生物质深度脱水炭化连续处理工艺及其设备制造技术

一种生物质深度脱水炭化连续处理工艺及其设备。该工艺主要采用外热源依次连续为炭化器和干燥器中的原料提供热量，干燥温度为１２０～１６０℃，使原料深度脱水，析出的水份不会进入炭化反应系统。炭化温度为３００～５００℃，使原料发生炭化反应，转变成高温气化用生物质木炭和可燃烧热解气体。其设备包括干燥器和炭化器，干燥器物料出口与炭化器物料进口连为一体，干燥器夹层换热空腔和炭化器夹层换热空腔连为一体，外热源先经过炭化器换热降温后再给干燥器换热。炭化器中还设置有气态助剂喷入装置，使炭化过程中原料反应温度便于调节和控制。本发明专利技术的设备开车简单，外热源利用率高，炭化产物中热解气的热值较高，生物质木炭的产量也较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质能源
，涉及利用含碳生物质原料制备高温气化用高能量密度的生物质木炭和以气态形式存在的高热值挥发性可燃烧热解气体的方法和装备，具体地指一种生物质深度脱水炭化连续处理工艺及其设备，该设备是生物质高温气化制造合成气的前期处理设备。
技术介绍
生物质是植物通过光合作用生成的含碳物质，储量丰富，是一种可再生的能源。在石油资源日益减少的情况下，高效利用可再生的生物质能源是迫在眉睫的问题。将生物质气化生产各种合成气一直是工程技术人员重点研究的问题。工程上常将含碳物料破碎成较小的颗粒，在高温下进行气化反应来生产合成气。目前存在的含碳物料的气化方法，基本可以分为固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法三大类。但生物质原料中纤维素和木质素较多，韧性较强，一方面其不容易通过物理方法粉碎为适合于上述气化方法的较小颗粒，另一方面其含水量较大，气化过程中容易生成无热值的H2O，稀释了气化产物，降低了合成气的品质。因此，工程上一般不是简单地用上述方法将生物质直接气化，而是通过热解破坏生物质中纤维素和木质素的结构的方法，使生物质原料转化成生物质木炭和可燃烧热解气，再将生物质木炭磨碎为较小的颗粒进行高温气化，生产热值较高的合成气。然而，生物质原料的初始含水量约30％左右，经过常规干燥或风干后的生物质原料的含水量一般也有15～20％。现有的生物质木炭化工艺一般只对生物质原料进行常规的风干或干燥处理，生物质原料的含水率仍然较高，这样的湿物料在炭化过程中所蒸发出的水份存留在炭化后产生的可燃烧热解气中，既降低了热解气的热值，又因其吸收炭化系统的热量而降低了系统的热效率。公开号为CN1710023A的中国专利技术专利申请公开说明书提出了一种低焦油生物质气化方法和装置。该方法首先使生物质发生炭化反应生成热解气和生物质木炭，再使生物质木炭发生还原反应制造合成气。该方法在生物质的炭化过程中无氧化剂通入，采用外热源给炭化反应器供热，虽然减少了生物质原料的自热燃烧量，但进行炭化处理的生物质原料没有深度脱水过程，这种湿生物质原料所含有的水份和炭化反应所产生的水份都存留于炭化过程产生的热解气中，导致热解气无用成分份增多、热值降低，不利于热解气的进一步利用。该装置采用外热源单一地调节控制炭化反应器的温度，温度调节效果较差、滞后性明显，特别是炭化反应器在开车工况下需要长时间地预热，存在启动困难、热效率低下的缺陷。公开号为CN1710022A的中国专利技术专利申请公开说明书中提出了一种生产生物质炭化燃气的方法及反火生物质炭化燃气发生炉。该发生炉将生物质的炭化反应器分上下两层布置，生物质物料的氧化过程、还原过程和炭化过程集中在一个炉膛中进行。炭化反应器上层燃烧部分生物质，燃烧产生的高温尾气通入炭化反应器下层，将炭化反应器下层的生物质木炭化，所产生的热解气和上层燃烧尾气混合为中热值的气体，被抽吸出炭化反应器外，所产生的生物质木炭从下层排出。该发生炉仅利用燃烧一部分生物质原料为炭化其他生物质原料提供热量，在干馏过程中也没有物料搅拌措施，炭化反应器下层容易因局部过热产生粘结，炭化过程生成可燃气体中因燃烧尾气混合而产生的H2O、CO2量较多，因自然生物质木炭的产量较少，炭化过程的可燃气体的产品热值不高，炭化系统生产效率偏低。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种在炭化过程中生物质原料适应广、反应温度便于调节和控制、炭化设备热效率高、最终炭化产物中热解气热值高、生物质木炭产量高的生物质深度脱水炭化连续处理工艺及其设备。为实现上述目的，本专利技术所设计的生物质深度脱水炭化连续处理工艺，主要采用外热源依次连续为炭化器和干燥器中的生物质原料提供热量。干燥过程控制温度在120～160℃的范围内，使生物质原料深度脱水，所析出的水份被排除掉，不会进入炭化反应系统。炭化过程控制温度在300～500℃的范围内，使深度脱水的生物质发生炭化反应，转变成生物质木炭和可燃烧热解气，且确保热解气的热值高、木炭的产量高。其工艺过程包括如下步骤1)首先对自然状态下的生物质进行拣选和清理，除去其中的灰土、硬物、杂质等不符合生产要求的废料，所选择出的适合炭化的物料进行常规风干。生物质原料的原始含水率一般在30％左右，通过常规风干可以初步除去物料中的外在水份，使物料的含水率控制在15～20％的范围内。2)然后对常规风干的物料进行机械切碎处理，使物料颗粒的粒径控制在5～80mm的范围内，例如切割成长度为5～80mm、宽度或直径为5～10mm的条状颗粒，既便于物料的输送，也有利于物料在脱水过程中受热均匀，水份较易析出。3)再将切碎的物料颗粒直接送入干燥器中进行深度脱水处理，通过调节外热源控制干燥器的温度在120～160℃的范围内，在连续搅拌推进的状态下，使物料颗粒中的大部分水份既较快地析出，又不发生热解反应，最终其含水率降低到8～10％的范围内，挥发出的水份排出干燥器外。4)最后将深度脱水的物料颗粒送入炭化器中进行炭化处理，通过调节外热源控制炭化器的温度在300～500℃的范围内，在连续搅拌推进的状态下，使物料颗粒充分发生炭化反应，生成固态生物质木炭和主要成份为CO、H2的可燃烧热解气，以及极少量的焦油。最终生物质木炭从炭化器底部生物质木炭出口排出，可燃烧热解气从炭化器上部热解气出口排出。上述生物质深度脱水炭化连续处理工艺中，最好通过加入气态助剂使部分物料颗粒自燃或者使物料颗粒降温的方式，配合外热源来协同控制炭化器的温度保持在300～500℃的范围内。这样可以随时根据炭化器的温度状况，通入不同的气态助剂如氧气、空气使部分物料颗粒自燃，或低温蒸汽、冷空气等使物料颗粒降温，从而及时、方便、灵活地调节和控制炭化器的反应温度。上述生物质深度脱水炭化连续处理工艺中，物料颗粒在干燥器中的搅拌推进停留时间最好控制在600～1200s的范围内，以确保湿物料中的大部分水份能够快速析出。物料颗粒在炭化器中的搅拌推进反应时间最好控制在200～1000s范围内，以确保物料颗粒能够充分炭化。上述生物质深度脱水炭化连续处理工艺中，干燥器和炭化器中的气压最好都控制在3.0～4.0MPa的范围内，这样可以有效抑制生物质木炭化过程中CO2和生物原油的生成量，促使生物质炭化过程产生的可燃烧热解气中CO和H2较多。为实现上述工艺而专门设计的生物质深度脱水炭化连续处理设备，包括干燥器和炭化器。干燥器具有干燥器物料进口、干燥器搅龙、干燥器物料出口和干燥器水蒸汽出口，干燥器的壳体上设置有供外热源介质通过的干燥器夹层换热空腔，干燥器夹层换热空腔的两端分别设置有干燥器外热源介质进口和干燥器外热源介质出口。炭化器具有炭化器物料进口、炭化器搅拌桨、炭化器焦炭出口和炭化器热解气出口，炭化器的壳体上设置有供外热源介质通过的炭化器夹层换热空腔，炭化器夹层换热空腔的两端分别设置有炭化器外热源介质进口和炭化器外热源介质出口。干燥器物料出口与炭化器物料进口之间为封闭连接，干燥器外热源介质进口与炭化器外热源介质出口之间为封闭连接。进一步地，上述干燥器外热源介质进口和干燥器外热源介质出口分别设置在靠近干燥器物料出口和干燥器物料进口的一侧。上述炭化器外热源介质进口和炭化器外热源介质出口分别设置在靠近炭化器焦炭出口和炭化器物料进口的一侧。这样，外热源的流动方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质深度脱水炭化连续处理工艺，它主要采用外热源依次连续为炭化器和干燥器中的生物质原料提供热量，其工艺过程包括如下步骤：１）首先对自然状态下的生物质进行拣选和清理，除去其中的灰土、硬物、杂质等不符合生产要求的废料，所选择出的适合 炭化的物料进行常规风干，初步除去物料中的外在水份，使物料的含水率控制在１５～２０％的范围内；２）然后对常规风干的物料进行机械切碎处理，使物料颗粒的粒径控制在５～８０ｍｍ的范围内；３）再将切碎的物料颗粒直接送入干燥器中进行深度 脱水处理，通过调节外热源控制干燥器的温度在１２０～１６０℃的范围内，在连续搅拌推进的状态下，使物料颗粒的含水率降低到８～１０％的范围内；４）最后将深度脱水的物料颗粒送入炭化器中进行炭化处理，通过调节外热源控制炭化器的温度在３００～５ ００℃的范围内，在连续搅拌推进的状态下，使物料颗粒发生炭化反应，最终生成高温气化用高能量密度的生物质木炭和以气态形式存在的高热值挥发性可燃烧热解气体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金沙杨，张泽，林冲，吕锋杰，张超，杨占春，宋侃，李宏，
申请(专利权)人：武汉凯迪科技发展研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]