生物質(zhì)氣化的裝置以及生物質(zhì)氣化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，具體而言，涉及生物質(zhì)氣化的裝置以及生物質(zhì)氣化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物質(zhì)能源是世界第四大能源，儲(chǔ)量?jī)H次于煤炭、石油和天然氣，同時(shí)也是儲(chǔ)量最為豐富的可再生能源。中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)資源非常豐富，僅農(nóng)業(yè)而言，每年有7億噸以上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)生，相當(dāng)于2.5億噸原油。然而，生物質(zhì)能源的利用效率并不高，每年有大量的農(nóng)作物秸桿田地直接焚燒，不僅造成空氣污染、能源浪費(fèi)，還具有極大的安全隱患。由此可見，生物質(zhì)能源的開發(fā)利用具有極其重要的意義。生物質(zhì)氣化是以生物質(zhì)為原料，以空氣、氧氣、水蒸氣、氫氣中的一種或幾種為氣化介質(zhì)，通過高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)，將其可燃部分轉(zhuǎn)化為燃?xì)獾倪^程。生物質(zhì)氣化技術(shù)是將生物質(zhì)能源高效利用的最有效的方法之一。
[0003]然而，目前生物質(zhì)氣化的裝置以及生物質(zhì)氣化的方法仍有待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0005]本發(fā)明是基于發(fā)明人的下列發(fā)現(xiàn)而完成的:
[0006]目前的生物質(zhì)氣化裝置，存在氣化產(chǎn)物焦油含量高、飛灰較多且易堵塞管路以及燃?xì)怙@熱高導(dǎo)致能量損失等問題。發(fā)明人經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)，這主要是由于目前生物質(zhì)氣化裝置中，上吸式固定床氣化爐的燃?xì)獬隹谠O(shè)于氣化爐頂部，熱解段產(chǎn)生的焦油大部分由燃?xì)獬隹谂懦?，?dǎo)致氣化產(chǎn)物中焦油含量較高;而下吸式固定床氣化爐則由于燃?xì)獬隹谖挥跉饣癄t底部，氣化燃?xì)饨?jīng)過氧化段和還原段，導(dǎo)致位于裝置下方的燃?xì)獬隹谔幣懦龅臍饣a(chǎn)物溫度較高且飛灰雜質(zhì)含量高，無法直接利用，從而造成大量燃?xì)怙@熱流失，導(dǎo)致能量利用率較低。此外，目前的上吸式固定床氣化爐以及下吸式固定床氣化爐由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的缺陷，常常導(dǎo)致生物質(zhì)氣化裝置的氣化過程中產(chǎn)生焦油、飛灰多易堵塞管路等問題。
[0007]有鑒于此，在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提出了一種生物質(zhì)氣化的裝置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該裝置包括:上吸式固定床氣化爐，所述上吸式固定床氣化爐包括第一本體，所述第一本體中限定出第一氣化空間用于對(duì)所述生物質(zhì)進(jìn)行氣化以便獲得氣化產(chǎn)物和高溫炭，并且所述第一本體上設(shè)置有第一生物質(zhì)進(jìn)口、第一氣化產(chǎn)物出口、第一氣化產(chǎn)物進(jìn)口和燃?xì)獬隹?；下吸式固定床氣化爐，所述下吸式固定床氣化爐包括第二本體，所述第二本體中限定出第二氣化空間用于對(duì)所述生物質(zhì)進(jìn)行氣化以便獲得氣化產(chǎn)物和高溫炭，并且所述第二本體上設(shè)置有第二生物質(zhì)進(jìn)口、第二氣化產(chǎn)物出口以及第二氣化產(chǎn)物進(jìn)口；其中，所述第一生物質(zhì)進(jìn)口和所述第二生物質(zhì)進(jìn)口分別用于向所述第一氣化空間和所述第二氣化空間中供給生物質(zhì);所述第一氣化產(chǎn)物出口與所述第二氣化產(chǎn)物進(jìn)口相連，用于將所述第一氣化空間中的所述氣化產(chǎn)物輸送至所述第二氣化空間中；所述第二氣化產(chǎn)物出口與所述第一氣化產(chǎn)物進(jìn)口相連，用于將所述第二氣化空間中的所述氣化產(chǎn)物輸送至所述第一氣化空間中；以及燃?xì)獬隹?，所述燃?xì)獬隹谟糜趯饣細(xì)馀懦鏊錾衔焦潭ù矚饣癄t；以及在豎直方向上，所述第二氣化產(chǎn)物進(jìn)口的位置高于所述第二氣化產(chǎn)物出口的位置，所述第一氣化產(chǎn)物進(jìn)口的位置高于所述第一氣化產(chǎn)物出口的位置;所述第一氣化產(chǎn)物進(jìn)口的位置與所述第一氣化產(chǎn)物出口的位置的高度差為所述第一本體高度的三分之一至二分之一。由此，將上吸式固定床氣化爐與下吸式固定床氣化爐相結(jié)合，進(jìn)而提高該裝置的生物質(zhì)氣化效果，降低產(chǎn)物中焦油含量，回收氣化產(chǎn)物中的顯熱并減少氣化產(chǎn)物中的飛灰含量，從而提高該氣化裝置的氣化處理效率。此外，可以將氣化產(chǎn)物從該裝置的適當(dāng)位置排出一個(gè)固定床氣化爐并進(jìn)入另一個(gè)固定床氣化爐，從而保證了該裝置兩個(gè)氣化爐有效地結(jié)合，進(jìn)而提高該裝置的氣化處理效率。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該裝置在豎直方向上，所述第一氣化空間自上而下依次限定出第一干燥段、第一熱解段、第一還原段、第一氧化段，其中，所述第一氣化產(chǎn)物出口設(shè)置在所述第一還原段的側(cè)壁上；以及所述第一氣化產(chǎn)物進(jìn)口設(shè)置在所述第一干燥段的側(cè)壁上。由此，可以將第一氣化空間中處理后的氣體持續(xù)通入第二氣化空間處理，從而可以將兩個(gè)氣化空間進(jìn)行有效結(jié)合，進(jìn)而提高該裝置的氣化處理效率。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該裝置在豎直方向上，第二氣化空間自上而下依次限定出第二干燥段、第二熱解段、第二氧化段、第二還原段，其中，所述第二氣化產(chǎn)物出口設(shè)置在所述第二還原段的側(cè)壁上；以及所述第二氣化產(chǎn)物進(jìn)口設(shè)置在所述第二干燥段的側(cè)壁上。由此，可以將第二氣化空間中處理后的氣體持續(xù)通入第一氣化空間處理，從而可以將兩個(gè)氣化空間進(jìn)行有效結(jié)合，進(jìn)而提高該裝置的氣化處理效率。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該裝置進(jìn)一步包括:第一炭出口，所述第一炭出口設(shè)置在所述第一本體的底部，用于將所述高溫炭排出所述第一氣化空間；第二炭出口，所述第二炭出口設(shè)置在所述第二本體的底部，用于將所述高溫炭排出所述第二氣化空間；第一氣化劑入口，所述第一氣化劑入口設(shè)置在所述第一氧化段的側(cè)壁上，用于向所述第一氣化空間中供給空氣;第二氣化劑入口，所述第二氣化劑入口設(shè)置在所述第二氧化段的側(cè)壁上，用于向所述第二氣化空間中供給空氣；第一換熱器，所述第一換熱器用于使所述高溫炭與低溫空氣進(jìn)行換熱處理，以便獲得高溫空氣和中溫炭，其中，所述第一換熱器包括:第一低溫空氣入口，所述第一低溫空氣入口用于向所述第一換熱器中供給所述低溫空氣；高溫空氣出口，所述高溫空氣出口分別與所述第一氣化劑入口和第二氣化劑入口相連，用于將所述高溫空氣供給至所述第一氣化空間和所述第二氣化空間；高溫炭入口，所述高溫炭入口分別與所述第一炭出口和所述第二炭出口相連，用于將所述高溫炭供給至所述第一換熱器；以及中溫炭出口，所述中溫炭出口用于將所述中溫炭排出所述第一換熱器。由此，通過設(shè)置第一換熱器對(duì)產(chǎn)生的高溫炭進(jìn)行處理，進(jìn)而使高溫炭含有的顯熱得以利用，從而提高該氣化裝置的能源利用效率。
[0011 ]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該裝置進(jìn)一步包括:第二換熱器，所述第二換熱器用于使所述中溫炭與所述低溫空氣進(jìn)行換熱處理，以便獲得中溫空氣和低溫炭;干燥單元，所述干燥單元分別與所述第二換熱器和所述第二生物質(zhì)進(jìn)口相連，用于利用所述中溫空氣對(duì)所述生物質(zhì)進(jìn)行干燥處理，并將經(jīng)過所述干燥處理的所述生物質(zhì)供給至所述第二氣化空間，其中，所述第二換熱器包括:中溫炭入口，所述中溫炭入口與所述中溫炭出口相連，用于將所述中溫炭供給至所述第二換熱器;第二低溫空氣入口，所述第二低溫空氣入口用于將所述低溫空氣供給至所述第二換熱器；以及中溫空氣出口，所述中溫空氣出口與所述干燥單元相連，用于將所述中溫空氣排出所述第二換熱器并供給至所述干燥單元進(jìn)行所述干燥處理。由此，通過設(shè)置第二換熱器以及干燥單元，對(duì)中溫炭以及生物質(zhì)進(jìn)行處理，從而提高該氣化裝置的生物質(zhì)氣化處理效果以及能源利用效率。
[0012]在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提出了一種利用前面描述的生物質(zhì)氣化的裝置進(jìn)行生物質(zhì)氣化的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括:(I)將第一生物質(zhì)在所述上吸式固定床氣化爐中利用高溫空氣進(jìn)行氣化處理，以便得到第一氣化產(chǎn)物和高溫炭，將第二生物質(zhì)在所述下吸式固定床氣化爐中利用高溫空氣進(jìn)行氣化處理，以便得到第二氣化產(chǎn)物和高溫炭；(2)將所述第一氣化產(chǎn)物供給至所述下吸式固定床氣化爐中進(jìn)行焦油高溫裂解處理，并將所述第二氣化產(chǎn)物供給至所述上吸式固定床氣化爐中進(jìn)行氣化處理，以便獲得氣化燃?xì)猓灰约?3)從所述上吸式固定床氣化爐中收集所述氣化燃?xì)?。由此，可以通過將上吸式固定床氣化爐與下吸式固定床氣化爐相結(jié)合的方式，提高該方法的生物質(zhì)處理效率以及處理效果。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在該方法中，所述高溫空氣是在所述第一換熱器中，利用低溫空氣與所述高溫炭進(jìn)行第一換熱而獲得的，并且，所述第一換熱將所述高溫炭轉(zhuǎn)化為中溫炭。由此，可以對(duì)該方法中產(chǎn)生的高溫炭的顯熱進(jìn)行利用，從而提高了該方法的能源利用效率。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括:在將第二生物質(zhì)在所述下吸式固定床氣化爐中利用高溫空氣進(jìn)行氣化處理之前，預(yù)先采用中溫空氣對(duì)所述第二生物質(zhì)進(jìn)行干燥處理，其中，所述中溫空氣是在所述第二換熱器中，通過所述中溫炭與所述低溫空氣進(jìn)行第二換熱而得到的。由此，利用中溫炭預(yù)先預(yù)熱空氣并對(duì)第二生物質(zhì)進(jìn)行干燥，從而提高了該方法的能源利用效率以及生物質(zhì)氣化效率。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在該方法中，所述第一生物質(zhì)具有Imm?3cm的粒徑，不超過50%的含水量，以及所述第二生物質(zhì)具有Imm?5cm的粒徑，不超過30%的含水量。由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法可以降低處理生物質(zhì)時(shí)對(duì)生物質(zhì)粒徑以及含水量的要求，從而簡(jiǎn)化生物質(zhì)前處理過程。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述高溫炭的溫度為550?650攝氏度，所述中溫炭的溫度為300?350攝氏度，所述高溫空氣的溫度為200?250攝氏度，所述中溫空氣的溫度為100?150攝氏度；以及所述上吸式固定床氣化爐中利用的所述高溫空氣的當(dāng)量比為0.18?0.35，所述下吸式固定床氣化爐中利用的所述高溫空氣的當(dāng)量比為0.25?0.4。由此，在保證利用該方法處理的生物質(zhì)氣化完全的基礎(chǔ)上，節(jié)省能量，從而降低利用該方法處理生物質(zhì)的能量消耗。
【附圖說明】
[0017]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于生物質(zhì)氣化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；