CN103897741B - 两段式富氧蒸汽生物质气化反应器 - Google Patents

两段式富氧蒸汽生物质气化反应器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两段式富氧蒸汽生物质气化反应器，由气化炉和激冷器组成，二者通过连接管道连通。所述气化炉，有上段和下段；上段为物料分散区，下段为热解反应区；上段之中部，设有一个鱼型分料器，该鱼型分料器是一个下部为半球面的圆锥体，用支架固定在气化炉内的中轴线处；在鱼型分料器旁壁上设有燃烧气体装置。所述激冷器，包含激冷气冷却段、热交换器冷却段和排渣系统；激冷气冷却段位于激冷器下部，其底部设有排渣系统，其侧壁上下分别设有激冷气入口和进水口；热交换器冷却段位于激冷器上部，内装有热交换器。本发明之生物质气化反应器，能高效地提高气体热值，且产出气体中的焦油含量少，其生成的H2和CO，经过净化处理可用于F-T合成工艺生成汽、柴油；本发明也适用于农村、林区，可对农作物的废弃物进行集中处理。

Description

两段式富氧蒸汽生物质气化反应器
技术领域
本发明涉及对农作物废弃物进行利用的加工处理设备。
背景技术
生物质气化是将生物质(稻壳、秸秆、锯末等)在缺氧的状态下进行燃烧生成可燃气体的过程。根据燃烧方法的不同，气化装置有多种形式，现有装置中最常见的是上吸式固定床气化炉和下吸式固定床气化炉，虽然结构简单、造价低廉、操作方便，但受气化炉本身结构的制约，在处理生物质气化过程中，气化效率及生成气体的热值偏低，而气体中的焦油含量偏高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能进一步提高可燃气热值并使产出气体中的焦油含量更少的生物质气化反应器。
本发明是这样实现的：
由气化炉3和激冷器组成，二者之间通过连接管道连接；
所述气化炉，有上段和下段，所述气化炉之上段和下段的高度比为，0.4～0.6∶∶0.6～0.4；上、下段相通；
上段为物料分散区，位于气化炉的上部；上段之中部，设有一个鱼型分料器，该鱼型分料器是一个下部为半球面的圆锥体，圆锥体下底的直径为上段内径的1/3～1/2，用支架固定在气化炉内的中轴线处；在鱼型分料器旁壁上设有燃烧气体装置，该燃烧气体装置，可以是气体燃烧枪。
下段-为热解反应区；在下段之上部设有两个蒸汽等离子接口；下段之底部，通过连接管道与激冷器连通；气化炉之下段外壁上，设有保温层，该保温层可以是保温棉，外加不锈钢皮包裹。
所述激冷器，包含C段——激冷气冷却段、D段-热交换器冷却段和排渣系统；C段占激冷器高度的2/5～3/5，D段占激冷器高度的1/3～1/2；C段位于激冷器下部，其底部设有排渣系统，其侧壁上下分别设有激冷气入口和进水口；D段位于激冷器上部，与C段连通，内装有热交换器。
设备工作时，气体温度在激冷器之C段，激冷降到900℃±30℃；D段气体冷却到80℃以下。
本发明之两段式气化反应器(所谓“两段”，指生物质气化炉和激冷器)，从结构上说，该反应器将气化炉中发生的生物质裂解反应和激冷器的冷却阶段分成了两部分，这样有效地阻止了生成气体进行再次反应，保证了生成气体的质量，并且在冷却时能够将灰渣及时排出。本发明之气化反应器的另一个特点，是喉部增加了鱼型分料器和燃烧气体装置，鱼型分料器能使物料均匀进入反应阶段，并且容易在此形成结焦；燃烧气体装置，可以将结焦再次燃烧，使其生成有用气体，提高生产率。本发明有效利用生物质中的碳成分，生成H2和CO为主的可燃气体。
本发明之生物质气化反应器，提供了一种有效利用生物质中的碳成分以生成H2和CO为主的可燃气体，能进一步提高气体热值并使产出气体中的焦油含量更少。本设备的理想用途是将生成的H2和CO经过净化处理，用于F-T合成工艺生成汽、柴油。也适用于农村、林区对农作物的废弃物进行集中处理，提供给农户使用，避免环境污染，防止火灾发生，提高农民的生活质量。本发明并具有设备结构简单、制造成本低等优点。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
附图说明
本实施例之生物质气化反应器的整体结构示意图；
图中，1料斗，2螺杆推料器，3气化炉，4鱼型分料器，5蒸汽等离子接口，6连接管道，7排渣系统，8激冷气入口，9激冷器，10热交换器，11气体出口；A段(物料分散段)，B段(热解反应段)，C段(激冷气冷却段)，D段(热交换器冷却段)。
具体实施方式：
图1显示了本实施例之气化反应器的整体结构情况。
该气化反应器由气化炉3和激冷器9组成。
一.气化炉：
本实施例之气化炉3，分上、下两段，上段为A段，下段为B段，二者相贯通。
(一)A段-物料分散段，位于气化炉的上部，是一个占整个气化炉1/2的空腔，物料在此空腔自由下落飘散。
在A段下部1/5处，设有一个鱼型分料器4，该鱼型分料器4是一个下部为半球面的圆锥体，圆锥体下底的直径为A段内径的1/3，用支架固定在气化炉内的中轴线处。使物料进入热解反应区时更加均匀，并使结焦物有所依附；在鱼型分料器4旁壁上设有燃烧气体装置即设有一个燃烧枪，可以把结焦再次燃烧，使其生成有用气体；
其下部，为热解区B段，该反应区占整个气化炉1/2的空间。在其外壁设有保温层，保温层为保温棉外加不锈钢皮包裹。
(二)B段-热解反应区域，与A段下端相通。
在B段上部，设有两个蒸汽等离子接口5，即，分别为蒸汽等离子发生器的接口，以提供反应所需的水蒸气及反应所需的高温(＞3000摄氏度)。生物质在此发生热解以及重整反应，生成以H2和CO为主的可燃气体，该气体通过连接管道6进入激冷器9。
B段外壁设有保温层，保温层为保温棉，外加不锈钢皮包裹
二.激冷器
激冷器9包含激冷气冷却段C段、热交换器冷却段D段以及排渣系统7。激冷气冷却段C段占激冷器的1/2空间，D段占激冷器的1/3空间。
激冷气通过激冷气入口8进入激冷器，在激冷气的作用下使来自气化炉B段的气体温度降到900摄氏度。气体继续上行，进入D段-热交换器冷却段，在热交换器的作用下，使气体继续冷却到80摄氏度，随后从气体出口11进入气体净化设备。
排渣系统7在激冷器下部，设有循环水进水口和排渣口。
本实施例之气化反应器的整个工作过程如下：
生物质细料(1～3mm)经料斗1进入螺杆推料器2，被螺杆推料器送进气化炉3。生物质在气化炉的上段，以自由落体下落并飘散，经鱼型分料器4进入气化炉热解区下段，通过蒸汽等离子接口5连接蒸汽等离子发生器，在蒸汽等离子的高温(＞3000摄氏度)作用下，生物质瞬间分解为气态物质C、CO、CO2、H2、CH4等。由于离子态水存在，系统还会发生如下反应：
C+H2O＝CO+H2
CO+H2O＝CO2+H2
上述生物质热解以及重整反应，主要获得了合成气(H2+CO)。
热解气体进入激冷器9，在C段将热解气冷却到900±30℃。灰渣落到激冷器下端用水排出。
经激冷器C段冷却的气体进入热交换器10，在D段继续冷却到80℃以下，同时产出蒸汽供工艺过程使用。
经D段冷却的热解气体进入气体净化工段净化处理，获得工艺指标要求的合成气。

Claims (5)

1.两段式富氧蒸汽生物质气化反应器，其特征在于：由气化炉(3)和激冷器(9)组成，二者之间通过连接管道(6)连接；
所述气化炉(3)，有上段和下段，上、下段相通；
上段为物料分散区，位于气化炉的上部；上段之中部，设有一个鱼型分料器(4)，该鱼型分料器(4)是一个下部为半球面的圆锥体，圆锥体下底的直径为上段内径的1/3～1/2，用支架固定在气化炉内的中轴线处；在鱼型分料器(4)旁壁上设有燃烧气体装置；
下段-为热解反应区；在下段之上部，设有两个蒸汽等离子接口(5)；下段之底部，通过连接管道(6)与激冷器(9)连通；
所述激冷器(9)，包含C段——激冷气冷却段、D段-热交换器冷却段和排渣系统(7)；C段位于激冷器(9)下部，其底部设有排渣系统(7)，其侧壁上下分别设有激冷气入口(8)和进水口；D段位于激冷器(9)上部，与C段连通，内装有热交换器(10)；
所述气化炉(3)之上段和下段的高度比为，0.4～0.6∶0.6～0.4；
所述激冷器(9)之C段和D段，C段占激冷器高度的2/5～3/5，D段占激冷器高度的1/3～1/2。
2.根据权利要求1所述两段式富氧蒸汽生物质气化反应器，其特征在于：所述气化炉(3)之下段外壁上设有保温层。
3.根据权利要求2所述两段式富氧蒸汽生物质气化反应器，其特征在于：保温层为保温棉，外加不锈钢皮包裹。
4.根据权利要求1所述两段式富氧蒸汽生物质气化反应器，其特征在于：所述鱼型分料器(4)旁壁上设有的燃烧气体装置，是气体燃烧枪。
5.根据权利要求1所述两段式富氧蒸汽生物质气化反应器的温度控制，其特征在于：气体温度在激冷器(9)之C段，激冷降到900℃±30℃；D段气体冷却到80℃以下。
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