專利名稱：一種三段分離式生物質(zhì)氣化方法及裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及生物質(zhì)氣化技術(shù)，具體地說是一種三段分離式生物質(zhì)氣化方法及裝置。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)是通過光合作用而形成的各種有機物，它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，它分布廣泛、可利用量大，是一種可再生能源，并且也是唯一一種可再生的含有碳氫組分和熱能的、可儲存的自然原料，利用生物質(zhì)進行能源利用和化工生產(chǎn)，具有CO2零排放的特征。隨著傳統(tǒng)化石能源儲量的日益減少，以及由于使用化石能源帶來的環(huán)境污染問題，重視和發(fā)展可再生、環(huán)保能源已成為各國政府的共識。將生物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧崥怏w或液體燃料的方法很多，其中，生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化技術(shù)與其它技術(shù)相比能夠適應所有的生物質(zhì)種類，且具有大型工業(yè)化生產(chǎn)的能力，易于規(guī)?；瘧?。生物質(zhì)熱解氣化制備生物質(zhì)燃氣(主要成分為H2和CO氣體)，進而合成液體燃料(如甲醇、乙醇、二甲醚、烯烴、柴油和石腦油等)是熱化學轉(zhuǎn)化技術(shù)中最具有發(fā)展前景的生物質(zhì)能源資源化利用途徑之一，受到了國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界和學術(shù)界前所未有的重視，并投入了大量的人力和物力進行相關的研究和開發(fā)，其中通過利用秸桿、稻殼、木柴等生物質(zhì)原料通過高溫熱化學方法制備含有氫氣和一氧化碳的生物質(zhì)燃氣的技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的研究。生物質(zhì)熱解氣化制備生物質(zhì)燃氣工藝中氣化反應器是其核心設備。開發(fā)高效生物質(zhì)熱解氣化裝置制取高品質(zhì)生物質(zhì)燃氣，并經(jīng)后續(xù)合成反應器轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴類、醇類和醚類等燃料，既可以緩解對國際原油市場的依賴，也可以減少國內(nèi)傳統(tǒng)化石能源的消耗，同時具有積極保護環(huán)境的社會效益。目前用于生物質(zhì)氣化的氣化反應器(氣化爐)大致可以分為三種固定床、氣流床和流化床。固定床氣化爐的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，操作模式靈活，但是爐中溫度不均勻換熱效果較差，出口生物質(zhì)燃氣中含有大量焦油。氣流床的運行溫度較高，爐內(nèi)溫度比較均勻，焦油在氣流床中裂解程度較高，但氣流床氣化對固體原料粒徑的要求較高，進入氣流床的原料需要磨成很細小的顆粒，這給含有大量纖維的生物質(zhì)原料的研磨提出了另外一個技術(shù)難題。而流化床氣化反應器由于熱容量高、原料適應性強，可以處理高含水量物質(zhì)，適于連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)，因此備受重視。但流化床反應器也存在對原料的物理特性很敏感，操作不易控制，運行溫度一般也較低，出口生物質(zhì)燃氣中焦油含量也相當可觀，且產(chǎn)氣中CH4和CO2含量較高，一般需要后續(xù)設備來處理焦油和重整生物質(zhì)燃氣等問題，使得氣化系統(tǒng)和裝置變得比較復雜。通過分段處理生物質(zhì)原料以提高產(chǎn)氣中生物質(zhì)燃氣的濃度，降低產(chǎn)氣中CH4和CO2含量及降低焦油含量是解決流化床反應器制各高品質(zhì)生物質(zhì)燃氣要求的方法之一。生物質(zhì)固體首先在300 600°C左右這種較低的溫度下通過熱裂解制備生物質(zhì)高產(chǎn)率的焦炭(半焦)和裂解氣體，然后將熱解產(chǎn)生的焦炭(半焦)送往流化床氣化反應器中與水蒸汽起進行高溫(700 900°C )氣化反應來制備粗生物質(zhì)燃氣，未完全反應的焦油及制得的粗生物質(zhì)燃氣再經(jīng)過催化裂解(重整)床層進一步在催化劑的作用下發(fā)生焦油裂解及粗生物質(zhì)燃氣重整反應來提高生物質(zhì)燃氣的品質(zhì)。把生物質(zhì)通過熱解、氣化、催化裂解、重整分段反應轉(zhuǎn)化為清潔的二次能源，可以取得雙重的有效效果，一是可以解決環(huán)境污染問題，二是可以減少對石油煤炭資源的依賴，為建設資源節(jié)約型社會和環(huán)境友好型社會起到積極作用。有鑒于此，針對上述問題，提出一種設計合理且有效改善上述缺失的三段分離式生物質(zhì)氣化方法及裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種三段分離式生物質(zhì)氣化方法及裝置，克服現(xiàn)有生物質(zhì) 制備生物質(zhì)燃氣技術(shù)的缺陷。將生物質(zhì)氣化發(fā)生系統(tǒng)的三個過程完全分離，加長了還原區(qū)的長度，保證焦油裂解所需時間及溫度，從而減少了燃氣中焦油的含量，提高了氣化爐的產(chǎn)氣率及生物質(zhì)燃氣的品質(zhì)。本發(fā)明具有控溫方便，節(jié)能環(huán)保，運行連續(xù)等優(yōu)點。為了達成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種三段分離式生物質(zhì)氣化方法，其步驟如下
將生物質(zhì)從生物質(zhì)物料進料口投入到熱解室中，熱解室螺旋進料機通過電機帶動旋轉(zhuǎn)將物料翻滾混合同時進行350-650°C溫度下的低溫熱解反應，生物質(zhì)低溫熱解的產(chǎn)物主要為生物質(zhì)焦炭和裂解氣體；
在解熱室螺旋進料機的作用下，熱解產(chǎn)物不斷下行，通過下料管來到下段氣化室，氣化室螺旋進料機通過電機旋轉(zhuǎn)將熱解產(chǎn)物翻滾同時進行900-1100°C溫度下發(fā)生高溫氣化裂解還原反應，產(chǎn)生氣化的生物質(zhì)燃氣，氣化所需高溫來自燃燒室；
生物質(zhì)燃氣由抽氣裝置抽送到慣性分離器進行氣固分離，使產(chǎn)生的氣體得以凈化，然后進入空氣預熱器預熱空氣；
預熱后的空氣與外加生物質(zhì)燃料一同進入燃燒室與從氣化室末端下來的殘?zhí)歼M行劇烈的氧化燃燒，提供給氣化室所需的高溫；
高溫燃煙氣上行至熱解室，為熱解提供熱量，然后從煙氣出口排出；灰渣從灰渣出口排出，收集后進行其它應用。為了達成另一目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置，包括反應爐，所述反應爐下層為燃燒室，位于燃燒室中的中上部位置設置有氣化室，所述氣化室通過朝下的連接口與燃燒室聯(lián)通，氣化室上方設置熱解室，所述熱解室和氣化室通過下料管聯(lián)通；所述熱解室和氣化室內(nèi)分別設置有熱解室螺旋進料機和氣化室螺旋進料機；所述熱解室外圍處的反應爐壁上設置煙氣出口，所述氣化室中部設置有抽氣口。 所述熱解室螺旋進料機通過外部的一號驅(qū)動電機連接帶動旋轉(zhuǎn)，所述熱解室上方開設生物質(zhì)物料進料口 ；所述氣化室螺旋進料機通過外部的二號驅(qū)動電機連接帶動旋轉(zhuǎn)。所述下料管與氣化室水平外壁呈45-90度，且為上細下粗的擴管狀。所述氣化室螺旋進料機長度要超過抽氣口位置，而且抽氣口位置往后的螺旋進料機的螺旋直徑大于抽氣口位置往前的螺旋進料機的螺旋直徑。所述下料管周圍與反應爐內(nèi)壁之間形成煙氣道，此煙氣道外包覆有保溫材料層，此煙道上聯(lián)通至煙氣出口，下連接至燃燒室。所述抽氣口又連接至慣性分離器。所述慣性分離器又連接至空氣預熱器的燃氣進口。所述空氣預熱器上開設空氣進口和燃氣出口，所述空氣預熱器還通過預熱空氣出口連接至燃燒室的燃料及助燃空氣入口。所述燃燒室外圍還開設有灰渣出口。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明結(jié)合生物質(zhì)的熱解特性、生物質(zhì)焦炭(半焦)的氣化特性、焦油的熱裂解及粗生物質(zhì)燃氣特性，將生物質(zhì)熱解氣化制各生物質(zhì)燃氣過程中的熱解段、還原段、氧化過程分開，使各個反應階段在同一裝置中不同室區(qū)相對分開且連續(xù)進行，簡化了生物質(zhì)制備生物質(zhì)燃氣的實驗系統(tǒng)。生物質(zhì)經(jīng)過低溫熱解、焦炭(半焦)的高溫水 蒸汽氣化、焦油熱裂解反應，大幅度降低焦油含量，產(chǎn)生適用于生產(chǎn)生活的高品質(zhì)生物質(zhì)燃氣，達到清潔高效利用生物質(zhì)能。本發(fā)明簡單、高效、節(jié)能、經(jīng)濟和工程實現(xiàn)性強，大幅度地提高了氣化系統(tǒng)的氣化效率、降低了有效生物質(zhì)燃氣耗氧量、增高了生物質(zhì)燃氣的熱值，減少了生物質(zhì)燃氣的焦油含量，提高了整個系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化率和保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明裝置具有節(jié)能環(huán)保，運行連續(xù)，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，可利用秸桿、稻殼、鋸末等生物質(zhì)料熱解制取高品質(zhì)生物質(zhì)燃氣。


圖I為本發(fā)明一種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明一種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置另一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、一號驅(qū)動電機，2、生物質(zhì)物料進料口，3、煙氣出口，4、解熱室螺旋進料機，5、下料管，6、空氣進口，7、空氣預熱器，8、燃氣進口，9、燃氣出口，10、預熱空氣出口，11、氣化室螺旋進料機，12、慣性分離器，13、中間抽氣口，14、二號驅(qū)動電機，15、灰渣出口，16、燃燒室，17、氣化室，18、氣化室與燃燒器連接口，19，燃料及助燃空氣入口。
具體實施例方式有關本發(fā)明的詳細說明及技術(shù)內(nèi)容，配合

如下，然而附圖僅提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。根據(jù)圖I和圖2所示，一種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置，包括反應爐，所述反應爐下層為燃燒室，位于燃燒室中的中上部位置設置有氣化室17，所述氣化室通過朝下的氣化室與燃燒器連接口 18與燃燒室聯(lián)通，以保證生物質(zhì)料氣化后殘余物可進入燃燒室燃燒，氣化室17上方設置熱解室，所述熱解室和氣化室17通過下料管5聯(lián)通；所述熱解室和氣化室內(nèi)分別設置有熱解室螺旋進料機4和氣化室螺旋進料機11 ;所述熱解室外圍處的反應爐壁上設置煙氣出口 3，所述氣化室中部設置有中間抽氣口 13。反應爐上段熱解室為生物質(zhì)熱解反應室，主要以產(chǎn)焦炭為目的；氣化室主要以生成高品質(zhì)燃氣為主，且氣化室長度足夠長，以保證生物質(zhì)料能夠充分還原氣化裂解，降低焦油的產(chǎn)量；而燃燒室則是殘?zhí)颗c空氣進行劇烈氧化燃燒提供充足熱量的地方。所述熱解室螺旋進料機4通過外部的一號驅(qū)動電機I連接帶動旋轉(zhuǎn)，所述熱解室上方開設生物質(zhì)物料進料口 2 ;所述氣化室螺旋進料機11通過外部的二號驅(qū)動電機14連接帶動旋轉(zhuǎn)。螺旋進料機主軸采用耐高溫材料制成。所述下料管5與氣化室17水平外壁呈45-90度，如圖I和圖2所示兩種結(jié)構(gòu)的實施例所示，以保證生物質(zhì)物料在熱解后順利下落至氣化室，且為上細下粗的擴管狀，方便生物質(zhì)料下落與積存。所述氣化室螺旋進料機長度要超過抽氣口 13位置，而且抽氣口位置往后的螺旋進料機的螺旋直徑大于抽氣口位置往前的螺旋進料機的螺旋直徑。所述下料管5周圍與反應爐內(nèi)壁之間形成煙氣道，此煙氣道外包覆有保溫材料層，此煙道上聯(lián)通至煙氣出口 3，下連接至燃燒室。所述抽氣口 13又連接至慣性分離器12。所述慣性分離器12又連接至空氣預熱器7的燃氣進口 8。所述空氣預熱器上開設空氣進口 6和燃氣出口 9，所述空氣預熱器還通過預熱空氣出口 10連接至燃燒室的燃料及助燃空氣入口 19。所述燃燒室外圍還開設有灰渣出口 15。一種三段分離式生物質(zhì)氣化方法，其步驟如下將 生物質(zhì)從生物質(zhì)物料進料口 2投入到熱解室中，熱解室螺旋進料機4通過一號驅(qū)動電機帶動旋轉(zhuǎn)將物料翻滾混合同時進行350-650°C溫度下的低溫熱解反應，生物質(zhì)低溫熱解的產(chǎn)物主要為生物質(zhì)焦炭和裂解氣體；在解熱室螺旋進料機4的作用下，熱解產(chǎn)物不斷下行，通過下料管5來到下段氣化室17，氣化室螺旋進料機11通過二號驅(qū)動電機14旋轉(zhuǎn)將熱解產(chǎn)物翻滾同時進行900-1100°C溫度下發(fā)生高溫氣化裂解還原反應，產(chǎn)生氣化的生物質(zhì)燃氣，氣化所需高溫來自燃燒室；生物質(zhì)燃氣由抽氣裝置抽送到慣性分離器12進行氣固分離，使產(chǎn)生的氣體得以凈化，然后進入空氣預熱器7預熱空氣；預熱后的空氣與外加生物質(zhì)燃料一同進入燃燒室與從氣化室末端下來的殘?zhí)歼M行劇烈的氧化燃燒，提供給氣化室所需的高溫；高溫燃煙氣上行至熱解室，為熱解提供熱量，然后從煙氣出口 3排出；灰渣從灰渣出口 15排出，收集后進行其它應用。運行實例中各種生物質(zhì)的燃氣熱值含水8%_12%的玉米秸桿、木屑等生物質(zhì)得到粗燃氣焦油含量小于15mg/m3，熱值12MJ/m3 — 22MJ/m3，氣化效率超過80%。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，非用以限定本發(fā)明的專利范圍，其他運用本發(fā)明的專利精神的等效變化，均應俱屬本發(fā)明的專利范圍。
權(quán)利要求
1.一種三段分離式生物質(zhì)氣化方法，其步驟如下 將生物質(zhì)從生物質(zhì)物料進料ロ投入到熱解室中，熱解室螺旋進料機通過電機帶動旋轉(zhuǎn)將物料翻滾混合同時進行350-650°C溫度下的低溫熱解反應，生物質(zhì)低溫熱解的產(chǎn)物主要為生物質(zhì)焦炭和裂解氣體； 在解熱室螺旋進料機的作用下，熱解產(chǎn)物不斷下行，通過下料管來到下段氣化室，氣化室螺旋進料機通過電機旋轉(zhuǎn)將熱解產(chǎn)物翻滾同時進行900-1100°C溫度下發(fā)生高溫氣化裂解還原反應，產(chǎn)生氣化的生物質(zhì)燃氣，氣化所需高溫來自燃燒室； 生物質(zhì)燃氣由抽氣裝置抽送到慣性分離器進行氣固分離，使產(chǎn)生的氣體得以凈化，然后進入空氣預熱器預熱空氣； 預熱后的空氣與外加生物質(zhì)燃料一同進入燃燒室與從氣化室末端下來的殘?zhí)歼M行劇烈的氧化燃燒，提供給氣化室所需的高溫； 高溫燃煙氣上行至熱解室，為熱解提供熱量，然后從煙氣出口排出；灰渣從灰渣出口排出，收集后進行其它應用。
2.一種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置，其特征在于，包括反應爐，所述反應爐下層為燃燒室，位于燃燒室中的中上部位置設置有氣化室，所述氣化室通過朝下的連接ロ與燃燒室聯(lián)通，氣化室上方設置熱解室，所述熱解室和氣化室通過下料管聯(lián)通；所述熱解室和氣化室內(nèi)分別設置有熱解室螺旋進料機和氣化室螺旋進料機；所述熱解室外圍處的反應爐壁上設置煙氣出口，所述氣化室中部設置有抽氣ロ。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置，其特征在于，所述熱解室螺旋進料機通過外部的一號驅(qū)動電機連接帶動旋轉(zhuǎn)，所述熱解室上方開設生物質(zhì)物料進料ロ ；所述氣化室螺旋進料機通過外部的二號驅(qū)動電機連接帶動旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置，其特征在干，所述下料管與氣化室水平外壁呈45-90度，且為上細下粗的擴管狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置，其特征在 干，所述氣化室螺旋進料機長度要超過抽氣ロ位置，而且抽氣ロ位置往后的螺旋進料機的螺旋直徑大于抽氣ロ位置往前的螺旋進料機的螺旋直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置，其特征在干，所述下料管周圍與反應爐內(nèi)壁之間形成煙氣道，此煙氣道外包覆有保溫材料層，此煙道上聯(lián)通至煙氣出口，下連接至燃燒室。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置，其特征在于，所述抽氣ロ又連接至慣性分離器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置，其特征在于，所述慣性分離器又連接至空氣預熱器的燃氣進ロ。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的ー種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置，其特征在干，所述空氣預熱器上開設空氣進口和燃氣出口，所述空氣預熱器還通過預熱空氣出ロ連接至燃燒室的燃料及助燃空氣入口。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種三段分離式生物質(zhì)氣化裝置，其特征在于，所述燃燒室外圍還開設有灰渣出口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三段分離式生物質(zhì)氣化方法及裝置，裝置主體為反應爐，上部為熱解室，為生物質(zhì)料熱解反應室。氣化室燃燒室均位于反應爐中，且氣化室位于燃燒室的里面。熱解室與氣化室由下料管相聯(lián)。熱解室、下料管外為煙氣通道。所述上部熱解室設有進料裝置，下部氣化室與燃燒室聯(lián)通，且在氣化室中部設有高溫燃氣抽出口。煙氣經(jīng)由燃燒室沿煙氣道上行至熱解室外圍后由煙氣出口排出。抽出的高溫燃氣經(jīng)分離器分離凈化后進入空氣預熱器。本發(fā)明將生物質(zhì)氣化發(fā)生系統(tǒng)的三個過程完全分離，加長了還原區(qū)的長度，保證焦油裂解所需時間及溫度，從而減少了燃氣中焦油的含量，提高了氣化爐的產(chǎn)氣率及生物質(zhì)燃氣的品質(zhì)。本發(fā)明裝置具有控溫方便，節(jié)能環(huán)保，運行連續(xù)等優(yōu)點。
文檔編號C10J3/66GK102676236SQ201210164798
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者張?zhí)煊? 張新建, 張曉峰, 林國棟, 林宏宇, 林磊, 王兵, 韓奎華, 齊建薈 申請人:濟南寶華新能源技術(shù)有限公司