CN101191060A - 一种由固体生物质制备合成气的方法和设备 - Google Patents

一种由固体生物质制备合成气的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种由固体生物质制备合成气的方法，是致密的生物质压块在固定床式压力气化炉内于1350～1450℃、压力0.2～1.6MPa下缺氧热解气化，熔融的灰渣遇水骤冷生成水蒸气进入气化炉内发生氢气得到含CO2、CO和H2的粗合成气，经精制后得到含CO和H2的合成气用于合成生物燃料。固定床式压力气化炉包括带有隔热保温层(2)的腔体(1)以及其上的加料装置和其下的排渣装置，在腔体(1)内制备粗合成气，本气化炉制备的燃气热值高，可作燃料直接使用，精制后也可作合成气制备生物燃料。由于加料和排渣装置中采取了多级密封措施，确保气化环境稳定性和操作连续性。

Description

一种由固体生物质制备合成气的方法和设备
一、技术领域
本发明涉及一种生物质能源的转化方法和装置，确切地说是一种由固体生物质制备合成气的方法和设备。
二、背景技术
农作物秸秆、林业废弃物和城镇生活垃圾中可燃部分等属生物质能，称固体生物质，简称生物质。目前对生物质能源的利用主要通过缺氧或无氧条件下的热解气化，生成以CO为主要成分的可燃气体。为避免气化炉结渣、挂渣，必须控制气化温度，通常只能得到低热值的可燃气体，且焦油含量高，易堵塞管道，灰渣中碳含量高，能源转化率仅70％左右。
乙醇、丙醇、丁醇等低碳醇也可以作为燃料，若由粮食、生物质制备的统称生物燃料。如巴西用甘蔗制备生物燃料乙醇，使本国90％以上的小汽车都使用乙醇燃料。但倘用粮食生产生物燃料，联合国粮食组织认为这是反人类罪。
生物燃料也可以人工合成，有文献报导，合成气(含一定比例的CO、H2)在铁基或钴基催化剂作用下合成得到乙醇、丙醇等混合醇，经分馏即可得到乙醇或丙醇等。
三、发明内容
本发明旨在利用固体生物质为原料制备合成气以满足合成生物燃料的需要。所要解决的技术问题是同时发生氢气。
本发明的技术方案包括固体生物质的压块、热解气化和发生氢气以及精制，固体生物质压块就是将固体生物质原料干燥、粉碎后压制成密度1.1～1.3g/cm3的块状，压制有利于提高热解温度、提高气化效率。热解气化和发生氢气是在固定床式压力气化炉中完成的，所述的热解气化是上述生物质压块在有限供氧条件下于1350～1450℃和压力0.2～1.6MPa下热解气化，亦即缺氧热解气化，有利于生成CO。所谓有限供氧，即所提供的氧气不足以使生物质中的碳完全燃烧，理论上碳与氧生成CO2是等摩尔的，若生成CO，则供氧量可减半。使用纯氧旨在避免氮气(N2)组分。若使用富氧空气，则在精制时应尽可能除去氮气。所述的发生氢气是生物质压块在高温氧化时形成熔融的灰渣，灰渣遇水骤冷，生成大量的水蒸气进入气化炉腔体内与碳或/和CO生成氢气和CO，这一过程雷同水蒸气与焦炭发生半水煤气的过程，这时的合成气主要组分有CO、H2、CO2、和烟尘以及少量的CH4，称粗合成气，所述的精制就是使用公知的技术对粗合成气进行净化处理，首先水洗除去粉尘和少量CO2，然后变换使CO2转化成CO，得到主要含CO和H2的合成气，调整两者比例后用于合成生物燃料。
本方法所用的设备主要指固定床式压力气化炉，包括承压气化炉体、加料装置、排渣装置等，承压气化炉体是生物质压块能源转化场所，致密的压块可以提高热解气化的温度，以提高气化效率。
承压气化炉体为带有隔热保温层2的腔体1，其上有进料(生物质压块)装置，其下有排渣装置。
在腔体1内设置有炉排3，炉排3的下方依次设置有混合腔4、激冷室5和灰渣仓6，各仓、室为插板阀7c和7d所隔离和封闭，也就是在激冷室5和灰渣仓6之间有插板阀7c，在灰渣仓6下方有插板阀7d。混合腔4上有助燃剂进口8并由射流阀9所控制，所谓助燃剂是指氧气或者富氧空气。灰渣仓6存贮灰渣，打开插板阀7d便可排渣。水管10可向灰渣仓6和激冷室5内注水，水有冷却灰渣和水封作用，此外，其主要作用是当熔融的灰渣落入激冷室5时，遇水骤冷，会生成大量的水蒸气进入腔体1，在高温条件下反应生成氢气，以提高燃气的品质，同时可冷却炉排3。
在腔体1上还设置有点火孔11和至少两个测温孔12a、12b以及燃气引出管13，作为压力容器，温度表14、压力表15和安全阀16也一并设置。燃气引出管13上并联有由电磁阀18a控制的回流管17连接在射流阀9上，其作用是当开始点火时或出现其他异常时导致燃气质量不稳定，不能送去精制，也不能直接供给用户，在射流阀9的负压作用下使之返回腔体1。
在腔体1顶端依次设置有料仓19、贮仓20和料斗21。料仓19为插板阀7a、7b所封闭，也就是在腔体1与料仓19之间有插板阀7a，在料仓19和贮仓20之间有插板阀7b；在料仓19上设置有由电磁阀18b控制的回流管22连接在射流阀9上，其作用是当打开阀7a向腔体1内加料时回收驰放的燃气。
为保持系统的密封性，在贮仓20和料斗21之间设置有锁气阀23。
为强化加料装置和排渣装置的强度，在料仓19上设置水冷却夹套24a，在混合腔4和激冷室5上设置有串联的水冷却夹套24b。
为方便观察，在混合腔4上设置有观察、检查口25。在灰渣仓6上设置有渣位视孔26。
在进料装置中，可设置皮带送料机27将生物质压块送入料斗21内。
在出料装置中，可设置螺旋出渣机28自动排灰渣。
本气化炉所制备的燃气热值高，不仅可作燃料直接使用，而且精制后可作为合成生物燃料的原料气使用。本压力气化炉由于加料和排渣装置中采用了多级密封措施，不干扰腔体内气化环境，确保工作的稳定性和操作的连续性。通过回流措施，减少了不合格燃气的排放，提高能源利用率。
四、附图说明
图1所示是本实用新型的结构示意图。图中箭头所示为夹套内冷却水流向。
五、具体实施方式
1、结合附图，非限定实施例叙述如下：
用耐高温碳钢加工腔体1，其内铺设复合隔热层、其外包覆保温层，统称隔热保温层2。
在腔体1内设置陶瓷炉排3，在陶瓷炉排3下方依次连接混合腔4、激冷室5和灰渣仓6。在激冷室5与灰渣仓6之间有电动插板阀7c，在灰渣仓6下方通过电动插板阀7d与螺旋出渣机28相连接。在混合腔4和激冷室5上设置有串联的水冷却夹套24b。在混合腔4上有观察口25，在灰渣仓6上有进水孔10和渣位视孔26。
在腔体1上设置有点火孔11、两测温孔12a和12b、燃气引出管13以及温度表14、压力表15和安全阀16。燃气引出管13上并联回流管17、连接在射流阀9上，并由电磁阀18a所控制。
在腔体1顶端依次向上连接料仓19、贮仓20和料斗21。在腔体1与料仓19之间设置有电动插板阀7a，在料仓19和贮仓20之间有电动插板阀7b。在料仓19上设置有水冷却夹套24a，同时设置有回流管22连接在射流阀9上，并由电磁阀18b所控制。在贮仓20和料斗21之间有锁气阀23。由皮带送料机27向料斗21内输送生物质压块。
2、合成气的制备
先在炉排3上铺放引燃物，打开点火孔11，点燃引燃物后关闭。打开插板阀7a加生物质压块。同时打开电磁阀18a和18b以及射流阀9，当关闭插板阀7a时关闭电磁阀18b。由射流阀9引入经增压的氧气或富氧空气，一方面提高腔体1内氧化温度达1400℃，另一方面使封闭的腔体1内形成压力，并控制压力0.2～1.6MPa；在氧化过程中熔融的灰渣落入激冷室5，生成水蒸气进入腔体1，分析燃气的组成，当CO2、CO、H2比例适当时关闭电磁阀18a，将燃气由引出管13送至精制工段进行精制。当激冷室5积满灰渣后打开插板阀7c，让灰渣落入灰渣仓6，关闭插板阀7c，打开插板阀7d便可排渣。

Claims (8)

1.一种由固体生物质制备合成气的方法，包括固体生物质的压块、热解气化和发生氢气以及精制，其特征在于：将固体生物质压制成密度1.1～1.3g/cm3的块状在固定床式压力气化炉内完成热解气化和发生氢气，所述的热解气化是生物质压块在有限供氧条件下于1350～1450℃和压力0.2～1.6MPa下热解气化，所述的发生氢气是熔融的灰渣遇水骤冷生成水蒸气进入气化炉腔体内发生氢气。
2.由权利要求1所述的制备合成气的设备是固定床式压力气化炉，包括承压气化炉体以及加料和排渣装置，其特征在于：承压气化炉体是一带有隔热保温层(2)的腔体(1)，在腔体(1)内设置有炉排(3)，炉排(3)的下方依次设置有混合腔(4)、激冷室(5)和灰渣仓(6)以及电动插板阀(7c)和(7d)；在混合腔(4)上有由射流阀(9)控制的助燃气进口(8)；在灰渣仓(6)上有进水管(10)；在腔体(1)上设置有点火孔(11)和至少两个测温孔(12a)和(12b)以及燃气引出管(13)、温度表(14)、压力表(15)和安全阀(16)；燃气引出管(13)上并联有由电磁阀(18a)控制的回流管(17)连接在射流阀(9)上；在腔体(1)的顶端依次设置有料仓(19)、贮仓(20)和料斗(21)以及电动插板阀(7a)和(7b)；在料仓(19)上设置有由电磁阀(18b)控制的回流管(22)连接在射流阀(9)上。
3.根据权利要求2所述的压力气化炉，其特征在于：在料斗(21)和贮仓(20)之间有锁气阀(23)。
4.根据情况要求2或3所述的1压力气化炉，其特征在于：在料仓(19)上设置有水冷却夹套(24a)、在混合腔(4)和激冷室(5)上设置有串联的水冷却夹套(24b)。
5.根据权利要求4所述的压力气化炉，其特征在于：在混合腔(4)上设置有观察口(25)。
6.根据权利要求2或5所述的压力气化炉，其特征在于：在灰渣仓(6)上有渣位视孔(26)。
7.根据权利要求6所述的压力气化炉，其特征在于：加料装置中有皮带送料机(27)。
8.根据权利要求2或6所述的压力气化炉，其特征在于：排渣装置中有螺旋出渣器(28)。
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Pledgor: Hefei Tianyan Exploitation of Green Energy Sources Co., Ltd.

Registration number: 2012990000513

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Method and device for preparing synthetic gas from solid biomass

Effective date of registration: 20131024

Granted publication date: 20110427

Pledgee: Anhui Anhui Investment & financing Company Limited by Guarantee

Pledgor: Hefei Tianyan Exploitation of Green Energy Sources Co., Ltd.

Registration number: 2013990000774

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20140116

Granted publication date: 20110427

Pledgee: Anhui Anhui Investment & financing Company Limited by Guarantee

Pledgor: Hefei Tianyan Exploitation of Green Energy Sources Co., Ltd.

Registration number: 2013990000774

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: HEFEI TIANYAN BIOMASS ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: TIANYAN GREEN ENERGY DEVELOPMENT CO., LTD., HEFEI

Effective date: 20140129

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 230041 HEFEI, ANHUI PROVINCE TO: 240601 HEFEI, ANHUI PROVINCE

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20140129

Address after: 240601 Anhui city of Hefei Province Economic and Technological Development Zone Cuiwei Road No. 6 building five floor 514 constant sea

Patentee after: Hefei Tianyan Biomass Technology Co. Ltd.

Address before: Luyang District of Hefei City, Anhui province 230041 national forestry science and Technology Park Da Yang Zhen

Patentee before: Hefei Tianyan Exploitation of Green Energy Sources Co., Ltd.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20110427

Termination date: 20151123