CN116376579A - 基于炭气联产的生物炭制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于炭气联产的生物炭制备装置，包括干馏釜、多级分离器以及储气罐，干馏釜包括：釜体，其顶部设有进料口和出料管，底部设有出渣管，釜体侧壁上设有进风管；加热筒，其套设于釜体外部，加热筒侧壁与釜体外侧壁形成供加热介质流动的通道，通道内间隔设有至少两个环形的隔板，形成多个加热段，隔板的一侧设有多个风孔，相邻两个隔板上的风孔相对设置，位于最上方的隔板上竖直设有布风板，布风板上设有多个布风孔，加热筒上侧壁上位于布风板的一侧设有热风进管，下侧壁上背离最下方的隔板上的风孔的一侧设有热风出管；保温层，其套设于加热筒外部。本发明具有加热效率高，加热噪音小，以及节约炭气联产技术研究成本的有益效果。

Description

基于炭气联产的生物炭制备装置

技术领域

本发明涉及炭气联产技术研究设备领域。更具体地说，本发明涉及一种基于炭气联产的生物炭制备装置。

背景技术

生物质热解多联产技术以现代生物质炭化技术为核心，通过热解气的气液分离和净化提质，生产生物炭、高品质燃气、木焦油和木醋液等多种产品。生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素三种成分组成，纤维素热解主要发生在300～375℃较窄温度范围内，半纤维素热解温度范围为225～325℃，而木质素虽然在200～500℃的宽广范围内均能发生热解，但分解速度最快的区段为310～420℃。纤维素、半纤维素热解产物主要是挥发性物质，木质素主要分解成炭。影响生物质联产的影响因素主要有物料特性、温度、滞留时间、升温速率、压力。国内外对于生物质炭气联产研究的过程中，不可避免的需要借助生物炭制备装置，目前，国内外已开发出多类反应装置，如上吸式固定床反应器、下吸式固定床反应器、循环流化床反应器、真空移动床反应器和旋转锥反应器等。生物质热裂解工艺不同，裂解气、裂解油和生物炭生成比例存在很大差异。生物炭联产装置主要包括：生物质炭气联产装置主要包括原料制备装置(比如螺杆挤棒机、压块机)、热解装置(比如干馏釜、固定化床旋转炉)、净化分离装置(比如降温器、旋风分离器)、储存装置(气体储罐)等。生物质炭气联产工艺主要包括生物质原料(比如秸秆、玉米芯、玉米秸、榕树、毛竹、柳树、稻秆、玉米杆、杉木屑等)经粉碎或切段，进入热解装置内，在高温高压下热解，产生生物炭和混合气体，经降温处理和分离器分离后，实现气固分离和气液分离，最终分别得到生物炭、焦油以及燃气。但是目前生产上用的炭气联产装置运行耗能高、噪音大、单批次处理量大，因此，对于院校研究炭气联产技术成本过高，灵活度过小。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于炭气联产的生物炭制备装置，包括干馏釜、与所述干馏釜的出料管连通的多级分离器、与最后一级分离器气体出口连接的储气罐，所述干馏釜包括：

釜体，其顶部设有进料口和所述出料管，所述釜体底部设有出渣管，所述釜体侧壁上设有进风管，所述进料口、所述出料管、所述出渣管、所述进风管上均设有阀门；

加热筒，其套设于所述釜体外部，所述加热筒侧壁与所述釜体外侧壁形成供加热介质流动的通道，所述通道内间隔设有至少两个环形的隔板，形成多个加热段，所述隔板的一侧设有多个风孔，相邻两个隔板上的风孔相对设置，位于最上方的隔板上竖直设有布风板，所述布风板位于最上方的隔板上的风孔的另一侧，所述布风板上设有多个布风孔，所述加热筒上侧壁上位于所述布风板的一侧设有热风进管，下侧壁上背离最下方的隔板上的风孔的一侧设有热风出管；

保温层，其套设于所述加热筒外部。

优选的是，所述釜体靠上部位呈圆柱形，靠底部位呈倒圆锥形。

优选的是，所述釜体侧壁向内凹陷形成多个内凹沟槽，所述内凹沟槽呈横向的流线形，每个加热段内的内凹沟槽从进风侧向出风侧呈先上后下的流线形。

优选的是，所述布风板呈弧面形，所述布风板与所述釜体同轴。

优选的是，所述布风板的弧度为120°，所述隔板上设有风孔的一段的弧度为60°。

优选的是，所述隔板为两块。

优选的是，所述内凹沟槽的宽度为5～8cm，深度为所述釜体直径的1/10～1/5。

优选的是，所述布风孔和所述风孔均呈正六边形。

优选的是，所述釜体的直径为0.8～1.2m，长为1.5～2.2m。

优选的是，所述釜体的出料管口上设有压力测量组件和温度测量组件，所述釜体内侧壁上间隔设有多个温度测量组件，所述热风进管和所述热风出管的管口上均设有压力测量组件和温度测量组件。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、通过对干馏釜的结构进行改造，比如将加热筒分隔成多个加热段，结合布风板、隔板以及风孔等结构，使热风呈类S形与釜体外壁均匀接触，延长热风滞留时长，以及提高热风分散速度和均匀度，加热更均匀。从而显著减少耗能。

第二、采用单批次处理方法，可以减少单次试验生物质原料用量，等量生物质原料下，可以重复多次试验，降低单次试验成本。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为炭气联产的原理示意图；

图2为本发明的其中一种技术方案的生物炭制备装置的连接示意图；

图3为本发明的其中一种技术方案的所述干馏釜的纵向剖面图；

图4为本发明的其中一种技术方案的所述隔板、所述布风板的俯视结构示意图；

图5为本发明的其中一种技术方案的所述布风板的细节图；

图6为本发明的其中一种技术方案的所述内凹沟槽的侧面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语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，并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。

如图1～6所示，本发明提供一种基于炭气联产的生物炭制备装置，包括干馏釜1、与所述干馏釜1的出料管22连通的多级分离器、与最后一级分离器气体出口连接的储气罐7。分离器可以采用旋风分离器6或喷淋塔5，或者二者的结合，旋风分离器6具有立式圆筒结构，内部沿轴向分为集液区、旋风分离区、净化室区等。内装旋风子构件，按圆周方向均匀排布亦通过上下管板固定；设备采用裙座支撑，封头采用耐高压椭圆型封头。是一种结构简单、操作方便、耐高温的净化设备，分离效果佳，有助于科研试验的数据收集和分析。喷淋塔5的工作原理可分为顺流、逆流和错流三种形式。其中最常用的就是逆流喷淋，出料管22的混合气从塔底送入，经气体分布装置分布后与喷淋雾液呈逆流连续接触，液体(焦油)留下，气体从风机流出。固态泻入集收池中。喷淋液在塔底经水泵增压后在塔顶喷淋而下，最后回流至塔底循环使用。虽然旋风分离器6和喷淋塔5都是现有设备的直接运用，为了更充分的描述其在本申请中的运用方法，在图2中示出了其中一种连接方式。

图1示出了生物质炭气联产的原理示意图，生物质由水分、挥发分、固定碳和灰分组成，在高温状态，生物质发生热解反应，含水率和挥发分生成热解气，而固定碳和灰分生成生物炭，部分热解气和生物炭与氧气反应为热解提供能量，产生的烟气和剩余热解气作为燃气输出，生物炭经过氧化反应后含碳率降低。生物质炭气联产的理想状态是最大程度提高生物炭产率和品质，避免生物炭参与氧化反应，燃气通过专用燃烧设备进行燃烧实现热能利用。

图2示出了炭气联产的设备连接方式，生物质在干馏釜1内热解，热解气(混杂有部分生物炭)经出料管22进入到喷淋塔5，经两级喷淋塔5除去杂质(生物炭和灰分)，再经过旋风分离器6进一步分离除去液体(水分和生物油)，得到纯净燃气。

炭气联产的核心设备是干馏釜1，干馏釜1用于对生物质原料(比如秸秆、玉米芯、玉米秸、榕树、毛竹、柳树、稻秆、玉米杆、杉木屑等)进行热解，热解时的温度、升温速度、停滞时间对热解产物的组成、比例以及热解率具有重要影响。因此，对现有技术中的干馏釜1进行了以下改进，以适配各生物质原料的热解工艺研究。

所述干馏釜1包括：

釜体2，其顶部设有进料口21和所述出料管22，所述釜体2底部设有出渣管，所述釜体2侧壁上设有进风管23，所述进料口21、所述出料管22、所述出渣管、所述进风管23上均设有阀门；进料口21用于将生物质原料导入釜体2内，通常还可以在进料口21上连接螺旋输送机，生物质原料经螺旋输送机输送至进料口21。出料管22用于将生物质热解产物(部分颗粒小的生物炭、生物油、热解气)在风力作用下导出釜体2。出渣管用于将生物炭导出。进风管23用于与不含氧或含有少量氧的气源连接，气源在进入进风管23前优选的可以采用空气预热器进行预热。

以及为了更精准的分析剖析生物质热解原理，优选的在釜体2的出料管22口上设有压力和温度测量组件，釜体2内侧壁上间隔设有多个温度测量组件，釜体2的进风管23的管口上设有压力和温度测量组件。以得到生物质热解工艺温度和压力参数数据。压力测量组件可以采用U型测压计或者压力传感器，温度测量组件采用温度传感器。以及优选的在釜体2的进风管23和出料管22上设有流量计，以获取生物质热解工艺中的流量参数数据。

加热筒3，其套设于所述釜体2外部，所述加热筒3侧壁与所述釜体2外侧壁形成供加热介质流动的通道31，本申请的加热介质为空气，所述通道31内间隔设有至少两个环形的隔板32，形成相互独立的多个加热段，隔板32数量根据釜体2高度确定，每段加热段的长度优选的是不超过1m。所述隔板32的一侧设有多个风孔33，风孔33用于连通上下相邻的两段加热段，用于供热风通过。相邻两个隔板32上的风孔33相对设置，可以使热风的流动路径呈类S形，延长热风在通道31内的停留时间，从而增加热风与釜体2外壁的接触时间。位于最上方的隔板32上竖直设有布风板34，热风(热量最高时)进入最上方的加热段，为了避免釜体2局部过热，通过布风板34及时分散热风，布风板34可以使热风呈弧面形吹向釜体2侧壁，使釜体2受热均匀。所述布风板34位于最上方的隔板32上的风孔33的另一侧，热风经布风板34分散均匀后，再从隔板32上的风孔33进入下方的加热段，避免热风直接从风孔33进入下方的加热段。所述布风板34上设有多个布风孔35，布风孔35优选的设置为正六边形，有益于提升分散速度和分散均匀度。所述加热筒3上侧壁上位于所述布风板34的一侧设有热风进管36，下侧壁上背离最下方的隔板32上的风孔33的一侧设有热风出管37，热风进管36与送风泵连接，或者热风出管37与抽风泵连接；热风(加热介质)由热风进管36进入加热筒3内，位于最上方的加热段，然后经布风板34和布风孔35分散后与釜体2外壁接触，并朝向风孔33一侧流动，经风孔33进入向下一加热段，从上至下依次流动，呈类S形与釜体2外壁接触，向釜体2传递热量，以对生物质进行热解。显著提升热风的热利用率。优选的在加热筒3的热风进管36和热风出管37上设有温度测量组件，以获取生物质热解工艺中的加热介质温度参数数据。

保温层4，其套设于所述加热筒3外部。可以显著减少热散失、热损失。保温层4的材料通常选用膨胀聚苯板、聚氨酯发泡材料等。

在上述技术方案中，通过对干馏釜1的结构进行改造，比如将加热筒3分隔成多个加热段，结合布风板34、隔板32以及风孔33等结构，使热风呈类S形与釜体2外壁均匀接触，延长热风滞留时长，以及提高热风分散速度和均匀度，加热更均匀。从而显著减少耗能。采用单批次处理方法，可以减少单次试验生物质原料用量，等量生物质原料下，可以重复多次试验，降低单次试验成本。采用分离器对生物质热解产物进行精准分离，即将生物炭、生物油、热解气精准分离，有利于对各种生物质原料热解产物的数据的精准分析。

进一步的，所述釜体2靠上部位呈圆柱形，靠底部位呈倒圆锥形。圆柱形和倒圆锥形均具有弧形的结构我，一则有利于热风的旋转加热，一则得位于内部的生物质集中受热。倒圆锥形的结构还有得生物炭的排出。

优选的所述布风板34呈弧面形，所述布风板34与所述釜体2同轴。与釜体2形状匹配，使执风分布更均匀。

所述布风板34的弧度为120°，所述隔板32上设有风孔33的一段的弧度为60°。一则可以显著避免釜体2外壁局部过热现象，一则该两个角度的配合，热风流动时产生的振动噪音减小。

进一步的，所述釜体2侧壁向内凹陷形成多个内凹沟槽24，所述内凹沟槽24呈横向的流线形，每个加热段内的内凹沟槽24从进风侧向出风侧呈先上后下的流线形。以布分板中线为基准，釜体2上的内凹沟槽24沿两侧延伸至对侧，每个加热段均形成上述内凹沟槽24，用于对热风进行导流降噪，导流作用利于热风伸入釜体2内部，以及增大与釜体2的触面积，从而进一步的提升加热效率。降噪作用是由于热风在各加热段内流动时会产生振动噪音，而通过设置流线形的内凹沟槽24后，可以显著降低该振动噪音。

进一步的，根据试验研究需要，所述釜体2的直径为0.8～1.2m，长为1.5～2.2m，所述隔板32为两块，所述内凹沟槽24的宽度为5～8cm，深度为所述釜体2直径的1/10～1/5。可以满足试验研究的用量需要，釜体2直径小，内部不需要增加旋转功能即可满足均匀加热的需要，内凹沟槽24可以提升加热效率，也能提升加热均匀度，运行过程中，整体的噪音均得到显著降低。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.基于炭气联产的生物炭制备装置，包括干馏釜、与所述干馏釜的出料管连通的多级分离器、与最后一级分离器气体出口连接的储气罐，其特征在于，所述干馏釜包括：

釜体，其顶部设有进料口和所述出料管，所述釜体底部设有出渣管，所述釜体侧壁上设有进风管，所述进料口、所述出料管、所述出渣管、所述进风管上均设有阀门；

加热筒，其套设于所述釜体外部，所述加热筒侧壁与所述釜体外侧壁形成供加热介质流动的通道，所述通道内间隔设有至少两个环形的隔板，形成多个加热段，所述隔板的一侧设有多个风孔，相邻两个隔板上的风孔相对设置，位于最上方的隔板上竖直设有布风板，所述布风板位于最上方的隔板上的风孔的另一侧，所述布风板上设有多个布风孔，所述加热筒上侧壁上位于所述布风板的一侧设有热风进管，下侧壁上背离最下方的隔板上的风孔的一侧设有热风出管；

保温层，其套设于所述加热筒外部。

2.如权利要求1所述的基于炭气联产的生物炭制备装置，其特征在于，所述釜体靠上部位呈圆柱形，靠底部位呈倒圆锥形。

3.如权利要求1所述的基于炭气联产的生物炭制备装置，其特征在于，所述釜体侧壁向内凹陷形成多个内凹沟槽，所述内凹沟槽呈横向的流线形，每个加热段内的内凹沟槽从进风侧向出风侧呈先上后下的流线形。

4.如权利要求1所述的基于炭气联产的生物炭制备装置，其特征在于，所述布风板呈弧面形，所述布风板与所述釜体同轴。

5.如权利要求4所述的基于炭气联产的生物炭制备装置，其特征在于，所述布风板的弧度为120°，所述隔板上设有风孔的一段的弧度为60°。

6.如权利要求1所述的基于炭气联产的生物炭制备装置，其特征在于，所述隔板为两块。

7.如权利要求3所述的基于炭气联产的生物炭制备装置，其特征在于，所述内凹沟槽的宽度为5～8cm，深度为所述釜体直径的1/10～1/5。

8.如权利要求1所述的基于炭气联产的生物炭制备装置，其特征在于，所述布风孔和所述风孔均呈正六边形。

9.如权利要求1所述的基于炭气联产的生物炭制备装置，其特征在于，所述釜体的直径为0.8～1.2m，长为1.5～2.2m。

10.如权利要求1所述的基于炭气联产的生物炭制备装置，其特征在于，所述釜体的出料管口上设有压力测量组件和温度测量组件，所述釜体内侧壁上间隔设有多个温度测量组件，所述热风进管和所述热风出管的管口上均设有压力测量组件和温度测量组件。

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