专利名称：农业生物质综合转化装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种利用农业生产及产品加工的废弃物，转化成多种有机化工产品和能量，特别是涉及一种实现废弃资源综合转化的农业生物质综合转化装置及其方法。
背景技术：
我国是 一个农业大国，农作物秸杆、木材及竹质剩余物等资源十分丰富。据调查，目前我国秸杆的利用率约为33%，其中大部分未加利用。2005年，全国主要农作物产量约为5.1亿吨，按草谷比计算秸杆产量约6亿吨，除用于肥料、饲料、基料以及造纸等工业原料夕卜，约有3亿吨农作物秸杆可作为能源使用，折合1. 5亿吨标准煤。据中国能源网2010年公布，我国主要农作物秸杆产量将达到7. 8亿吨，折合4亿吨标准煤。预计到2015年我国主要农作物秸杆产量将达到9亿吨左右，折合4. 5亿吨标准煤。面对能源的日益紧缺和石油价格的不断上涨，开辟秸杆资源和木材资源利用的新领域，最大限度地提高秸杆资源和木材资源能源化利用率，对缓解能源的紧缺局面，减轻石油涨价的压力，促进和保障我国国民经济的可持续发展，具有十分重要的现实意义。目前，我国生物质转化利用的气化技术、炭化技术、干馏热解技术、成型燃料技术等，它们均属单一技术、单一功能、单一产品的生物质转化利用，其副产品不能收集利用，导致对环境二次污染。对于大规模生物质利用设备，鉴于我国生物质原料的分布特性，以及我国农村现行分散式的生产结构形式，导致了生物质在收集、运输、储存的种种困难；加上大规模生物质转化设备投入成本高，因原料供应不稳，以及转化方式单一、技术工艺不完善，导致设备不能正常运行。由此可见，上述现有的生物质在加工处理工艺、设备结构及使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般生物质加工处理方法及设备，又没有适切的加工处理方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的农业生物质综合转化装置，研制出多技术集成、多功能集成、多产品产出转化利用的装置，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的生物质转化设备及其转化方法存在的缺陷，而提供一种新的农业生物质综合转化装置及生物质综合转化利用的方法，所要解决的技术问题是利用生物质在高温欠氧状态下，通过农业生物质综合转化装置，实现生产生物燃气、生物焦油、生物炭、生物醋酸、热水等产品和能源的方法，同时解决了现有单一技术、单一功能、单一产品的生物质转化利用问题，使副产品都能够收集利用，而且还解决了对环境的二次污染问题，因此本发明非常环保，加上该设备成本低廉，非常适合于农村经济状况，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出其包括生物质多功能转化设备1，气体净化分离设备2、液体静置分离设备3、气体净化设备4、生物燃气储存设备5、热水收集器6和蓄水池7，组成一体的生物质综合转化装置。该装置能将生物质综合转化成生物燃气、生物焦油、生物炭、生物醋酸和热水五种产品。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的农业生物质综合转化装置，其中所述的生物质多功能综合转化设备I由生物质自热解设备、螺旋出炭设备、热量收集设备组成。具有气化、炭去一体化、功能。每小时消耗1-2吨生物质(秸杆)，将其转化生成生物高温混合气体、生物炭、热水三种产品。生物高温混合气体通过气体管线送至气体净化分离设备。前述的农业生物质综合转化装置，其中所述的该气体净化分离设备2由生物过滤器2-1、气体冷凝分离2-2器组成，可将生物质多功能综合转化设备送至的生物高温混合气体，转化成生物燃气、轻重生物焦油和生物醋酸混合液，通过管线分别送至液态静置分离设备3、气体净化设备4。前述的生物质综合转换设备，其中所述的该液态静置分离设备3由三液分离设备、生物醋酸储存设备、生物焦油储存设备组成。可将气体净化分离设备2送至的轻重生物焦油和生物醋酸混合液静置分离成生物焦油、生物醋酸。通过管线分别送至生物醋酸储存设备、生物焦油储存设备储存。前述的生物质综合转换设备，其中所述的该气体净化设备4，具有冲洗、淋洗、鼓泡洗、气液分离、气体阻逆功能。用于防止生物燃气逆向流动导致安全事故、净化提纯生物燃气。生物燃气通过管线送至生物燃气储存设备5。前述的生物质综合转换设备，其中所述的该生物燃气储存设备5是变容等压的燃气储存设备，用于储存生物燃气。前述的生物 质综合转换设备，其中所述的该热水收集箱6，利用生物质多功能综合转化设备I产生的热量给冷水加热，并通过管线给用户供应热水。前述的生物质综合转换设备，其中所述的该供水设备7，利用其产生的正压和负压通过管线给水输送提供动力，通过管线分别将水送至生物质多功能综合转化设备1、气体净化分离设备2、进行热量收集和混合气体冷却分离。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的生物质综合转化方法，需将生物质置于生物质自热解设备中，在生物质的厚度达到该设备高度的3/4后点火燃烧，在燃烧的秸杆层上再加入20-30cm厚度的秸杆，并同时打开气动设备吸气，连续加料使燃烧的生物质层上方厚度为20-30cm的生物质。生物质燃烧后产生的生物炭，在生物质自热解设备下方通过螺旋出炭设备离开系统。生物质燃烧后产生的混合气体进入生物过滤器，得到较为纯净的混合气体；后混合气体进入气体冷凝分离器，可冷凝的气体在内壁冷凝进入液态静置分离设备；不可冷凝的气体流动到气体净化设备。冷凝液在液体静置分离设备中静置，木醋液通过醋酸出口进入酸池，生物焦油通过焦油出口进入焦油池；不可冷凝的气体在气体净化设备中，经过冲洗、淋洗、鼓泡洗、气液分离等步骤后进入生物燃气储存设备待用。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了一种生物质热解多级综合转换新技术，它是根据我国秸杆资源丰富的特殊性，并结合我国农业国情的基本特点，实现集成生物质炭化、气化、干馏为一体的技术，将生物质经过生物质多功能转化设备1，气体净化分离设备2、液体静置分离设备3、气体净化设备4、生物燃气储存设备5、热水收集器6和蓄水池7，组成一体的生物质综合转化装置。该装置能将生物质综合转换成生物燃气、生物焦油、生物炭、生物醋酸、热水五种产品。本发明消化的是污染环境的生物质废弃物，产出的是农村生活和生产中可利用能源和资源，为提高农村的生活水平和生活质量，促进生产现代化，恢复农业生态平衡，改善农业环境，同时对增加能源供应、减少二氧化碳排放、净化城乡环境、增加农民收入，都具有十分重要的意义。借由上述技术方案，本发明农业生物质综合转化装置至少具有下列优点及有益效果1、装置适用原料来源广泛，各种农业生产废弃物，以及产品加工的废弃物，如各种秸杆，树枝薪柴、树叶、杂草、木屑，粪便，菌洛，果壳等，均可作为热解炭化原料。2、装置适用原料要求条件低，含水量30%以下即可，不同性质的原料可混合使用。3、原料处理工艺简单，处理成本低。 4、该装置生产运行过程中，分离出生物燃气、生物焦油、生物炭、生物燃气、热水五种产品，生物质利用率近100%。5、装置生产运行过程中不用任何燃料和外加任何化学原料，对外不排放任何有害气体、液体和固体废弃物，对环境不造成任何影响。6、转换设备的标准模块化设计，依据建设规模大小，以标准模块化设备组合，适合稻杆资源分散性特点。
综上所述，本发明是有关于一种生物质综合转化设备，尤其是一种以乡村规模为基础的技术集成、功能集成、多产品产出的生物质多级综合转换设备。其功能设备由由生物质多功能转化设备1，气体净化分离设备2、液体静置分离设备3、气体净化设备4、生物燃气储存设备5、热水收集器6和蓄水池7，组成一体的生物质综合转化装置。该装置能将生物质综合转化成生物燃气、生物焦油、生物炭、生物醋酸、热水五种产品。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是本发明农业生物质综合转化装置及其方法的工艺方框图。1:生物质多功能综合转化设备 2 :气体净化分离设备3 :液体静置分尚设备4 :气体净化设备5 :生物燃气储存设备6 :热水收集器7 :蓄水池
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的农业生物质综合转化装置及其方法其具体实施方式
、运行方法、步骤、结构、特征及其功效，详细说明如后。本发明所述气化是指以氧气(或空气)作为气化剂，在较高温度条件下，通过欠氧热解反应，将生物质转化为可燃气、生成炭、可冷凝液体(木焦油和木醋液的混合物)、可燃气体产物的过程。生物质不完全热解产生的可燃气，其主要成分为CO，还有惰性气体n2。请参阅图1所示，本发明的较佳实施例的生物质综合转化装置，其主要包含生物质多功能转化设备1，气体净化分离设备2、液体静置分离设备3、气体净化设备4、生物燃气储存设备5、热水收集器6和蓄水池7，各装置通过管线连接。本发明的生物质多功能转化设备I，包括生物质自热解转化设备1-1、螺旋出炭设备1-2和热水收集器6。生物质自热解转化设备1-1包括进料口 11、进气口 12、燃气出口13和出炭口 14。进气口 12通过管线与气体净化分离设备2相连。生物质多功能转化设备I底部连接螺旋出炭设备，在端口 14将生物炭派出。生物质多功能转化设备I侧壁，可以对水实施加热，冷水经管线63流入，热水经管线62流出，进入热水收集箱。生物热解设备的热解室为圆形或方型其壁由内向外热解室体，环形高温混合气体通道，集热水套，绝热层。集热水套进出水口分别接储热罐出进水口。热解室体下部为锥体或棱体其上部1/2均布气孔下部与自动卸料器连接。卸料器连接于螺旋输送设备(自动出炭设备)。热解室(炉)顶部与输送设备(自动上料设备)连接。本发明的本发明气体净化分离设备2，包括生物过滤设备2-1和气体冷凝分离设备2-2。生物过滤设备2-1，其形体包括空腔的圆柱形本体及上下两个椎体部分，其下椎体底部进气口与管线13相连；上椎体顶端留有出气口 23，同气体冷凝分离设备22相连。生物过滤设备2-1，还设有过滤料进口 21和过滤料出口 22，过滤料进口 21设置于上椎体侧壁上，过滤料出口 22设置于下椎体侧 壁上。生物过滤设备2-1的出气口 23，通过管线连接冷凝器22底部的进气口。生物过滤设备2-1的形状不限于上述形状，任何能够完成本发明的形状都在保护范围之内。气体冷凝分离设备2-2，其顶端设有出气口 24与气体净化设备4，底端设有进气口与管线23相连，以及焦油出液口 25与液体静置分离设备3相连。气体冷凝分离设备2-2，侧壁上下两端处设有进水口 26和出水口 27。本发明的液体静置分离设备3，包括液体三液分离设备3-1，生物醋酸储存设备
3-2，以及生物焦油储存设备3-3。三液分离设备3-1，侧壁上设有混合液进口与管线25相连。三液分离设备3-1底部，设有焦油出口 31与生物焦油储存设备3-3，通过管线31相连。三液分离设备3-1中部设有醋酸出口管线37，同生物醋酸储存设备3-2连接。三液分离设备3-1顶部，设有出口管线34，该管线连接生物焦油储存设备3-3。生物醋酸储存设备3-2底部出口 32，设有排酸泵。生物焦油储存设备3-3底部出口 33，设有焦油泵。焦油(轻、重)、醋酸静置分离设备的功能是利用液态物质间不相容性和比重的差异在容器进行分离(分层)。静置分离设备的组成由壳体，底部重焦油出口，顶部轻焦油出口，中部醋酸出口，内部隔离组件与中部醋酸出口。工作原理三态净化分离设备送入焦油(轻、重)、醋酸混合液(轻焦油比重<醋酸比重<重焦油)，在静置分离设备进行静置分层，轻焦油上浮，醋酸居中，重焦油下，由上而下分成轻焦油、醋酸、重焦油三层。当醋酸和重焦油二层高度超过中部醋酸出口，醋酸自动溢出送醋酸储存罐，当醋酸、重焦油、轻焦油三层高度超过顶部轻焦油出口，轻焦油自动溢出送焦油储存罐，重焦油定时放入焦油储存罐。本发明的气体净化设备4中空，分为上下两部分，下部分充满水或其他能够起到清洗作用的液体(如Ca(0H)2，PH>8)。上部分具有隔板4_1分隔的第一腔室和第二腔室，上部分隔板4-1下端处于液面之下。第一腔室上还设有喷淋口 44，喷淋口 44喷入水或其他能够起到清洗作用的液体，用以实现燃烧气体的第一次喷淋清洗。第一腔室上部还设有管线48，经过淋洗的气体通过管线48连接第二腔室，管线48的管口，位于第二腔室的水或其他能够起到清洗作用的溶液的液面之下。第一次喷淋清洗后的气体，经管线48进入下部分清洗液中，实现对燃烧气体进行第二次鼓泡清洗。然后，气体从清洗液中逸出，流经第二腔室上部所设的喷淋设备，实现对燃烧气体进行第三次喷淋清洗。最后，通过管线45，清洗后的可燃气体进入生物燃气储存设备5。第二腔室下部设有管线44，通过循环泵将清洗液输送至气体净化设备4上部设置的喷淋清洗设备，从而实现对可燃气体的循环喷淋清洗。因此，气体净化设备4具有冲洗、淋洗、鼓泡洗、气液分离、气体阻逆等功能，从而实现了净化提纯生物燃气的目的，该设备还有防止生物燃气逆向流动的作用。本发明的生物燃气储存设备5，由浮动的储气罐和下部的水槽组成，燃气通过管线45进入水封的储气罐，当生产的燃气供给超过燃气消耗时，储气罐向上浮起；当生产的燃气供给小于燃气消耗时，储气罐向下下沉。本发明的热水收集器6由管线73供水，当生物质多功能转化设备I工作时，水被加热，通过管线62、管线63、管线64与热水收集器6形成水的自循环，其中的水被加热到一定的温度，并储存在热水收集器6备用。当有用户有需求时，热水可以通过管线64输送至用户。本发明的蓄水池7由自来水供水，水通过泵流经管线73输送至热水收集器6，同样水通过泵流经管线26输送至气体冷凝分离设备2-2。本发明的农业生物质综合转化装置及其方法，还包括设置于气体净化分离设备2与气体净化设备4之间，连接管路上的气动设备40(即可以是罗茨风机，也可以是引风机)、反馈阀28、试火阀29、 试火器41。通过调整阀28，形成控制罗茨风机40气体循环的回路，可以更有效控制生物质多功能转化设备I的进气(氧气)量，并通过试火器41，检测混合气体燃烧情况。实施例1将厚度为生物质自热解转化设备1/2-3/4高度，含水量< 20%的玉米秸杆和玉米芯混合置于生物质自热解转化池中并点火燃烧，在燃烧的生物质层上再加入15-35cm厚度的生物质，并同时打开罗茨风机吸气(300-2500m3/h)形成少氧气氛，连续加料使燃烧的生物质层上方厚度为15-35cm的生物质。在少氧气氛下，已经燃烧生成的下层生物质炭继续燃烧，形成600-80(TC环境，为上层生物质热解供热，生物质被转化生物炭和高温混合气体由于泵吸气，使热解池形成负压，使混合气体通过生物质自热解转化池的出气口进入经气体净化分离设备，静置分离设备，气体净化设备的净化分离，被高温混合气体转化为生物质燃气，生物木醋液，生物焦油，生物炭。实施例2将厚度为生物质自热解转化设备1/2-3/4高度，含水量< 15%小麦秸杆置于生物质自热解转化池中并点火燃烧，在燃烧的生物质层上再加入15-35cm厚度的生物质，并同时打开罗茨风机吸气(300-2500m3/h)形成少氧气氛，连续加料使燃烧的生物质层上方厚度为20-30cm的生物质。在少氧气氛下，已经燃烧生成的下层生物质炭继续燃烧，形成600-800°C环境，为上层生物质热解供热，生物质被转化生物炭和高温混合气体由于泵吸气，使热解池形成负压，使混合气体通过生物质自热解转化池的出气口进入经气体净化分离设备，静置分离设备，气体净化设备的净化分离，被高温混合气体转化为生物质燃气，生物木醋液，生物焦油，生物炭。实施例3将厚度为生物质自热解转化设备1/2-3/4高度，任意种类含水量< 15%，各向尺寸< 30CM的秸杆混合置于生物质自热解转化池中并点火燃烧，在燃烧的生物质层上再加入15-35cm厚度的生物质，并同时打开罗茨风机吸气(300-2500m3/h)形成少氧气氛,连续加料使燃烧的生物质层上方厚度为15-35cm的生物质。在少氧气氛下，已经燃烧生成的下层生物质炭继续燃烧，形成600-80(TC环境，为上层生物质热解供热，生物质被转化生物炭和高温混合气体由于泵吸气，使热解池形成负压，使混合气体通过生物质自热解转化池的出气口进入经气体净化分离设备，静置分离设备，气体净化设备的净化分离，被高温混合气体转化为生物质燃气，生物木醋液，生物焦油，生物炭。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改 、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种农业生物质综合转化装置，其特征在于其包括由生物质多功能转化设备(1)，气体净化分离设备(2)、液体静置分离设备(3)、气体净化设备(4)、生物燃气储存设备(5)、热水收集器(6)和蓄水池(7)，组成一体的生物质综合转化装置。该装置能将生物质综合转化成生物燃气、生物焦油、生物炭、生物醋酸和热水五种产品。
2.如权利要求1所述的农业生物质综合转化装置，其特征在于生物质多功能综合转化设备(I)由生物质自热解设备、螺旋出炭设备、热量收集设备组成。具有气化、炭去一体化、功能。每小时消耗1-2吨生物质(秸杆)，将其转化生成生物高温混合气体、生物炭、热水三种产品。生物高温混合气体通过气体管线送至气体净化分离设备。
3.如权利要求1所述的农业生物质综合转化装置，其特征在于该气体净化分离设备(2)由生物过滤器(2-1)、气体冷凝分离(2-2)器组成，可将生物质多功能综合转化设备送至的生物高温混合气体，转化成生物燃气、轻重生物焦油和生物醋酸混合液，通过管线分别送至液态静置分离设备(3)、气体净化设备(4)。
4.如权利要求1所述的农业生物质综合转化装置，其特征在于该液态静置分离设备(3)由三液分离设备、生物醋酸储存设备、生物焦油储存设备组成。可将气体净化分离设备(2)送至的轻重生物焦油和生物醋酸混合液静置分离成生物焦油、生物醋酸。通过管线分别送至生物醋酸储存设备、生物焦油储存设备储存。
5.如权利要求1所述的农业生物质综合转化装置，其特征在于该气体净化设备(4)，具有冲洗、淋洗、鼓泡洗、气液分离、气体阻逆功能。用于防止生物燃气逆向流动导致安全事故、净化提纯生物燃气。生物燃气通过管线送至生物燃气储存设备(5)。
6.如权利要求1所述的农业生物质综合转化装置，其特征在于该生物燃气储存设备(5)是变容等压的燃气储存设备，用于储存生物燃气。
7.如权利要求1所述的农业生物质综合转化装置，其特征在于该热水收集箱￠)，利用生物质多功能综合转化设备(I)产生的热量给冷水加热，并通过管线给用户供应热水。
8.如权利要求1所述的农业生物质综合转化装置，其特征在于该供水设备7，利用其产生的正压和负压通过管线给水输送提供动力，通过管线分别将水送至生物质多功能综合转化设备(I)、气体净化分离设备(2)、进行热量收集和混合气体冷却分离。
9.一种采用如权利要求1的农业生物质综合转化装置的方法，其特征在于生物质综合转化方法，需将生物质置于生物质自热解设备中，在生物质的厚度达到该设备高度的3/4后点火燃烧，在燃烧的秸杆层上再加入20-30cm厚度的秸杆，并同时打开气动设备吸气，连续加料使燃烧的生物质层上方厚度为20-30cm的生物质。生物质燃烧后产生的生物炭，在生物质自热解设备下方通过螺旋出炭设备离开系统。生物质燃烧后产生的混合气体进入生物过滤器，得到较为纯净的混合气体；后混合气体进入气体冷凝分离器，可冷凝的气体在内壁冷凝进入液态静置分离设备；不可冷凝的气体流动到气体净化设备。冷凝液在液体静置分离设备中静置，木醋液通过醋酸出口进入酸池，生物焦油通过焦油出口进入焦油池；不可冷凝的气体在气体净化设备中，经过冲洗、淋洗、鼓泡洗、气液分离等步骤后进入生物燃气储存设备待用。
全文摘要
本发明是有关于一种农业生物质综合转化装置及其方法，尤其是指一种以乡村为基础的技术集成、功能集成、多产品产出的农业生物质综合转化装置。其功能设备由生物质多功能综合转化设备(1)、气体净化分离设备(2)、液态静置分离设备(3)、气体净化设备(4)、生物燃气储存设备(5)、热水收集箱(6)、蓄水池(7)组成。本发明该装置能将生物质综合转化成生物燃气、生物焦油、生物炭、生物醋酸、热水五种产品。
文档编号C10K1/04GK103060007SQ201110322530
公开日2013年4月24日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者周仁福, 周强, 陶然 申请人:洛阳骏腾能源科技有限公司