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：
能源是世界人类社会经济发展的重要物质基础，是生产力发展的主要动力 源泉。世界经济发展充分表明能源的增长速度与GNP同步增长，呈正相关。 战后50 70年代世界资本主义经济大发展与充足的廉价能源供给，特别是石油 供给密切相关。为此，能源供给引起世界的普遍关注。
世界能源问题对世界各国的影响也不尽相同。世界各国根据各自的国情采 取相应的对策和措施，力求缓和能源问题。如调整能源消费结构，避免单一化； 积极开发新能源，发展海上新石油基地，使能源消费日益走向多元化；以及从 多方面开展节能研究和采取有力措施等。
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然 气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。 开发利用生物质能可再生能源对于建立可持续发展的能源系统，促进国民经济 发展和环境保护具有重大意义。
现有的生物质气化装备利用无需加工的生物质燃料，包括农业废弃物及有 机垃圾作为原料，经厌氧燃烧，高温裂解，产生可燃性混合气体，供给农村居 民炊事、烧水、取暖等日常生活使用，具有经济、便捷、实用等特点，但是， 由于其结构简陋、设计不合理，存在着诸多的缺陷，如排烟时间长、污染环境、 没有过滤或过滤不彻底造成输气管路及炉头堵塞、只能间歇使用，不便于燃气 的储运输送，更不便于多户联网或大面积推广应用。目前来说，阻碍生物质能 发展面临最困难的问题是提取木焦油；另者，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
前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的木焦油，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，空气压縮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。

发明内容
本发明旨在公开一套生物质气化装备及气化工艺，集燃气的产生、过滤、 储运输送于一体，结构更紧凑，工艺更简单，高效和便捷， 一方面能够获得更 高纯度、更清洁、无污染的燃气，另一方面保证了燃气的连续使用，进一步降 低了维护成本，因而更具实用意义和推广价值。
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、气体缓冲罐I、过滤系统、 水环压縮机、气水分离器、压力容器及用户端的输送管网，
其特征在于还包括水环压縮机和气水分离器；所述水环压縮机配有压力 平衡管、水封；
所述鼓风机连通于气体发生器的底部，所述气体发生器、气体缓冲罐、过 滤系统、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；
所述压为平衡管一端连接水环压縮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。
所述的过滤系统包括水过滤器、喷淋罐和干式过滤器，在所述喷淋罐和干 式过滤器之间还连接有气体缓冲罐II，从所述水过滤器、喷淋罐、气体缓冲罐 II直到干式过滤器通过输气管路依次相连通；所述的水过滤器、气体缓冲罐II 和干式过滤器的底部分别设有排污阀。
为进一步提高过滤效果，而又保证装备结构紧凑，工艺简单，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。
更佳的一种方案将所述气水分离器内的过滤网为设计为漏斗型。
所述水环压缩机的排气量范围是90mVh 1800m7h，最大工作压力为0.6 MPa-0. 8 MPa。
使用前述的生物质气化装备进行牛物质气化的工艺，包括如下工艺步骤
(1) 燃气生成以多种农作物废弃物及有机垃圾为原料，干燥至含水率《 20%，在鼓风机的作用下进行缺氧燃烧，，产生含有CO、 H2、 CH" GH6的可燃气体 及雾状木焦油气；
(2) 燃气的净化过滤在水环压縮机的抽力作用下，生成的燃气等经输气 管路进入气体缓冲罐I中，自动降温并发生杂质的沉降，再由输气管路进入水 过滤器中，燃气中的各种杂质包括灰尘及木焦油被吸附和沉降下来，继而进入 水喷淋灌内进一步洗除杂质；然而进入气体缓冲罐n内再次进行沉降处理后， 由输气管路进入干式过滤器中进行过滤和干燥；同时定期进行排污和排水处理；
(3) 燃气的压縮存储净化后的燃气在水环压縮机的作用下经气水分离器 进行气水分离和再次干式过滤，被压縮存储入压力容器屮；所述水环压縮机的 排气量范围是90m7h 1800m7h，最人工作压力为0.6MPa;气水分离器根据其 液位计的显示进行不间断排水；
所产生的燃气的流动靠水环压縮机的抽力来实现，所述水环压縮机一方面
对完成过滤后的燃气有抽力的作用，另一方面将所述燃气压縮后装入所述的压
力容器中，以便于燃气的收集和储运，当所述水环压縮机不工作的情况下，截 止阀和单向阀分别或共同起到阻止纯净燃气向过滤系统倒流的作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是显而易见的
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，由于水环压缩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 可抽山带尘埃的气体、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 1800mVh。
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。


图1为本装备的流程不意图。图中，
1、 上料器
2、 气体发生器
3、 鼓风机
4、 气体缓冲器I
5、 水过滤器
6、 喷淋罐
7、 气体缓冲罐II
8、 干式过滤器
9、 水环压縮机
10、 压力平衡管
11、 气水分离器
12、 排烟阀
13， 14， 16， 17、 排污阀 15、循环泵
18、 排水阀
19、 液位计
具体实施例方式
现结合附图对本发明作进一步的具体说明
所述的生物质气化装备，如图1所示，包括气体发生器2—个，其炉体高 1500mm，直径1200mrn，炉膛内缺氧室高1200mm，内径800mm;气体缓冲器两个 4、 7，分别置于气体发生器2的出口管道上及水喷淋过滤6的出口管道上；水 过滤器5、喷淋罐6、干式过滤器8各一个，1. 5KW的鼓风机3、水环压縮机9 和气水分离器11各一台，水环压縮机配有压力平衡管10，所述压力平衡管10 一端连接水环压縮机9进气端的输气管路，另一端连接气水分离器ll的出气端 的输气管路；所述气水分离器11设有排水阀18和液位计19;还包括截止阀、 单向阀若干、压力容器和用户端输送管网；所述的气体发生器2的炉膛外围有 冷却水循环系统，其进水口和出水口分别位于气体发生器的下部和上部；气体 发生器2、气体缓冲罐I 4和压力容器上分别安装有安全阀，缓冲罐14、水过 滤器5、缓冲罐II 7、干式过滤器8及压力容器的底部均安装排污阀；缓冲罐 I的出口端通过三通管， 一端接入排烟阔12， 一端接入水过滤器5下部；各连 接部位间隔基本在300mm左右。本套装备亦可依据实际需要而进入相应的设定。
整套装备集可燃气体的产生、净化、包装及储运输送于一体，其工艺流程 如下
(1) 装入生物质燃料将含水量不大于20%的农作物废弃物或有机垃圾装 入气体发生器的炉内，并通过压盘压实；
所述的农作物废弃物包括玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秆、花生壳、大豆杆、 瓜子壳及生物杂草、树叶、树枝等；所述有机垃圾包括比如旧报纸、纸盒、用 过的方便筷子、废纸、废麻布、废旧手套等，各种混合物含水量要求在20%以下， 并以含水量在18%以下为最佳燃料；
(2) 厌氧燃烧、并产生可燃气体燃料点燃后在整套气体发生装备密封的 前提下，用鼓风机向气体发生器内吹入空气，引发炉内厌氧燃烧，并不断形成 C0、 H2、 CH4、 C2H6、 CnHm等混合燃气；同时使用电机带动水环压縮机从另一端配 合向里抽气，促使气体流动；
(3) 过滤净化、脱除木焦油、粉尘等，以获得干燥、纯净的燃气管道中 的燃气首先进入水过滤器过滤，并在喷淋罐再次净化；随之经缓冲罐II，再被 抽入干式过滤器，经过干式过滤、各种网据过滤吸附层、过滤棉和350目钢网的层层过滤吸附，并在干式过滤器的进气口和出气口分别设置了 350目的钢网， 进一步提高过滤的的效果；
(4)燃气加压装罐经前述过滤净化及去湿后的燃气通过水环压縮机压入 压力容器中，其工作压力范围为O. lMPa 0.6MPa;以90m3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540m3。
最后，压力容器内的燃气经减压陶减压至小于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。
简言之，整套装备可通俗地理解为鼓风机将空气带入气体发生器，生物 质燃料在气体发生器内发生能量转换，形成可燃气体，并经水浴法、干式过滤 等层层高效过滤系统作用后，在水环压缩机的机的作用下，将气体装入一定压 强的压力容器中，使用时再经减压处理，通过用户端输送管网，将清洁、纯净 的燃气送至用户端炉灶。由于本套装备过滤充分高效，最终形成的燃气燃烧时 看到的火焰为纯净的天蓝色。
气体发生器所产出的燃气，经过过滤器的过滤，达到净化和降温的H的， 燃气的流动靠水环压縮机的抽力来实现，经水环压縮机压縮后进入气水分离器 进行气水分离后送入储气罐。储气罐中的燃气要保持恒定的压强，压强值的大 小要保证最远用户灶具的压力，受压容器的压力小于O. lMPa左右将最远距离的 位置送气大小控制在一定压力下。
气体发生器中产生的燃气在炉屮自下而上流动，在氧化层、还原层产生的 焦油，能热裂解成小分子量的气体，所以出炉的燃气中焦油含量比较少，再经 过各种过滤和水气分离后，运行可靠，产气量与用气量匹配合理，原料用量少， 无需添加任何添加剂，热值高达1661kcal/m3，每公斤燃料能转换可燃气体达 2. 0M3。可满足上千户吃饭用的炉灶不间断的连续供气。
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、一种生物质气化装置，包括鼓风机、气体发生器、气体缓冲罐I、过滤系统、压力容器及用户端的输送管网，其特征在于还包括水环压缩机和气水分离器；所述水环压缩机配有压力平衡管；所述鼓风机连通于气体发生器的底部，所述气体发生器、气体缓冲罐、过滤系统、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3所述的生物质气化装备，其特征在于所述的过滤系统 包括水过滤器、喷淋罐和干式过滤器，在所述喷淋罐和干式过滤器之间还连接 有气体缓冲罐II，从所述水过滤器、喷淋罐、气体缓冲罐II直到干式过滤器通 过输气管路依次相连通；所述的水过滤器、气体缓冲罐n和干式过滤器的底部 分别设有排污阀。
3、 根据权利要求2所述的生物质气化装备，其特征在于 所述气水分离器内部靠上水平安装有过滤网，其进气口设于所述过滤网以下。
4、 根据权利要求3所述的生物质气化装备，其特征在于 所述气水分离器内的过滤网为漏斗型。
5、 据权利要求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90m7h 1800m7h，最大工作压力为0.6MPa。
6、 一种生物质气化工艺，包括如下工艺歩骤(1)燃气生成以各种农作物废弃物及有机垃圾为原料，干燥至含水率《 20%，在鼓风机的作用下进行缺氧燃烧，，产生含有CO、 H2、 CH4、 CA的可燃气体 及雾状木焦油气；(2) 燃气的净化过滤在水环压縮机的抽力作用下，生成的燃气等经输气 管路进入气体缓冲罐I中，自动降温并发生杂质的沉降，再由输气管路进入水 过滤器中，燃气中的各种杂质包括灰尘及木焦油被吸附和沉降下来，继而进入 水喷淋器内进一步洗除杂质；然而进入气体缓冲罐II内再次进行沉降处理后， 由输气管路进入气水分离器中进行气水分离；同时定期进行排污和排水处理；(3) 燃气的压縮存储净化后的燃气在水环压縮机的作用下经气水分离器 进行气水分离和再次干式过滤，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90mVh 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，其特征在于还包括水环压缩机、气水分离器。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，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，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C10B53/00GK101440291SQ20081023016
公开日2009年5月27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