專(zhuān)利名稱(chēng)：生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源技術(shù)，具體涉及一種生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法及裝置，適用于有機(jī)物及煤碳，尤其適用于農(nóng)林廢棄物和煤粉裂解氣化重整制取燃?xì)狻?br> 背景技術(shù)：
隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)潔凈可再生能源、廢物的資源化處理已成為緊迫的課題。生物質(zhì)燃料要成為煤、石油和天然氣等礦物燃料的替代品， 其關(guān)鍵之處就是將低品位的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換成高品位的能源。國(guó)內(nèi)外普遍采用的內(nèi)熱式氣化方法，它是生物質(zhì)在氣化室與空氣不完全燃燒，直接加熱生物質(zhì)使之氣化。這種方法加熱效率高，但是內(nèi)燃需要的空氣帶入的大量氮?dú)饨档土巳細(xì)馄焚|(zhì)，因此燃?xì)獾臒嶂档?，只?200大卡/M3以下。該法的氣化效率僅為70%以下， 剩余產(chǎn)物為難以利用的焦油和殘留碳，燃?xì)廪D(zhuǎn)化效率低，嚴(yán)重浪費(fèi)能源。同時(shí)在燃?xì)鈨艋^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的焦油廢水，污染環(huán)境。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)其進(jìn)行了多年的改進(jìn)，但內(nèi)熱式氣化方法終因自身的缺陷而無(wú)法推廣應(yīng)用。因此，必須對(duì)生物質(zhì)間接加熱氣化，以避免因內(nèi)燃加熱帶入大量氮?dú)舛档腿細(xì)獾臒嶂岛推焚|(zhì)，而且必須將焦油、殘留碳在氣化的同時(shí)盡可能地轉(zhuǎn)化為燃?xì)猓蕴岣呱镔|(zhì)利用的經(jīng)濟(jì)效益。生物質(zhì)外熱式氣化存在著傳熱傳質(zhì)問(wèn)題，由于熱量由熱解氣化室的外壁向中心進(jìn)行熱傳導(dǎo)及輻射換熱，這就會(huì)造成外部的溫度過(guò)高， 而中心的溫度偏低，從而影響了反應(yīng)時(shí)間，并且熱解氣化室的加熱和冷卻時(shí)間也比較長(zhǎng)。中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN101935568A公開(kāi)了“一種高溫生物質(zhì)微米燃料”(
公開(kāi)日為2011 年01月05日)，它包括植物纖維粉體和添加劑，其中，植物纖維粉體質(zhì)量分?jǐn)?shù)占75 100 %，添加劑為煤粉、石灰粉和赤泥占中的至少一種，植物纖維粉體粒徑小于250 μ m的粒徑占70%以上。其燃燒溫度比傳統(tǒng)方法提高1倍左右，燃燒效率提高1倍以上。普通生物質(zhì)纖維材料通過(guò)微米化技術(shù)，能夠流態(tài)化輸送，變成了一種接近燃油和燃?xì)獾母咂肺涣黧w燃料?？蓮V泛應(yīng)用于火力發(fā)電、金屬熔煉、海水淡化、城鎮(zhèn)取暖、石灰燒制、熱制空調(diào)、工業(yè)加熱等。目前所采用的生物質(zhì)氣化方法存在的主要問(wèn)題(1)內(nèi)熱式氣化以空氣為氣化劑，氣化燃?xì)庵泻写罅筷?duì)和CO2，燃?xì)鉄嶂递^低，氣化效率低，產(chǎn)生大量焦油。(2)內(nèi)熱式氣化以純氧為氣化劑，成本高，投資大。(3)傳統(tǒng)的外熱式氣化，固體氣化原料存積在氣化室，通過(guò)爐壁間接加熱，由于氣化室直徑較大(通常在300-800mm)，傳熱距離長(zhǎng)，傳熱阻力大，因而傳熱效率低，氣化效率低，導(dǎo)致能源轉(zhuǎn)化效率低。(4)外熱式氣化若采用電、燃?xì)饣蛉加妥鳛橥饧訜嵩?，加熱成本高?

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫管式換熱氣化方法裝置，本發(fā)明具有成本低、熱效率高、產(chǎn)氣效率高和燃?xì)鉄嶂蹈叩奶攸c(diǎn)。本發(fā)明提供的一種生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法，其特征在于，該方法包括下述步驟第1步對(duì)生物質(zhì)氣化原料進(jìn)行攪拌，使其能與氣流形成霧狀流動(dòng)，其中，初始生物質(zhì)氣化原料中有80%以上的顆粒的粒徑在2mm以下，30%以上的顆粒的粒徑在0. 5mm以下； 如果氣化原料是煤粉，初始?xì)饣现杏?0%以上的顆粒的粒徑在Imm以下，30%以上的顆粒的粒徑在0. 3mm以下；第2步對(duì)第1步得到的物質(zhì)在氣浮運(yùn)動(dòng)中在800-1400°C的高溫?zé)煔忾g接加熱條件下進(jìn)行裂解，得到高溫焦油氣；第3步將高溫焦油氣在水蒸氣存在的條件下通過(guò)1000-1800°C的高溫?zé)煔忾g接加熱高溫裂解氣化，反應(yīng)生成CO、H2和CH4,高溫焦油氣中殘留碳顆粒也和水蒸氣反應(yīng)生成CO 和吐；第4步對(duì)第3步得到的固體殘留物和燃?xì)?，進(jìn)行過(guò)濾和冷凝凈化處理，得到中熱值燃?xì)狻１景l(fā)明提供的一種實(shí)現(xiàn)上述生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法的裝置，其特征在于，該裝置包括造氣爐和至少一個(gè)碳焦裂解爐；造氣爐包括攪拌室、列管管層、上集氣室和列管殼層。造氣爐的攪拌室和上集氣室之間通過(guò)列管管層連通。造氣爐列管的上、下設(shè)有隔板固定，通過(guò)隔板將攪拌室、列管管層、 上集氣室三者與造氣爐列管殼層之間氣密封；造氣爐列管殼層設(shè)置有與外部連通的高溫?zé)煔膺M(jìn)口和出口，并且在殼層下部設(shè)有一個(gè)或多個(gè)灰斗；攪拌室位于列管管層下方，上集氣室位于列管管層上方，攪拌室內(nèi)設(shè)置有生物質(zhì)進(jìn)料口，攪拌葉片安裝在攪拌室的底部，攪拌葉片與第一電機(jī)相連；碳焦裂解爐包括列管管層、列管殼層、上集氣室和下集氣室。上集氣室和下集氣室之間通過(guò)列管管層連通。碳焦裂解爐列管的上、下設(shè)有隔板固定，通過(guò)隔板將上集氣室、列管管層、下集氣室三者與列管殼層之間氣密封；碳焦裂解爐列管殼層設(shè)置有與外部連通的高溫?zé)煔膺M(jìn)口和出口 ；上集氣室設(shè)置有水蒸氣進(jìn)口，上集氣室通過(guò)焦油氣管道與造氣爐上集氣室相通；下集氣室設(shè)有出氣口，其底部安裝有與第二電機(jī)相連的碳焦裂解爐攪拌葉片； 碳焦裂解爐列管殼層與造氣爐列管殼層通過(guò)高溫?zé)煔夤艿老嗤?。本發(fā)明提供的另一種實(shí)現(xiàn)上述生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法的裝置，其特征在于，該裝置包括造氣爐和至少一個(gè)碳焦裂解爐；造氣爐包括列管管層、上集氣室、下集氣室、攪拌室和列管殼層；造氣爐列管殼層下部設(shè)有攪拌室，攪拌室設(shè)置有生物質(zhì)進(jìn)料口，攪拌葉片安裝在攪拌室的底部，攪拌葉片與電機(jī)相連；造氣爐上集氣室設(shè)有高溫?zé)煔饪?；造氣爐的上集氣室和下集氣室通過(guò)列管管層連通。造氣爐列管的上、下設(shè)有隔板固定，通過(guò)隔板將上集氣室、列管管層、下集氣室與造氣爐列管殼層之間氣密封；碳焦裂解爐包括上集氣室、列管管層、下集氣室和列管殼層。碳焦裂解爐的上集氣室和下集氣室通過(guò)列管管層連通，碳焦裂解爐列管的上、下設(shè)有隔板固定，通過(guò)隔板將碳焦裂解爐的上集氣室、列管管層、下集氣室三者與碳焦裂解爐列管殼層之間氣密封。碳焦裂解爐上集氣室和下集氣室各設(shè)有高溫?zé)煔饪凇Ｌ冀沽呀鉅t的下集氣室與造氣爐的下集氣室通過(guò)高溫?zé)煔夤苓B通，高溫?zé)煔夤艿乐虚g設(shè)有灰斗；碳焦裂解爐列管殼層設(shè)有水蒸氣進(jìn)口 ； 碳焦裂解爐列管殼層上部通過(guò)焦油氣管道與造氣爐列管殼層上部相通；碳焦裂解爐列管殼層下部設(shè)有出焦油氣出口。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)生物質(zhì)在壓力的條件下隔離空氣密封進(jìn)料，保證了裂解氣化產(chǎn)物被壓進(jìn)氣化系統(tǒng)繼續(xù)裂解，同時(shí)保證了生產(chǎn)的燃?xì)獠槐豢諝庵械牡獨(dú)庀♂專(zhuān)傻娜細(xì)庵胁缓瑏?lái)源于空氣的氮?dú)?，燃?xì)鉄嶂蹈? 生物質(zhì)顆粒在造氣爐中依靠機(jī)械攪拌，使其呈霧狀流態(tài)，有利于固體顆粒均勻加熱和傳熱效率的提高。(3)氣化原料在列管中流動(dòng)被間接加熱氣化，這樣就把對(duì)固體的間接加熱轉(zhuǎn)變成為對(duì)氣相流的間接加熱，極大地增大單位傳熱面積，縮短傳熱距離，提高傳熱效率，解決了外熱式氣化原料間接加熱熱效率低的問(wèn)題。(4)碳焦裂解爐內(nèi)采用列管換熱器傳熱，列管殼層區(qū)采用生物質(zhì)微米燃料燃燒的高溫火焰加熱，列管管層區(qū)通過(guò)氣-氣換熱方法對(duì)焦油氣和半焦高溫裂解水蒸氣氣化，有利于焦油均勻高效地獲得高溫，具有焦油裂解效率高，半焦氣化完全的優(yōu)點(diǎn)。(5)生物質(zhì)微米燃料燃燒的高溫?zé)煔鈱?duì)碳焦裂解爐內(nèi)的列管殼層進(jìn)行間接加熱后，又對(duì)造氣爐內(nèi)的列管殼層進(jìn)行間接加熱，其尾氣余熱進(jìn)而用于對(duì)生物質(zhì)氣化原料的間接加熱預(yù)熱和對(duì)參加與生物質(zhì)微米燃料燃燒的空氣的間接加熱預(yù)熱，實(shí)現(xiàn)了熱能的多階梯級(jí)利用，提高氣化系統(tǒng)的熱利用效率(6)固體氣化原料在整個(gè)氣化系統(tǒng)中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成為流體運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，過(guò)程容易控制；原料在氣浮運(yùn)動(dòng)中裂解氣化，系統(tǒng)阻力小。(7)整個(gè)裂解氣化過(guò)程加熱的熱源使用的生物質(zhì)微米燃料，是一種可再生的清潔能源，來(lái)源廣、成本低。


圖1是本發(fā)明裝置的第一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明裝置的第二種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、造氣爐上集氣室；2、造氣爐列管上隔板；3、煙氣出口 ；4、造氣爐列管殼層；5、造氣爐列管管層；6、攪拌室；7、進(jìn)料口 ；8、造氣爐攪拌葉片；9、焦油氣管道；10、水蒸氣進(jìn)口 ；11、高溫?zé)煔膺M(jìn)口 ；12、碳焦裂解爐列管管層；13、碳焦裂解爐列管殼層；14、出氣口 ； 15、碳焦裂解爐上集氣室；16、碳焦裂解爐攪拌葉片；17、碳焦裂解爐列管上隔板；18、高溫?zé)煔夤艿溃?9、灰斗；20、造氣爐列管下隔板；21、碳焦裂解爐下集氣室；22、碳焦裂解爐列管下隔板；23、造氣爐下集氣室。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明方法包括下述步驟(1)對(duì)生物質(zhì)氣化原料進(jìn)行攪拌，使其能與氣流形成霧狀流動(dòng)，其中，初始生物質(zhì)氣化原料中有80%以上的顆粒的粒徑在2mm以下，30 %以上的顆粒的粒徑在0. 5mm以下； 如果氣化原料是煤粉，初始?xì)饣现杏?0%以上的顆粒的粒徑在Imm以下，30%以上的顆粒的粒徑在0. 3mm以下；(2)對(duì)步驟(1)得到的物質(zhì)在氣浮運(yùn)動(dòng)中于800-1400°C的高溫?zé)煔?，最適宜溫度為900-1050°C的高溫?zé)煔忾g接加熱條件下進(jìn)行裂解，得到高溫焦油氣；(3)將高溫焦油氣在水蒸氣存在條件下通過(guò)1000-1800°C的高溫?zé)煔猓钸m宜溫度為1100-1400°C的高溫?zé)煔忾g接加熱下，進(jìn)行高溫裂解氣化，反應(yīng)生成CO、H2和CH4,高溫焦油氣中殘留碳也和水蒸氣反應(yīng)生成CO和H2 ；水蒸氣通入量S/B在0. 73-1. 02范圍內(nèi)最佳，S表示水蒸氣的流速，B表示生物質(zhì)氣化原料的進(jìn)料速率。(4)對(duì)步驟C3)所得到的固體殘留物和燃?xì)猓M(jìn)行過(guò)濾和冷凝凈化處理，就可以得到的CO、H2和CH4含量占80%左右的中熱值燃?xì)猓細(xì)庵袔缀醪缓褂?。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)化，步驟(2)和(3)中的高溫?zé)煔饩蒀N101935568A提供的生物質(zhì)微米燃料燃燒產(chǎn)生，并且1800°C的高溫?zé)煔馐墙?jīng)預(yù)熱的空氣使生物質(zhì)微米燃料發(fā)生高溫燃燒所產(chǎn)生的。氣-氣管式換熱方法的熱源氣流可以走殼層，也可以走管層。圖1是熱源氣流走殼層的實(shí)施方式。該實(shí)施方式中，裝置包括造氣爐和至少一個(gè)碳焦裂解爐。造氣爐包括攪拌室6、造氣爐列管管層5、造氣爐上集氣室1和造氣爐列管殼層4。造氣爐的攪拌室6和上集氣室1通過(guò)列管管層5連通。造氣爐列管設(shè)有上隔板2和下隔板20，并通過(guò)上、下隔板固定，通過(guò)隔板將攪拌室6、列管管層5、上集氣室1三者與造氣爐列管殼層4之間氣密封；造氣爐列管殼層4設(shè)置有與外部連通的高溫?zé)煔獬隹?3，并且在殼層下部設(shè)有灰斗19 ；攪拌室6內(nèi)位于造氣爐列管管層5下方，造氣爐上集氣室1位于造氣爐列管管層 5上方，攪拌室6內(nèi)設(shè)置有生物質(zhì)進(jìn)料口 7，造氣爐攪拌葉片8安裝在攪拌室6的底部，攪拌葉片8與第一電機(jī)相連。碳焦裂解爐包括碳焦裂解爐列管管層12、碳焦裂解爐列管殼層13、碳焦裂解爐上集氣室15、碳焦裂解爐下集氣室21。上集氣室15和下集氣室21之間通過(guò)列管管層12連通。碳焦裂解爐列管設(shè)有上隔板17和下隔板22，并通過(guò)上、下隔板固定，通過(guò)隔板將碳焦裂解爐上集氣室15、列管管層12、碳焦裂解爐下集氣室21三者與碳焦裂解爐列管殼層13之間氣密封；碳焦裂解爐列管殼層13設(shè)置有與外部連通的高溫?zé)煔膺M(jìn)口 11 ；上集氣室15設(shè)置有水蒸氣進(jìn)口 10，上集氣室15上部通過(guò)焦油氣管道18與造氣爐上集氣室1連通；下集氣室21設(shè)有出氣口 14，其底部安裝有與第二電機(jī)相連的碳焦裂解爐攪拌葉片16 ；碳焦裂解爐列管殼層13與造氣爐列管殼層4通過(guò)高溫?zé)煔夤艿?8相通。生物質(zhì)微米燃料燃燒的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)高溫?zé)煔膺M(jìn)口 11進(jìn)入碳焦裂解爐列管殼層 13對(duì)其列管管層12進(jìn)行高溫加熱。碳焦裂解爐列管殼層13的高溫?zé)煔怆S后通過(guò)高溫?zé)煔夤艿?8進(jìn)入造氣爐的列管殼層4對(duì)其列管管層5進(jìn)行間接加熱，最后高溫?zé)煔庵胁糠只页练e到灰斗19中，煙氣從煙氣出口 3排放，可利用其余熱對(duì)生物質(zhì)氣化原料的間接加熱預(yù)熱和對(duì)參加與生物質(zhì)微米燃料燃燒的空氣的間接加熱預(yù)熱，以提高氣化系統(tǒng)的熱利用效率。生物質(zhì)顆粒壓力密封從進(jìn)料口 7進(jìn)入造氣爐底部6的攪拌室，依靠攪拌葉片8機(jī)械攪拌，將生物質(zhì)顆粒霧化，霧化顆粒隨氣流上升進(jìn)入造氣爐列管管層5。造氣爐列管殼層4采用生物質(zhì)微米燃料燃燒的高溫?zé)煔?00-1050°C，為列管管層內(nèi)的霧狀生物質(zhì)顆粒裂解氣化提供熱能，產(chǎn)生的高溫焦油氣在熱氣浮力流的作用下上升，進(jìn)入造氣爐列管上隔板2 上方的上集氣室1，攜帶殘留碳的高溫焦油氣通過(guò)焦油氣管道9和補(bǔ)加的水蒸汽10進(jìn)入碳焦裂解爐列管上隔板17上方的上集氣室15，然后在碳焦裂解爐列管管層12內(nèi)發(fā)生裂解氣化反應(yīng)。生物質(zhì)微米燃料燃燒的1300-1500°C高溫火焰通過(guò)高溫?zé)煔膺M(jìn)口 11進(jìn)入其列管殼層13，通過(guò)列管殼層中1100-1400°C的高溫?zé)煔忾g接加熱列管管層內(nèi)的焦油和水蒸汽，使之反應(yīng)生成C0、H2和CH4,殘留碳也和水蒸汽反應(yīng)生成CO和H2,焦油和殘留碳在運(yùn)動(dòng)中通過(guò)氣-氣管式換熱器被高溫?zé)崃呀鈿饣?。并通過(guò)攪拌葉片16的機(jī)械攪拌，防止固體殘留物沉積在碳焦裂解爐下集氣室21，最后燃?xì)夂凸腆w殘留物灰渣從出氣口 14出去，進(jìn)行下一步的氣體過(guò)濾和冷凝凈化，燃?xì)庵袔缀醪缓褂?。得到的CO、H2和CH4含量占80%左右的中熱值燃?xì)狻?0%的顆粒在2mm以下氣化原料的，在壓力的條件下隔離空氣密封進(jìn)入造氣爐底部的攪拌室6，依靠葉片機(jī)械攪拌，并具有一定的破碎作用，將生物質(zhì)顆粒霧化，霧化顆粒隨氣流上升進(jìn)入造氣爐列管管層。造氣爐列管殼層區(qū)通入微米燃料燃燒的高溫?zé)煔庥酂峒訜?，其高溫?zé)煔庥酂醽?lái)自于碳焦裂解爐的列管殼層區(qū)的高溫?zé)煔猓瑢?duì)造氣爐列管管層內(nèi)的霧狀顆粒燃料進(jìn)行加熱，使之裂解氣化，產(chǎn)生的高溫焦油氣在熱氣浮力流的作用下上升，并攜帶殘留碳和補(bǔ)加的水蒸汽進(jìn)入碳焦裂解爐的列管管層內(nèi)，其列管殼層區(qū)通入生物質(zhì)微米燃料燃燒高溫?zé)煔?，加熱列管管層?nèi)的焦油和水蒸汽，使之反應(yīng)生成COj2和CH4，殘留碳也和水蒸汽反應(yīng)生成CO和H2，焦油和殘留碳在傳輸中通過(guò)氣-氣管式換熱方法被高溫解熱裂解氣化。其中碳焦裂解爐可以是1-6個(gè)，最適宜的數(shù)量是2-3個(gè)，氣-氣管式換熱方法的熱源氣流可以走殼層，也可以走管層；換熱列管的直徑為10-220mm，最適宜的直徑為 30-80mm。造氣爐列管與殼層和碳焦裂解爐列管與殼層的材料可以是金屬耐熱材料或者是非金屬耐熱材料。碳焦裂解爐氣化后氣化產(chǎn)物中少數(shù)的無(wú)機(jī)物通過(guò)除塵與燃?xì)夥蛛x；高溫燃?xì)饨?jīng)過(guò)預(yù)熱利用獲得焦油和殘留碳?xì)饣璧乃羝?，氣化氣再?jīng)過(guò)濾凈化獲得所需的燃?xì)?。加熱的能源可以是生物質(zhì)微米燃料，燃?xì)?、燃油和殘留碳粉。生物質(zhì)微米燃料的顆粒的直徑在400 μ m以下為主的粉體，最適宜的顆粒直徑是在250 μ m以下為主的粉體。80% 以上的顆粒的粒徑在2mm以下，30%以上的顆粒的粒徑在0. 5mm以下。從造氣爐列管殼層區(qū)出來(lái)的微米燃料燃燒的高溫?zé)煔馕矚獾挠酂嵊糜趯?duì)固體顆粒燃料間接加熱預(yù)熱和對(duì)參加與生物質(zhì)微米燃料燃燒的空氣的間接加熱預(yù)熱，以提高氣化系統(tǒng)的熱利用效率。圖2是熱源氣流走管層的實(shí)施方式，圖2中，本發(fā)明裝置包括造氣爐和至少一個(gè)碳焦裂解爐。造氣爐包括列管管層5、造氣爐上集氣室1、造氣爐下集氣室23、攪拌室6和列管殼層4。造氣爐列管殼層4下部設(shè)有攪拌室6，攪拌室6內(nèi)設(shè)置有生物質(zhì)進(jìn)料口 7，攪拌葉片8安裝在攪拌室6的底部，攪拌葉片8與電機(jī)相連；造氣爐上集氣室1設(shè)有高溫?zé)煔獬隹?3 ；造氣爐上集氣室1和造氣爐下集氣室23通過(guò)列管管層5連通。造氣爐列管設(shè)有的上隔板2和下隔板20，并通過(guò)上、下隔板固定，通過(guò)隔板將上集氣室1、列管管層5、造氣爐下集氣室23與列管殼層4之間氣密封；碳焦裂解爐包括碳焦裂解爐上集氣室15、碳焦裂解爐列管管層12、碳焦裂解爐下集氣室21和碳焦裂解爐列管殼層13。上集氣室15和下集氣室21通過(guò)列管管層12相通， 碳焦裂解爐列管設(shè)有的上隔板17和下隔板22，并通過(guò)上、下隔板固定，通過(guò)隔板將上集氣室15、列管管層12、下集氣室21三者與碳焦裂解爐列管殼層13之間氣密封，碳焦裂解爐上集氣室15上部設(shè)有高溫?zé)煔膺M(jìn)口 11，碳焦裂解爐下集氣室21通過(guò)高溫?zé)煔夤艿?8與造氣爐下集氣室20連通，并且在高溫?zé)煔夤艿?8中間設(shè)有灰斗19 ；碳焦裂解爐列管殼層13設(shè)有水蒸氣進(jìn)口 10 ；碳焦裂解爐列管殼層13上部通過(guò)焦油氣管道9與造氣爐列管殼層4上部相通；碳焦裂解爐列管殼層13下部設(shè)有出氣口 14。下面通過(guò)借助實(shí)施例更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說(shuō)明性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。實(shí)例1 所用的氣化原料為松木屑，經(jīng)自制的破碎機(jī)加工成粒徑小于3mm，采用本氣化方法，隔離空氣密封進(jìn)入造氣爐，經(jīng)霧化作用后進(jìn)入造氣爐列管管層，列管殼層通入溫度為 1050°C的高溫?zé)煔鈱?duì)管層中松木屑顆粒進(jìn)行裂解氣化，產(chǎn)生的高溫焦油氣和補(bǔ)加的水蒸汽進(jìn)入碳焦裂解爐，其中S/B為1. 02，經(jīng)過(guò)管式換熱進(jìn)行焦油氣的裂解氣化反應(yīng)，在1400°C的高溫?zé)煔饧訜嵯率菇褂桶l(fā)生氣化反應(yīng)生成CO、H2和CH4,殘留碳也和水蒸汽反應(yīng)生成CO和 H2。本實(shí)驗(yàn)中的高溫?zé)煔馐怯芍睆叫∮?50 μ m的生物質(zhì)微米燃料高溫燃燒所產(chǎn)生的高溫火焰，逐步通入碳焦列管爐殼層和造氣爐列管殼層。通過(guò)本方法，獲得的燃?xì)饪偖a(chǎn)氣量為1. 77Nm3/kg。焦油含量為0. 12%，氣體產(chǎn)物主要包括 H2、C0、CH4、C2H4、C2H6 和(X)2 等，各自含量分別為 40. 8%,25. 4%,8. 5%,2. 2%,0. 1% 和23%、碳轉(zhuǎn)化效率為88. 2%。實(shí)施例2所用的氣化原料為秸稈，破碎后制得粒徑為3_15mm的生物質(zhì)原料，采用本氣化方法，隔離空氣密封進(jìn)入造氣爐，經(jīng)霧化作用后進(jìn)入造氣爐列管管層，列管殼層通入溫度為 900°C的高溫?zé)煔鈱?duì)管層中秸稈顆粒進(jìn)行裂解氣化，產(chǎn)生的高溫焦油氣和補(bǔ)加的水蒸汽進(jìn)入碳焦裂解爐，其中S/B為0. 73，經(jīng)過(guò)管式換熱進(jìn)行焦油氣的裂解氣化反應(yīng)，在1100°C的高溫?zé)煔饧訜嵯率菇褂桶l(fā)生氣化反應(yīng)生成COj2和CH4,殘留碳也和水蒸汽反應(yīng)生成CO和H2。本實(shí)驗(yàn)中的高溫?zé)煔馐怯芍睆叫∮?50 μ m的生物質(zhì)微米燃料高溫燃燒所產(chǎn)生的高溫火焰，逐步通入碳焦列管爐殼層和造氣爐列管殼層。通過(guò)本方法，獲得的燃?xì)饪偖a(chǎn)氣量為1. 23Nm3/kg0焦油含量為0. 96%，氣體產(chǎn)物主要包括 H2、CO、CH4, C2H4, C2H6 和(X)2 等，各自含量分別為 36. 3%,20. 4%U2. 2%,2. 3%, 0.8%和、碳轉(zhuǎn)化效率為73%。以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法，其特征在于，該方法包括下述步驟第1步對(duì)生物質(zhì)氣化原料進(jìn)行攪拌，使其霧狀，其中，生物質(zhì)氣化原料中有80%的顆粒的粒徑在2mm以下，30%以上的顆粒的粒徑在0. 5mm以下；如果氣化原料是煤粉，初始?xì)饣现杏?0%以上的顆粒的粒徑在Imm以下，30%以上的顆粒的粒徑在0. 3mm以下；第2步對(duì)第1步得到的物質(zhì)在氣浮運(yùn)動(dòng)中于800-1400°C的高溫?zé)煔忾g接加熱條件下進(jìn)行裂解，得到高溫焦油氣；第3步將高溫焦油氣在水蒸氣存在的條件下通過(guò)1000-1800°C的高溫?zé)煔忾g接加熱高溫裂解氣化，反應(yīng)生成CO、H2和CH4,高溫焦油氣中殘留碳也和水蒸氣反應(yīng)生成CO和H2 ；第4步對(duì)第3步得到的固體殘留物和燃?xì)?，進(jìn)行過(guò)濾和冷凝凈化處理，得到中熱值燃?xì)狻?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法，其特征在于，水蒸氣通入量S/B在0. 73-1. 02范圍內(nèi)，S表示水蒸氣的流速，B表示生物質(zhì)氣化原料的進(jìn)料速 率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法，其特征在于，第2步和第3步中的高溫?zé)煔饩缮镔|(zhì)微米燃料燃燒產(chǎn)生，并且1800°C的高溫?zé)煔馐墙?jīng)預(yù)熱的空氣使生物質(zhì)微米燃料發(fā)生高溫燃燒所產(chǎn)生的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法，其特征在于，第2步中， 高溫?zé)煔獾臏囟葹?00-1050°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法，其特征在于，第3步中， 高溫?zé)煔獾臏囟葹?100-1400°C。
6.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法的裝置，其特征在于， 該裝置包括造氣爐和至少一個(gè)碳焦裂解爐；造氣爐包括攪拌室(6)、造氣爐列管管層(5)、造氣爐上集氣室(1)和造氣爐列管殼層 (4)。造氣爐的攪拌室(6)和上集氣室(1)通過(guò)列管管層( 連通；造氣爐列管設(shè)有上隔板 (2)和下隔板(20)，并通過(guò)上、下隔板固定，通過(guò)隔板將攪拌室(6)、列管管層(5)、上集氣室 (1)三者與造氣爐列管殼層(4)之間氣密封；造氣爐列管殼層(4)設(shè)置有與外部連通的高溫?zé)煔獬隹?3)，并且在殼層下部設(shè)有灰斗(19)；攪拌室(6)內(nèi)位于造氣爐列管管層(5)下方，造氣爐上集氣室(1)位于造氣爐列管管層(5)上方，攪拌室(6)內(nèi)設(shè)置有生物質(zhì)進(jìn)料口(7)，造氣爐攪拌葉片(8)安裝在攪拌室(6) 的底部，攪拌葉片(8)與第一電機(jī)相連。碳焦裂解爐包括碳焦裂解爐列管管層(12)、碳焦裂解爐列管殼層(13)、碳焦裂解爐上集氣室(15)、碳焦裂解爐下集氣室；上集氣室(1 和下集氣室之間通過(guò)列管管層(1 連通；碳焦裂解爐列管設(shè)有上隔板(17)和下隔板(22)，并通過(guò)上、下隔板固定，通過(guò)隔板將碳焦裂解爐上集氣室(15)、列管管層(12)、碳焦裂解爐下集氣室三者與碳焦裂解爐列管殼層(1 之間氣密封；碳焦裂解爐列管殼層(1 設(shè)置有與外部連通的高溫?zé)煔膺M(jìn)口(11)；上集氣室(1 設(shè)置有水蒸氣進(jìn)口(10)，上集氣室(1 上部通過(guò)焦油氣管道 (18)與造氣爐上集氣室(1)連通；下集氣室設(shè)有出氣口(14)，其底部安裝有與第二電機(jī)相連的碳焦裂解爐攪拌葉片(16)；碳焦裂解爐列管殼層(13)與造氣爐列管殼層(4)通過(guò)高溫?zé)煔夤艿?18)相通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，其中碳焦裂解爐的數(shù)量是2-3個(gè)。
8. 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法的裝置，其特征在于， 該裝置包括造氣爐和至少一個(gè)碳焦裂解爐；造氣爐包括列管管層(5)、造氣爐上集氣室 (1)、造氣爐下集氣室(23)、攪拌室(6)和列管殼層(4)；造氣爐列管殼層(4)下部設(shè)有攪拌室(6)，攪拌室(6)內(nèi)設(shè)置有生物質(zhì)進(jìn)料口(7)，攪拌葉片(8)安裝在攪拌室(6)的底部，攪拌葉片(8)與電機(jī)相連；造氣爐上集氣室(1)設(shè)有高溫?zé)煔獬隹? ；造氣爐上集氣室(1)和造氣爐下集氣室通過(guò)列管管層( 連通； 造氣爐列管設(shè)有的上隔板( 和下隔板(20)，并通過(guò)上、下隔板固定，通過(guò)隔板將上集氣室 (1)、列管管層(5)、造氣爐下集氣室(23)與列管殼層(4)之間氣密封；碳焦裂解爐包括碳焦裂解爐上集氣室(15)、碳焦裂解爐列管管層(12)、碳焦裂解爐下集氣室和碳焦裂解爐列管殼層(1 ；碳焦裂解爐上集氣室(1 和碳焦裂解爐下集氣室通過(guò)碳焦裂解爐列管管層(1 連通，碳焦裂解爐列管設(shè)有的上隔板(17)和下隔板 (22)，并通過(guò)上、下隔板固定，通過(guò)隔板將上集氣室(15)、列管管層(12)、下集氣室三者與碳焦裂解爐列管殼層(1 之間氣密封，碳焦裂解爐上集氣室(1 上部設(shè)有高溫?zé)煔膺M(jìn)口(11)，碳焦裂解爐下集氣室通過(guò)高溫?zé)煔夤艿?18)與造氣爐下集氣室OO)相通，并且在高溫?zé)煔夤艿?18)中間設(shè)有灰斗(19)；碳焦裂解爐列管殼層(1 頂部設(shè)有水蒸氣進(jìn)口(10)；碳焦裂解爐列管殼層(1 上部通過(guò)焦油氣管道(9)與造氣爐列管殼層(4) 上部相通；碳焦裂解爐列管殼層(1 下部設(shè)有出氣口(14)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種生物質(zhì)氣浮流態(tài)高溫?fù)Q熱氣化方法及裝置。方法為①對(duì)生物質(zhì)氣化原料進(jìn)行攪拌，使其霧狀；②在800-1000℃高溫?zé)煔饧訜嵯逻M(jìn)行裂解，得到高溫焦油氣；③將高溫焦油氣和水蒸氣在1050-1150℃條件下，進(jìn)行高溫裂解氣化；④對(duì)固體殘留物和燃?xì)?，在攪拌作用下，進(jìn)行過(guò)濾和冷凝凈化處理，得到中熱值燃?xì)?。裝置包括造氣爐和至少一個(gè)碳焦裂解爐；造氣爐包括集氣室和攪拌室，碳焦裂解爐包括設(shè)置有碳焦裂解爐列管的碳焦裂解爐上集氣室，碳焦裂解爐列管殼層與造氣爐列管殼層連通。整個(gè)裂解氣化過(guò)程的熱源來(lái)源于生物質(zhì)微米燃料燃燒的高溫?zé)煔?，生物質(zhì)微米燃料是一種可再生的清潔能源，來(lái)源廣、成本低。本發(fā)明具有熱效率高、產(chǎn)氣效率高和燃?xì)鉄嶂蹈叩奶攸c(diǎn)。
文檔編號(hào)C10J3/72GK102260538SQ20111017391
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者劉石明, 周磊, 成功, 王晶博, 肖波, 胡智泉, 陳朱蕾, 齊方杰 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)