旋进料机4外，其内圈与所述螺旋进料机4的外壁固定连接；所述法兰盘20可套设于所述螺旋进料机4位于外筒体以外的任何位置，在本实施例中设置于螺旋进料机4的进料端。

膨胀节6，所述膨胀节6套设在所述螺旋进料机4外，所述膨胀节4一端与所述法兰盘20固定连接，另一端与所述内筒体2滑动密封连接，所述膨胀节6在所述法兰盘20与所述内筒体2之间处于压缩状态；

密封圈21，所述密封圈21设置在所述膨胀节6与所述内筒体2之间。

所述密封结构的设置方式，能够实现在炭化炉筒体旋转的时候，螺旋进料机4和木焦油进油管5相对静止，不发生转动，同时还能保证系统的密封性。

在上述技术方案的基础上，如图2所示，在位于所述法兰盘20和所述内筒体2之间的木焦油进油管5外，套设进油外管22，所述进油外管22上设置有球阀23，所述木焦油进油管5穿过所述球阀23与所述内筒体2密封连接。

所述结构的设置方式，一方面法兰盘20和进油外管2/2对木焦油进油管5能够起到支撑作用，另一方面，螺旋进料机4、木焦油进油管5、法兰盘20、膨胀节6以及密封圈21、进油外管22之间的配合设置还能够防止外部的氧气进入炭化炉内和炭化炉内部的气体泄漏，密封效果好。如果需要将木焦油进油管5抽出来进行人工清理工作的时候，当木焦油进油管5被抽出来的时候，可通过球阀23关闭进油外管22，防止炭化炉中的气体泄漏出来和系统中进氧气，操作方便。

在上述方案的基础上，所述密封圈21包括，密封壳体，所述密封壳体朝向所述内筒体2的一面上设置有环形凹槽；盘根，所述盘根设置在所述环形凹槽内，与所述内筒体2接触。这种设置方式能够进一步提升系统的密封性。

在本实施例中，燃烧喷嘴3的个数为10个。

上述生物质炭化炉中，通过在外筒体1上均匀间隔设置至少二个燃烧喷嘴3，且燃烧喷嘴3的轴线与内筒体2的外壁相切，这样设置就延长了火焰在加热区的长度，维持加热区上下温度一致，保证内筒体内温度场的均一性，提高了生物质原料的热解效果；再者，延长了火焰在加热区的长度，增加火焰与氧气的接触程度，提高了燃料燃烧效率；最后，燃烧喷嘴3的轴线与内筒体2的外壁相切还可充分利用较高温度的外焰，提高热量利用效率，保证了生物质原料热解效果。为了提高保温效果，所述外筒体1的内壁还设有保温层，可防止热量的散失。

在上述技术方案的基础上，为了提高木焦油的在内筒体中的分散程度以及装置的稳定性，所述木焦油进油管5伸入内筒体2的部分上设置有若干通孔。其能够使木焦油进入到炭化炉内筒中再次裂解时能够均匀的分散，使木焦油裂解速率增加，裂解的更为彻底，避免结焦，堵塞管路。

在上述技术方案的基础上，如图3所示，还包括压力容器7，所述压力容器7上设置有进油口8、惰性气体进口9和出油口10，所述出油口10通过进油管线11与木焦油进油管5连通。所述压力容器7上还设置有压力表12，所述压力容器7顶部设置有泄压口13，底部设置有导淋口14。所述进油管线11上设置有惰性气体预留口15和泄压旁路16。这样设置，木焦油通过压力容器7压入到炭化炉中，可通过压力表12直观监测压力容器7内的压力，从而能够使木焦油进料稳定。

若有异物堵塞进油管线11的出口时，可以使用惰性气体进行充压，对管线进行疏通工作，若有大量的异物堵塞进油管线11而进行惰性气体充压无作用的情况下，此时需要对管线进行人工机械的清理，而之前充压的惰性气体憋在进油的管线中，此时可以从进油管线上的泄压旁路16和压力容器上的泄压口13进行泄压，避免拆卸进油管线的过程中对人身造成伤害。

进一步地，在上述技术方案的基础上，还包括沉降装置17，与所述内筒体2的出料端密封连接，且在竖直方向上，所述沉降装置17内部具有物料分离通道，顶部设置有生物质热解气出口，底端设置有生物质炭出口。

本发明的技术方案中对沉降装置没有特别的要求，本领域常规的、能够实现热解气和生物质炭气固分离的所有沉降装置均能用于本发明的技术方案中。

在上述方案的基础上，还包括净化分离系统，净化分离系统包括与生物质热解气出口连通的喷淋塔和与喷淋塔连通的分离装置，分离装置将生物质热解气分离得到木醋液、木焦油和不凝气；具体地，本实施例中包括壳体，壳体分为焦油收集段和沉炭段，焦油收集段底端设置焦油出口，沉炭段底端设置沉炭出口，远离焦油收集段的沉炭段的一端设置木醋液出口。

进一步地，如图1所示，还包括密封料仓18和密封送料装置19，密封料仓上设置生物质原料进口和惰性气体进口，密封送料装置19的进料端伸入所述密封料仓内。所述密封送料装置19的出料端与螺旋进料机4的进料端密封连接。

本发明提供的生物质炭化炉，使用时，将生物质原料通过密封料仓18上设置生物质原料进口送入密封料仓18，同时从惰性气体进口通入保护气，一般为氮气，生物质原料从密封送料装置19的进料端进入到密封送料装置19然后从出料端出料，所述密封进料装置19可以为传送带结构或螺旋送料结构，将生物质原料输送至螺旋进料机4的进料端。生物质原料通过螺旋进料机4输送至炭化炉的内筒体2中，燃烧喷嘴3中通入可燃气体，通过燃烧释放热量将炭化炉内筒体中的温度加热至合适的热解温度。热解后的产物通过内筒体2的出料端进入沉降装置17，在沉降装置17内部的物料分离通道中实现气相产物和生物质炭的分离，生物质炭从沉降装置17底端的生物质炭出口排出，气体产物从顶部热解气出口引出。气相产物进入净化分离系统，首先进入喷淋塔除去其中夹带的炭粉，然后进入分离装置，将气相产物分离得到不凝气、木醋液和木焦油，木焦油可通过进油管线11直接与木焦油进油管5连接，将木焦油引入炭化炉内筒体2内，使其再次炭化裂解，碳链断裂，生成焦炭和小分子的碳氢化合物，从而达到处理木焦油和不外排木焦油的目的。

作为可替代的技术方案，还可将木焦油通过管线与压力容器7上的进油口8连通，然后从惰性气体进口9通入惰性气体进行加压，将木焦油从出油口10压出，通过进油管线11与木焦油进油管5连通进料，通过压力表12可直接控制木焦油的进料速率，进料稳定。

若有异物堵塞进油管线11的出口时，可以使用惰性气体进行充压，对管线进行疏通工作，若有大量的异物堵塞进油管线11而进行惰性气体充压无作用的情况下，此时需要对管线进行人工机械的清理，而之前充压的惰性气体憋在进油的管线中，此时可以从进油管线上的泄压旁路16和压力容器上的泄压口13进行泄压，将压力容器中的木焦油通过底部导淋口14排出，避免拆卸进油管线的过程中对人身造成伤害。

如果需要将木焦油进油管5抽出来进行人工清理工作的时候，当木焦油进油管5被抽出来的时候，可通过球阀23对进油外管22进行密封，防止炭化炉中的气体泄漏出来和系统中进氧气，操作方便。

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。而由此所引申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 (9)

1.一种生物质炭化炉，其特征在于，包括外筒体和嵌套其内的内筒体，所述外筒体和所述内筒体间形成加热区；

至少二个燃烧喷嘴，沿所述外筒体的周向方向，在与加热区相对应的外筒体上均匀间隔设置，所述燃烧喷嘴的轴线与所述内筒体的外壁相切；

螺旋进料机，其出料端与所述内筒体连通，且所述内筒体与所述螺旋进料机通过密封结构滑动密封连接；

木焦油进油管，所述木焦油进油管伸入所述内筒体，通过所述密封结构与所述内筒体密封连接；所述木焦油进油管伸入所述内筒体的部分上设置有若干通孔；

其中，所述密封结构包括，

法兰盘，在所述法兰盘的盘面上设置有适于插入所述木焦油进油管的通孔，所述木焦油进油管插入所述通孔后与所述法兰盘固定密封连接，所述法兰盘套设在所述螺旋进料机外，其内圈与所述螺旋进料机的外壁固定连接；

膨胀节，所述膨胀节套设在所述螺旋进料机外，所述膨胀节一端与所述法兰盘固定连接，另一端与所述内筒体滑动密封连接；

密封圈，所述密封圈设置在所述膨胀节与所述内筒体之间。

2.根据权利要求1所述的生物质炭化炉，其特征在于，所述密封圈包括，

密封壳体，所述密封壳体朝向所述内筒体的一面上设置有环形凹槽；

盘根，所述盘根设置在所述环形凹槽内，与所述内筒体接触。

3.根据权利要求1或2所述的生物质炭化炉，其特征在于，

在位于所述法兰盘和所述内筒体之间的木焦油进油管外，套设进油外管，所述进油外管上设置有球阀，所述木焦油进油管穿过所述球阀与所述内筒体密封连接。

4.根据权利要求3所述的生物质炭化炉，其特征在于，还包括，

压力容器，所述压力容器上设置有进油口、惰性气体进口和出油口，其中，所述惰性气体进口的水平位置高于所述进油口，所述出油口的水平位置低于所述进油口，所述出油口通过进油管线与所述木焦油进油管连通。

5.根据权利要求4所述的生物质炭化炉，其特征在于，所述压力容器上还设置有压力表，所述压力容器顶部设置有泄压口，底部设置有导淋口。

6.根据权利要求4或5所述的生物质炭化炉，其特征在于，所述进油管线上设置有惰性气体预留口和泄压旁路。

7.根据权利要求6所述的生物质炭化炉，其特征在于，还包括，

沉降装置，与所述内筒体的出料端密封连接，且在竖直方向上，所述沉降装置内部具有物料分离通道，顶部设置有生物质热解气出口，底端设置有生物质炭出口。

8.根据权利要求7所述的生物质炭化炉，其特征在于，还包括，

净化分离系统，所述净化分离系统包括与所述生物质热解气出口连通的喷淋塔和与所述喷淋塔连通的分离装置，所述分离装置将生物质热解气分离得到木醋液和木焦油。

9.根据权利要求8所述的生物质炭化炉，其特征在于，所述分离装置上设置有木焦油出口，其与所述炭化炉上的木焦油进油管或所述压力容器上的进油口连通。

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