生物质气化装备及气化工艺的制作方法

专利名称：生物质气化装备及气化工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及含碳物料的干馏生产燃气，尤其涉及一种生物质气化装备及气 化工艺。
背景技术：
目前全世界普遍以煤，石油，天然气等不可再生资源做为主要的燃料.大多 数燃料燃烧过程中产生大量的有害气体和烟尘.而生物质气化装备无需将燃料 直接燃烧，而是将多种生物质和有机垃圾在缺氧的状态下，产生可燃性气体的一 种装备；由于生物质和有机垃圾是一种取之不尽用之不竭的资源，既可废物利 用，又可清洁环境，减少环境污染。
同时，众所周知，在缺氧燃烧的状态下产生的可燃气休，含有大量的粉尘、 木焦油和木醋液，而阻碍生物质能发展面临最困难的问题是提取木焦油；再者， 任何一种气体都可压縮，但可燃气体有易燃易爆的特点，所以燃气的储存和传 输设备要求同时具有防爆和对气体进行压縮的双重功能。
专利申请CN101307238《生物质气化装置》和CN101302430《用农作物废弃 物及有机垃圾制备燃气的方法》分别公开了一种生物质气化装置和生物质气化 工艺，其整套装置在封闭状态下相互连接，以天然的农作物废弃物及有机垃圾 为原料，通过多种生物质能源的能量转换，形成了清洁环保的高效能源，低成 本、易推广，并且可谓取之不尽、用之不竭的绿色能源。
然而，其设计仍然存在着一些不尽人意之处，包括
(1) 上述专利以防爆空气压縮机作为生成燃气在整个装置中流动的动力， 和作为纯净气体被压縮的动力；在真空泵的抽力作用下，含有杂质的燃气经过 一道道的沉降和过滤的操作之后，仍不可避免地含有少量木焦油，由于其比重 大，粘性高，在燃气随后经过空气压縮机时，自然会粘结于空气压縮机的内壁 和压环上，必须及时清理，否则时间一长，空气压缩机的工作效率必然降低； 从而使整套装置的气化效率大大降低。
(2) 整套装置结构复杂，占地面积大，气化工艺流程多，安装维护工作量 大，从而使工艺成本增大，气化效率降低。

发明内容
鉴于现有技术所存在的上述缺陷，本发明旨在公开一种结构紧凑、占地面 积小、安装维护方便，同时工艺简单、低成本、高效率、燃气木焦油含量低于
3mg/m3的生物质气化装备及气化工艺。
本发明的技术解决方案是这样实现的
一种生物质气化装备，包括鼓风机、气体发生器、气体净化装置、压力容 器和用户端输气管网，其特征在于
还包括气体的压縮输送装置及装罐前的气水分离装置，即水环压縮机、气
水分离器；
所述的气体净化装置包括旋风分离器和复合过滤装置；所述的旋风分离器 是一个上粗下细的中空回转体结构，其上部分别开设进气口和出气口，所述进 气口沿所述回转体壁的切线方向开设，所述出气口设于所述回转体项部的中心 或其附近；所述复合过滤装置是包括水浴喷淋器、换热器和干式过滤器的一体
式复合结构，其内部通过输气管路依次自所述水浴喷淋器的十.部连通至换热器 的进气室，再自换热器的出气室连通至所述干式过滤器的下部，所述换热器的 进气室和出气室通过浸于换热区冷却循环水中的换热管相连通；所述复合过滤 装置的进气口位于其水浴喷淋器的中部并在水浴最高水位以卜.，其出气口位于 干式过滤器的上部；所述旋风分离器与复合过滤装置的底部分别设有排污阀； 所述干式过滤器包括至少上下二层结构并且每层包括四道以上过滤网；
所述气体发生器、旋风分离器、复合过滤装置、水环压縮机、气水分离器、 压力容器之间通过输气管路依次相连，压力容器则通过减压阀与用户端输气管 网相连接；
所述水环压縮机的进气端的输气管路还连接有压力平衡管，所述压力平衡 管的另一端连接气水分离器的出气端的输气管路；
所述气水分离器设有排水阀和液位计。
为进一步提高气水分离的效果及过滤的效果，所述气水分离器内部靠上水 平安装有过滤网，其进气口设于所述过滤网以下。
作为更好的一种设计，所述气水分离器内的过滤网为漏斗型， 一方面其过 滤面积更大，同时便于过滤下的水迅速滴落，以提高过滤的效率。为获得生成气体的更好的旋转效果，以便提高杂质的沉降效果，所述旋风 分离器的中空回转体结构包括上下连通焊接为一体的两个部分，上部为中空圆 柱体，下部为中空倒圆台体，所述倒圆台体的顶圆直径与所述圆柱体的直径相等。
所述水环压縮机的排气量范围是90m7h 1800m7h，最大工作压力为0.6 MPa，对应的压力容器的最大安全压力为0. 8 MPa即可。
利用上述的生物质气化装备进行生物质气化的工艺，包括生物质燃料的准 备步骤、燃气的生成步骤、燃气的净化过滤步骤、纯净燃气的压縮存储步骤以 及通过减压阀向用户端输送燃气的步骤，其特征在于
在所述燃气的净化过滤步骤中，生成的燃气自旋风分离器上部进气口沿其 回转体的切线方向进入旋风分离器内，并绕其内壁螺旋向下，气体发生缓冲及 沉降过程，部分杂质，包括粉尘、木焦油、木醋液沉降至旋风分离器的底部； 上升的气体在水环压縮机的抽力作用下，顺输气管道自水浴喷淋室的进气口进 入复合过滤装置中依次进行水浴、喷淋、换热及过滤干燥；旋风分离器及复合 过滤装置定时进行排污；
在所述纯净燃气的压縮存储步骤中，净化后的燃气在水环压縮机的作用下 经气水分离器进行气水分离和干式过滤，被压縮存储入压力容器中；所述水环 压縮机的排气量范围是90m7h 1800m7h，，最大工作压力为0. 6 MPa;气水分 离器根据其液位计的显示进行不间断排水。
相比现有技术，本发明的技术效果包括以下几个方面
(1)本发明采用水环压縮机作为燃气传输和压縮的动力设备，由于水环压 縮机带水工作的特点，由循环水对其内部间隙进行密封，净化后的燃气虽带有 微量木焦油，但所述微量的木焦油会进入所述循环水中，并被循环水带出水环 压縮机外，从而防止了木焦油沉淀粘结于水环压縮机内壁，大大减少了维护成 本，气化工艺更平稳可靠；
另一方面，由于水环压縮机压縮气体是采用水循环工作，因而具有更好的 防爆性能，用于抽出燃气也更为安全；而且，由于没有排气阀及摩擦表面，故 可抽出带尘埃的气体、可凝性气体和气水混合物；其转动件和固定件之间的密 封可直接由水封来完成，密封性极好；同时，水环压縮机结构简单、紧凑，占地面积也小，泵的转数较高，一般可 与电动机直联，无须减速装置，故用小的结构尺寸，可获得大的排气量，本方案中
水环压縮机的排气量范围是90m7h 1800m7h。
(2) 旋风分离器的结构简单，设计科学，占地少，但杂质的沉降效果更好， 生成燃气的净化更有效；
(3) 复合过滤装置的设计不仅结构更紧凑，占地面积小，安装更便捷，更 突出的是其集水浴、喷淋、滤网过滤为一体，干湿过滤相结合，多次过滤与多 次降温相结合，工艺过程高效便捷，过滤也更充分；燃气的最后一道干燥过滤 是通过气水分离器的气水分离和冉次过滤，最后得到更高纯度、更清洁、无污 染的燃气，其脱焦油率达到99%以上。
总之，本套生物质气化装备及气化工艺，集燃气的生成、净化过滤及压縮 储运于一体，结构更合理更紧凑，占地面积小，工艺更为简单、高效和安全， 获得纯度更高、更清洁无污染的燃气，尤其是解决了木焦油的分离问题，从而 有效地防止了管道内的腐蚀、堵塞及环境污染的问题，符合节能减排的环保要 求；从而有效保证了燃气的连续供应，减小了维护时间，降低了生产成本，气 化效率达到95%，燃气热值达1661kcal/m3。
本发明将低热值的生物质原料和废弃物转化为高热值的清洁环保的生物质 燃气，工艺简单，设计科学，节能减排，其应用广泛，尤其是使农村的生物质 废弃物尽快实现燃气化、管道化，让农村的老百姓和城里人一样使用上清洁便 利的燃气。


图1是根据本发明的实施例的生物质气化装备的结构示意图； 图2是图1的俯视图。图中，
1、 鼓风机
2、 气体发生器
3、 旋风分离器
31、排污阀32、进气口33、出气口
4、 复合过滤装置41、水浴喷淋器
42、 干式过滤器
43、 换热器
431、进气室 432、换热区 433、出气室
44、 45、排污阀
5、 水环压縮机
6、 压力平衡管
7、 气水分离器
71、过滤网 72、液位计 73、排水阀
具体实施例方式
生物质气化装备，如图1、图2所示，包括由输气管路依次相连的鼓风机l、 气体发生器2、旋风分离器3、复合过滤装置4、水环压縮机5、气水分离器7 和压力容器，压力容器再通过减压阀减压后与用户端输气管网相连接；为保证 水环压缩机的正常运行，还配有压力平衡管6，所述压力平衡管6 —端连接水环 压缩机5进气端的输气管路，另一端连接气水分离器7的出气端的输气管路。
所述的旋风分离器3是一个中空回转体结构，包括上下连通的两个部分， 十.部为中空圆柱体，下部为中空倒圆台体，上粗下细，所述倒圆台体的顶圆直 径与所述圆柱体的直径相等，十.下两部分焊接成一体。旋风分离器3的上部分 别开设进气口 32和出气口 33，所述进气口 32沿所述回转体壁的切线方向开设， 所述出气口 33设于所述回转体项部的中心，如图2所示；
所述复合过滤装置4是包括水浴喷淋器41、换热器43和干式过滤器42的 一体式复合结构，其内部通过输气管路依次自所述水浴喷淋器41的上部连通至 换热器的进气室431，再自换热器的出气室433连通至所述干式过滤器42的下 部，所述换热器的进气室431和出气室433通过浸于换热区432冷却循环水中 的换热管相连通；所述复合过滤装置4的进气口位于其水浴喷淋器41的中部在 水浴最高水位以上，进气的输气管路自所述进气口插入水浴喷淋器41内存储的 水中，复合过滤装置4的出气口位于干式过滤器42的上部；所述干式过滤器42 包括上下二层结构，两层之间有隔层分开并有输气管路相连通，并且每层包括 三道过滤网；所述过滤网可选用80 350目的钢网。所述旋风分离器3与复合过滤装置4的底部分别设有排污阀31、 44和45。 所述气水分离器7内部靠上水平安装有过滤网71，所述过滤网71呈漏斗型;
气水分离器的进气口设于所述过滤网71以下。所述气水分离器7还设有液位计
72和排水阀73。
使用本装备进行气化的工艺如下
将多种农作物、废弃物及有机垃圾装入气体发生器2中填平,压实，点火密 封，再用鼓风机1往气体发生器2内吹风，引发缺氧燃烧，产生一氧化碳、甲垸、 乙垸、氢气等可燃气体；
将上述燃气通过水环压縮机5往里抽，使气体产生流动，首先进入旋风分 离器3,含有大量杂质的燃气自前述旋风分离器的进气口进入到旋风分离器3后， 即会绕器壁螺旋向下，形成旋风形式，此间部分的杂质、粉尘、木焦油及水分 子发生沉降，沉降下来的杂质等顺器壁滑落到旋风分离器底部，可定时打开排 污阀31排出上述沉降物。
净化后的气体上升并在抽力的作用下由出气口进行输气管路中再进入复合 过滤装置的喷淋室41内，在喷淋室内先后经水浴和喷淋处理，经过前述的两次清 洗和降温,去除杂质和分离部分木焦油、木醋液；经过清洗的燃气在抽力的作用 下继而沿其内部的输气管路进入换热器43进一步降温后,沿内部的输气管路进 入干式过滤器42再次进行过滤.过滤室分为上下两层，两层之间有隔层分开并 有输气管路相连通，每层有四道过滤网，主要用于清除杂质,分离木焦油、木醋 液。
经过过滤后的气体进入水环压縮机5，水环压縮机5有两个作用， 一是抽真 空使气体流动；二是对抽过来的纯净气体进行压縮；其排气量范围是90m7h 1800m7h，工作压力范围是O. 15 MPa 0. 6MPa。
经水环压縮机5压縮后的气体送入气水分离器7，进行气水分离和过滤，进 一步提高燃气的质量；气水分离器7根据其液位计72的显示进行不间断排水。
经气水分离和过滤后的燃气在水环压縮机5的压力的作用下进入压力容器， 压力容器是储存气体的地方，其工作压力范围为0. 1MPa 0. 8 MPa;以9(W的压 力容器为例，当水环压縮机5的工作压力为0. 3MPa时，压力容器的工作压力也 为0. 3MPa，则容器内存储的气体为270m3;当水环压縮机5的工作压力为0. 6MPa时，压力容器的工作压力为0. 6MPa,则容器内存储的气体为540m'i。
最后，压力容器内的燃气经减压阀减压至小于0.1MPa后，送入输气管道， 进入输气管道的燃气最后进入用户输气管道，用户输气管压力再次经过减压阀 减压至3000Pa，然后直接供给灶具使用，并可保证连续供气的需要。
本发明周期短，效率高，清洁，环保，易实现管道化，生产成本低，每公 斤燃料可产生2mS气体，适合于城、乡、镇及广大农村推广和应用。既清洁了 环境，又减少了污染，实现了废物的二次利用。该项目符合国家的产业政策， 符合环境保护要求，节能减排，效果极佳。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本 发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。
权利要求
1、一种生物质气化装备，包括鼓风机、气体发生器、气体净化装置、压力容器和用户端输气管网，其特征在于还包括气体的压缩输送装置及装罐前的气水分离装置，即水环压缩机、气水分离器；所述水环压缩机配有压力平衡管；所述的气体净化装置包括旋风分离器和复合过滤装置；所述的旋风分离器是一个上粗下细的中空回转体结构，其上部分别开设进气口和出气口，所述进气口沿所述回转体壁的切线方向开设，所述出气口设于所述回转体项部的中心或其附近；所述复合过滤装置是包括水浴喷淋器、换热器和干式过滤器的一体式复合结构，其内部通过输气管路依次自所述水浴喷淋器的上部连通至换热器的进气室，再自换热器的出气室连通至所述干式过滤器的下部，所述换热器的进气室和出气室通过浸于换热区冷却循环水中的换热管相连通；所述复合过滤装置的进气口位于其水浴喷淋器的中部在水浴最高水位以上，进气的输气管路自所述进气口插入水浴喷淋器内存储的水中，复合过滤装置的出气口位于干式过滤器的上部；所述干式过滤器包括至少上下二层结构，每层之间有隔层分开并有输气管路相连通，每层包括四道以上过滤网；所述旋风分离器与复合过滤装置的底部分别设有排污阀；所述气体发生器、旋风分离器、复合过滤装置、水环压缩机、气水分离器、压力容器之间通过输气管路依次相连，压力容器则通过减压阀与用户端输气管网相连接；所述压力平衡管一端连接水环压缩机进气端的输气管路，另一端连接气水分离器的出气端的输气管路；所述气水分离器设有排水阀和液位计。
2、 根据权利要求1所述的生物质气化装备，其特征在于 所述气水分离器内部靠上水平安装有过滤网，其进气口设于所述过滤网以下。
3、 根据权利耍求2所述的生物质气化装备，其特征在于 所述气水分离器内的过滤网为漏斗型。
4、 根据权利要求3所述的生物质气化装备，其特征在于所述旋风分离器的中空回转体结构包括上下连通焊接为一体的两个部分， 上部为中空圆柱体，下部为中空倒圆台体，所述倒圆台体的顶圆直径与所述圆 柱体的直径相等。
5、 据权利耍求l、 2、 3或4所述的生物质气化装备，其特征在于所述水环压縮机的排气量范围是90mVh 1800mVh，最大工作压力为0.6MPa。
6、 一种生物质气化工艺，包括生物质燃料的准备步骤、燃气的生成歩骤、 燃气的净化过滤步骤、纯净燃气的压縮存储歩骤以及通过减压阀向用户端输送 燃气的步骤，其特征在于-在所述燃气的净化过滤步骤中，生成的燃气自旋风分离器上部进气口沿其 回转体的切线方向进入旋风分离器内，并绕其内壁螺旋向下，气体发生缓冲及 沉降过程，部分杂质，包括粉尘、木焦油、木醋液沉降至旋风分离器的底部； 上升的气体在水环压縮机的抽力作用下，顺输气管道自水浴喷淋室的进气口进 入复合过滤装置中依次进行水浴、喷淋、换热及过滤干燥；旋风分离器及复合 过滤装置定时进行排污；在所述纯净燃气的压縮存储步骤中，净化后的燃气在水环压縮机的作用下 经气水分离器进行气水分离和干式过滤，被压縮存储入压力容器中；所述水环 压縮机的排气量范围是90m7h 1800m7h,最大工作压力为0.6MPa;气水分离 器根据其液位计的显示进行不间断排水。
全文摘要
本发明涉及一种生物质气化装备及气化工艺，所述装备包括鼓风机、气体发生器、气体净化装置、压力容器和用户端输气管网，其特征在于水环压缩机、气水分离器，所述的气体净化装置包括旋风分离器和复合过滤装置。本发明将低热值的生物质原料和废弃物转化为高热值的清洁环保的生物质燃气，工艺简单，设计科学，节能减排，其应用广泛，尤其是使农村的生物质废弃物尽快实现燃气化、管道化，让农村的老百姓和城里人一样使用上清洁便利的燃气。
文档编号C10B53/02GK101445735SQ20081023016
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者瑜 张, 张建超 申请人:张建超;张 瑜