CN101955804A - 固体生物质气化系统及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体生物质气化裂解工艺，包括步骤：a、干馏处理，对固体生物质进行干馏处理，形成生物焦和干馏气；b、高温裂解处理，将生物焦和干馏气输入热裂解气化炉内进行高温裂解处理；c、催化裂解处理，以冶金焦块催化剂构成的固定床层对流经的干馏气，热解气中的残存焦油进行催化裂解处理。本发明通过将干馏气化，高温热裂解气化和催化裂解技术相结合，解决了干馏气化或热解气化都无法实现的焦油完全裂解的技术难题，从而防治了由此而造成的焦油污水，重金属盐类对环境的污染等。本发明还公开了一种固体生物质气化裂解系统，包括：干馏炉；与干馏炉的出气口、出渣口相连接的热裂解气化炉；与热裂解气化炉出气口相连的燃气净化设备。

Description

固体生物质气化系统及其工艺

技术领域

本发明涉及固体生物质气化技术领域，更具体地说，涉及一种固体生物质气化系统及其工艺。

背景技术

城市周边多余的农作物秸秆等农林固体废弃物随意丢弃、焚烧，城镇固体生活垃圾和污水处理厂废弃物填埋等产生的环境污染已对人类生存环境产生了严重的威胁。另一方面，这些有机废弃物又是可再生的能源资源，随意焚烧、填埋、丢弃也是一种资源浪费。近几十年来，人们为防治有机废弃物对环境污染，并回收能源做了大量工作，取得了一定成效，但还存在不少问题。

例如秸秆发电厂，其工艺流程如图1所示。将秸秆作为锅炉的燃料，产生的水蒸汽驱动汽轮发电机发电，秸秆燃烧，在烟气中的焦油、灰尘大部分应用电除尘器收集用作锅炉燃料进行二次燃烧。但是此工艺产生的污水量大，而且对污水的净化处理费用高、且易造成二次污染。由于秸秆发电锅炉对燃料的要求较多，因收获周期短、原料收购、贮存、运输等难题此工艺进展缓慢。

小型秸秆气化站和发电站因工艺设备简陋，产生的焦油、污水更是难以处理，因此该项目推广实际处于停滞不前状态。其工艺流程如图2所示，该项技术气化效率低、污染严重。而且产生的焦油和污水会对环境造成二次污染。

垃圾焚烧或发电，其工艺类似秸秆发电项目，但其危害更大，不仅极易产生二噁英等致癌物质，其污水、灰渣均会造成严重二次污染。至于垃圾、污泥异地填埋，其危害不仅是污染转嫁，其在厌氧条件下产生的甲烷对地球屏障——臭氧层的破坏远大于氟利昂，产生的污水、重金属离子对地表、地下水污染、土地污染甚至无法逆转。

因此，研究改进已有的工艺技术，开发先进的工艺装置，有效处置秸秆、垃圾等有机废弃物，是事关改善人类生存环境，获取可再生能源迫在眉捷的大事。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种固体生物质气化裂解系统及其工艺，以降低由传统工艺气化产生的污染并提高原料气化效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种固体生物质气化裂解工艺，包括步骤：

a、干馏处理，对固体生物质进行干馏处理，形成生物焦和干馏气；

b、高温裂解处理，将生物焦和干馏气输入热裂解气化炉内进行高温裂解处理，并以生物焦作为燃料；

c、催化裂解处理，以冶金焦块催化剂构成的固定床层对流经的干馏气，热解气中的残存焦油进行催化裂解处理。优选的，在上述固体生物质气化裂解工艺中，对固体生物质的干馏气化处理在干馏炉内完成，对生物焦及干馏气的高温气化及裂解处理在热裂解气化炉内完成。

优选的，在上述固体生物质气化裂解工艺中，在步骤a之前还包括步骤：

a1、物料预处理，对不同的物料进行相应的粉碎、分拣或脱水处理后形成固体生物质；

a2、干燥处理，对所述固体生物质进行干燥处理。

优选的，在上述固体生物质气化裂解工艺中，还包括步骤：

由步骤b形成的可燃气输入第一预热器，将第一预热器内被可燃气加热后的空气分别导入所述干馏炉和热裂解气化炉内。

优选的，在上述固体生物质气化裂解工艺中，将经过第一预热器可燃气输入第二预热器，将第二预热器内被可燃气加热后的空气对固体生物质进行干燥处理。

优选的，在上述固体生物质气化裂解工艺中，将经过第二预热器的可燃气进行燃气净化处理，并储存净化处理后的可燃气。

一种固体生物质气化裂解系统，包括：

干馏炉；

与所述干馏炉的出气口相连的热裂解气化炉；

与所述热裂解气化炉的出气口相连的燃气净化设备。

优选的，在上述固体生物质气化裂解系统中，还包括连接在所述热裂解气化炉的出气口与所述燃气净化设备之间的第一预热器，所述第一预热器通过管路分别与所述干馏炉的空气进气口和所述热裂解气化炉的空气进气口相连。

优选的，在上述固体生物质气化裂解系统中，还包括原料干燥设备，以及连接在所述第一预热器和所述燃气净化设备之间的第二预热器，所述第二预热器通过管路将其内部被加热的空气输入到所述原料干燥设备内。

优选的，在上述固体生物质气化裂解系统中，还包括连接所述燃气净化设备的出气口与所述干馏炉的燃烧器的管路。

从上述的技术方案可以看出，本发明通过将干馏气化、高温热解气化和催化裂解技术相结合，使干馏气化产物被完全裂解或分解，使焦油粒子裂解成可燃气体使重金属盐类分解成对环境无害的性质稳定的金属氧化物，解决了单独进行干馏气化和高温热解气化，无法完全裂解的焦油和其他有害物质的污染物问题，从而实现了本发明无焦油、无污染的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有秸秆发电的工艺流程图；

图2为现有秸秆气化的工艺流程图；

图3为本发明实施例提供的固体生物质气化裂解工艺流程图；

图4为本发明提供的固体生物质气化裂解系统的流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种固体生物质气化裂解系统及其工艺，以降低由传统气化工艺产生的污染及提高气化效率和燃气质量。

本发明提供的固体生物质气化裂解工艺的主要思想是将干馏气化与高温热解气化和催化裂解技术相结合，从而使干馏气化产物被完全气化裂解或分解，使生物焦完全氧化还原，使干馏气中的焦油粒子裂解成可燃气体，使重金属盐类分解成对环境无害的性质稳定的金属氧化物，从而达到本发明无焦油无污染及高气化率的目的。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的固体生物质气化裂解工艺流程图。

本发明提供的固体生物质气化裂解工艺，包括步骤：

a、干馏处理；

对固体生物质进行干馏处理，形成生物焦及干馏气。干馏处理是在干馏炉内完成的，为了提高干馏炉内热量的利用率，优先选用内燃直接加热和管壁间接传热的干馏炉，对固体生物质进行干燥干馏。

b、高温热裂解处理；

高温热裂解处理是在气化裂解炉上段完成的，以干馏段排出的干馏气和生物焦为气化物料，生物焦在过量高速气流冲击下进行沸腾燃烧，干馏气中的可燃成分及可能存在的有毒有害气体亦即着火燃烧，致使气化段温度达到1300℃以上。干馏气中的大部分焦油和其它气体首先在高温区裂解，重金属盐类分解成金属氧化物，水蒸气和残余氧气被氧化还原为氢气、甲烷、一氧化碳等可燃气体。

c、催化剂处理，经高温热裂解处理后的气体下行至以冶金焦块为催化剂的固定床层，在加热焦碳的同时，使其残存的焦油粒子被催化剂裂解成可燃气体，同时使气体中的CO₂还原成为CO，水蒸气等氧化还原成H₂、CH₄和CO等。

综上所述，本发明通过将干馏气化与高温热解气化和催化裂解技术相结合，从而使干馏气化工艺溜出的一切馏出物被完全裂解或分解，而且使重金属盐类分解成对环境无害的性质稳定的金属氧化物，解决了单独进行干馏气化和高温热解气化，无法完全裂解焦油和其他污染物的问题，从而实现了本发明无焦油、无污染、高气化效率的目的。

本发明提供的固体生物质气化裂解工艺在步骤a之前还可以包括步骤：

a1、物料预处理；

对不同的物料进行相应的粉碎、分拣或脱水处理后形成固体生物质。其中，对于秸秆等农林固体废弃物需要进行粉碎处理；对于固体生物垃圾需要进行分检处理；对于污水处理厂排出的废弃污泥需要进行脱水处理。再经过上述预处理后，便可得到满足干馏炉要求的气化物料-固体生物质。

a2、干燥处理；

对物料预处理工艺得到的固体生物质进行干燥处理。

由于本发明提供的工艺可以满足农林固体废弃物、固体生物垃圾及废弃污泥均能进行裂解气化处理，有时为了适应不同物料气化速度相接近，本发明还包括步骤：

a3、混合配料；

气化物料混合配料是指根据气化物料的品种和成分进行科学搭配，当然，气化物料也可以是单一品种，只要保证物料的总固体含量及水分含量在要求的范围内即可。

为了提高余热的利用率，本发明还包括步骤：

d、余热利用；

由高温裂解处理形成的可燃气输入第一预热器，向第一预热器内通入空气，当高温的可燃气通过第一预热器便将其通入的空气加热，被加热的空气输入到干馏炉的燃烧器为其提供燃烧所需的氧气，被加热的空气还被输入到热裂解气化炉内为其提供燃烧所需的氧气。由于空气吸收了燃气的余热，然后又将热量带入了干馏炉和裂解气化炉内，因此降低了热量的散失，提高了热量的利用率。

进一步，为了再次利用燃气的余热，将经过第一预热器可燃气输入第二预热器进行采集燃气携带的剩余热量，将第二预热器内被可燃气加热后的空气对固体生物质进行干燥处理。

e、燃气储存；

最后，将经过第二预热器的可燃气进行燃气净化处理，并储存净化处理后的可燃气，净化后的燃气可用于干馏炉的燃烧器所需的燃料。

下面简单描述一下本发明的操作步骤：

在首次工作时，首先在热裂解气化炉的均流板上辅满20-30cm厚、块度2cm左右的冶金焦团粒；

备好一瓶石油液化气，并与干馏炉内的燃气燃烧器连接；

启动干馏炉上的进料螺旋，向干馏炉内输入气化物料；

启动高温热裂解炉的进料螺旋，向炉内输入焦碳粉末至气化剂喷嘴以上(5-10cm)；

点火启动干馏炉内的燃气燃烧器再启动干馏炉的回转装置和螺旋；

接着启动鼓风机，点燃热裂解气化炉内的焦碳粉末进行流化燃烧；

开启燃气引风机和旁通阀，让热烟气回流、预热系统设备和气化物料，多余热烟气对空排放；

至试火器着火后，随即关闭回流阀和液化气阀，燃气燃烧器改用自产燃气；

固定在干馏炉内壁上的螺旋抄手使得干馏炉内的气化物料实现轴向移动，启动干馏炉下的生物焦出料螺旋，将生物焦不断输送到热裂解气化炉；

系统产生的可燃气体经两级空气预热器回收余热后，由引风机引入下道净化工段，其中，第一换热器预热的空气分别输入干馏炉燃气燃烧器和热裂解气化炉，第二换热器预热的空气用于物料干燥。

本发明提供的固体生物质气化裂解工艺既适合农林固体废弃物热解气化，化害为利获取能源；又可用于城镇固体生活垃圾、污水处理厂脱水污泥等无害化、减量化处置，甚至获取能源；也可用于秸秆、垃圾混合处理治理污染，获取能源。

请参阅图4，图4为本发明提供的固体生物质气化裂解系统的流程图。

本发明提供的固体生物质气化裂解系统，包括：干馏炉、热裂解气化炉和燃气净化设备。其中，热裂解气化炉与干馏炉的出气口相连，以保证干馏炉内产生的干馏气和生物焦能够进入热裂解气化炉中进行裂解处理。燃气净化设备与所述热裂解气化炉的出气口相连，以保证由热裂解气化炉产生的可燃气能够进入燃气净化设备对可燃气进行净化处理，以产生可以利用的可燃气，以便于储存和直接利用。

本发明提供的固体生物质裂解气化系统还包括连接在所述热裂解气化炉的出气口与所述燃气净化设备之间的第一预热器，所述第一预热器通过管路分别与所述干馏炉的空气进气口和所述热裂解气化炉的空气进气口相连。由热裂解气化炉的出气口输出的携带热量的可燃气经过第一预热器便将其通入的空气加热，被加热的空气输入到干馏炉的燃烧器，为燃烧器提供燃烧所需的氧气；被加热的空气还被输入到热裂解气化炉内，为热裂解气化炉提供燃烧所需的氧气。由于空气吸收了燃气的余热，然后又将热量带入了干馏炉和裂解气化炉内，因此降低了热量的散失，提高了热量的利用率。

本发明提供的固体生物质裂解气化系统还包括原料干燥设备，以及连接在所述第一预热器和所述燃气净化设备之间的第二预热器，所述第二预热器通过管路将其内部被加热的空气输入到所述原料干燥设备内。携带热量的可燃气将热量传递给第二预热器内的空气，被加热的空气可用于对原料的干燥处理，进一步利用了可燃气的余热，提高了余热利用率。

在燃气净化设备的出气口与干馏炉的燃气器之间连接有管路，可将燃气输入到干馏炉的燃烧器内，用作燃烧器燃烧所需的燃料。因此，在本发明提供的固体生物质气化裂解系统工作后，便可使用自身产生的燃气作为燃料。

下面简单描述一下本发明提供的固体生物质气化裂解系统的工作原理：

含湿量为18-22％的固体生物质在卧式回转干馏炉内直接获取热量而使水分和挥发分馏出，并与燃气燃烧产生的高温烟气一起流经干馏炉内的列管，继续向炉内间接传送热量。由干馏炉产出的干馏气和生物焦分别输入热裂解气化炉，其中生物焦粉被热裂解气化炉的喷嘴气流喷动流化而进行强烈氧化，使氧化区温度高达1300℃。自顶部流入的干馏气，其中绝大部分焦油和其它有害气体在高温气氛中被裂解，氧气、水蒸气及一氧化碳等与碳氧化还原成可燃气体；干馏炉产生的二氧化碳和裂解炉燃烧产生的二氧化碳在焦碳层的还原气氛中亦被还原成一氧化碳；残余焦油等物质在下行流经赤热的焦炭层时，再次被裂解或还原。生物焦中的重金属盐类在高温下被分解成与环境友好的金属氧化物，利于利用或处置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种固体生物质气化裂解工艺，其特征在于，包括步骤：

a、干馏处理，对固体生物质进行干馏处理，形成生物焦和干馏气；

b、高温裂解处理，将生物焦和干馏气输入热裂解气化炉内进行高温裂解处理，并以生物焦作为燃料；

c、催化裂解处理，以冶金焦块催化剂构成的固定床层对流经的干馏气，热解气中的残存焦油进行催化裂解处理。

2.如权利要求1所述的固体生物质气化裂解工艺，其特征在于，对固体生物质的干馏处理在干馏炉内完成，对生物焦及干馏气的气化裂解处理在热裂解气化炉内完成。

3.如权利要求2所述的固体生物质气化裂解工艺，其特征在于，在步骤a之前还包括步骤：

a1、物料预处理，对不同的物料进行相应的粉碎、分拣或脱水处理后形成固体生物质；

a2、干燥处理，对所述固体生物质进行干燥处理。

4.如权利要求3所述的固体生物质气化裂解工艺，其特征在于，还包括步骤：

由步骤b形成的可燃气输入第一预热器，将第一预热器内被可燃气加热后的空气分别导入所述干馏炉和热裂解气化炉内。

5.如权利要求4所述的固体生物质气化裂解工艺，其特征在于，将经过第一预热器可燃气输入第二预热器，将第二预热器内被可燃气加热后的空气对固体生物质进行干燥处理。

6.如权利要求5所述的固体生物质气化裂解工艺，其特征在于，将经过第二预热器的可燃气进行燃气净化处理，并储存净化处理后的可燃气。

7.一种固体生物质气化裂解系统，其特征在于，包括：

干馏炉；

与所述干馏炉的出气口相连的热裂解气化炉；

与所述热裂解气化炉的出气口相连的燃气净化设备。

8.如权利要求7所述的固体生物质气化裂解系统，其特征在于，还包括连接在所述热裂解气化炉的出气口与所述燃气净化设备之间的第一预热器，所述第一预热器通过管路分别与所述干馏炉的空气进气口和所述热裂解气化炉的空气进气口相连。

9.如权利要求7或8所述的固体生物质气化裂解系统，其特征在于，还包括原料干燥设备，以及连接在所述第一预热器和所述燃气净化设备之间的第二预热器，所述第二预热器通过管路将其内部被加热的空气输入到所述原料干燥设备内。

10.如权利要求9所述的固体生物质气化裂解系统，其特征在于，还包括连接所述燃气净化设备的出气口与所述干馏炉的燃烧器的管路。

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