CN220926689U - 一种生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置，包括循环流化床气化炉、旋风分离器、高温气化室、空腔冷却室和余热回收装置；所述循环流化床气化炉的底部设有由O2、H2O和CO2三种气体组成的气化剂入口，中下部设有生物质给料装置；所述循环流化床气化炉顶部的燃气出口与旋风分离器的上部进口连接，所述旋风分离器的底部出口与循环流化床气化炉下部连接；旋风分离器的顶部出口顺次连接高温气化室、空腔冷却室和余热回收装置；所述的高温气化室设有氧气进口。本实用新型能够使用各种复杂多变特性生物质，制备高品质合成气，实现生物质高效资源化利用。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物质气化领域，尤其是涉及一种生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置。
背景技术
现有肥料化、饲料化、基质化和原料化等途径的利用总额很低，大量露天焚烧或丢弃导致严重的环境污染。生物质作为含碳清洁可再生能源，其资源化能源化利用以替代石油、天然气和煤炭等化石能源将是发展趋势，其中通过气化将生物质转化成高品质合成气用于生产化学品是实现农林废弃物资源化材料化负碳应用的主要发展方向，也是扩展生物质资源利用的重要方式，能够进一步提高生物质能源在未来能源市场的地位。
按气化装置的不同，生物质气化技术可分为固定床气化、流化床气化以及气流床气化。如公开号为CN102226112A的中国专利文献公开了一种微波气流床两段式生物质气化工艺；公开号为CN108559548A公开了一种生物质流化床气化炉。
其中固定床气化技术要求高，处理容量小，难以大规模处理高钾氯含量的秸秆类生物质，气化合成气含焦油；气流床气化技术调控难度大，暂未实现工业应用；由于燃料适应性好，气化回路温度可控以及可实现复杂多变的高钾氯含量生物质大规模气化利用等特点，目前流化床气化技术已实现工业应用，但工业应用中的流化床气化炉采用的都是空气气化工艺，所获得的合成气氮气含量高，有效组分低，常用于热电联产，难以用于化学品合成原料。同时，由于受燃料特性及气化温度的限制，流化床气化技术所产生的气化合成气中同样含有焦油，由于含焦油合成气在冷却净化过程中不仅会引起管道堵塞，影响合成气冷却余热回收系统的正常运行，同时合成气冷却所产生的含焦油废水处理难度大、成本高；另外，焦油中的许多物质具有致癌作用，因此焦油对于生物质气化制高品质合成气是一个急需解决的技术瓶颈。
实用新型内容
本实用新型提供了一种生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置，能够使用各种复杂多变特性生物质，制备高品质合成气，实现生物质高效资源化利用。
一种生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置，包括循环流化床气化炉、旋风分离器、高温气化室、空腔冷却室和余热回收装置；
所述循环流化床气化炉的底部设有气化剂入口，中下部设有生物质给料装置；所述循环流化床气化炉顶部的合成气出口与旋风分离器的上部进口连接，所述旋风分离器的底部出口与循环流化床气化炉下部连接；旋风分离器的顶部出口顺次连接高温气化室、空腔冷却室和余热回收装置；所述的高温气化室设有氧气进口。
本实用新型的装置中采用单个循环流化床气化炉和高温气化室结合的方式，通过控制循环流化床气化回路温度避免流化床出现结渣团聚等问题，同时在高温气化室进一步提高气化温度强化分级气化反应，将气化合成气中所含焦油全部分解成CO、H2、CH4等合成气组分，采用空腔冷却室冷却气化合成气并将所含的液态低温熔融物冷却成为固体细颗粒，避免后续对流受热面管发生结渣及灰沉积堵塞等问题，采用余热回收装置进一步冷却气化合成气同时满足后续气化合成气处理的需要，实现高品质合成气制备的同时高效回收热量；同时循环流化床气化炉可通过设置加压给料系统运行在加压状态，具有加压气化优势。
优选地，所述空腔冷却室的内壁由膜式水冷壁构成。所述膜式水冷壁的上部出口与汽包的一个进口连接，膜式水冷壁的下部进口与汽包的一个出口连接。
进一步地，所述余热回收装置沿气流方向设有过热器和省煤器等受热面，所述过热器的进口与汽包的一个出口连接，过热器的出口与外部环境连通；省煤器的出口与汽包的一个进口连接，省煤器的进口连接进水管。
进一步地，所述余热回收装置的下部出口与合成气净化处理单元连接。
进一步地，所述高温气化室的出口与空腔冷却室的上部进口连接，空腔冷却室的下部出口与余热回收装置的上部进口连接。
利用本实用新型的装置制高品质合成气的工艺，具体包括以下步骤：
步骤1，将生物质从生物质给料装置加入至循环流化床气化炉内，在循环流化床气化炉底部的气化剂入口通入由O2、H2O和CO2三种气体依据气化过程需求按比例混合的气化剂，生物质在循环流化床气化炉内与气化剂发生热解、燃烧及气化反应产生气化合成气；
步骤2，循环流化床气化炉产生的气化合成气进入旋风分离器，分离出的气化合成气携带细灰颗粒进入高温气化室内；同时往高温气化室内通入氧气，气化合成气在高温气化室内发生燃烧及气化反应，进一步提高高温气化室温度到900℃～1100℃，使所含焦油彻底分解，焦油分解产物成为合成气组分；
步骤3，高温气化室产出的无焦油气化合成气携带少量的低温熔融物和细灰进入由膜式水冷壁构成的空腔冷却室中冷却，冷却合成气的同时也将所含的液态低温熔融物冷却成为固体细颗粒；
步骤4，空腔冷却室产出的气化合成气进入余热回收装置中，回收余热后的高品质气化合成气去用于后续合成气除尘净化工段。
本实用新型的装置采用基于灰烧结温度控制的宽燃料适应性生物质循环流化床气化工艺，极大的放开对特定生物质的限制，能大幅度降低原料成本，合成气组分可通过调整气化剂O2、H2O和CO2三种气体的组成在一定范围内调控，可少用或不用水蒸气，降低气化能耗、水耗及废水处理量等。
进一步地，步骤1中，循环流化床气化炉的运行温度依据生物质燃料特性并基于生物质的灰烧结温度控制在750℃～900℃之间，避免循环流化床气化过程中发生结渣团聚等问题；同时可以通过调整循环流化床气化段气化剂O2、H2O和CO2三种气体组成比例和通入量以及高温气化段的氧气通入量调控气化温度等运行参数，优化气化反应特性，在一定范围内调控合成气组分和气化炉能耗。
循环流化床气化是基于灰烧结温度控制的宽燃料适应性生物质流化床气化工艺，气化炉运行温度依据生物质燃料特性控制在750℃～900℃之间，避免流化床气化过程中发生结渣团聚等问题，故可以采用的生物质包括高钾氯及具有复杂多变特性的生物质。采用O2、H2O和CO2作为气化剂同时结合二段高温气化，可获得氮气含量低，以CO、H2和CO2为主的无焦油组分的高品质合成气。
步骤3中，空腔冷却室用于冷却高温气化室出口的气化合成气至750℃以下，保证合成气中所携带的低温熔融物和生物质灰以固态形式进入后续余热回收装置，避免受热面管子发生结渣、灰沉积堵塞等问题，从而高效回收高温气化合成气所含热量。
依据气化炉气化剂蒸汽参数(温度和压力)要求，余热回收所产生的过热蒸汽可以部分作为气化剂，也可以热电联产利用后抽取匹配参数的蒸汽作为气化剂。
可选择地，所述的循环流化床气化炉在常压下运行，或者通过加压给料系统使循环流化床气化炉运行在加压状态。本实用新型兼具常压运行下的安全可靠、装置操控难度小和运行成本低以及加压运行下的生产能力大、焦油产率低和有利于后续发电及合成工艺等优点。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型的装置，采用的是基于灰烧结温度控制的宽燃料适应性生物质循环流化床气化工艺，故极大的放开对特定生物质的控制，大幅度降低原料成本。
2、本实用新型中气化剂组成可调控，通过优化气化剂组成及气化运行参数，可少用或不用水蒸气，降低气化能耗、水耗及废水处理量等。
3、本实用新型的装置，将富含挥发分的生物质通过分级气化除去焦油组分，同时产生以CO、H2和CO2为主的无焦油组分合成气，消除了焦油对设备和合成气后续利用的影响，通过水冷空腔冷却室和余热回收装置相结合高效回收高温合成气热量，同时满足后续气化合成气处理的需要，制备出的高品质合成气可以用于生产洁净天然气或高价值化学品，提高了生物质利用价值和利用效益。
附图说明
图1为实用新型的生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置示意图。
其中，1、生物质给料装置；2、循环流化床气化炉；3、旋风分离器；4、高温气化室；5、空腔冷却室；6、汽包；7、余热回收装置；8、过热器；9、省煤器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，一种生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置，包括生物质给料装置1、循环流化床气化炉2、旋风分离器3、高温气化室4、空腔冷却室5、汽包6和余热回收装置7。
循环流化床气化炉2的中下部设有生物质给料装置1；下部设有气化剂入口，用以通入由O2、H2O和CO2三种气体组成的气化剂，并调控气化合成气的组分；顶部的燃气出口外接旋风分离器3。旋风分离器3后依次连接高温气化室4、空腔冷却室5和余热回收装置7。
高温气化室4设有氧气进口，通过氧气的通入进一步提高气化温度强化分级气化反应，将循环流化床气化炉2产生的合成气中的焦油组分全部分解，运行温度基于生物质种类控制，在900℃～1100℃之间。
空腔冷却室5由膜式水冷壁构成，可将高温气化室4出口的气化合成气温度冷却至750℃以下，同时使其中所含的液态低温熔融物和生物质灰冷却成为固体细颗粒进入后续余热回收装置7。
膜式水冷壁的上部出口与汽包6的一个进口连接，膜式水冷壁的下部进口与汽包6的一个出口连接。
余热回收装置7进一步冷却气化合成气同时满足后续气化合成气处理的需要。余热回收装置7沿气流方向设有过热器8和省煤器9等受热面，过热器8的进口与汽包6的一个出口连接，过热器8的出口与外部环境连通；省煤器9的出口与汽包6的一个进口连接，省煤器9的进口连接进水管。
下面选择玉米秸秆作为生物质为例，对本实用新型生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置的工艺进行介绍，具体包括以下步骤：
步骤1，生物质原料经生物质给料装置1给入循环流化床气化炉2内，在循环流化床气化炉2底部通入O2-H2O-CO2混合气化剂，生物质在炉内发生热解、燃烧及气化反应产生气化合成气；循环流化床气化炉2在常压下运行，控制运行温度为750℃。
步骤2，循环流化床气化炉2产生的气化合成气进入旋风分离器3，分离出的气化气进入高温气化室4进行第二步的气化反应，由于氧气作为高温气化室4的气化剂，故高温气化室4的运行温度提升至950℃，在其中气化气中携带的焦油被分解，携带的细灰颗粒被完全气化，焦油分解和生物炭完全气化的产物如CO、H2、CH4等成为气化合成气组分。
步骤3，高温气化室4产生的气化合成气携带少量的低温熔融物和细灰进入空腔冷却室5内，其中的低温熔融物和细灰经过空腔冷却室5的冷却后成为固体细颗粒，气化合成气进入尾部的余热回收装置7进一步被冷却为高品质气化合成气，该高品质气化合成气用于后续合成气净化处理单元。另外，余热回收装置7中给水温度为105℃，产生的高温高压蒸汽参数是压力为9.8Mpa，温度为540℃。
本装置给料量为8t/h，高品质气化合成气产量约8856Nm3/h，合成气组分为38.67％ CO、4.37％ CH4、24.13％ H2、32.83％ CO2，产生的高温高压蒸汽量为8.49t/h。
以上所述的实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置，其特征在于，包括循环流化床气化炉(2)、旋风分离器(3)、高温气化室(4)、空腔冷却室(5)、余热回收装置(7)；
所述的循环流化床气化炉(2)的底部设有气化剂入口，中下部设有生物质给料装置(1)；所述循环流化床气化炉(2)顶部的合成气出口与旋风分离器(3)的上部进口连接，所述旋风分离器(3)的底部出口与循环流化床气化炉(2)下部连接；旋风分离器(3)的顶部出口顺次连接高温气化室(4)、空腔冷却室(5)和余热回收装置(7)；所述的高温气化室(4)设有氧气进口。
2.根据权利要求1所述的生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置，其特征在于，所述空腔冷却室(5)的内壁由膜式水冷壁构成。
3.根据权利要求2所述的生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置，其特征在于，所述膜式水冷壁的上部出口与汽包(6)的一个进口连接，膜式水冷壁的下部进口与汽包(6)的一个出口连接。
4.根据权利要求1所述的生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置，其特征在于，所述余热回收装置(7)沿气流方向设有过热器(8)和省煤器(9)，所述过热器(8)的进口与汽包(6)的一个出口连接，过热器(8)的出口与外部环境连通；省煤器(9)的出口与汽包(6)的一个进口连接，省煤器(9)的进口连接进水管。
5.根据权利要求1所述的生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置，其特征在于，所述余热回收装置(7)的下部出口与合成气净化处理单元连接。
6.根据权利要求1所述的生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置，其特征在于，所述高温气化室(4)的出口与空腔冷却室(5)的上部进口连接，空腔冷却室(5)的下部出口与余热回收装置(7)的上部进口连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |