微波氣流床兩段式生物質氣化工藝的製作方法
2023-05-14 10:16:46 2
專利名稱：微波氣流床兩段式生物質氣化工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物質氣化工藝，特別是一種微波氣流床兩段式生物質氣化工藝。
背景技術：
生物質是植物通過光合作用生成的含碳物質，儲量豐富，是一種可再生的能源。在石油資源日益減少的情況下，高效利用可再生的生物質能源是迫在眉睫的問題。將生物質氣化生成各種合成氣一直是工程技術人員重點研究的課題。氣化所使用的氣化爐大致可以分為三類固定床、流化床和氣流床。固定床氣化結構簡單、操作方便，運行模式靈活，固體燃料在床上停留時間長，碳轉化效率較高，運行負荷較寬，可以在20 —110%之間變動，但是固定床中溫度不均勻換熱效果較差，出口合成氣熱值較低，且含有大量焦油；流化床氣化在向氣化爐加料或出灰都比較方便，整個床內溫度均勻、易調節，但對原料的性質很敏感，原料的黏結性、熱穩定性、水分、灰熔點變化時，易使操作不正常，此外，為了保證氣化爐的正常流化，運行溫度較低，出口合成氣中焦油含量較高。 由於固定床和流化床含有大量的焦油，在後續設備中不得不安裝焦油裂解和淨化裝置，使得氣化工藝變的十分複雜；氣流床的運行溫度較高，爐內溫度較均勻，焦油在氣流床中幾乎全部裂解，同時氣流床具有很好的放大特性，特別適用於大型工業化的應用，但氣流床氣化對原料的粒徑有嚴格的限制，進入氣流床的原料需要磨成超細的顆粒，然而按照現有的破碎或制粉技術，無法將含纖維較多的生物質原料磨製成滿足氣流床運行所需的粒徑，這就導致無法將氣流床用於生物質原料的氣化。焦油的裂解和處理以及生物質氣化之前的預處理是阻礙生物質氣化工藝進一步發展的最大障礙。現有的生物質燃料氣化技術中，都無法做到高效的生物質氣化目的。即便採用了熱解和氣化相分離的過程，但是存在著炭化速度慢，炭化不完全、碳轉化率和氣化效率低等問題制約著生物質氣化大型工業化的應用。
發明內容
本發明的目的是要提供一種微波氣流床兩段式生物質氣化工藝，解決現存的氣流床氣化爐炭化速度慢，炭化不完全，炭化後產物不易破碎，碳轉化率低等問題。本發明的目的是這樣實現的該氣化工藝採用熱解和氣化相分離，利用微波炭化的氣流床兩段式生物質氣化工藝，包括微波炭化、炭化制粉、高溫氣化、合成氣的淨化和顯熱回收，具體步驟如下
1、將生物質原料輸送到微波炭化裝置，該裝置採用微波加熱裝置，進行熱解反應，同時有攪杆3進行攪拌，炭化溫度應控制在200—600°C之間；
2、將熱解反應產生的熱解氣直接送到高溫氣化爐，反應產生的木炭送至制粉裝置製成粉狀的燃料，通過氣力輸送的方式將其送入高溫氣化爐，輸送氣體可採用合成氣；
3、熱解氣在高溫氣化爐的燃燒區和氧化劑進行充分燃燒反應生成氣化劑，再將燃燒生成的氣化劑在還原區與輸送入高溫氣化爐的粉狀含炭燃料發生還原反應，生成合成氣，合成氣主要含CO和H2 ；高溫氣化爐的溫度控制在1100—1600°C之間，對高溫氣化爐採用絕熱保溫或者冷卻方式；
4、將高溫氣化爐生成的合成氣送到淨化裝置中，利用過濾除塵方式，得到更純淨的合成氣，淨化裝置內的溫度控制在350°C以上。5、淨化後的合成氣通過顯熱回收裝置，將合成氣的顯熱被顯熱回收裝置中的冷卻介質吸收；顯熱回收裝置出口的合成氣溫度控制在50— 150°C之間。所述的氧化劑為空氣；或者為純氧；或者為水蒸氣。有益效果，由於採用了上述方案，採用微波氣流床兩段式氣化工藝，解決了生物質性質變化的適應性，合成氣中焦油的含量等問題；炭化階段採用微波加熱技術，生物質炭化徹底，炭化制粉過程簡單有效，真正的從原理上解決了氣流床氣化對原料的粒徑有嚴格的限制的問題，使氣流床工藝用在生物質氣化技術上變的更具有操作性，同時，大大提高了氣化效率和合成氣的熱值。解決了現存的氣流床氣化爐炭化速度慢，炭化不完全，炭化後產物不易破碎，碳轉化率低等問題，達到了本發明的目的。優點適用於氣流床氣化工藝，採用熱解和氣化相分離，能夠適應生物質性質的變化，降低了合成氣中焦油的含量；在炭化階段採用先進的微波加熱技術，產生的合成氣不含焦油，熱值高，提高了氣化效率和碳的轉化率。
圖1為本發明的系統工藝流程示意圖。圖中，1、原料倉；2、微波炭化裝置；3、攪杆；4、微波發生器；5、收集管；6、儲存倉； 7、制粉裝置；8、粉倉；9、氣力輸送機；10、輸粉管；11、高溫氣化爐；12、熱解氣管；13、氧化劑管；14、氧化劑輸送機；15、合成氣出口管；16、淨化裝置；17、淨化裝置出口管；18、顯熱回收裝置；19、合成氣管；20、冷卻介質入口管；21、冷卻介質出口管；22、出渣箱；23、合成氣回流管。
具體實施例方式實施例1 該氣化工藝採用熱解和氣化相分離，利用微波炭化的氣流床兩段式生物質氣化工藝，包括微波炭化、炭化制粉、高溫氣化、合成氣的淨化和顯熱回收，具體步驟如下
1、將生物質原料輸送到微波炭化裝置，該裝置採用微波加熱裝置，進行熱解反應，同時有攪杆3進行攪拌，炭化溫度應控制在200—600°C ；
2、將熱解反應產生的熱解氣直接送到高溫氣化爐，反應產生的木炭送至制粉裝置製成粉狀的燃料，通過氣力輸送的方式將其送入高溫氣化爐，輸送氣體可採用合成氣；
3、熱解氣在高溫氣化爐的燃燒區和氧化劑進行充分燃燒反應生成氣化劑，再將燃燒生成的氣化劑在還原區與輸送入高溫氣化爐的粉狀含炭燃料發生還原反應，生成合成氣，合成氣主要含CO和H2 ；高溫氣化爐的溫度控制在1100—1600°C，對高溫氣化爐採用絕熱保溫或者冷卻方式；
4、將高溫氣化爐生成的合成氣送到淨化裝置中，利用過濾除塵方式，得到更純淨的合成氣，淨化裝置內的溫度控制在350°C以上。5、淨化後的合成氣通過顯熱回收裝置，將合成氣的顯熱被顯熱回收裝置中的冷卻介質吸收，降低合成氣的溫度，有利的提高了氣化過程中熱量的利用率，提高了氣化效率; 顯熱回收裝置出口的合成氣溫度控制在50-150°C。所述的氧化劑為空氣。將原料倉1中的大顆粒原料輸送到微波炭化裝置2中，利用微波發生器對原料加熱熱解，同時，攪杆3不停的對原料進行攪拌，保證原料的完全炭化。炭化反應產生的熱解氣通過熱解氣管12送到高溫氣化爐11中與經過氧化劑管13，由氧化劑輸送機14輸送的氧化劑發生燃燒反應，生成氣化劑；炭化反應產生的木炭，經收集管5進入儲存倉6中，再從儲存倉6中進入制粉裝置7，加工好的含炭的粉狀燃料儲存在粉倉8內，氣力輸送機9用合成氣將粉狀燃料通過輸粉管10輸送到高溫氣化爐11中，與燃燒反應生成的氣化劑發生還原反應，生成合成氣，剩餘灰渣進入出渣箱22 ；合成氣通過合成氣出口管15進入淨化裝置 16，在淨化裝置16中過濾除雜，得到更純淨的合成氣；合成氣再經過淨化裝置出口管17，進入顯熱回收裝置18，與通過冷卻介質入口管20進入的冷卻介質進行熱交換後，通過合成氣管19流出。實施例2 步驟1中的炭化溫度控制在200— 600°C ；步驟3中的高溫氣化爐的溫度控制在1100°C ；步驟5中的顯熱回收裝置出口的合成氣溫度控制在50-150°C。所述的氧化劑為純氧。其它與實施例1同。實施例3 步驟1中的炭化溫度控制在200— 600°C ；步驟3中的高溫氣化爐的溫度控制在1600°C ；步驟5中的顯熱回收裝置出口的合成氣溫度控制在50-150°C。所述的氧化劑為水蒸氣。其它與實施例1同。
權利要求
1.一種微波氣流床兩段式生物質氣化工藝，其特徵是該氣化工藝採用熱解和氣化相分離，利用微波炭化的氣流床兩段式生物質氣化工藝，包括微波炭化、炭化制粉、高溫氣化、 合成氣的淨化和顯熱回收，具體步驟如下(1 )、將生物質原料輸送到微波炭化裝置，該裝置採用微波加熱裝置，進行熱解反應，同時有攪杆3進行攪拌，炭化溫度應控制在200—600°C之間；(2)、將熱解反應產生的熱解氣直接送到高溫氣化爐，反應產生的木炭送至制粉裝置製成粉狀的燃料，通過氣力輸送的方式將其送入高溫氣化爐，輸送氣體可採用合成氣；(3)、熱解氣在高溫氣化爐的燃燒區和氧化劑進行充分燃燒反應生成氣化劑，再將燃燒生成的氣化劑在還原區與輸送入高溫氣化爐的粉狀含炭燃料發生還原反應，生成合成氣， 合成氣主要含CO和H2 ；高溫氣化爐的溫度控制在1100—1600°C之間，對高溫氣化爐採用絕熱保溫或者冷卻方式；(4)、將高溫氣化爐生成的合成氣送到淨化裝置中，利用過濾除塵方式，得到更純淨的合成氣，淨化裝置內的溫度控制在350°C以上；(5)、淨化後的合成氣通過顯熱回收裝置，將合成氣的顯熱被顯熱回收裝置中的冷卻介質吸收；顯熱回收裝置出口的合成氣溫度控制在50— 150°C之間。
2.根據權利要求1所述的一種微波氣流床兩段式生物質氣化工藝，其特徵是所述的氧化劑為空氣；或者為純氧；或者為水蒸氣。
全文摘要
一種微波氣流床兩段式生物質氣化工藝，屬於生物質氣化工藝。利用微波炭化的氣流床兩段式生物質氣化工藝，包括微波炭化、炭化制粉、高溫氣化、合成氣的淨化和顯熱回收。採用微波氣流床兩段式氣化工藝，解決了生物質性質變化的適應性，合成氣中焦油的含量等問題；炭化階段採用微波加熱技術，生物質炭化徹底，炭化制粉過程簡單有效，真正的從原理上解決了氣流床氣化對原料的粒徑有嚴格的限制的問題，大大提高了氣化效率和合成氣的熱值。優點適用於氣流床氣化工藝，採用熱解和氣化相分離，能夠適應生物質性質的變化，降低了合成氣中焦油的含量；在炭化階段採用先進的微波加熱技術，產生的合成氣不含焦油，熱值高，提高了氣化效率和碳的轉化率。
文檔編號C10J3/84GK102226112SQ20111014809
公開日2011年10月26日 申請日期2011年6月3日 優先權日2011年6月3日
發明者孫昌棟, 林衝 申請人:徐州燃控科技股份有限公司