一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统及方法与流程

本发明属于生物质利用，具体涉及一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统及方法。

背景技术：

1、生物质主要是指薪柴、农林作物、农林食品加工残渣、动物粪便和生活垃圾等。生物质能源作为洁净能源，是唯一具有碳源和物质载体的一种可再生能源，可储存，也可转化为高品位的固态、液态和气态燃料等。地球每年经过光合作用产生的生物质有1730亿吨，其蕴含的能量相当于全球能源消耗总量的10～20倍，但目前利用率不足3％。同时，生物质能具有可再生、低污染、分布广、可制取生物质燃料的灵活特点，世界各国越来越关注生物质能的应用。

2、生物质热解是指生物质在隔绝氧或缺氧条件下，在相对较低温度(300-700度)吸收热能发生热裂解破坏生物质内部大分子结构，使其转化为固体焦炭、可燃气体(甲烷、乙烯、一氧化碳)和液态生物质油(焦油、木醋液)的过程。生物质炭可以完全替代传统煤炭和液化气等高品位的“绿色”燃料，同时由于其无烟、无味、发热量高，燃烧时间长等特性，替代焦炭的使用，减少煤炭的使用，控制大气污染，应用广泛。

3、目前生物质回转式热解炉主要采用外部间接加热方式，以防止氧气进行系统，回转式热解炉外部间接加热的方式传热效率低，造成能源浪费并且生产效率低，运行成本高，致使生物质燃料炭难以作为工业燃料替代应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，用于解决现有技术中回转式热解炉外部间接加热的方式传热效率低，造成能源浪费并且生产效率低，运行成本高，的技术问题。

2、所述的一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，包括供料模块、热解气处理模块和生物质炭收储模块，还包括烘干热解装置和水泥窑惰性气体供应模块，所述烘干热解装置的热解气出口连接到所述热解气处理模块，所述烘干热解装置的固体产物出口连接到生物质炭收储模块，所述烘干热解装置包括烘干装置、螺旋输送装置和回转式热解炉，所述回转式热解炉的回转炉体内壁固定有螺旋盘管，所述螺旋盘管的一端连接到所述水泥窑惰性气体供应模块接收高温惰性气体，而另一端经降温结构降温后通入所述烘干装置，所述烘干装置的入口接收所述供料模块供应的生物质原料，所述烘干装置的出口与所述螺旋输送装置的入口密封连接，所述螺旋输送装置的出口与所述回转炉体的内腔连通。

3、优选的，所述回转式热解炉还包括进料端盖和出料端盖，所述进料端盖和所述出料端盖内侧均设有环形凸出部，所述环形凸出部均与对应的转动环转动套接，所述转动环分别固定套接在所述回转炉体的两端，所述环形凸出部内设有环形空腔一，所述转动环内设有环形空腔二，所述转动环的外缘伸入所述环形凸出部内，所述环形空腔一与所述环形空腔二连通，且所述转动环与所述环形凸出部之间设有密封结构，所述环形凸出部上均有连接外部水管的接口一，所述转动环上设有连接所述螺旋盘管的接口二。

4、优选的，所述回转炉体内设有螺旋输送结构，所述螺旋输送结构包括螺旋导热叶片，所述螺旋导热叶片的外缘与所述螺旋盘管焊接相连，所述螺旋导热叶片将所述回转炉体的内腔分隔形成螺旋状腔体。

5、优选的，所述进料端盖中心设有进料孔，所述螺旋输送结构还包括位于所述螺旋导热叶片的传动轴，所述传动轴一端贯穿所述进料孔伸入所述螺旋输送装置的筒体内，所述筒体内设有螺旋隔热叶片，所述螺旋隔热叶片固定在所述传动轴伸入所述螺旋输送装置的部分，所述螺旋隔热叶片的外缘贴合所述筒体并将所述筒体内腔分隔形成螺旋状腔体，所述螺旋隔热叶片的旋向与所述螺旋导热叶片的旋向相反。

6、优选的，所述出料端盖的端面设有热解气出口，所述热解气出口向外排出热解气，所述出料端盖的环形凸出部的端面上还设有套在所述回转筒体外的环套，所述环套下面固定有所述固体产物出口，所述回转筒体的出料端的侧壁设有与所述固体产物出口的出料通槽，所述出料通槽与所述环套间通过密封件密封，所述密封件固定在所述出料通槽外侧。

7、优选的，所述烘干装置的箱体内设有输送机构，所述烘干装置的箱体的进料端上面设有入口，所述箱体的出料端的下面设有出口，所述箱体的进料端上部连接有输出烘干气体的出气管二，所述箱体的出料端下部连接有输入烘干气体的进气管二，所述烘干气体由所述回转式热解炉输出的高温惰性气体经降温模块降温形成；所述降温模块包括混风装置，所述混风装置的进气端分别连接所述出气管一和输入较低温度惰性气体的送风机，所述混风装置的出气端连接所述进气管二。

8、优选的，所述热解气处理模块包括连接到所述热解气出口的分液冷却器和自分液冷却器的气体出口起经管路依次连接的可燃气净化塔、水封罐、气柜和燃烧炉，所述所述热解气处理模块还包括连接到分液冷却器的液体出口的输液泵，所述燃烧炉与输入氧气的配氧风机相连。

9、优选的，所述燃烧炉的排气口经管路连接到所述混风装置的进气端，将燃烧后得到的气体送入混风装置补充惰性气体。所述降温模块还包括气气换热器，所述气柜通过送气管路连接到所述燃烧炉，所述出气管一和所述送气管路均经过所述气气换热器。

10、优选的，所述水泥窑惰性气体供应模块包括预热器，预热器的废气出口部位通过取风管道和高温风机连接到所述回转式热解炉内部的螺旋盘管。

11、本发明还提供了一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的方法，采用上述的一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，并包括下列步骤：

12、一、将预热器产生的高温惰性气体依次通入回转式热解炉、混风装置和烘干装置后排出；

13、二、向烘干热解装置输入生物质原料，依次进行烘干和热解反应；

14、三、生物质炭进入生物质炭收储模块储存，热解气进入热解气处理模块完成气液分离、净化和燃烧处理；

15、四、将热解气燃烧后的气体送入混风装置配风后产生足量烘干气体，在将烘干气体引入到烘干最终进行烘干生物质原料；

16、其中，350℃的高温惰性气体引入螺旋盘管加热回转式热解炉，从回转式热解炉输出的高温惰性气体温度降低到300℃，再经过混风装置经配风后控制温度在200℃形成烘干气体，引入烘干气体到烘干装置用于烘干。

17、本发明的优点在于：将预热器出口的350℃左右主要为惰性气体的废气引入生物质热解炉内部，在回转式热解炉内部进行传热，利用螺旋导热叶片与生物资原料接触加热，加热效率高的同时保证热解装置运行的稳定性。

18、使用后的300℃左右的惰性气体经配风后控制温度在200℃左右，从而形成温度较低的烘干气体，直接将烘干气体引入到烘干最终能实现对生物质原料的烘干、预热和形成出料端的缺氧氛围，并利用螺旋输送装置完成在缺氧氛围将生物质原料和200℃的惰性气体一同送入回转式热解炉。

19、本发明利用水泥窑预热器产生的惰性气体作为热源，生物质热解系统可以减少锅炉等设备和产生热源所需的能耗，即减少设备投资又降低运行成本。预热器高温废气温度在350℃左右，波动小，热源稳定，更有利于生物质低温慢速热解反应，提高生物质燃料炭的得率。

技术特征：

1.一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，包括供料模块、热解气处理模块和生物质炭收储模块，其特征在于：还包括烘干热解装置和水泥窑惰性气体供应模块，所述烘干热解装置的热解气出口(510)连接到所述热解气处理模块，所述烘干热解装置的固体产物出口(506)连接到生物质炭收储模块，所述烘干热解装置包括烘干装置(4)、螺旋输送装置和回转式热解炉(5)，所述回转式热解炉(5)的回转炉体(502)内壁固定有螺旋盘管(511)，所述螺旋盘管(511)的一端连接到所述水泥窑惰性气体供应模块接收高温惰性气体，而另一端经降温结构降温后通入所述烘干装置(4)，所述烘干装置(4)的入口接收所述供料模块供应的生物质原料，所述烘干装置(4)的出口与所述螺旋输送装置的入口密封连接，所述螺旋输送装置的出口与所述回转炉体(502)的内腔连通。

2.根据权利要求1所述的一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，其特征在于：所述回转式热解炉(5)还包括进料端盖(503)和出料端盖(504)，所述进料端盖(503)和所述出料端盖(504)内侧均设有环形凸出部(516)，所述环形凸出部(516)均与对应的转动环(515)转动套接，所述转动环(515)分别固定套接在所述回转炉体(502)的两端，所述环形凸出部(516)内设有环形空腔一，所述转动环(515)内设有环形空腔二，所述转动环(515)的外缘伸入所述环形凸出部(516)内，所述环形空腔一与所述环形空腔二连通，且所述转动环(515)与所述环形凸出部(516)之间设有密封结构，所述环形凸出部(516)上均有连接外部水管的接口一，所述转动环(515)上设有连接所述螺旋盘管(511)的接口二。

3.根据权利要求2所述的一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，其特征在于：所述回转炉体(502)内设有螺旋输送结构，所述螺旋输送结构包括螺旋导热叶片(512)，所述螺旋导热叶片(512)的外缘与所述螺旋盘管(511)焊接相连，所述螺旋导热叶片(512)将所述回转炉体(502)的内腔分隔形成螺旋状腔体。

4.根据权利要求3所述的一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，其特征在于：所述进料端盖(503)中心设有进料孔，所述螺旋输送结构还包括位于所述螺旋导热叶片(512)的传动轴(513)，所述传动轴(513)一端贯穿所述进料孔伸入所述螺旋输送装置的筒体(501)内，所述筒体(501)内设有螺旋隔热叶片(514)，所述螺旋隔热叶片(514)固定在所述传动轴(513)伸入所述螺旋输送装置的部分，所述螺旋隔热叶片(514)的外缘贴合所述筒体(501)并将所述筒体(501)内腔分隔形成螺旋状腔体，所述螺旋隔热叶片(514)的旋向与所述螺旋导热叶片(512)的旋向相反。

5.根据权利要求4所述的一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，其特征在于：所述出料端盖(504)的端面设有热解气出口(510)，所述热解气出口(510)向外排出热解气，所述出料端盖(504)的环形凸出部(516)的端面上还设有套在所述回转筒体(501)外的环套(505)，所述环套(505)下面固定有所述固体产物出口(506)，所述回转筒体(501)的出料端的侧壁设有与所述固体产物出口(506)的出料通槽(517)，所述出料通槽(517)与所述环套(505)间通过密封件密封，所述密封件固定在所述出料通槽(517)外侧。

6.根据权利要求5所述的一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，其特征在于：所述烘干装置(4)的箱体(401)内设有输送机构(402)，所述烘干装置(4)的箱体(401)的进料端上面设有入口，所述箱体(401)的出料端的下面设有出口，所述箱体(401)的进料端上部连接有输出烘干气体的出气管二(404)，所述箱体(401)的出料端下部连接有输入烘干气体的进气管二(403)，所述烘干气体由所述回转式热解炉(5)输出的高温惰性气体经降温模块降温形成；所述降温模块包括混风装置(16)，所述混风装置(16)的进气端分别连接所述出气管一(508)和输入较低温度惰性气体的送风机(18)，所述混风装置(16)的出气端连接所述进气管二(403)。

7.根据权利要求6所述的一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，其特征在于：所述热解气处理模块包括连接到所述热解气出口(510)的分液冷却器(8)和自分液冷却器(8)的气体出口起经管路依次连接的可燃气净化塔(10)、水封罐(11)、气柜(12)和燃烧炉(17)，所述所述热解气处理模块还包括连接到分液冷却器(8)的液体出口的输液泵(9)，所述燃烧炉(17)与输入氧气的配氧风机(19)相连。

8.根据权利要求7所述的一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，其特征在于：所述燃烧炉(17)的排气口经管路连接到所述混风装置(16)的进气端，将燃烧后得到的气体送入混风装置(16)补充惰性气体。所述降温模块还包括气气换热器(15)，所述气柜(12)通过送气管路连接到所述燃烧炉(17)，所述出气管一(508)和所述送气管路均经过所述气气换热器(15)。

9.根据权利要求8所述的一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，其特征在于：所述水泥窑惰性气体供应模块包括预热器(13)，预热器(13)的废气出口部位通过取风管道和高温风机(14)连接到所述回转式热解炉(5)内部的螺旋盘管(511)。

10.一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的方法，其特征在于：采用根据权利要求1-9中任一所述的一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统，并包括下列步骤：

技术总结本发明属于生物质利用技术领域，公开了一种利用水泥窑惰性气体进行制成生物质炭的系统及方法，其中系统包括供料模块、热解气处理模块和生物质炭收储模块，还包括烘干热解装置和水泥窑惰性气体供应模块，烘干热解装置的热解气出口连接到热解气处理模块，烘干热解装置的固体产物出口连接到生物质炭收储模块，烘干热解装置包括烘干装置、螺旋输送装置和回转式热解炉，回转式热解炉的回转炉体内壁固定有螺旋盘管，螺旋盘管的一端连接到水泥窑惰性气体供应模块接收高温惰性气体，而另一端经降温结构降温后通入烘干装置，烘干装置的入口接收供料模块供应的生物质原料，烘干装置的出口与螺旋输送装置的入口密封连接，螺旋输送装置的出口与回转炉体的内腔连通。本发明将高温惰性气体的废气引入生物质热解炉内部直接加热，加热效率高的同时保证热解装置运行的稳定性。技术研发人员：钮教竹,杨树全,张双林,刘孙虎,张强受保护的技术使用者：安徽海螺生物质能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/29