CN1710023A - 一种低焦油生物质气化方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质气化方法和装置，该技术通过将固体生物质热解和热解产物的裂解气化两个过程分开，将生物质转变成焦油含量极低的可燃气体。首先将生物质送入热解反应器中，无氧化剂通入，在400－650℃条件下发生热解反应，热解产物包括热解气和残碳进入裂解气化器中，与通入的氧化剂发生不完全的氧化燃烧反应，形成一个900－1100℃的高温区，此时所谓焦油的重质烃类物质裂解为小分子气体，裂解后的气体与下部炽热的碳层发生还原反应后离开气化器。高温气体经净化冷却后供用户使用。本发明产生的气体中焦油含量非常低，使得后续净化设备简单，不产生焦油液的二次污染、原料适应范围广。产生的燃气可民用，也可直接用于发电。
Description
技术领域
本发明涉及一种从生物质制取可燃气体的方法和装置，具体的说是一种低焦油生物质气化方法和装置。
背景技术
生物质是植物通过光合作用生成的有机物质，其储量丰富，存在广泛，是一种重要的可再生能源。随着石油短缺、能源供应形势的日益紧张，生物质能源的开发和利用已引起了人们的高度重视，其利用形式多种多样，大体可分为生物法和热化学转换法，生物质气化是热化学转换技术的一种。
生物质气化是利用热化学方法使生物质在缺氧状态下发生氧化还原反应，产生含氢气、一氧化碳和甲烷等成分的可燃混合气。其主要气化装置有固定床气化炉和流化床气化炉。固定床气化炉炉内反应速度慢，处理料量小，对原料的预处理要求不是很严格，气化技术相对比较成熟；流化床气化炉炉内反应速度快，处理料量大，一般要求原料粉碎，比较适合于大型化生产。但就目前来讲，两种气化设备产气过程中焦油含量普遍很高，使得后续净化设备变得非常复杂，在一定程度上影响了燃气的使用。
目前处理焦油采用较多的是产气后水洗法和产气过程中催化裂解法。水洗法是通过使用水将燃气中的大部分焦油除去，这种方法成本低，操作简单，但存在不足：(1)浪费大量的水源，而且易造成焦油液的二次污染；(2)处理掉的焦油不能利用，造成能源的浪费。催化裂解法使用廉价的白云石或石灰石等作为催化剂，但这种方式普遍存在催化剂积炭问题，影响使用寿命，且需再生处理，设备和工艺均比较复杂，燃气的生产成本提高，焦油裂解不彻底。
针对上述情况，本发明对生物质气化过程中焦油的形成机理和裂解条件进行了深入地研究，研制了低焦油生物质气化方法和装置，使绝大部分焦油在反应过程中裂解为低烃燃气，降低了燃气中基础焦油含量。采用高温过滤、间接冷却的方法净化燃气，不会产生焦油水的二次污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有广泛原料适应性的低焦油生物质气化方法及其气化反应装置。
本发明的目的是这样实现的：生物质原料首先在400-650℃条件下于热解反应器中发生热解反应，热解产物直接进入裂解气化器，与通入的氧化剂发生氧化燃烧反应，形成一个900-1100℃的高温区，此时大分子重质烃类物质裂解为小分子气体，裂解后的气体与下部炽热的碳层发生还原反应后离开气化器，得到焦油含量很低的可燃气体。
本发明一种低焦油生物质气化方法包括如下步骤：
(1)生物质送入热解反应器，由外热源加热，无氧化剂通入，在400-650℃条件下发生热解反应；
(2)热解产物(包括热解气和残碳)直接进入裂解气化器，与通入的氧化剂发生不完全的氧化燃烧反应，形成一个900-1100℃的高温区，此时所谓焦油的大分子重质烃类物质裂解为小分子气体；
(3)高温裂解后产生的气体经过下部炽热的碳层还原后离开气化器，形成焦油含量很低的可燃气体；
为了实现上述方法，本发明采用了由热解反应器和裂解气化器组成的分步气化装置。首先质地疏松、外形杂乱的生物质由定量加料器送入热解反应器中，在外热源作用下，发生热解反应，热解产物(包括热解气和残碳)直接进入裂解气化器中，热解产物与通入的氧化剂发生不完全的燃烧反应，形成高温区，高温裂解后的气体经过下部炽热的碳层并与其发生还原反应后由裂解气化器的出口进入氧化剂预热器中，预热氧化剂后依次进入高温过滤器和燃气冷却器经净化冷却后，由燃气输送机送至用户使用。
附图说明
图1、生物质气化流程图
图2、滚筒推进式热解反应器结构图
图中：1-生物质原料；2-热解器原料进口；3-热解器驱动电机；4-螺旋推进器；5-外热源；6-热解器物料出口；7-热解产物；8-裂解气化器物料进口；9-裂解气化器高温区；10-裂解气化器保温层；11-裂解气化器炉排；12-裂解气化器出灰口；13-热燃气出口；14-热氧化剂进口；15-未预热的氧化剂；16-氧化剂预热器；17-高温除尘器；18-冷却水；19-燃气冷却器；20-冷却回水；21-燃气输送器；22-净化后的燃气；23-进料箱；24-滚轮；25-炒板；26-外热源；27-齿圈；28-出料箱；29-托轮；30-齿轮；31-电机
热解器、裂解气化器、氧化剂预热器、高温除尘器、燃气冷却器和燃气输送器之间均有管道相连，形成一个连续的工艺过程；本发明的热解器根据原料处理量的不同采用了两种不同的机械推进方式，一种是如图1所示的螺旋推进式热解器，另一种是如图2所示的滚筒推进式热解器，这种热解器处理的原料量较第一种机械推进方式大得多。所述的热解器外热源可以是电加热，也可以是烟气或其它热源加热。
具体实施方式
实施例一：
以花生壳为气化原料，无需粉碎，装入定量加料器(2)中，向热解反应器中通入热烟气预热本系统，至550℃，启动电机(3)，开始进料，进料速度约50kg/h，花生壳进入热解反应器中，在机械力的作用下螺旋推进，发生热解反应，热解产物(包括热解气和残碳)全部进入裂解气化器中，与上部控制通入的热氧化剂即空气(14)发生不完全的氧化燃烧反应，形成一个高温区(9)，约1000℃，此时，大分子的重质烃类物质在高温下裂解为小分子气体，未燃尽的残碳落在下方的炉排(11)上，裂解后的气体经过下方炽热的碳层并与其发生还原反应后，经过出气口(13)进入氧化剂预热器(16)中，预热氧化剂后，燃气依次进入高温过滤器(17)、燃气冷却器(19)中，经过净化冷却后的燃气(22)，由燃气输送器(21)送至用户使用。产生的燃气可民用，也可直接用于发电。反应完的灰份经炉排落入裂解气化器下方的集灰室，由出灰口(12)排出。得到的可燃气体成份为：CO 11.67％，CO2 15.67％，CH4 3.88％，O2 0.56％，H2 13.72％，C2以上成份0.97％，N2 53.53％；燃气热值为4.98MJ/Nm3。
实施例二：
将原料换为玉米秸，经铡草机处理，长度在10cm以下即可，进料速度约35kg/h，热解器温度为400℃左右，裂解气化器的高温区控制在900℃，其余步骤及方法同实施例一。得到的气体成份为：CO 12.24％，CO2 19.65％，CH4 2.58％，O2 0.74％，H2 16.48％，C2以上成份0.64％，N247.67％；燃气热值为4.68MJ/m3。
实施例三：
将原料换为玉米芯，无需粉碎，进料速度约70kg/h，热解器温度为650℃，裂解气化器的高温区控制在1050℃，其余步骤及方法同实施例一。得到的气体成份为：CO 13.49％，CO2 17.63％，CH4 2.49％，O20.57％，H2 20.1％，C2以上成份0.64％，N2 45.81％；燃气热值为5.17MJ/m3。
实施例四：
将原料换为玉米芯，无需粉碎，使用图2所示的滚筒推进式热解反应器，进料速度约800kg/h，热解器温度为500℃，裂解气化器的高温区控制在1000℃，其余步骤及方法同实施例一。得到的气体成份为：CO 12.49％，CO2 18.13％，CH4 2.56％，O2 0.65％，H2 19.68％，C2以上成份0.72％，N2 45.77％；燃气热值为5.09MJ/m3。
本发明的优点在于：
1.本发明将热解和气化两个过程分开，质地疏松、外形杂乱的生物质在机械力的作用下，通过热解器，克服了以往固定床气化炉易产生架桥、空洞、反应不稳定的缺点。生物质原料不需深度预处理，原料适应范围广。
2.本发明将热解和气化两个过程分开，质地疏松、外形杂乱的生物质经过热解以后，形成的碳的堆积密度和流动性比生料有较大改观，热解产物可以很容易地通过燃烧区进入还原段，形成稳定的燃烧还原反应，并可以避免因反应不均而造成的局部结焦现象。
3.本发明产生的可燃气体中焦油含量非常低，这样大大简化了后续净化设备，消除了焦油液的二次污染。
Claims (4)
1、一种低焦油生物质气化方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将生物质原料送入热解反应器中，无氧化剂通入，在400-650℃条件下发生热解反应；
(2)热解产物包括热解气和残碳进入裂解气化器中，与通入的氧化剂发生不完全的氧化燃烧反应，形成一个900-1100℃的高温区；
(3)高温裂解后的气体与裂解气化器下部炽热的碳层发生还原反应后离开气化器。
2、一种低焦油生物质气化装置，其特征在于：热解和气化两个过程分开，热解反应器由进料口(2)、出料口(6)、外热源(5)、机械推动机构(4)和驱动电机(3)组成；裂解气化器由物料进口(8)、出灰口(12)、热氧化剂进口(14)、热燃气出口(13)、保温层(10)、炉排(11)及高温区(9)组成，热解器、裂解气化器、氧化剂预热器(16)、高温除尘器(17)、燃气冷却器(19)和燃气输送器(21)之间均有管道相连，形成一个连续的工艺过程。
3、根据权利要求2所述的一种低焦油生物质气化装置，其特征在于：所述的热解器的机械推动机构是螺旋式推进器(4)。
4、根据权利要求2所述的一种低焦油生物质气化装置，其特征在于：所述的热解器的机械推动机构是如图2所示的滚筒式推进器。
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