CN109294604A - 一种生物质碳化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种碳化方法，不对现有碳化装置实施大幅改良，就能够有效率地利用干馏对高水分率生物质实施碳化处理。本发明的碳化方法在一定期间内连续进行三个工序，所述三个工序包含：使低水分率生物质在碳化炉内热分解而得到来自低水分率生物质的碳化燃料和干馏气体的第1工序；利用得到的干馏气体二次燃烧所得到的高温气体使干燥机内的高水分率生物质干燥而得到干燥生物质的第2工序；对第2工序中得到干燥生物质进行保管的第3工序；然后，在一定期间内连续进行下三工序，所述三个工序包含：使所保管的干燥生物质热分解而得到来自高水分率生物质的碳化燃料和干馏气体的第4工序；利用使得到的干馏气体二次燃烧所得到的高温气体使干燥机内的高水分率生物质干燥而得到干燥生物质的第5工序；以及对第5工序中得到的干燥生物质进行保管的第6工序。
Description
技术领域
本发明有关一种对包含大量水分的生物质进行干馏而碳化的碳化方法，特别是能充分利 用干馏气体，并不需要增加碳化炉数量，即可高效地进行碳化处理的碳化方法。
背景技术
近年来，随着环境意识的提高，正在开发在几乎无氧状况下通过干馏将目前实施焚烧、 掩埋处理的下水道污泥、家畜粪尿、食品残渣等生物质热分解，使其产生一氧化碳、氢气、 甲烷等可燃气体，并且得到作为固体燃料的碳的技术。但是，在生物质中，例如下水道污泥 这样水分含有率高的物质进行干馏时的前处理必须通过加热干燥使水分量降低，但存在如下 问题：利用煤油等化石燃料的燃烧热的情况下，燃料费用高，而利用太阳光、风力等自然能 量、发酵热的情况下耗费时间。
本发明鉴于这样的问题，目的在于提供一种碳化方法，不对现有碳化装置实施大幅改良， 就能够有效率地利用干馏对高水分率生物质实施碳化处理。
发明内容
本发明的碳化方法的特征在于，在一定期间内连续进行以下几个工序包含：第1工序，使 低水分率生物质在碳化炉内热分解而得到来自低水分率生物质的碳化燃料和干馏气体；第2 工序，利用第1工序中得到的干馏气体二次燃烧所得的高温气体，使干燥机内的高水分率生物 质干燥而得到干燥生物质；第3工序，对第2工序中得到的干燥生物质进行保存；然后，在一 定期间内连续进行三个工序，所述三个工序还包含：第4工序，使所保存的干燥生物质在与所 述第I工序中使用的碳化炉相同的碳化炉内热分解而得到来自高水分率生物质的碳化燃料和 干馏气体；第5工序，利用第4工序中得到的干馏气体二次燃烧所得的高温气体，使干燥机内 的高水分率生物质干燥而得到干燥生物质；第6工序，对第5工序中得到的干燥生物质进行保 存。
另外，高水分率生物质是包含下水道污泥、家畜粪尿及食品残渣中的至少一种的有机性 废弃物。
另外，低水分率生物质是包含稻谷壳、椰子壳及木材中的至少一种的有机性废弃物。
本发明的碳化方法的特征之一是在一定期间内连续进行上述第1到第3工序。通过仅使 用无需干燥的低水分率生物质，在一定期间内连续进行第1到第3工序，有能够得到仅包含 低水分率生物质的纯粹的碳化燃料的优点。另外，存在作为使高水分率生物质干燥的手段， 能够利用使第1工序中得到的干馏气体二次燃烧而产生的高温气体的优点。随之还获得不必 在高水分率生物质中混合低水分率生物质而使含水率降低的优点。作为仅包含低水分率生物 质的纯粹的碳化燃料，例如可以举出由稻谷壳形成的稻壳炭。
在一定期间内连续进行第3工序时的“一定期间”根据低水分率生物质及高水分率生物 质的实际的水分率、材质、碳化炉及干燥机的处理能力等而改变，例如在使碳化处理历时1 周的情况下，最初的2天相当于该“一定期间”。仅在这2天连续重复进行第1到第3工序，制 造在剩下的5天内使用(消费)的量的干燥生物质(使高水分率生物质干燥而得到的物质)，作为 储备进行保管。应予说明，显然“一定期间”不限于最初的2天，例如可以是最初的30小时， 或者在碳化处理历时3天的情况下为首日。进而，1日中也可以将早晨作为该“一定期间”。 该情况下，在早晨进行第1到第3工序而进行来自低水分率生物质的碳化燃料的制造和干燥生 物质的储备，然后，进行后述第4到第6工序，实施来自高水分率生物质的碳化燃料的制造和 干燥生物质的储备的补充。
另外，本发明的特征之一还在于在一定期间内连续进行上述第4到第6工序。通过仅利 用来自高水分率生物质的干燥生物质在一定期间连续进行第4到第6工序，存在能够得到只 含高水分率生物质的纯粹的碳化燃料的优点。另外，因为使水分率足够低的干燥生物气体热 分解而得到的干馏气体具有高热量，所以有能够短时间内使干燥机内的高水分率生物质干燥 的优点。
在定期间内连续进行第4到第6工序时的“一定期间”根据高水分率生物质及干燥生物 质的实际的水分量、材质、碳化炉及干燥机的处理能力等而改变，例如在使碳化处理历时1 周的情况下，在最初的2天连续反复进行第1到第3工序时，剩下的5天相当于该“一定期 间”。应予说明，显然“一定期间”不限于剩下的5天，例如可以是最初的30小时连续进行第3工序后剩下的时间，或者在碳化处理历时3天的情况下为首日结束后剩下的2天。进而，如上所述，可以在1天中的早晨进行第1到第3工序，在剩下的时间内进行第4到第6工序。
如上所述，本发明的碳化方法在同一碳化炉内实施低水分率生物质和高水分率生物质(干 燥生物质)的热分解等，无需对现有碳化装置施加大幅改良即可通过干馏对高水分率生物质实 施碳化处理。另外，在使高水分率生物质干燥时不利用煤油等化石燃料、太阳光、风力等自 然能量、发酵热等，而是利用使低水分率生物质热分解时产生的干馏气体，所以能够有效率 地实施碳化处理。
本发明中的“低水分率生物质”是指含水率在50％以下、优选在15％以下的生物质。如 果含水率在15％以下，则使低水分率生物质热分解时产生的干馏气体的燃烧热量变大，能够 得到足以将高水分率生物质干燥至含水率15％左右的热量。作为低水分率生物质的材质，例 如可以举出森林采伐木材、间伐木材、林荫树、公园树木的修剪废料、建筑废弃木材等薄片 或颗粒、锯屑、玉米、甘蔗、西红柿的茎等食品残渣、稻谷壳、椰子壳、麦秸、稻杆等农业 废料、包含纤维素的工业废料等，但是并不限定于此。
本发明中的“高水分率生物质”是指含水率在50％以上、优选在70％以上的生物质。当 然高水分率生物质的含水率越低越容易制造干燥生物质，但是含水率为50％到70％左右比较低 的情况下，不使用本发明的碳化方法，使用现有方法有时也能够在某种程度上有效率地进行 碳化处理。因此，本发明优选使用含水率在70％以上的高水分率生物质。作为“高水分率生 物质”的材质，例如可以举出下水道污泥、甲烷发酵后的消化污泥、家畜粪尿、食品残渣等 有机性废弃物，但是并不限于此。
附图说明
图1是高、低水分率生物质变成碳化燃料的路径图：其中L1及L2是将低水分率生物质 变成碳化燃料为止的路径；H1到H4将高水分率生物质变成碳化燃料为止的路径。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行说明，实施例不构成对本发明的限制：
如图I所示，本发明的碳化方法至少包含第1到第6工序，几乎不用对具备干燥机和碳化炉 的现有碳化装置进行改良、追加装置等，原样即可实施。应予以说明，图I中将低水分率生物 质变成碳化燃料为止的路径标记为L1及L2，将高水分率生物质变成碳化燃料为止的路径标记 为H1到H4。
第1工序中，使低水分率生物质在碳化炉内热分解而得到来自低水分率生物质的碳化燃 料和干馏气体。具体而言，在现有碳化装置的碳化炉内投入一种或多种水分率低的低水分率 生物质，使其热分解，由此得到来自低水分率生物质的碳化燃料，并且产生包含CO、CH4等 的干馏气体。将得到的碳化燃料在第3工序的适当时间点从碳化炉中取出。
在第2工序中，利用使第1工序中得到的干馏气体二次燃烧而产生的高温气体，使干燥 机内的高水分率生物质干燥而得到干燥生物质。具体而言，向第1工序中得到的干馏气体供 给氧气(空气)，使其燃烧，由此产生高温气体。然后，在从碳化炉到干燥机为止的流路内根 据需要将该高温气体与空气混合，调节到适当的温度后，导入到干燥机内。在干燥机内预先 投入一种或多种高水分率生物质，暴露于上述高温气体，使其干燥，由此使水分蒸发，得到 干燥物质。
在第3工序中，将第2工序中得到的干燥生物质作为储备暂时保管。在现有的碳化装置 中如果有适当的保管部位，则使用该部位即可，没有适当的保管部位的情况下，则需要另行 准备。保管部位为了维持干燥状态，优选地带有难以暴露于风雨的屋顶。在一定期间内连续 进行了第1到第3工序后，进行第4到第6工序。总之，本发明中不是在一个碳化装置内同 时进行第3工序和第4到第6工序。应予以说明，第1到第3的各工序当然是在碳化装置内 同时进行的。
第4工序中，在与第1工序中使用的碳化炉相同的碳化炉内，使作为储备进行保管的干 燥生物质(及后述的第6工序中作为储备进行保管的干燥生物质)热分解，得到来自高水分率 生物质的碳化燃料和干馏气体。具体而言，将进行了保管的干燥生物质投入在第1工序中使 用过的现有碳化炉内。如上所述，在第3工序中的适当时间点，将来自低水分率生物质的碳 化燃料从该碳化炉中取出，所以，在第4工序的开始时刻该碳化炉内没有残留来自低水分率 生物质的碳化燃料。即，在本发明中碳化炉内并没有存在混合的低水分率生物质和高水分率 生物质(干燥生物质)。通过使碳化炉内的干燥生物质热分解，得到来自高水分率生物质的碳 化燃料，并且产生干馏气体。将得到的碳化燃料在第4到第6工序中的适当时间点从碳化炉 中取出。
在第5工序中，利用使第4工序中得到的干馏气体二次燃烧而产生的高温气体，使干燥 机内的高水分率生物质干燥而得到干燥生物质。具体而言，同上述第2工序那样，向第4工 序中得到的干馏气体供给氧气(空气)，使其燃烧，由此产生高温气体。然后，在从碳化炉到 干燥机为止的流路内根据需要将该高温气体与空气混合，调节到适当的温度后，导入到干燥 机内。在干燥机内预先投入一种或多种高水分率生物质，暴露于上述高温气体，使其干燥，由 此使水分蒸发，得到干燥生物质。
在第6工序中，将第5工序中得到的干燥生物质与第2工序中得到的干燥生物质一同作 为储备暂时保管。第6工序结束后再从第4工序开始重复，使所保管的干燥生物质在碳化炉 内热分解。应予以说明，第4到第6的各工序当然是在碳化装置内同时进行的。
第4工序中作为一次燃料供给的干燥生物质的量和第5工序中新得到的干燥生物质的量 相比，前者多，所以，如果在一定期间内连续进行包含第4到第6工序的三个工序，则作为 储备保管的干燥生物质逐步变得不足。因此，在操作者预计不足的时间点，暂时停止包含第 4到第6工序三个工序，再次开始包含第1到第3工序的三个工序，由此补充作为储备的干 燥生物质。包含该作业的本发明所涉及的一系列作业并非一定要基于操作者的判断来进行， 可以通过计算机控制而全自动地进行。
本发明相关一种碳化方法，不对现有碳化装置实施大幅改良，就能够有效率地利用干馏 对高水分率生物质实施碳化处理，具有工业上的可利用性。
Claims (3)
1.一种碳化方法，其特征在于，在一定期间内连续进行以下工序，包含：第1工序，使低水分率生物质在碳化炉内热分解，得到来自低水分率生物质的碳化燃料和干馏气体；第2工序，利用该第1工序中得到的干馏气体二次燃烧所得到的高温气体，使干燥机内的高水分率生物质干燥而得到干燥生物质；第3工序，对第2工序中得到的干燥生物质进行储存保管。然后在一定期间内连续进行下三个工序；第4工序，使所保管的干燥生物质在与所述第1工序中使用的碳化炉相同的碳化炉内热分解，得到来自高水分率生物质的碳化燃料和干馏气体；第5工序，利用使该第4工序中得到的干馏气体二次燃烧所得到的高温气体，使干燥机内的高水分率生物质干燥而得到干燥生物质；第6工序，对该第5工序中得到的干燥生物质进行储存保管。
2.如权利要求1所述的碳化方法，其中，该高水分率生物质是包含下水道污泥、家畜粪尿及食品残渣中的至少一种的有机性废弃物。
3.如权利要求1或2所述的碳化方法，其中，该低水分率生物质是包含稻谷壳、椰子壳及木材中的至少一种的有机性废弃物。
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