專利名稱：基于感應(yīng)加熱的生物質(zhì)氣化制氫反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再生能源領(lǐng)域，特指一種基于感應(yīng)加熱和循環(huán)流化床技術(shù)的生物質(zhì) 制氫反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
我國是一個農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)資源十分豐富，傳統(tǒng)的處理方法(炊事用、野外焚 燒、露天堆積)不僅造成生物質(zhì)資源的低效率利用，同時也污染了環(huán)境。農(nóng)村豐富的可再生 資源——生物質(zhì)能源的深度開發(fā)和利用，是未來能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是保證社會 可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。生物質(zhì)氣化時，可以選擇氧氣、空氣或水蒸氣作為氣化劑。以空氣作為氣化劑時， 部分生物質(zhì)與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，放出熱量，為另一部分生物質(zhì)的熱分解和還原 過程提供所需的反應(yīng)熱，整個氣化過程以自供熱方式運行，由于空氣中含有79%的氮氣，它 不參加氣化反應(yīng)卻稀釋了燃氣中氫氣的含量，得到的合成氣中氮氣含量高達50%左右，氫 氣含量低；水蒸氣作為氣化劑時，合成氣中氫氣含量高，其他可通過蒸汽重整反應(yīng)轉(zhuǎn)換為氫 氣的可燃氣體(如0)、014等)的含量也高于空氣作為氣化劑的情況，在氣化反應(yīng)器中主要 進行的是水蒸氣與炭的還原反應(yīng)、CO與水蒸氣的變換反應(yīng)、各種甲烷化反應(yīng)及生物質(zhì)的熱 分解反應(yīng)等，其主要反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，為促進反應(yīng)正向進行，需要在反應(yīng)器內(nèi)安裝加熱裝 置，提供反應(yīng)所需的反應(yīng)熱。目前常見的加熱方式多為傳統(tǒng)的電阻絲外加熱方式，其缺點是 反復(fù)升溫易導(dǎo)致電阻絲脆斷，降低加熱裝置使用壽命，升溫時間長，加熱效率低。中國專利申請?zhí)枮?00710022295.2的專利申請(熱管供熱的雙固定床生物質(zhì)反 應(yīng)器系統(tǒng))說明書公開了一種熱管供熱的雙固定床生物質(zhì)反應(yīng)器，該反應(yīng)器用兩個固定床 作為氣化反應(yīng)器或反應(yīng)室，以封閉熱管內(nèi)的工質(zhì)作為熱載體，間接提供生物質(zhì)與水蒸氣發(fā) 生氣化反應(yīng)所需的反應(yīng)熱，但該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是密封性要求較高，若個別熱管部件發(fā) 生泄漏則影響系統(tǒng)整體運行。中國專利申請?zhí)枮?00910116483. 0的專利申請(內(nèi)燃加熱旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)氣化 爐)說明書公開了一種旋轉(zhuǎn)錐式生物質(zhì)氣化反應(yīng)器，由內(nèi)外兩個同心錐共同組成，內(nèi)錐不 動，外錐繞軸旋轉(zhuǎn)，其支撐外伸軸的內(nèi)部軸承必須要能夠在高溫和高粉塵工況下長時間工 作，此外這種反應(yīng)器需要沙子等惰性熱載體在兩個錐體間作間歇運動，對高溫壁面的磨損 相當(dāng)嚴(yán)重，因此其具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、使用壽命短等不足。感應(yīng)加熱是一種無接觸選擇加熱導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料的技術(shù)，它利用電磁感應(yīng)的方法 使被加熱材料的內(nèi)部產(chǎn)生電流，依靠這些渦流的能量達到加熱目的。感應(yīng)加熱技術(shù)應(yīng)用于 冶金工業(yè)已經(jīng)多年，用以加熱金屬，如熔化、冶煉、熱處理、焊接合修補等，具有溫度易控制、 加熱速度快、損耗極低、綠色環(huán)保等優(yōu)點。循環(huán)流化床技術(shù)是近年來在國際上發(fā)展起來的新 一代高效、低污染清潔燃燒技術(shù)，基于循環(huán)流化床技術(shù)的生物質(zhì)氣化反應(yīng)器具有原料適應(yīng) 性廣、生產(chǎn)強度高、氣體熱值比固定床氣化爐高、負荷 適應(yīng)能力強等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計一種采用感應(yīng)加熱技術(shù)提供反應(yīng)熱，既不需要熱載體，也不含運動部件，運行連續(xù)，加熱均勻，節(jié)能環(huán)保，結(jié)構(gòu)簡單， 操作方便的生物質(zhì)流化床氣化制氫反應(yīng)器，可對秸稈、稻殼、鋸末等生物質(zhì)原料進行熱解氣 化，制取富氫合成氣。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種基于感應(yīng)加熱的生物質(zhì)流化床氣化制氫反應(yīng)器，包括反應(yīng)器殼體、旋風(fēng)除塵 器、生物質(zhì)進料口、布風(fēng)板、高溫蒸汽進汽口、富氫合成氣出口、旋風(fēng)除塵器、返料裝置、返料 蒸汽進汽口和返料口，所述反應(yīng)器殼體由反應(yīng)器上殼體、筒狀爐襯和反應(yīng)器下殼體組成，反 應(yīng)器上殼體一側(cè)與旋風(fēng)除塵器相連，另一側(cè)與生物質(zhì)進料口相連，底部與筒狀爐襯套接，筒 狀爐襯內(nèi)懸置感應(yīng)加熱件，電感應(yīng)線圈繞置于筒狀爐襯外部，電感應(yīng)線圈兩端引出與感應(yīng) 加熱電源連接，筒狀爐襯底部與反應(yīng)器下殼體套接，反應(yīng)器下殼體內(nèi)部設(shè)置有布風(fēng)板，底部 設(shè)置有返料蒸汽進汽口，返料裝置分別與旋風(fēng)除塵器的底部和反應(yīng)器下殼體的返料口相 連，返料裝置底部設(shè)置有返料蒸汽進汽口。所述電感應(yīng)線圈為繞置于筒狀爐襯上的至少一圈空心銅管，內(nèi)部空心為冷卻液通 道，空心銅管外部包裹耐高溫電絕緣帶。所述感應(yīng)加熱電源為可控硅中頻電源或中頻IGBT電源。所述感應(yīng)加熱件為下端設(shè)計成圓錐形的至少一個圓柱體，豎直懸置于筒狀爐襯 中。所述筒狀爐襯由碳化硅材質(zhì)或剛玉材質(zhì)制成。所述感應(yīng)加熱件由特質(zhì)鉻鈮鋁合金、鎳鐵鉻鋁合金或Cr28Ni20MoW耐熱鋼制成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出優(yōu)點和積極效果采用高溫蒸汽作為氣化劑，產(chǎn)物氣中的氫氣以及可通過蒸汽重整工藝轉(zhuǎn)換為氫氣 的氣體含量均高于使用空氣作為氣化劑的情況；感應(yīng)加熱件從內(nèi)部對流化狀態(tài)的生物質(zhì) 料進行直接加熱，所有生物質(zhì)料均有機會與感應(yīng)加熱件接觸而受熱，增強了生物質(zhì)料的受 熱均勻性；通過調(diào)整感應(yīng)加熱電源功率，可實現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng)溫度精確控制，進而控制熱 解產(chǎn)物氣的成分；采用耐高溫、導(dǎo)磁性和導(dǎo)熱性良好的耐高溫合金材料作為感應(yīng)加熱件，升 溫速度快，有利于蓄熱和傳熱；與傳統(tǒng)的電阻絲外加熱方式相比，電能消耗可降低40% 80% ；具有較廣泛的原料適應(yīng)性，可利用豐富的各種生物質(zhì)資源制取富氫合成氣。


圖1表示本發(fā)明的生物質(zhì)氣化制氫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2表示基于實施本發(fā)明的感應(yīng)加熱技術(shù)原理圖；圖3表示基于實施本發(fā)明的感應(yīng)加熱部分剖視圖；圖中1.反應(yīng)器上殼體，2.生物質(zhì)進料口，3.筒狀爐襯，4.感應(yīng)加熱電源，5.電感 應(yīng)線圈，6.反應(yīng)器下殼體，7.布風(fēng)板，8.高溫蒸汽進汽口，9.富氫合成氣出口，10.旋風(fēng)除塵 器，11.返料裝置，12.返料蒸汽進汽口，13.返料口，14.感應(yīng)加熱件。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述如圖1所示，反應(yīng)器上殼體1 一側(cè)與旋風(fēng)除塵器10相連，另一側(cè)與生物質(zhì)進料口 2 相連，底部與筒狀爐襯3相套接，筒狀爐襯3內(nèi)懸置感應(yīng)加熱件14，電感應(yīng)線圈5繞置于筒 狀爐襯3外部，電感應(yīng)線圈5兩端引出與感應(yīng)加熱電源4連接，筒狀爐襯3底部與反應(yīng)器下 殼體6相套接，返料口 13位于布風(fēng)板7上方，高溫蒸汽進汽口 8位于反應(yīng)器下殼體6底部。 返料裝置11位于旋風(fēng)除塵器10的正下方，分別與旋風(fēng)除塵器10的底部和反應(yīng)器下殼體6 的返料口 13相連。感應(yīng)加熱電源4為現(xiàn)有成熟產(chǎn)品，可采用中頻可控硅電源或中頻IGBT 電源為電感應(yīng)線圈5提供交變電流，使感應(yīng)加熱件14內(nèi)部產(chǎn)生電渦流，表面升溫至800 1000°C。如圖2、圖3所示，電感應(yīng)線圈5為繞置于筒狀爐襯3上的至少一圈空心銅管，其內(nèi) 部空心為冷卻液通道，外部包裹耐高溫電絕緣帶。感應(yīng)加熱件14是由能耐受1500°C高溫的 特質(zhì)鉻鈮鋁合金、鎳鐵鉻鋁合金或Cr28M20MoW耐熱鋼等耐高溫材料制成的多個圓柱體， 豎直懸置于筒狀爐襯3中，下端設(shè)計成圓錐形，以減小其對生物質(zhì)料流化時流場的影響。筒 狀爐襯3由碳化硅材質(zhì)或剛玉材質(zhì)制成。使用時，生物質(zhì)料由螺旋進料設(shè)備推進入反應(yīng)器上殼體1，在重力作用下，向反應(yīng) 器下殼體6沉降，高溫蒸汽由反應(yīng)器下殼體6底部的高溫蒸汽進汽口 8進入反應(yīng)器，經(jīng)布風(fēng) 板7調(diào)節(jié)，使生物質(zhì)料流化并與感應(yīng)加熱件14充分接觸，感應(yīng)加熱電源4為電感應(yīng)線圈5 提供交變電流，電感應(yīng)線圈5中產(chǎn)生的交變磁場使感應(yīng)加熱件14內(nèi)部形成渦流，表面升溫 到800 IOOiTC，為生物質(zhì)與高溫水蒸氣發(fā)生熱解反應(yīng)提供所需反應(yīng)熱，熱解生成的含有 H2,CO,CH4,CO2等熱解產(chǎn)物氣的富氫合成氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器10凈化后從上端富氫合成氣出口 9引出，未參加反應(yīng)的生物質(zhì)料被旋風(fēng)除塵器10截留后沉降入返料裝置11，經(jīng)來自返料蒸 汽進汽口 12的蒸汽輸送，再次進入反應(yīng)器內(nèi)參加熱解反應(yīng)。通過調(diào)整感應(yīng)加熱電源4的功 率使反應(yīng)器內(nèi)溫度維持在800 1000 V，控制感應(yīng)加熱件14的表面溫度，實現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)部 反應(yīng)溫度的精確控制。
權(quán)利要求
一種基于感應(yīng)加熱的生物質(zhì)流化床氣化制氫反應(yīng)器，包括反應(yīng)器殼體、旋風(fēng)除塵器(10)、生物質(zhì)進料口(2)、布風(fēng)板(7)、高溫蒸汽進汽口(8)、富氫合成氣出口(9)、旋風(fēng)除塵器(10)、返料裝置(11)、返料蒸汽進汽口(12)和返料口(13)，其特征在于反應(yīng)器殼體由反應(yīng)器上殼體(1)、筒狀爐襯(3)和反應(yīng)器下殼體(6)組成，反應(yīng)器上殼體(1)一側(cè)與旋風(fēng)除塵器(10)相連，反應(yīng)器上殼體(1)另一側(cè)與生物質(zhì)進料口(2)相連，反應(yīng)器上殼體(1)底部與筒狀爐襯(3)套接；筒狀爐襯(3)內(nèi)懸置感應(yīng)加熱件(14)，電感應(yīng)線圈(5)繞置于筒狀爐襯(3)外部，電感應(yīng)線圈(5)兩端引出與感應(yīng)加熱電源(4)連接，筒狀爐襯(3)底部與反應(yīng)器下殼體(6)套接，反應(yīng)器下殼體(6)內(nèi)部設(shè)置有布風(fēng)板(7)，底部設(shè)置有返料蒸汽進汽口(8)，返料裝置(11)分別與旋風(fēng)除塵器(10)的底部和反應(yīng)器下殼體(6)的返料口(13)相連，返料裝置(11)底部設(shè)置有返料蒸汽進汽口(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于感應(yīng)加熱的生物質(zhì)流化床氣化制氫反應(yīng)器，其特征是 所述電感應(yīng)線圈(5)為繞置于筒狀爐襯(3)上的至少一圈空心銅管，內(nèi)部空心為冷卻液通 道，空心銅管外部包裹耐高溫電絕緣帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于感應(yīng)加熱的生物質(zhì)流化床氣化制氫反應(yīng)器，其特征是 所述感應(yīng)加熱電源(4)為可控硅中頻電源或中頻IGBT電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于感應(yīng)加熱的生物質(zhì)流化床氣化制氫反應(yīng)器，其特征是 所述感應(yīng)加熱件(14)為下端設(shè)計成圓錐形的至少一個圓柱體，豎直懸置于筒狀爐襯(3) 中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于感應(yīng)加熱的生物質(zhì)流化床氣化制氫反應(yīng)器，其特征是 所述筒狀爐襯(3)由碳化硅材質(zhì)或剛玉材質(zhì)制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于感應(yīng)加熱的生物質(zhì)流化床氣化制氫反應(yīng)器，其特征 是所述感應(yīng)加熱件(14)由特質(zhì)鉻鈮鋁合金、鎳鐵鉻鋁合金或Cr28Ni20MoW耐熱鋼制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及可再生能源領(lǐng)域，特指一種基于感應(yīng)加熱和循環(huán)流化床技術(shù)的生物質(zhì)制氫反應(yīng)器，其特點是反應(yīng)器上殼體一側(cè)與旋風(fēng)除塵器相連，另一側(cè)與生物質(zhì)進料口相連，底部與筒狀爐襯套接，筒狀爐襯內(nèi)懸置感應(yīng)加熱件，電感應(yīng)線圈繞置于筒狀爐襯外部，電感應(yīng)線圈兩端引出與感應(yīng)加熱電源連接，筒狀爐襯底部與下殼體套接，下殼體內(nèi)部設(shè)有布風(fēng)板，底部設(shè)有高溫水蒸氣進汽口，返料裝置與旋風(fēng)除塵器底部和返料口相連，返料裝置底部設(shè)有返料蒸汽進汽口。電感應(yīng)線圈為繞置于筒狀爐襯上的空心銅管，感應(yīng)加熱件為多個圓柱體。本發(fā)明具有加熱均勻，節(jié)能環(huán)保，運行連續(xù)，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，可利用秸稈、稻殼、鋸末等生物質(zhì)料熱解制取富氫合成氣。
文檔編號C01B3/02GK101857197SQ20101019574
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者仲敏波, 何志霞, 吉恒松, 成珊, 王謙 申請人:江蘇大學(xué)