基於感應加熱的生物質氣化制氫反應器的製作方法

2023-05-22 17:03:31 1

專利名稱：基於感應加熱的生物質氣化制氫反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及可再生能源領域，特指一種基於感應加熱和循環流化床技術的生物質 制氫反應器。
背景技術：
我國是一個農業大國，生物質資源十分豐富，傳統的處理方法(炊事用、野外焚 燒、露天堆積)不僅造成生物質資源的低效率利用，同時也汙染了環境。農村豐富的可再生 資源——生物質能源的深度開發和利用，是未來能源產業發展的必然趨勢，也是保證社會 可持續發展的必經之路。生物質氣化時，可以選擇氧氣、空氣或水蒸氣作為氣化劑。以空氣作為氣化劑時， 部分生物質與空氣中的氧氣發生氧化反應，放出熱量，為另一部分生物質的熱分解和還原 過程提供所需的反應熱，整個氣化過程以自供熱方式運行，由於空氣中含有79%的氮氣，它 不參加氣化反應卻稀釋了燃氣中氫氣的含量，得到的合成氣中氮氣含量高達50%左右，氫 氣含量低；水蒸氣作為氣化劑時，合成氣中氫氣含量高，其他可通過蒸汽重整反應轉換為氫 氣的可燃氣體(如0)、014等)的含量也高於空氣作為氣化劑的情況，在氣化反應器中主要 進行的是水蒸氣與炭的還原反應、CO與水蒸氣的變換反應、各種甲烷化反應及生物質的熱 分解反應等，其主要反應都是吸熱反應，為促進反應正向進行，需要在反應器內安裝加熱裝 置，提供反應所需的反應熱。目前常見的加熱方式多為傳統的電阻絲外加熱方式，其缺點是 反覆升溫易導致電阻絲脆斷，降低加熱裝置使用壽命，升溫時間長，加熱效率低。中國專利申請號為200710022295.2的專利申請(熱管供熱的雙固定床生物質反 應器系統)說明書公開了一種熱管供熱的雙固定床生物質反應器，該反應器用兩個固定床 作為氣化反應器或反應室，以封閉熱管內的工質作為熱載體，間接提供生物質與水蒸氣發 生氣化反應所需的反應熱，但該裝置結構複雜，特別是密封性要求較高，若個別熱管部件發 生洩漏則影響系統整體運行。中國專利申請號為200910116483. 0的專利申請(內燃加熱旋轉錐式生物質氣化 爐)說明書公開了一種旋轉錐式生物質氣化反應器，由內外兩個同心錐共同組成，內錐不 動，外錐繞軸旋轉，其支撐外伸軸的內部軸承必須要能夠在高溫和高粉塵工況下長時間工 作，此外這種反應器需要沙子等惰性熱載體在兩個錐體間作間歇運動，對高溫壁面的磨損 相當嚴重，因此其具有結構複雜、成本高、使用壽命短等不足。感應加熱是一種無接觸選擇加熱導電、導磁材料的技術，它利用電磁感應的方法 使被加熱材料的內部產生電流，依靠這些渦流的能量達到加熱目的。感應加熱技術應用於 冶金工業已經多年，用以加熱金屬，如熔化、冶煉、熱處理、焊接合修補等，具有溫度易控制、 加熱速度快、損耗極低、綠色環保等優點。循環流化床技術是近年來在國際上發展起來的新 一代高效、低汙染清潔燃燒技術，基於循環流化床技術的生物質氣化反應器具有原料適應 性廣、生產強度高、氣體熱值比固定床氣化爐高、負荷 適應能力強等優點。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，設計一種採用感應加熱技術提供反應熱，既不需要熱載體，也不含運動部件，運行連續，加熱均勻，節能環保，結構簡單， 操作方便的生物質流化床氣化制氫反應器，可對秸稈、稻殼、鋸末等生物質原料進行熱解氣 化，製取富氫合成氣。為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的一種基於感應加熱的生物質流化床氣化制氫反應器，包括反應器殼體、旋風除塵 器、生物質進料口、布風板、高溫蒸汽進汽口、富氫合成氣出口、旋風除塵器、返料裝置、返料 蒸汽進汽口和返料口，所述反應器殼體由反應器上殼體、筒狀爐襯和反應器下殼體組成，反 應器上殼體一側與旋風除塵器相連，另一側與生物質進料口相連，底部與筒狀爐襯套接，筒 狀爐襯內懸置感應加熱件，電感應線圈繞置於筒狀爐襯外部，電感應線圈兩端引出與感應 加熱電源連接，筒狀爐襯底部與反應器下殼體套接，反應器下殼體內部設置有布風板，底部 設置有返料蒸汽進汽口，返料裝置分別與旋風除塵器的底部和反應器下殼體的返料口相 連，返料裝置底部設置有返料蒸汽進汽口。所述電感應線圈為繞置於筒狀爐襯上的至少一圈空心銅管，內部空心為冷卻液通 道，空心銅管外部包裹耐高溫電絕緣帶。所述感應加熱電源為可控矽中頻電源或中頻IGBT電源。所述感應加熱件為下端設計成圓錐形的至少一個圓柱體，豎直懸置於筒狀爐襯 中。所述筒狀爐襯由碳化矽材質或剛玉材質製成。所述感應加熱件由特質鉻鈮鋁合金、鎳鐵鉻鋁合金或Cr28Ni20MoW耐熱鋼製成。本發明與現有技術相比，具有以下突出優點和積極效果採用高溫蒸汽作為氣化劑，產物氣中的氫氣以及可通過蒸汽重整工藝轉換為氫氣 的氣體含量均高於使用空氣作為氣化劑的情況；感應加熱件從內部對流化狀態的生物質 料進行直接加熱，所有生物質料均有機會與感應加熱件接觸而受熱，增強了生物質料的受 熱均勻性；通過調整感應加熱電源功率，可實現反應器內部反應溫度精確控制，進而控制熱 解產物氣的成分；採用耐高溫、導磁性和導熱性良好的耐高溫合金材料作為感應加熱件，升 溫速度快，有利於蓄熱和傳熱；與傳統的電阻絲外加熱方式相比，電能消耗可降低40% 80% ；具有較廣泛的原料適應性，可利用豐富的各種生物質資源製取富氫合成氣。


圖1表示本發明的生物質氣化制氫反應器結構示意圖；圖2表示基於實施本發明的感應加熱技術原理圖；圖3表示基於實施本發明的感應加熱部分剖視圖；圖中1.反應器上殼體，2.生物質進料口，3.筒狀爐襯，4.感應加熱電源，5.電感 應線圈，6.反應器下殼體，7.布風板，8.高溫蒸汽進汽口，9.富氫合成氣出口，10.旋風除塵 器，11.返料裝置，12.返料蒸汽進汽口，13.返料口，14.感應加熱件。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施例對本發明做進一步詳細描述如圖1所示，反應器上殼體1 一側與旋風除塵器10相連，另一側與生物質進料口 2 相連，底部與筒狀爐襯3相套接，筒狀爐襯3內懸置感應加熱件14，電感應線圈5繞置於筒 狀爐襯3外部，電感應線圈5兩端引出與感應加熱電源4連接，筒狀爐襯3底部與反應器下 殼體6相套接，返料口 13位於布風板7上方，高溫蒸汽進汽口 8位於反應器下殼體6底部。 返料裝置11位於旋風除塵器10的正下方，分別與旋風除塵器10的底部和反應器下殼體6 的返料口 13相連。感應加熱電源4為現有成熟產品，可採用中頻可控矽電源或中頻IGBT 電源為電感應線圈5提供交變電流，使感應加熱件14內部產生電渦流，表面升溫至800 1000°C。如圖2、圖3所示，電感應線圈5為繞置於筒狀爐襯3上的至少一圈空心銅管，其內 部空心為冷卻液通道，外部包裹耐高溫電絕緣帶。感應加熱件14是由能耐受1500°C高溫的 特質鉻鈮鋁合金、鎳鐵鉻鋁合金或Cr28M20MoW耐熱鋼等耐高溫材料製成的多個圓柱體， 豎直懸置於筒狀爐襯3中，下端設計成圓錐形，以減小其對生物質料流化時流場的影響。筒 狀爐襯3由碳化矽材質或剛玉材質製成。使用時，生物質料由螺旋進料設備推進入反應器上殼體1，在重力作用下，向反應 器下殼體6沉降，高溫蒸汽由反應器下殼體6底部的高溫蒸汽進汽口 8進入反應器，經布風 板7調節，使生物質料流化並與感應加熱件14充分接觸，感應加熱電源4為電感應線圈5 提供交變電流，電感應線圈5中產生的交變磁場使感應加熱件14內部形成渦流，表面升溫 到800 IOOiTC，為生物質與高溫水蒸氣發生熱解反應提供所需反應熱，熱解生成的含有 H2,CO,CH4,CO2等熱解產物氣的富氫合成氣經旋風除塵器10淨化後從上端富氫合成氣出口 9引出，未參加反應的生物質料被旋風除塵器10截留後沉降入返料裝置11，經來自返料蒸 汽進汽口 12的蒸汽輸送，再次進入反應器內參加熱解反應。通過調整感應加熱電源4的功 率使反應器內溫度維持在800 1000 V，控制感應加熱件14的表面溫度，實現反應器內部 反應溫度的精確控制。
權利要求
一種基於感應加熱的生物質流化床氣化制氫反應器，包括反應器殼體、旋風除塵器(10)、生物質進料口(2)、布風板(7)、高溫蒸汽進汽口(8)、富氫合成氣出口(9)、旋風除塵器(10)、返料裝置(11)、返料蒸汽進汽口(12)和返料口(13)，其特徵在於反應器殼體由反應器上殼體(1)、筒狀爐襯(3)和反應器下殼體(6)組成，反應器上殼體(1)一側與旋風除塵器(10)相連，反應器上殼體(1)另一側與生物質進料口(2)相連，反應器上殼體(1)底部與筒狀爐襯(3)套接；筒狀爐襯(3)內懸置感應加熱件(14)，電感應線圈(5)繞置於筒狀爐襯(3)外部，電感應線圈(5)兩端引出與感應加熱電源(4)連接，筒狀爐襯(3)底部與反應器下殼體(6)套接，反應器下殼體(6)內部設置有布風板(7)，底部設置有返料蒸汽進汽口(8)，返料裝置(11)分別與旋風除塵器(10)的底部和反應器下殼體(6)的返料口(13)相連，返料裝置(11)底部設置有返料蒸汽進汽口(12)。
2.根據權利要求1所述的基於感應加熱的生物質流化床氣化制氫反應器，其特徵是 所述電感應線圈(5)為繞置於筒狀爐襯(3)上的至少一圈空心銅管，內部空心為冷卻液通 道，空心銅管外部包裹耐高溫電絕緣帶。
3.根據權利要求1所述的基於感應加熱的生物質流化床氣化制氫反應器，其特徵是 所述感應加熱電源(4)為可控矽中頻電源或中頻IGBT電源。
4.根據權利要求1所述的基於感應加熱的生物質流化床氣化制氫反應器，其特徵是 所述感應加熱件(14)為下端設計成圓錐形的至少一個圓柱體，豎直懸置於筒狀爐襯(3) 中。
5.根據權利要求1所述的基於感應加熱的生物質流化床氣化制氫反應器，其特徵是 所述筒狀爐襯(3)由碳化矽材質或剛玉材質製成。
6.根據權利要求1或4所述的基於感應加熱的生物質流化床氣化制氫反應器，其特徵 是所述感應加熱件(14)由特質鉻鈮鋁合金、鎳鐵鉻鋁合金或Cr28Ni20MoW耐熱鋼製成。
全文摘要
本發明涉及可再生能源領域，特指一種基於感應加熱和循環流化床技術的生物質制氫反應器，其特點是反應器上殼體一側與旋風除塵器相連，另一側與生物質進料口相連，底部與筒狀爐襯套接，筒狀爐襯內懸置感應加熱件，電感應線圈繞置於筒狀爐襯外部，電感應線圈兩端引出與感應加熱電源連接，筒狀爐襯底部與下殼體套接，下殼體內部設有布風板，底部設有高溫水蒸氣進汽口，返料裝置與旋風除塵器底部和返料口相連，返料裝置底部設有返料蒸汽進汽口。電感應線圈為繞置於筒狀爐襯上的空心銅管，感應加熱件為多個圓柱體。本發明具有加熱均勻，節能環保，運行連續，結構簡單等優點，可利用秸稈、稻殼、鋸末等生物質料熱解製取富氫合成氣。
文檔編號C01B3/02GK101857197SQ20101019574
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月9日 優先權日2010年6月9日
發明者仲敏波, 何志霞, 吉恆松, 成珊, 王謙 申請人:江蘇大學