專利名稱：一種低焦油生物質(zhì)復(fù)合氣化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及生物質(zhì)氣化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種氣化爐內(nèi)去除焦油的一體化生物 質(zhì)復(fù)合氣化裝置。
背景技術(shù)：
由于石油資源的日漸匱乏，環(huán)境污染及溫室效應(yīng)問題的日益嚴重，從豐富的生物質(zhì)農(nóng)林 廢棄物資源(如秸稈等)獲取高品位液體燃料和化學(xué)品正逐漸成為一種發(fā)展趨勢，在國內(nèi)外 引起高度關(guān)注。生物質(zhì)氣化技術(shù)可將各種廢棄的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為高品位的氣體燃料，是通過 熱化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑制取液體燃料、化學(xué)品，并用于發(fā)電、供氣和供熱的主要核心技術(shù)。生物質(zhì) 液體燃料和化學(xué)品的市場前景將最終取決于成本的競爭性，而高效、經(jīng)濟的生物質(zhì)氣化工藝
是發(fā)展生物質(zhì)間接液化技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以必須解決目前氣化技術(shù)存在的瓶頸問題，減少 焦油含量、提高氣化效率和產(chǎn)氣質(zhì)量。
針對不同的工業(yè)用途，國內(nèi)外對生物質(zhì)氣化技術(shù)進行了大量的研究開發(fā)工作，開發(fā)出固 定床、流化床、氣流床等不同的生物質(zhì)氣化工藝。固定床氣化工藝反應(yīng)速度慢、處理量小， 不易放大；流化床氣化工藝反應(yīng)速度快，處理量大，有利于大規(guī)模生產(chǎn)，所以得到了廣泛的 應(yīng)用；而氣流床的研究主要停留在試驗驗證階段。不論采用哪種氣化工藝，焦油的產(chǎn)生是氣 化技術(shù)的共性問題。焦油在高溫時呈氣態(tài)，與可燃氣體完全混合，而在低溫時凝結(jié)為液態(tài)， 其分離和處理極為困難。焦油的存在不僅降低了氣化效率、氣體熱值，更嚴重的是焦油在低
溫時凝結(jié)為液態(tài)，容易和水、焦炭等結(jié)合，堵塞輸氣管道，影響氣化設(shè)備的正常運行；凝結(jié)為細小液滴的焦油難以燃燼，在燃燒時容易產(chǎn)生碳黑等顆粒，對燃氣設(shè)備造成極大的損害。 焦油的存在大大降低了合成氣的利用價值，阻止了氣化技術(shù)的高端應(yīng)用，是氣化技術(shù)高效大 規(guī)模應(yīng)用的瓶頸問題。
目前工業(yè)上常用的焦油去除方法主要是爐外去除，如干式過濾、濕式洗滌、催化裂解等。 過濾和水洗方法雖然操作簡單、成本較低，但是效率不高，為防止二次污染，需要增加額外 的凈化設(shè)備和廢水處理設(shè)備，不僅占地較大，也增加了投資成本，而且處理掉的焦油不能利 用，造成能源的浪費。催化裂解因系統(tǒng)簡單、能量利用率高，且對生物質(zhì)燃氣組分具有調(diào)變 作用而成為國內(nèi)外研究的熱點，但需要消耗大量的額外能量，還需要額外的輔助設(shè)備，增加 了系統(tǒng)的復(fù)雜性和投資；同時，由于催化劑失活、機械磨損和應(yīng)用成本等問題，目前主要用 于試驗研究，還未形成商業(yè)化的專用催化劑系列，尤其在催化劑的使用壽命方面離商業(yè)化還 存在較大的距離。
焦油也可通過爐內(nèi)去除的方法即在氣化爐內(nèi)抑制焦油產(chǎn)生并將產(chǎn)生的焦油原位轉(zhuǎn)化為目 標產(chǎn)物氣，實現(xiàn)氣化爐內(nèi)粗合成氣中不含焦油。爐內(nèi)脫除可以通過優(yōu)化氣化爐結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu) 化氣化過程操作參數(shù)、氣化爐內(nèi)添加催化劑等方法實現(xiàn)，從而達到減少氣化爐出口燃氣中的 焦油含量的目的。這種方法是目前研究的熱點和今后發(fā)展方向。
國內(nèi)外氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢是開發(fā)高效、低焦油、燃氣組份調(diào)控能力較強的氣化工藝。 針對焦油的有效脫除和燃氣的高端利用，國內(nèi)外開展了新型氣化工藝的研究。如丹麥技術(shù) 大學(xué)設(shè)計了兩段式氣化爐，所得燃氣中焦油含量大大降低；德國Choren公司提出了溫和熱解 和高溫?zé)峤鈨刹椒ㄖ聘哔|(zhì)量合成氣的工藝，合成氣中幾乎不含焦油。這些裝置的特點是將諸 多的反應(yīng)器串聯(lián)在一條連續(xù)的流程上，燃料先在間接加熱式裂解器中干燥和熱解，裂解的產(chǎn)物緊接著在裂解器及焦炭氣化器間的狹窄地帶進行部分氧化，產(chǎn)物氣流經(jīng)熱的焦碳床，從而 使產(chǎn)物氣中的焦油裂解并達到較低的含量。
授權(quán)公告號為CN1116383的發(fā)明專利"一種復(fù)合式生物質(zhì)氣化爐及其燃氣制備方法"揭 示了一種農(nóng)作物廢棄物處理設(shè)備及由固態(tài)含碳物料生產(chǎn)燃氣的方法，其發(fā)明目的是提供一種 農(nóng)村地區(qū)適用的，小型的燃氣制備裝置和方法，如說明書中內(nèi)容所述，固定床下吸式氣化爐 的近處設(shè)置有一個生物質(zhì)干餾爐，這就是該裝置復(fù)合的意思，然而專利說明書中公開的這種 復(fù)合氣化爐僅是多種裝置的簡單疊加。
授權(quán)公告號為CN1272404的發(fā)明專利"一種低焦油生物質(zhì)氣化方法和裝置"，該發(fā)明包括 一個熱解反應(yīng)器和一個裂解氣化器，熱解反應(yīng)器中的熱解產(chǎn)物進入一個串聯(lián)的裂解氣化器。 氣化器為一個固定床下吸式氣化爐。該發(fā)明裝置通過兩個串聯(lián)的反應(yīng)器實現(xiàn)將熱解和氣化兩 個過程分開，得到焦油含量較低的可燃氣體，但在反應(yīng)器放大、運行穩(wěn)定性等方面都無法滿 足工業(yè)應(yīng)用的需要。
公開號為CN1664066的發(fā)明申請"復(fù)合式生物質(zhì)氣化爐及熱裂解裝置"公開了一種復(fù)合 式的氣化爐裝置，但從該專利說明書中可以知悉，該復(fù)合氣化爐也僅是多個裝置的簡單疊加， 如專利說明書中所述，其主要的技術(shù)方案是該主體設(shè)備由兩座氣化爐構(gòu)成，還包括其他如四 套U型催化器， 一臺鼓風(fēng)機和風(fēng)量調(diào)節(jié)器。
公開號為CN101021336的發(fā)明申請"一種生物質(zhì)復(fù)合式氣化爐"是一種使生物質(zhì)氣化燃 燒的小型爐具。如該專利發(fā)明目的所述，其將全氣化及半氣化兩種爐具的技術(shù)優(yōu)勢進行有機 結(jié)合，提供一種不需使用風(fēng)機的生物質(zhì)復(fù)合式氣化爐，從該專利的附圖中不難看出，該復(fù)合 式氣化爐也是多個裝置的簡單疊加。由上可見，目前爐內(nèi)脫除焦油的氣化工藝多是利用幾個反應(yīng)器的串聯(lián)實現(xiàn)，還沒有一體 化的生物質(zhì)復(fù)合氣化裝置，即使目前存在所謂的復(fù)合氣化爐結(jié)構(gòu)，也只是幾種裝置的簡單疊 加和串接，沒有創(chuàng)造性。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是針對焦油的脫除和燃氣高端利用，提供一種爐內(nèi)去除焦油的一體化 生物質(zhì)復(fù)合氣化裝置。
為達到以上目的，本實用新型通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn) 一種低焦油生物質(zhì)復(fù)合氣 化裝置，所述復(fù)合氣化裝置包括復(fù)合氣化爐，所述復(fù)合氣化爐內(nèi)包括由熱解區(qū)和焦炭氣化區(qū) 組成的流化床以及由重組分氣化區(qū)構(gòu)成的氣流床。該種流化床和氣流床耦合的結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)生 物質(zhì)熱解、氣化、部分氧化過程在一個反應(yīng)器內(nèi)完成。
所述重組分氣化區(qū)和焦炭氣化區(qū)的截面積小于所述熱解區(qū)的截面積?？蓪崿F(xiàn)復(fù)合氣化爐 內(nèi)各區(qū)不同停留時間的控制。
在所述熱解區(qū)上設(shè)置有生物質(zhì)進料口，在所述焦炭氣化區(qū)上設(shè)置有一次氣化劑輸入口， 在所述重組分氣化區(qū)上設(shè)置有二次氣化劑輸入口。其中重組分氣化區(qū)和焦炭氣化區(qū)為高溫區(qū)，
溫度達到100(TC以上，氣化器上部區(qū)域保持較高的溫度可分解生物質(zhì)裂解過程產(chǎn)生的焦油。 生物質(zhì)熱解區(qū)為中溫區(qū)，溫度約為50(TC-60(rC。通過加入不同的氣化劑，控制爐內(nèi)不同區(qū) 的溫度，可調(diào)節(jié)燃氣的組分，在一個爐內(nèi)實現(xiàn)不同工況的控制。
所述的生物質(zhì)復(fù)合氣化裝置內(nèi)可加入各種氣化劑，氣化劑可采用空氣、氧氣、水蒸氣、 富氧或一定配比的混合物。氣化劑分兩次供應(yīng)， 一次氣化劑供應(yīng)焦炭氣化區(qū)，二次氣化劑供應(yīng)重組分氣化區(qū)，這有利于爐內(nèi)溫度和氣體組分的調(diào)控，實現(xiàn)焦油重組分高溫氣化過程的選 擇性調(diào)控，降低焦油含量，進一步提高燃氣質(zhì)量。所述的復(fù)合氣化裝置內(nèi)可添加催化劑，有 利于氣體組分的定向生成。
所述的低焦油生物質(zhì)復(fù)合氣化裝置還包括有與所述復(fù)合氣化爐連接的氣固分離和固體回 流裝置，被氣流攜帶出氣化爐的催化劑和焦炭經(jīng)旋風(fēng)分離器分離，再經(jīng)回流裝置返回焦炭氣 化區(qū)，提高碳轉(zhuǎn)化率。
本實用新型所述的低焦油生物質(zhì)復(fù)合氣化反應(yīng)裝置，采用流化床和氣流床相耦合的結(jié)構(gòu)， 將熱解、氣化、部分氧化過程在同一反應(yīng)器內(nèi)復(fù)合，實現(xiàn)參數(shù)分區(qū)控制和優(yōu)化以及多級氣化 過程的一體化設(shè)計。該實用新型具有氣化效率高、焦油含量低、氣體組分調(diào)控能力強、負荷 適應(yīng)能力強、原料適用性強、運行穩(wěn)定、易于放大的特點，可適用于多種領(lǐng)域，如發(fā)電、供 熱、供氣、合成液體燃料等。使用該氣化裝置可達到如下技術(shù)指標氣化效率2 80%，碳轉(zhuǎn) 化率^98%，焦油含量520mg/Nm3。


圖1為本實用新型復(fù)合裝置結(jié)構(gòu)示意附圖標記說明1、復(fù)合氣化爐，2、熱解區(qū)，3、重組分氣化區(qū)，4、焦炭氣化區(qū)，5、 一次氣化劑輸入口， 6、 二次氣化劑輸入口， 7、生物質(zhì)進料口， 8、氣固分離和固體回流裝置。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型內(nèi)容做進一步的說明-
請參閱圖l所示， 一種低焦油生物質(zhì)復(fù)合氣化裝置，包括復(fù)合氣化爐l，復(fù)合氣化爐l內(nèi)部分為兩部分，上部為氣流床，氣流床包括重組分氣化區(qū)3，下部為由熱解區(qū)2和焦炭氣化區(qū)4組 成的流化床。重組分氣化區(qū)3和焦炭氣化區(qū)4的截面積小于所述熱解區(qū)2的截面積，形成復(fù)合氣 化爐l內(nèi)中間粗兩頭細的結(jié)構(gòu)形式，以便控制不同的停留時間，各部分反應(yīng)參數(shù)分區(qū)控制，優(yōu) 化匹配，實現(xiàn)生物質(zhì)熱解、氣化、部分氧化過程在一個反應(yīng)器內(nèi)完成。
在熱解區(qū)2上設(shè)置有供生物質(zhì)輸入的進料口7，在焦炭氣化區(qū)4上設(shè)置有一次氣化劑輸入口 5,在重組分氣化區(qū)3上設(shè)置有二次氣化劑輸入口6。
還包括有與復(fù)合氣化爐1連接的氣固分離和固體回流裝置8。被氣流攜帶出氣化爐1的 催化劑和焦炭在裝置8的旋風(fēng)分離器中進行氣固分離，固體顆粒經(jīng)回流裝置返回焦炭氣化區(qū) 4，提高碳的轉(zhuǎn)化率。分離出的燃氣中焦油含量極低，從旋風(fēng)分離器上部輸出。
權(quán)利要求1、一種低焦油生物質(zhì)復(fù)合氣化裝置，其特征在于所述復(fù)合氣化裝置包括復(fù)合氣化爐(1)，所述復(fù)合氣化爐(1)內(nèi)包括由熱解區(qū)(2)和焦炭氣化區(qū)(4)組成的流化床以及由重組分氣化區(qū)(3)構(gòu)成的氣流床。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低焦油生物質(zhì)復(fù)合氣化裝置，其特征在于所述重組分氣化區(qū)(3)和焦炭氣化區(qū)(4)的截面積小于所述熱解區(qū)(2)的截面積。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的低焦油生物質(zhì)復(fù)合氣化裝置，其特征在于在所述熱解區(qū)(2)上設(shè)置有生物質(zhì)進料口(7)，在所述焦炭氣化區(qū)(4)上設(shè)置有一次氣化劑輸入口 (5)，在 所述重組分氣化區(qū)(3)上設(shè)置有二次氣化劑輸入口 (6)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一所述的低焦油生物質(zhì)復(fù)合氣化裝置，其特征在于:還包括有與所 述復(fù)合氣化爐(1)連接的氣固分離和固體回流裝置(8)。
專利摘要本實用新型公開了一種一體化的低焦油生物質(zhì)復(fù)合氣化裝置，包括復(fù)合氣化爐以及與復(fù)合氣化爐連接的氣固分離和固體回流裝置。所述復(fù)合氣化裝置包括復(fù)合氣化爐，所述復(fù)合氣化爐內(nèi)包括由熱解區(qū)和焦炭氣化區(qū)組成的流化床以及由重組分氣化區(qū)構(gòu)成的氣流床。在所述熱解區(qū)上設(shè)置有生物質(zhì)進料口，在所述焦炭氣化區(qū)上設(shè)置有一次氣化劑輸入口，在所述重組分氣化區(qū)上設(shè)置有二次氣化劑輸入口。該種生物質(zhì)復(fù)合氣化裝置采用流化床和氣流床相耦合的結(jié)構(gòu)，將熱解、氣化、部分氧化過程在同一反應(yīng)器內(nèi)復(fù)合，實現(xiàn)參數(shù)分區(qū)控制和優(yōu)化匹配以及多級氣化過程的一體化設(shè)計。本實用新型具有氣化效率高、焦油含量低、氣體組分調(diào)控能力強、運行穩(wěn)定、易于放大的特點。
文檔編號C10B53/02GK201148413SQ20072006175
公開日2008年11月12日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者吳創(chuàng)之, 周肇秋, 蔡建渝, 陰秀麗, 馬隆龍 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所