CN114015476B - 一种烘焙-热解-气化分级系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烘焙‑热解‑气化分级系统及方法，包括气化炉，所述气化炉中设有多个分级漏斗和导流伞，每个分级漏斗下方均设有可防止物料中的大颗粒直接被吹到下一级分级漏斗的导流伞，每个导流伞上口外径小于其上方的分级漏斗的下口内径，每个分级漏斗的下口内径大于其之下相邻分级漏斗的下口内径，气化炉还设有原料进料口和气化剂进口。不仅实现了分级气化，而且实现了焦油的逐级减量、原料按颗粒大小的分级气化和能量的梯级利用，以解决气化技术存在的料预处理能耗高、加热方式不合理、产品气焦油含量高等问题，具有良好的实际应用之价值。

Description

一种烘焙-热解-气化分级系统和方法

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，具体涉及一种烘焙-热解-气化分级系统和方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

气化单元是间接液化技术的关键环节，目前，生物质气化所使用的气化工艺方法及气化炉可以分为三类：固定床、流化床和气流床气化技术。固定床气化生产的合成气热值较低，且含有大量焦油；流化床气化对原料的性质很敏感，运行温度较低，出口合成气中焦油含量较高。由于固定床和流化床一般以空气作为氧化剂，且气化压力一般为常压，合成气中含有大量焦油，后续设备需要安装焦油裂解以及净化装置，使得气化工艺变得十分复杂。同时加热方式存在能量利用率低的问题。

综上，现有气化技术一般存在原料预处理能耗高、加热方式不合理、产品气焦油含量高、无法实现能量梯级利用的技术问题。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明设计了一种烘焙-热解-气化分级系统，从生物质间接液化技术的整个环节综合考虑，不仅实现了分级气化，而且实现了焦油的逐级减量、原料按颗粒大小的分级气化和能量的梯级利用，以解决气化技术存在的料预处理能耗高、加热方式不合理、产品气焦油含量高等问题，具有良好的实际应用之价值。

基于上述研究成果，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面，提供一种烘焙-热解-气化分级系统，包括气化炉，所述气化炉中设有多个分级漏斗和导流伞，每个分级漏斗下方均设有可防止物料中的大颗粒直接被吹到下一级分级漏斗的导流伞，每个导流伞上口外径小于其上方的分级漏斗的下口内径，每个分级漏斗的下口内径大于其之下相邻分级漏斗的下口内径，气化炉还设有原料进料口和气化剂进口。

本发明第二方面，提供一种烘焙-热解-气化分级方法，包括以下步骤：原料和气化剂进入气化炉，两股物料接触后依次经过多个分级漏斗和导流伞进行反应。

本发明一个或多个具体实施方式至少取得了以下技术效果：

(1)本发明中每个分级漏斗的下口内径大于其之下相邻分级漏斗的下口内径，即从上至下每个分级漏斗的下口内径依次减小，在气流速度的配合作用下，只有物料粒径小到一定程度才会被吹到下一级分级漏斗进行反应，实现了固体物料按照粒径大小的分级反应，反应更加充分。此外，焦油在此过程中也能够得到充分反应。

(2)本发明中分级漏斗可以促进反应更加充分，导流伞设置于分级漏斗下方，可以防止物料中的大颗粒直接被吹到下一级分级漏斗中，每个导流伞上口外径小于其上方的分级漏斗的下口内径，导流伞可作为大颗粒物料的临时场所，使其充分反应后得到的小颗粒物料才可以进入下一级分级漏斗中，在分级漏斗和导流伞的共同作用下，实现了生物质在气化段按颗粒大小的分级气化，气化更彻底，同时也降低了焦油含量；分级气化可以提高气化段能量利用效率，气化段产生的热量可以依次供热解、烘焙、干燥三个过程利用，实现了能量梯级利用。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本发明实施例1中烘焙-热解-气化分级系统示意图；

图2为本发明实施例3中烘焙-热解-气化分级系统示意图。

图中：1-螺旋进料器；2-出气管；3-进料保温层；4-进料伴热管；5-螺旋推进器；6-烘焙加热管；7-烘焙保温层；8-排出筒；9-第三分级漏斗；10-第三导流伞；11-第二分级漏斗；12-第二导流伞；13-第一分级漏斗；14-第一导流伞；15-气化炉；16-降料管；17-点火口；18-喷嘴；19-排料绞龙；20-出气口；21-旋风分离器；22-排灰阀；23-储灰罐；24-换热器；25-风机；26-进气阀；27-溢炭斗。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有气化技术一般存在原料预处理能耗高、加热方式不合理、产品气焦油含量高、无法实现能量梯级利用的技术问题。因此，本发明提出了一种烘焙-热解-气化分级系统，实现了分级气化，而且实现了焦油的逐级减量、原料按颗粒大小的分级气化和能量的梯级利用。

本发明第一方面，提供一种烘焙-热解-气化分级系统，包括气化炉，所述气化炉中设有多个分级漏斗和导流伞，每个分级漏斗下方均设有可防止物料中的大颗粒直接被吹到下一级分级漏斗的导流伞，每个导流伞上口外径小于其上方的分级漏斗的下口内径，每个分级漏斗的下口内径大于其之下相邻分级漏斗的下口内径，气化炉还设有原料进料口和气化剂进口。

在一种典型实施方式中，所述气化炉内部从上至下依次设有多个锥形分级漏斗，每个分级漏斗的下方设有锥形导流伞，所述导流伞下口外径大于其上方的分级漏斗的下口内径。导流伞的作用是为了防止物料中大颗粒直接被吹到下一级分级漏斗中，进而能够有效实现固体物料按粒径大小的分级利用。

在一种典型实施方式中，所述分级漏斗与气化炉的距离以及各个分级漏斗之间的距离相等，进一步，所述距离为400-700mm，优选为600mm。

发明人发现，各个分级漏斗之间的距离影响气化反应效率，若距离不合适，无法保证各个分级漏斗中的反应均匀性。此外，若距离小于400mm，由于物料粒径小到一定程度才会被吹到下一级分级漏斗进行反应，在气流速度的配合作用下，距离过短会使得部分物料无法吹至下一级漏斗中；若距离大于700mm，会使得物料在两分级漏斗之间浪费时间。在400-700mm范围内，即可以保证上一级分级漏斗中的物料能够有效被吹至下一级分级漏斗中，又可减少物料的下落时间，提高气化效率。

在一种典型实施方式中，靠近气化炉内壁一侧设有排出筒，排出筒的下端与气化炉下端的锥面相连，排出筒的外表面与气化炉的内表面形成环形室，环形室下方设有出气口，环形室内的温度与气化炉相近，温度很高，因此气体包括气体中的焦油能够在环形室中进一步反应，反应更加充分，产品气焦油含量更低。进一步，排出筒的外表面与气化炉的内表面形成的环形室的内部设置有螺旋板，形成螺旋通道，螺旋通道的设置可以增加反应物之间的接触面积，降低短路现象，提高反应充分性。

在一种典型实施方式中，降料管贯穿分级漏斗和导流伞，所述分级漏斗的上口外径与排出筒的内径相等，每个分级漏斗的上口与排出筒紧密连接，每个分级漏斗的下口内径大于降料管的外径；进一步，每个导流伞上口内径与降料管的外径相等，每个导流伞与降料管紧密连接，使其降料管中物料能够在分级漏斗范围内反应，不脱离分级漏斗的可控范围，提高原料利用率。

在一种典型实施方式中，所述原料进料口为螺旋进料器，其设置于气化炉上方，降料管的顶部与螺旋进料器的末端垂直相连，降料管延伸至气化炉底部。螺旋加料装置对粉体以及颗粒物料的输送有较好的可控制性和稳定性。进一步，所述降料管内设有螺旋推进器，使物料更加顺利进入分级漏斗反应范围内。

在一种典型实施方式中，所述气化剂进口为喷嘴，其设置于气化炉底部；进一步，所述喷嘴依次与换热器、风机和进气阀连接，上述设置方式提供气化剂的进入方式，保证气化剂的稳定通入。

在一种典型实施方式中，所述气化炉下方设有点火口，提供原料和气化剂反应的动力。

在一种典型实施方式中，所述出气口和旋风分离器的进口相连，旋风分离器的底部出口和排灰阀相连，排灰阀和储灰罐相连。反应后的产物经排出筒从出气口排出并进入旋风分离器内，在此处进行气固分离过程，分离后排出的灰经排灰阀进入储灰罐。

在一种典型实施方式中，所述旋风分离器的上部出口与换热器相连，换热器与盘绕在降料管上部的烘焙加热管以及盘绕在螺旋进料器上的进料伴热管相连，随后连接出气管。上述设置方式是为了将旋风分离器分出的气体排出。进一步，所述进料伴热管外部设置有进料保温层，烘焙加热管的外部设有烘焙保温层。上述保温层的设置目的在于避免气体温度降低，减少后续利用效率。从旋风分离器上部排出的气体可以根据产品气用途进行水洗净化或者重整、水气变换等反应。

在一种典型实施方式中，所述气化炉内部底端设有溢炭斗，所述溢炭斗的外壁与气化炉下部内壁形成环形室，反应过程中产生的物料经环形室由排料绞龙排出，所述排料绞龙设置于气化炉底部。溢炭斗能够保证固体物料层有一定的厚度，从而使系统的压力稳定，运行稳定。

在一种典型实施方式中，所述气化炉外部设置有气化保温层和电加热部件，防止气化过程中不稳定及温度变化所产生的剧烈变动性，提升系统稳定性、安全性，同时也可以提高气化效率。

本发明第二方面，提供一种烘焙-热解-气化分级方法，包括以下步骤：原料和气化剂进入气化炉，两股物料接触后依次经过多个分级漏斗和导流伞进行反应。

在一种典型实施方式中，所述原料由螺旋进料器经降料管输送至气化炉下部，气化剂依次经进气阀、风机和换热器后从喷嘴进入气化炉。

在一种典型实施方式中，所述反应后产物在排出筒中进一步反应后从出气口排出并进入旋风分离器，旋风分离器底部排出的灰经排灰阀进入储灰罐，旋风分离器上部排出的气体依次经换热器、烘焙加热管和进料伴热管后从出气管排出，反应得到的固体物料经溢炭斗外壁与气化炉下部内壁形成的环形室后由排料绞龙排出。

在一种典型实施方式中，所述原料为煤和/或生物质，所述气化剂为水蒸气、空气和氧气中的一种或者几种混合物。

在一种典型实施方式中，所述气化炉中靠近第二分级漏斗处的温度为600-900℃。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本公开的技术方案。

实施例1

如图1所示，一种烘焙-热解-气化分级系统，包括气化炉15，所述气化炉15内部从上至下依次设有第一分级漏斗13、第二分级漏斗11和第三分级漏斗9，每个分级漏斗的下方均设有锥形导流伞，依次为第一导流伞14、第二导流伞12和第三导流伞10，所述导流伞下口外径大于其上方的分级漏斗的下口内径，导流伞上口外径小于其上方的分级漏斗的下口内径，每个分级漏斗的下口内径大于其之下相邻分级漏斗的下口内径，导流伞的作用是为了防止物料中大颗粒直接被吹到下一级分级漏斗中，进而能够有效实现固体物料按粒径大小的分级利用。气化炉还设有原料进料口和气化剂进口。靠近气化炉15内壁一侧设有排出筒8，排出筒8的上口敞开，排出筒8的下端与气化炉15下端的锥面相连，排出筒8的外表面与气化炉15的内表面形成环形室，环形室下方设有出气口20，环形室内的温度与气化炉15相近，温度很高，因此气体包括气体中的焦油能够在环形室中进一步反应，反应更加充分，产品气焦油含量更低。排出筒8的外表面与气化炉15的内表面形成的环形室的内部设置有螺旋板，形成螺旋通道，螺旋通道的设置可以增加反应物之间的接触面积，降低短路现象，提高反应充分性。降料管16贯穿分级漏斗和导流伞，所述分级漏斗的上口外径与排出筒8的内径相等，每个分级漏斗的上口与排出筒8紧密连接，每个分级漏斗的下口内径大于降料管16的外径；每个导流伞上口内径与降料管16的外径相等，每个导流伞与降料管16紧密连接，使其降料管16中物料能够在分级漏斗范围内反应，不脱离分级漏斗的可控范围，提高原料利用率。所述原料进料口为螺旋进料器1，其设置于气化炉15上方，降料管16的顶部与螺旋进料器1的末端垂直相连，降料管16延伸至气化炉15底部。螺旋加料装置对粉体以及颗粒物料的输送有较好的可控制性和稳定性；所述降料管16内设有螺旋推进器5，使物料更加顺利进入分级漏斗反应范围内。所述气化剂进口为喷嘴18，其设置于气化炉15底部；所述喷嘴18依次与换热器24、风机25和进气阀26连接，上述设置方式提供气化剂的进入方式，保证气化剂的稳定通入。所述气化炉下方设有点火口17，提供原料和气化剂反应的动力。所述出气口20和旋风分离器21的进口相连，旋风分离器21的底部出口和排灰阀22相连，排灰阀22和储灰罐23相连。反应后的产物经排出筒8从出气口20排出并进入旋风分离器21内，在此处进行气固分离过程，分离后排出的灰经排灰阀22进入储灰罐23。所述旋风分离器21的上部出口与换热器24相连，换热器24与盘绕在降料管上部的烘焙加热管6以及盘绕在螺旋进料器上的进料伴热管4相连，随后连接出气管2。上述设置方式是为了将旋风分离器21分出的气体排出；所述进料伴热管4外部设置有进料保温层3，烘焙加热管6的外部设有烘焙保温层7。上述保温层的设置目的在于避免气体温度降低，减少后续利用效率。从旋风分离器上部排出的气体可以根据产品气用途进行水洗净化或者重整、水气变换等反应。所述气化炉15内部底端设有溢炭斗27，所述溢炭斗27的外壁与气化炉15下部内壁形成环形室，反应过程中产生的物料经环形室由排料绞龙19排出，所述排料绞龙19设置于气化炉15底部。溢炭斗27能够保证固体物料层有一定的厚度，从而使系统的压力稳定，运行稳定。所述气化炉15外部设置有气化保温层和电加热部件，防止气化过程中不稳定及温度变化所产生的剧烈变动性，提升系统稳定性、安全性，同时也可以提高气化效率。

所述气化炉15直径500mm，高3000mm；第三分级漏斗9的下口与气化炉15顶部之间的距离为600mm，与第二分级漏斗11下口之间的距离为600mm；第二分级漏斗11下口与第一分级漏斗13下口之间的距离为600mm。

螺旋进料器1长2000mm，直径100mm，进料伴热管4长1600mm；

降料管16长2300mm，直径100mm，烘焙加热管6长800mm；

第三分级漏斗9、第二分级漏斗11和第一分级漏斗13的下口内径分别为200mm、180mm和150mm。

实施例2

采用实施例1所述系统的气化分级方法包括如下步骤：以长度小于10mm的玉米秸秆(含水量10％(质量百分数))为原料，以10kg/h的速度由螺旋进料器1经降料管16输送至气化炉15下部；以空气为气化剂，依次经进气阀26、风机25和换热器24后从喷嘴18进入气化炉15，两股物料进行接触并反应，由点火口17进行点火启动，原料由上至下、气化剂由下至上依次经过三个锥形分级漏斗进行进一步反应，之后经排出筒8后从出气口20排出并进入旋风分离器21，从旋风分离器21的底部排出的灰经排灰阀22进入储灰罐23；从旋风分离器21的上部排出的气体依次经换热器24、烘焙加热管6和进料伴热管4后从出气管2排出；在气化炉15反应后剩余的固体物料由排料绞龙19排出。运行稳定后气化炉15中靠近第二分级漏斗11处的温度为850℃，从出气管2排出的产品气中的焦油含量小于20ppm，由排料绞龙19排出的物料速度为21.2kg/h。

本发明实现了气化的分级工艺，热解段产生的液体产物在气化段得到充分反应，之后在排出筒中再进一步反应，更进一步降低了产品气中的焦油含量；物料在气化炉中经过三个锥形分级漏斗进行进一步反应，实现了生物质在气化段按颗粒大小的分级气化，气化更彻底，同时也降低了焦油含量，实现了能量的梯级利用。

实施例3

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：

气化炉15下部设置有溢炭斗27，溢炭斗27的外壁与气化炉15下部的内壁形成环形室，该环形室与排料绞龙19相通；

在气化炉15反应后剩余的固体物料经溢炭斗27外壁与气化炉15下部内壁形成的环形室后由排料绞龙19排出。

运行稳定后气化炉15中靠近第二分级漏斗11处的温度为650℃，从出气管2排出的产品气中的焦油含量小于50ppm，由排料绞龙19排出的物料速度为35.6kg/h。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (13)

1.一种烘焙-热解-气化分级系统，其特征在于，包括气化炉，所述气化炉中设有多个分级漏斗和导流伞，每个分级漏斗下方均设有可防止物料中的大颗粒直接被吹到下一级分级漏斗的导流伞，每个导流伞上口外径小于其上方的分级漏斗的下口内径，每个分级漏斗的下口内径大于其之下相邻分级漏斗的下口内径，气化炉还设有原料进料口和气化剂进口；

靠近气化炉内壁一侧设有排出筒，排出筒的下端与气化炉下端的锥面相连；

降料管贯穿分级漏斗和导流伞，所述分级漏斗的上口外径与排出筒的内径相等，每个分级漏斗的上口与排出筒紧密连接，每个分级漏斗的下口内径大于降料管的外径；每个导流伞上口内径与降料管的外径相等，每个导流伞与降料管紧密连接；

降料管延伸至气化炉底部；

所述气化剂进口为喷嘴，其设置于气化炉底部。

2.根据权利要求1所述的烘焙-热解-气化分级系统，其特征在于，所述气化炉内部从上至下依次设有多个锥形分级漏斗，每个分级漏斗的下方设有锥形导流伞，所述导流伞下口外径大于其上方的分级漏斗的下口内径。

3.根据权利要求1所述的烘焙-热解-气化分级系统，其特征在于，所述分级漏斗与气化炉的距离以及各个分级漏斗之间的距离相等。

4.根据权利要求3所述的烘焙-热解-气化分级系统，其特征在于，所述距离为400-700mm。

5.根据权利要求4所述的烘焙-热解-气化分级系统，其特征在于，所述距离为600mm。

6.根据权利要求1所述的烘焙-热解-气化分级系统，其特征在于，排出筒的外表面与气化炉的内表面形成环形室，环形室下方设有出气口。

7.根据权利要求6所述的烘焙-热解-气化分级系统，其特征在于，排出筒的外表面与气化炉的内表面形成的环形室的内部设置有螺旋板，形成螺旋通道。

8.根据权利要求1所述的烘焙-热解-气化分级系统，其特征在于，所述原料进料口为螺旋进料器，其设置于气化炉上方，降料管的顶部与螺旋进料器的末端垂直相连，降料管内设有螺旋推进器。

9.根据权利要求6所述的烘焙-热解-气化分级系统，其特征在于，所述喷嘴依次与换热器、风机和进气阀连接；

所述气化炉下方设有点火口；

所述出气口和旋风分离器的进口相连，旋风分离器的底部出口和排灰阀相连，排灰阀和储灰罐相连。

10.根据权利要求9所述的烘焙-热解-气化分级系统，其特征在于，旋风分离器的上部出口与换热器相连，换热器与盘绕在降料管上部的烘焙加热管以及盘绕在螺旋进料器上的进料伴热管相连，随后连接出气管。

11.根据权利要求10所述的烘焙-热解-气化分级系统，其特征在于，所述进料伴热管外部设置有进料保温层，烘焙加热管的外部设有烘焙保温层；

所述气化炉内部底端设有溢炭斗，所述溢炭斗的外壁与气化炉下部内壁形成环形室，排料绞龙设置于气化炉底部；

所述气化炉外部设置有气化保温层和电加热部件。

12.一种使用权利要求1-11任一所述烘焙-热解-气化分级系统的烘焙-热解-气化分级方法，其特征在于，包括以下步骤：原料和气化剂进入气化炉，两股物料接触后经过多个分级漏斗和导流伞进行反应；

所述原料由螺旋进料器经降料管输送至气化炉下部，气化剂依次经进气阀、风机和换热器后从喷嘴进入气化炉；

反应后产物在排出筒中进一步反应后从出气口排出并进入旋风分离器，旋风分离器底部排出的灰经排灰阀进入储灰罐，旋风分离器上部排出的气体依次经换热器、烘焙加热管和进料伴热管后从出气管排出，反应得到的固体物料经溢炭斗外壁与气化炉下部内壁形成的环形室后由排料绞龙排出。

13.根据权利要求12所述的烘焙-热解-气化分级方法，其特征在于，所述原料为煤和/或生物质，所述气化剂为水蒸气、空气和氧气中的一种或者几种混合物。

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