生物质与煤耦合自热加工的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及生物质技术领域，具体涉及一种生物质和煤耦合自热加工的方法和装置。该方法将含生物质和煤的原料采用热解

【技术实现步骤摘要】
生物质与煤耦合自热加工的方法和装置


[0001]本专利技术涉及生物质
，具体涉及一种生物质和煤耦合自热加工的方法和装置。

技术介绍

[0002]生物质是一种清洁、可再生资源；其种类繁多、分布广泛且廉价易得，产量仅次于煤炭、石油和天然气，是全球第四大能源。我国生物质资源储量丰富，具有大规模开发利用生物质能的资源条件和技术潜力，对应缓解能源压力，改善生态环境，实现经济社会的健康可持续发展具有重要意义，也符合我国能源多元化发展和能源安全战略的需求。然而，生物质在工业应用中有诸多挑战，如能量密度低，在热解、气化系统中能量平衡难以保证；生物质挥发分含量高，气化产物含大量焦油组分，降低产气品质，后续工序温度降焦油冷凝造成设备管道堵塞的问题。
[0003]因此，亟需一种基于生物质加工的方法和装置。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有生物质在工业应用存在能量密度低，热解和气化效率低，由于高挥发含量导致气化产物中含有大量焦油组分，降低产气品质，以及易造成设备管道堵塞等问题，本专利技术提供一种新的生物质与煤耦合自热加工的方法和装置，该方法采用煤的高碳特点有效弥补了生物质能量密度低，提高了气化效率，有效解决焦油转化不充分的问题，调控了产气组成和改善产气品质，同时减少了CO2、NO
x
、SO
x
等污染物排放。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种生物质与煤耦合自热加工的方法，该方法包括以下步骤：
[0006](1)将含生物质和煤的原料与烟气接触进行干燥，得到的干燥产物中水含量＜5wt％；
[0007](2)将所述干燥产物和燃碳
‑
I接触进行热解，得到半焦和热解气I，其中，所述半焦分为半焦
‑
I和半焦
‑
II；
[0008](3)将所述半焦
‑
I和燃碳
‑
II与水蒸气接触进行气化，得到合成气和排渣；
[0009](4)将所述半焦
‑
II和燃碳
‑
III进行燃烧，并将得到的燃烧产物依次进行第一换热、第一分离，得到燃碳和第一换热烟气；其中，所述燃碳分为燃碳
‑
I、燃碳
‑
II和燃碳
‑
III；其中，将所述第一换热烟气依次进行第二换热、第三换热，得到所述烟气。
[0010]本专利技术第二方面提供一种生物质与煤耦合自热加工的装置，该装置包括：依次连接的干燥单元、热解单元和气化单元，以及燃烧单元；
[0011]所述干燥单元连接所述燃烧单元的烟气出口，用于将含生物质和煤的原料与烟气接触进行干燥，得到水含量＜5wt％的干燥产物；
[0012]所述热解单元连接所述燃烧单元的燃碳出口，用于将所述干燥产物和燃碳
‑
I接触进行热解，得到半焦和热解气I，其中，所述半焦分为半焦
‑
I和半焦
‑
II；
[0013]所述气化单元连接所述燃烧单元的燃碳出口，用于将所述半焦
‑
I和燃碳
‑
II与水蒸气接触进行气化，得到合成气和排渣；
[0014]所述燃烧单元连接所述热解单元的半焦出口和所述燃烧单元的燃碳出口，用于将所述半焦
‑
II和燃碳
‑
III进行燃烧，并将得到的燃烧产物依次进行第一换热、第一分离，得到燃碳和第一换热烟气；其中，所述燃碳分为所述燃碳
‑
I、燃碳
‑
II和燃碳
‑
III；其中，将所述第一换热烟气依次进行第二换热、第三换热，得到所述烟气。
[0015]相比现有技术，本专利技术具有以下优势：
[0016](1)本专利技术提供的方法，将含生物质和煤的原料采用热解
‑
气化
‑
燃烧
‑
重整的技术手段，利用煤的高碳特点有效弥补生物质能量密度低和气化温度低，提高了气化效率，解决了焦油转化不充分的问题，调控产气组成和改善产气品质，实现二者能量之间相互耦合；同时，该方法减少了CO2、NO
x
、SO
x
等污染物排放；
[0017](2)本专利技术将含生物质和煤的原料的热解过程和燃烧过程进行耦合，将燃碳
‑
I作为热解热源，利用燃烧单元循环至热解单元，无需额外固体热载体提升装置，减少了热载体输送成本；
[0018](3)本专利技术提供的热解过程与燃烧过程耦合的固体热载体热解方式在反应过程中不引入额外气体，保证了热解气I的浓度，增加了换热后热解气I的重整转化率，降低了重整反应过程负荷；
[0019](4)本专利技术提将气化过程耦合为热解、气化、燃烧三个过程，实现含生物质和煤的原料在热解过程产生的热解气I直接进行重整，避免了混入气化产物降低气化产气品质，减少了焦油后续冷凝导致其他系统管道、设备堵塞的风险；同时，燃烧过程产生的烟气直接出烯烃，有效避免烟气和氮气混在气化产物中导致气化产气浓度稀释，降低产气品质；将热解过程产生的热解气I进行重整，使焦油组分转换为小分子气体组分，提高了气化气体产率；
[0020](5)本专利技术将含生物质和煤的原料经热解产生的热解气I进行重整，将热解气I中焦油组分转换为H2、CO等小分子气体组分，降低焦油堵塞问题难处理的同时，增加了热解气II的有效组分，增大热解气II的热值与作为煤化工原料气的可利用性；
[0021](6)本专利技术提供的方法通过各单元之间的热耦合，即，半焦
‑
II和燃碳
‑
III各自独立地进入燃烧单元进行燃烧，燃碳
‑
I和燃碳
‑
II分别作为热解单元和气化单元的热源，燃烧单元产生的烟气作为干燥单元的热源，多余热量副产蒸汽，实现整个装置生产过程的热量自给，无需额外热量输入。
附图说明
[0022]图1是本专利技术提供一种生物质与煤耦合自热加工的装置示意图。
[0023]附图标记说明
[0024]I、破碎单元
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II、干燥单元
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III、热解单元
[0025]IV、气化单元
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V、燃烧单元
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V
‑
1、燃烧部
[0026]V
‑
2、第一换热器
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V
‑
3、第一分离器
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V
‑
4、第二换热器
[0027]V
‑
5、第三换热器
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VI、重整单元
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VII、第二分离器
[0028]VIII、半焦高温螺旋
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IX、燃碳高温螺旋
ꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质与煤耦合自热加工的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将含生物质和煤的原料与烟气接触进行干燥，得到的干燥产物中水含量＜5wt％；(2)将所述干燥产物和燃碳
‑
I接触进行热解，得到半焦和热解气I，其中，所述半焦分为半焦
‑
I和半焦
‑
II；(3)将所述半焦
‑
I和燃碳
‑
II与水蒸气接触进行气化，得到合成气和排渣；(4)将所述半焦
‑
II和燃碳
‑
III进行燃烧，并将得到的燃烧产物依次进行第一换热、第一分离，得到燃碳和第一换热烟气；其中，所述燃碳分为所述燃碳
‑
I、燃碳
‑
II和燃碳
‑
III；其中，将所述第一换热烟气依次进行第二换热、第三换热，得到所述烟气。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中，所述原料中生物质和煤的重量比为1：0.1
‑
3，优选为1：0.5
‑
1.5；优选地，所述生物质选自木屑、秸秆和稻壳中的至少一种；优选地，在进行所述干燥之前，将所述原料进行破碎，使得破碎产物的粒径＜3mm，优选为0.5
‑
1mm；优选地，所述烟气的温度为130
‑
350℃，优选为200
‑
300℃；优选地，所述干燥产物的温度为110
‑
280℃，优选为200
‑
250℃。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(2)中，所述热解的条件包括：温度为400
‑
600℃，优选为500
‑
580℃；时间为0.3
‑
1h，优选为0.4
‑
0.8h；优选地，所述干燥产物和燃碳
‑
I的重量比为1：0.5
‑
2，优选为1：0.8
‑
1.2；优选地，所述半焦
‑
I和半焦
‑
II的重量比为1：2
‑
5，优选为1：3
‑
4。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的方法，其中，步骤(3)中，所述气化的条件包括：温度为700
‑
900℃，优选为800
‑
850℃；时间为0.1
‑
0.8h，优选为0.2
‑
0.4h；优选地，所述半焦
‑
I和燃碳
‑
II中碳与水蒸气的重量比为1：0.2
‑
2，优选为1：0.8
‑
1.5；优选地，所述半焦
‑
I和燃碳
‑
II的重量比为1：0.2
‑
1.2，优选为1：0.4
‑
0.8。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的方法，其中，步骤(4)中，所述燃烧的温度为800
‑
980℃，优选为850
‑
950℃；优选地，所述半焦
‑
II和燃碳
‑
III的重量比为1：0.1
‑
0.5，优选为1：0.15
‑
0.3；优选地，所述燃碳
‑
I、燃碳
‑
II和燃碳
‑
III的重量比为1：0.1
‑
0.4：0.1
‑
0.5，优选为1：0.2
‑
0.3：0.2
‑
0.4；优选地，所述第一换热的过程包括：将所述燃烧产物和锅炉水进行第一换热，得到由所述燃烧产物转变成的第一换热产物，和由所述锅炉水转变成的热锅炉水；优选地，所述第一分离的过程包括：将所述第一换热产物进行第一分离，得到所述燃碳和所述第一换热烟气；优选地，所述燃碳和第一换热烟气的温度各自独立地为800
‑
950℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苌亮，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：