CN102226112A - 微波气流床两段式生物质气化工艺 - Google Patents

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Abstract

一种微波气流床两段式生物质气化工艺，属于生物质气化工艺。利用微波炭化的气流床两段式生物质气化工艺，包括微波炭化、炭化制粉、高温气化、合成气的净化和显热回收。采用微波气流床两段式气化工艺，解决了生物质性质变化的适应性，合成气中焦油的含量等问题；炭化阶段采用微波加热技术，生物质炭化彻底，炭化制粉过程简单有效，真正的从原理上解决了气流床气化对原料的粒径有严格的限制的问题，大大提高了气化效率和合成气的热值。优点：适用于气流床气化工艺，采用热解和气化相分离，能够适应生物质性质的变化，降低了合成气中焦油的含量；在炭化阶段采用先进的微波加热技术，产生的合成气不含焦油，热值高，提高了气化效率和碳的转化率。

Description

微波气流床两段式生物质气化工艺
技术领域
本发明涉及一种生物质气化工艺，特别是一种微波气流床两段式生物质气化工艺。
背景技术
生物质是植物通过光合作用生成的含碳物质，储量丰富，是一种可再生的能源。在石油资源日益减少的情况下，高效利用可再生的生物质能源是迫在眉睫的问题。将生物质气化生成各种合成气一直是工程技术人员重点研究的课题。
气化所使用的气化炉大致可以分为三类：固定床、流化床和气流床。固定床气化结构简单、操作方便，运行模式灵活，固体燃料在床上停留时间长，碳转化效率较高，运行负荷较宽，可以在20—110%之间变动，但是固定床中温度不均匀换热效果较差，出口合成气热值较低，且含有大量焦油；流化床气化在向气化炉加料或出灰都比较方便，整个床内温度均匀、易调节，但对原料的性质很敏感，原料的黏结性、热稳定性、水分、灰熔点变化时，易使操作不正常，此外，为了保证气化炉的正常流化，运行温度较低，出口合成气中焦油含量较高。由于固定床和流化床含有大量的焦油，在后续设备中不得不安装焦油裂解和净化装置，使得气化工艺变的十分复杂；气流床的运行温度较高，炉内温度较均匀，焦油在气流床中几乎全部裂解，同时气流床具有很好的放大特性，特别适用于大型工业化的应用，但气流床气化对原料的粒径有严格的限制，进入气流床的原料需要磨成超细的颗粒，然而按照现有的破碎或制粉技术，无法将含纤维较多的生物质原料磨制成满足气流床运行所需的粒径，这就导致无法将气流床用于生物质原料的气化。焦油的裂解和处理以及生物质气化之前的预处理是阻碍生物质气化工艺进一步发展的最大障碍。
现有的生物质燃料气化技术中，都无法做到高效的生物质气化目的。即便采用了热解和气化相分离的过程，但是存在着炭化速度慢，炭化不完全、碳转化率和气化效率低等问题制约着生物质气化大型工业化的应用。
发明内容
本发明的目的是要提供一种微波气流床两段式生物质气化工艺，解决现存的气流床气化炉炭化速度慢，炭化不完全，炭化后产物不易破碎，碳转化率低等问题。
本发明的目的是这样实现的：该气化工艺采用热解和气化相分离，利用微波炭化的气流床两段式生物质气化工艺，包括微波炭化、炭化制粉、高温气化、合成气的净化和显热回收，具体步骤如下：
1、将生物质原料输送到微波炭化装置，该装置采用微波加热装置，进行热解反应，同时有搅杆3进行搅拌，炭化温度应控制在200—600℃之间；
2、将热解反应产生的热解气直接送到高温气化炉，反应产生的木炭送至制粉装置制成粉状的燃料，通过气力输送的方式将其送入高温气化炉，输送气体可采用合成气；
3、热解气在高温气化炉的燃烧区和氧化剂进行充分燃烧反应生成气化剂，再将燃烧生成的气化剂在还原区与输送入高温气化炉的粉状含炭燃料发生还原反应，生成合成气，合成气主要含CO和H2；高温气化炉的温度控制在1100—1600℃之间，对高温气化炉采用绝热保温或者冷却方式；
4、将高温气化炉生成的合成气送到净化装置中，利用过滤除尘方式，得到更纯净的合成气，净化装置内的温度控制在350℃以上。
5、净化后的合成气通过显热回收装置，将合成气的显热被显热回收装置中的冷却介质吸收；显热回收装置出口的合成气温度控制在50—150℃之间。
所述的氧化剂为空气；或者为纯氧；或者为水蒸气。
有益效果，由于采用了上述方案，采用微波气流床两段式气化工艺，解决了生物质性质变化的适应性，合成气中焦油的含量等问题；炭化阶段采用微波加热技术，生物质炭化彻底，炭化制粉过程简单有效，真正的从原理上解决了气流床气化对原料的粒径有严格的限制的问题，使气流床工艺用在生物质气化技术上变的更具有操作性，同时，大大提高了气化效率和合成气的热值。解决了现存的气流床气化炉炭化速度慢，炭化不完全，炭化后产物不易破碎，碳转化率低等问题，达到了本发明的目的。
优点：适用于气流床气化工艺，采用热解和气化相分离，能够适应生物质性质的变化，降低了合成气中焦油的含量；在炭化阶段采用先进的微波加热技术，产生的合成气不含焦油，热值高，提高了气化效率和碳的转化率。
附图说明
图1为本发明的系统工艺流程示意图。
图中，1、原料仓；2、微波炭化装置；3、搅杆；4、微波发生器；5、收集管；6、储存仓；7、制粉装置；8、粉仓；9、气力输送机；10、输粉管；11、高温气化炉；12、热解气管；13、氧化剂管；14、氧化剂输送机；15、合成气出口管；16、净化装置；17、净化装置出口管；18、显热回收装置；19、合成气管；20、冷却介质入口管；21、冷却介质出口管；22、出渣箱；23、合成气回流管。
具体实施方式
实施例1：该气化工艺采用热解和气化相分离，利用微波炭化的气流床两段式生物质气化工艺，包括微波炭化、炭化制粉、高温气化、合成气的净化和显热回收，具体步骤如下：
1、将生物质原料输送到微波炭化装置，该装置采用微波加热装置，进行热解反应，同时有搅杆3进行搅拌，炭化温度应控制在200—600℃；
2、将热解反应产生的热解气直接送到高温气化炉，反应产生的木炭送至制粉装置制成粉状的燃料，通过气力输送的方式将其送入高温气化炉，输送气体可采用合成气；
3、热解气在高温气化炉的燃烧区和氧化剂进行充分燃烧反应生成气化剂，再将燃烧生成的气化剂在还原区与输送入高温气化炉的粉状含炭燃料发生还原反应，生成合成气，合成气主要含CO和H2；高温气化炉的温度控制在1100—1600℃，对高温气化炉采用绝热保温或者冷却方式；
4、将高温气化炉生成的合成气送到净化装置中，利用过滤除尘方式，得到更纯净的合成气，净化装置内的温度控制在350℃以上。
5、净化后的合成气通过显热回收装置，将合成气的显热被显热回收装置中的冷却介质吸收，降低合成气的温度，有利的提高了气化过程中热量的利用率，提高了气化效率；显热回收装置出口的合成气温度控制在50-150℃。
所述的氧化剂为空气。
将原料仓1中的大颗粒原料输送到微波炭化装置2中，利用微波发生器对原料加热热解，同时，搅杆3不停的对原料进行搅拌，保证原料的完全炭化。炭化反应产生的热解气通过热解气管12送到高温气化炉11中与经过氧化剂管13，由氧化剂输送机14输送的氧化剂发生燃烧反应，生成气化剂；炭化反应产生的木炭，经收集管5进入储存仓6中，再从储存仓6中进入制粉装置7，加工好的含炭的粉状燃料储存在粉仓8内，气力输送机9用合成气将粉状燃料通过输粉管10输送到高温气化炉11中，与燃烧反应生成的气化剂发生还原反应，生成合成气，剩余灰渣进入出渣箱22；合成气通过合成气出口管15进入净化装置16，在净化装置16中过滤除杂，得到更纯净的合成气；合成气再经过净化装置出口管17，进入显热回收装置18，与通过冷却介质入口管20进入的冷却介质进行热交换后，通过合成气管19流出。
实施例2：步骤1中的炭化温度控制在200—600℃；步骤3中的高温气化炉的温度控制在1100℃；步骤5中的显热回收装置出口的合成气温度控制在50-150℃。
所述的氧化剂为纯氧。其它与实施例1同。
实施例3：步骤1中的炭化温度控制在200—600℃；步骤3中的高温气化炉的温度控制在1600℃；步骤5中的显热回收装置出口的合成气温度控制在50-150℃。
所述的氧化剂为水蒸气。其它与实施例1同。

Claims (2)

1.一种微波气流床两段式生物质气化工艺，其特征是：该气化工艺采用热解和气化相分离，利用微波炭化的气流床两段式生物质气化工艺，包括微波炭化、炭化制粉、高温气化、合成气的净化和显热回收，具体步骤如下：
（1）、将生物质原料输送到微波炭化装置，该装置采用微波加热装置，进行热解反应，同时有搅杆3进行搅拌，炭化温度应控制在200—600℃之间；
（2）、将热解反应产生的热解气直接送到高温气化炉，反应产生的木炭送至制粉装置制成粉状的燃料，通过气力输送的方式将其送入高温气化炉，输送气体可采用合成气；
（3）、热解气在高温气化炉的燃烧区和氧化剂进行充分燃烧反应生成气化剂，再将燃烧生成的气化剂在还原区与输送入高温气化炉的粉状含炭燃料发生还原反应，生成合成气，合成气主要含CO和H2；高温气化炉的温度控制在1100—1600℃之间，对高温气化炉采用绝热保温或者冷却方式；
（4）、将高温气化炉生成的合成气送到净化装置中，利用过滤除尘方式，得到更纯净的合成气，净化装置内的温度控制在350℃以上；
（5）、净化后的合成气通过显热回收装置，将合成气的显热被显热回收装置中的冷却介质吸收；显热回收装置出口的合成气温度控制在50—150℃之间。
2.根据权利要求1所述的一种微波气流床两段式生物质气化工艺，其特征是：所述的氧化剂为空气；或者为纯氧；或者为水蒸气。
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