CN102260507A - 外热式生物质热解气化炉及连续热解气化制备木炭的方法 - Google Patents

外热式生物质热解气化炉及连续热解气化制备木炭的方法 Download PDF

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李马胜
邓先伦
蒋剑春
孙康
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Abstract

本发明公开了一种外热式生物质热解气化炉及连续热解气化制备木炭的方法。热解气化炉由料仓、燃烧室、料槽和炭化料冷却段组成，在料槽上设有料仓，在料槽下设有炭化料冷却段，在炭化料冷却段设有炭化料出口，在料仓上设有生物质原料进口，在燃烧室上设有空气进口和尾气出口，在料槽外周由上到下依次设有三个独立的环型燃烧室，每个燃烧室的外壁上分别设有空气进口及尾气出口，内壁上设有煤气溢出管，煤气溢出管与料槽联通。热解干馏煤气经溢流管分别进入三个独立的环型燃烧室，与空气发生燃烧反应，产生的热能用于维持生物质料层的热解温度。利用其提供的热能，将炉内生物质进行热解干馏分解出干馏煤气得到木炭。木炭得率高、品质好、装置占地少。

Description

外热式生物质热解气化炉及连续热解气化制备木炭的方法
技术领域
本发明涉及生物质热解气化工艺及设备，尤其涉及一种适用于以制取木炭产品为目的的外热式连续热解气化工艺及设备。
 
背景技术
生物质热解是在隔绝空气或通入少量空气的条件下，使生物质原料受热分解，得到热解干馏煤气及木炭产品，有的是以得到热解干馏煤气为主要产品，有的是以得到木炭为主要产品，作为进一步深加工成活性炭产品的原料。两者的热解工艺及采用的热解设备有很大的差异。目前国内以制取木炭产品为目的的工业化规模热解装置多为间隙操作，产量低，工人劳动强度大。最主要的是产品质量差且不稳定，一般木炭产品的固定碳含量在50%-80%之间，产品得率在30%以下。国内已有的连续热解气化工艺及设备一般都以制取高热值煤气为目的，且为内热式热解装置，燃烧反应与生物质原料接触，容易造成生物质原料的烧失，因而木炭产品产量低、质量差，其木炭产品的固定碳含量在50%-70%之间，产品得率在25%以下。
 
发明内容
为了解决现有技术存在的热解煤气燃烧反应同生物质原料接触，造成生物质原料烧失，影响成品木炭的得率和品质；装置间歇操作，工人劳动强度大；整个系统占用空间比较大的缺点，本发明提供一种外热式生物质热解气化炉及连续热解气化制备木炭的方法，能连续稳定地生产高品质的木炭产品。
本发明采用如下技术方案：一种外热式生物质热解气化炉，由料仓、燃烧室、料槽和炭化料冷却段组成，在料槽上设有料仓，在料槽下设有炭化料冷却段，在炭化料冷却段设有炭化料出口，在料仓上设有生物质原料进口，在燃烧室上设有空气进口和尾气出口，在料槽外周由上到下依次设有三个独立的环型燃烧室，每个燃烧室的外壁上分别设有空气进口及尾气出口，内壁上设有煤气溢出管，煤气溢出管与料槽联通。
所述的燃烧室分别设有控温装置。
所述的炭化料冷却段设有冷却水夹套。
利用所述的外热式生物质热解气化炉连续热解气化制备木炭的方法，在生物质原料在料槽中稳定燃烧后，产生的热解煤气由煤气溢出管分别进入三个独立的燃烧室与进入的空气进行充分的燃烧，燃烧产生的热能蓄积于燃烧室中，并通过料槽的外壁传递到料槽中的生物质料层中，以维持生物质料层的热解温度在600～800℃，使生物质在料槽中进行热解反应得到干馏煤气，热解反应后产生的炭化料经冷却段冷却后由炭化料出口排出，。
燃烧室排出的尾气进入热量回收装置回收后由烟囱排出。
所述的炭化料的固定碳含量为80～92 %ｗｔ，产品得率在30%以上。
空气进入量为20～50m3/h。
所述的生物质为木块、果壳或木屑中的一种。
 
本发明所述方法即通过三步骤完成连续制备高性能木炭产品过程：
（1）热解煤气在三个独立的燃烧室中与空气进行燃烧反应，产生的热能积蓄于料槽的生物质料层中，为下一步热解反应作准备。
（2）利用过程（1）所提供的热能将料槽内生物质进行热解干馏，并产生大量的挥发物，逐步将生物质加热到设定的热解温度，释放出干镏煤气。
（3）热解反应后的木炭产品经冷却后从出料口进行收集，燃烧反应后的尾气经余热利用后从烟囱排空。
用于实施上述外热式生物质连续热解气化工艺的设备主要为热解气化炉，炉体为立式结构，物料依靠重力作用，自上而下运动。在热解气化炉上设有生物质原料进口、炭化料出口、三个独立的环型燃烧室、空气进口及尾气出口，在热解炉下部冷却段设有冷却水夹套。
本发明所采用的外热式生物质连续热解气化设备采用了自上而下三段式设计：
第1段为原料的预热、干燥段。冷原料经料仓和布料器进入炉体内顶部，自上而下缓慢（根据热解干馏速度和出炭量控制速度）向热解干馏段运动。
第2段为热解干馏段。经干燥、预热后的原料进入热解干馏段，原料缓慢通过该区完成热解干馏。
第3段为木炭冷却段。利用炉体下部的循环冷水夹套使热解干馏后的炽热木炭降到200℃以下经出料口排出。
 
有益效果：
a)                      将热解反应后的热解煤气燃烧后用于加热原料生物质，维持整个反应体系的热量平衡。生物质原料的加热方式采用的是外加热方式，热解煤气经溢流管进入燃烧室与空气发生燃烧反应，空气与炽热的生物质原料不直接接触，可减少生物质原料的烧失，从而提高木炭产品的得率，木炭产品的固定碳含量在82%以上。
b)                      本装置设有三个独立的环型燃烧室利用精确调节进风量，可分别控制热解炉上、中、下不同区域的热解温度，从而实现对木炭产品的质量控制，利于对木炭产品的后续深加工利用。
c)                      本热解气化工艺能大规模连续稳定地生产高品质木炭产品。
d)                      对热解煤气燃烧反应尾气进行了回收利用。
e)                      本装置采用立式结构，装置占地少。
f)                      本方法具有操作简便，热解煤气的燃烧反应、反应体系的总热平衡及物料平衡可精确控制，首次实现了外热式连续稳定热解生产高品质木炭产品，特别适合规模化工业生产木炭产品的需要。
 
附图说明
图1为本发明的热解气化炉的示意图。
图中1为料仓，2为控温装置，3为冷却水夹套，4为料槽，5为空气进口，6为尾气出口。
 
具体实施方式
下面结合图1，对本发明作详细说明：
一种外热式生物质热解气化炉，由料仓1、燃烧室、料槽4和炭化料冷却段组成，在料槽4上设有料仓，在料槽4下设有炭化料冷却段，在炭化料冷却段设有炭化料出口，在料仓上设有生物质原料进口，在燃烧室上设有空气进口和尾气出口，在料槽4外周由上到下依次设有三个独立的环型燃烧室，每个燃烧室的外壁上分别设有空气进口5及尾气出口6，内壁上设有煤气溢出管，煤气溢出管与料槽4联通。
所述的燃烧室分别设有控温装置2，所述的控温装置2可以为热电偶。
所述的炭化料冷却段设有冷却水夹套3。
利用所述的外热式生物质热解气化炉连续热解气化制备木炭的方法，在生物质原料在料槽4中稳定燃烧后，产生的热解煤气由煤气溢出管分别进入三个独立的环形燃烧室Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ与由空气进口5进入的空气进行充分的燃烧，燃烧产生的热能蓄积于燃烧室中，并通过料槽4的外壁传递到料槽4中的生物质料层中，以维持生物质料层的热解温度在600～800℃，使生物质在料槽4中进行热解反应得到干馏煤气，热解反应后产生的炭化料经冷却段冷却后由炭化料出口排出，。
燃烧室的尾气出口6排出的尾气进入热量回收装置回收后由烟囱排出。
所述的炭化料的固定碳含量为80～92 %ｗｔ，产品得率在30%以上。
空气进入量为20～50m3/h。
所述的生物质为木块、果壳或木屑中的一种。
 
实施例1
一种用于外热式生物质连续热解气化工艺将50±30 mm木块，通过热解气化炉顶部的料仓送入热解气化炉内，木块经预热后进入热解干馏段，热解煤气经炉上煤气溢出管分别进入三个独立的燃烧室，通过精确控制进入燃烧室的空气量控制燃烧室的燃烧反应温度，从而精确控制热解温度为750℃。燃烧反应后的尾气经回收利用后从烟囱排空，热解干馏后的木炭产品经冷却到180℃后从热解炉的下料口排出。
一台内径Φ1.8m外热式生物质连续热解气化炉制备木炭产品的主要技术参数如下：
炉膛截面积：2.54m2
 原料：木块
单炉处理原料量：10T/d
单炉产木炭：3T/d
木炭产品固定碳含量：90 %
干燥段料层温度：200℃
热解干馏段料层温度：750℃
冷却段料层温度：180℃
实施例2
一种用于外热式生物质连续热解气化工艺将0.5- 5 mm木屑，通过热解气化炉顶部的料仓送入热解气化炉内，木屑经预热后进入热解干馏段，热解煤气经炉上煤气溢出管分别进入三个独立的燃烧室，通过精确控制进入燃烧室的空气量控制燃烧室的燃烧反应温度，从而精确控制热解温度为650℃。燃烧反应后的尾气经回收利用后从烟囱排空，热解干馏后的木炭产品经冷却到120℃后从热解炉的下料口排出。
一台内径Φ1.8m外热式生物质连续热解气化炉制备木炭产品的主要技术参数如下：
炉膛截面积：2.54m2
 原料：木屑
单炉处理原料量：8 T/d
单炉产木炭：2.5 T/d
木炭产品固定碳含量：82 %
干燥段料层温度：210℃
热解干馏段料层温度：650℃
冷却段料层温度：120℃
实施例3
一种用于外热式生物质连续热解气化工艺将1- 10 mm果壳，通过热解气化炉顶部的料仓送入热解气化炉内，木屑经预热后进入热解干馏段，热解煤气经炉上煤气溢出管分别进入三个独立的燃烧室，通过精确控制进入燃烧室的空气量控制燃烧室的燃烧反应温度，从而精确控制热解温度为700℃。燃烧反应后的尾气经回收利用后从烟囱排空，热解干馏后的木炭产品经冷却到170℃后从热解炉的下料口排出。
一台内径Φ1.8m外热式生物质连续热解气化炉制备木炭产品的主要技术参数如下：
炉膛截面积：2.54m2
 原料：果壳
单炉处理原料量：12 T/d
单炉产木炭：4 T/d
木炭产品固定碳含量：88 %
干燥段料层温度：250℃
热解干馏段料层温度：700℃
冷却段料层温度：170℃

Claims (8)

1.一种外热式生物质热解气化炉，由料仓（1）、燃烧室、料槽（4）和炭化料冷却段组成，在料槽（4）上设有料仓，在料槽（4）下设有炭化料冷却段，在炭化料冷却段设有炭化料出口，在料仓上设有生物质原料进口，在燃烧室上设有空气进口和尾气出口，其特征在于，在料槽（4）外周由上到下依次设有三个独立的环型燃烧室，每个燃烧室的外壁上分别设有空气进口（5）及尾气出口（6），内壁上设有煤气溢出管，煤气溢出管与料槽（4）联通。
2.如权利要求1所述的外热式生物质热解气化炉，其特征在于，所述的燃烧室分别设有控温装置（2）。
3.如权利要求1所述的外热式生物质热解气化炉，其特征在于，所述的炭化料冷却段设有冷却水夹套（3）。
4.利用权利要求1～3任一所述的外热式生物质热解气化炉连续热解气化制备木炭的方法，其特征在于，在生物质原料在料槽（4）中稳定燃烧后，产生的热解煤气由煤气溢出管分别进入三个独立的燃烧室（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）与进入的空气进行充分的燃烧，燃烧产生的热能蓄积于燃烧室中，并通过料槽（4）的外壁传递到料槽（4）中的生物质料层中，以维持生物质料层的热解温度在600～800℃，使生物质在料槽（4）中进行热解反应得到干馏煤气，热解反应后产生的炭化料经冷却段冷却后由炭化料出口排出，。
5.如权利要求4所述的外热式生物质热解气化炉连续热解气化制备木炭的方法，其特征在于，燃烧室排出的尾气进入热量回收装置回收后由烟囱排出。
6.如权利要求4所述的外热式生物质热解气化炉连续热解气化制备木炭的方法，其特征在于，所述的炭化料的固定碳含量为80～92 %ｗｔ，产品得率在30%以上。
7.如权利要求4所述的外热式生物质热解气化炉连续热解气化制备木炭的方法，其特征在于，空气进入量为20～50m3/h。
8.如权利要求4所述的外热式生物质热解气化炉连续热解气化制备木炭的方法，其特征在于，所述的生物质为木块、果壳或木屑中的一种。
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