一种用于生物质的多功能预处理装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种预处理装置，特别涉及一种用于生物质的多功能预处理装置。


背景技术：

[0002]
目前全球化石能源不断被开采使用，而且由其带来的环境问题日益显赫，提高利用可再生能源是能源领域一个大的趋势和潮流。生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，具有可再生性、低污染性，且广泛分布，因此对其开发利用成为了当下的一个热点。
[0003]
随着当代的科学技术迅速发展，生物质的热解技术逐渐成为一门成熟和高效的技术手段，但由于受限于生物质的原料特性，如组分复杂、含水量高、含氧量高、能量密度低和不稳定等缺点，导致热解产物热值低、黏度高、含水量高、酸性强、易挥发和稳定性差，都不利于对其利用。因此对生物质进行预处理，是生物质热解前的一个重要加工工序，合理高效的预处理技术可以有效降低生物质热解的能源损耗和提高其产物品质，不仅可以解决能源短缺的问题，还可以减少有害气体及烟尘的排放。寻找适合、效率高，合理的预处理方式应该在经济合适的前提下，既可以除去过多的水分和含氧量，又能改变微观结构以促进热解反应进行。
[0004]
目前国内现有的预处理装置比较单一，处理的效能比较低。为此，调查了与生物质热解相关预处理技术的研究状况，并且对其中具有高效价值的预处理技术进行了对比分析，然后设计一个结合多种预处理技术的生物质多功能预处理装置。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型的目的旨在提供一种自动化程度高、具有多种预处理方式、可连续预处理生物质原材料、效率高、处理量大、物料适应性强、耗能低的用于生物质的多功能预处理装置，以克服现有技术中的不足之处。
[0006]
按此目的设计的一种用于生物质的多功能预处理装置，其特征在于：包括依次连接的切料装置、加热装置、烘焙装置和爆破装置，所述切料装置包括切料腔和四叶切料刀片，切料刀片设置在切料腔内，加热装置包括圆形加热腔和两排电加热盘管，电加热盘管设置在加热腔内，加热腔的一侧设置有进液管和排液管(可水浴加热)，通过进液管可向加热腔内通入各种溶液，烘焙装置包括烘焙管和电加热箱体，电加热箱体套设在烘焙管的外周，电加热箱体用于烘焙烘焙管内的物料，可以提高其燃料性能和疏水性能，烘焙管内活动设置有连杆活塞，烘焙管的一侧设置有进气管和排气管，爆破装置包括爆破管和螺杆，螺杆活动设置在爆破管内，爆破管的一侧设有进气口和排气口。
[0007]
所述切料腔的一侧设置有进料口，进料口内设置有梳理齿，切料腔的另一侧设置有第一驱动电机，切料刀片可拆卸连接在第一驱动电机的电机轴上，便于更换；切料腔的底部设有下料口，加热腔的顶部设有落料口，下料口与落料口相互连接。
[0008]
所述电加热盘管设置在加热腔内的左右两侧，加热腔上插有第一温控组件，第一温控组件包括插入加热腔内的第一热电偶和温度控制器，第一热电偶与温度控制器连接；加热腔的外部设有保温隔热层。第一热电偶和温度控制器可监控和控制加热腔内的温度。加热装置既可对生物质进行干燥，又可进行水洗、酸洗等预处理，使生物质内的半纤维素和部分木质素大量溶解，通过这些物理和化学方法除去阻碍热解反应的杂质，可以使生物质内部形成疏松多孔结构。
[0009]
所述加热腔的底部呈锥形，有利于物料浸泡和使其易于进入下一个装置，加热腔的底部通过第一连接管与烘焙管连接，第一连接管上设置有第一控制阀；排液管上设置有第一过滤网和第一截止阀。
[0010]
所述电加热箱体的外部设有保温隔热层，电加热箱体上插有第二温控组件，第二温控组件包括插入电加热箱体内的第二热电偶和温度控制仪，第二热电偶与温度控制仪连接。
[0011]
所述烘焙管的一侧设置有第二驱动电机，第二驱动电机与连杆活塞驱动连接，通过第二驱动电机推动连杆活塞，以控制烘焙管内的压力；进气管连接外部氮气瓶，排气管连接气袋，可回收烘焙后的气体，防止污染环境，进气管上设有第二截止阀、第一压力表和第二过滤网，排气管上设有第三截止阀和第三过滤网，烘焙管的一端设有第二压力表，烘焙管的底部通过第二连接管与爆破管连接，第二连接管上设有第二控制阀。
[0012]
所述爆破管的一端设有第三驱动电机，第三驱动电机与螺杆驱动连接，螺杆为变螺距螺杆、其螺距由进料端向出料端逐渐变小，增大压缩比，并让物料与高温高压水蒸气运动方向相反，使两者在运动过程中得到充分接触，增强物料表面对流换热。由于沿输送方向的容积不断缩小，松散的物料不断被压实，压力逐渐增大，物料在爆破管内部受力挤压撕裂变形，并且由于螺杆高速旋转，通过摩擦生热使物料温度升高。
[0013]
所述爆破管的另一侧设有出料口，出料口上设有第三控制阀，进气口上设有第四截止阀和第四过滤网，排气口上设有第五截止阀和第五过滤网，爆破管的一侧设有第三压力表。
[0014]
本实用新型针对生物质热解预处理装置的设计研发少有报道，且目前的预处理装置结构和功能都比较单一，同时效率不高的问题，通过设计一种多功能预处理装置，该预处理装置可对生物质进行合适的预处理，大大地降低能源的消耗和提高生物质热解效率，该预处理装置具有以下优点：
[0015]
1、更适用于实验的操作，且具有自动化程度高、多种预处理方式、可连续预处理生物质原材料、效率高、处理量大、物料适应性强、且耗能低等特点；
[0016]
2、预处理装置由切料装置、加热装置、烘培装置、爆破装置组成，四者可以通过阀门调节单独使用，也可以任意组合使用，用户可根据实际情况选择最合适的预处理方式；
[0017]
3、切料装置装有可拆卸的刀片，便于更换，并且切料装置可流水操作，提高实验效率；
[0018]
4、加热装置既可进行干燥，又可进行水洗、酸洗等预处理，并且可通过温度控制器调节加热腔内的温度；
[0019]
5、烘培装置可进行干燥及烘培预处理，通过推动活塞控制作用压力并通过温度控制仪调节烘培温度，同时，排气管连接气袋回收烘焙后的气体，防止污染环境；
[0020]
6、爆破装置采用螺杆式能够使得物料与高温高压水蒸气运动方向相反，增强物料表面对流换热，并可对物料进行干燥及爆破预处理；
[0021]
7、上述装置的外部均有保温材料包围，可防止热量散失，大大提高加热效率。
附图说明
[0022]
图1为本实用新型一实施例中预处理装置的整体结构示意图。
[0023]
图2为本实用新型一实施例中切料装置的整体结构示意图。
[0024]
图3为本实用新型一实施例中加热装置的整体结构示意图。
[0025]
图4为本实用新型一实施例中烘培装置的整体结构示意图。
[0026]
图5为本实用新型一实施例中爆破装置的整体结构示意图。
具体实施方式
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下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。
[0028]
参见图1-图5，本用于生物质的多功能预处理装置，包括依次连接的切料装置1、加热装置2、烘焙装置3和爆破装置4，切料装置1包括切料腔11和四叶切料刀片13，切料刀片13设置在切料腔11内，加热装置2包括圆形加热腔21和两排电加热盘管24，电加热盘管24设置在加热腔21内，加热腔21的一侧设置有进液管22和排液管23，烘焙装置3包括烘焙管31和电加热箱体34，电加热箱体34套设在烘焙管31的外周，烘焙管31内活动设置有连杆活塞32，烘焙管31的一侧设置有进气管36和排气管35，爆破装置4包括爆破管41和螺杆42，螺杆42活动设置在爆破管41内，爆破管41的一侧设有进气口44和排气口45。
[0029]
切料腔11的一侧设置有进料口12，进料口12内设置有一排梳理齿，切料腔11的另一侧设置有第一驱动电机14，切料刀片13可拆卸连接在第一驱动电机14的电机轴上；切料腔11的底部设有圆形下料口11.1，加热腔21的顶部设有圆形落料口21.1，下料口11.1与落料口21.1相互连接。
[0030]
电加热盘管24设置在加热腔21内的左右两侧，加热腔21上插有第一温控组件，第一温控组件包括插入加热腔21内的第一热电偶26和温度控制器25，第一热电偶26与温度控制器25连接；加热腔21的外部设有保温隔热层。
[0031]
加热腔21的底部呈锥形，加热腔21的底部通过第一连接管5与烘焙管31连接，第一连接管5上设置有第一控制阀29；排液管23上设置有第一过滤网28和第一截止阀27。
[0032]
电加热箱体34的外部设有保温隔热层，电加热箱体34上插有第二温控组件，第二温控组件包括插入电加热箱体34内的第二热电偶315和温度控制仪312，第二热电偶315与温度控制仪312连接。
[0033]
烘焙管31的一侧设置有第二驱动电机33，第二驱动电机33与连杆活塞32驱动连接；进气管36连接外部氮气瓶，排气管35连接气袋，进气管36上设有第二截止阀8、第一压力表39和第二过滤网37，排气管35上设有第三截止阀311和第三过滤网310，烘焙管31的一端设有第二压力表313，烘焙管31的底部通过第二连接管6与爆破管41连接，第二连接管6上设有第二控制阀314。
[0034]
爆破管41的一端设有第三驱动电机43，第三驱动电机43与螺杆42驱动连接，螺杆42为变螺距螺杆、其螺距由进料端向出料端逐渐变小。
[0035]
爆破管41的另一侧设有出料口46，出料口46上设有第三控制阀412，进气口44上设有第四截止阀411和第四过滤网410，排气口45上设有第五截止阀48和第五过滤网47，爆破管41的一侧设有第三压力表49。
[0036]
用于生物质的多功能预处理装置的预处理方法，包括以下步骤：
[0037]
a、将生物质原材料放入切料腔11内，通过切料刀片13将生物质切碎(可流水操作)；
[0038]
b、切碎后的生物质掉落到加热腔21内，由电加热盘管24对加热腔21内的生物质进行加热干燥，同时往加热腔21内通入去离子水对生物质进行水洗预处理或通入乙酸配制的有机酸溶液对生物质进行酸洗预处理；
[0039]
c、预处理后的生物质进入烘焙管31，通过连杆活塞32调整烘焙管31的内部压力，然后往烘焙管31内通入氮气，并开启电加热箱体34，对烘焙管31内的生物质进行烘焙预处理；
[0040]
d、烘焙预处理后的生物质进入爆破管41，转动螺杆42，并往爆破管41内通入高温高压的水蒸气对生物质进行蒸汽爆破预处理，或通入高温烟气对生物质进行热风干燥预处理，预处理后的生物质由螺杆42将其推出爆破管41。
[0041]
步骤a、步骤b、步骤c和步骤d可单独进行，也可通过任意组合的方式组合进行，只需要当物料进入下个装置前把驱动电机打开，将物料推动到下一个装置中即可。
[0042]
本用于生物质的多功能预处理装置具有多种预处理方式：
[0043]
1、单独预处理
[0044]
以玉米秸秆为生物质原材料。开启预处理装置，开始向切料装置1进料并切碎秸秆(可流水操作)，随后秸秆进入设定好温度的加热装置2，可在秸秆掉落时进行干燥，同时，加热装置2可通入去离子水进行水洗预处理或通入乙酸配制的有机酸溶液进行酸洗预处理等，往烘焙装置3中通入氮气、并开启电加热箱体34可对物料进行烘焙预处理，开启第三驱动电机43，使螺杆42转动，然后通入高温高压的水蒸气可对物料进行蒸汽爆破预处理，或通入高温烟气可对物料进行热风干燥预处理；关闭各阶段的阀门进行单独方式(切料、干燥、水洗、酸洗、烘培、蒸汽爆破)的预处理。
[0045]
2、水洗-烘焙-蒸汽爆破预处理
[0046]
以玉米秸秆为生物质原材料。开启预处理装置，开始向切料装置1进料并切碎秸秆(可流水操作)，往加热装置1通入去离子水，物料一边掉落一边均匀地与去离子水混合，并调节加热腔21内温度至250℃(可任意调节)，作用时间0.5h(可任意调节)后打开排液管23的第一截止阀27，排出液体(排液管23与加热腔21接口处的第一过滤网28可防止物料掉进排液管23内)，然后打开水浴加热底部的第一控制阀29使物料全部掉落到烘焙管31内，然后打开第二驱动电机33推动烘焙管31内的连杆活塞32，使管内压力升高，并使物料推动到烘焙管31的后半段，打开第二截止阀8通入氮气，这时打开电加热箱体34，温度调到250℃(可任意调节)，作用时间0.5h(可任意调节)后打开排气管35上的第三截止阀311，将尾气冷凝然后收集到气袋中；然后打开爆破装置4的第三驱动电机43并调整转速，再打开第二控制阀314，并关闭烘焙装置3的第三截止阀311和爆破装置4各阀门，提高爆破管41内部压力推动物料进入爆破管41内，待物料全部进入爆破管41后，关闭第二控制阀314，打开第四截止阀411往爆破管41内通入高温高压蒸汽，螺杆42匀速转动搅拌物料，使水蒸气迅速均匀渗透到
物料内部，使物料温度迅速上升，物料组织内部压力与滞留器压力平衡，物料散落到爆破管41内的各个位置，由螺杆42推动前进，通过控制螺杆42螺旋的转速，调节物料停留的时间，在输送过程中，经过一定的滞留时间，使物料充分水解，然后水蒸气对物料进行爆破作业，最后打开第三控制阀412让螺杆42把物料推出爆破管41外，实现生物质的水洗-烘焙-蒸汽爆破预处理。
[0047]
3、酸洗-烘焙-干燥预处理
[0048]
以玉米秸秆为生物质原材料。开启预处理装置，开始向切料装置1进料并切碎秸秆(可流水操作)，在加热装置2中通入用乙酸配制的一定量的有机酸溶液，浸渍加热腔21内的物料，浸渍一段时间后，打开第一截止阀27回收溶液，实现酸洗预处理，然后打开第一控制阀29，并打开第二驱动电机33调整烘焙管31内部压力，让物料进入烘焙管31，通入氮气，打开电加热箱体34，设置温度310℃(可任意调节)、时间0.5h(可任意调节)进行烘焙预处理；然后打开第二控制阀314、第三驱动电机43和第四截止阀411，通入高温烟气，并提高螺杆42转速，使得物料进行烟气干燥，最后打开第五截止阀48和第三控制阀412进行排气和出料，实现生物质的酸洗-烘焙-干燥预处理。
[0049]
4、酸洗-干燥-蒸汽爆破预处理
[0050]
以玉米秸秆为生物质原材料。开启预处理装置，开始向切料装置1进料并切碎秸秆(可流水操作)，在加热装置2中通入用乙酸配制的一定量的有机酸溶液，浸渍加热腔21内的物料，浸渍一段时间后，打开第一截止阀27回收溶液，实现酸洗预处理，然后打开第一控制阀29，并打开第二驱动电机33调整烘焙管31内部压力，让物料进入烘焙管31，然后打开电加热箱体34，设置温度105℃、时间24h对物料进行持续的热风干燥预处理，然后打开第二控制阀314让物料进入爆破管41，打开第三驱动电机43和第四截止阀411，持续通入高温高压水蒸气并通过螺杆42匀速搅拌物料，使水蒸气对物料进行爆破作业，最后打开第三控制阀412让螺杆42把物料推出爆破管41外，实现生物质的酸洗-干燥-蒸汽爆破预处理。
[0051]
上述为本实用新型的优选方案，显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的技术人员应该了解本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。