CN104232124B - 一种生物质裂解炭化气化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物质裂解炭化气化装置,包括顺次通过管道连接的粉碎机,干燥器,成型机,裂解装置,第一水封罐,粗净化器,酸洗罐,冷却分离装置,气液分离装置,碱洗罐,风机,除焦器,第一气相净化器,脱硫器、除氮器、气体过滤器,第二气相净化器,第二水封罐,储气罐,还包括焦炭活化器、油液分离器、木醋液回收器、木焦油回收器、木焦油蒸馏装置、水循环池。本发明采用焦炭活化器对裂解产生的焦炭进行活化,提高活性炭质量,且去除了燃气中的各种杂质,保证了燃气的产量和质量,整个生产过程无废气、废渣、废液排出,不会造成污染,是一种燃气、活性炭和液体燃料联产的生物质裂解炭化气化装置。

Description

一种生物质裂解炭化气化装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种生物质裂解技术领域,尤其涉及一种生物质裂解炭化气化装置。
背景技术
[0002]生物质是植物通过光合作用生成的有机物,生物质能是太阳能的一种,生物质与矿物质能源相比更为清洁,植物生物质包括据木、木柴,野草,松针树叶,作物秸杆,牛羊畜粪,食用菌渣等。
[0003]生物质能是蕴藏在生物质中的能量,是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。生物质能一直是人类社会赖以生存的重要能源,它具有可再生和环境友好的双重特点,受到全世界普遍的重视,并已成为新能源的重点发展方向之
O
[0004]生物质能具有可再生性,资源存量丰富,据估计,植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍,而作为能源的利用量还不到其总量的1%。生物质挥发分高、易于燃烧,生物质燃料中大多数低分子的碳氢化合物,遇到一定的温度后热分解而析出挥发物容易被引燃。
[0005]生物质能成型、裂解技术是生物质能利用的一个重要方向,但是也面临着如下的缺陷和困难:1、规模生产难以实现,且从生物质物料粉碎到产品成型耗用时间较长,使得生产难以规模化,限制了系统工艺的使用推广;2、生物质成型、裂解产品单一,对生物质资源的利用率较低仅为25%左右,不能做到生物质资源的全方位利用,造成能源的浪费;3、水封装置阻火效果不佳,安全系数不高;4、对气体净化不彻底,没有充分考虑到气体杂质的过滤,可能会有水气,杂质等,因此其产生的气体的纯净度较低;5、活性炭主要有粉状、颗粒装和成型式三种类型,根据活性炭材料的发展趋势,活性炭材料逐渐从粉状向颗粒状和成型产品的转变;目前,我国使用的高质量的颗粒活性炭需要大量进口,用农业废弃物制取活性炭,不仅使农业废弃物资源化,也解决了植物秸杆污染问题,我国现有生产颗粒活性炭技术和设备大多利用生物质在固定床反应器中间歇热解,然后再进行间歇活化操作,无法进行连续生产,颗粒活性炭的质量难以保证。
发明内容
[0006]本发明的目的是:针对上述不足而提供一种可以扩大生产规模、充分利用生物质裂解产品、提高水封安全性、燃气净化程度高、提高活性炭质量的燃气、活性炭和液体燃料的联产的生物质裂解炭化气化装置。
[0007]为实现上述目的,本发明的技术方案是:
[0008] —种生物质裂解炭化气化装置,包括顺次通过管道连接的粉碎机,干燥器,成型机,裂解炉,第一水封罐,粗净化器,酸洗罐,冷却分离装置,气液分离装置,碱洗罐,风机,除焦器,第一气相净化器,脱硫器、除氮器、气体过滤器,第二气相净化器,第二水封罐,储气罐;还包括焦炭活化器、油液分离器、木醋液回收器、木焦油回收器、木焦油蒸馏装置、水循环池,焦炭活化器与裂解炉底部连接,酸洗罐,冷却分离装置,气液分离器,除焦器与回收装置连接,回收装置包括油液分离器、水循环池,油液分离器与木焦油回收器、木醋酸回收器连接,木焦油回收器与木焦油蒸馏装置连接;裂解炉为圆柱形,裂解炉内设有搅拌装置,裂解炉的高径比为25:1;焦炭活化器为圆柱体结构,焦炭活化器的高径比为20:1,焦炭活化器底部设有水蒸气入口,焦炭活化器顶部设有水蒸气出口,焦炭活化器内下部位置焊接有开有小孔的水平板,该水平板开孔率为11%~14%,开孔直径为0.8-1.8mm;该水平板上方等间距并排设有四块竖直板,该竖直板上开有小孔,开孔率为30%_50 %,开孔直径为0.4-
0.7mm,竖直板下方距该水平板的距离与水平板直径比值为0.2-0.4,档板距焦炭活化器顶部的距离与水平板直径比值为0.8-1;冷却分离装置包括三个并排的冷却分离器,依次为第一冷却分离器、第二冷却分离器和第三冷却分离器,且三个冷却分离器的温度逐渐降低;气液分离装置包括三个并排的气液分离器,依次为第一气液分离器、第二气液分离器和第三气液分离器,三个气液分离器均米用跌落式分离器;第一水封罐与第二水封罐结构相同,水封罐罐体内有密封水,水封罐上设有排空管、进气管、出气管、进水口、排水口,进气管伸入到密封水液面以下,出气管伸入到密封水液面以上,多块阻火板横向设置于进气管和出气管之间,阻火板通过连接件设于水封罐侧壁,阻火板与水封罐的罐顶及罐底均不接触。
[0009]优选的,阻火板为5块,上下均匀间隔的设置于水封罐内,最上面一块阻火板位于密封水以上30cm,最下面一块阻火板与水封罐罐底的高度距离为25cm。
[0010]优选的,所述粗净化器为旋风分离器。
[0011] 本发明的生物质裂解炭化气化装置的优点有:1、在裂解过程中没有烟尘的排放,并将木焦油、木醋酸进行分离回收,整个生产过程无废气、废渣、废液排出,不仅不会对大气及土壤造成污染,而且保证了炭化气的产量和质量,促进了环境保护与经济协调;2、将多个裂解釜一起置于裂解炉中密闭加热裂解,提高了生产规模;3、本设备生产出的生物质炭、汽油、柴油、木沥青、木醋酸液、生物质燃气,均具有很高利用价值,燃气供居民炊事用气、发电、工业热源用气;生物质炭可用于有色金属冶炼和防氧化剂,炭粉制成活性炭用于污水和恶臭气味的吸附剂,在工业和环保上用途广泛;木醋液作为植物生长剂和饲料添加剂,可提高花生、玉米、蔬菜产量10- 15%,且是良好的驱虫剂、生物保鲜剂;木焦油:优于煤焦油,是一种贵重的化工原料,目前用于油漆和燃料行业、橡胶业,利用蒸馏的方法还可以将木焦油转化成生物汽、柴油和木沥青,用途广泛;4、采用多台、连续净化设备,去除了燃气中的各种杂质,得到符合燃气规定的优质燃气;5、用生物质原料生产活性炭,制备的活性炭品质好,节约能源,降低成本且减少了生物质原料的浪费。
附图说明
[0012]图1为本发明的生物质裂解炭化气化装置的结构示意图;
[0013]附图明细如下:1、粉碎机;2、干燥器;3、成型机;4、裂解炉;5、第一水封罐;6、粗净化器;7、酸洗罐;8、第一冷却分离器;9、第二冷却分离器;10、第三冷却分离器;11、第一气液分离器;12、第二气液分离器;13、第三气液分离器;14、碱洗罐;15、风机;16、除焦器;17、第一气相净化器;18、脱硫器;19、除氮器;20、气体过滤器;21、第二气相净化器;22、第二水封罐;23、储气罐;24、油液分离器;25、木醋液回收器;26、木焦油回收器;27、木焦油蒸馏装置;28、竖直板;29、焦炭活化器;30、水平板;31、水蒸气入口; 32、水蒸气出口。
具体实施方式
[0014]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0015]本发明的生物质裂解炭化气化装置的结构如图1所示,包括顺次通过管道连接的粉碎机I,干燥器2,成型机3,裂解炉4,第一水封罐5,粗净化器6,酸洗罐7,冷却分离装置,气液分离装置,碱洗罐14,风机15,除焦器16,第一气相净化器17,脱硫器18、除氮器19、气体过滤器20,第二气相净化器21,第二水封罐22,储气罐23,还包括焦炭活化器29、油液分离器24、木醋液回收器25、木焦油回收器26、木焦油蒸馏装置27、水循环池,焦炭活化器29与裂解炉4底部连接,酸洗罐7、冷却分离装置、气液分离器、除焦器16与回收装置连接,回收装置包括油液分离器24、水循环池,油液分离器24与木焦油回收器26、木醋酸回收器25连接,木焦油回收器26与木焦油蒸馏装置27连接。裂解炉4为圆柱形,裂解炉4内设有搅拌装置,裂解炉4的高径比为25:1。
[0016]焦炭活化器29为圆柱体结构,焦炭活化器29的高径比为20:1,焦炭活化器29底部设有水蒸气入口 31,焦炭活化器29顶部设有水蒸气出口 32,焦炭活化器29内下部位置焊接有开有小孔的水平板30,该水平板30开孔率为11 %-14%,开孔直径为0.8-1.8mm;该水平板30上方等间距并排设有四块竖直板28,该竖直板28上开有小孔,开孔率为30%~50% ,开孔直径为0.4-0.7 mm,竖直板28下方距该水平板30的距离与水平板30直径比值为0.2-0.4,竖直板28距焦炭活化器29顶部的距离与水平板30直径比值为0.8-1。
[0017]分离装置包括三个并排的冷却分离器,依次为第一冷却分离器8、第二冷却分离器9和第三冷却分离器10,且三个冷却分离器的温度逐渐降低;气液分离装置包括三个并排的气液分离器,依次为第一气液分离器11、第二气液分离器12和第三气液分离器13,三个气液分离器均采用跌落式分离器;第一水封罐5与第二水封罐22结构相同,水封罐罐体内有密封水,水封罐上设有排空管、进气管,出气管,进水口,排水口,进气管伸入到密封水液面以下,出气管伸入到密封水液面以上,多块阻火板横向设置于进气管和出气管之间,阻火板通过连接件设于水封罐侧壁,阻火板与水封罐的罐顶及罐底均不接触。
[0018]阻火板为5块,上下均匀间隔的设置于水封罐内,最上面一块阻火板位于密封水以上30cm,最下面一块阻火板与水封罐罐底的高度距离为25cm。搅拌装置的搅拌速度为8转每分钟,通过搅拌可以缩短生产时间,提高生产效率。粗净化器可以采用旋风分离器,产品市面有售。第一水封罐用于当装置停止工作时空气进入裂解炉内引起回气事故,第二水封罐的作用是防止储气罐中气体回流并可以洗净气体,阻火板防止进气飞溅涌出,阻火板之间的密封水液面波动小,还可以改善出气带水过多的情况。
[0019]本装置的工作原理是:1.通过粉碎机I对物料进行粉碎,使物料达到系统运行所要求的颗粒尺寸;但如果物料本身尺寸较小且均匀,则无需再粉碎,比如稻壳、锯末等。2.通过干燥器2烘干使物料含水率保持在3〜12%之间。3.烘干后利用成型机3将物料制作成所需形状,这些形状既可以是棒状、球状,也可以是块状和颗粒状,形状选取根据最终所得生物质炭的用途决定。通常为了使成型机能够连续成型,选取棒状这种形状,这样所得的炭为炭棒。成型机的成型温度为200-400°C,通过电加热而得,成型压力为8吨左右。4.将成型的物料送入裂解炉4内进行裂解,裂解炉4内设有搅拌装置,成型物料加入裂解炉4中,由裂解炉4对物料进行加热裂解。在裂解过程中,通过搅拌装置搅拌,在搅拌时,是以每分8转的速度,缓慢地翻动物料,使物料均匀裂解。裂解通过逐步升温的方式进行并最终使温度保持在700〜1000°C之间,裂解时间为80-200分钟。通过热裂解得到气态和固态生成物。裂解完成后,裂解所得的固态生成物(焦炭)送入焦炭活化器29内,向焦炭活化器29内通入预热至250〜6500°C的水蒸气,在焦炭活化器29内于400〜800°C温度下活化50-180分钟;与此同时气态产物进行相应的后续处理。5.裂解时产生的气体通过防止回气第一水封罐5进入粗净化器6,以除去气体中固体颗粒,使气体进一步得到净化。6.经过粗净化器6净化的气体进入酸洗罐7内进行酸洗,同时冷却,以便除去木焦油和木醋液,防止木焦油和木醋液堵塞设备。酸洗液用的是醋酸,醋酸池内的酸洗液经酸栗送入酸洗罐内喷淋洗涤,洗涤液体在酸洗罐内分离后,醋酸返回醋液池内进行循环利用,木焦油和木醋液进入油液分离器24内进行分离,木焦油进入木焦油回收器26,木醋液进入木醋液回收器25。7.经过酸洗的气体温度还较高,必须对其进行冷却,以便降低气体温度和进一步分离木焦油和木醋液,气体依次进入第一冷却分离器8、第二冷却分离器9和第三冷却分离器10内进行三级冷却,第一冷却分离器8、第二冷却分离器9、第三冷却分离器10通过冷却循环水对高温气体进行冷却降温,并将降温过程中产生的大量的焦油、木醋酸液混合物输入油液分离器24,从而得到降温气体;冷却下来的木焦油和木醋液进入油液分离24器内进行分离,木焦油进入木焦油回收器26,木醋液进入醋液回收器25。8.冷却后的气体进入第一气液分离器11、第二气液分离器12、第三气液分离器13进行气液分离,经分离出来的木焦油和木醋液进入油液分离器24内进行分离,木焦油进入木焦油回收器26,木醋液进入木醋液回收器25。9.气体进入碱洗罐14内进行碱液洗涤,除去气体中含有的酸性物质,防止其对设备的腐蚀,碱洗液采用的是3%的NaOH溶液,碱液池内的碱液经碱液栗送入到碱洗罐内对气体进行喷淋洗涤,喷淋后的碱洗液返回碱液池内循环使用,并定期补充碱,保持碱液PH值大于8。10.气体经风机15送入除焦器16内,进一步除去气体中的木焦油,再经过第一气相净化器对气体进行净化,然后依次通过脱硫器18、除氮器19除去气体中的硫、氮。11.气体经过气体过滤器20去除气体中的其他杂质。12.气体进入第二气相净化器21对气体进行净化。13.气体最后经第二水封罐22进入储气罐23。储气罐23内的气体可供发电机组发电使用,也可供居民炊事和取暖用气。14.木焦油回收器26与木焦油蒸馏装置27连接,利用蒸馏的方法将木焦油转化成生物汽、柴油和木沥青。
[0020]本发明在裂解装置中密闭加热裂解,没有烟尘的排放;将物料置于裂解炉中密闭加热裂解,利用搅拌装置搅拌加速裂解,从而扩大了生产规模;利用焦炭活化器对裂解产生的焦炭进行活化而得到活性炭,提高活性炭质量;利用生物质生产出生物质炭、木焦油、木醋酸液、生物质燃气,将木焦油、木醋酸进行分离回收,并对木焦油进行蒸馏处理,得到汽油、柴油、木沥青,从而将生物质资源充分利用;采用多台、连续净化设备,去除了燃气中的各种杂质,得到符合燃气规定的优质燃气。整个生产过程无废气、废渣、废液排出,不仅不会造成污染,而且保证了燃气的产量和质量,利用生物质原料制取活性炭,提高活性炭质量,是一种燃气、活性炭和液体燃料联产的生物质裂解炭化气化装置。

Claims (3)

1.一种生物质裂解炭化气化装置,包括顺次通过管道连接的粉碎机,干燥器,成型机,裂解炉,第一水封罐,粗净化器,酸洗罐,冷却分离装置,气液分离装置,碱洗罐,风机,除焦器,第一气相净化器,脱硫器、除氮器、气体过滤器,第二气相净化器,第二水封罐,储气罐,其特征在于: 还包括焦炭活化器、油液分离器、木醋液回收器、木焦油回收器、木焦油蒸馏装置、水循环池,焦炭活化器与裂解炉底部连接,酸洗罐,冷却分离装置,气液分离器,除焦器与回收装置连接,回收装置包括油液分离器、水循环池,油液分离器与木焦油回收器、木醋酸回收器连接,木焦油回收器与木焦油蒸馏装置连接; 裂解炉为圆柱形,裂解炉内设有搅拌装置,裂解炉的高径比为25:1; 焦炭活化器为圆柱体结构,焦炭活化器的高径比为20:1,焦炭活化器底部设有水蒸气入口,焦炭活化器顶部设有水蒸气出口,焦炭活化器内下部位置焊接有开有小孔的水平板,该水平板开孔率为11%-14%,开孔直径为0.8-1.8mm;该水平板上方等间距并排设有四块竖直板,该竖直板上开有小孔,开孔率为30 %-50%,开孔直径为0.4-0.7mm,竖直板下方距该水平板的距离与水平板直径比值为0.2-0.4,档板距焦炭活化器顶部的距离与水平板直径比值为0.8-1; 冷却分离装置包括三个并排的冷却分离器,依次为第一冷却分离器、第二冷却分离器和第三冷却分离器,且三个冷却分离器的温度逐渐降低;气液分离装置包括三个并排的气液分离器,依次为第一气液分离器、第二气液分离器和第三气液分离器,三个气液分离器均采用跌落式分离器;第一水封罐与第二水封罐结构相同,水封罐罐体内有密封水,水封罐上设有排空管、进气管、出气管、进水口、排水口,进气管伸入到密封水液面以下,出气管伸入到密封水液面以上,多块阻火板横向设置于进气管和出气管之间,阻火板通过连接件设于水封罐侧壁,阻火板与水封罐的罐顶及罐底均不接触。
2.根据权利要求1所述的生物质裂解炭化气化装置,其特征在于:阻火板为5块,上下均匀间隔的设置于水封罐内,最上面一块阻火板位于密封水以上30cm,最下面一块阻火板与水封罐罐底的高度距离为25cm。
3.根据权利要求1所述的生物质裂解炭化气化装置,其特征在于:所述粗净化器为旋风分离器。
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