CN106753582A - 低焦油生物质气化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低焦油生物质气化系统，包括流化床气化炉、裂解炉、下排气旋流分离器以及鼓风机。裂解炉包括混合气体进入通道、炉本体和锥体部，锥体部的锥形壁上方及锥形壁下方分别与炉本体的内壁之间形成裂解反应空间及排气空间，炉本体具有催化剂入口和可燃气出口，锥体部具有炉渣排出口和均匀分布在锥形壁上的多个溢气孔。下排气旋流分离器具有使流化床气化炉产生的夹杂有炭及焦油的可燃气在旋风分离作用下炭粒落入的炭粒收集区和用以使夹杂着焦油的可燃气进入混合气体进入通道的出料通道，炭粒收集区位于下排气旋流分离器的底部且连通于炉本体的催化剂入口。本发明可达到减少可燃气中焦油含量的目的。

Description

低焦油生物质气化系统
技术领域
本发明涉及生物质气化领域，具体涉及一种可降低可燃气焦油含量的低焦油生物质气化系统。
背景技术
伴随着工业和现代文明的进步，新能源的开发以及环境保护成为当今人类面临的首要问题。基于化石燃料的不可再生性和在使用过程中对环境的恶劣影响，生物质能将逐渐成为本世纪的主要能源之一。生物质在我国丰富而广泛，若大力发展生物质气化技术，将对缓解能源供求矛盾和减少环境污染有着十分重要的意义。生物质气化技术是生物质高效利用的重要方法之一，也是当前生物质能技术研究的热点之一。现阶段生物质气化技术已经进入实用阶段，在我国也有了小规模的集中供气、供热及气化发电等方面的应用。
生物质气化的目标是得到尽可能多的可燃性气体，现有的生物质气化技术采用使部分生物质燃料低氧燃烧，然后利用其烟气所具有的热量和剩余氧气对其生物质物料进行热解和气化的方法，这种方法将会产生大量的焦油。目前生物质气化所得气体中的焦油含量一般会高达20g/m3以上，焦油的产生不仅会引起管道堵塞，影响操作系统的正常运行，同时焦油中的许多物质具有致癌作用。另外，现有的生物质燃气净化都采用水洗法，不仅会造成严重的环境污染，而且也造成了能源的浪费。所以，如何进一步裂解焦油，将焦油尽可能转化为具有较高热值的气体(如CO,H2,CH4等)，对于洁净高效利用生物质具有重要的意义。而自生物质气化技术问世以来，如何减少可燃气中的焦油含量一直没有得到很好的解决。
发明内容
为了克服现有的生物质气化炉生成燃气中所含焦油量高的不足，本发明的目的在于如何对生成燃气中的焦油进行高效净化，以达到降低焦油含量。
低焦油生物质气化系统包括流化床气化炉、裂解炉、下排气旋流分离器以及鼓风机。流化床气化炉具有用以使生物质原料进入的进料口、用以使空气流进入的布风室和用以使产生的夹杂有炭及焦油的可燃气排出的气化炉出口，该布风室设置于该流化床气化炉的底部，该气化炉出口设置于该流化床气化炉的顶部，该进料口设置于该布风室和该气化炉出口之间且相对邻近于该布风室。裂解炉包括混合气体进入通道、与该混合气体进入通道连通的炉本体和设置于该炉本体内的锥体部，该锥体部设置于该炉本体的底部，该锥体部的锥形壁上方和该炉本体的内壁之间形成裂解反应空间，且该锥体部的锥形壁下方和该炉本体的内壁之间形成排气空间，该混合气体进入通道相对邻近于该炉本体的顶部设置且连通于该裂解反应空间，该炉本体具有催化剂入口和可燃气出口，该催化剂入口设置于该炉本体的顶部且连通于该裂解反应空间，该可燃气出口设置于该炉本体的底部且与该排气空间连通，该锥体部具有炉渣排出口和多个溢气孔，该炉渣排出口设置于该锥体部的底部且连通于该炉本体的外部，该多个溢气孔均匀分布在该锥体部的锥形壁上且与该排气空间连通。下排气旋流分离器，具有用以使该流化床气化炉产生的夹杂有炭及焦油的可燃气进入的进料通道、用以在旋风分离作用下使炭粒落入的炭粒收集区和用以使夹杂着焦油的可燃气进入该混合气体进入通道的出料通道，该进料通道位于该下排气旋流分离器的顶部且连通于该气化炉出口，该炭粒收集区位于该下排气旋流分离器的底部且连通于该催化剂入口。用以吹气的鼓风机包括一次风通道和二次风通道，该一次风通道连通于该布风室，该二次风通道连通于该混合气体进入通道。
较佳地，低焦油生物质气化系统还包括进料斗和与该进料斗连通的螺旋进料器，该螺旋进料器用以将由该进料斗落下的生物质原料输送至该流化床气化炉的进料口。
较佳地，该一次风通道和该二次风通道分别具有风量控制阀。
较佳地，下排气旋流分离器包括用以使从该进料通道进入的气流产生旋转的导向叶片和用以使气流中炭粒分离的筒体，该炭粒收集区位于该筒体的底部，该出料通道设置于该筒体的中部。
较佳地，低焦油生物质气化系统还包括外加炭粒储备区，该外加炭粒储备区输出量可控地连通于该炉本体的该裂解反应空间。
较佳地，炭粒收集区与该催化剂入口之间设置有流量控制阀。
较佳地，低焦油生物质气化系统还包括用以吸气的排风机，该排风机连通于该可燃气出口。
较佳地，低焦油生物质气化系统还包括螺旋排渣器，该螺旋排渣器设置于该炉渣排出口且与该裂解反应空间连通。
较佳地，裂解炉的炉本体内裂解温度为900℃至1200℃。
较佳地，气化炉出口的气体温度为600℃至660℃。
与现有技术相比，本发明在气化炉的基础之上，增加旋流分离器和裂解炉，使产生的焦油经过旋风分离之后在裂解炉中得到裂解，以达到减少可燃气中焦油含量的目的；而且，本发明通过在裂解过程中回收利用气化炉产生气体中的炭粒作为裂解反应的催化剂，既可大大降低可燃气中的焦油含量以达到清洁能源的标准，又可以减少炭渣浪费以降低气化过程中对环境的污染。
附图说明
图1为本发明一实施例的低焦油生物质气化系统的示意图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
请参见图1，图1为本发明一实施例的生物质气化系统100的示意图。低焦油生物质气化系统100包括流化床气化炉3、裂解炉、下排气旋流分离器5以及鼓风机4。
流化床气化炉3具有用以使生物质原料进入的进料口31、用以使空气流进入的布风室32和用以使产生的夹杂有炭及焦油的可燃气排出的气化炉出口33，布风室32设置于流化床气化炉3的底部，气化炉出口33设置于流化床气化炉3的顶部，进料口31设置于布风室32和气化炉出口33之间且相对邻近于布风室32。
在实际应用中，低焦油生物质气化系统100还包括进料斗1和与进料斗1连通的螺旋进料器2，螺旋进料器2用以将由进料斗1落下的生物质原料输送至流化床气化炉3的进料口31。
优选地，气化炉出口33的气体温度为600℃至660℃。
生物质颗粒进入流化床气化炉后，与气化剂(如空气或水蒸气)混合后进入一个高温的颗粒流化床，颗粒可以是沙子，也可以是灰渣。由于在流化床内，气体和燃料强烈混合充分接触故受热均匀，在炉内呈“沸腾”的状态。于是气化过程的不同阶段(如在固定床气化炉里分别进行的干燥、热解、氧化和还原反应)，已经无法区分，而且各点的温度非常均匀，因而操作变得非常简单，只要控制好气化剂和燃料的比例就可以了。另外相比于固定式气化炉，流化床气化炉有以下优点：对燃料的适应性比较强，不需要用整齐划一的颗粒；不必担心因为温度分布不均匀而造成的局部结渣；气化反应速度快，产气率高，处理能力大，过程易于控制；气化强度比固定床高，炭损失比固定床少；气化剂与燃料之间的传热效率高。生物质颗粒在气化之后，生成含有焦油和颗粒的可燃气。
裂解炉包括混合气体进入通道10、与混合气体进入通道10连通的炉本体7和设置于炉本体7内的锥体部71，锥体部71设置于炉本体7的底部，锥体部71的锥形壁710上方和炉本体7的内壁之间形成裂解反应空间72，且锥体部71的锥形壁710下方和炉本体7的内壁之间形成排气空间73，混合气体进入通道10相对邻近于炉本体7的顶部设置且连通于裂解反应空间72，炉本体7具有催化剂入口74和可燃气出口75，催化剂入口74设置于炉本体7的顶部且连通于裂解反应空间72，可燃气出口75设置于炉本体7的底部且与排气空间73连通，锥体部71具有炉渣排出口711和多个溢气孔，炉渣排出口711设置于锥体部71的底部且连通于炉本体7的外部，多个溢气孔均匀分布在锥体部71的锥形壁710上且与排气空间73连通。
优选地，低焦油生物质气化系统100还包括用以吸气的排风机8，排风机8连通于可燃气出口75，用以使焦油含量减少的、较为清洁的可燃气通过可燃气出口进入燃烧装置或燃气储存装置。
在一实施例中，低焦油生物质气化系统100还可以包括外加炭粒储备区(图未示)，外加炭粒储备区可设置于炉本体7的顶部，其输出量可控地连通于炉本体7的裂解反应空间72。在裂解炉外增加外加炭粒储备区的目的在于，以备下述回收的催化剂炭不足时使用。需要说明的是，上述锥形部71的内侧以及其上方占炉本体7三分之一的空间内一般设置有炭粒，所以此处的外加炭粒储备区并非必须设置。
在实际应用中，生物质炭是一种性能良好的焦油裂解催化剂(C+H2O→H2+CO,C+CO2→2CO)。采用生物质炭作为焦油裂解的催化剂是消除焦油的有效途径。在裂解的过程中，还需加入适量的空气，但过多的空气会影响焦油裂解，减少了焦油的裂解时间，降低裂解效率。在裂解气中，CH4和其它高分子量碳氢化合物的体积分数随着温度的升高和催化剂的使用而降低，其主要发生裂解反应。在生物质炭的作用下，裂解产物和裂解气内气体体积分数发生了变化，主要表现为可凝结相降低和气体产量的增加。在裂解炉中可发生的部分化学反应如下：
CnHx→pCmHy+tH2 CnHx+nCO2→x/2H2+2nCO
CO+H2O→H2+CO2
CH4→C+2H2 CH4+H2O→CO+3H2 CH4+2H2O→CO2+4H2
下排气旋流分离器5具有用以使流化床气化炉3产生的夹杂有炭及焦油的可燃气进入的进料通道51、用以在旋风分离作用下使炭粒落入的炭粒收集区52和用以使夹杂着焦油的可燃气进入混合气体进入通道10的出料通道53，进料通道51位于下排气旋流分离器5的顶部且连通于气化炉出口33，炭粒收集区52位于下排气旋流分离器5的底部且连通于催化剂入口74。优选地，炭粒收集区52与催化剂入口74之间设置有流量控制阀6。
在一实施例中，下排气旋流分离器5包括用以使从进料通道51进入的气流产生旋转的导向叶片(图未示)和用以使气流中炭粒分离的筒体54，炭粒收集区52位于筒体54的底部，出料通道53设置于筒体54的中部。
在实际应用中，夹杂着焦油和炭粒的可燃气离开气化炉后，进入下排气旋流分离器5。当含杂质气体沿轴向进入旋风分离管入口后，气流受导向叶片的导流作用而产生强烈旋转，气流沿筒体呈螺旋形向下进入旋风筒体，炭粒在离心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋风管排尘口至设备底部的炭粒收集区，从设备底部的出口流出。旋转的气流在筒体内收缩向中心流动，形成二次涡流经导气管进入裂解炉。
用以吹气的鼓风机4包括一次风通道41和二次风通道42，一次风通道41连通于布风室32，二次风通道42连通于混合气体进入通道10。优选地，一次风通道41和二次风通道42分别具有风量控制阀。在实际应用中，生物质原料由进料斗1落下，在螺旋进料器2的带动下进入流化床气化炉3内，通过鼓风机4将风和空气送入以助生物质气化，产生的夹杂有炭和焦油的可燃气进入下排气旋流分离器5，在旋风分离的作用下，炭粒落入底部的炭粒收集区52，而夹杂着焦油的可燃气通过出料通道53进入裂解炉的混合气体进入通道10，并在此与鼓风机4通过二次风通道42进入的气流混合。
在一实施例中，低焦油生物质气化系统100还包括螺旋排渣器9，螺旋排渣器9设置于该炉渣排出口711且与裂解反应空间72连通。
优选地，本发明在可燃气的进口和出口可分别增设焦油取样点，根据焦油的裂解效果改变炭和空气的加入量，以确保达到最大的裂解效率。在一实施例中，裂解炉还包括用以调整裂解炉内温度的温度控制器(图未示)。在实际应用中，裂解炉炉本体内的裂解温度为900℃至1200℃。另外，提高温度和增加停留时间，也可以明显降低焦油量，但是热解率随裂解温度升高而进一步升高的趋势将逐渐变得平缓。当焦油气化温度平均为660℃，裂解温度为900～1200℃时，焦油的热解率最高可达98.3％，且随着裂解温度的增加而增长。在实际生产运行中，应根据不同的焦油含量调整裂解炉的温度以及焦油在裂解炉中的停留时间，以达到最理想的裂解率。停留时间可通过调整空气流的大小来控制。
本发明在气化炉的基础之上，增加旋流分离器和裂解炉，使产生的焦油经过旋风分离之后在裂解炉中得到裂解，以达到减少可燃气中焦油含量的目的；而且，本发明通过在裂解过程中回收利用气化炉产生气体中的炭粒作为裂解反应的催化剂，既可大大降低可燃气中的焦油含量以达到清洁能源的标准(如焦油含量减少一半以上，达到焦油含量小于10g/m3)，又可以减少炭渣浪费以降低气化过程中对环境的污染。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种低焦油生物质气化系统，其特征在于包括：
流化床气化炉，具有用以使生物质原料进入的进料口、用以使空气流进入的布风室和用以使产生的夹杂有炭及焦油的可燃气排出的气化炉出口，该布风室设置于该流化床气化炉的底部，该气化炉出口设置于该流化床气化炉的顶部，该进料口设置于该布风室和该气化炉出口之间且相对邻近于该布风室；
裂解炉，包括混合气体进入通道、与该混合气体进入通道连通的炉本体和设置于该炉本体内的锥体部，该锥体部设置于该炉本体的底部，该锥体部的锥形壁上方和该炉本体的内壁之间形成裂解反应空间，且该锥体部的锥形壁下方和该炉本体的内壁之间形成排气空间，该混合气体进入通道相对邻近于该炉本体的顶部设置且连通于该裂解反应空间，该炉本体具有催化剂入口和可燃气出口，该催化剂入口设置于该炉本体的顶部且连通于该裂解反应空间，该可燃气出口设置于该炉本体的底部且与该排气空间连通，该锥体部具有炉渣排出口和多个溢气孔，该炉渣排出口设置于该锥体部的底部且连通于该炉本体的外部，该多个溢气孔均匀分布在该锥体部的锥形壁上且与该排气空间连通；
下排气旋流分离器，具有用以使该流化床气化炉产生的夹杂有炭及焦油的可燃气进入的进料通道、用以在旋风分离作用下使炭粒落入的炭粒收集区和用以使夹杂着焦油的可燃气进入该混合气体进入通道的出料通道，该进料通道位于该下排气旋流分离器的顶部且连通于该气化炉出口，该炭粒收集区位于该下排气旋流分离器的底部且连通于该催化剂入口；以及
用以吹气的鼓风机，包括一次风通道和二次风通道，该一次风通道连通于该布风室，该二次风通道连通于该混合气体进入通道。
2.如权利要求1所述的低焦油生物质气化系统，其特征在于还包括进料斗和与该进料斗连通的螺旋进料器，该螺旋进料器用以将由该进料斗落下的生物质原料输送至该流化床气化炉的进料口。
3.如权利要求1所述的低焦油生物质气化系统，其特征在于，该一次风通道和该二次风通道分别具有风量控制阀。
4.如权利要求1所述的低焦油生物质气化系统，其特征在于，该下排气旋流分离器包括用以使从该进料通道进入的气流产生旋转的导向叶片和用以使气流中炭粒分离的筒体，该炭粒收集区位于该筒体的底部，该出料通道设置于该筒体的中部。
5.如权利要求1所述的低焦油生物质气化系统，其特征在于还包括外加炭粒储备区，该外加炭粒储备区输出量可控地连通于该炉本体的该裂解反应空间。
6.如权利要求1所述的低焦油生物质气化系统，其特征在于，该炭粒收集区与该催化剂入口之间设置有流量控制阀。
7.如权利要求1所述的低焦油生物质气化系统，其特征在于还包括用以吸气的排风机，该排风机连通于该可燃气出口。
8.如权利要求1所述的低焦油生物质气化系统，其特征在于还包括螺旋排渣器，该螺旋排渣器设置于该炉渣排出口且与该裂解反应空间连通。
9.如权利要求1所述的低焦油生物质气化系统，其特征在于，该裂解炉的炉本体内的裂解温度为900℃至1200℃。
10.如权利要求1所述的低焦油生物质气化系统，其特征在于，该气化炉出口的气体温度为600℃至660℃。
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