一种新型生物质分步气化方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种新型生物质分步气化方法和装置，属于生物质能源及化工利用领域。本发明专利技术与传统生物质气化相比，其最大的特点是，把生物质气化过程的热解区和燃烧气化区分开，即把传统气化炉分为热解炉和气化炉两部分，运行时，生物质首先进入热解炉发生热解，产生热解气和固体炭，随后热解气进入气化炉与空气或富氧气体混合燃烧放热，燃烧产物与刚进入气化炉的固体炭粉末发生气化反应，最终生成以一氧化碳和氢气为主的混合气体，提供能源或化工使用。本发明专利技术的优点在于气化强度高，适合与生物质大规模气化，气化产物几乎不含焦油。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型生物质分步气化方法和装置，属于生物质能源及化工利用领域。
技术介绍
生物质能是植物通过光合作用固定下来的太阳能，具有储存量大，分布广泛的优点，其大规模利用可有效缓解能源危机和减少环境污染。与其他可再生能源相比，生物质最突出的优点在于它是唯一可再生的碳源，无论是能源领域还是化工领域，生物质可以实现对化石燃料的全面替代。气化是生物质能源利用的重要方式之一，是把固体生物质材料转化为可燃气的过程，可供燃气轮机发电、燃料电池发电和化工原料使用。现阶段，气化器的种类主要分为：固定床气化炉(包括下吸式和上吸式)，流化床气化炉和气流床气化炉。然而，由于生物质灰熔点低，在使用固定床和流化床气化炉时，易发生结渣等问题，限制了气化炉的温度，使得气化效率低，燃气热值低，并且由于较低的温度，使得燃气中含大量焦油，堵塞管道，焦油脱除过程容易造成二次污染。气流床由于有较高的气化温度，使其有气化强度高，气化效率高，产气焦油量低的优点，是最适合生物质大规模气化的方式，但是，由于生物质的物理性质，进料问题无法得到有效解决，生物质气流床气化技术只停留在实验阶段。为解决这一系列问题，国内外许多学者都提出了生物质分步气化，但是大部分分步气化装置为热解炉和固定床简单结合，只是单纯地将热解和气化分离，并没有对进一步对整个气化过程进行优化，没有显现出分步气化的优势，而且由于固定床的局限性，这些气化装置并不适用于生物质的大规模气化。因此，本专利技术在此基础上提出热解炉和异型气流床结合的分步气化方式，并对这一气化方式中的关键问题进行设计。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足,本专利技术提供了一种新型的生物质气化方法和装置，气化强度高，适用于大规模的生物质气化。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型生物质分步气化方法，其特征在于，具体步骤为：a)生物质原料经过初步处理后进入热解炉，在外置热源或余热换热的条件下，热分解成含焦油的热解气和生物质炭；b)启动气化炉，热解气经加压后和空气或富氧气体进入气化炉底部，在热解气喷嘴处混合并迅速燃烧，生成以二氧化碳和水蒸气为主的高温混合气体；c)生物质炭经过磨碎后经过加压以气力输送的方式从气化炉顶部喷入；d)生物质炭喷入气化炉中，与从燃烧区生成的二氧化碳和水蒸气发生反应，在气化区生成一氧化碳和氢气为主的气体离开气化炉，生物质灰以熔融态排入熔渣池。所述步骤a)中，热解炉的热解温度为400～600℃。所述步骤b)中，气化炉启动时先开启热解气喷嘴，点火后升温至1300℃，加压至气化炉炉内3MPa，随后开启炭粉喷嘴。所述步骤c)中，生物质炭磨碎后的粒径为100μm以下；气力输送的方式为氮气气力输送方式；气化炉内部压力为0.1～6MPa。所述步骤c)中，可在生物质炭中掺混煤粉以提高合成气品质；或者可在气化炉顶部入口处喷入水蒸气以降低气化区温度和合成气中CO/H2体积比。所述步骤d)中，气化区的反应温度为950～1400℃；排渣方式为液态熔融排渣。实现一种新型生物质分步气化方法的装置，所述装置包括热解和燃烧气化两大区域，热解区域包括进料口、热解炉、研磨机、锁斗、发料罐和气力输送装置；燃烧气化区域包括炭粉喷嘴、热解气喷嘴、气化炉、出气口和熔渣池；进料口与热解炉连接，热解炉分别连接研磨机和热解气喷嘴；所述研磨机与锁斗、发料罐、气力输送装置、炭粉喷嘴依次连接；所述气化炉包括上部互相连通的内筒和外筒，内筒内为燃烧区，发生热解气的燃烧反应；外筒内为气化区，发生生物质炭与热解气燃烧产物的气化反应；所述热解气喷嘴与气化炉的内筒底部连通，所述炭粉喷嘴与气化炉的外筒顶部连通；所述出气口设置在外筒的底部；所述气化炉的下方连接熔渣池。所述气化炉的外壁为敷设有水冷壁的防火砖。所述内筒的出口处呈外扩型。所述内筒与外筒的直径比为1:2～1:4。本专利技术与传统生物质气化相比，其最大的特点是，把生物质气化过程的热解区和燃烧气化区分开，即把传统气化炉分为热解炉和气化炉两部分，运行时，生物质首先进入热解炉发生热解，产生热解气和固体炭，随后热解气进入气化炉与空气或富氧气体混合燃烧放热，燃烧产物与刚进入气化炉的固体炭粉末发生气化反应，最终生成以一氧化碳和氢气为主的混合气体，提供能源或化工使用，气化强度高，适合与生物质大规模气化。本专利技术具有以下优点：(1)气化炉温度比一般气化炉温度高，能大大提高气化强度；(2)气化炉内为加压环境，不需要过量的氧气来维持高温条件，并可以提高气化反应的速率；(3)内筒温度高，氧浓度较高，几乎所有的焦油均通过燃烧和热裂解去除，使得混合气基本不含焦油；(4)热解使生物质炭相对于原料更容易磨碎，从而解决气化炉的进料问题；(5)顶部的炭粉和热气化剂对冲设计，使固气两相混合更加充分，能提高炭转化率，加快反应速率；(6)外筒温度较内筒低，外壁设计为敷设有水冷壁的防火砖，可提供水蒸气的需求，熔融的灰渣凝固到外壁内侧后可以起到保护炉壁和保温的双重效果，降低散热损失，提高能量效率；(7)液态排渣使该气化装置适用于大部分生物质。附图说明图1是本专利技术装置结构图；其中，1-进料口，2-热解炉，3-研磨机，4-锁斗，5-发料罐，6-气力输送装置，7-炭粉喷嘴，8-热解气喷嘴，9-内筒，10-外筒，11-出气口，12-熔渣池，13-煤粉，14-氮气，15-空气，16-水蒸气。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。如图1所示，新型生物质分步气化装置主要包括热解和燃烧气化两大区域，热解区域包括进料口1、热解炉2、研磨机3、锁斗4、发料罐5和气力输送装置6；燃烧气化区域包括炭粉喷嘴7、热解气喷嘴8、内筒9、外筒10、出气口11和熔渣池12，气化炉分为内筒9和外筒10，内筒9内为燃烧区，主要发生生物质热解气的燃烧反应，内筒9出口处呈外扩型；外筒10为气化区，主要发生生物质炭与生物质热解气燃烧产物的气化反应。热解炉2为回转窑炉或螺旋热解炉。在气化炉外壁防火砖中敷设有水冷壁。新型生物质分步气化方法的具体步骤为：a)生物质原料经过初步处理后进入热解炉2，在外置热源或余热换热的条件下发生热裂解，热解炉2内温度控制在400℃～600℃，此温度控制条件下，大部分焦油已从生物质内析出，生成含焦油的热解气和略带挥发分的生物质炭；b)热解气经过加压后，通入气化炉底部，在热解气喷嘴8处和空气15或富氧气体混合并迅速燃烧(合理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型生物质分步气化方法，其特征在于，具体步骤为：a)生物质原料经过初步处理后进入热解炉，在外置热源或余热换热的条件下，热分解成含焦油的热解气和生物质炭；b)启动气化炉，热解气经加压后和空气或富氧气体进入气化炉底部，在热解气喷嘴处混合并迅速燃烧，生成以二氧化碳和水蒸气为主的高温混合气体；c)生物质炭经过磨碎后经过加压以气力输送的方式从气化炉顶部喷入；d)生物质炭喷入气化炉中，与从燃烧区生成的二氧化碳和水蒸气发生反应，在气化区生成一氧化碳和氢气为主的气体离开气化炉，生物质灰以熔融态排入熔渣池。

【技术特征摘要】
1.一种新型生物质分步气化方法，其特征在于，具体步骤为：
a)生物质原料经过初步处理后进入热解炉，在外置热源或余热换热的条件
下，热分解成含焦油的热解气和生物质炭；
b)启动气化炉，热解气经加压后和空气或富氧气体进入气化炉底部，在热
解气喷嘴处混合并迅速燃烧，生成以二氧化碳和水蒸气为主的高温混合气体；
c)生物质炭经过磨碎后经过加压以气力输送的方式从气化炉顶部喷入；
d)生物质炭喷入气化炉中，与从燃烧区生成的二氧化碳和水蒸气发生反应，
在气化区生成一氧化碳和氢气为主的气体离开气化炉，生物质灰以熔融态排入熔
渣池。
2.根据权利要求1所述的一种新型生物质分步气化方法，其特征在于，所
述步骤a)中，热解炉的热解温度为400～600℃。
3.根据权利要求1所述的一种新型生物质分步气化方法，其特征在于，所
述步骤b)中，气化炉启动时先开启热解气喷嘴，点火后升温至1300℃，加压至
气化炉炉内3MPa，随后开启炭粉喷嘴。
4.根据权利要求1所述的一种新型生物质分步气化方法，其特征在于，所
述步骤c)中，生物质炭磨碎后的粒径为100μm以下；气力输送的方式为氮气
气力输送方式；气化炉内部压力为0.1～6MPa。
5.根据权利要求1至4之一所述的一种新型生物质分步气化方法，其特征
在于，所述步骤c)中，可在生物质炭中掺混煤粉以...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅，朴桂林，张居兵，夏光璧，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32