一种有机质热化学处理设备
技术领域
本实用新型涉及有机质热化学处理设备技术领域，具体涉及有机质热化学处理设备。
背景技术
全球生质能源协会(World Biomass Association，简称WBA)、REN21及 IEA等国际机构在其报告中对生质能之定义，生质能(bioenergy或biomass energy)系指由生物质(biomass)经转换后而产生的能源，而生物质系指任何来自动植物、藻类或废弃物等有机质，且其能量经转换后可作为能源使用。国际上将生质能的料源分成林业与林业剩余资材、农作物与农业剩余资材、以及污水、都市废弃物、事业有机废弃物等类别，并依照生质能之型态分成固态、气态与液态生质能等三大类。
一、固态生质：
林业资材颗粒燃料：林业剩余资材之料源来自林木、木屑、漂流木、木工厂干净边材等，其料源经过造粒后可作为燃料使用，如：木颗粒。
农业资材燃料：农业剩余资材则含菇包培养基、稻秆、榨油残渣等，其他棕榈壳、草本植物等料源亦为此范畴，其料源经过造粒后可作为燃料使用。
事业废弃物衍生燃料：料源来自事业废弃物(工业废弃物)，直接或经过造粒后作为燃料使用，制造业生产后所产生之黑液与蔗渣，并将其用于发电亦属此类。
焚化厂废弃物发电：垃圾焚化厂之废弃物能发电。
二、气态生质能：
沼气：由垃圾掩埋场、都市生活废弃物(如:厨余)、污水、动物粪便中之生物质经厌氧发酵获得之气体。主要成分为甲烷与二氧化碳。
木质合成气：由木质类资材经气化炉燃烧后，收集燃气经处理取得氢或甲烷等高燃值气体。
三、液态生质能：
生质酒精：利用微生物发酵把生物质中之醣分转化所得到之酒精。料源包含甘蔗、玉米、大麦、小麦、燕麦、稻米等谷类，还有甜菜、甜高粱，以及木薯、甘薯等。
生质柴油：来自油籽作物(如：大豆、油菜籽及棕榈油)，以及其他油源 (如：废弃食用油及动物脂肪)所生产之燃料。
而据统计目前国内每年产出大量都市、工业、畜牧、农业等高含水率湿式生质料源，料源依组成可分为高纤维、高蛋白、高脂等生物质，料源组成具多样性。目前生质能发电市场以欧洲为主，其次为北美洲；生质热能市场同样以欧洲为主要市场。虽然欧洲市场未来需求将可能趋缓的情况下，亚洲市场的崛起将可能为生质能产业带来生机，日本与韩国受到政策支持，越来越多电厂相继改为采用木颗粒或棕榈壳发电，也积极对外洽签生质燃料供应合约。另外，部分亚洲国家面对越来越严格的废水排放标准，使用沼气发电装置来处理国内废水与废弃物问题，虽然目前市场仍很小，但具有未来发展的成长性与商机，值得后续密切观察。
对有机质(即生物质)的处理节能减排依旧是全世界关注的焦点。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种有机质热化学处理设备与方法，工艺简单，提高有机质的综合利用率和附加值，具有较好的经济效益，实现节能减排。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
一种有机质热化学处理设备，包括：
反应槽，其用于装入有机质原料进行热化学处理；所述反应槽外围有第一热媒装置，该第一热媒装置用于通入热媒对所述反应槽加热；
分离槽，其设有第一上连通管与所述反应槽上连通，其设有第一下连通管与所述反应槽下连通，所述第一上连通管设有第一阀件，该第一阀件用于控制热化学处理产生的热蒸汽通往分离槽内；所述第一下连通管设有增压泵，该增压泵用于将反应槽进行增压至所需压力；所述分离槽外围有第二热媒装置，该第二热媒装置用于通入热媒对所述分离槽加热；
凝结水储存槽，其设有第二上连通管与所述分离槽连通，所述第二上连通管串联有第二阀件和预冷器；该预冷器用于将分离槽的热蒸汽冷却凝结成水后送入凝结水储存槽；所述凝结水储存槽和预冷器外围有冷媒装置，该冷媒装置用于通入冷媒对所述凝结水储存槽和预冷器冷却。
进一步地，还包括：
热煤油锅炉，其设有第三上连通管与所述凝结水储存槽连通，其设有第二下连通管与所述反应槽连通，所述第二下连通管设有循环泵，所述循环泵用于将热煤油锅炉产生的热量导入至所述反应槽内预热至所需温度。
进一步地，所述反应槽还连通有泄压阀。
一种上述方案的有机质热化学处理设备的处理方法，包括如下步骤：
S1.打开循环泵，将反应槽预热至所需温度；
S2.将浸湿的有机质原料倒入反应槽内；
S3.关闭反应槽，利用气体增压泵将压力增至所需压力；
S4.水热反应所需压力、温度到达设定值时，开始计算时间；
S5.反应时间结束时，打开通往分离槽的第一阀件，让热蒸气通往分离槽，蓄压蓄热，可回收压力及热能导入下批次反应槽使用；若不蓄压蓄热可打开通往预冷器的第二阀件，热气经冷却凝结水留在凝结水储存槽内，冷却后的气体回收或再导入热煤油锅炉燃烧；
S6.反应结束后，打开反应槽的泄压阀泄压至无蒸气压时，打开反应槽，将生物炭取出置冷。
水热碳化技术是在密闭的高压反应槽中，以水作为反应介质，在一定温度和压力下将反应槽内的生物质转化为炭化物的过程。与裂解炭化技术相比，水热碳化处理废弃生物质时无需干燥，可节约大量的预处理费用，而且反应条件温和，脱水脱羧可为水热反应提供部分的能量，处理设备简单，操作方便，具有广阔的应用前景。使碳化后的生物质更适于用于其他用途，如可作为燃料、土壤调节剂，也可用作土壤水体中重金属和有机农药的吸附材料。是一种绿色的制备生物炭材料的理想方法。
生物质经水热碳化后，固相产物的含碳量提高，热值增加碳化改变了生物质的结构，形成直径几百纳米到几微米的微球状结构，孔隙率增加，使碳化后的生物质更适于用于其他用途，如可作为燃料、土壤调节剂，也可用作土壤水体中重金属和有机农药的吸附材料。
与热解生物炭相比，水热生物炭炭产率较高，进而产生较高的总能量，但炭化率较低，芳香结构较少且生物稳定性差。因此，通过水热碳化技术利用农林废弃物生产生物炭，对于缓解资源浪费和解决环境污染等问题有着巨大的潜力。
本有机质热化学处理设备与处理方法，依不同压力温度如下:
200-350℃时水的离子积[H+][OH-]比常温增加100-1000倍，高度离子化的水具有催化作用，生质物水份将有利多醣体、蛋白质、油脂等生物质组成降解、脱氧。
在50-250bar的高压下，将水由常温液态升温至300℃液态，能耗较常温液态加热至100℃汽化时，节省40％热量。
水热转化(碳化、液化、气化)制程:可直接将高含水率有机质不经干燥直接转化。
·水热碳化(HTC-Hydrothermal carbonization):温度180-250℃。
·水热液化(HTL-Hydrothermal liquefaction):温度270-350℃。
·超临界水气化(SWG-Supercritical water gasification):温度400℃以上。
如新鲜玉米杆未经干燥处理其原先灰份8.31，含水84％，热值2877Kcal/kg 经本设备处理后，灰份降为7.45；含水42％；热值5864kcal/kg，有此得知水粉减少50％热值增加近一倍，达到了节能减排的目的及大幅度降低了成本的技术效果。
综上，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
本实用新型处理设备简单，利用本设备能够提高有机质的综合利用率和附加值，具有较好的经济效益，实现节能减排，达到有机质资源的循环利用。
附图说明
图1为一种有机质热化学处理设备的结构示意图。
图2为一种有机质热化学处理设备的处理方法的工艺流程图。
具体实施方式
采用下列实施方式是为了说明本实用新型的优选方案，本领域技术人员应当理解下列实施方式中公开的技术，代表本实用新型的实用新型者发现的在本实用新型实践中运行良好的技术，这些技术可以人为构成本实用新型实践的优选模式。然而，根据本实用新型公开的内容，本领域的技术人员还应当理解，在不偏离本实用新型的宗旨、原理和实质的情况下，可以对公开的特定实施方案进行许多改变并且这些改变仍旧能获得相同或类似的结果。以下结合实施例对本实用新型作进一步详细描述。
参见图1和图2所示，一种有机质热化学处理设备，包括反应槽10、分离槽20、凝结水储存槽30和热煤油锅炉40。
反应槽10，其用于装入有机质原料进行热化学处理；反应槽外围有第一热媒装置11，该第一热媒装置11用于通入热媒对反应槽加热。反应槽还连通有泄压阀12。可以进一步在反应槽上设置温度、压力、流量等检测组件以及控制单元进行检测与控制。
分离槽20，其设有第一上连通管21与反应槽10上连通(即上端连通)，其设有第一下连通管22与反应槽10下连通(即下端连通)，第一上连通管21 设有第一阀件23，该第一阀件23用于控制热化学处理产生的热蒸汽通往分离槽内；第一下连通管22设有增压泵24，该增压泵用于将反应槽进行增压至所需压力；分离槽20外围有第二热媒装置25，该第二热媒装置25用于通入热媒对分离槽加热。可以进一步在分离槽上设置温度、压力、流量等检测组件以及控制单元进行检测与控制。
凝结水储存槽30，其设有第二上连通管31与分离槽20连通，第二上连通管31串联有第二阀件32和预冷器33；该预冷器33用于将分离槽20的热蒸汽冷却凝结成水后送入凝结水储存槽30；凝结水储存槽30和预冷器33外围有冷媒装置34，该冷媒装置34用于通入冷媒对凝结水储存槽和预冷器冷却。冷媒例如冷水。可以进一步在凝结水储存槽上设置温度、压力、流量等检测组件以及控制单元进行检测与控制。
热煤油锅炉40，其设有第三上连通管41与凝结水储存槽30连通，其设有第二下连通管42与反应槽10连通，第二下连通管42设有循环泵43，循环泵 43用于将热煤油锅炉产生的热量导入至反应槽10内预热至所需温度。可以进一步在热煤油锅炉上设置温度、压力、流量等检测组件以及控制单元进行检测与控制。
该有机质热化学处理设备的处理方法，包括如下步骤：
S1.打开循环泵，将反应槽预热至所需温度；
S2.反应槽包括内胆、上槽盖和下槽盖。关闭下槽盖并打开上槽盖，将浸湿的有机质原料倒入内胆并将内胆置入反应槽内。在倒入内胆前，可以先将有机质原料初步粉碎，粒径不限制，内胆放得下即可，若是干燥的有机质原料需要浸置至湿润；湿料则不用浸湿。
S3.关闭反应槽，利用气体增压泵将压力增至所需压力；
S4.水热反应所需压力、温度到达设定值时，开始计算时间；
S5.反应时间结束时，打开通往分离槽的第一阀件，让热蒸气通往分离槽，蓄压蓄热，可回收压力及热能导入下批次反应槽使用(可达到节能的效果)；若不蓄压蓄热可打开通往预冷器的第二阀件，热气经冷却凝结水留在凝结水储存槽内，冷却后的气体回收或再导入热煤油锅炉燃烧(可达到节能的效果)；
S6.反应结束后，打开反应槽的泄压阀泄压至无蒸气压时，打开反应槽将内胆取出，将生物炭(固态)取出置冷。
为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型提供的技术方案进行详细说明，本实用新型的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
新鲜玉米杆未经干燥处理其原先灰份8.31，含水84％，热值2877Kcal/kg经本设备处理后，灰份降为7.45；含水42％；热值5864kcal/kg，有此得知水分减少50％，热值增加近一倍。
实施例2
太空包废弃物经反应条件250℃，经本设备处理，30分钟前后检测元素组成比较如下表1。
表1
实施例3
牛粪经本设备处理，反应条件温度250℃，60分钟。
反应前牛粪：含水80％，热值2700Kcal/kg。
反应后：含水42％，热值5500kcal/kg。
含水约减50％，热值约增加一倍。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
