CN101875862B - 生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的方法及设备。该方法是以热解气为载体携带木炭粉进入气化炉燃烧气化的过程。其设备包括缓冲贮罐和木炭粉仓，木炭粉仓与螺旋給料输送机相连，螺旋給料输送机与垂直落料管的上端入口相连，垂直落料管的管身上设置有天然气补入口，垂直落料管的下端出口与气流引射器的粉料输入端相连，气流引射器的气流输入端与缓冲贮罐相连，气流引射器的粉气混合输出端与主输料管道相连，主输料管道与气化炉相连。采用该方法及设备能够在不增加维修费用、维持长周期运行的基础上有效降低气化氧耗、增加木炭粉的转化率、提高冷气化效率和合成气品质，并可以提高后续FT合成工艺的效率，降低FT合成工艺的成本。

Description

生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的方法及设备

技术领域

本发明涉及可再生能源领域中对粉末原料的处理技术，具体地指一种生物质气化系统中木炭粉的输送方法及其设备。

背景技术

目前，生物质作为新兴能源的利用形式主要有直接燃烧发电、气化联合循环发电、气化用于化工合成等数种。其中，生物质直接燃烧发电的应用比较成熟，生物质气化技术(包括气化联合循环发电和气化用于化工合成)则处于研究和开发阶段，没有多少可供科技人员参考的公开资料，与之类似的气化技术主要是煤气化技术。

煤气化技术基本上可分为水煤浆气化工艺和煤干粉气化工艺。在煤干粉气化工艺中，用于输运煤干粉的载体主要是氮气或二氧化碳。利用氮气为载体进行煤干粉输运的技术主要应用于煤气化合成氨工艺，利用二氧化碳为载体进行煤干粉输运的技术主要应用于煤气化合成甲醇工艺，氮气和二氧化碳也可以共同应用于煤气化联合循环发电系统。上述气化工艺中的氮气和二氧化碳既作为载体又作为工艺添加剂携带煤干粉进行密相悬浮输运，有其合理的地方，但两者的氧耗偏高，冷气化效率偏低。

在生物质气化技术的研究中，要想与煤干粉一样利用高温高压的气化炉气化制取合成气，必须先对生物质进行预处理，将其热解成热解气和木炭，再送入气化炉内制取合成气产品。生物质一般在高压炭化炉内低温热解为木炭和热解气，热解气从高压炭化炉上方的出口连续排出，进入热解气输送工序，而木炭则从高压炭化炉下方的出口连续流出，经粉碎、冷却等处理后送入气化炉制取合成气。

然而，生物质气化合成柴油工艺线路的下游费托(FT)合成工艺对粗合成气的品质要求相当高。如果利用氮气这种惰性气体为载体输运木炭粉，会大大增加合成气中氮气的含量，降低FT合成工艺的效率，同时还会增加耗氧量，降低冷气化效率。如果利用二氧化碳为载体输运木炭粉，虽然没有增加额外的惰性组份，但也会增加氧耗，使合成气中氢气的含量降低，一氧化碳的含量升高，也使整体冷气化效率降低，特别是在合成气产生的初期没有二氧化碳副产品产生的情况下，更需要外配二氧化碳进行木炭粉的输运，这样大大增加了输运成本。另外，采用氮气或二氧化碳输运还存在着燃烧过程中木炭粉不易着火的问题，木炭粉的气化转化率偏低，合成气品质较差。

如何在FT合成工艺中降低气化耗氧量、增加木炭粉的气化率、提高整体冷气化效率是本领域技术人员亟待解决的问题，但至今为止尚未见能够有效解决该问题的技术方案报导。

发明内容

本发明的目的就是要克服利用氮气或二氧化碳进行木炭粉输运所存在的缺陷，提供一种生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的方法及设备。采用该方法及设备能够在不增加维修费用、维持长周期运行的基础上有效降低气化氧耗、增加木炭粉的转化率、提高冷气化效率和合成气品质，并可以提高后续FT合成工艺的效率，降低FT合成工艺的成本。

为实现上述目的，本发明所设计的生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的方法，是以热解气为载体携带木炭粉进入气化炉燃烧气化的过程。该方法包括如下步骤：

1)将生物质原料经高温高压热解后所获得的木炭破碎研磨成木炭粉后置于木炭粉仓内，同时将所获得的一部分高温高压热解气置于缓冲贮罐内；

2)通过螺旋給料输送机将木炭粉仓内的木炭粉强制输送至垂直落料管中，同时向垂直落料管中补入天然气，以使木炭粉呈散落状态；

3)将垂直落料管中的木炭粉引入气流引射器中，同时将缓冲贮罐内的高温高压热解气也引入气流引射器，使木炭粉在高温高压热解气的引射作用下形成粉气混合物；

4)通过主输料管道将气流引射器中的粉气混合物输送至气化炉内燃烧气化。

上述步骤1)中，木炭粉的粒径控制在小于或等于100μm，维持高温高压热解气的温度为400～700℃、压力为3.0～5.0Mpa。

上述步骤2)中，补入天然气的温度为70～90℃、压力为3.0～5.0Mpa。

上述步骤3)中，粉气混合物中木炭粉的质量百分比为20～40％。

上述步骤4)中，对主输料管道中的粉气混合物进行伴热保温处理。

上述步骤2)至步骤3)中，始终维持垂直落料管内的压力高于气流引射器内的压力50～200Pa。

本发明专门设计的用于实现上述方法的生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的设备，包括缓冲贮罐和木炭粉仓，所述木炭粉仓的木炭粉出口与螺旋給料输送机的进料口相连，所述螺旋給料输送机的出料口与垂直落料管的上端入口相连，所述垂直落料管的管身上设置有天然气补入口，所述垂直落料管的下端出口与气流引射器的粉料输入端相连，所述气流引射器的气流输入端与缓冲贮罐的热解气出口相连，所述气流引射器的粉气混合输出端与主输料管道的进口相连，所述主输料管道的出口与气化炉的原料入口相连。

从以下几个方面的技术手段分析可以归纳总结出本发明的优点：

其一，采用高温高压热解气为载体携带木炭粉输运，这样在输运过程中不会由于热解气的温度降低超出临界点而出现冷凝现象，有效解决热解气冷凝导致输运管道沾污、堵塞的问题。特别是将热解气维持在400～700℃、3.0～5.0Mpa的参数范围时，可以保证整个输运过程中热解气温度在冷凝点之上。对主输料管道进行伴热保温处理则可以使整个输运管道中温度均匀，将热解气的温度波动控制在最小范围内，确保热解气不会冷凝。

其二，向垂直落料管中补入一定压力的天然气，可有效解决垂直落料管内木炭粉挤压成棍而不下落的问题，保证木炭粉的落料畅通。特别是将天然气维持在70～90℃、3.0～5.0Mpa的参数范围内，既安全可靠，又与热解气的参数范围相匹配，可防止热解气向上反窜。

其三，在主输料管道上采用气流引射器对从垂直落料管中下落的木炭粉进行有效引射，可减小木炭粉下落的阻力，增大主输料管道内热解气射流的动量，确保下落的木炭粉不会在主输料管道内沉积。同时，在气流引射和天然气补气的共同作用下，可始终维持垂直落料管内的压力高于气流引射器内的压力50～200Pa，两者之间形成微正压关系，优选粉气混合物中木炭粉的质量百分比为20～40％，既可确保木炭粉输送通畅无阻，又可防止热解气向上反窜。

其四，利用高温高压热解气对木炭粉的预热作用可降低木炭粉的着火热，高温高压热解气进入气化炉后燃烧释放的热量又使同时进入的木炭粉的温度进一步升高，从而再次降低了木炭粉的着火热，提高了木炭粉的转化率。

其五，采用高温高压热解气为载体携带木炭粉输运，其惰性组份的增加为零，从而降低了气化氧耗量、提高了合成气的品质、提高了冷气化效率、也降低了后续FT合成工艺的成本。

综上所述，利用生物质高温高压热解气为载体进行木炭粉的输运，没有带入惰性组份到系统中，无需增加额外的氧耗，其冷气化效率可相对于传统的氮气、二氧化碳输运工艺大为提高。且高温高压热解气对木炭粉的预热可以降低木炭粉的着火热，高温易燃的热解气进入气化炉后立刻与氧气反应释放热量，可再次降低木炭粉的着火热，使木炭粉更容易着火，进一步降低氧耗，提高木炭粉的气化率和合成气的品质，进而提高后续FT合成工艺的效率。本发明既能用于以生物质为原材料的气化系统中，又能用于其他动力设施、化工和冶金行业中。

附图说明

附图为一种生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的设备的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的设备和工艺作进一步的详细描述：

图中所示的生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的设备，主要由缓冲贮罐1、木炭粉仓2、螺旋給料输送机4、垂直落料管5、气流引射器6和主输料管道7组成。缓冲贮罐1是一个压力容器，用于过渡存储高温高压热解气，其顶部设有热解气进口11，其下部设有热解气出口12，其内设置有加热保温装置10，用以维持热解气所需的工艺温度。木炭粉仓2是一个下端锥斗状的容器，用于过渡存储木炭粉，其顶部设有木炭粉进口20，其底部设有木炭粉出口21。木炭粉出口21与螺旋給料输送机4的进料口22相连，螺旋給料输送机4由电机3驱动，用于强制输送木炭粉，螺旋給料输送机4的出料口23与垂直落料管5的上端入口24相连，垂直落料管5的管身上设置有天然气补入口25，垂直落料管5的下端出口26与气流引射器6的粉料输入端27相连，气流引射器6的气流输入端13与缓冲贮罐1的热解气出口12相连，气流引射器6的粉气混合输出端14与主输料管道7的进口15相连，气流引射器6优选风铲式引射器。主输料管道7外周敷设有保温拌热装置，如电加热丝或保温隔热层等，以保证主输料管道7内的热解气稳定在设定的范围，防止热解气冷凝。主输料管道7的出口16与气化炉8的原料入口17相连。气化炉8内原料入口17的下方设置有燃烧器9，气化炉8的下部设置有合成气出口18，气化炉8的底部设置有排渣口19。

上述生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的设备的工艺过程如下：

将生物质原料经高温高压热解后所获得的木炭破碎研磨成粒径小于或等于100μm的木炭粉，输送到木炭粉仓2内储存，木炭粉的温度约在70～90℃，最好将其稳定在80℃。同时，将所获得的高温高压热解气分为两部分，一部分约20～40％的热解气输送至缓冲贮罐1内储存，另一部分约60～80％的热解气直接送入气化炉8内的燃烧室9中。缓冲贮罐1内热解气的储存量可根据木炭粉的量确定，维持缓冲贮罐1内热解气的压力在4.0Mpa，并通过加热保温装置10维持热解气的温度在400～700℃，最好稳定在600℃。

开启电机3，驱动螺旋給料输送机4运转，将木炭粉仓2内的木炭粉源源不断地输送至垂直落料管5中。同时通过天然气补入口25向垂直落料管5中补入天然气，补入天然气的温度控制在80℃左右，压力控制在4.0Mpa左右。在垂直落料管5中的天然气射流与木炭粉充分混合，使木炭粉始终在散落状态下进入风铲式的气流引射器6。

与此同时，缓冲贮罐1内的高温高压热解气也被引入气流引射器6，对木炭粉和天然气的混合物进行引射，高温高压热解气、天然气和木炭粉三者在此形成粉气混合物，粉气混合物中木炭粉的质量百分比控制在30％左右，经粉气混合输出端14进入主输料管道7。在气流引射器6连续不间断运行的作用下，垂直落料管5内的压力始终高于气流引射器6内的压力50～200Pa，即两者总是保持微正压关系，从而可确保粉气混合物的连续输送。

在主输料管道7中的粉气混合物源源不断向气化炉8输送的过程中，可根据需要开启主输料管道7外周的伴热保温装置，以确保热解气的温度始终处于其凝结温度之上。本实施例中粉气混合物的温度在主输料管道7不加热只保温的情况下大约维持在355℃左右，不存在热解气冷凝的危险性。热解气携带木炭粉进入气化炉8内的燃烧器9，被组织燃烧气化，所产生的合成气经合成气出口18进入下游工艺，所产生的灰渣经排渣口19排出。

Claims (10)

1.一种生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的方法，是以热解气为载体携带木炭粉进入气化炉燃烧气化的过程，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)将生物质原料经高温高压热解后所获得的木炭破碎研磨成木炭粉后置于木炭粉仓(2)内，同时将所获得的一部分高温高压热解气置于缓冲贮罐(1)内；

2)通过螺旋给料输送机(4)将木炭粉仓(2)内的木炭粉强制输送至垂直落料管(5)中，同时向垂直落料管(5)中补入天然气，以使木炭粉呈散落状态；

3)将垂直落料管(5)中的木炭粉引入气流引射器(6)中，同时将缓冲贮罐(1)内的高温高压热解气也引入气流引射器(6)，使木炭粉在高温高压热解气的引射作用下形成粉气混合物；

4)通过主输料管道(7)将气流引射器(6)中的粉气混合物输送至气化炉(8)内燃烧气化。

2.根据权利要求1所述的生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的方法，其特征在于：所说的步骤1)中，木炭粉的粒径控制在小于或等于100μm，维持高温高压热解气的温度为400～700℃、压力为3.0～5.0MPa。

3.根据权利要求1所述的生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的方法，其特征在于：所说的步骤2)中，补入天然气的温度为70～90℃、压力为3.0～5.0MPa。

4.根据权利要求1所述的生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的方法，其特征在于：所说的步骤3)中，粉气混合物中木炭粉的质量百分比为20～40％。

5.根据权利要求1所述的生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的方法，其特征在于：所说的步骤4)中，对主输料管道(7)中的粉气混合物进行伴热保温处理。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的方法，其特征在于：所说的步骤2)至步骤3)中，始终维持垂直落料管(5)内的压力高于气流引射器(6)内的压力50～200Pa。

7.一种生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的设备，包括缓冲贮罐(1)和木炭粉仓(2)，其特征在于：所述木炭粉仓(2)的木炭粉出口(21)与螺旋给料输送机(4)的进料口(22)相连，所述螺旋给料输送机(4)的出料口(23)与垂直落料管(5)的上端入口(24)相连，所述垂直落料管(5)的管身上设置有天然气补入口(25)，所述垂直落料管(5)的下端出口(26)与气流引射器(6)的粉料输入端(27)相连，所述气流引射器(6)的气流输入端(13)与缓冲贮罐(1)的热解气出口(12)相连，所述气流引射器(6)的粉气混合输出端(14)与主输料管道(7)的进口(15)相连，所述主输料管道(7)的出口(16)与气化炉(8)的原料入口(17)相连。

8.根据权利要求7所述的生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的设备，其特征在于：所述缓冲贮罐(1)内设置有加热保温装置(10)。

9.根据权利要求7或8所述的生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的设备，其特征在于：所述气流引射器(6)为风铲式引射器。

10.根据权利要求7或8所述的生物质气化系统中将木炭粉输送至气化炉的设备，其特征在于：所述主输料管道(7)外周敷设有保温拌热装置。 

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