果殼類生物質氣化聯產活性炭和電熱的系統及方法與流程
2023-08-08 00:33:21 1
本發明屬於生物質能源及活性炭技術領域，具體的涉及一種果殼類生物質氣化聯產活性炭和電熱的系統及方法。
背景技術：
活性炭具有發達的內部孔隙結構和良好的吸附性能，活性炭產品廣泛應用於石化行業無鹼脫臭催化劑載體、水淨化及汙水處理；電力行業的電廠水質處理及保護；化工行業的化工催化劑及載體、氣體淨化、溶劑回收及油脂等的脫色、精製；食品行業的飲料、酒類、味精母液及食品的精製、脫色；黃金行業的黃金提取、尾液回收；環保行業的汙水處理、廢氣及有害氣體的治理、氣體淨化等多種應用，具有廣闊的應用前景。植物生物質資源因其自身的特性是製備活性炭最有前景的原料之一。目前活性炭研究中常採用植物生物質原料，具有可再生、汙染少、可運輸和儲存、與現在能源工業最具相容性等特點，因而特別受到關注。
傳統的生物質(包括果殼類)氣化技術是指生物質完全氣化，將生物質(果殼類)中的硫、氮及碳元素全部轉化為so2、nxoy和co2排放到大氣中。而果殼類生物質氣化聯產活性炭技術是將果殼類生物質氣化的同時得到果殼炭(得率25-30％)，生物質中的大部分硫、氮和碳元素保留在果殼炭中，相對於傳統氣化技術更減少了co2、so2和nox等有害氣體的排放，從而提高了生物質氣化技術的環境效應。但是，在制炭過程中產生的燃氣沒有得到合理、充分利用，造成資源的浪費。
目前，生物質氣化設備主要採用固定床上吸式氣化爐和固定床下吸式氣化爐，固定床上吸式氣化爐的物料爐頂加料口加入爐內，氣化劑由爐體底部的進風口進入爐內參與氣化反應，爐體內氣體流動方向為自下而上，最終可燃氣由上部的可燃氣出口排出。固定床上吸式氣化爐優點是：可燃氣經過熱分解層和乾燥層時將熱量傳遞給物料，自身溫度降低，爐子熱效率高，可燃氣熱值較高，熱分解層和乾燥層對可燃氣有過濾作用，使出爐的可燃氣灰分少；缺點是：添料不方便、可燃氣中焦油、蒸汽含量較多。固定床下吸式氣化爐的優點是：高溫區的溫度穩定效應使工作穩定，產出氣成分相對穩定，可隨時開蓋添料，焦油通過高溫區被裂解，因此出爐的可燃氣中焦油較少；缺點是：可燃氣的流向與熱流方向相反，引風機的功耗要求大，出爐的可燃氣含灰分較多，出爐可燃氣溫度高需冷卻，爐內熱效率較低。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明提供一種果殼類生物質氣化聯產活性炭和電熱的系統及方法，回收果殼類生物質在生產活性炭過程中產生的大量可燃性煙氣進行做功發電，且充分利用反應過程的餘熱，不僅減少了煙氣排放對環境的熱汙染及粉塵汙染，而且實現了資源的綜合利用。
本發明是這樣實現的：
本發明提供一種果殼類生物質氣化聯產活性炭和電熱的系統，其包括氣化裝置、炭活化裝置、燃氣淨化裝置、增壓裝置以及燃氣發電機組，其中所述氣化裝置包括固定床上吸式氣化爐、自動填料壓緊裝置以及鼓風機，所述自動填料壓緊裝置與所述固定床上吸式氣化爐的頂料倉之間設有密封裝置進行固定密封，所述鼓風機與所述固定床上吸式氣化爐下部的進風口連接；所述炭活化裝置包括炭冷卻收集器以及常規水蒸氣活化爐，所述炭冷卻收集器的入口與所述固定床上吸式氣化爐底部的炭室連接，所述炭冷卻收集器的出口與所述常規水蒸氣活化爐的入口連接；所述燃氣淨化裝置包括一級淨化器、二級淨化器以及三級淨化器，所述一級淨化器為旋風分離器，所述二級淨化器為氣液分離器，所述三級淨化器為噴淋裝置，所述旋風分離器的入口與所述固定床上吸式氣化爐上部的粗燃氣出口連接，所述旋風分離器的出口與所述氣液分離器的入口連接，所述氣液分離器的排氣口與所述噴淋裝置的入口連接，所述氣液分離器的排液口與生物質提取液池連接，所述噴淋裝置的出口與所述增壓裝置連接；所述增壓裝置包括羅茨風機以及儲氣罐；所述燃氣發電機組包括內燃機、發電機以及保護配置，所述保護配置包括短路保護、發電機溫度保護、低油壓保護、機組超速保護、自動報警裝置以及緊急切斷閥，發生故障時自動斷開緊急切斷閥並發出聲光報警信號。
優選地，所述果殼類生物質為椰殼、杏殼和/或核桃殼。
優選地，所述自動填料壓緊裝置能進行間歇式加料，加料間隔能自行設置。
優選地，所述二級淨化器能替換為裝有吸附劑的分離器，所述吸附劑為活性炭和/或粉碎的玉米芯。
優選地，所述增壓裝置採用4級7.5kw防爆電機。
優選地，所述儲氣罐採用10m3儲氣罐，起緩衝作用。
一種根據上述果殼類生物質氣化聯產活性炭和電熱的系統生產活性炭和電熱的方法，其具體步驟如下：
s1、果殼類生物質經所述自動填料壓緊裝置通過所述固定床上吸式氣化爐的頂料倉進入到所述固定床上吸式氣化爐的爐腔內，氣化所需氣化劑由所述鼓風機經所述固定床上吸式氣化爐下部的進風口吸入，果殼類生物質烘乾、解列炭化為炭和粗燃氣；
s2、所述炭經所述冷卻收集器冷卻收集後通過常規水蒸氣活化爐活化製得高品質果殼活性炭，所述粗燃氣經所述固定床上吸式氣化爐上部的粗燃氣出口進入所述燃氣淨化裝置；
s3、所述粗燃氣首先經所述旋風分離器初步除塵完成一級淨化後進入所述氣液分離器，在所述氣液分離器中所述粗燃氣經冷卻水冷卻，其中的生物質提取液被冷凝成液體，並與燃氣分離，分離出來的所述生物質提取液排入生物質提取液池中收集後進一步利用，完成二級淨化，二級淨化的餘熱通過空氣預熱器對空氣加熱，加熱後的空氣通過所述鼓風機送入所述固定床上吸式氣化爐，二級淨化後的燃氣進入所述噴淋裝置完成三級淨化；
s4、最終淨化後的所述燃氣經所述羅茨風機加壓後進入所述儲氣罐中儲存；
s5、所述燃氣經增壓、穩壓後引入發電站內，經管道專用阻火器，將燃氣安全的輸送至燃氣發電機組進行發電，所述燃氣發電機組的內燃機燃燒所述燃氣產生的餘熱經所述空氣預熱器對空氣加熱，熱空氣由所述鼓風機送入所述固定床上吸式氣化爐。
優選地，所述生物質提取液包括焦油、木醋液和水分。
優選地，所述燃氣經所述燃氣淨化裝置處理後，所述燃氣的粉塵含量小於35mg/nm3,焦油的含量小於10～15mg/nm3，能夠滿足所述燃氣發電機組的內燃機對生物質燃氣的品質要求。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
①本發明通過回收果殼類生物質在生產活性炭過程中產生的大量可燃性煙氣進行做功發電，不僅減少了煙氣排放對環境的熱汙染及粉塵汙染，而且實現了資源的綜合利用。
②本發明採用固定床上吸式氣化爐，可以間歇式加料，對原料的尺寸和水分的要求不高，氣化效率高、燃氣發熱值較高，熱氣流向上流動，經過多層物料過濾的產出的氣體灰分含量少；
③本發明通過固定床上吸式氣化爐可聯產活性炭、電和熱，實現餘能餘熱的梯級利用，充分利用可利用資源。
附圖說明
圖1為本發明的聯產活性炭和電熱的流程圖；
圖2為本發明固定床上吸式氣化爐的氣化反應示意圖；
圖3為本發明燃氣發電機組的電路圖。
具體實施方式
以下將參考附圖詳細說明本發明的示例性實施例、特徵和方面。附圖中相同的附圖標記表示功能相同或相似的元件。儘管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪製附圖。
本發明提供一種果殼類生物質氣化聯產活性炭和電熱的系統，其包括氣化裝置、炭活化裝置、燃氣淨化裝置、增壓裝置以及燃氣發電機組，其中氣化裝置包括固定床上吸式氣化爐、自動填料壓緊裝置以及鼓風機，自動填料壓緊裝置與固定床上吸式氣化爐的頂料倉之間設有密封裝置進行固定密封，鼓風機與固定床上吸式氣化爐下部的進風口連接；炭活化裝置包括炭冷卻收集器以及常規水蒸氣活化爐，炭冷卻收集器的入口與固定床上吸式氣化爐底部的炭室連接，炭冷卻收集器的出口與常規水蒸氣活化爐的入口連接；燃氣淨化裝置包括一級淨化器、二級淨化器以及三級淨化器，一級淨化器為旋風分離器，二級淨化器為氣液分離器，三級淨化器為噴淋裝置，旋風分離器的入口與固定床上吸式氣化爐上部的粗燃氣出口連接，旋風分離器的出口與氣液分離器的入口連接，氣液分離器的排氣口與噴淋裝置的入口連接，氣液分離器的排液口與生物質提取液池連接，噴淋裝置的出口與增壓裝置連接；增壓裝置包括羅茨風機以及儲氣罐71；如圖3所示，燃氣發電機組包括內燃機77、發電機78以及保護配置，保護配置包括短路保護、發電機溫度保護73、低油壓保護74、機組超速保護75、自動報警裝置76以及緊急切斷閥72，發生故障時自動斷開緊急切斷閥72並發出聲光報警信號。
如圖2所示，在固定床上吸式氣化爐中，氣化反應大致分為氧化層3、還原層4、裂解層5和乾燥層6。
氧化反應：氣化劑61由固定床上吸式氣化爐下部的進風口進入，再經過爐柵下部導入，經過炭層2時與熱炭進行換熱，被加熱後進入氧化層3，在氧化層3與熾熱的炭發生燃燒反應，生成大量的二氧化碳，同時放出熱量，溫度可達1000～1200℃，在氧化層3進行的均為燃燒反應，並放出熱量，也正是這部分反應放出的熱量為還原層4的還原反應、物料的裂解和乾燥提供了熱源，在氧化層3中生成的熱氣體(一氧化碳和二氧化碳)進入氣化爐的還原層4，炭則落入炭室1中。
還原反應：在還原層4已沒有氧氣存在，在氧化反應生成的二氧化碳在這裡同炭及水蒸氣發生還原反應，生成一氧化碳和氫氣，還原反應為吸熱反應，所以還原層4的溫度約為700～900℃，主要產物為一氧化碳、二氧化碳和氫氣，這些熱氣體同氧化層3生成的熱氣體進入上部裂解層5，而沒有反應的炭則落入氧化層3。
裂解反應：氧化層3及還原層4生成的熱氣體，在上行過程中經過裂解層5，將生物質加熱，將裂解層5的生物質進行裂解反應。在裂解反應中，生物質中大部分的揮發份從固體中分離出去，該區的溫度大約為400～600℃。裂解層5的主要產物是炭、氫氣、水蒸氣、一氧化碳、甲烷、焦油和水蒸氣及其他烴類物質，這些氣體繼續上升進入到乾燥層6，而炭則進入還原層4。
乾燥層6：在氣化爐的最上層為乾燥層6，物料62直接加入到乾燥層6，溼物料在這裡同下面三個反應區生成的熱氣體產物進行換熱，使原料中的水分蒸發，吸收熱量並降低產氣溫度。乾燥層6溫度大約為100～250℃。裂解層5和乾燥層6總稱為燃料準備區。粗燃氣63從乾燥層6排出。
氧化層3、還原層4、裂解層5和乾燥層6中的一個層可以局部地滲入另一個層，各層中有部分是可以互相交錯進行的。
優選地，果殼類生物質為椰殼、杏殼和/或核桃殼。
優選地，自動填料壓緊裝置能進行間歇式加料，加料間隔能自行設置。
優選地，二級淨化器能替換為裝有吸附劑的分離器，吸附劑為活性炭和/或粉碎的玉米芯。
優選地，增壓裝置採用4級7.5kw防爆電機。
優選地，儲氣罐71採用10m3儲氣罐，起緩衝作用。
一種根據上述果殼類生物質氣化聯產活性炭和電熱的系統生產活性炭和電熱的方法，如圖1所示，其具體步驟如下：
s1、果殼類生物質經自動填料壓緊裝置通過固定床上吸式氣化爐的頂料倉進入到固定床上吸式氣化爐的爐腔內，氣化所需氣化劑由鼓風機經固定床上吸式氣化爐下部的進風口吸入，果殼類生物質烘乾、解列炭化為炭和粗燃氣；
s2、炭經冷卻收集器冷卻收集後通過常規水蒸氣活化爐活化製得高品質果殼活性炭，粗燃氣經固定床上吸式氣化爐上部的粗燃氣出口進入燃氣淨化裝置；
s3、粗燃氣首先經旋風分離器初步除塵完成一級淨化後進入氣液分離器，在氣液分離器中粗燃氣經冷卻水冷卻，其中的生物質提取液被冷凝成液體，並與燃氣分離，分離出來的生物質提取液排入生物質提取液池中收集後進一步利用，完成二級淨化，二級淨化的餘熱通過空氣預熱器對空氣加熱，加熱後的空氣通過鼓風機送入固定床上吸式氣化爐，二級淨化後的燃氣進入噴淋裝置完成三級淨化；
s4、最終淨化後的燃氣經羅茨風機加壓後進入儲氣罐71中儲存；
s5、燃氣經增壓、穩壓後引入發電站內，經管道專用阻火器，將燃氣安全的輸送至燃氣發電機組進行發電，燃氣發電機組的內燃機燃燒燃氣產生的餘熱經空氣預熱器對空氣加熱，熱空氣由鼓風機送入固定床上吸式氣化爐。
優選地，生物質提取液包括焦油、木醋液和水分。
優選地，燃氣經燃氣淨化裝置處理後，燃氣的粉塵含量小於35mg/nm3,焦油的含量小於10～15mg/nm3，能夠滿足燃氣發電機組的內燃機對生物質燃氣的品質要求。
綜上，本發明具有以下的優點：
①本發明通過回收果殼類生物質在生產活性炭過程中產生的大量可燃性煙氣進行做功發電，不僅減少了煙氣排放對環境的熱汙染及粉塵汙染，而且實現了資源的綜合利用。
②本發明採用固定床上吸式氣化爐，可以間歇式加料，對原料的尺寸和水分的要求不高，氣化效率高、燃氣發熱值較高，熱氣流向上流動，經過多層物料過濾的產出的氣體灰分含量少；
③本發明通過固定床上吸式氣化爐可聯產活性炭、電和熱，實現餘能餘熱的梯級利用，充分利用可利用資源。
最後應說明的是：以上所述的各實施例僅用於說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。