专利摘要

本实用新型涉及一种无焦油产生的生物质炭‑热联产装置，包括破碎机、第一锁风器、炭化器、旋风分离器、燃烧室、第二锁风器、生物炭冷却器、第三锁风器、喷淋液循环泵、碱液吸收塔、活性炭吸附层、回流风机、烟气外排设备、烟气冷却器；第一锁风器连接破碎机和炭化器的物料进口，第二锁风器连接炭化器生物炭出料口与生物炭冷却器物料进口，第三锁风器连接生物炭冷却器的生物炭出料口；旋风分离器连接炭化器出气口与燃烧室的燃烧器，燃烧室的烟气出口连接炭化器外夹套上的进风口；烟气冷却器连接炭化器的出风口和碱液吸收塔的进气口，碱液吸收塔的出气口并连回流风机和烟气外排设备。本装置实现了自产燃气燃烧利用、避免焦油外排、实现热量回收利用。

权利要求

1.一种无焦油产生的生物质炭-热联产装置，其特征在于：包括破碎机、第一锁风器、炭化器、旋风分离器、燃烧室、第二锁风器、生物炭冷却器、第三锁风器、喷淋液循环泵、碱液吸收塔、活性炭吸附层、回流风机、烟气外排设备、烟气冷却器；

所述炭化器和生物炭冷却器均为外带夹套的螺旋输送机构，炭化器和生物炭冷却器的驱动机构均由变频电机和减速机连接构成，其中炭化器的外夹套内形成高温烟气通过腔，生物炭冷却器的外夹套内形成冷却水通过腔；所述活性炭吸附层设置于碱液吸收塔内的上层；

破碎机位于第一锁风器上方，破碎机的出料口通过管路与第一锁风器相连；炭化器位于第一锁风器下方，炭化器的物料进口与第一锁风器相连；第二锁风器位于炭化器的生物炭出料端下方、并与炭化器的生物炭出料口相连；生物炭冷却器位于第二锁风器的下方，其物料进口与第二锁风器相连；第三锁风器位于生物炭冷却器的下方，并与生物炭冷却器的生物炭出料口相连；旋风分离器的进气口通过管道与炭化器的出气口相连，旋风分离器的出气口通过管道与燃烧室的燃烧器相连，并在该段管路上设置有止回阀；辅助燃料通过燃料输入管路及阀门与燃烧器相连，助燃空气通过空气输入管路及阀门与燃烧器相连；燃烧室的烟气出口通过管路与炭化器物料进口一侧的外夹套上的进气口相连，该外夹套的出气口位于生物炭出料口一侧、并通过管路与烟气冷却器的进气口相连，烟气冷却器的出气口通过管路与碱液吸收塔的进气口相连，碱液吸收塔的出气口经管路并行连接回流风机的进气口和烟气外排设备的进气口，回流风机的出气口通过管路和阀门与燃烧室上的回流口连接；外排设备的出气口排空设置；喷淋液循环泵的出液口通过喷淋液输入管路与碱液吸收塔上的喷淋液入口相连，喷淋液循环泵的回液口通过喷淋液回流管路与碱液吸收塔上的喷淋回流口相连；

包括外部水冷系统，外部水冷系统的冷却水中的一个分支管路与烟气冷却器的冷却水进口相连，并经烟气冷却器的水路出口和一个回水支路与回水总管相连；冷却水的另一分支管路与生物炭冷却器的冷却水入口相连，并经生物炭冷却器的冷却水出口和另一回水支路与回水总管路相连；经烟气冷却器和生物炭冷却器加热后的冷却水汇总到回水主管路后流向用热部位，用热后的冷水循环作为冷却水给水。

2.根据权利要求1所述的无焦油产生的生物质炭-热联产装置，其特征在于：所述破碎机为剪切式破碎机。

3.根据权利要求1所述的无焦油产生的生物质炭-热联产装置，其特征在于：在旋风分离器内设置有导流片。

4.根据权利要求1所述的无焦油产生的生物质炭-热联产装置，其特征在于：在炭化器上设置有用于检测外夹套内高温烟气温度的第一温度传感器、用于检测炭化室内前端温度的第二温度传感器和用于检测炭化室内后端温度的第三传感器；在旋风分离器的进气口与炭化器的出气口相连的管路上设置有第四温度传感器；在燃烧室的烟气出口与炭化器物料进口一侧的外夹套上的进风口相连的管路上设置有第五温度传感器；在生物炭冷却器的生物炭出料口与第三锁风器位相连的管路上设置有第六温度传感器；在旋风分离器的出气口与燃烧室的燃烧器相连的管路上设置有第一流量计，在燃料输入管路和空气输入管路上分别设置有第二流量计和第三流量计。

说明书

技术领域

本实用新型属于生物质炭化生产技术领域，涉及生物质炭化生产设备，具体涉及一种无焦油产生的生物质炭-热联产装置。

背景技术

生物质来源广泛，但是如果处理不当，容易在成环境污染。生物质炭是生物质资源化的一个重要方向，生物质炭可以用作吸附材料、土壤改良剂、肥料缓释载体和二氧化炭封存剂等，能够解决农业、环境、甚至食品等多个方面的问题，而被广泛利用。生物质炭的制备方法主要有两个路线，一个是水热炭化技术技术，另一个是慢速热解(温度400-1000度，干馏)；水热炭化技术是一定的温度和压力下，在反应器中将生物质与超临界水直接混合反应，从而形成固液气三相的过程，由于制备条件要求较高(温度400-700度，压力16.5-35MPa)而在生产中采用较少。

生物质慢速热解是物质在隔绝空气的条件下对其进行热处理，使其受热分解，从而得到气体、液体、固体产品的一种方法。干馏过程中产生的气体物质为裂解气，主要是可燃性的氢气、甲烷和一氧化炭、液体成分为多种有机物的混合物——焦油，固体成分主要是生物质炭。

已有的专利和文献大都侧重于炭化炉的基本结构上，主要特点是将焚烧室与炭化室进行隔离，焚烧的烟气携带热量与秸秆接触，并使其发生热解。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可实现自产燃气燃烧利用、避免焦油产物外排、提高生物炭产量、且能实现热量回收利用的无焦油产生的生物质炭-热联产装置。

本实用新型的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种无焦油产生的生物质炭-热联产装置，其特征在于：其特征在于：包括破碎机、第一锁风器、炭化器、旋风分离器、燃烧室、第二锁风器、生物炭冷却器、第三锁风器、喷淋液循环泵、碱液吸收塔、活性炭吸附层、回流风机、烟气外排设备、烟气冷却器；

所述炭化器和生物炭冷却器均为外带夹套的螺旋输送机构，炭化器和生物炭冷却器的驱动机构均由变频电机和减速机连接构成，其中炭化器的外夹套内形成高温烟气通过腔，生物炭冷却器的外夹套内形成冷却水通过腔；所述活性炭吸附层设置于碱液吸收塔内的上层；

破碎机位于第一锁风器上方，破碎机的出料口通过管路与第一锁风器相连；炭化器位于第一锁风器下方，炭化器的物料进口与第一锁风器相连；第二锁风器位于炭化器的生物炭出料端下方、并与炭化器的生物炭出料口相连；生物炭冷却器位于第二锁风器的下方，其物料进口与第二锁风器相连；第三锁风器位于生物炭冷却器的下方，并与生物炭冷却器的生物炭出料口相连；旋风分离器的进气口通过管道与炭化器的出气口相连，旋风分离器的出气口通过管道与燃烧室的燃烧器相连，并在该段管路上设置有止回阀；辅助燃料通过燃料输入管路及阀门与燃烧器相连，助燃空气通过空气输入管路及阀门与燃烧器相连；燃烧室的烟气出口通过管路与炭化器物料进口一侧的外夹套上的进气口相连，该外夹套的出气口位于生物炭出料口一侧、并通过管路与烟气冷却器的进气口相连，烟气冷却器的出气口通过管路与碱液吸收塔的进气口相连，碱液吸收塔的出气口经管路并行连接回流风机的进气口和烟气外排设备的进气口，回流风机的出气口通过管路和阀门与燃烧室上的回流口连接；外排设备的出气口排空设置；喷淋液循环泵的出液口通过喷淋液输入管路与碱液吸收塔上的喷淋液入口相连，喷淋液循环泵的回液口通过喷淋液回流管路与碱液吸收塔上的喷淋回流口相连；

包括外部水冷系统，外部水冷系统的冷却水中的一个分支管路与烟气冷却器的冷却水进口相连，并经烟气冷却器的水路出口和一个回水支路与回水总管相连；冷却水的另一分支管路与生物炭冷却器的冷却水入口相连，并经生物炭冷却器的冷却水出口和另一回水支路与回水总管路相连；经烟气冷却器和生物炭冷却器加热后的冷却水汇总到回水主管路后流向用热部位，用热后的冷水循环作为冷却水给水。

而且的，所述破碎机为剪切式破碎机。

而且的，在旋风分离器内设置有导流片。

而且的，在炭化器上进一步设置有用于检测外夹套内高温烟气温度的第一温度传感器、用于检测炭化室内前端温度的第二温度传感器和用于检测炭化室内后端温度的第三传感器；在旋风分离器的进气口与炭化器的出气口相连的管路上进一步设置有第四温度传感器；在燃烧室的烟气出口与炭化器物料进口一侧的外夹套上的进风口相连的管路上进一步设置有第五温度传感器；在生物炭冷却器的生物炭出料口与第三锁风器位相连的管路上进一步设置有第六温度传感器；在旋风分离器的出气口与燃烧室的燃烧器相连的管路上设置有第一流量计，在燃料输入管路和空气输入管路上分别设置有第二流量计和第三流量计。

本实用新型具有的优点和积极效果：

1、本装置中的旋风分离器的进气口通过管道与炭化器的出气口相连，旋风分离器的出气口通过管道与燃烧室的燃烧器相连，燃烧室的热风出口通过管路与炭化器物料进口一侧的外夹套上的进风口相连，采用上述连接结构，在生物质炭化过程产生的裂解气燃烧后生产高温烟气，高温烟气通过炭化器的外夹腔，提供炭化所需的热量，从而实现了自产燃气燃烧利用，另外，在裂解气燃烧的过程中，焦油被焚烧转化成二氧化炭和水，从而避免了焦油产物外排。

2、本装置中在炭化器的物料进口和生物炭出料口均连接锁风器，使炭化过程中处于低氧工况下，可以做到与空气最大程度的隔离，从而避免了的生物炭的燃烧，提高了生物炭的产量和生物质炭的炭化品质。

3、本装置中与生物炭冷却器和烟气冷却器连接的外部水冷系统，冷却加热后的水流向用热部位，实现供暖，这样，在产生生物炭的同时，热量被回收利用，实现了生物炭和热量的联产，使产生的能源达到充分利用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意；

图2是采用本装置生产的五种椰壳生物炭产品的傅里叶变换红外光谱分析结果图；

图3是采用本装置生产的两种稻壳和两种椰丝生物炭产品的傅里叶变换红外光谱分析结果图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种无焦油产生的生物质炭-热联产装置，请参见图1，其发明点为：

包括破碎机32、第一锁风器31、炭化器30、旋风分离器13、燃烧室3、第二锁风器14、生物炭冷却器15、第三锁风器17、喷淋液循环泵23、碱液吸收塔24、活性炭吸附层25、回流风机26、烟气外排设备27(可采用烟囱)、烟气冷却器21。

所述炭化器和生物炭冷却器均为外带夹套的螺旋输送机构，内部为炭化室，炭化器和生物炭冷却器的驱动机构均由变频电机和减速机连接构成，其中炭化器的外夹套内形成高温烟气通过腔，生物炭冷却器的外夹套内形成冷却水通过腔。所述活性炭吸附层设置于碱液吸收塔内的上层。

破碎机位于第一锁风器上方，破碎机的出料口通过管路与第一锁风器相连。炭化器位于第一锁风器下方，炭化器的物料进口与第一锁风器相连。第二锁风器位于炭化器的生物炭出料端下方、并与炭化器的生物炭出料口相连。生物炭冷却器位于第二锁风器的下方，其物料进口与第二锁风器相连。第三锁风器位于生物炭冷却器的下方，并与生物炭冷却器的生物炭出料口相连。旋风分离器的进气口通过管道与炭化器的出气口相连，旋风分离器的出气口通过管道与燃烧室的燃烧器4相连，并在该段管路上设置有止回阀10。辅助燃料通过燃料输入管路及阀门7与燃烧器相连，助燃空气通过空气输入管路及阀门6与燃烧器相连。燃烧室的烟气出口通过管路与炭化器物料进口一侧的外夹套上的进气口相连，该外夹套的出气口位于生物炭出料口一侧、并通过管路与烟气冷却器的进气口相连，烟气冷却器的出气口通过管路与碱液吸收塔的进气口相连，碱液吸收塔的出气口经管路并行连接回流风机的进气口和烟气外排设备的进气口，回流风机的出气口通过管路和阀门28与燃烧室上的回流口连接。外排设备的出气口排空设置。喷淋液循环泵的出液口通过喷淋液输入管路与碱液吸收塔上的喷淋液入口相连，喷淋液循环泵的回液口通过喷淋液回流管路与碱液吸收塔上的喷淋回流口相连。

包括外部水冷系统，外部水冷系统的冷却水中的一个分支管路22与烟气冷却器的冷却水进口相连，并经烟气冷却器的水路出口和一个回水支路19与回水总管相连。冷却水的另一分支管路20与生物炭冷却器的冷却水入口相连，并经生物炭冷却器的冷却水出口和另一回水支路18与回水总管路相连。经烟气冷却器和生物炭冷却器加热后的冷却水汇总到回水主管路后流向用热部位，用热后的冷水循环作为冷却水给水。

上述结构中，所述破碎机优选采用剪切式破碎机。

上述结构中，在旋风分离器内设置有导流片。

上述结构中，在炭化器上进一步设置有用于检测外夹套内高温烟气温度的第一温度传感器1、用于检测炭化室内前端温度的第二温度传感器33和用于检测炭化室内后端温度的第三传感器9，可以根据温度的反馈自动调整燃烧室的可燃气体进气阀门的开度，从而调整烟气的温度。在旋风分离器的进气口与炭化器的出气口相连的管路上进一步设置有第四温度传感器12。在燃烧室的热风出口与炭化器物料进口一侧的外夹套上的进风口相连的管路上进一步设置有第五温度传感器2。在生物炭冷却器的生物炭出料口与第三锁风器位相连的管路上进一步设置有第六温度传感器16。在旋风分离器的出气口与燃烧室的燃烧器相连的管路上设置有第一流量计11，在燃料输入管路和空气输入管路上分别设置有第二流量计8和第三流量计 5。

本无焦油产生的生物质炭-热联产装置的工作原理为：

秸秆类生物质原料经破碎机破碎预处理后(稻壳，锯末等可以不经过破碎环节)后，经第一锁风器进入螺旋炭化器，并在炭化器驱动设备作用下，边输送边搅拌，同时在其夹套高温烟气提供的热量下依次完成干燥、裂解和炭化过程。通过控制燃烧装置的燃气供给量来调整炭化器的温度，使其在450-550℃之间，由于炭化器相对密闭，因此炭化过程中处于缺氧状态，裂解气中主要是一氧化炭、氢气和甲烷气体及焦油成分，在裂解温度下，裂解气以气体状态经过旋风分离器，将其中携带的生物质炭粒分离下来，高温气体进入燃烧器，并与空气混合，利用燃烧器的点火器将其点燃，燃烧后的烟气进入炭化器夹套，提供炭化所需的热量，之后，烟气经烟气冷却器进行降温后，进入碱液吸收塔进行酸性气体的净化吸收，并进一步降温。然后进入活性炭吸附层，进一步吸附净化，之后一部分由排空烟气外排设备排空，另一部分经回流风机回流至燃烧室，实现烟气温度调控。

生物质炭化后形成的生物质炭经第二锁风器进入生物炭冷却器，该冷却器在夹套冷却水的作用下，边输送边降低生物质炭的温度，避免遇到空气后复燃。之后，经第三锁风器进行卸料包装。

烟气冷却器的冷却水和生物质炭冷却装置的冷却水为循环用水，经热交换后，热水用于给用户取暖。

本技术首次启动及非正常的情况下，需要采用液化气(或柴油)进行助燃，其基本过程是以液化气为燃料，利用燃烧室上的燃烧器进行燃烧，形成烟气，通入炭化器夹套，使炭化器内输送的生物质进行裂解和炭化，待炭化中产生的裂解气体可以满足燃烧需要时，再逐渐关闭液化石油气，进入能量自循环状态。

本装置中的炭化器和生物炭冷却器均为外带夹套的螺旋输送机构，其驱动机构由变频电机和减速机组成，可以通过改变电机的转速从而调整炭化器和生物炭冷却器中的物料输送速度，进而方便的改变生物质原料的炭化时间和生物质炭的冷却时间，使其达到最佳的工艺参数。

本装置中的第一锁风器的作用：在生物质物料进入炭化器时完成炭化器与环境的相对隔离，第二锁风器的作用是：生物炭出料时完成是完成炭化器与环境的相对隔离，以便使炭化过程中处于低氧工况而提高生物质炭的炭化品质。第三锁风器的作用是：完成生物炭冷却器与空气的相对隔离，以避免生物质炭在温度较高时遇到空气发生复燃。三个锁风器的转动由电机驱动，改变电机的转速可以改变进出料的速度，使其与处理过程相匹配。

为了防止助燃液化气和生物质裂解气在输送过程中返回炭化器而发生回火，在裂解气输送管路上设置有单向阀，为了检测各个工序中的温度，在烟气管路，裂解气管路和生物炭冷却器相应部位设置有上述温度传感器。

综上，本专利的主要技术特点如下：

本专利的装置特点：

1、破碎装置采用剪切式破碎工艺，可以针对不同形态的生物质原料进行预处理。

2、炭化器为连续式螺旋推进装置，可以通过改变转速，方便的延长或缩短炭化时间，从而适应不同的生物质物料进行炭化，制备生物质炭。

3、螺旋炭化器为筒体外加夹套结构，夹套内通入高温烟气，筒体内生物质物料边推进边加热，螺旋既有推送物料的作用，同时也起到对物料的搅拌混合作用，从而有利于热量传递。

4、炭化器前后有锁风器，用于生物质的加载和活性炭的卸载，有效的实现了炭化装置内与环境的相对隔离和低氧环境。

5、生物炭冷却器也采用夹套螺旋输送机构，在输送的同时实现了活性炭的冷却降温。

6、旋风分离装置中设置有导流片，从而提高了分离效率。

7、炭化器上设置有温度传感器，可以根据温度的反馈自动调整燃烧室的可燃气体进气阀门的开度，从而调整烟气的温度。

8、燃烧室上配备有初次启动的助燃燃料入口，以便在停车后重新启动时，给炭化装置提

供高温烟气。

以下面实施例说明本无焦油产生的生物质炭-热联产装置的实施效果：

采用本装置，以稻壳和椰壳为作为生物质原料制备生物质炭，正常运行后，炭化室出口温度，控制在520℃，炭化装置转速为10rpm，控制原料在炭化室的炭化时间为1小时，得到的生物炭的物化性质如下：

(1)元素分析数据

(2)比表面积孔径分布数据

(3)傅里叶变换红外光谱分析结果，请参见图2和3。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

无焦油产生的生物质炭-热联产装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。