CN107418629A - 一种低温裂解生物质气化装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于可燃物料转变成清洁高效合成气的技术领域，具体涉及一种低温裂解生物质气化装置及工艺，其设备主要有气化反应仓、焦油粉尘酸流分离器、冷却器、吸附装置和防爆装置等组成，该工艺是直接利用空气为介质，启动点火系统进行负压运行数分钟，停止外援点火，进行裂解后剩余的能量载体进行循环性裂解，并且在恒定的温度范围内分层对生物质原料实现低温裂解低温气化，在一定高度层面还原成合成气体，经后续的冷却、吸附处理，即可获得高品质的净合成气，本发明实现低温裂解低温气化，使生物质气化率高，燃气热值高，燃气中焦油和杂质含量低，可燃气体占比高。

Description

一种低温裂解生物质气化装置及工艺
技术领域
本发明属于可燃物料转变成清洁高效合成气的技术领域，具体涉及一种低温裂解生物质气化装置及工艺。
背景技术
可燃物料气化技术在二十世纪末得到了快速发展，特别是对燃煤进行气化的技术已经相当成熟，而对树枝、秸秆、稻草或其他农林废弃物等生物质进行气化的技术则是本世纪出现的一种综合利用能源的新技术。生物质能是太阳能以化学形式储存在生物质中的能量，是一种可再生能源，已有的生物质气化技术主要包括固定床气化工艺、流化床气化工艺、两段式制气工艺等等，这些都属于直接气化工艺。直接气化工艺最主要的特点是利用部分生物质燃烧放出的热量为气化反应提供能源，气化反应所采用的氧化剂一般是空气、富氧空气、或富氧空气与水蒸汽的组合中的一种。常规的气化温度在700-1100℃，由于气化炉局部区域形成超温结焦结垢，气化炉运行温度难以控制，而且，气化原料需要高密度的压块堆积，堆积重量为800-1100kg/m³，需要额外的将低密度的原料加工成高密度的压块，使生物质气化成本增加，普通的气化炉气化效率普遍在70％以下，并且燃气中焦油和杂质含量高，过多的焦油在设备和管道中累积和粘接，造成管道堵塞和设备污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供的一种低温裂解生物质气化装置及工艺，实现低温裂解低温气化，使生物质气化率高，燃气热值高，燃气中焦油和杂质含量低，可燃气体占比高。
本发明是这样实现的：一种低温裂解生物质气化装置，包括气化反应仓，其特征在于：所述的气化反应仓包括仓体和自动上料机构，仓体的上部设置有上盖，上盖上设置有加料口、仓内物料疏平碾压系统、循环烟囱、进水口、出水口及传感器，仓体内部设置有多个温度传感器，仓体的下部设置有纳米叠式供氧机构和定时破渣装置，仓体的下方设置有出渣绞龙，仓体的仓壁外围设置有360°风套，360°风套上设置有送风风机和若干个自动出风口，自动出风口与纳米叠式供氧机构连接，仓体的上部设置有燃气出口，燃气出口后设置有焦油粉尘酸流分离器A，焦油粉尘酸流分离器A后依次设置有一次冷却器、二次冷却器、焦油粉尘酸流分离器B、三次冷却器、吸附装置和防爆装置，防爆装置后设置有燃气输出装置，燃气出口与焦油粉尘酸流分离器A之间设置有燃气封闭阀和免洗式罗茨风机，在焦油粉尘酸流分离器A、一次冷却器、二次冷却器、焦油粉尘酸流分离器B、三次冷却器、吸附装置的下方分别设置有自动沉淀机构，二次冷却器和焦油粉尘酸流分离器B之间设置有压力风机，吸附装置和防爆装置之间设置有燃气计量阀和燃气隔离自动防爆阀。
所述的自动上料机构为计量真空上料机构，循环烟囱上设置有废气自动燃烧系统，仓内物料疏平碾压系统可沿仓体中心轴旋转，仓内物料疏平碾压系统的末端设置有扫平扇叶。
所述的焦油粉尘酸流分离器A和焦油粉尘酸流分离器B结构相同，为双层分离机。
所述的一次冷却器、二次冷却器、三次冷却器的结构相同，一次冷却器的的中间设置有隔板，燃气进入一次冷却器隔板的一侧从下至上从上部输出，输出的燃气从一次冷却器隔板的另一侧底部进入从下至上从上部输出。
所述的自动沉淀机构上设置有焦油自动排放口和木醋酸自动排放口，焦油自动排放口后设置有焦油收集池，木醋酸自动排放口后设置有木醋酸收集池。
所述的吸附装置中间设置有分离隔板，分离隔板两侧分别设置有层式隔板，层式隔板之间设置有吸附材料，燃气进入吸附装置隔板的一侧从下至上从上部输出，输出的燃气从吸附装置隔板的另一侧底部进入从下至上从上部输出。
一种低温裂解生物质气化工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1）、物料依次进行干燥、粉碎，通过真空上料机构投入到气化反应仓内，在达到料层密度、高度会自动停止加料，同时直接由仓体外围设置的360°风套，通过若干个管道，向气化反应仓下部的纳米叠式供氧机构供入燃烧介质空气，外援点火负压运行10-15min，停止外援点火，其间，进行裂解后剩余的能量载体进行循环性裂解，裂解温度及气化温度达到平衡，为420℃-455℃，对生物质原料实现低温裂解低温气化，裂解后的气体在一定高度层面还原成合成气体；
步骤2）、经裂解的合成气体从仓体输出，输出温度为85-115℃，合成气中焦油含量为63-75 mg/Nm³，
步骤3）、经焦油粉尘酸流分离器A、一次冷却器后，合成气的输出温度为65-75℃，再经过二次冷却器、焦油粉尘酸流分离器B、三次冷却器、吸附装置，最终获得净燃气，净燃气的最终输出温度为35-40℃，最终焦油含量5.62-6.8mg/Nm³；
步骤4）、经各级分离沉淀的焦油和木醋酸收集到收集池内，经出渣绞龙输出的碳粉收集到碳粉收集池内，进行合理利用。
所述的物料粉碎直径≤35mm，含水率≤25％。
所述的定时破渣装置及出渣绞龙不影响反应仓裂解层的原始状态。
所述的仓体内温度达到420℃-455℃时，控温系统会自动恒温运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、直接利用空气为介质，启动点火系统进行负压运行数分钟，停止外援点火，进行裂解后剩余的能量载体进行循环性裂解，裂解温度及气化温度达到平衡，对生物质原料实现低温裂解低温气化，低温裂解比常规气化裂解温度要低80%，常规700-1100℃，本设备的裂解温度455-495℃，而且气化原料无需高密度的压块原料或木块之类，只需要纯秸秆切碎，密度堆积重量240kg-400kg/m³，低密度的原料加工费用要比高密度节约成本30%；
2、燃气热值常规4.6-5WJ/Nm³，本设备输出的燃气热值7.8-8.8WJ/Nm³，产气热值高出每千克纯秸秆（稻草，麦秆）产出热值2622大卡，高于常规25%，而且本设备气化效率达78.5%，高于常规的气化效率8.92%，燃气中氧气含量常规为1%，本设备氧气含量0.21%，燃气中焦油和杂质，常规为50mg/nm³,本设备净化的燃气中焦油含量5.62mg/nm³，本气化装置可燃气体占有成分为70.56%，是常规合格燃气成分的2.01倍；
4、本发明在运行人工成本上，要比其已发明专利产品低50%-70%的费用，固本机组采用全自动智能化管理；
5、原料进入真空上料机构，实现无尘上料，纳米叠式供氧机构是有叠式多层组成，反应仓内就设有多个纳米孔对仓内散氧，与温度裂解交换，做到仓内无缺氧死角，使生物质裂解更加充分，使燃气气化率更高，焦油含量降低。
附图说明
图1为一种低温裂解生物质气化装置的结构示意图
图2为一种低温裂解生物质气化装置的水循环、木醋酸、焦油流程图
图中：1-自动上料机构，2-仓体，3-进水口，4-上盖，5-加料口，6-循环烟囱，7-仓内物料疏平碾压系统，8-传感器，9-扫平扇叶，10-温度传感器，11-燃气出口，12-燃气封闭阀，13-免洗式罗茨风机，14-送风风机，15-定时破渣装置，16-纳米叠式供氧机构，17-出渣绞龙，18-自动出风口，19-360°风套，20-焦油粉尘酸流分离器A，21-一次冷却器，22-隔板，23-自动沉淀机构，24-焦油自动排放口，25-木醋酸自动排放口，26-二次冷却器，27-压力风机，28-焦油粉尘酸流分离器B，29-三次冷却器，30-吸附装置，31-分离隔板，32-层式隔板，33-燃气计量阀，34-燃气隔离自动防爆阀，35-防爆装置，36-燃气输出装置，37-气化反应仓，38-循环水管路，39-焦油收集管路，40-木醋酸收集管路，41-焦油收集池，42-木醋酸收集池。
具体实施方式
实施例1，如图1、图2结构所示，一种低温裂解生物质气化装置，包括气化反应仓37，所述的气化反应仓37包括仓体2和自动上料机构1，自动上料机构1为计量真空上料机构，循环烟囱6上设置有废气自动燃烧系统，仓体2的上部设置有上盖4，上盖4上设置有加料口5、仓内物料疏平碾压系统7、循环烟囱6、进水口3、出水口及传感器8，仓内物料疏平碾压系统7可沿仓体中心轴旋转，仓内物料疏平碾压系统7的末端设置有扫平扇叶9，仓体2内部设置有多个温度传感器10，仓体2的下部设置有纳米叠式供氧机构16和定时破渣装置15，仓体2的下方设置有出渣绞龙17，仓体2的仓壁外围设置有360°风套19，360°风套19上设置有送风风机14和若干个自动出风口18，自动出风口18与纳米叠式供氧机构16连接，仓体2的上部设置有燃气出口11，燃气出口11后设置有焦油粉尘酸流分离器A10，焦油粉尘酸流分离器A10后依次设置有一次冷却器21、二次冷却器26、焦油粉尘酸流分离器B28、三次冷却器29、吸附装置30和防爆装置35，防爆装置35后设置有燃气输出装置36，燃气出口11与焦油粉尘酸流分离器A10之间设置有燃气封闭阀12和免洗式罗茨风机13，在焦油粉尘酸流分离器A10、一次冷却器21、二次冷却器26、焦油粉尘酸流分离器B28、三次冷却器29、吸附装置30的下方分别设置有自动沉淀机构23，自动沉淀机构上设置有焦油自动排放口和木醋酸自动排放口，焦油自动排放口后设置有焦油收集池，木醋酸自动排放口后设置有木醋酸收集池，二次冷却器26和焦油粉尘酸流分离器28B之间设置有压力风机27，吸附装置30和防爆装置35之间设置有燃气计量阀33和燃气隔离自动防爆阀34。
所述的焦油粉尘酸流分离器A10和焦油粉尘酸流分离器B28结构相同，为双层分离机。
所述的一次冷却器21、二次冷却器26、三次冷却器29的结构相同，一次冷却器21的的中间设置有隔板22，燃气进入一次冷却器21隔板的一侧从下至上从上部输出，输出的燃气从一次冷却器21隔板的另一侧底部进入从下至上从上部输出。
所述的吸附装置30中间设置有分离隔板31，分离隔板31两侧分别设置有层式隔板32，层式隔板32之间设置有吸附材料，燃气进入吸附装置30隔板的一侧从下至上从上部输出，输出的燃气从吸附装置30隔板的另一侧底部进入从下至上从上部输出。
一种低温裂解生物质气化工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1）、物料依次进行干燥、粉碎，通过真空上料机构1投入到气化反应仓37内，在达到料层密度、高度会自动停止加料，同时直接由仓体2外围设置的360°风套19，通过若干个管道，向气化反应仓37下部的纳米叠式供氧机构供入燃烧介质空气，外援点火负压运行10-15min，停止外援点火，其间，进行裂解后剩余的能量载体进行循环性裂解，裂解温度及气化温度达到平衡，为420℃-455℃，对生物质原料实现低温裂解低温气化，裂解后的气体在一定高度层面还原成合成气体；
步骤2）、经裂解的合成气体从仓体输出，输出温度为85-115℃，合成气中焦油含量为63-75 mg/Nm³，
步骤3）、经焦油粉尘酸流分离器A20、一次冷却器21后，合成气的输出温度为65-75℃，再经过二次冷却器26、焦油粉尘酸流分离器B28、三次冷却器29、吸附装置30，最终获得净燃气，净燃气的最终输出温度为35-40℃，最终焦油含量5.62-6.8mg/Nm³；
步骤4）、经各级分离沉淀的焦油和木醋酸收集到收集池内，经出渣绞龙输出的碳粉收集到碳粉收集池内，进行合理利用。
所述的物料粉碎直径≤35mm，含水率≤25％。
所述的定时破渣装置及出渣绞龙不影响反应仓裂解层的原始状态。
所述的仓体内温度达到420℃-455℃时，控温系统会自动恒温运行。
本发明在使用时，经自动上料机构将物料输送至气化反应仓内，自动上料机构采用时时上料计量功能，真空控制系统，保证原料中的空气比例不超过0.5-8.0%，这样可以减少燃气二氧化氮成分，仓内物料疏平碾压系统的自动扫平测定功能可以在进料时可以均匀扫平原料，和测定原料的高度，将数据传入中央控制系统进行停机或开机，上盖设有激光传感器系统，可以消除玻璃上的污染物，可以直接通过传感信号知晓反应仓内时时变化过程，同时向气化反应仓下部的纳米叠式供氧机构供入燃烧介质空气，外援点火负压运行10-15min，停止外援点火，其间，进行裂解后剩余的能量载体进行循环性裂解，裂解温度及气化温度达到平衡，为420℃-455℃，对生物质原料实现低温裂解低温气化，裂解后的气体在一定高度层面还原成合成气体，合成气体经焦油粉尘酸流分离器A、一次冷却器后、二次冷却器、焦油粉尘酸流分离器B、三次冷却器、吸附装置，最终获得净燃气，自动沉淀机构分离出来的焦油、木醋酸，通过时间的界定溢测仪实现自动排出存放，当停机时，反应仓内的燃气测定一定值时燃气封闭阀会自动断开。
经多次试验和数据监测，本发明所制取的净合成气的主要成分如表1所示，合成气的热值为7.8-8.8WJ/Nm³，气化效率在78.5%以上，可燃气体占有成分为70.56%，而且运行人工成本低，气化原料无需高密度的压块原料，原料运行成本较高密度节约成本30％，具有良好的商业前景。
表1：本发明所制取的净合成气的主要成分
净合成气的主要成分 单位 数值
氮气 ％（vol） 25.2-28.5
氧气 ％（vol） 0.38-0.45
甲烷 ％（vol） 14.15-18.62
乙烷 ％（vol） 6.15-7.53
乙烯 ％（vol） 1.39-1.58
丙烷 ％（vol） 1.5-1.9
一氧化碳 ％（vol） 25.5-27.3
二氧化碳 ％（vol） 5.5-6.2
氢气 ％（vol） 19.5-25.5
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温裂解生物质气化装置，包括气化反应仓，其特征在于：所述的气化反应仓包括仓体和自动上料机构，仓体的上部设置有上盖，上盖上设置有加料口、仓内物料疏平碾压系统、循环烟囱、进水口、出水口及传感器，仓体内部设置有多个温度传感器，仓体的下部设置有纳米叠式供氧机构和定时破渣装置，仓体的下方设置有出渣绞龙，仓体的仓壁外围设置有360°风套，360°风套上设置有送风风机和若干个自动出风口，自动出风口与纳米叠式供氧机构连接，仓体的上部设置有燃气出口，燃气出口后设置有焦油粉尘酸流分离器A，焦油粉尘酸流分离器A后依次设置有一次冷却器、二次冷却器、焦油粉尘酸流分离器B、三次冷却器、吸附装置和防爆装置，防爆装置后设置有燃气输出装置，燃气出口与焦油粉尘酸流分离器A之间设置有燃气封闭阀和免洗式罗茨风机，在焦油粉尘酸流分离器A、一次冷却器、二次冷却器、焦油粉尘酸流分离器B、三次冷却器、吸附装置的下方分别设置有自动沉淀机构，二次冷却器和焦油粉尘酸流分离器B之间设置有压力风机，吸附装置和防爆装置之间设置有燃气计量阀和燃气隔离自动防爆阀。
2.根据权利要求1所述的一种低温裂解生物质气化装置，其特征在于：所述的自动上料机构为计量真空上料机构，循环烟囱上设置有废气自动燃烧系统，仓内物料疏平碾压系统可沿仓体中心轴旋转，仓内物料疏平碾压系统的末端设置有扫平扇叶。
3.根据权利要求1所述的一种低温裂解生物质气化装置，其特征在于：所述的焦油粉尘酸流分离器A和焦油粉尘酸流分离器B结构相同，为双层分离机。
4.根据权利要求1所述的一种低温裂解生物质气化装置，其特征在于：所述的一次冷却器、二次冷却器、三次冷却器的结构相同，一次冷却器的的中间设置有隔板，燃气进入一次冷却器隔板的一侧从下至上从上部输出，输出的燃气从一次冷却器隔板的另一侧底部进入从下至上从上部输出。
5.根据权利要求1所述的一种低温裂解生物质气化装置，其特征在于：所述的自动沉淀机构上设置有焦油自动排放口和木醋酸自动排放口，焦油自动排放口后设置有焦油收集池，木醋酸自动排放口后设置有木醋酸收集池。
6.根据权利要求1所述的一种低温裂解生物质气化装置，其特征在于：所述的吸附装置中间设置有分离隔板，分离隔板两侧分别设置有层式隔板，层式隔板之间设置有吸附材料，燃气进入吸附装置隔板的一侧从下至上从上部输出，输出的燃气从吸附装置隔板的另一侧底部进入从下至上从上部输出。
7.一种低温裂解生物质气化工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1）、物料依次进行干燥、粉碎，通过真空上料机构投入到气化反应仓内，在达到料层密度、高度会自动停止加料，同时直接由仓体外围设置的360°风套，通过若干个管道，向气化反应仓下部的纳米叠式供氧机构供入燃烧介质空气，外援点火负压运行10-15min，停止外援点火，其间，进行裂解后剩余的能量载体进行循环性裂解，裂解温度及气化温度达到平衡，为420℃-455℃，对生物质原料实现低温裂解低温气化，裂解后的气体在一定高度层面还原成合成气体；
步骤2）、经裂解的合成气体从仓体输出，输出温度为85-115℃，合成气中焦油含量为63-75 mg/Nm³，
步骤3）、经焦油粉尘酸流分离器A、一次冷却器后，合成气的输出温度为65-75℃，再经过二次冷却器、焦油粉尘酸流分离器B、三次冷却器、吸附装置，最终获得净燃气，净燃气的最终输出温度为35-40℃，最终焦油含量5.62-6.8mg/Nm³；
步骤4）、经各级分离沉淀的焦油和木醋酸收集到收集池内，经出渣绞龙输出的碳粉收集到碳粉收集池内，进行合理利用。
8.根据权利要求7所述的一种低温裂解生物质气化工艺，其特征在于：所述的物料粉碎直径≤35mm，含水率≤25％。
9.根据权利要求7所述的一种低温裂解生物质气化工艺，其特征在于：所述的定时破渣装置及出渣绞龙不影响反应仓裂解层的原始状态。
10.根据权利要求7所述的一种低温裂解生物质气化工艺，其特征在于：所述的仓体内温度达到420℃-455℃时，控温系统会自动恒温运行。
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