CN111960418A - 一种生物质气化及活化的一体化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生物质气化及活化的一体化系统，包括：气化炉和活化炉；所述气化炉用以对生物质燃料进行气化处理，所述活化炉用以利用所述气化炉进行气化处理中生成的生物炭作为原料进行活化处理生成活性炭。根据本发明，将生物质气化和活化工艺结合制备活性炭，充分利用了生物质气化过程中的副产物，同时，减少了活性炭生产中的炭化环节，实现了生物质的高值高效综合利用；减少能量浪费的同时得到高附加值的产物生物质活性炭，提高了能量利用率。同时，根据本发明，缩短生产链条，简化生产流程，提高能量利用率，同时节约土地及资金成本，实现生物质资源的多途径高效利用。

Description

一种生物质气化及活化的一体化系统
技术领域
本发明涉及垃圾处理领域，具体而言涉及一种生物质气化及活化的一体化系统。
背景技术
近年来，随着环保形势日趋严峻，生物质清洁高效综合利用成为关注热点。
一种利用生物质的生产工艺是将生物质进行炭化、活化以生成活性炭，其分为炭化和活化两个阶段。生物质炭化阶段一般采用卧式回转炉装置，炭化温度一般控制在400-600℃，活化阶段的温度一般为800-900℃，两者温差较大，使得生物质炭化炉和活化炉必须分开设置，为了防止炭化炉制得的炭化料和活化炉制得的活性炭被氧化，需要冷却处理，造成能量消耗大和能量浪费。同时，在炭化环节，生物质炭化过程产生大量的可燃气体，该气体的一部分用于炭化过程的能量自供给，剩下的大量富余能量未得到合理有效的利用，从而产生了能量的浪费和成本的增加。
另一种利用生物质的生产工艺是将生物质进行气化以生成生物燃气。然而，生物质气化过程中会产生副产物生物炭，该生物炭往往无法得到进一步的利用而造成资源浪费。
为此，本申请提出一种生物质气化及活化的一体化系统，用以解决现有技术中的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明提供了一种生物质气化及活化的一体化系统，包括气化炉和活化炉；
所述气化炉用以对生物质燃料进行气化处理，
所述活化炉用以利用所述气化炉进行气化处理中生成的生物炭作为原料进行活化处理生成活性炭。
示例性地，还包括：
连接在所述气化炉和所述活化炉之间的生物炭输送装置，用以将所述生物炭从所述气化炉直接输送到所述活化炉。
示例性地，所述生物炭输送装置包括设置在所述气化炉下方的缓冲仓。
示例性地，所述生物炭输送装置还包括设置在所述缓冲仓和所述活化炉之间的螺旋输送机。
示例性地，还包括冷凝器，所述冷凝器对所述气化炉进行气化处理中生成的气体进行冷却处理，使气体中的焦油凝结成液态焦油并输出可燃气。
示例性地，所述活化炉对所述生物炭进行活化处理后还生成高温燃气。
示例性地，还包括燃烧室，所述燃烧室用以对所述液态焦油和所述高温燃气进行燃烧处理，生成高温烟气。
示例性地，还包括余热锅炉，所述余热锅炉与所述高温烟气进行换热，生成水蒸气。
示例性地，所述活化炉利用所述水蒸气进行活化反应。
示例性地，还包括烟气净化系统，所述高温烟气经过所述余热锅炉降温后输入所述烟气净化系统经过净化后排出。
根据本发明的生物质气化及活化的一体化系统，将生物质气化和活化工艺结合制备活性炭，充分利用了生物质气化过程中的副产物同时，减少了活性炭生产中的炭化环节，实现了生物质的高值高效综合利用。生物质气化炉内氧化区温度在900-1200℃，还原区温度在700-900℃，生成的生物炭直接输入活化炉中进行活化反应生成活性炭，可以减少生物炭冷却环节，减少能量浪费的同时得到高附加值的产物生物质活性炭，提高了能量利用率，实现了生物质高值利用的目的，也提高了生物质综合利用的经济及环保效益。同时，根据本发明，通过将生物质气化和活化相结合进行一体化生产，缩短生产链条，简化生产流程，提高能量利用率，同时节约土地及资金成本，实现生物质资源的多途径高效利用。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明的一个实施例的生物质气化及活化的一体化系统的结构示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明的生物质气化及活化的一体化系统。显然，本发明的施行并不限于垃圾处理领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
一种利用生物质的炭化-活化生产工艺是将生物质进行炭化、活化以生成活性炭，其分为炭化和活化两个阶段。生物质炭化阶段一般采用卧式回转炉装置，炭化温度一般控制在400-600℃，活化阶段的温度一般为800-900℃，两者温差较大，使得生物质炭化炉和活化炉必须分开设置，为了防止炭化炉制得的炭化料和活化炉制得的活性炭被氧化，需要冷却处理，造成能量消耗大和能量浪费。同时，在炭化环节，生物质炭化过程产生大量的可燃气体，该气体的一部分用于炭化过程的能量自供给，剩下的大量富余能量未得到合理有效的利用，从而产生了能量的浪费和成本的增加。
另一种利用生物质的气化生产工艺是将生物质进行气化以生成生物燃气。然而，生物质气化过程中会产生副产物生物炭，该生物炭往往无法得到进一步的利用而造成资源浪费。
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种生物质气化及活化的一体化系统，包括气化炉和活化炉；
所述气化炉用以对生物质燃料进行气化处理，
所述活化炉用以利用所述气化炉进行气化处理中生成的生物炭作为原料进行活化处理生成活性炭。
下面参考图1对本发明的生物质气化及活化的一体化系统进行示意性说明，其中图1为根据本发明的一个实施例的生物质气化及活化的一体化系统的结构示意图。
参看图1，生物质气化及活化的一体化系统包括气化炉1、活化炉2。
气化炉用以对生物质进行气化处理，生物质气化是在一定的热力学条件下，借助于空气部分(或者氧气)、水蒸气的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原重整反应，最终转化为一氧化碳，氢气和低分子烃类等可燃气体的过程。
生物质气化过程，以获得高热值生物燃气为目的，产生的可燃气可用于发电等生产的能源。然而，生物质气化过程中还会产生焦油和生物炭等产物。焦油混在可燃气中容易污染可燃气，使生物质气化过程无法直接提供清洁可燃气作为能源，而生物炭无法直接回收利用，造成资源浪费。
活化炉用以对气化炉产生的生物炭进行活化处理，以形成活性炭。活化处理过程采用水蒸气、二氧化碳等含氧气体作为活化剂，在高温下与生物炭接触发生氧化还原反应进行活化，生成一氧化碳、二氧化碳、氢气和其它碳氢化合物气体，通过碳的气化反应达到造孔目的。
传统活性炭生产中，需进行炭化、活化两个步骤，在本发明中，将生物质气化与活化相结合，充分利用了生物质气化过程中的副产物同时，减少了活性炭生产中的炭化环节，实现了生物质的高值高效综合利用，提高了生物质原料的利用率。同时，由于生物质气化过程中，气化炉内氧化区温度在900-1200℃，还原区温度在700-900℃，将生物质气化产生的生物炭直接输入活化炉，适应活化炉中的800-900℃的活化阶段，实现生物质气化和活化相结合进行一体化生产，使得生物炭无需降温、升温处理，无冷却环节，减少能量浪费的同时得到高附加值的产物生物质活性炭。
同时，由于根据本发明的生物质气化及活化的一体化系统将生物质气化和活化相结合进行一体化生产，缩短生产链条，简化生产流程，提高能量利用率，同时节约土地及资金成本，实现生物质资源的多途径高效利用。
示例性的，气化炉1和活化炉2之间连接有生物炭输送装置，生物炭输送装置将气化炉1中的生物炭直接输送至活化炉2，使生物炭在密封环境下得到转送，避免生物炭污染环境，同时也保证生物炭从气化炉1出来直接进入活化炉，期间无需降温、升温处理，无需冷却环节，从气化炉1出来的生物炭能够立刻用于活化炉2的活化反应，提高反应效率。
如图1所示，根据本发明的一个示例，生物炭输送装置包括设置在气化炉1下方的缓冲仓3以及连接在缓冲仓3和活化炉2之间的螺旋输送机4。螺旋输送机4提供生物炭的密封输送环境。缓冲仓3用以暂存气化炉1中的生物炭。
根据本发明的一个示例，如图1所示，生物质气化及活化的一体化系统还包括进料仓5，进料仓5与气化炉1之间连接有生物质原料输送装置6。
示例性的，生物质原料输送装置包括螺旋输送机。
如图1所示，生物质原料进入进料仓5后经过生物质原料输送装置6输入气化炉1，气化炉1连接有送风机7，送风机7通过引入的风量控制气化炉1中的氧含量，生物质原料在气化炉1缺氧的环境下进行气化反应生成可燃气，同时生成的产物还包括焦油和生物炭。
为了使气化炉1生成的可燃气作为清洁能源提供，根据本发明的一个示例，生物质气化及活化的一体化系统还设置有冷凝器8，所述冷凝器8对所述气化炉进行气化处理中生成的气体进行冷却处理，使气体中的焦油凝结成液态焦油并排出可燃气。其中，由于可燃气中去除了焦油，其为清洁的生物燃气，可广泛应用于各种生产活动中。
示例性的，冷凝器8与冷却水供给装置(未示出)相连，采用水作为冷源，冷却由气化炉1输出的气体。
继续参看图1，根据本发明的一个示例，生物质气化及活化的一体化系统还设置有燃烧室9，燃烧室9用以对冷凝器8输出的液态焦油进行燃烧处理，燃烧后产生的高温烟气与水进行换热，产生的水蒸气可以提供给活化炉2作为活化介质，一方面避免焦油污染环境，充分利用了焦油的热量，提高了生物质原料的能量利用率，另一方面也为活化炉2的活化介质提供了另一供给途径，实现系统资源的自循环供给，提高能量利用率，节约占地面积。
示例性的，燃烧室9还连接有送风装置(未示出)，送风装置用以向燃烧室9输送空气，以使液态焦油在燃烧室9内充分燃烧，避免燃烧室9内燃料燃烧不充分，后续造成净化困难或者污染环境。
如图1所示，在生物质气化及活化的一体化系统中还设置有余热锅炉10，燃烧室9燃烧焦油后产生的高温烟气进入余热锅炉10与水换热，产生水蒸气，从余热锅炉10输出的水蒸气被引入(如图1中箭头A所示)活化炉2进行活化反应。
活化炉2对生物炭进行活化的反应中，往往通入少量空气与生物炭反应，为活化过程提供能量，由余热锅炉10引入的水蒸气活化介质与生物炭发生活化反应生成生物质活性炭输出；同时，在活化炉2中发生活化反应的同时还产生部分高温燃气。在本实施例中，高温燃气经过引风机11引入燃烧室9进行燃烧处理，以将活化炉2产生的高温燃气的热量进行回收利用，进一步提升了系统的能量利用率，同时避免了活化炉产生的高温燃气污染环境。
根据本发明的一个示例，生物质气化及活化的一体化系统还包括烟气净化系统，用以对由余热锅炉输出的烟气进行净化处理，高温烟气经过余热锅炉降温后输入所述烟气净化系统经过净化后排出，避免系统输出的气体污染环境。
如图1所示，燃烧室9燃烧产生的高温烟气进入余热锅炉10换热降温后，经过烟气净化系统处理(未示出)后经过引风机12输入烟囱排放。从而避免了生物质气化及活化的一体化系统污染环境。
根据本发明的生物质气化及活化的一体化系统，采用气化炉对生物质原料进行气化处理的同时，采用活化炉利用气化炉气化处理中产生的生物炭残渣，在气化炉充分利用生物质燃料热值的基础上，进一步提升生物质原料的利用率，实现了生物质原料充分高效利用；气化炉气化产生的生物炭直接进入活化炉进行活化反应生成活性炭，无冷却环节，减少能量浪费的同时得到高附加值的产物生物质活性炭。根据本发明的生物质气化及活化的一体化系统有助于提高生物质综合利用的经济及环保效益。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种生物质气化及活化的一体化系统，其特征在于，包括：气化炉和活化炉；
所述气化炉用以对生物质燃料进行气化处理，
所述活化炉用以利用所述气化炉进行气化处理中生成的生物炭作为原料进行活化处理生成活性炭。
2.如权利要求1所述的生物质气化及活化的一体化系统，其特征在于，还包括：
连接在所述气化炉和所述活化炉之间的生物炭输送装置，用以将所述生物炭从所述气化炉直接输送到所述活化炉。
3.如权利要求2所述的生物质气化及活化的一体化系统，其特征在于，所述生物炭输送装置包括设置在所述气化炉下方的缓冲仓。
4.如权利要求3所述的生物质气化及活化的一体化系统，其特征在于，所述生物炭输送装置还包括设置在所述缓冲仓和所述活化炉之间的螺旋输送机。
5.如权利要求1所述的生物质气化及活化的一体化系统，其特征在于，还包括冷凝器，所述冷凝器对所述气化炉进行气化处理中生成的气体进行冷却处理，使气体中的焦油凝结成液态焦油并输出可燃气。
6.如权利要求5所述的生物质气化及活化的一体化系统，其特征在于，所述活化炉对所述生物炭进行活化处理后还生成高温燃气。
7.如权利要求6所述的生物质气化及活化的一体化系统，其特征在于，还包括燃烧室，所述燃烧室用以对所述液态焦油和/或所述高温燃气进行燃烧处理，生成高温烟气。
8.如权利要求7所述的生物质气化及活化的一体化系统，其特征在于，还包括余热锅炉，所述余热锅炉与所述高温烟气进行换热，生成水蒸气。
9.如权利要求8所述的生物质气化及活化的一体化系统，其特征在于，所述活化炉利用所述水蒸气进行活化反应。
10.如权利要求8所述的生物质气化及活化的一体化系统，其特征在于，还包括烟气净化系统，所述高温烟气经过所述余热锅炉降温后输入所述烟气净化系统经过净化后排出。
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