CN101029249A

CN101029249A - 生物质焦油催化裂解装置

Info

Publication number: CN101029249A
Application number: CN 200710020623
Authority: CN
Inventors: 陈天虎; 朱承柱; 彭书传; 何宏平
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology; Hefei Polytechnic University
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: CN100564485C

Abstract

生物质焦油催化裂解装置，其特征是采用底部承接着锥状炉底的圆筒状炉体，圆筒状炉体的侧壁设置为夹套结构，夹套自内向外依次为耐高温炉壁、燃气通道、催化剂床层、保温层和炉体外壁；燃气自炉内引出的气流通道为：以位于圆筒状炉体底部、顺着锥状炉底的斜面引向燃气通道底口的整流板为入口，燃气通道顶部出口通过顶部滤网通向催化剂床层，燃气输出口位于催化剂床层的底部，炉外连接在燃气输出口上输气管道通过引风机接至储气柜。本发明使催化剂床层始终保持较高的温度，裂解后的高温燃气直接进入催化剂床层，焦油催化裂解效率高，有效避免了燃气输送管道系统的焦油粘附堵塞。

Description

生物质焦油催化裂解装置

技术领域

本发明涉及生物质焦油催化裂解装置。

背景技术

生物质是一种可再生能源，储量丰富，作为替代能源利用，可实现CO₂零排放，且其中S、N含量低，大大减轻温室效应和环境污染。

针对生物质气化形成的燃气中含有较多焦油的问题，目前的解决方法有两种：一是水洗处理，将燃气中的焦油转移到水溶液中去，这种方法虽然简单，燃气净化效率也较高，但是会产生大量含焦油废水，该类废水处理难度大、成本高，造成二次污染，而且会影响气化系统的高效运转，最终导致燃气成本较高，不利于生物质能源的利用和推广；二是催化裂解，在催化剂的作用下，将焦油裂解为低分子燃气，不仅解决了焦油的危害问题，而且可以提高燃气热值，不产生二次污染。

焦油的催化裂解，处理成本低、无二次污染、可提高生物质气化率和燃气热值，成为解决燃气中存在焦油问题的首选方法。但目前的焦油催化裂解技术仍存在焦油裂解率低、裂解装置复杂、裂解系统本身易粘附焦油等不足，实际使用效果较差。焦油的催化裂解效率与温度有关，温度越高，裂解效率越高，而目前的催化裂解方式要么是燃气通过冷的催化剂床层，催化裂解效率低，要么是通过外加热来提高催化剂床层的温度，能耗增加。如中国专利授权公开号CN1667086A，授权公开日为2005年9月14日，名称为“生物质气化炉净化系统”，公开了“一种生物质气化炉净化系统，其技术方案的要点是：生物质气化炉净化系统由催化器、催化剂、迷宫式储气柜、吸附过滤器、吸附过滤剂、废焦油和废水的收集池组成。”该发明虽有较好的燃气净化效果，但由于催化剂是冷的，对焦油的催化裂解效率极低，后续迷宫式储气柜和吸附过滤器也是利用焦油冷凝后的粘稠特性，将燃气中的焦油截留，达到燃气净化的目的。因此，此净化系统没有真正将焦油催化裂解为可燃性气体，所以不能提高燃气热值；冷凝的焦油很快就会堵塞净化系统的管路和催化、吸附床层，系统不能长时间运转；净化过程将产生含焦油废水，处理困难，易造成二次污染。又如中国专利授权公开号CN1664066A，授权公开日为2005年9月7日，名称为“复合式生物质气化炉及热裂解装置”，公开了“一种复合式生物质气化炉及热裂解装置，其技术方案的要点是：由二座生物质气化炉、四套U型催化器、催化剂、一台鼓风机和风量调节器组成。”该发明虽然提高了催化剂床层的温度，提高了焦油裂解率，但大量冷气通过催化剂床层，影响了焦油的催化裂解效果；含焦油的燃气通过鼓风机，会产生焦油冷凝附着，影响鼓风机正常运转；冷空气直接进入气化炉，使燃烧区温度不高，热解气没经高温裂解，焦油产率较高；装置较复杂，实用性较差。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种生物质焦油催化裂解装置，通过对焦油进行高效的催化裂解，进一步提高生物质气化率和燃气热值，避免二次污染。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明生物质焦油催化裂解装置的结构特点是采用底部承接着锥状炉底的圆筒状炉体，圆筒状炉体的侧壁设置为夹套结构，夹套自内向外依次为耐高温炉壁、燃气通道、催化剂床层、保温层和炉体外壁；燃气自炉内引出的气流通道为：以位于圆筒状炉体底部、顺着锥状炉底的斜面引向燃气通道底口的整流板为入口，燃气通道的顶部出口通过顶部滤网通向其外围的催化剂床层，燃气输出口位于催化剂床层的底部，炉外连接在燃气输出口上输气管道通过引风机接至储气柜。

本发明的结构特点也在于：设置内燃加热式炉体，包括在其圆筒状炉体的内部，设置蛇形内燃管道，蛇形内燃管道的入口位于圆筒状炉体的下部，其出口自圆筒状炉体的顶部引伸至炉体的外部，点火器位于内燃管道的入口位置；在圆筒状炉体的上方，设置螺旋进料机构，螺旋进料口位于圆筒状炉体的顶部偏心位置上，在圆筒状炉体的中轴位置上，设置带有搅拌叶片的搅拌轴，在圆筒状炉体的内侧壁上，沿其侧壁的圆周面设置多层挡板；助燃空气入口设置在圆筒状炉体的顶部，炉体中的燃气出口位于圆筒状炉体的下方。

本发明的结构特点还在于在输气管道上设置燃气回流支路，以燃气回流支路为蛇形内燃管道的供气管。

在锥状炉底内设置雾化器，排渣口位于锥底口，在排渣口上设置螺旋出渣机构。

在燃气输出口位置处的输气管道上设置热交换器，雾化器是与来自热交换器中的输水管相通。

在催化剂床层的顶部和底部分别设置催化剂顶部入口和催化剂底部出口。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过将炉体侧壁设置为夹套结构，将催化剂床层紧贴于耐高温炉壁，使催化剂床层始终保持较高的温度，裂解后的高温燃气直接进入催化剂床层，保证了很高的焦油催化裂解效率，确保焦油裂解为可燃气体，有效避免了燃气输送管道系统的焦油粘附堵塞；

2、本发明针对炉体采用内燃加热，并将燃烧管的出风口引出在炉体外部，这一结构形式在提高炉膛温度和生物质热解效率的同时，有效避免了燃烧后的空气中的氮气混入炉内，大大提高了生物质气化率和燃气热值；

3、本发明炉体内燃加热的方式可保持较高的炉膛温度，从而提高生物质气化效率，大大降低焦油产率、燃气净化难度和净化成本；

4、本发明炉体内挡板和搅拌机的设置，使生物质原料在炉膛内分布均匀，增加生物质气化时间和气化效率；

5、本发明炉体采用螺旋进出料系统，运转方便、稳定，可以连续运行；

6、本发明炉膛内所需助燃空气自上端引入，不影响炉膛中下部保持高温，同样起到降低焦油产率，提高生物质气化率和燃气热值的效果；

7、本发明通过在炉膛底部高温区采用雾化增湿，使水汽与高温残碳发生水煤气反应，产生可燃气，可有效提高资源利用率，降低灰渣产量和处理难度，节约运行成本；

8、本发明在内燃管道中的燃烧是以回流的炉内高温燃气为燃料，利于炉内温度的提高及降低能耗；

9、本发明利用高温燃气预热炉内增湿用水，节约能源，减少对炉膛温度的影响；

10、本发明可以使生物质的热解气化和燃气净化在一座炉内完成，操作和维护管理简便、生产和运行成本低、气化率和焦油裂解率高；

11、本发明装置结构紧凑，圆筒形结构降低了对材料强度的要求，在选择加工材料上更加灵活。

附图说明

图1为本发明内部结构示意图。

图2为本发明俯视结构示意图。

图中标号：1炉体、2内燃管道、3点火器、4螺旋进料机构、5搅拌叶片、6搅拌轴、7挡板、8空气流量计、9燃气出口、10锥状炉底、11雾化器、12排渣口、13耐高温炉壁、14燃气通道、15催化剂床层、16保温层、17整流板、18输气管道、19引风机、20燃气回流支路、21热交换器、22催化剂顶部入口、23催化剂底部出口、24螺旋出渣机构、25排气风机、26进料斗、27风量调节阀、28燃气量调节阀、29空气调节阀、30空气流量计、31滤网。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步描述。

具体实施方式

本实施例中，设置生物质的气化和焦油裂解一体化完成。如图1和图2所示，采用圆筒状炉体1，在圆筒状炉体1的内部，设置蛇形内燃管道2，蛇形内燃管道2的入口位于圆筒状炉体1的下部，其出口自圆筒状炉体1的顶部引伸至炉体的外部，点火器3位于内燃管道2的入口位置；

在圆筒状炉体1的上方，设置螺旋进料机构4，螺旋进料口位于圆筒状炉体1的顶部偏心位置上，在圆筒状炉体1的中轴位置上，设置带有搅拌叶片5的搅拌轴6，在圆筒状炉体1的内侧壁上，沿其侧壁的圆周面设置多层挡板7；

助燃空气入口设置在圆筒状炉体1的顶部，炉体中的燃气出口9位于圆筒状炉体1的下方。

在圆筒状炉体1的底部承接有锥状炉底10，在锥状炉底10内设置雾化器11，排渣口12位于锥底口，在排渣口12上设置螺旋出渣机构24。

将圆筒状炉体1的侧壁设置为夹套结构，夹套自内向外依次为耐高温炉壁13、燃气通道14、催化剂床层15、保温层16和炉体外壁；燃气自炉内引出的气流通道为：以位于圆筒状炉体底部、顺着锥状炉底的斜面引向燃气通道14底口的整流板17为入口，燃气通道14的顶部出口通过顶部滤网31通向其外围的催化剂床层15，燃气输出口位于催化剂床层15的底部，炉外连接在燃气输出口上输气管道18通过引风机19接至储气柜。

具体的实施还包括：

在输气管道18上设置燃气回流支路20，以燃气回流支路20为蛇形内燃管道2的供气管，高温燃气的供给有利于提高炉内温度，并降低能耗。

在燃气输出口位置处的输气管道18上设置热交换器21，雾化器11是与来自热交换器21中的输水管相通，雾化器中的水在通过热交换器21时，与高温燃气进行热交换，得到温升，有利于保持炉内温度、提高气化效果。

为了便于催化剂的定期更换，在催化剂床层15的顶部和底部分别设置催化剂顶部入口22和催化剂底部出口23。

本实施例可以实现生物质热解气化和燃气净化的一体化完成，设备结构简单、加工制作成本低廉、运行操作和管理维护简便。内燃式加热大大降低了燃气中的含氮量，燃气热值比现有设备提高2～3倍；可以维持很高的炉膛温度，降低焦油产率、提高生物质气化率。燃气净化过程始终在高温条件下进行，焦油催化裂解率高、净化效果好；采用雾化增湿技术，利用水煤气反应提高气化率、降低残碳量。适用于各种生物质原料，生产高热值燃气，可供村镇、家庭、种养殖场、宾馆、浴室、机关和厂矿企业等使用。

工作过程中，生物质原料由进料斗26经螺旋进料机构4均匀送入炉膛，在物料挡板7和搅拌叶片5的作用下，物料缓慢通过炉膛；助燃空气经风量调节阀27和空气流量计8从位于炉体顶部的助燃空气入口引入；裂解后燃气经整流板17分离灰渣后进入燃气通道14，再由顶部滤网31进入催化剂床层15，由于燃气的温度很高，所以不会在整流板17、燃起通道14和顶部滤网31中形成粘附，最后，在引风机19的抽吸下，燃气在催化剂床层15中顺势下，经过催化裂解后在催化剂床层15的底部引出，并送入储气柜。由于催化剂床层15和燃气的温度均很高，燃气中的焦油经催化裂解转化为可燃气的效率得到大大提高。

部分高温燃气在燃气回流支路20中经燃气量调节阀28回流进入蛇形内燃管道2中，管内助燃空气自空气调节阀29和空气流量计30引入，通过点火器3点火燃烧，燃烧后的高温气体流经内燃管道2，废气由排气风机25引风排出炉体。这种内燃加热的方式使炉膛内维持很高的温度，大大降低了焦油产率，提高了生物质气化率，并且有效避免了大量氮气混入燃气中，极大地提高了燃气热值。

由雾化器11产生高温水汽，生物质气化后的含碳残渣在炉膛高温区与雾化水汽发生水煤气反应，进一步产生可燃气，提高了生物质气化率，降低了灰渣量和灰渣处置成本，少量灰渣由螺旋出渣机构24排出。

具体实施中，催化剂可以采用白云石颗粒、凹凸棒石粘土催化剂、载镍活性氧化铝Ni-Al2O3等市售脱焦油催化剂。

Claims

1、生物质焦油催化裂解装置，其特征是采用底部承接着锥状炉底(10)的圆筒状炉体(1)，所述圆筒状炉体(1)的侧壁设置为夹套结构，所述夹套自内向外依次为耐高温炉壁(13)、燃气通道(14)、催化剂床层(15)、保温层(16)和炉体外壁；燃气自炉内引出的气流通道为：以位于圆筒状炉体底部、顺着锥状炉底的斜面引向燃气通道(14)底口的整流板(17)为入口，燃气通道(14)的顶部出口通过顶部滤网(31)通向其外围的催化剂床层(15)，燃气输出口位于催化剂床层(15)的底部，炉外连接在燃气输出口上输气管道(18)通过引风机(19)接至储气柜。

2、根据权利要求1所述的生物质焦油催化裂解装置，其特征是设置内燃加热式炉体，包括：

在其圆筒状炉体(1)的内部，设置蛇形内燃管道(2)，所述蛇形内燃管道(2)的入口位于圆筒状炉体(1)的下部，其出口自圆筒状炉体(1)的顶部引伸至炉体的外部，点火器(3)位于内燃管道(2)的入口位置；

在所述圆筒状炉体(1)的上方，设置螺旋进料机构(4)，螺旋进料口位于圆筒状炉体(1)的顶部偏心位置上，在所述圆筒状炉体(1)的中轴位置上，设置带有搅拌叶片(5)的搅拌轴(6)，在圆筒状炉体(1)的内侧壁上，沿其侧壁的圆周面设置多层挡板(7)；

助燃空气入口设置在圆筒状炉体(1)的顶部，炉体中的燃气出口(9)位于圆筒状炉体(1)的下方。

3、根据权利要求2所述的生物质焦油催化裂解装置，其特征是在所述输气管道(18)上设置燃气回流支路(20)，以所述燃气回流支路(20)为蛇形内燃管道(2)的供气管。

4、根据权利要求2所述的生物质焦油催化裂解装置，其特征是在所述锥状炉底(10)内设置雾化器(11)，排渣口(12)位于锥底口，在所述排渣口(12)上设置螺旋出渣机构(24)。

5、根据权利要求4所述的生物质焦油催化裂解装置，其特征是在所述燃气输出口位置处的输气管道(18)上设置热交换器(21)，所述雾化器(11)是与来自热交换器(21)中的输水管相通。

6、根据权利要求1所述的生物质焦油催化裂解装置，其特征是在所述催化剂床层(15)的顶部和底部分别设置催化剂顶部入口(22)和催化剂底部出口(23)。