CN113684044A - 一种生物质热解工艺以及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种生物质热解工艺，其步骤包括将生物质原料、催化剂投入到气化炉中，进行热解气化，从而得到可燃气、固体颗粒；然后分别收集可燃气和固体颗粒。本发明还公开了一种生物质热解设备，它包括气化炉，所述气化炉由上至下包括炉体和罩体；所述炉体下端开放且开放处设置有炉筛，所述炉体内竖直设置有与其同轴的搅拌轴，所述搅拌轴侧壁上设置有拔料杆，所述搅拌轴与搅拌电机传动连接；所述炉体内还设置有竖向轴，所述竖向轴侧壁上沿竖直方向阵列设置有搅动杆，所述竖向轴与搅动杆内设置有连通的流道，所述流道于竖向轴上端的开口与循环水管一端连通。本发明的目的能够灵活调整气化炉内的温度，从而调整产物的比例。
Description
技术领域
本发明涉及生物质利用领域，具体为一种生物质热解工艺以及设备。
背景技术
生物质主要是指秸秆、木片等有机体。为了利用日常劳作时产生的诸如秸秆等生物质原料，现有的会将生物质原料投入到气化炉中进行热解，以得到可燃气等，可燃气可作为清洁能源使用，热解后产生的活性炭等用于土壤改良剂或空气净化剂等。
但由于以家庭为单位的生物质原料利用，因原料较少、原料来源不稳定(比如收割时，原料较多，但其它时间原料较少)等原因，导致生物质利用的效果并不理想。现有的，为解决分散利用效果较差的情况，常采用集中工业化处理。将生物质燃料集中起来进行处理，能够解决分散处理时出现的原料短缺、缺少专业维护等问题。
为了将生物质原料进行热解，采取的工艺是将生物质原料投入到气化炉中，但生物质反应时的产物根据温度的不同，活性炭和可燃气的比例也会产生变化。为了适应市场需求，需要灵活调整气化炉内的温度。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种生物质热解工艺以及设备，能够灵活调整气化炉内的温度，从而调整产物中活性炭和可燃气的比例。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是一种生物质热解工艺：将生物质原料、催化剂投入到气化炉中，进行热解气化，从而得到可燃气、固体颗粒；然后分别收集可燃气和固体颗粒，在催化剂作用下，气化炉中的生物质原料由上至下分为干燥区、热解区、氧化区、还原区和冷却区，干燥区的温度控制在100-250℃，热解区处于缺氧环境下，且温度控制在 550-650℃，氧化区处于缺氧环境下，且温度控制在650-800℃，还原区处于缺氧环境下，且温度控制在650-850℃；生物质在热分解的作用下析出二氧化碳、一氧化碳、氢气、甲烷等大量生物质可燃气以及活性炭等固体颗粒，氧化还原层是生物质气化的主要反应区域。
本发明还公开了一种生物质热解设备，它用于实施例1的生物质热解工艺，它包括气化炉，所述气化炉由上至下包括炉体和罩体，所述炉体上端设置有进料口，生物质原料从进料口进入到炉体内，生物质原料与催化剂混合后在炉体内进行热解反应；所述炉体下端开放且开放处设置有炉筛，所述炉体下部从罩体上端伸入罩体内，所述罩体上设置有作为可燃气出口的出气管，所述罩体下端设置有出炭口；所述炉体内竖直设置有与其同轴的搅拌轴，所述搅拌轴侧壁上设置有拔料杆，拔料杆横向设置，所述搅拌轴与搅拌电机传动连接；所述炉体内还设置有竖向轴，所述竖向轴侧壁上沿竖直方向阵列设置有搅动杆，位搅动杆于氧化区、还原区和冷却区，所述竖向轴与搅动杆内设置有连通的流道，所述流道于竖向轴上端的开口与循环水管一端连通，所述循环水管另一端伸出炉体与水源连接。
进一步的，为确保活性炭等固体颗粒能从炉筛上掉落下来，所述炉筛中部设置有下料孔，所述炉筛上端面设置为向下料孔一侧倾斜下降的斜面。
进一步的，为确保活性炭等固体颗粒能从炉筛上掉落下来，所述炉筛上设置有一圈与其同心的传动齿，所述传动齿与主动齿轮啮合，所述主动齿轮设置于炉筛驱动电机的输出轴上，炉筛转动产生的振动使固体颗粒掉落。
进一步的，为避免炉筛上的筛孔堵塞，所述炉筛包括由上至下间隔设置的炉筛板和支座，所述炉筛板和支座之间设置有弹簧，所述支座上设置有与炉筛板上筛孔数量和位置相适配的穿插部，所述穿插部上端面伸出于炉筛板上端面，随着炉筛的转动，以及穿插部与物料的接触，使得穿插部于筛孔内晃动，从而使得物料不会堵塞住筛孔，穿插部上部具有弧度。
进一步的，为避免弹簧卡住，所述弹簧设置于伸缩管内。
进一步的，为灵活调整各区的稳定，以及为使得最下端的搅动杆下端面低于穿插部上端面，所述气化炉内设置有顶升柱，所述顶升柱内设置有用于驱动竖向轴沿竖直方向运动的顶升驱动装置。
进一步的，为避免物料卡住竖向轴，所述竖向轴下端设置有收纳槽，所述顶升柱上端插入收纳槽内，顶升驱动装置的活塞杆穿过顶升柱上端面与收纳槽顶壁连接。
进一步的，为使得物料从罩体内掉出，而不是停留在罩体底部，出炭口设置于罩体轴线一侧，所述罩体底壁上设置有拔炭刮板，所述拔炭刮板设置于刮板驱动电机的输出轴上。
进一步的，为将物料整平压实，所述拔料杆下端通过连杆与压板连接。
本发明的有益效果：循环水管将液体送入到竖向轴和搅动杆内，通过调整进入竖向轴和搅动杆内液体的温度，能够灵活调整气化炉内的温度；同时在炉筛转动过程中，搅动杆与物料产生相对运动，从而使得物料能更顺利的从炉筛上掉入到罩体内。
1、炉筛由炉筛板和支座上下间隔组成，两者之间通过弹簧连接，当炉筛旋转时，通过物体带动支座上的穿插部晃动或上下运动，以避免物料卡在炉筛板上的筛孔内。
2、竖向轴在顶升柱内顶升驱动装置的驱动下上下升降，从而沿竖直方向调整搅动杆于炉体内的位置，以灵活调整热解区、氧化区和还原区的温度，其中最下层的顶升柱处于其所能达到的最底位置时，能够与穿插部上部接触，从而驱动穿插部向下运动，以进一步防止筛孔堵塞。
3、设置有拔料杆和压板，能够将进入炉体内的生物质原料整平压实。
附图说明
图1为本发明内部结构示意图。
图2为图1中的局部放大示意图A。
图3为拔料杆与压板连接示意图于拔料杆径向。
图中所述文字标注表示为：1、炉体；2、罩体；3、进料口；4、炉筛； 401、炉筛板；402、支座；403、弹簧；404、穿插部；405、伸缩管；5、出气管；6、出炭口；7、搅拌轴；8、拔料杆；9、搅拌电机；10、竖向轴； 11、搅动杆；12、循环水管；13、下料孔；14、传动齿；15、主动齿轮； 16、炉筛驱动电机；17、顶升柱；18、收纳槽；19、拔炭刮板；20、刮板驱动电机；21、连杆；22、压板。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：一种生物质热解工艺，它包括如下步骤：将生物质原料、催化剂投入到气化炉中，进行热解气化，从而得到可燃气、固体颗粒；然后分别收集可燃气和固体颗粒；在催化剂作用下，气化炉中的生物质原料由上至下分为干燥区、热解区、氧化区、还原区和冷却区，其中干燥区的温度控制在100-250℃，热解区处于缺氧环境下，且温度控制在550-650℃，氧化区处于缺氧环境下，且温度控制在650-800℃，还原区处于缺氧环境下，且温度控制在650-850℃；其中氧化区和还原区是生物质气化的主要反应区域，生物质中的纤维素等在热分解的作用下析出二氧化碳、一氧化碳、氢气、甲烷等大量生物质可燃气，其它部分生成活性炭等。
实施例2：一种生物质热解设备，它可用于实施例1中的热解气化，也可用于其它生物质热解工艺，如图1-3所示，它包括气化炉，所述气化炉由上至下包括炉体1和罩体2，炉体1的外径小于罩体2的内径，所述炉体1上端设置有进料口3；所述炉体1下端开放且开放处设置有炉筛4，炉筛4将炉体1 下端开放处封闭起来，所述炉体1下部从罩体2上端伸入罩体2内，炉体1和罩体2连接处采用焊接等方式密封，所述罩体2侧壁上部设置有作为可燃气出口的出气管5，所述罩体2下端设置有出炭口6；所述炉体1内竖直设置有与其同轴的搅拌轴7，搅拌轴7为空心管，所述搅拌轴7侧壁上设置有拔料杆 8，拔料杆8横向设置，所述搅拌轴7上端穿过炉体1顶壁上的轴承与炉体1上端的搅拌电机9传动连接；所述炉体1内还设置有竖向轴10，竖向轴10与搅拌轴同轴设置，所述竖向轴10侧壁上沿竖直方向阵列设置有搅动杆11，所述竖向轴10与搅动杆11内设置有连通的流道，所述流道于竖向轴10上端的开口与循环水管12一端连通，循环水管12穿过搅拌轴7，所述循环水管12另一端伸出炉体1与水源连接；所述拔料杆8下端通过连杆21与压板22连接，压板22于搅拌轴旋转方向的前端斜向上延伸。
具体工作状态：生物质原料加入到炉体1内，拔料杆8将生物质原料整平压实，生物质原料由上至下可分为干燥区、热解区、氧化区、还原区和冷却区；在空气催化剂的作用下，生成大量的可燃气，反应完成的生物质固体部分生成活性炭等，搅动杆11位于热解层、氧化还原层和冷却区，根据所需产物的比例，调整进入循环水管12内液体的温度，实现对氧化和还原反应过程的有效控制，最终得到生物质炭和可燃气体；生成的生物质炭掉入罩体下端。
实施例3，如图1所示，本实施例的其它结构与实施例2相同，但本实施例中，所述气化炉内设置有顶升柱17，顶升柱17具有隔热效果，顶升柱17 下端穿过炉筛4与罩体2内的支撑部连接，支撑部两端固定在罩体2内壁上，所述顶升柱17内设置有用于驱动竖向轴10沿竖直方向运动的顶升驱动装置，顶升驱动装置可采用油缸，所述炉筛4中部设置有下料孔13，所述炉筛 4上端面设置为向下料孔13一侧倾斜下降的斜面；所述炉筛4上设置有一圈与其同心的传动齿14，所述传动齿14与主动齿轮15啮合，所述主动齿轮15 设置于炉筛驱动电机16的输出轴上，炉筛驱动电机16设置于罩体2外侧。
具体工作状态与实施例2相同，但本实施例中，炉筛4在炉筛驱动电机 16的带动下旋转，使得活性炭等能更顺利的掉入罩体2内，同时为安装顶升柱和竖向轴10，所述罩体2内设置支撑部。
实施例3，如图1-2所示，本实施例的其它结构与实施例3相同，但本实施例中，所述炉筛4包括由上至下间隔设置的炉筛板401和支座402，炉筛板 401的外壁伸入炉体1侧壁的凹槽内并与凹槽内的轴承连接，筛孔设置于炉筛板401上，传动齿14设置于炉筛板401下端，所述炉筛板401和支座402之间设置有弹簧403，所述弹簧403设置于伸缩管405内，伸缩管405由两根套管嵌套而成，其中直径较大的上套管位于上方，上套管上端固定在炉筛板 401下端，下套管下端固定在支座402上端，支座402的横截面为圆形，所述支座402上设置有与炉筛板401上筛孔数量和位置相适配的穿插部404，所述穿插部404上端面伸出于炉筛板401上端面，穿插部404优选上窄下宽的圆锥体。
具体工作状态与实施例3相同，但本实施例中，顶升驱动装置将竖向轴 10拉至其所能达到的最下端，此时，竖向轴上最下端的搅动杆11与穿插部 404上部接触，随着炉筛4的转动，穿插部404在冷却层物料、搅动杆11和弹簧403作用下晃动，从而避免物料卡在筛孔内。
实施例4，如图1所示，本实施例的其它结构与实施例3相同，但本实施例中，所述竖向轴下端设置有收纳槽18，所述顶升柱17上端插入收纳槽18 内，顶升驱动装置的活塞杆穿过顶升柱17上端面与收纳槽18顶壁连接；从而避免物料进入到竖向轴10和顶升柱17之间。
实施例5，如图1所示，本实施例的其它结构与实施例2相同，但本实施例中，出炭口6设置于罩体2轴线一侧，所述罩体2底壁上设置有拔炭刮板19，拔炭刮板19的长度与罩体2底壁半径相适配；所述拔炭刮板19设置于刮板驱动电机20的输出轴上，刮板驱动电机20的输出轴与罩体2同轴设置，刮板驱动电机20的输出轴穿过罩体2底壁内的密封轴承与拔炭刮板19连接；随着拔炭刮板19的旋转，将物料推向出炭口6。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种生物质热解工艺，它包括如下步骤：将生物质原料、催化剂投入到气化炉中，进行热解气化，从而得到可燃气、固体颗粒；然后分别收集可燃气和固体颗粒，其特征在于，在催化剂作用下，气化炉中的生物质原料由上至下分为干燥区、热解区、氧化区、还原区和冷却区，其中干燥区的温度控制在100-250℃，热解区处于缺氧环境下，且温度控制在550-650℃，氧化区处于缺氧环境下，且温度控制在650-800℃，还原区处于缺氧环境下，且温度控制在650-850℃。
2.一种生物质热解设备，它包括气化炉，所述气化炉由上至下包括炉体(1)和罩体(2)，所述炉体(1)上端设置有进料口(3)；所述炉体(1)下端开放且开放处设置有炉筛(4)，所述炉体(1)下部从罩体(2)上端伸入罩体(2)内，所述罩体(2)上设置有作为可燃气出口的出气管(5)，所述罩体(2)下端设置有出炭口(6)，其特征在于，所述炉体(1)内竖直设置有与其同轴的搅拌轴(7)，所述搅拌轴(7)侧壁上设置有拔料杆(8)，拔料杆(8)横向设置，所述搅拌轴(7)与搅拌电机(9)传动连接；所述炉体(1)内还设置有竖向轴(10)，所述竖向轴(10)侧壁上沿竖直方向阵列设置有搅动杆(11)，所述竖向轴(10)与搅动杆(11)内设置有连通的流道，所述流道于竖向轴(10)上端的开口与循环水管(12)一端连通，所述循环水管(12)另一端伸出炉体(1)与水源连接。
3.根据权利要求2所述的一种生物质热解设备，其特征在于，所述炉筛(4)中部设置有下料孔(13)，所述炉筛(4)上端面设置为向下料孔(13)一侧倾斜下降的斜面。
4.根据权利要求2或3所述的一种生物质热解设备，其特征在于，所述炉筛(4)上设置有一圈与其同心的传动齿(14)，所述传动齿(14)与主动齿轮(15)啮合，所述主动齿轮(15)设置于炉筛驱动电机(16)的输出轴上。
5.根据权利要求4所述的一种生物质热解设备，其特征在于，所述炉筛(4)包括由上至下间隔设置的炉筛板(401)和支座(402)，所述炉筛板(401)和支座(402)之间设置有弹簧(403)，所述支座(402)上设置有与炉筛板(401)上筛孔数量和位置相适配的穿插部(404)，所述穿插部(404)上端面伸出于炉筛板(401)上端面。
6.根据权利要求5所述的一种生物质热解设备，其特征在于，所述弹簧(403)设置于伸缩管(405)内。
7.根据权利要求2所述的一种生物质热解设备，其特征在于，所述气化炉内设置有顶升柱(17)，所述顶升柱(17)内设置有用于驱动竖向轴(10)沿竖直方向运动的顶升驱动装置。
8.根据权利要求7所述的一种生物质热解设备，其特征在于，所述竖向轴下端设置有收纳槽(18)，所述顶升柱(17)上端插入收纳槽(18)内，顶升驱动装置的活塞杆穿过顶升柱(17)上端面与收纳槽(18)顶壁连接。
9.根据权利要求2所述的一种生物质热解设备，其特征在于，出炭口(6)设置于罩体(2)轴线一侧，所述罩体(2)底壁上设置有拔炭刮板(19)，所述拔炭刮板(19)设置于刮板驱动电机(20)的输出轴上。
10.根据权利要求2所述的一种生物质热解设备，其特征在于，所述拔料杆(8)下端通过连杆(21)与压板(22)连接。
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