CN101717668B - 生物质流化床气化炉焦油净化的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质流化床气化炉焦油净化的方法与装置，由流化床气化炉体、炉内裂解室、旋风分离器、焦油净化器、水夹套、焦油收集管等组成。气化炉内反应生成的燃料气先流入炉内悬浮段上方的裂解室，夹带部分焦油发生催化裂解反应；随后燃气从炉顶部出口经旋风分离器后再进入焦油净化器，净化器外壁为圆柱形水夹套，内部中心有垂直输气管和相连的水平输气管。燃气流过净化器内环形空间和下部分离室时，夹带的焦油滴被分离后流入一设有U型液封段的回收管，由其收集送回气化炉内裂解。本发明满足中小型生物质流化床气化炉燃气焦油的净化要求，无二次污染、能提高气化炉产气效率和燃气热值，装置结构简单、系统流动阻力小、易于实施。

Description

生物质流化床气化炉焦油净化的装置

所属技术领域

本发明涉及气化炉，具体涉及一种生物质流化床气化炉焦油净化的方法与装置，属于可再生能源利用的生物质气化技术领域。

背景技术

生物质作为可再生能源拥有巨大储量，生物质气化是生物质能源利用的主要技术途径。焦油是生物质气化过程中不可避免的副产品，气化炉产出的粗燃气中除含有焦油外，还常夹带灰分、微小炭颗粒、水分等固体和液体杂质。由于杂质的多样性和复杂性，增加了生物质燃气净化的技术难度，也是当前生物质气化技术的推广应用受到限制的重要原因。

目前生物质气化炉焦油净化方法与炉型有关。中国专利授权公告号CN200410013943，授权公告日为2005年12月7日，名称为“一种生物质与煤混合流化床气化方法及其装置”，公开了“一种无焦油产生，且工艺简单，能生产高热值煤气的生物质和煤混合的气化方法及其装置”，其特征在于“生物质产生的热解煤气和焦炭层生成的水煤气混合成高热值煤气，经带蒸发器的惯性分离器，蒸汽过热器，旋风分离器降温除尘后经煤气换向阀进入煤气净化系统，经洗涤塔洗涤后进入气柜供用户使用。”

上述专利利用水洗燃气使之快速降温从而实现使焦油冷凝、并与灰分一起从燃气中分离的目的，但不足之处是洗涤法易造成二次污染，且排出的焦油不能得到有效利用。

中国专利授权公共号CN 1098910，受权公共日为2003年1月15日，名称为“热裂解除焦生物质气化炉”，该发明“特征在于炉排下方设有设置有一个燃气气流迂回流道。也能够在炉底上增设裂解催化床，本发明强迫燃气在流道中缓行，延长了燃气在高温环境中的停留时间，使燃气中的部分焦油被裂解。在设置催化床的情形下，其裂解反应更为充分，进一步提高了焦油裂解率、气化效率和燃气热值”。

上述专利的不足之处是“在燃气气流迂回流道”中进行焦油的热裂解，要求温度达1100℃以上才能得到较高转化率，显然该处温度不够；“炉底增设催化裂解床”，燃气流过裂解床的催化裂解反应，此处在气化炉炉体的最下部，因温度较低也不利于提高焦油的裂解率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种适合流化床气化炉燃气中焦油的净化，能将气化炉的炉内催化裂解与炉外净化方法有机结合的除焦油方法及其装置。

本发明的目的是这样实现的：一种生物质流化床气化炉焦油净化的装置，其特征在于由流化床气化炉体7、炉内裂解室12、旋风分离器15、焦油净化器18、水夹套22、焦油回收管25、垂直输气管21和水平输气管20组成，流化床气化炉体顶部有气化炉出口管14，所述气化炉出口管连接一旋风分离器15，所述旋风分离器的上部有分离器出口管16，所述分离器出口管又与一圆柱形的焦油净化器18连接，所述焦油净化器外壁是一圆环形的水夹套22，内部中心安装有垂直输气管21，垂直输气管上方出口连接有水平输气管20，水平输气管出口穿过净化器圆形外壁，净化器中部的圆环形水夹套与内部的垂直输气管之间组成燃气通过的环形空间；所述焦油净化器底部为一大角度圆锥形底壁，焦油净化器底部中心出口连接有焦油回收管25，所述焦油回收管设有U型液封段26，所述焦油回收管出口与流化床气化炉锥形段上方的悬浮段内相连；所述流化床气化炉的外壁、位于炉内裂解室的高度方向上设有密封盖，密封盖的只数不少于2个，并相对配置；所述炉内裂解室位于气化炉悬浮段的上方、气化炉的顶部；所述炉内裂解室有网状支撑垫9，其上方有保持网13，所述的网状支撑垫和保护网之间放有催化剂11，催化剂在裂解室的自然堆积高度控制在裂解室高度50％左右；网状支撑垫上布置有多个梯形凸起，每个梯形凸起的左梯形边33和右梯形边34对称于梯形中心线，且梯形边坡度取3∶1。

生物质原料从料斗5加入，经螺旋输送机4从流化床气化炉体7的锥形段6的下方加入炉内；气化剂采用空气和水蒸气，从气化剂进口管30鼓入，经风室31和气体布风板32进入炉内，使炉内生物质处于沸腾流化状态。生物质在炉膛8内与气化剂发生氧化和还原反应，反应后生成的生物质燃料气随后进入炉内裂解室12，炉内裂解室位于气化炉悬浮段的上方，气化炉的顶部；炉内裂解室有网状支撑垫9，其上方有保护网13，网状支撑垫和保护网之间放有粒径约4～8mm的催化剂11，催化剂可采用白云石。

由于炉内高达850～950℃的高温和催化剂的作用，为燃气通过炉内裂解室时夹带焦油的裂解创造了良好条件；在炉内裂解室充分反应后的燃气从气化炉顶部汇集后经气化炉出口管14进入旋风分离器15，将燃气中夹带的生物质残余物分离出来由旋风分离器下部排出再次送入气化炉内反应，部分灰分从旋风排尘管27排出。除尘后的燃料气从旋风分离器出口管16流入一个圆柱形的焦油净化器18。焦油净化器外壁是一个圆环形的水夹套22，内部中心安装有垂直输气管21，垂直输气管上方出口连接有水平输气管20，水平输气管出口穿过净化器圆形外壁。在净化器中部，圆环形水夹套22与其内部的垂直输气管21之间组成的环形空间19，构成燃气的流动空间，含有少量未裂解气态焦油的燃气先由上向下流过该环形空间，流动过程中通过壁面与水夹套中的水进行热量交换。水夹套的高度应与水在夹套内气化需要的换热面积相对应。伴随燃气温度的下降，其中夹带的气态焦油逐渐冷凝为液态；给水17进入水夹套后吸收热量升温并气化，从水夹套上部出口引出的水蒸气经管道至水蒸气进口28，与空气进口29鼓入的空气混合作为气化炉用的气化剂。

流过净化器环形空间并降温的燃气，随后流入焦油净化器下部的分离室23，由于流通面积增大和气流速度降低，同时流动方向的急剧变化(转过180°后向上流动)，燃气中夹带的焦油滴和冷凝水因比重大而与气体分离。净化器底部为一大角度的圆锥形底壁24，燃气中分离出的焦油和凝结水顺着净化器圆锥形底壁24向净化器底部中心流动，聚集到与净化器底部中心相连的焦油回收管25，由回收管收集。回收管设有U型液封段26，其出口与流化床气化炉锥形段上方的悬浮段内相连，使收集的焦油滴可经回收管流入炉内高温区进行裂解。

流化床气化炉气化生成的燃气先通过炉内设置的裂解室，在其中催化剂的作用下发生高温裂解反应实现焦油的分离，再通过气化炉外设置的焦油净化器分离出焦油液滴，净化后的燃气向上流经垂直输气管21和水平输气管20，经出气口流向储气柜。

本发明与现有技术相比具有以下特点：

1.充分利用流化床气化炉悬浮段床内燃气温度高达850～950℃，具备焦油催化裂解的有利条件，设置炉内裂解室使燃气中夹带的焦油裂解；设计的网状支撑垫结构可增加燃气通过炉内裂解室的停留时间，提高焦油的分解率。

2.通过气化炉外设置的焦油净化器使给水与燃气进行热量交换，既为气化炉提供自产水蒸气作为气化剂，又使燃气经冷凝降温并分离出焦油液滴，然后导入气化炉内高温区进行裂解，提高了气化系统的热效率。

3.所述焦油净化方法不会造成如洗涤法除焦油所带来的二次污染问题，特别适合中小型生物质流化床气化炉对燃气焦油进行净化的要求，具有装置结构简单、系统流动阻力小、易于实施的特点。

4.生物质可燃气焦油裂解率达到95％以上，燃气热值可提高20％左右。

附图说明

图1为本发明生物质流化床气化炉及焦油净化装置的结构示意图。

图2为本发明网状支撑垫9的结构图。

图中各标号表示：

1支脚 2灰渣管阀门 3灰渣管 4螺旋输送机 5料斗 6锥形段 7流化床气化炉体 8炉膛 9网状支撑垫 10密封盖11催化剂 12炉内裂解室 13保护网 14气化炉出口管 15旋风分离器 16分离器出口管 17给水 18焦油净化器 19环形空间20水平输气管 21垂直输气管 22水夹套 23分离室 24圆锥形底壁 25焦油回收管 26U型液封段 27旋风排尘管 28水蒸气进口 29空气进口 30气化剂进口管 31风室 32布风板 33左梯形边 34右梯形边

具体实施方式

在图1和图2中，生物质原料从料斗5加入，经螺旋输送机4从流化床气化炉体7的锥形段6的下方加入炉内；空气和水蒸气从气化剂进口管30鼓入，经风室31和气体布风板32入炉，使炉内生物质处于沸腾流化状态。生物质在炉膛8内与气化剂反应生成的燃料气随后进入炉内裂解室12，炉内裂解室位于气化炉悬浮段的上方、气化炉顶部；炉内裂解室有网状支撑垫9，其上方有保护网13，网状支撑垫和保护网之间放有粒径约4～8mm的催化剂11。催化剂可采用白云石，其在裂解室的自然堆积高度控制在裂解室高度的50％左右，以保证气化炉工作时催化剂处于流化状态；网状支撑垫上布置有多个梯形凸起，各梯形凸起的左梯形边33和右梯形边34对称于梯形中心线，且坡度均为3∶1左右，以增加燃气通过炉内裂解室的停留时间。

炉内850～950℃的温度和催化剂的作用为燃气通过炉内裂解室时焦油裂解创造了条件，充分反应后的燃气从气化炉顶部汇集后经气化炉出口管14进入旋风分离器15，燃气中夹带的生物质残余物被分离出来由旋风分离器下部排出再送入气化炉内反应，部分灰分从旋风排尘管27排出。除尘后的燃料气从旋风分离器出口管16流入一个圆柱形焦油净化器18。焦油净化器外壁是一个圆环形的水夹套22，内部中心安装有垂直输气管21，垂直输气管上方出口连接有水平输气管20，水平输气管出口穿过净化器圆形外壁。在净化器中部，圆环形水夹套与其内部的垂直输气管21之间组成的环形空间19，构成燃气的流动空间。含有少量未裂解气态焦油的燃气由上向下流过该环形空间，流动过程中与水夹套中水进行热量交换，燃气温度下降使夹带的气态焦油冷凝为液态；水夹套高度与水在夹套内气化需要的换热面积相对应；给水17进入水夹套后吸收热量升温气化，从水夹套上部出口引出经管道至水蒸气进口28，与空气进口29鼓入的空气混合作为气化炉用的气化剂。

流过净化器环形空间的燃气，随后流入下部的分离室23，由于流通面积增大和气流速度降低，同时流动方向的急剧变化(转过180°后向上流动)，燃气中夹带的焦油滴和冷凝水因比重大而与气体分离。净化器底部为一大角度的圆锥形底壁24，燃气中分离出的焦油和凝结水顺着净化器圆锥形底壁24向净化器底部中心流动，由与净化器底部中心相连的焦油回收管25收集。回收管设有U型液封段26，其出口与流化床气化炉锥形段上方的悬浮段内相连。

为便于炉内裂解室12内部的催化剂的装入与更换，在气化炉的外壁、位于炉内裂解室的高度方向上设有密封盖10，密封盖的只数不少于2个，并相对配置；气化炉底部设有灰渣管3，灰渣管上有控制灰渣排出的阀门2，气化炉有支脚1。

Claims (1)

1.一种生物质流化床气化炉焦油净化的装置，其特征在于由流化床气化炉体(7)、炉内裂解室(12)、旋风分离器(15)、焦油净化器(18)、水夹套(22)、焦油回收管(25)、垂直输气管(21)和水平输气管(20)组成，所述流化床气化炉体顶部有气化炉出口管(14)，所述气化炉出口管连接一旋风分离器(15)，所述旋风分离器的上部有分离器出口管(16)，所述分离器出口管又与一圆柱形的焦油净化器(18)连接，所述焦油净化器外壁是一圆环形的水夹套(22)，内部中心安装有垂直输气管(21)，垂直输气管上方出口连接有水平输气管(20)，水平输气管出口穿过净化器圆形外壁，净化器中部的圆环形水夹套与内部的垂直输气管之间组成燃气通过的环形空间；所述焦油净化器底部为一大角度圆锥形底壁，焦油净化器底部中心出口连接有焦油回收管(25)，所述焦油回收管设有U型液封段(26)，所述焦油回收管出口与流化床气化炉锥形段上方的悬浮段内相连；所述流化床气化炉的外壁、位于炉内裂解室的高度方向上设有密封盖，密封盖的只数不少于2个，并相对配置；所述炉内裂解室位于气化炉悬浮段的上方、气化炉的顶部；所述炉内裂解室有网状支撑垫(9)，其上方有保持网(13)，所述的网状支撑垫和保护网之间放有催化剂(11)，催化剂在裂解室的自然堆积高度控制在裂解室高度50％左右；网状支撑垫上布置有多个梯形凸起，每个梯形凸起的左梯形边(33)和右梯形边(34)对称于梯形中心线，且梯形边坡度取3∶1。

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