CN102533294B - 带气道多管螺旋式生物质干馏裂解制取燃气的装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带气道多管螺旋式生物质干馏裂解制取燃气的装置及工艺，装置是由生物质原料预处理系统、生物质干馏裂解系统、燃气和炭粉分离及净化系统、燃气输送储存系统、炭粉冷却收集系统和余热利用系统组成，生物质干馏裂解系统设有数排干馏裂解套筒，每排干馏裂解套筒内均设有螺旋送料器和排气通道，相邻的干馏裂解套筒之间设有连通管，使数排干馏裂解套筒串联成“S”型管道，工艺：第一步、生物质原料的粉碎、干燥和输送；第二步、生物质的干馏和裂解；第三步、燃气和炭粉的分离及净化；第四步、燃气的储存与输送；有益效果：不会造成气体四溢的情况而影响正常的生产；能够实现大规模产业化生产；降低了生产成本，实现耗能低。

Description

带气道多管螺旋式生物质干馏裂解制取燃气的装置及工艺

技术领域

本发明涉及一种生物质干馏裂解制取燃气的装置及工艺，特别涉及一种带气道多管螺旋式生物质干馏裂解制取燃气的装置及工艺。

背景技术

目前，随着化石能源日趋紧张，利用生物质资源生产燃气替代石油液化气和天然气的新能源生产工艺及装置也不断涌现。早期的工艺及装置是以应用气化剂为主的气化装置，主要弊端是燃气热值低，焦油含量高。后来为了提高燃气热值，又出现了间歇式的干馏炉，虽然热值提高了，但产生的大量焦油无法有效裂解，成为了制约这一产业的瓶颈，随着生产技术和工艺的进步，出现了连续生产的螺旋干馏裂解工艺及装置，但由于生物质原料的密度小以及挥发性高，在急速升温至600℃高温的情况下，会产生30倍于生物质原料本身体积的燃气，不能迅速排出炉体进行回收，使炉压升高造成燃气四溢，而且阻塞炉管，使物料在炉管内不能顺利通行，加之干馏炉的炉道短，生物质原料还没有充分裂解就排出了炉外，只能降速运行，限制了这一产业的生产规模。而且现有装置中的干馏制气、焦油裂解和CO转化成CH₄过程是三套装置，需要几个工艺过程来完成，存在着过程复杂、耗能高、催化剂选择面窄等缺陷。

发明内容

本发明的主要目的是为了解决现有利用生物质干馏裂解制取燃气的装置和工艺在生产过程中产生的气体不能及时排出进行回收，使炉压升高造成燃气四溢阻塞炉管而影响正常生产的问题；

本发明的另一个目的是为了解决现有生物质干馏裂解制取燃气的装置中干馏炉的炉道过短，致使生物质在干馏炉的炉道内反应不充分不能大规模产业化生产的问题；

本发明的再一个目的是为了解决现有生物质干馏裂解制取燃气的装置和工艺中干馏制气、焦油裂解和CO转化成CH₄过程是三套装置，需要几个工艺过程来完成，存在着过程复杂、耗能高、催化剂选择面窄的问题。

本发明为了达到上述目的、解决上述问题而提供的一种带气道多管螺旋式生物质干馏裂解制取燃气的装置及工艺。

本发明所述的带气道多管螺旋式生物质干馏裂解制取燃气的装置是由生物质原料预处理系统、生物质干馏裂解系统、燃气和炭粉分离及净化系统、燃气输送储存系统、炭粉冷却收集系统和余热利用系统组成，其中生物质原料预处理系统设置在生物质干馏裂解系统前，燃气和炭粉分离及净化系统设在生物质干馏裂解系统后并与之相连接，燃气输送储存系统与燃气和炭粉分离及净化系统相连接，炭粉冷却收集系统与燃气和炭粉分离及净化系统相连接，余热利用系统一端与生物质干馏裂解系统连接，余热利用系统的另一端与生物质原料预处理系统中的干燥机相连接。

生物质原料预处理系统是由粉碎机、干燥机和输送机组成，粉碎机设在干燥机的上方，生物质被粉碎机粉碎后从粉碎机下方的出口进入干燥机进行干燥，干燥机的下方设有余热进气口和出料口，干燥机的热源为余热利用系统，余热利用系统利用生物质干馏裂解系统内加热器排出的烟气通过余热进气口为干燥机提供热源，余热利用系统内的余热输送管一端与干燥机下方的余热进气口连接，余热输送管的另一端与生物质干馏裂解系统内加热器的排烟口连接，使生物质干馏裂解系统内加热器排出的烟气通过余热输送管进入到干燥机内加热生物质使其蒸发掉所含有的水份，实现生物质的干燥，输送机设在干燥机出料口的下方，输送机的上端设在生物质干馏裂解系统的进料口处，干燥后的生物质被输送机输送到生物质干馏裂解系统内。

生物质干馏裂解系统是由数排干馏裂解套筒、加热器和变频调速电机组成，加热器裹设在数排干馏裂解套筒的周圈，加热器为燃气加热器，加热器设有两道加热通道，加热器的下方设有两个燃气燃烧器，燃气通过燃气燃烧器进行加热，加热器的后下方设有两个排烟口，为干馏裂解套筒加热后产生的烟气通过排烟口进入到余热利用系统的余热输送管内进入到原料预处理系统的干燥机内，每排干馏裂解套筒内均设有螺旋送料器和排气通道，排气通道为半圆形，排气通道的截面积不小于螺旋送料器螺杆截面积的1/5，每排干馏裂解套筒内均设有排气通道，使干馏裂解过程中产生的燃气顺利地经过排气通道排出，不会出现气阻膨胀现象，避免了炉压升高使炉体漏气导致燃气四溢的情况，相邻的干馏裂解套筒之间设有连通管，连通管首尾交错设置，使数排干馏裂解套筒串联成“S”型管道，这样就加长了生物质干馏通道的长度，使生物质干馏的比较充分，另外也使干馏过程中所产生的CO有充足的时间反应成CH₄燃气，不会有大量的CO产生，最后一排的干馏裂解套筒为裂解炉，前面数排的干馏裂解套筒为干馏炉，第一排干馏裂解套筒的前端开设有进料口，干燥后的生物质被输送机从进料口输送到干馏裂解套筒内，最后一排的干馏裂解套筒的下端开设有排料口，干馏裂解套筒内所产生的燃气和炭粉经过排料口输送到燃气和炭粉分离及净化系统内，螺旋送料器螺杆的轴端与干馏裂解套筒的筒壁枢接，相邻干馏裂解套筒内的螺旋送料器螺杆的轴端由链条连接，数排螺旋送料器由变频调速电机驱使进行联动。

燃气和炭粉分离及净化系统设在生物质干馏裂解系统的下端通过排料口与生物质干馏裂解系统相连接，燃气和炭粉分离及净化系统是由气炭分离器、集气管和眼镜式气体净化器组成，气炭分离器的上部设有气炭混合入口，气炭混合入口与生物质干馏裂解系统下端的排料口相连接，可以使生物质干馏裂解系统内排出的燃气和炭粉进入气炭分离器，集气管设在气炭分离器的侧边，集气管的周圈设有水冷却装置，可以使通过集气管的燃气迅速地冷却，眼镜式气体净化器设在集气管与气炭分离器的连接处，眼镜式气体净化器设有两道气体净化通道可交替切换，每道净化通道内均设有金属过滤网，使用时打开一个净化通道，当打开的净化通道内的金属过滤网污染严重需要更换时，打开另一个净化通道，关闭需更换金属过滤网的净化通道后进行过滤网的更换，不需停机，比较安全及时，集气管的另一端与燃气输送储存系统相连接，燃气输送储存系统是由缓冲气囊、罗茨风机和储气柜组成，其中缓冲气囊与燃气和炭粉分离及净化系统上的集气管相连，缓冲气囊后连接罗茨风机，罗茨风机的另一端连通储气柜，进入到气炭分离器中的燃气经过集气管和眼镜式气体净化器后除尘，再经集气管的冷却装置冷却，靠自然压力进入到缓冲气囊，进入到缓冲气囊的燃气通过罗茨风机输送到储气柜，设置缓冲气囊，能够避免生物质干馏裂解系统内的干馏裂解套筒里面产生负压使燃气燃烧或压力过高使燃气外溢；设置罗茨风机能够提供充足的压力把燃气输入到储气柜中，气炭分离器的下端设有锁气器，与炭粉冷却收集系统连接，能确保燃气不进入炭粉冷却收集系统。

炭粉冷却收集系统是由冷渣机和出炭口组成，冷渣机的上端与气炭分离器下端的锁气器连接，出炭口设在冷渣机的下端，冷渣机为螺旋式的，冷渣机内设有水冷却装置，冷却后的炭粉经出炭口排出。

上述集气管和冷渣机中的水冷却装置内的循环水汇入热水箱后，温度约为70℃，冬季可作为集中供热的热源，夏季由凉水塔冷却后再做为冷却水循环使用。

余热利用系统是由余热输送管组成，余热输送管的一端与生物质干馏裂解系统内加热器的两个排烟口连通，余热输送管的另一端与生物质原料预处理系统内干燥机的余热进气口相连，利用生物质干馏裂解系统内加热器产生的废烟气余热为生物质进行干燥，比较节能环保。

请参阅图1所示，本发明所述的带气道多管螺旋式生物质干馏裂解制取燃气的工艺如下所述：

第一步、生物质原料的粉碎、干燥和输送：

将生物质原料均匀喂入生物质原料预处理系统内的粉碎机，粉碎至＜10mm碎末后输入粉碎机下方的干燥机内，干燥机输入热风的温度控制在120-180℃，干燥后原料含水量降到7-10％之间，并保持均衡，干燥后的原料从干燥机出料口输送到干燥机下方的输送机送至生物质干馏裂解系统的干馏裂解套筒内，干燥机的热源为生物质干馏裂解系统内加热器所排烟气的余热；

第二步、生物质的干馏和裂解：

被输送到干馏裂解套筒内的生物质原料进行干馏和裂解，干馏炉内的温度控制在600-700℃之间，物料停留时间为120-180秒，裂解炉内的温度控制在900-970℃之间，物料停留时间为30-40秒，干馏裂解后的气炭混合物从最后一排干馏裂解套筒下端的排料口输送到气炭分离器中；

第三步、燃气和炭粉的分离及净化：

输入到气炭分离器中的气炭混合物在气炭分离器中进行气炭分离，大部分炭粉靠自重从气炭分离器下端的锁气器落入炭粉冷却收集系统内的冷渣机，炭粉在冷渣机内进行冷却，冷却后的炭粉经过冷渣机下端的出炭口排出打包后送到指定地点；

在气炭分离器中分离出的燃气进入气炭分离器侧边的集气管经眼镜式气体净化器除尘和集气管的水冷却系统冷却使净化的燃气迅速冷却进入缓冲气囊；

第四步、燃气的储存与输送：

净化冷却后的燃气被输送到集气管一端的缓冲气囊中，缓冲气囊后连接罗茨风机，进入到缓冲气囊的燃气通过罗茨风机输送到储气柜，再由分气装置分别送到工业用户或居民用户。

本发明的工作原理：

先将生物质原料进行粉碎和干燥，生物质干燥时利用生物质干馏裂解时产生的余热，经过粉碎和干燥的生物质原料可以更好、充分地进行干馏和裂解，被输送到干馏裂解套筒内的生物质原料先进行干馏，然后把干馏过程中产生的焦油进行裂解成可燃气体，数排干馏裂解套筒中，最后一排为裂解炉，前几排为干馏炉，相邻干馏裂解套筒之间由连通管相连通，连通管首尾设置，使数排干馏裂解套筒串联成一条“S”型管道，这样就延长了生物质干馏的通道和时间，能够有效地进行干馏过程，并且能使干馏中产生的CO有充分的时间转化成CH₄燃气，另外，干馏裂解套筒内设有排气通道，干馏过程中产生的气体可以顺畅地排出回收，干馏时不会因为产生大量的气体而发生套筒内的气阻膨胀，并且干馏后所产生的炭粉可以对焦油裂解起到较好的催化剂作用，使干馏过程中所产生的焦油进行充分地裂解为可燃气体，生物质干馏裂解后产生的气炭混合物被排出后输入到燃气和炭粉分离及净化系统进行燃气和炭粉的分离和净化，数个系统组成一套装置就完成了生物质的干馏裂解以及燃气和炭粉的分离和净化。

本发明的有益效果：

1、在干馏裂解套筒内设置有排气通道，可以使干馏裂解过程中产生的气体及时有效地排出进行回收，套筒内不会形成气阻膨胀现象，避免了炉压升高使炉体漏气，不会造成气体四溢的情况而影响正常的生产；

2、干馏裂解套筒设有数排，而且相邻的干馏裂解套筒之间由连通管连通，连通管首尾交错设置，使数排干馏裂解套筒串联成一条“S“型管道，极大地延长了干馏炉道的长度，能够保证生物质有充足的时间进行干馏，极大地提高了单位时间的产能，能够实现大规模产业化生产；

3、干馏制取燃气、焦油裂解和CO转化成CH₄过程在一套装置中完成，而且干馏过程所产生的炭粉可以做为焦油裂解时的催化剂，不仅使干馏裂解过程简单化，而且免除了催化剂的投入，降低了生产成本，实现耗能低；

4、提高了所制燃气的热值，降低了一氧化碳的含量，裂解了焦油，提高了生产效率，减少了环境的污染，保证了工作现场的安全；眼镜式可切换气体净化器的应用彻底解决了生物质燃气生产过程中粉尘堵塞集气管的问题。

附图说明

图1为本发明所述的工艺流程图。

图2为本发明所述装置的整体结构示意图。

图3为本发明所述装置中干馏裂解系统结构示意图。

图4为图3中A-A断面示意图。

图5为图3中B-B断面示意图。

1、生物质原料预处理系统                2、生物质干馏裂解系统

3、燃气和炭粉分离及净化系统            4、燃气输送储存系统

5、炭粉冷却收集系统                    6、余热利用系统

11、粉碎机  12、干燥机  13、输送机  14、余热进气口  15、出料口

21、干馏裂解套筒  22、加热器  23、变频调速电机  24、燃气燃烧器

25、排烟口  26、螺旋送料器  27、排气通道  28、连通管  29、进料口

30、排料口  31、气炭分离器  32、集气管  33、眼镜式气体净化器

34、气炭混合入口  35、锁气器  36、链条  40、缓冲气囊  41、罗茨风机

42、储气柜  50、冷渣机  51、出炭口  60、余热输送管。

具体实施方式

请参阅图2、图3、图4和图5所示：本发明所述的带气道多管螺旋式生物质干馏裂解制取燃气的装置是由生物质原料预处理系统1、生物质干馏裂解系统2、燃气和炭粉分离及净化系统3、燃气输送储存系统4、炭粉冷却收集系统5和余热利用系统6组成，其中生物质原料预处理系统1设置在生物质干馏裂解系统2之前，燃气和炭粉分离及净化系统3设在生物质干馏裂解系统2后并与之相连接，燃气输送储存系统4与燃气和炭粉分离及净化系统3相连接，炭粉冷却收集系统5与燃气和炭粉分离及净化系统3相连接，余热利用系统6一端与生物质干馏裂解系统2连接，余热利用系统6的另一端与生物质原料预处理系统1中的干燥机12相连接。

生物质原料预处理系统1是由粉碎机11、干燥机12和输送机13组成，粉碎机11设在干燥机12的上方，生物质被粉碎机11粉碎后从粉碎机11下方的出口进入干燥机12进行干燥，干燥机12的下方设有余热进气口14和出料口15，干燥机12的热源为余热利用系统6，余热利用系统6利用生物质干馏裂解系统2内加热器22排出的烟气为干燥机12提供热源，余热利用系统6内的余热输送管60一端与干燥机12下方的余热进气口14连接，余热输送管60的另一端与生物质干馏裂解系统2内加热器22的排烟口25连接，使生物质干馏裂解系统2内加热器22排出的烟气通过余热输送管60进入到干燥机12内加热生物质使其蒸发掉所含有的水份，实现生物质的干燥，输送机13设在干燥机12出料口15的下方，输送机13的上端设在生物质干馏裂解系统2的进料口29处，干燥后的生物质被输送机13输送到生物质干馏裂解系统2内。

生物质干馏裂解系统2是由六排干馏裂解套筒21、加热器22和变频调速电机23组成，加热器22裹设在六排干馏裂解套筒21的周圈，加热器22为燃气加热器，加热器22设有两道加热管道，下方设有两个燃气燃烧器24，燃气通过燃气燃烧器24进入加热管道进行加热，加热器22的后下方设有两个排烟口25，为干馏裂解套筒21加热后产生的烟气通过排烟口25进入到余热利用系统6的余热输送管60内进入到原料预处理系统1的干燥机12内，每排干馏裂解套筒21内均设有螺旋送料器26和排气通道27，排气通道27为半圆形，排气通道27的截面积不小于螺旋送料器26的螺杆截面积的1/5，每排干馏裂解套筒21内均设有排气通道27，使干馏裂解过程中产生的燃气顺利地排出，不会出现气阻膨胀现象，避免了炉压升高使炉体漏气导致燃气四溢，相邻的干馏裂解套筒21之间设有连通管28，连通管28首尾交错设置，使六排干馏裂解套筒21串联成“S”型管道，这样就加长了生物质干馏通道的长度，使生物质干馏的比较充分，另外也使干馏过程中所产生的CO有充足的时间反应成CH₄燃气，不会有大量的CO产生，最后一排的干馏裂解套筒21为裂解炉，前面五排的干馏裂解套筒21为干馏炉，第一排干馏裂解套筒21的前端开设有进料口29，干燥后的生物质被输送机13从进料口29输送到干馏裂解套筒21内，最后一排的干馏裂解套筒21的下端开设有排料口30，干馏裂解套筒21内所产生的燃气和炭粉经过排料口30输送到燃气和炭粉分离及净化系统3内，螺旋送料器26螺杆的轴端与干馏裂解套筒21的筒壁枢接，相邻干馏裂解套筒21内的螺旋送料器26螺杆的轴端由链条36连接，六排螺旋送料器26由变频调速电机23驱使进行联动。

燃气和炭粉分离及净化系统3设在生物质干馏裂解系统2的下端通过排料口30与生物质干馏裂解系统2相连接，燃气和炭粉分离及净化系统3是由气炭分离器31、集气管32和眼镜式气体净化器33组成，气炭分离器31的上部设有气炭混合入口34，气炭混合入口34与生物质干馏裂解系统2下端的排料口30相连接，可以使生物质干馏裂解系统2内排出的燃气和炭粉进入气炭分离器31，集气管32设在气炭分离器31的侧边，集气管32的周圈设有水冷却装置，可以使通过集气管32的燃气迅速地冷却，眼镜式气体净化器33设在集气管32与气炭分离器31相连处，眼镜式气体净化器33设有两道气体净化通道可交替切换，每道净化通道内均设有金属过滤网，使用时打开一个净化通道，当打开的净化通道内的金属过滤网污染严重需要更换时，打开另一个净化通道，关闭需更换金属过滤网的净化通道后进行过滤网的更换，不需停机进行过滤网的更换，比较安全及时，集气管32的另一端与燃气输送储存系统4相连接，燃气输送储存系统4是由缓冲气囊40、罗茨风机41和储气柜42组成，其中缓冲气囊40与燃气和炭粉分离及净化系统3上的集气管32相连，缓冲气囊40后连接罗茨风机41，罗茨风机41的另一端连通储气柜42，进入到气炭分离器31中的燃气经过眼镜式气体净化器33除尘和集气管32冷却后，靠自然压力进入到缓冲气囊40，进入到缓冲气囊40的燃气通过罗茨风机41输送到储气柜42，设置缓冲气囊40能够避免生物质干馏裂解系统内2的干馏裂解套筒21里面产生负压使燃气燃烧或压力过高使燃气外溢；设置罗茨风机41，能够提供充足的压力把燃气输入到储气柜中42中，气炭分离器31的下端设有锁气器35，锁气器35与炭粉冷却收集系统5连接，能够确保燃气不进入炭粉冷却收集系统5。

炭粉冷却收集系统5是由冷渣机50和出炭口51组成，冷渣机50的上端与气炭分离器31下端的锁气器35连接，出炭口51设在冷渣机50的下端，冷渣机50为螺旋式的，冷渣机50内设有水冷却装置，冷却后的炭粉经出炭口51排出。

上述集气管32和冷渣机50中的水冷却装置内的循环水汇入热水箱后，温度约为70℃，冬季可作为集中供热的热源，夏季有凉水塔冷却后再做为冷却水循环使用。

余热利用系统6是由余热输送管60组成，余热输送管60的一端与生物质干馏裂解系统2内加热器22的两个排烟口25连通，另一端与生物质原料预处理系统1内干燥机12的余热进气口14相连，利用生物质干馏裂解系统2内加热器22产生的废烟气余热为生物质进行干燥，比较节能环保。

请参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明所述的带气道多管螺旋式生物质干馏裂解制取燃气的工艺如下所述：

第一步、生物质原料的粉碎、干燥和输送：

将生物质原料均匀喂入生物质原料预处理系统1内的粉碎机11，粉碎至＜10mm碎末后输入粉碎机11下方的干燥机12内，干燥机12输入热风的温度控制在120-180℃，干燥后原料含水量降到7-10％之间，并保持均衡，干燥后的原料从干燥机12的出料口15输送到干燥机12下方的输送机13送至生物质干馏裂解系统2的干馏裂解套筒21内，干燥机12的热源为生物质干馏裂解系统2内加热器22所排烟气的余热；

第二步、生物质的干馏和裂解：

被输送到干馏裂解套筒21内的生物质原料在螺旋送料器26的推动下，进行干馏和裂解，干馏炉内的温度控制在600-700℃之间，物料停留时间为120-180秒，裂解炉内的温度控制在900-970℃之间，物料停留时间为30-40秒，干馏裂解后的气炭混合物从最后一排干馏裂解套筒21下端的排料口30输送到燃气和炭粉分离及净化系统3内的气炭分离器31中；

第三步、燃气和炭粉的分离及净化：

输入到气炭分离器31中的气炭混合物在气炭分离器31中进行气炭分离，大部分炭粉靠自重从气炭分离器31下端的锁气器35落入炭粉冷却收集系统5内的冷渣机50，炭粉在冷渣机50内进行冷却净化，冷却净化后的炭粉经过冷渣机50下端的出炭口51排出打包后送到指定地点；

在气炭分离器31中分离出的燃气经过气炭分离器31侧边的眼镜式气体净化器33除尘净化，再经过集气管32的周圈设有水冷却装置迅速冷却，进入缓冲气囊40中；

第四步、燃气的储存与输送：

净化后的燃气由集气管32输送到的缓冲气囊40中，缓冲气囊40后连接罗茨风机41，进入到缓冲气囊40的燃气通过罗茨风机41加压输送到储气柜42，再由分气装置分别送到工业用户或居民用户。

Claims (1)

1.一种带气道多管螺旋式生物质干馏裂解制取燃气的工艺，其步骤如下所述： 

第一步、生物质原料的粉碎、干燥和输送：

将生物质原料均匀喂入生物质原料预处理系统内的粉碎机，粉碎至﹤10mm碎末后输入粉碎机下方的干燥机内，干燥机输入热风的温度控制在120-180℃，干燥后原料含水量降到7-10%之间，并保持均衡，干燥后的原料从干燥机出料口输送到干燥机下方的输送机送至生物质干馏裂解系统的干馏裂解套筒内，干燥机的热源为生物质干馏裂解系统内加热器所排烟气的余热；

第二步、生物质的干馏和裂解：

被输送到干馏裂解套筒内的生物质原料进行干馏和裂解，干馏炉内的温度控制在700℃，物料停留时间为120-180秒，裂解炉内的温度控制在900℃，物料停留时间为30-40秒，干馏裂解后的气炭混合物从最后一排干馏裂解套筒下端的排料口输送到气炭分离器中；

第三步、燃气和炭粉的分离及净化：

输入到气炭分离器中的气炭混合物在气炭分离器中进行气炭分离，大部分炭粉靠自重从气炭分离器下端的锁气器落入炭粉冷却收集系统内的冷渣机，炭粉在冷渣机内进行冷却，冷却后的炭粉经过冷渣机下端的出炭口排出打包后送到指定地点；

在气炭分离器中分离出的燃气进入气炭分离器侧边的集气管经眼镜式气体净化器除尘和集气管的水冷却系统冷却使净化的燃气迅速冷却进入缓冲气囊；

第四步、燃气的储存与输送：

净化冷却后的燃气被输送到集气管一端的缓冲气囊中，缓冲气囊后连接罗茨风机，进入到缓冲气囊的燃气通过罗茨风机输送到储气柜，再由分气装置分别送到工业用户或居民用户。

Images