CN113372961A - 一种生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

一种生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用系统，包括生物质原料粉碎及进料部分、生物质气化炉部分、灰渣回收煅烧部分和气化燃气净化与储存部分；所述生物质原料粉碎及进料部分包括粗料箱、粉粹机、储料箱、传送电机和传送带，所述生物质气化炉部分包括气化炉，所述灰渣回收煅烧部分包括灰渣回收煅烧装置，所述气化燃气净化与储存部分包括净化装置、焦油收集装置、流量计和清洁燃气储存罐，燃气出口通过粗燃气输送管道与净化装置连接，净化装置底部出口与焦油收集装置连接，净化装置的出气口通过流量计与清洁燃气储存罐连接。以及提供一种生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用工艺。本发明实现生物质气化灰渣资源化利用。

Description

一种生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用系统及工艺
技术领域
本发明属于气化灰渣资源化利用及催化气化高效制备清洁燃气领域。利用灰渣内碱金属碱土金属含量高的特点，对灰渣进行捕集、高温煅烧以活化改性其催化特性，将活化后的灰渣与生物质原料混合进行催化利用，从而提高生物质气化燃气品质。
背景技术
在生物质能快速发展及天然气需求量逐年增加的背景下，《生物质能发展“十三五”规划》明确指出，我国生物质能源发展的首要方向是生物天然气。生物质气化产生的气体燃料(生物质燃气)同生物天然气功用类似。生物质燃气可满足居民用能及供热需求，同时生物质气化技术灵活性强，是实现多能互补调峰的重要来源。因此，气化制备生物质燃气可满足经济发展需求并保障国家能源安全，将成为我国生物质能产业未来发展的重点方向之一。
生物质气化目标产物为气化气，但气化过程中不可避免地会产生副产物焦油。焦油的形成会降低气化效率；堵塞管道，威胁燃气轮机、内燃机等设备的安全运行；其中的有毒物质会对人类健康造成威胁。因此，应采取措施降低焦油的生成量，将生物质尽可能地转化为清洁燃气。目前生物质催化气化是研究最广泛、对去除焦油、提高气化气产率、改善气化气品质最有效的措施。常用的催化剂按照成分来分主要可以分为三类：镍基催化剂、天然矿石类催化剂和碱金属类催化剂。镍基催化剂对焦油裂解和重整的效果最佳，但该类催化剂容易积碳失活，而且成本较高，一般用于气化气的深度净化。天然矿石类和碱金属类催化剂具有来源广、易于获取、成本相对较低、可与生物质原料直接混合进入气化炉内参与反应、催化效果好等优势，因此受到了广泛的研究。
生物质气化过程中产生大量的固体副产物(气化灰渣)。随着生物质气化技术的迅速发展，灰渣产量日益剧增。2020年，我国生物质发电装机容量达3000万kW，年产灰渣4000多万吨。灰渣的处置与利用关系着气化技术的整体经济效益及发展推广。在我国，气化灰渣长期以来被认作一般工业固体废物，大约70％的气化灰渣采用填埋方式进行处理，资源化利用程度较低，不仅污染环境而且占用土地资源。
灰渣富含碱金属及碱土金属(K、Na、Ca、Mg等)，尤其是K类无机物和Ca类无机物，它们是具有较高催化活性的物质。其中，K是应用最为广泛的碱金属类催化剂；Ca是常用的天然矿石类催化剂白云石中最主要的活性成分，经高温煅烧的白云石具有更高的催化活性，因此气化灰渣具备用作催化添加物的潜在利用价值。综合灰渣中K类和Ca类无机物的催化性能以及焦油脱除能力，将气化灰渣用于生物质气化过程具有降低焦油含量制备清洁燃气、实现气化产物全组分利用的潜力。
发明内容
为了寻求灰渣有效利用途径、生物质高效气化制备清洁燃气，弥补现有技术的不足，本发明提供一种气化灰渣减量化、资源化催化利用的生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用系统及工艺，对灰渣进行捕集、高温煅烧以活化改性其催化特性，将活化后的灰渣与生物质原料混合进行催化利用，提高生物质气化燃气品质。该发明有助于实现灰渣减量化及资源化，同时提高生物质气化特性及燃气品质。
为了解决上述技术问题本发明提供如下的技术方案：
一种生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用系统，包括述生物质原料粉碎及进料部分、生物质气化炉部分、灰渣回收煅烧部分和气化燃气净化与储存部分。
所述生物质原料粉碎及进料部分包括粗料箱、粉粹机、储料箱、传送电机和传送带，粗料箱与粉粹机的进料口相接，粉粹机的出口与储料箱相接，所述储料箱的出口与传送带连接，所述传送带和用于驱动传送带工作的传送电机连接；
所述生物质气化炉部分包括气化炉，所述气化炉设有进料口、燃气出口和排渣口，所述传送带的出口与所述气化炉的进料口相接，
所述灰渣回收煅烧部分包括灰渣回收煅烧装置，所述排渣口与灰渣回收煅烧装置的进口相接，灰渣回收煅烧装置包括高温煅烧仓和再生灰渣存储仓两个独立仓位，受电源控制器控制；灰渣回收煅烧装置的进口处设置导流器，导流器左半部分为高温煅烧仓的开启阀门，导流器右半部分为再生灰渣存储仓的开启阀门；高温煅烧仓内设有待煅烧灰渣存储箱和螺旋高温煅烧器，待煅烧灰渣存储箱下部设有重力感应装置感应待煅烧灰渣的重量，待煅烧灰渣存储箱的落料口设有变频振动器，螺旋高温煅烧器的出口与烧灰渣输送带的入口，烧灰渣输送带的出口与传送带相接；
所述气化燃气净化与储存部分包括净化装置、焦油收集装置、流量计和清洁燃气储存罐，燃气出口通过粗燃气输送管道与净化装置连接，净化装置底部出口与焦油收集装置连接，净化装置的出气口通过流量计与清洁燃气储存罐连接。
进一步，所述导流器下部设有用于吸引导流器左/右半部分的磁力装置1，以及用于吸引变频振动器的磁力装置2，导流器左半部分被吸引时高温煅烧仓阀门开启、再生灰渣存储仓阀门关闭，导流器右半部分被吸引时高温煅烧仓阀门关闭、再生灰渣存储仓阀门开启；变频振动器与磁力装置2配合。
再进一步，磁力装置1、磁力装置2和重力感应装置均与电源控制器连接。
一种生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用工艺，运输来的生物质原料储存于粗料箱中，经过粉粹机进行粉碎，储存于储料箱中，在传送电机的作用下经传送带运输到气化炉的进料口；气化炉中，原料经过气化生成气化粗燃气和气化灰渣，粗燃气经由燃气出口排出，气化灰渣经气化炉底部的排渣口落到灰渣回收煅烧装置，生物质原料气化时，电源控制器开启使高温煅烧仓开启、再生灰渣存储仓关闭，与此同时，控制变频振动器，防止灰渣掉落，灰渣聚集于待煅烧灰渣存储箱；当灰渣达到设定重量时，重力感应装置将信号反馈至电源控制器，电源控制器发射信号，使高温煅烧仓关闭、再生灰渣存储仓开启；同时，变频振动器抖动使灰渣连续下落至螺旋高温煅烧器，螺旋高温煅烧器开启煅烧活化灰渣，煅烧后的灰渣经过煅烧灰渣输送带与生物质原料混合；混合样品在气化炉中进行催化气化，产生的燃气经粗燃气输送管至净化装置，焦油收集于焦油收集装置，燃气经流量计计量，最终存储于清洁燃气储存罐。
进一步，生物质原料气化时，电源控制器开启，灰渣回收煅烧装置与气化炉排渣口连接处导流器下部的磁力装置1左半部受磁，磁力吸引导流器左半部分，使高温煅烧仓开启、再生灰渣存储仓关闭，与此同时，磁力装置2吸引变频振动器，防止灰渣掉落，灰渣聚集于待煅烧灰渣存储箱；当灰渣达到设定重量时，重力感应装置将信号反馈至电源控制器，电源控制器发射信号，导流器下部的磁力装置1右半部受磁，磁力吸引导流器右半部分，使高温煅烧仓关闭、再生灰渣存储仓开启。
相比于现有专利技术，本专利具有以下显著优势：
(1)实现生物质气化灰渣资源化利用。
(2)控制生物质气化灰渣与灰渣催化再利用后的再生灰渣的导流、分离：将生物质气化灰渣储存，根据灰渣与生物质混合比控制供给量，将灰渣高温煅烧活化；灰渣催化生物质气化时，生成的再生灰渣单独存储。
(3)在灰渣的催化作用下，生物质气化过程中焦油催化裂解，从而降低焦油含量、提高燃气品质，最终实现生物质高效制备清洁燃气的目的。
附图说明
图1为生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用系统的结构示意图。
其中，1.粗料箱；2.粉粹机；3.粉碎机电机；4.储料箱；5.传送电机；6.传送带；7.气化炉；7-1.进料口；7-2.排渣口；7-3.燃气出口；8-灰渣回收煅烧装置；8-1.电源控制器；8-2.高温煅烧仓；8-3.再生灰渣存储仓；8-4.导流器；8-5.磁力装置1；8-6.磁力装置2；8-7.变频振动器；8-8.待煅烧灰渣存储仓；8-9.重力感应装置；8-10.螺旋高温煅烧器；8-11.煅烧灰渣输送；8-12.再生灰渣排渣口；9.粗燃气输送；10.燃气净化装置；11.焦油收集装置；12.流量计；13.清洁燃气储存罐。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参照图1，一种生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用系统，包括生物质原料粉碎及进料部分、生物质气化炉部分、灰渣回收煅烧部分和气化燃气净化与储存部分。
所述生物质原料粉碎及进料部分包括粗料箱1、粉粹机2、储料箱4、传送电机5和传送带6，粗料箱1与粉粹机2的进料口相接，粉粹机2的出口与储料箱4相接，所述储料箱4的出口与传送带6连接，所述传送带6和用于驱动传送带工作的传送电机5连接；粉粹机2设有粉粹机电机3。
运输来的生物质原料储存于粗料箱1中，经过粉粹机2进行粉碎，储存于储料箱4中，在传送电机5的作用下经传送带6运输到气化炉的进料口7-1。
生物质气化炉部分包括气化炉7，气化炉7包括进料口7-1，燃气出口7-2和排渣口7-3，进料口落下的生物质在气化炉7中依次经过干燥、热解、氧化和还原四个反应阶段，生成气化粗燃气和气化灰渣。粗燃气经由燃气出口7-2排出，气化灰渣继续向下从气化炉底部的排渣口7-3排出并落到灰渣回收煅烧装置8。
灰渣回收煅烧部分包括灰渣回收煅烧装置8，灰渣回收煅烧器8包括电源控制器8-1，高温煅烧仓8-2和再生灰渣存储仓8-3，两个的仓位口的开合受导流器8-4与磁力装置1(8-5)之间的磁力控制，磁力装置1左边受磁时高温煅烧仓开启、再生灰渣存储仓关闭，右边受磁时高温煅烧仓关闭、再生灰渣存储仓开启；气化灰渣聚集于待煅烧灰渣存储仓8-8，重力感应装置8-9感知灰渣重量，电源控制器信号控制磁力装置2(8-6)进而控制变频振动器；螺旋高温煅烧器8-10煅烧活化灰渣，再经由煅烧灰渣输送带8-11与生物质原料混合。
气化燃气净化与储存部分包括粗燃气输送管9、净化装置10、焦油收集装置11、燃气流量计12和清洁燃气储存罐13。生物质与灰渣混合进入气化炉中气化，在活化灰渣的催化作用下，气化气焦油部分裂解为小分子可燃性气体，从而提高气化气品质、降低焦油含量，气化燃气经粗燃气输送管9至净化装置10，未裂解的大分子焦油经过一系列的净化、收集于焦油收集装置11。净化后的燃气经过流量计12的计量，最终存储于清洁燃气储存罐13。
本发明所涉及的工艺方法为：运输来的生物质原料储存于粗料箱1中，经过粉粹机2进行粉碎，储存于储料箱4中，在传送电机5的作用下经传送带6运输到气化炉7的进料口7-1；原料经过气化生成气化粗燃气和气化灰渣，粗燃气经由燃气出口7-2排出，气化灰渣经气化炉底部的排渣口7-3落到灰渣回收煅烧装置8。生物质原料气化时，电源控制器8-1开启，灰渣回收煅烧装置与气化炉排渣口连接处导流器8-4下部的磁力装置1(8-5)左半部受磁，磁力吸引导流器左半部分，使高温煅烧仓8-2开启、再生灰渣存储仓8-3关闭。与此同时，磁力装置2(8-6)吸引变频振动器8-7，防止灰渣掉落，灰渣聚集于待煅烧灰渣存储箱8-8。当灰渣达到一定重量时，重力感应装置将信号反馈至电源控制器，电源控制器发射信号，流器下部的磁力装置1右半部受磁，磁力吸引导流器右半部分，使高温煅烧仓8-2关闭、再生灰渣存储仓8-3开启；同时，变频振动器抖动使灰渣连续下落至螺旋高温煅烧器8-10，螺旋高温煅烧器开启煅烧活化灰渣，煅烧后的灰渣经过煅烧灰渣输送带8-11与生物质原料混合，混合样品在气化炉中进行催化气化，产生的燃气经粗燃气输送9至净化装置10，焦油收集于焦油收集装置11，燃气经流量计12计量，最终存储于清洁燃气储存罐13。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用系统，其特征在于，包括生物质原料粉碎及进料部分、生物质气化炉部分、灰渣回收煅烧部分和气化燃气净化与储存部分；
所述生物质原料粉碎及进料部分包括粗料箱、粉粹机、储料箱、传送电机和传送带，粗料箱与粉粹机的进料口相接，粉粹机的出口与储料箱相接，所述储料箱的出口与传送带连接，所述传送带和用于驱动传送带工作的传送电机连接；
所述生物质气化炉部分包括气化炉，所述气化炉设有进料口、燃气出口和排渣口，所述传送带的出口与所述气化炉的进料口相接，
所述灰渣回收煅烧部分包括灰渣回收煅烧装置，所述排渣口与灰渣回收煅烧装置的进口相接，灰渣回收煅烧装置包括高温煅烧仓和再生灰渣存储仓两个独立仓位，受电源控制器控制；灰渣回收煅烧装置的进口处设置导流器，导流器左半部分为高温煅烧仓的开启阀门，导流器右半部分为再生灰渣存储仓的开启阀门；高温煅烧仓内设有待煅烧灰渣存储箱和螺旋高温煅烧器，待煅烧灰渣存储箱下部设有重力感应装置感应待煅烧灰渣的重量，待煅烧灰渣存储箱的落料口设有变频振动器，螺旋高温煅烧器的出口与烧灰渣输送带的入口，烧灰渣输送带的出口与传送带相接；
所述气化燃气净化与储存部分包括净化装置、焦油收集装置、流量计和清洁燃气储存罐，燃气出口通过粗燃气输送管道与净化装置连接，净化装置底部出口与焦油收集装置连接，净化装置的出气口通过流量计与清洁燃气储存罐连接。
2.如权利要求1所述的一种生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用系统，其特征在于，所述导流器下部设有用于吸引导流器左/右半部分的磁力装置1，以及用于吸引变频振动器的磁力装置2，导流器左半部分被吸引时高温煅烧仓阀门开启、再生灰渣存储仓阀门关闭，导流器右半部分被吸引时高温煅烧仓阀门关闭、再生灰渣存储仓阀门开启；变频振动器与磁力装置2配合。
3.如权利要求2所述的一种生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用系统，其特征在于，磁力装置1、磁力装置2和重力感应装置均与电源控制器连接。
4.一种如权利要求1所述的生物质气化灰渣高温煅烧再催化利用系统实现的工艺，其特征在于，运输来的生物质原料储存于粗料箱中，经过粉粹机进行粉碎，储存于储料箱中，在传送电机的作用下经传送带运输到气化炉的进料口；气化炉中，原料经过气化生成气化粗燃气和气化灰渣，粗燃气经由燃气出口排出，气化灰渣经气化炉底部的排渣口落到灰渣回收煅烧装置，生物质原料气化时，电源控制器开启使高温煅烧仓开启、再生灰渣存储仓关闭，与此同时，控制变频振动器，防止灰渣掉落，灰渣聚集于待煅烧灰渣存储箱；当灰渣达到设定重量时，重力感应装置将信号反馈至电源控制器，电源控制器发射信号使高温煅烧仓关闭、再生灰渣存储仓开启；同时，变频振动器抖动使灰渣连续下落至螺旋高温煅烧器，螺旋高温煅烧器开启煅烧活化灰渣，煅烧后的灰渣经过煅烧灰渣输送带与生物质原料混合；混合样品在气化炉中进行催化气化，产生的燃气经粗燃气输送管至净化装置，焦油收集于焦油收集装置，燃气经流量计计量，最终存储于清洁燃气储存罐。
5.如权利要求4所述的工艺，其特征在于，生物质原料气化时，电源控制器开启，灰渣回收煅烧装置与气化炉排渣口连接处导流器下部的磁力装置1左半部受磁，磁力吸引导流器左半部分，使高温煅烧仓开启、再生灰渣存储仓关闭，与此同时，磁力装置2吸引变频振动器，防止灰渣掉落，灰渣聚集于待煅烧灰渣存储箱；当灰渣达到设定重量时，重力感应装置将信号反馈至电源控制器，电源控制器发射信号，导流器下部的磁力装置1右半部受磁，磁力吸引导流器右半部分，使高温煅烧仓关闭、再生灰渣存储仓开启。
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