CN101928607A - 生物质气化过程中高低温循环四层分离除焦方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物质气化过程中高低温循环四层分离除焦方法，该方法包括(1)点燃物料并通入空气；(2)空气加热后，进入气化炉中的氧化区；(3)在氧化区内与燃料燃烧后生成的炭进行燃烧反应；(4)步骤(3)中所得的气体进入气化炉中的还原区，同炭及水蒸气发生还原反应；(5)在氧化区和还原区生成的气体进入裂解层进行裂解反应，生成裂解产物；(6)裂解产物中的气体进入气化炉中的干燥区，与物料进行换热，得到干物料、水蒸气和可燃气体；(7)可燃气体依次经过白云石、木炭催化裂解层进行裂解，得到含余存焦油的燃气；(8)含余存焦油的燃气在炉头加热即可将余存的焦油进行全部裂解燃烧。本发明采用高低温循环四层分离除焦，有效地降低了生物质气化过程中焦油的含量。
Description
技术领域
本发明涉及属于生物质气化过程中焦油的处理领域，尤其涉及一种生物质气化过程中高低温循环四层分离除焦方法。
背景技术
生物质气化的目标是得到尽可能多的可燃气体产物，但在气化过程中，焦炭和焦油都是不可避免的副产物。其中由于焦油在高温时呈气态，与可燃气体完全混合，而在低温时(一般低于200℃)凝结为液态，所以其分离和处理更为困难，特别对于燃气需要降温利用的情况(如燃气用于家庭生活时)，问题更加突出。
焦油的存在对气化有多方面的不利影响。首先它降低了气化效率，气化中焦油产物的能量一般占总能量的5～15％，这部分能量是在低温时难以与可燃气体一道被利用，大部分被浪费；其次焦油在低温时凝结为液态，容易和水、焦炭等结合在一起，堵塞送气管道，使气化设备运行发生困难；另外，凝结为细小液滴的焦油比气体难以燃尽，在燃烧时容易产生炭黑等颗粒，对燃气利用设备损害相当严重，这就大大降低了气化燃气的利用价值。所以针对气化过程产生的焦油，采取办法把它转化为可燃气，既提高气化效率，又降低燃气中焦油的含量，提高可燃气体的利用价值，对发展和推广生物质气化技术具有决定性的意义。
常见的除焦方法有三类：一是水洗、喷淋、生物质过滤，二是高温裂解，三是催化裂解。以目前的除焦技术看，水洗除焦法存在能量浪费和二次污染现象，净化效果只能勉强达到内燃机的要求；热裂解法在1100℃以上能得到较高的转换效率，但实际应用中实现较困难；催化裂解法可将焦油转化为可燃气，既提高系统能源利用率，又彻底减少二次污染，是目前较有发展前途的技术。针对这种情况，急需要一种能将焦油部分转化为能量的方法，尽可能降低裂解炉的能耗并提高系统热效率的除焦方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效降低生物质气化过程中焦油含量的生物质气化过程中高低温循环四层分离除焦方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种生物质气化过程中高低温循环四层分离除焦方法，包括以下步骤：
(1)将物料放入气化炉燃料桶中，同时从气化炉的底部点燃并通入空气；
(2)空气在经过灰渣层时被加热到1000～1200℃后，进入气化炉中的氧化区；
(3)在所述氧化区内与燃料燃烧后生成的炭在1000～1200℃温度下进行燃烧反应，生成一氧化碳和二氧化碳，同时放出热量；
(4)所述步骤(3)中所得的一氧化碳和二氧化碳进入气化炉中的还原区，同炭及水蒸气发生还原反应，生成一氧化碳、二氧化碳和氢气，并相应使气化炉还原区温度降至700～900℃；所述一氧化碳、二氧化碳和氢气进入上部的裂解区，而没有反应完的炭则经氧化区落入气化炉下部的灰室中；
(5)在所述氧化区和所述还原区生成的一氧化碳、二氧化碳和氢气，进入气化炉中的裂解层进行裂解反应，生成裂解产物；反应后所述物料中大部分的挥发分从固体中分离出去，炭则依次经所述氧化区、还原区落入气化炉下部的灰室中，此时气化炉裂解层温度降至400～600℃；其中所述裂解产物为炭、氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和烃类物质；
(6)所述裂解产物中的气体进入气化炉中的干燥区，在100～300℃温度下与物料进行换热，得到干物料、水蒸气和可燃气体；所述干物料落入裂解区；所述水蒸气同所述氧化层、还原层、裂解层中的热量排出气化炉；所述可燃气体进入气化炉底部的环形焦油处理装置中；
(7)将进入环形焦油处理装置中的可燃气体首先通过白云石的阻力使得气体的流向速度减缓；然后可燃气体进入温度为750～900℃的白云石催化裂解层进行裂解，裂解时间为0.85～1.0s，裂解部分焦油；最后残余焦油和水分进入温度为900～1200℃的木炭催化裂解层对焦油进行二次裂解，裂解时间为0.85～1.0s，得到含余存焦油的燃气；同时所述水分流入灰室中排出；
(8)所述含余存焦油的燃气通过管道进入气化炉中的炉头，在1000～1200℃温度下即可将余存的焦油进行全部裂解燃烧。
所述步骤(6)中的裂解区是指气化炉中还原层与干燥层之间的区域。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、由于本发明采用高低温循环四层分离除焦，气化、热解一体化，并利用气化炉所产气体循环通过催化裂解层，在氧化区自身热量和催化剂的作用下，把焦油分解为永久性气体，因此，有效地降低了生物质气化过程中焦油的含量。
2、由于本发明将过滤、除焦过程在同一反应炉中完成，因此，大大提要了生物质能源的利用率，从而提高了燃气的质量。
3、本发明工艺简单、易于实施。
具体实施方式
一种生物质气化过程中高低温循环四层分离除焦方法，包括以下步骤：
(1)将物料放入气化炉燃料桶中，同时从气化炉的底部点燃并通入空气。
(2)空气在经过灰渣层时被加热到1000～1200℃后，进入气化炉中的氧化区。
(3)在氧化区内与燃料燃烧后生成的炭在1000～1200℃温度下进行燃烧反应，生成一氧化碳和二氧化碳，同时放出热量。由于是限氧燃烧，氧气的供给是不充分的，因而不完全燃烧反应与完全燃烧反应同时发生。此反应过程中所产生的反应热为后续的还原区的还原反应、物料的裂解和干燥，提供了热源。反应方程式如下：
完全燃烧
不完全燃烧
(4)步骤(3)中所得的一氧化碳和二氧化碳进入气化炉中的还原区，同炭及水蒸气发生还原反应，生成一氧化碳、二氧化碳和氢气，并相应使气化炉还原区温度降至700～900℃；一氧化碳、二氧化碳和氢气进入上部的裂解区，而没有反应完的炭则经氧化区落入气化炉下部的灰室中。反应方程式如下：
(5)在氧化区和还原区生成的一氧化碳、二氧化碳和氢气，进入气化炉中的裂解层进行裂解反应，生成裂解产物；反应后物料中大部分的挥发分从固体中分离出去，炭则依次经所述氧化区、还原区落入气化炉下部的灰室中，此时气化炉裂解层温度降至400～600℃；其中裂解产物为炭、氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和烃类物质。
反应方程式如下：CHnOm→CO+H2+CO2+CH4+H2O。
(6)裂解产物中的气体进入气化炉中的干燥区，在100～300℃温度下与物料进行换热，得到干物料、水蒸气和可燃气体；干物料落入裂解区，该裂解区是指气化炉中还原层与干燥层之间的区域；水蒸气同所述氧化层、还原层、裂解层中的热量排出气化炉；可燃气体进入气化炉底部的环形焦油处理装置中。
反应方程式如下：CHnOm.xH2O→CHnOm+xH2O
(7)将进入环形焦油处理装置中的可燃气体首先通过白云石的阻力使得气体的流向速度减缓；然后可燃气体进入温度为750～900℃的白云石催化裂解层进行裂解，裂解时间为0.85～1.0s，裂解部分焦油；最后残余焦油和水分进入温度为900～1200℃的木炭催化裂解层对焦油进行二次裂解，裂解时间为0.85～1.0s，得到含余存焦油的燃气；同时水分流入灰室中排出。
(8)含余存焦油的燃气通过管道进入气化炉中的炉头，在1000～1200℃温度下即可将余存的焦油进行全部裂解燃烧。
Claims (2)
1.一种生物质气化过程中高低温循环四层分离除焦方法，包括以下步骤：
(1)将物料放入气化炉燃料桶中，同时从气化炉的底部点燃并通入空气；
(2)空气在经过灰渣层时被加热到1000～1200℃后，进入气化炉中的氧化区；
(3)在所述氧化区内与燃料燃烧后生成的炭在1000～1200℃温度下进行燃烧反应，生成一氧化碳和二氧化碳，同时放出热量；
(4)所述步骤(3)中所得的一氧化碳和二氧化碳进入气化炉中的还原区，同炭及水蒸气发生还原反应，生成一氧化碳、二氧化碳和氢气，并相应使气化炉还原区温度降至700～900℃；所述一氧化碳、二氧化碳和氢气进入上部的裂解区，而没有反应完的炭则经氧化区落入气化炉下部的灰室中；
(5)在所述氧化区和所述还原区生成的一氧化碳、二氧化碳和氢气，进入气化炉中的裂解层进行裂解反应，生成裂解产物；反应后所述物料中大部分的挥发分从固体中分离出去，炭则依次经所述氧化区、还原区落入气化炉下部的灰室中，此时气化炉裂解层温度降至400～600℃；其中所述裂解产物为炭、氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和烃类物质；
(6)所述裂解产物中的气体进入气化炉中的干燥区，在100～300℃温度下与物料进行换热，得到干物料、水蒸气和可燃气体；所述干物料落入裂解区；所述水蒸气同所述氧化层、还原层、裂解层中的热量排出气化炉；所述可燃气体进入气化炉底部的环形焦油处理装置中；
(7)将进入环形焦油处理装置中的可燃气体首先通过白云石的阻力使得气体的流向速度减缓；然后可燃气体进入温度为750～900℃的白云石催化裂解层进行裂解，裂解时间为0.85～1.0s，裂解部分焦油；最后残余焦油和水分进入温度为900～1200℃的木炭催化裂解层对焦油进行二次裂解，裂解时间为0.85～1.0s，得到含余存焦油的燃气；同时所述水分流入灰室中排出；
(8)所述含余存焦油的燃气通过管道进入气化炉中的炉头，在1000～1200℃温度下即可将余存的焦油进行全部裂解燃烧。
2.如权利要求1所述的一种生物质气化过程中高低温循环四层分离除焦方法，其特征在于：所述步骤(6)中的裂解区是指气化炉中还原层与干燥层之间的区域。
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