CN114736701B - 一种生物质热解炉及生物质热解系统和热解工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物质热解设备技术领域，具体来说是一种生物质热解炉及生物质热解系统和热解工艺，生物质热解炉包括外壳体和供热体，供热体套设并连接于外壳体内，且二者之间预留有燃烧腔，燃烧腔内由隔板由上至下分隔为热解室和催化裂解室，催化裂解室上还贯通连接有热风机：供热体上开设有若干开口，开口上嵌设有若干稳焰体；外壳体上设置有全预混风机；供热体内设置有反应室，反应室由螺旋设置的燃烧管组成；燃烧管的顶端贯通设置有料仓，料仓上贯通连接有热氮气风管；燃烧管的底部贯通设置有接收仓。本发明提供了一种生物质热解炉，以及配合生物质热解炉使用的生物质热解系统，旨在通过生物质和焦油共同制备生物质碳，以及实现焦油的催化分解。

Description

一种生物质热解炉及生物质热解系统和热解工艺

技术领域

本发明涉及生物质热解设备技术领域，具体来说是一种生物质热解炉及生物质热解系统和热解工艺。

背景技术

煤炭、石油等不可再生的化石能源的过度开采和利用，使得地球上的能源与环境问题越来越严峻，寻求高效、洁净能源成为世界关注的热点，生物质资源是地球上第四大资源，其储量仅次于煤炭、石油和天然气，同时也是储量第一的清洁型可再生能源，是最适合的化石能源替代能源之一；生物质能源具有资源丰富、廉价、可再生、清洁等特点，因此生物质的开发与应用已经成为了广泛关注的热点。

生物质热解就是将生物质经过热解的过程转化成可燃气体和自然资源，生物质热解是在无氧或限氧条件下，对生物质原料进行加热，实现热解反应，得到生物炭、生物油、燃气的过程。目前生物质热解工艺和热洁炉的设计得到了广泛关注，但是目前的生物质热解工艺仍然存在诸多亟待解决的问题，其中的一个问题就是焦油的转化、脱除，焦油主要是由组成生物质的纤维素、木质素、半纤维素等成分的分子键断裂时产生的，断裂过程中产生CO、CO₂、H₂O、CH₄等小的气态分子，焦炭、木醋酸、焦油等大的分子，焦油成分复杂，其含有上百种不同类型、性质的化合物，主要成分是多核芳香族成分，焦油成分中含有浓度较高的PAH物质，PAH物质具有较高的毒性，在凝结为细小液滴的焦油不完全燃烧后，会引起PAH物质和焦炭的产生，PAH物质具有致癌的危险性；若对焦油进行净化处理，产生的焦油废水中含有酚及酚类化合物、苯系物、杂环、芳香族化合物等有机物，其COD浓度高，还散发出强烈刺激性气味，对环境造成污染，危害人体健康。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种生物质热解炉及生物质热解系统和热解工艺，本发明提供了一种生物质热解炉，以及配合生物质热解炉使用的生物质热解系统，旨在通过生物质和焦油共同制备生物质碳，以及实现焦油的催化分解。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种生物质热解炉，其特征在于，包括外壳体和供热体，所述供热体套设并连接于所述外壳体内，且二者之间预留有燃烧腔，所述燃烧腔内由隔板由上至下分隔为热解室和催化裂解室，所述催化裂解室上还贯通连接有热风机：

所述供热体上开设有若干开口，所述开口上嵌设有若干稳焰体；

所述外壳体上设置有全预混风机，所述全预混风机分别与所述热解室和所述催化裂解室通过连通管贯通连接；

所述供热体内设置有反应室，所述反应室由螺旋设置的燃烧管组成；所述燃烧管的顶端贯通设置有料仓，所述料仓上贯通连接有热氮气风管；所述燃烧管的底部贯通设置有接收仓；

所述燃烧管上还贯通连接有供气管。

优选的，所述料仓上还通过物料提升机连接有用于存储颗粒生物质的缓冲仓。

优选的，所述燃烧管与所述接收仓之间设置有排料管，所述排料管上贯通连接有热解气排管，所述排料管上还设置有启闭组件，所述启闭组件包括舵机和旋板，所述舵机的输出轴横向贯穿所述排料管侧壁，并在端部与所述旋板固接，所述旋板转动至水平方向将所述排料管的内部阻断。

优选的，所述热氮气风管、所述供气管和所述连通管上分别设置有阀门。

本发明还提供了基于生物质热解炉的生物质热解系统，包括：

干燥粉碎设备，用于对生物质进行干燥粉碎处理；

混合造粒设备，用于将焦油和生物质混合并造粒，所述混合造粒设备与所述缓冲仓贯通连接；

生物质热解炉，用于进行生物质炭的制备；

沉淀池，用于收集热解产生的焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物，所述沉淀池与所述热解气排管贯通连接；

旋风分离机，用于离心分离气体和粉尘；

一级脱焦油塔，用于将焦油蒸汽与热解气进行一次分离；

二级脱焦油塔，用于将焦油蒸汽进行二次分离，所述一级脱焦油塔和所述二级脱焦油塔分别与所述混合造粒设备贯通连接；

气酸分离塔，用于将热解气中的木醋液进行分离；

净化装置，用于对热解气进行净化处理，并得到可燃气体；

所述干燥粉碎设备、所述混合造粒设备、所述生物质热解炉、所述沉淀池、所述旋风分离机、所述一级脱焦油塔、所述二级脱焦油塔、所述气酸分离塔、所述净化装置依次贯通连接；

所述一级脱焦油塔、所述二级脱焦油塔共同与所述混合造粒设备贯通连接。

优选的，所述生物质热解炉、所述干燥粉碎设备还分别与所述净化装置贯通连接，所述净化装置分别与所述全预混风机、所述供气管贯通连接。

本发明还保护了利用生物质热解系统进行生物质热解的工艺，包括如下步骤：

步骤1、利用所述干燥粉碎设备对生物质进行干燥粉碎，粉碎的长度为2-4cm，干燥至生物质含水率10％以下；

步骤2、利用所述混合造粒设备将焦油和生物质混合并造粒，得到待处理物，焦油和生物质的质量比为1:7-10；

步骤3、利用所述生物质热解炉进行生物质热解制备生物质炭，所述生物质碳制备的条件为于250-400℃下热解1-1.5h；

步骤4、利用所述沉淀池进行焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物收集；

步骤5、利用所述旋风分离机离心分离，得到气体和粉尘；

步骤6、利用所述一级脱焦油塔进行焦油蒸汽的分离；

步骤7、利用所述二级脱焦油塔进行焦油蒸汽的再次分离；

步骤8、利用所述气酸分离塔分离热解气中的木醋酸；

步骤9、利用所述净化装置对热解气进行净化、收集处理，得到可燃气体。

优选的，所述生物质热解的具体方法为：

生物质采用所述干燥粉碎设备处理后，于所述混合造粒设备内实现焦油与生物质的共混，得到待处理物，待处理物于所述缓冲仓内储存，并在所述物料提升机的作用下进入至所述料仓内，待处理物在所述热氮气风管排出气体的带动下进入至所述燃烧管内，并于所述燃烧管进行生物质碳的制备，制得的生物质碳于所述接收仓内收集；燃烧产生的焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物经由所述热解气排管先排入至所述沉淀池内，再排入至所述旋风分离机器内进行除尘操作，然后将混合气排入至所述一级脱焦油塔内，进行焦油蒸汽的一次分离操作，剩余热解气排入至所述二级脱焦油塔内，进行焦油蒸汽的二次分离操作，将分离后剩余的热解气排入至所述气酸分离塔，实现木醋酸与热解气的分离，最终分离后的热解气于净化装置内处理，得到可燃气体；

所述一级脱焦油塔、所述二级脱焦油塔分离出的焦油再排入至所述混合造粒设备内，实现焦油的利用；

所述净化装置与所述干燥粉碎设备贯通连接，可燃气体向所述干燥粉碎设备提供热环境；

所述净化装置与所述生物质热解炉贯通连接，所述净化装置与所述生物质热解炉上的全预混风机贯通连接，实现空气与可燃气体混合，向所述稳焰体提供可燃气体；

所述净化装置还与所述生物质热解炉上的所述供气管贯通连接，实现焦油于所述燃烧管内的催化裂解。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、本发明设置了生物质热解炉，生物质热解炉由隔板分隔为热解室和催化裂解室，热解室和催化裂解室能够共同用于生物质的热解反应，并实现待处理物的高温碳化，得到的生物质碳经由接收仓收集；热解完成后可单独使用催化裂解室时，催化裂解室提供的高温用于实现燃烧管内焦油的最终催化裂解，此时将焦油和催化剂于混合造粒设备内混合，然排入至燃烧管内，并使得催化剂与焦油滑落在催化裂解室处，此时经由混合气管向燃烧管内排入含有水分的混合气，混合气包括了热解气和空气，于750-900℃下实现焦油的单独高温裂解；

通过使用本申请的生物质热解炉，不仅实现了生物质碳的制备，而且实现了焦油的催化裂解，所以有效降低了生物质燃烧产焦油的量。

2、本发明中还在燃烧管上分别贯通连接有热氮气风管和供气管，供气管可流通氮气或热解气，当供气管流通氮气时，燃烧管的顶端和底端分别通入氮气，通过调节两个氮气的供风量来实现对燃烧管内物料位置的调控，并使得待处理物处于悬浮状态，便于实现更加优异的碳化操作；当供气管流通热解气时，向燃烧管内提供可燃气体，此时便于焦油的高温催化裂解。

3、本发明的生物质碳制备方法为：将生物质与焦油混合、粉碎、造粒后，经由生物质热解炉进行热解操作，在无氧环境或低氧环境下实现生物质碳的制备；本发明的焦油裂解操作为：将焦油和催化剂混合，经由生物质热解炉进行催化裂解操作，在热解气、氧气和水的条件下实现焦油的催化裂解。

4、本发明还设计了配合生物质热解炉使用的生物质热解系统，通过利用生物质热解系统实现热解气、木醋酸、焦油、生物质炭的分离，且实现了焦油和热解气的循环利用，多余的热解气经净化处理后，便于作为燃气进行二次利用。

附图说明

图1为本发明一种利用生物质热解炉进行生物质热解的系统图；

图2为本发明一种生物质热解炉的内部结构示意图。

附图标记说明：

1、外壳体；2、供热体；3、净化装置；4、隔板；5、热解室；6、催化裂解室；7、热风机；8、稳焰体；9、全预混风机；10、连通管；11、燃烧管；12、料仓；13、热氮气风管；14、接收仓；15、供气管；16、一级脱焦油塔；17、二级脱焦油塔；18、气酸分离塔；19、阀门；20、物料提升机；21、缓冲仓；22、排料管；23、气排管；24、舵机；25、旋板；26、干燥粉碎设备；27、混合造粒设备；28、沉淀池；29、旋风分离机。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明各实施例中实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

利用生物质热解炉进行生物质热解的设备，如图1-2所示，包括：

干燥粉碎设备26，用于对生物质进行干燥粉碎处理；

混合造粒设备27，用于将焦油和生物质混合并造粒，所述混合造粒设备27与所述缓冲仓21贯通连接；

生物质热解炉，用于生物质热解制备生物质炭，所述生物质碳制备的条件为于250-400℃下热解1-1.5h；

沉淀池28，用于收集热解产生的焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物，所述沉淀池28与所述热解气排管23贯通连接；

旋风分离机29，用于离心分离气体和粉尘；

一级脱焦油塔16，用于将焦油蒸汽与热解气进行一次分离；

二级脱焦油塔17，用于将焦油蒸汽进行二次分离，所述一级脱焦油塔16和所述二级脱焦油塔17分别与所述混合造粒设备27贯通连接；

气酸分离塔18，用于将热解气中的木醋液进行分离；

净化装置3，用于对热解气进行净化处理，并得到可燃气体；

所述干燥粉碎设备26、所述混合造粒设备27、所述生物质热解炉、所述沉淀池28、所述旋风分离机29、所述一级脱焦油塔16、所述二级脱焦油塔17、所述气酸分离塔18、所述净化装置3依次贯通连接；

所述一级脱焦油塔16、所述二级脱焦油塔17共同与所述混合造粒设备27贯通连接；

所述生物质热解炉、所述干燥粉碎设备26还分别与所述净化装置3贯通连接，所述净化装置3分别与所述全预混风机9、所述供气管15贯通连接。

所述生物质热解炉的结构如图2所示，包括外壳体1和供热体2，所述供热体2套设并连接于所述外壳体1内，且二者之间预留有燃烧腔，燃烧腔用于可燃气体的流通，便于所有稳焰体8上火焰均能够持续燃烧，所述燃烧腔内由隔板4由上至下分隔为热解室5和催化裂解室6，于热解室5和催化裂解室6内共同实现生物质的热解反应，并实现待处理物的高温碳化得到的生物质碳，单独使用催化裂解室时，催化裂解室提供的高温用于实现燃烧管内焦油的最终催化裂解，所述催化裂解室6上还贯通连接有热风机7，热风机7便于向热风机7内提供热风，提升催化裂解室6上稳焰体8燃烧的温度：

所述供热体2上开设有若干开口，所述开口上嵌设有若干稳焰体8；

所述外壳体1上设置有全预混风机9，全预混风机9实现空气与可燃气体的混合，排入至燃烧腔内，向稳焰体8上火焰提供燃烧气体，所述全预混风机9分别与所述热解室5和所述催化裂解室6通过连通管10贯通连接，连通管10上设置有阀门，阀门控制气体的流向，继而根据热解反应、催化裂解反应的要求进行调控；

所述供热体2内设置有反应室，所述反应室由螺旋设置的燃烧管11组成；所述燃烧管11的顶端贯通设置有料仓12，所述料仓12上贯通连接有热氮气风管13；所述燃烧管11的底部贯通设置有接收仓；热氮气风管13排出热的氮气，经由热氮气将燃烧管11内的空气排出，并于燃烧管11内进行待处理物的热解制生物质碳操作；

所述燃烧管11上还贯通连接有供气管15，所述供气管15可通入热解气或氮气，当连接热解气，便于实现焦油的催化裂解；当连接氮气，便于对燃烧管11内待处理物的位置调控。

本发明的实施例均依托于利用生物质热解炉进行生物质热解的设备，具体如下所示：

实施例1

利用所述设备进行生物质热解的工艺，具体方法为：

生物质采用所述干燥粉碎设备26处理后，于所述混合造粒设备27内实现焦油与生物质的共混，得到待处理物，待处理物于所述缓冲仓21内储存，并在所述物料提升机20的作用下进入至所述料仓12内，待处理物在所述热氮气风管13排出气体的带动下进入至所述燃烧管11内，并于所述燃烧管11进行生物质碳的制备，制得的生物质碳于所述接收仓内收集；燃烧产生的焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物经由所述热解气排管23先排入至所述沉淀池28内，再排入至所述旋风分离机器29内进行除尘操作，然后将混合气排入至所述一级脱焦油塔16内，进行焦油蒸汽的一次分离操作，剩余热解气排入至所述二级脱焦油塔17内，进行焦油蒸汽的二次分离操作，将分离后剩余的热解气排入至所述气酸分离塔18，实现木醋酸与热解气的分离，最终分离后的热解气于净化装置内处理，得到可燃气体；

所述一级脱焦油塔16、所述二级脱焦油塔17分离出的焦油再排入至所述混合造粒设备27内，实现焦油的利用；

所述净化装置3与所述干燥粉碎设备26贯通连接，可燃气体向所述干燥粉碎设备26提供热环境；

所述净化装置3与所述生物质热解炉贯通连接，所述净化装置3与所述生物质热解炉上的全预混风机9贯通连接，实现空气与可燃气体混合，向所述稳焰体8提供可燃气体；

所述供气管15内通入的是氮气，通过上下氮气的流量来调控待处理物于燃烧管11内的位置。

实施例2

利用所述设备进行焦油催化裂解的工艺，具体方法为：

于所述混合造粒设备27内实现焦油与催化剂的共混，得到待处理物I，待处理物I于所述缓冲仓21内储存，并在所述物料提升机20的作用下进入至所述料仓12内，待处理物I进入至所述燃烧管11内，并使得所述热风机7运行，控制所述燃烧管11的温度，并于750-900℃下进行焦油的催化裂解，催化剂于所述接收仓内收集；燃烧产生的热解气及粉尘的混合物经由所述热解气排管23先排入至所述沉淀池28内，再排入至所述旋风分离机器29内进行除尘操作，然后将混合气排入至所述一级脱焦油塔16内，进行焦油蒸汽的一次分离操作，剩余热解气排入至所述二级脱焦油塔17内，进行焦油蒸汽的二次分离操作，将分离后剩余的热解气排入至所述气酸分离塔18，实现木醋酸与热解气的分离，最终分离后的热解气于净化装置内处理，得到可燃气体；

所述一级脱焦油塔16、所述二级脱焦油塔17分离出的焦油再排入至所述混合造粒设备27内，实现焦油的利用；

所述净化装置3与所述生物质热解炉贯通连接，所述净化装置3与所述生物质热解炉上的全预混风机9贯通连接，实现空气与可燃气体混合，向所述稳焰体8提供可燃气体；

所述净化装置3还与所述生物质热解炉上的所述供气管15贯通连接，实现焦油于所述燃烧管11内的催化裂解，此时的供气管15内通入的是热解气、空气和水的混合物，便于焦油的裂解。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种生物质热解系统，其特征在于，包括：

干燥粉碎设备（26），用于对生物质进行干燥粉碎处理；

混合造粒设备（27），用于将焦油和生物质混合并造粒，所述混合造粒设备（27）与缓冲仓（21）贯通连接；

生物质热解炉，用于进行生物质炭的制备；

沉淀池（28），用于收集热解产生的焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物，所述沉淀池（28）与热解气排管（23）贯通连接；

旋风分离机（29），用于离心分离气体和粉尘；

一级脱焦油塔（16），用于将焦油蒸汽与热解气进行一次分离；

二级脱焦油塔（17），用于将焦油蒸汽进行二次分离，所述一级脱焦油塔（16）和所述二级脱焦油塔（17）分别与所述混合造粒设备（27）贯通连接；

气酸分离塔（18），用于将热解气中的木醋液进行分离；

净化装置（3），用于对热解气进行净化处理，并得到可燃气体；

所述干燥粉碎设备（26）、所述混合造粒设备（27）、所述生物质热解炉、所述沉淀池（28）、所述旋风分离机（29）、所述一级脱焦油塔（16）、所述二级脱焦油塔（17）、所述气酸分离塔（18）、所述净化装置（3）依次贯通连接；

所述生物质热解炉包括外壳体（1）和供热体（2），所述供热体（2）套设并连接于所述外壳体（1）内，且二者之间预留有燃烧腔，所述燃烧腔内由隔板（4）由上至下分隔为热解室（5）和催化裂解室（6），所述催化裂解室（6）上还贯通连接有热风机（7）；

所述供热体（2）上开设有若干开口，所述开口上嵌设有若干稳焰体（8）；

所述外壳体（1）上设置有全预混风机（9），所述全预混风机（9）分别与所述热解室（5）和所述催化裂解室（6）通过连通管（10）贯通连接；

所述供热体（2）内设置有反应室，所述反应室由螺旋设置的燃烧管（11）组成；所述燃烧管（11）的顶端贯通设置有料仓（12），所述料仓（12）上贯通连接有热氮气风管（13）；所述燃烧管（11）的底部贯通设置有接收仓（14）；

所述燃烧管（11）上还贯通连接有供气管（15）；

所述料仓（12）上还通过物料提升机（20）连接有用于存储颗粒生物质的缓冲仓（21）；

所述燃烧管（11）与所述接收仓（14）之间设置有排料管（22），所述排料管（22）上贯通连接有热解气排管（23），所述排料管（22）上还设置有启闭组件，所述启闭组件包括舵机（24）和旋板（25），所述舵机（24）的输出轴横向贯穿所述排料管（22）侧壁，并在端部与所述旋板（25）固接，所述旋板（25）转动至水平方向将所述排料管（22）的内部阻断；

所述热氮气风管（13）、所述供气管（15）和所述连通管（10）上分别设置有阀门（19），所述干燥粉碎设备（26）与所述净化装置（3）贯通连接，所述净化装置（3）与所述全预混风机（9）贯通连接；

利用所述的生物质热解系统进行生物质热解的工艺，包括如下步骤：

步骤1、利用所述干燥粉碎设备（26）对生物质进行干燥粉碎，粉碎的长度为2-4cm，干燥至生物质含水率10%以下；

步骤2、利用所述混合造粒设备（27）将焦油和生物质混合并造粒，得到待处理物，焦油和生物质的质量比为1:7-10；

步骤3、利用所述生物质热解炉进行待处理物热解制备生物质炭，所述生物质炭制备的条件为于250-400℃下热解1-1.5h；

步骤4、利用所述沉淀池（28）进行焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物收集；

步骤5、利用所述旋风分离机（29）离心分离，得到气体和粉尘；

步骤6、利用所述一级脱焦油塔（16）进行焦油蒸汽的分离；

步骤7、利用所述二级脱焦油塔（17）进行焦油蒸汽的再次分离；

步骤8、利用所述气酸分离塔（18）分离热解气中的木醋酸；

步骤9、利用所述净化装置（3）对热解气进行净化、收集处理，得到可燃气体

所述生物质热解的具体方法为：

生物质采用所述干燥粉碎设备（26）处理后，于所述混合造粒设备（27）内实现焦油与生物质的共混并造粒，得到待处理物，待处理物于所述缓冲仓（21）内储存，并在所述物料提升机（20）的作用下进入至所述料仓（12）内，待处理物在所述热氮气风管（13）排出气体的带动下进入至所述燃烧管（11）内，并于所述燃烧管（11）进行生物质炭的制备，制得的生物质炭于所述接收仓（14）内收集；燃烧产生的焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物经由所述热解气排管（23）先排入至所述沉淀池（28）内，再排入至所述旋风分离机（29）内进行除尘操作，然后将混合气排入至所述一级脱焦油塔（16）内，进行焦油蒸汽的一次分离操作，剩余热解气排入至所述二级脱焦油塔（17）内，进行焦油蒸汽的二次分离操作，将分离后剩余的热解气排入至所述气酸分离塔（18），实现木醋酸与热解气的分离，最终分离后的热解气于净化装置内处理，得到可燃气体；

所述一级脱焦油塔（16）、所述二级脱焦油塔（17）分离出的焦油再排入至所述混合造粒设备（27）内，实现焦油的利用；

所述净化装置（3）的可燃气体向所述干燥粉碎设备（26）提供热环境；

所述净化装置（3）向所述全预混风机（9）提供可燃气体，实现空气与可燃气体混合，向所述稳焰体（8）提供可燃气体；

所述供气管（15）内通入氮气，通过上下氮气的流量来调控待处理物于所述燃烧管（11）内的位置。