CN101130697B - 内置隔离器的串行流化床生物质气化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

内置隔离器的串行流化床生物质气化装置及方法是一种能将生物质气化和燃烧过程分隔开的内置隔离器的串行流化床生物质气化装置及方法，该装置由循环流化床、旋风分离器、喷动床和返料管串联组成；其方法是用折流板在喷动床下部划隔一个区域，形成内置隔离器，内置隔离器的底部和喷动床保持连通，内置隔离器通过返料管和循环流化床的下部相连通，喷动床的床料为惰性热载体颗粒，采用水蒸汽流化，生物质进行热解气化，惰性热载体颗粒以及生物质热解产生的焦炭颗粒经喷动床内置隔离器进入循环流化床内，焦炭颗粒和空气/氧气进行燃烧，对惰性热载体颗粒进行加热，高温惰性热载体颗粒经旋风分离器分离后返回到喷动床内，为生物质热解气化提供热源。

Description

内置隔离器的串行流化床生物质气化装置及方法
技术领域
本发明为生物质气化的一种装置及方法，尤其是内置隔离器的串行流化床生物质气化装置及方法。
背景技术
生物质挥发分含量高，固定碳低，活化能比较低，如何将生物质转化为高品质能源是生物质能利用的关键。将生物质转化为高品质能源方法主要可分为生化法与热化学法(热解气化)两大类，生化反应速度缓慢，规模化生产困难较大；热化学法在效率、成本和规模化等方面更具优势。
现有的生物质热化学气化反应器采用单一固定床或流化床，以空气为气化剂，生物质在气化反应器内进行部分燃烧和气化，生物质气化所需热量由燃烧过程提供，结果使得燃烧产生的烟气掺混到气化产物中，显著降低生物质气化产物的品质。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种能将生物质气化和燃烧过程分隔开的内置隔离器的串行流化床生物质气化装置及方法，用该方法气化生物质能得到高品质的气化产物，且设备结构简单。
技术方案：具体为采用两个不同的反应器-气化反应器和燃烧反应器，将生物质气化和燃烧过程分隔开来，生物质气化过程在喷动床气化反应器内进行，燃烧过程发生在循环流化床燃烧反应器内，两个反应器之间依靠惰性热载体颗粒进行热量传递，气化过程产生的燃料气体和燃烧产生的烟气分离开来，得到高品质的燃料气体。
本发明的内置隔离器的串行流化床生物质气化装置，是由循环流化床、旋风分离器、喷动床和返料管串联组成，生物质和水蒸汽从喷动床底部输送进入喷动床，喷动床内的高温惰性热载体颗粒对生物质和水蒸汽进行加热，生物质发生热解气化反应，产生氢气、一氧化碳和甲烷等燃料气体，生物质热解产生的焦炭颗粒和惰性热载体颗粒经喷动床的内置隔离器进入循环流化床；循环流化床采用空气/氧气流化，生物质焦炭和空气/氧气进行燃烧，同时对热载体颗粒进行加热，加热后的高温热载体颗粒经旋风分离器分离后返回到喷动床，为生物质热解气化提供热源。
其具体的结构为：由循环流化床、旋风分离器、喷动床和返料管串联组成，其特征在于循环流化床上部与旋风分离器的上部相连通，旋风分离器下部的料腿插入喷动床中，在喷动床中与返料管的接口上部设有一个折流板，折流板在喷动床下部划隔一个区域，形成内置隔离器，内置隔离器的底部和喷动床保持连通，内置隔离器通过返料管和循环流化床的下部相连通，循环流化床的底部设有空气/氧气进气口，喷动床底部为生物质和水蒸汽进口，旋风分离器的顶部为燃烧烟气出气口，喷动床的上部为气化气体出气口，循环流化床和喷动床中床料为惰性热载体颗粒。
本发明的内置隔离器的串行流化床生物质气化方法为：将生物质和水蒸汽加入喷动床内，生物质和水蒸汽、高温热载体颗粒剧烈混合，发生强烈的热量和质量交换，使得刚进入床内的生物质瞬间加热到床内温度(550～900℃)，生物质中纤维素主要产生挥发性物质，生物质中木质素主要分解为焦炭颗粒，焦炭颗粒进一步与水蒸汽发生水煤气反应，剩余的焦炭颗粒和热载体颗粒从喷动床的内置隔离器经过返料管进入循环流化床，生物质气化气体产物从喷动床上部排出；进入到循环流化床内的焦炭颗粒和空气/氧气进行燃烧反应，焦炭燃烧产生的热量对热载体颗粒进行加热，高温热载体经旋风分离器分离后返回到喷动床内，为生物质热解气化提供热源；在整个生物质气化反应过程中，循环流化床处于850～1100℃高温状态，喷动床处于550～900℃的中温状态，循环流化床和喷动床之间依靠惰性热载体颗粒进行热量传递。
所述的内置隔离器的串行流化床气化方法是在该气化装置中采用双重颗粒密封的方法，阻止循环流化床内的燃烧烟气窜混到喷动床内，即利用喷动床的内置隔离器和旋风分离器的料腿进行颗粒密封。
喷动床内置隔离器的另一个功能是显著增加该气化装置中喷动床的物料高度，使得生物质在喷动床内停留时间延长，促使生物质在喷动床内充分热解气化，降低生物质气化产物中焦油含量。
所述的惰性热载体为砂子、灰渣等惰性固体颗粒。
有益效果：常规的流化床生物质气化，以砂子、灰渣为床料，空气(氧气)、水蒸汽或氧气和水蒸汽的混合气体为流化气体，生物质在流化床内进行部分燃烧和气化，生物质气化所需热量由燃烧过程提供，结果使得燃烧产生的气体产物掺混到气化产物中，使得生物质气化产物品质低下。
本发明为生物质气化的一种方法，具体为生物质热解气化反应器采用喷动床，焦炭燃烧反应器采循环流化床，将生物质热解气化和焦炭的燃烧过程分隔开来，两床之间依靠惰性热载体进行热量传递；将生物质和水蒸汽加入喷动床内，生物质和水蒸汽、高温热载体颗粒剧烈混合，发生强烈的热量和质量交换，使得刚进入床内的生物质瞬间加热到床内温度(550～900℃)，生物质中纤维素主要产生挥发性物质，生物质中木质素主要分解为焦炭颗粒，焦炭颗粒进一步与水蒸汽发生水煤气反应，剩余的焦炭颗粒和热载体颗粒从喷动床内置隔离器经过返料管进入循环流化床，生物质气化气体产物从喷动床上部排出；循环流化床内焦炭颗粒和空气/氧气进行燃烧反应，焦炭燃烧产生的热量对热载体颗粒进行加热，高温热载体经旋风分离器分离后返回到喷动床内，为生物质热解气化提供热源；喷动床的内置隔离器阻止循环流化床的燃烧烟气窜混到喷动床内，将焦炭的燃烧过程和生物质热解气化分隔开来；喷动床内置隔离器的另一个功能是显著增加该气化装置中喷动床的物料高度，使得生物质在喷动床内停留时间延长，促使生物质在喷动床内充分热解气化，降低生物质气化产物中焦油含量。在整个生物质气化反应过程中，循环流化床处于850～1100℃高温状态，喷动床处于550～900℃的中温状态，循环流化床和喷动床之间依靠惰性热载体颗粒进行热量传递，其装置及方法有着广泛的社会效益和工业应用前景。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图。其中有循环流化床1，惰性热载体颗粒11，旋风分离器2，旋风分离器的料腿21，喷动床3，喷动床的折流板31，喷动床的内置隔离器32，返料管4，空气/氧气进气口A，生物质和水蒸汽进口B，烟气出气口C，燃料气体出气口D。
具体实施方式
本发明的内置隔离器的串行流化床生物质气化装置，是由循环流化床1、旋风分离器2、喷动床3以及返料管4串联组成。
循环流化床1的上部与旋风分离器2的上部相连通，旋风分离器2下部的料腿21插入喷动床3中，用折流板31在喷动床3下部划隔一个区域，形成内置隔离器32，内置隔离器32的底部和喷动床3保持连通，内置隔离器32通过返料管4和循环流化床1的下部相连通，循环流化床1的底部是空气/氧气进气口A，喷动床3底部为水蒸汽和生物质进口B，旋风分离器2的顶部为焦炭燃烧的烟气出气口C，喷动床1的上部为生物质气化产物气体出气口D，循环流化床1和喷动床3中床料为惰性热载体颗粒11。
在喷动床3内将生物质与水蒸汽进行热解气化反应，生物质中纤维素主要产生挥发性物质，生物质中木质素主要分解为焦炭颗粒，焦炭颗粒进一步与水蒸汽发生水煤气反应，剩余的焦炭颗粒和热载体颗粒从喷动床3的内置隔离器32经返料管4进入循环流化床1，生物质气化气体产物从喷动床1上部的出气口D排出；循环流化床1内焦炭颗粒和空气/氧气进行燃烧反应，燃烧产生的烟气从旋风分离器2的烟气出气口C排出，焦炭燃烧产生的热量对热载体颗粒11进行加热，加热后的高温热载体颗粒11经旋风分离器2分离后返回到喷动床3内，为生物质热解气化提供热源；喷动床3的内置隔离器32将循环流化床1内燃烧气体产物和喷动床3内生物质气化产物气体分隔开来；喷动床3的内置隔离器32的另一个功能是显著增加该气化装置中喷动床3的物料高度，使得生物质在喷动床3内停留时间延长，促使生物质在喷动床3内充分热解气化，降低生物质气化产物中焦油含量。
在整个生物质气化反应过程中，循环流化床1处于850～1100℃高温状态，喷动床3处于550～900℃的中温状态；循环流化床1和喷动床3之间依靠惰性热载体颗粒11进行热量传递，将生物质热解气化与焦炭的燃烧过程分隔开来。
所述的惰性热载体11为砂子、灰渣等惰性固体颗粒。

Claims (2)

1.一种内置隔离器的串行流化床生物质气化装置，由循环流化床(1)、旋风分离器(2)、喷动床(3)和返料管(4)串联组成，其特征在于循环流化床(1)上部与旋风分离器(2)的上部相连通，旋风分离器(2)下部的料腿(21)插入喷动床(3)中，在喷动床(3)中与返料管(4)的接口上部设有一个折流板(31)，折流板(31)在喷动床(3)下部划隔一个区域，形成内置隔离器(32)，内置隔离器(32)的底部和喷动床(3)保持连通，内置隔离器(32)通过返料管(4)和循环流化床(1)的下部相连通，循环流化床(1)的底部设有空气/氧气进气口(A)，喷动床(3)底部为生物质和水蒸汽进口(B)，旋风分离器(2)的顶部为燃烧烟气出气口(C)，喷动床(3)的上部为气化气体出气口(D)，循环流化床(1)和喷动床(3)中床料为惰性热载体颗粒(11)。
2.一种如权利要求1所述的内置隔离器的串行流化床生物质气化装置的气化方法，其特征在于生物质气化的方法为：
a.热解气化反应：将生物质和水蒸汽从喷动床(3)底部进口(B)输送进入喷动床(3)，循环流化床(1)内的高温惰性热载体颗粒(11)经旋风分离器(2)分离后进入喷动床(3)，喷动床(3)内的高温惰性热载体颗粒(11)对生物质和水蒸汽进行加热，生物质发生热解气化反应，生物质中纤维素主要产生挥发性物质，产生氢气、一氧化碳和甲烷燃料气体，生物质中木质素主要分解为焦炭颗粒，焦炭颗粒进一步与水蒸汽发生水煤气反应，剩余的焦炭颗粒和惰性热载体颗粒(11)从喷动床(3)的内置隔离器(32)经过返料管(4)进入循环流化床(1)，生物质气化气体产物从喷动床上部出气口(D)排出，所述的惰性热载体颗粒(11)为砂子、灰渣的惰性固体颗粒；
b.燃烧反应：循环流化床(1)采用空气/氧气流化，从喷动床(3)进入到循环流化床(1)内的生物质焦炭颗粒和空气/氧气进行燃烧反应，燃烧反应产生的热量对惰性热载体颗粒(11)进行加热，加热后的高温惰性热载体颗粒(11)经旋风分离器(2)分离后返回到喷动床(3)内，为生物质热解气化提供热源，循环流化床(1)处于850～1100℃高温状态，喷动床(3)处于550～900℃中温状态，采用双重颗粒密封的方法，即利用内置隔离器(32)和料腿(21)的颗粒物料进行密封，阻止循环流化床(1)内的燃烧烟气窜混到喷动床(3)内气化产物中。
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