一种生物质连续水热转化制备生物炭的装置的制作方法

本技术涉及生物质资源化利用领域，具体涉及一种生物质连续水热转化制备生物炭的装置。

背景技术：

1、水热碳化是一种可以将生物质转化为生物炭的热化学转化技术，它以水作为反应溶剂，在一定的温度(180-260℃)和压力(1-5mpa)下进行，生物质在水热碳化过程中经过水解、脱水、脱羧等一系列复杂的化学反应，转化为多功能的碳基材料(生物炭)，其能量密度接近于泥炭和褐煤，可作为复合固体燃料直接燃用，也用作吸附剂、土壤改良剂等。

2、传统的水热炭化装置多为间歇式反应，存在能耗高、生产效率低等问题。申请号为cn202110931889.5文件公开了一种生物质连续水热炭化系统，申请号为cn202210172576.0文件公开了一种连续式水热炭化方法，上述文件中的反应釜都是进行连续反应，反应釜气压一直维持在较高的数值，这样在进料时需要加压才能将物料加入到反应釜中，导致进料效率比较低。

技术实现思路

1、本实用新型意在提供一种生物质连续水热转化制备生物炭的装置，以解决目前水热制备生物炭的装置进料效率较低的问题。

2、为达到上述目的，本实用新型提供了一种生物质连续水热转化制备生物炭的装置，包括进料系统、反应系统和产物收集分离系统，所述反应系统包括并联设置的至少两个水热反应器，所述产物收集分离系统包括顺次连接的闪蒸罐、固液分离罐、液体收集罐和生物炭收集罐；所述水热反应器与闪蒸罐连接，所述进料系统包括顺次连接的传送带和储料罐，所述储料罐与水热反应器连接，所述储料罐用于在水热反应器的反应产物排出到闪蒸罐后添加物料到水热反应器中，所述液体收集罐用于将液体添加到储料罐中并与储料罐中物料混合。

3、优选的，作为一种改进，所述水热反应器上设有排料阀、排气阀和泄压阀，所述排料阀设置在水热反应器的底部，所述排气阀与泄压阀均设置在水热反应器的顶部。水热反应器中生成的生物炭会与其中的液体分层，生物炭位于液体的下方，将排料阀设置在水热反应器的底部，先排出固体，再排出液体，可以方便将固体物质排入到闪蒸罐中，并且在水热反应器中预留的部分蒸汽压力对于液体的推动作用下对排料阀进行冲洗，避免生物炭颗粒堵塞排料阀影响到水热反应器的密闭性。

4、优选的，作为一种改进，还包括储压罐，所述储压罐与水热反应器的排气阀连通，所述储压罐与储料罐连通，所述储压罐与液体收集罐连通。将部分水热反应器泄压的气体收集到储压罐中，利用这部分气体对储料罐和液体收集罐进行加压，方便将储压罐中物料添加到水热反应器中，同时方便将液体收集罐中液体压入到储料罐中，节约能源，加快进料速度。

5、优选的，作为一种改进，所述水热反应器的排气阀还设有连接另一水热反应器的蒸汽管道，相邻所述水热反应器同一时间段分别进行进料和排料。直接利用相邻的水热反应器泄压的压力对当前水热反应器进行加压进料，对泄压的压力进行利用，节约能源，提高当前水热反应器的进料速度。

6、优选的，作为一种改进，还包括进料泵和进液泵，所述进料泵用于将储料罐中物料添加到水热反应器中，所述进液泵用于将液体收集罐中液体加入到储料罐中。

7、优选的，作为一种改进，所述闪蒸罐还设有将蒸汽加入到水热反应器中的蒸汽回流管，通过将闪蒸罐中的部分蒸汽加入到水热反应器中，能量通过蒸汽形式回收利用，节约水热反应器的能耗，优选的方式是水热反应器先接收闪蒸罐的蒸汽，再接收另一水热反应器的蒸汽。

8、为了达到上述目的，本方案还提供了一种生物质连续水热转化制备生物炭的装置制备生物炭的方法，具体包括以下步骤：

9、步骤1：开启进料系统，使物料进入到水热反应器中，所述水热反应器包括第一水热反应器和第二水热反应器；

10、步骤2：开启第一水热反应器的加热装置和第二水热反应器的加热装置，将第一水热反应器和第二水反应器均加热到180-260℃后保温10-240min；

11、步骤3：将第一水热反应器中的产物排出到闪蒸罐中，产物排出后关闭第一水热反应器的排料阀门，然后进料系统添加物料到第一水热反应器中；将闪蒸罐中蒸汽排出，闪蒸罐中的其余产物排入到固液分离罐；所述固液分离罐中液体排入到液体收集罐中，之后与进料系统中物料混合进入到水热反应器利用，所述固液分离罐中固体进入到生物炭收集罐中；最后开启第一水热反应器的加热装置，将第一水热反应器加热到180-260℃后保温10-240min；

12、步骤4：将第二水热反应器中的产物排出到闪蒸罐中，产物排出后关闭第二水热反应器的排料阀门，然后进料系统添加物料到第二水热反应器中；将闪蒸罐中蒸汽排出，闪蒸罐中的其余产物排入到固液分离罐；所述固液分离罐中液体排入到液体收集罐中，之后与进料系统中物料混合进入到水热反应器利用，所述固液分离罐中固体进入到生物炭收集罐中；最后开启第二水热反应器的加热装置，将第二水热反应器加热到180-260℃后保温10-240min，重复步骤3和此步骤。

13、优选的，作为一种改进，在将所述闪蒸罐中的产物排入固液分离罐前，先将所述闪蒸罐中的部分蒸汽排入对应的水热反应器中，以对闪蒸罐中的部分蒸汽进行回收，剩余的部分蒸汽可以方便其推动固液混合物排出闪蒸罐，并完成对阀门的清洗。

14、优选的，作为一种改进，在第一或第二水热反应器中的产物排出到闪蒸罐前，先将第一或第二水热反应器中的蒸汽排入储压罐，所述储压罐与储料罐和液体收集罐分别连通，回收到储压罐中的蒸汽，可以供给液体收集罐和出料管使用，方便在压差作用下低能耗的移动物料。

15、优选的，作为一种改进，相邻所述水热反应器同一时间段分别进行进料和排料，这样需要排料的水热反应器可以将蒸汽部分供应给进料后的另一个水热反应器。

16、本方案优点：本方案先将水热反应中的产物排出到闪蒸罐后再添加物料到水热反应器中，进行间歇式反应，减少水热反应器中的压强，并在进料系统作用下实现常压进料，提高进料效率，减少资源消耗；同时解决因传统反应釜持续高压带来的安全隐患，提高了安全性；将闪蒸罐中气体回流到水热反应器中，提高系统的能量回收率；通过设置多个水热反应器，增加整个生物炭制备连续性，实现生物质自动化连续水热转化制备生物炭；将排料阀设置在水热反应器底部，利用水热反应器中固体和液体的分层和预留蒸汽，通过蒸汽推动液体对排料阀进行清理，避免排料阀堵塞影响到水热反应器的密闭性；回收利用水热反应器排出的高压气体，可对储料罐和液体收集罐进行加压，加快进料速度和进行能源回收利用。

技术特征：

1.一种生物质连续水热转化制备生物炭的装置，其特征在于，包括进料系统、反应系统和产物收集分离系统，所述反应系统包括并联设置的至少两个水热反应器，所述产物收集分离系统包括顺次连接的闪蒸罐、固液分离罐、液体收集罐和生物炭收集罐；所述水热反应器与闪蒸罐连接，所述进料系统包括顺次连接的传送带和储料罐，所述储料罐与水热反应器连接，所述储料罐用于添加物料到水热反应器中，所述液体收集罐用于将液体添加到储料罐中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述水热反应器上设有排料阀、排气阀和泄压阀，所述排料阀设置在水热反应器的底部，所述排气阀与泄压阀均设置在水热反应器的顶部。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：还包括储压罐，所述储压罐与水热反应器的排气阀连通，所述储压罐与储料罐、液体收集罐分别连通。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述水热反应器的排气阀还设有连接另一水热反应器的蒸汽管道。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于：还包括进料泵和进液泵，所述进料泵用于将储料罐中物料添加到水热反应器中，所述进液泵用于将液体收集罐中液体加入到储料罐中。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述闪蒸罐还设有将蒸汽加入到水热反应器中的蒸汽回流管。

技术总结
本技术涉及生物质资源化利用领域，公开了一种生物质连续水热转化制备生物炭的装置，该装置包括进料系统、反应系统和产物收集分离系统，进料系统包括顺次连接的传送带和储料罐；反应系统包括并联设置的至少两个水热反应器；产物收集分离系统包括顺次连接的闪蒸罐、固液分离罐、液体收集罐和生物炭收集罐。储料罐用于在水热反应器的反应产物排出到闪蒸罐后添加物料到水热反应器中，液体收集罐用于将液体添加到储料罐中并与储料罐中物料混合。本技术通过多个水热反应釜并联，并将水热碳化后的气液回用到水热反应器中，水热反应器进行间歇式反应，既可以实现常压进料，提高进料效率，也可以提高系统的能量回收利用率。

技术研发人员：卢建文,李庆远,许世佩,王超
受保护的技术使用者：中节能工程技术研究院有限公司
技术研发日：20230817
技术公布日：2024/4/17