生物質(zhì)在線(xiàn)催化氣化方法及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)在線(xiàn)催化氣化方法及系統(tǒng)，為解決現(xiàn)有技術(shù)氣化效率低問(wèn)題，其由旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口通過(guò)送風(fēng)機(jī)向載體加熱單元輸送含載體灰料，含載體灰料經(jīng)過(guò)除塵、排尾氣、加熱后得到的熱載體進(jìn)入載體螺旋進(jìn)料器；由旋風(fēng)分離反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物經(jīng)焦油裂解通道內(nèi)附裂解催化劑裂解其中焦油成不可冷凝成份后，大部分由燃?xì)廨斔凸苈愤M(jìn)入凈化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)凈化后儲(chǔ)入儲(chǔ)氣罐，少部分由高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓后將生物質(zhì)料和來(lái)自載體螺旋進(jìn)料器的載體送入所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器。所述生物質(zhì)料和來(lái)自載體螺旋進(jìn)料器的700-900℃熱載體由來(lái)自高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)的高溫載氣載入旋風(fēng)分離反應(yīng)器上部進(jìn)料口。來(lái)自燃?xì)廨斔凸苈返臍怏w產(chǎn)物經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)的噴淋凈化后儲(chǔ)入儲(chǔ)氣罐。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、氣化效率高、除焦油效果好的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
生物質(zhì)在線(xiàn)催化氣化方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)氣化方法，特別涉及到一種生物質(zhì)在線(xiàn)催化氣化方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物質(zhì)吸收陽(yáng)光通過(guò)光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化成碳水化合物，是地球上唯一含碳 可再生能源，是保障未來(lái)能源供應(yīng)和減排二氧化碳的重要選擇。生物能源被認(rèn)為是同時(shí)解 決能源及環(huán)境問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)和諧發(fā)展的重要途徑之一，它是僅次于煤、石油、天然 氣等化石能源的第四大能源，占世界能源消耗14%。生物質(zhì)可以通過(guò)各種轉(zhuǎn)化途徑，如碳 化、裂解、液化、氣化等途徑制備燃料，然而氣化技術(shù)路線(xiàn)是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位燃料研究 最為廣泛，工業(yè)化推廣認(rèn)可度最高的技術(shù)之一。中國(guó)可用的固體生物質(zhì)數(shù)量巨大，主要以農(nóng) 業(yè)廢棄物和木材廢物為主。由于中國(guó)地域廣闊，生物質(zhì)分布分散，收集和運(yùn)輸困難，在中國(guó) 目前的條件下，難以采用大規(guī)模生物質(zhì)氣化技術(shù)，所以中小規(guī)模的生物質(zhì)氣化工藝在中國(guó) 有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。生物質(zhì)可燃?xì)饧瓤梢怨┕I(yè)生產(chǎn)直接燃用，也可以進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供，從而 實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的高效清潔利用。
[0003] 生物質(zhì)氣化是指生物質(zhì)在高溫（> 700°C )條件下，與氣化劑（空氣、氧氣和水蒸 汽）反應(yīng)，不完全氧化，得到小分子可燃混合氣體的過(guò)程。從不同的角度對(duì)生物質(zhì)氣化技術(shù) 進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)所用氣化劑不同，可以細(xì)分為空氣氣化、水蒸氣氣化、氧氣氣化、氫氣氣化 等，氣體產(chǎn)物主要有〇)、氏、〇) 2、〇14、隊(duì)以及(：|11凡等烷烴類(lèi)碳?xì)浠衔?。使用不同的氣化劑?采取不同過(guò)程運(yùn)行條件，可以得到三種不同熱值的可燃?xì)猓旱蜔嶂?00-1000大卡/m 3(使 用空氣和蒸汽）；中等熱值2300-3800大卡/m3(使用氧氣和蒸汽）；高熱值> 4500大卡/ m3(使用氫氣）。采用空氣外的其它氣化劑在工業(yè)應(yīng)用中存在的一個(gè)重要問(wèn)題是生物質(zhì)與 氣化劑的反應(yīng)相對(duì)較為緩慢，使得生物質(zhì)在有限的反應(yīng)器空間以及反應(yīng)時(shí)間內(nèi)難以充分反 應(yīng)；因此如何實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)在特定氣化介質(zhì)下的高效氣化反應(yīng)是目前亟待解決的一個(gè)重要技 術(shù)問(wèn)題。根據(jù)采用的氣化反應(yīng)爐的不同又可分為固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化。 目前國(guó)內(nèi)生物質(zhì)氣化所采用的爐型一般包括固定床氣化爐和流化床氣化爐。但是固定床 氣化爐由于生產(chǎn)能力小、焦油產(chǎn)量大、氣化效率低并且不能進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)等缺 點(diǎn)并未得到大規(guī)模的應(yīng)用。而流化床氣化爐由于氣化效率高、原料適應(yīng)范圍廣、合成氣焦 油含量低并可以大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)成為氣化的首選方式。中國(guó)科學(xué)院廣州能源所、 中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所、清華大學(xué)等許多單位在生物質(zhì)氣化方面開(kāi)展了大 量研發(fā)工作。專(zhuān)利200910259509. 7公開(kāi)了一種兩次進(jìn)風(fēng)氣化裝置，具有產(chǎn)氣量大的特點(diǎn)。 專(zhuān)利200680049102. 6公開(kāi)了一種外部加熱回轉(zhuǎn)爐式氣化裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢(shì)。專(zhuān) 利201010502958. 2設(shè)計(jì)了一種帶有多重過(guò)濾裝置的氣化工藝，可以生產(chǎn)無(wú)焦油潔凈燃?xì)狻?國(guó)際上，美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)在該領(lǐng)域具有領(lǐng)先水平，其設(shè)計(jì)一般自動(dòng)化程度高，但工藝復(fù) 雜，以發(fā)電和供熱為主。如，加拿大摩爾公司（Moore Canada ltd.)采用的固定床濕式上吸 式氣化工藝、德國(guó)因貝爾特能源公司（Imbert Energietechnik GMBH)設(shè)計(jì)制造的下吸式氣 化器-內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)等等，氣化效率可達(dá)60%~90%。整體上來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有專(zhuān)利和技 術(shù)所述的生物質(zhì)氣化工藝存在一個(gè)重大缺陷：所需氣化劑用量大，導(dǎo)致產(chǎn)氣的熱值不高，通 常在1000-2000大卡每立方米。目前投入運(yùn)行的很多生物質(zhì)氣化工藝存在流程復(fù)雜，運(yùn)行 成本高，生物質(zhì)種類(lèi)適應(yīng)性差，氣化效率低，焦油產(chǎn)量大等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)存氣化技術(shù)的各種缺陷，提供一種運(yùn)行成本低、氣化 效率高、除焦油效果好，產(chǎn)氣熱值高的生物質(zhì)在線(xiàn)催化氣化方法及系統(tǒng)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明生物質(zhì)在線(xiàn)催化氣化方法由旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口 通過(guò)送風(fēng)機(jī)向載體加熱單元輸送含載體灰料，含載體灰料經(jīng)過(guò)除塵、排尾氣、加熱后得到的 熱載體進(jìn)入載體螺旋進(jìn)料器；由旋風(fēng)分離反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物經(jīng)焦油裂解通道內(nèi)附裂 解催化劑裂解其中焦油成不可冷凝成份后，大部分由燃?xì)廨斔凸苈愤M(jìn)入凈化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)凈 化系統(tǒng)凈化后儲(chǔ)入儲(chǔ)氣罐，少部分由高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓后將生物質(zhì)料和來(lái)自載體螺旋進(jìn)料 器的載體送入所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器。具有運(yùn)行成本低、氣化效率高、除焦油效果好，產(chǎn)氣熱 值高的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 作為優(yōu)化，所述含載體灰料在載體加熱單元與經(jīng)預(yù)熱的空氣混合燃燒，被加熱的 載體進(jìn)入所述載體螺旋進(jìn)料器，燃燒后的灰燼及尾氣進(jìn)入除塵裝置，除塵裝置除去其中灰 分并將除塵后的尾氣送入換熱器，換熱器將冷空氣加熱后送入所述載體加熱單元，換熱器 還將加熱冷空氣后的尾氣排出。
[0007] 作為優(yōu)化，所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入送風(fēng)機(jī)；所述載體為 砂子、陶瓷球等易流化的固體物質(zhì)，或者是沸石、白云石、活性氧化鋁等為材料做成的球狀 催化劑材料；所述裂解催化劑為鎳、鉑、鈀等貴金屬類(lèi)型焦油裂解催化劑。
[0008] 作為優(yōu)化，所述生物質(zhì)料和來(lái)自載體螺旋進(jìn)料器的700-900°C熱載體由來(lái)自高溫 循環(huán)風(fēng)機(jī)的高溫載氣載入旋風(fēng)分離反應(yīng)器上部進(jìn)料口。
[0009] 作為優(yōu)化，來(lái)自燃?xì)廨斔凸苈返臍怏w產(chǎn)物經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)的噴淋凈化后儲(chǔ)入儲(chǔ)氣 罐。
[0010]用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法的系統(tǒng)包括旋風(fēng)分離反應(yīng)器、凈化系統(tǒng)、儲(chǔ)氣罐、高溫循 環(huán)風(fēng)機(jī)、熱載體螺旋進(jìn)料器、載體加熱單元；旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口通過(guò)送風(fēng)機(jī)向載體 加熱單元輸送含載體灰料，含載體灰料經(jīng)過(guò)除塵、排尾氣、加熱后得到的熱載體進(jìn)入載體螺 旋進(jìn)料器；由旋風(fēng)分離反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物經(jīng)焦油裂解通道內(nèi)附裂解催化劑裂解其中 焦油成不可冷凝成份后，大部分由燃?xì)廨斔凸苈愤M(jìn)入凈化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)凈化后儲(chǔ)入 儲(chǔ)氣罐，少部分由高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓后將生物質(zhì)料和來(lái)自載體螺旋進(jìn)料器的載體送入所述 旋風(fēng)分離反應(yīng)器。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、氣化效率高、除焦油效果好，產(chǎn)氣熱值高的優(yōu) 點(diǎn)。
[0011] 作為優(yōu)化，所述含載體灰料在載體加熱單元與經(jīng)預(yù)熱的空氣混合燃燒，被加熱的 載體進(jìn)入所述載體螺旋進(jìn)料器，燃燒后的灰燼及尾氣進(jìn)入除塵裝置，除塵裝置除去其中灰 分并將除塵后的尾氣送入換熱器，換熱器將冷空氣加熱后送入所述載體加熱單元，換熱器 還將加熱冷空氣后的尾氣排出。
[0012] 作為優(yōu)化，所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入送風(fēng)機(jī)；所述載體為 砂子、陶瓷球等易流化的固體物質(zhì)，或者是沸石、白云石、活性氧化鋁等為材料做成的球狀 或顆粒狀催化劑材料；所述裂解催化劑為鎳、鉑、鈀等貴金屬類(lèi)型焦油裂解催化劑。
[0013] 作為優(yōu)化，所述生物質(zhì)料和來(lái)自載體螺旋進(jìn)料器的700-900°C熱載體由來(lái)自高溫 循環(huán)風(fēng)機(jī)的高溫載氣載入旋風(fēng)分離反應(yīng)器上部進(jìn)料口。
[0014] 作為優(yōu)化，所述凈化系統(tǒng)由噴淋塔、循環(huán)水箱、循環(huán)水栗和管道組成，所述循環(huán)水 箱位于噴淋塔下方用于承接噴淋塔落下的噴淋水，所述循環(huán)水栗通過(guò)管道將循環(huán)水箱的水 抽到噴淋塔上供噴淋，所述燃?xì)廨斔凸苈仿?lián)通所述噴淋塔的進(jìn)氣口，噴淋塔的出氣口聯(lián)通 所述儲(chǔ)氣罐；來(lái)自燃?xì)廨斔凸苈返臍怏w產(chǎn)物經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)的噴淋凈化后儲(chǔ)入儲(chǔ)氣罐。
[0015] 所述進(jìn)料系統(tǒng)包括依次連接的軸流風(fēng)機(jī)、送風(fēng)管道、載體加熱單元的出料口、螺旋 進(jìn)料器和旋風(fēng)分離反應(yīng)器。送風(fēng)管道與載體加熱單元的出料口、螺旋進(jìn)料器的出口三者交 匯，然后與旋風(fēng)分離反應(yīng)器的進(jìn)口相連。在進(jìn)料系統(tǒng)中，采用氣化過(guò)程產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物攙和 少量氣化劑作為流化氣，實(shí)現(xiàn)熱載體與生物質(zhì)的預(yù)混及進(jìn)料。所述熱載體是為氣化過(guò)程提 供熱源，熱載體與生物質(zhì)直接接觸換熱。熱載體可以為砂子、陶瓷球等易流化的固體物質(zhì)， 也可以是沸石、白云石、活性氧化鋁等為材料做成的球狀或顆粒狀催化劑材料，催化劑的 主要目的是將生物質(zhì)中的氧分子以二氧化碳的形式除去，將生物質(zhì)裂解為氧含量較低的氣 體。熱載體進(jìn)入旋風(fēng)分離反應(yīng)器之前的溫度是700-900度。
[0016] 所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器的主體結(jié)構(gòu)采用旋風(fēng)分離設(shè)計(jì)，發(fā)明專(zhuān)利201310623246. X "一種旋風(fēng)分離器"詳細(xì)闡述了旋風(fēng)分離裝置的結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明專(zhuān)利將冷態(tài)旋風(fēng)分離裝置 變?yōu)楦邷貧饣磻?yīng)器。生物質(zhì)在高溫的作用下，氣化成小分子不可冷凝氣體，氣體產(chǎn)物在反 應(yīng)器內(nèi)通過(guò)旋風(fēng)分離原理實(shí)現(xiàn)氣-固相分離?；曳?、生物碳副產(chǎn)物以及熱載體在重力作用 下從旋風(fēng)分離反應(yīng)器的底部流出，通過(guò)載體循環(huán)回路進(jìn)入載體加熱單元。
[0017] 所述載體循環(huán)利用回路包括旋轉(zhuǎn)閥門(mén)、從旋風(fēng)分離反應(yīng)器的卸料口到載體加熱單 元的管線(xiàn)，以及熱載體的出料管路。所述載體加熱單元可以采用流化床反應(yīng)器或其它類(lèi)型 的燃燒器。在載體加熱單元內(nèi)，氣化過(guò)程的副產(chǎn)物（碳粉）在空氣氣氛中燃燒，燃燒產(chǎn)生的 熱用來(lái)加熱熱載體?？諝馔ㄟ^(guò)鼓風(fēng)機(jī)吹入載體加熱單元。在將空氣吹入載體加熱單元前需 要預(yù)熱?？諝忸A(yù)熱可以采用市場(chǎng)現(xiàn)有的換熱裝置，采用載體加熱單元的高溫尾氣作為熱源。
[0018] 所述載體加熱單元的出口與除塵裝置的入口相連；除塵裝置可以采用旋風(fēng)分離器 或其它類(lèi)型除塵裝置；除塵裝置的出口與尾氣排放管路的入口相連。
[0019] 所述旋風(fēng)分離器的頂端設(shè)有焦油裂解通道，氣體產(chǎn)物從旋風(fēng)分離器的上方經(jīng)焦油 裂解通道流出反應(yīng)器。焦油裂解通道的內(nèi)壁負(fù)載焦油裂解催化劑；催化劑可以采用鎳、鉑、 鈀等貴金屬類(lèi)型焦油裂解催化劑。在高溫和催化劑的作用下，氣體產(chǎn)物中的少量焦油成分 進(jìn)一步分解為不可冷凝氣體。焦油裂解通道的出口與引風(fēng)機(jī)、凈化系統(tǒng)依次相連。其中，凈 化系統(tǒng)由噴淋塔、噴淋塔下方的循環(huán)水箱、循環(huán)水箱底部的循環(huán)水栗、以及將循環(huán)水栗與噴 淋塔連接的管道構(gòu)成；凈化系統(tǒng)氣體出口與儲(chǔ)氣裝置連接。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：
[0021] 1)本方法使用的載氣用量少，這主要是因?yàn)闊彷d體的使用方式。傳統(tǒng)流化床反應(yīng) 器，必須使用大量的載氣使床體材料（熱載體）流化，大量載氣的使用降低了產(chǎn)氣的熱值。 而本方法無(wú)需將熱載體鼓泡流化，只需要少量載氣（空氣或者氧氣）將熱載體吹入反應(yīng)器 即可。解決了氣體產(chǎn)物被大量載氣稀釋的缺陷。跟流化床反應(yīng)器相比，可以降低60-80%的 載氣用量，產(chǎn)氣的熱值提高3倍以上。
[0022] 2)載體加熱單元與旋風(fēng)分離反應(yīng)器獨(dú)立運(yùn)作，帶來(lái)兩個(gè)有益效果：一是使用催 化劑做載體時(shí)可在載體加熱單元實(shí)現(xiàn)催化劑的激活；二是旋風(fēng)分離反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有傳熱介 質(zhì)，因此反應(yīng)器可以頻繁起停。運(yùn)行過(guò)程中，氣化系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷可在設(shè)計(jì)負(fù)荷的20%~ 110%之間變動(dòng)。注：設(shè)計(jì)負(fù)荷是由反應(yīng)器的體積和工藝流程決定的。最低負(fù)荷是設(shè)計(jì)負(fù)荷 的20%，這是因?yàn)樵?0%負(fù)荷時(shí)副產(chǎn)物生物碳剛好可以提供反應(yīng)過(guò)程所需熱量。最高負(fù)荷 110%是由反應(yīng)器的體積決定的，超過(guò)這一負(fù)荷反應(yīng)器將超載，會(huì)導(dǎo)致氣路堵塞。
[0023] 3)與固定床反應(yīng)器相比，采用旋風(fēng)分離式設(shè)計(jì)可以提高氣固分離速率40倍以上， 在進(jìn)行氣化反應(yīng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高效氣固分離。相比而言，固定床工藝加熱比較緩慢，需較長(zhǎng) 時(shí)間達(dá)到反應(yīng)溫度，不易頻繁啟停；流化床結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝后不易移動(dòng)，由于受氣流速度 必須滿(mǎn)足流化條件所限，只能在設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%~120%之間變化。
[0024] 4)系統(tǒng)無(wú)需外部熱源，氣化過(guò)程產(chǎn)生的生物碳副產(chǎn)物在載體加熱單元內(nèi)燃燒可以 提供氣化過(guò)程全部熱量。
[0025] 5)本發(fā)明具有設(shè)備緊湊、集成度高、綜合經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)，更適合工業(yè)化應(yīng)用。
[0026] 采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明生物質(zhì)在線(xiàn)催化氣化方法及系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn) 行成本低、氣化效率高、除焦油效果好的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是本發(fā)明生物質(zhì)在線(xiàn)催化氣化方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 如圖所示，本發(fā)明生物質(zhì)在線(xiàn)催化氣化方法由旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口通過(guò)送 風(fēng)機(jī)向載體加熱單元輸送含載體灰料，含載體灰料經(jīng)過(guò)除塵、排尾氣、加熱后得到的熱載體 進(jìn)入載體螺旋進(jìn)料器；由旋風(fēng)分離反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物經(jīng)焦油裂解通道內(nèi)附裂解催化 劑裂解其中焦油成不可冷凝成份后，大部分由燃?xì)廨斔凸苈愤M(jìn)入凈化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng) 凈化后儲(chǔ)入儲(chǔ)氣罐，少部分由高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓后將生物質(zhì)料和來(lái)自載體螺旋進(jìn)料器的載 體送入所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器。來(lái)自燃?xì)廨斔凸苈返臍怏w產(chǎn)物經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)的噴淋凈化后儲(chǔ) 入儲(chǔ)氣罐。
[0029] 所述含載體灰料在載體加熱單元與經(jīng)預(yù)熱的空氣混合燃燒，被加熱的載體進(jìn)入所 述載體螺旋進(jìn)料器，燃燒后的灰燼及尾氣進(jìn)入除塵裝置，除塵裝置除去其中灰分并將除塵 后的尾氣送入換熱器，換熱器將冷空氣加熱后送入所述載體加熱單元，換熱器還將加熱冷 空氣后的尾氣排出。
[0030] 所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入送風(fēng)機(jī)；所述載體為砂子、陶瓷 球等易流化的固體物質(zhì)，或者是沸石、白云石、活性氧化鋁等為材料做成的球狀或顆粒狀催 化劑材料；所述裂解催化劑為鎳、鉑、鈀等貴金屬類(lèi)型焦油裂解催化劑。所述生物質(zhì)料和來(lái) 自載體螺旋進(jìn)料器的700-900°C熱載體由來(lái)自高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)的高溫載氣載入旋風(fēng)分離反應(yīng) 器上部進(jìn)料口。具有在線(xiàn)催化氣化工藝，可以實(shí)現(xiàn)氣化速率快，產(chǎn)氣熱值高，產(chǎn)氣無(wú)焦油的 特點(diǎn)。
[0031] 用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法的系統(tǒng)包括旋風(fēng)分離反應(yīng)器、凈化系統(tǒng)、儲(chǔ)氣罐、高溫循 環(huán)風(fēng)機(jī)、熱載體螺旋進(jìn)料器、載體加熱單元；旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口通過(guò)送風(fēng)機(jī)向載體 加熱單元輸送含載體灰料，含載體灰料經(jīng)過(guò)除塵、排尾氣、加熱后得到的熱載體進(jìn)入載體螺 旋進(jìn)料器；由旋風(fēng)分離反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物經(jīng)焦油裂解通道內(nèi)附裂解催化劑裂解其中 焦油成不可冷凝成份后，大部分由燃?xì)廨斔凸苈愤M(jìn)入凈化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)凈化后儲(chǔ)入 儲(chǔ)氣罐，少部分由高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓后將生物質(zhì)料和來(lái)自載體螺旋進(jìn)料器的載體送入所述 旋風(fēng)分離反應(yīng)器。所述凈化系統(tǒng)由噴淋塔、循環(huán)水箱、循環(huán)水栗和管道組成，所述循環(huán)水箱 位于噴淋塔下方用于承接噴淋塔落下的噴淋水，所述循環(huán)水栗通過(guò)管道將循環(huán)水箱的水抽 到噴淋塔上供噴淋，所述燃?xì)廨斔凸苈仿?lián)通所述噴淋塔的進(jìn)氣口，噴淋塔的出氣口聯(lián)通所 述儲(chǔ)氣罐，來(lái)自燃?xì)廨斔凸苈返臍怏w產(chǎn)物經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)的噴淋凈化后儲(chǔ)入儲(chǔ)氣罐。
[0032] 所述含載體灰料在載體加熱單元與經(jīng)預(yù)熱的空氣混合燃燒，被加熱的載體進(jìn)入所 述載體螺旋進(jìn)料器，燃燒后的灰燼及尾氣進(jìn)入除塵裝置，除塵裝置除去其中灰分并將除塵 后的尾氣送入換熱器，換熱器將冷空氣加熱后送入所述載體加熱單元，換熱器還將加熱冷 空氣后的尾氣排出。
[0033] 所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入送風(fēng)機(jī)；所述載體為砂子、陶瓷 球等易流化的固體物質(zhì)，或者是沸石、白云石、活性氧化鋁等為材料做成的球狀或顆粒狀催 化劑材料；所述裂解催化劑為鎳、鉑、鈀等貴金屬類(lèi)型焦油裂解催化劑。所述生物質(zhì)料和來(lái) 自載體螺旋進(jìn)料器的700-900°C熱載體由來(lái)自高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)的高溫載氣載入旋風(fēng)分離反應(yīng) 器上部進(jìn)料口。具有在線(xiàn)催化氣化工藝，可以實(shí)現(xiàn)氣化速率快，產(chǎn)氣熱值高，產(chǎn)氣無(wú)焦油的 特點(diǎn)。
[0034] 本發(fā)明還可以是：
[0035] 該氣化系統(tǒng)由進(jìn)料系統(tǒng)、旋風(fēng)分離反應(yīng)器，載體循環(huán)利用回路，載體加熱單元，焦 油裂解通道，凈化系統(tǒng)和儲(chǔ)氣裝置組成。所述進(jìn)料系統(tǒng)包括依次連接的軸流風(fēng)機(jī)、送風(fēng)管 道、載體加熱單元的出料口、螺旋進(jìn)料器和旋風(fēng)分離反應(yīng)器。送風(fēng)管道與載體加熱單元的出 料口、螺旋進(jìn)料器的出口三者交匯，然后與旋風(fēng)分離反應(yīng)器的進(jìn)口相連。在進(jìn)料系統(tǒng)中，采 用氣化過(guò)程產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物攙和少量氣化劑作為流化氣，實(shí)現(xiàn)熱載體與生物質(zhì)的預(yù)混及進(jìn) 料。
[0036] 所述熱載體是為氣化過(guò)程提供熱源，熱載體與生物質(zhì)直接接觸換熱。熱載體可以 為砂子、陶瓷球等易流化的固體物質(zhì)，也可以是沸石、白云石、活性氧化鋁等為材料做成的 球狀催化劑材料，催化劑的主要目的是將生物質(zhì)中的氧分子以二氧化碳的形式除去，將生 物質(zhì)裂解為氧含量較低的氣體。熱載體進(jìn)入旋風(fēng)分離反應(yīng)器之前的溫度是700-900度。
[0037] 所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器的主體結(jié)構(gòu)采用旋風(fēng)分離設(shè)計(jì)，發(fā)明專(zhuān)利201310623246. X "一種旋風(fēng)分離器"詳細(xì)闡述了旋風(fēng)分離裝置的結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明專(zhuān)利將冷態(tài)旋風(fēng)分離裝置 變?yōu)楦邷貧饣磻?yīng)器。生物質(zhì)在高溫的作用下，氣化成小分子不可冷凝氣體，氣體產(chǎn)物在反 應(yīng)器內(nèi)通過(guò)旋風(fēng)分離原理實(shí)現(xiàn)氣-固相分離?；曳?、生物碳副產(chǎn)物以及熱載體在重力作用 下從旋風(fēng)分離反應(yīng)器的底部流出，通過(guò)載體循環(huán)回路進(jìn)入載體加熱單元。
[0038] 所述載體循環(huán)利用回路包括旋轉(zhuǎn)閥門(mén)、從旋風(fēng)分離反應(yīng)器的卸料口到載體加熱單 元的管線(xiàn)，以及熱載體的出料管路。所述載體加熱單元可以采用流化床反應(yīng)器或其它類(lèi)型 的燃燒器。在載體加熱單元內(nèi)，氣化過(guò)程的副產(chǎn)物（碳粉）在空氣氣氛中燃燒，燃燒產(chǎn)生的 熱用來(lái)加熱熱載體。空氣通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)吹入載體加熱單元。在將空氣吹入載體加熱單元前需 要預(yù)熱。空氣預(yù)熱可以采用市場(chǎng)現(xiàn)有的換熱裝置，采用載體加熱單元的高溫尾氣作為熱源。
[0039] 所述載體加熱單元的出口與除塵裝置的入口相連；除塵裝置可以采用旋風(fēng)分離器 或其它類(lèi)型除塵裝置；除塵裝置的出口與尾氣排放管路的入口相連。
[0040] 所述旋風(fēng)分離器的頂端設(shè)有焦油裂解通道，氣體產(chǎn)物從旋風(fēng)分離器的上方經(jīng)焦油 裂解通道流出反應(yīng)器。焦油裂解通道的內(nèi)壁負(fù)載焦油裂解催化劑；催化劑可以采用鎳、鉑、 鈀等貴金屬類(lèi)型焦油裂解催化劑。在高溫和催化劑的作用下，氣體產(chǎn)物中的少量焦油成分 進(jìn)一步分解為不可冷凝氣體。焦油裂解通道的出口與引風(fēng)機(jī)、凈化系統(tǒng)依次相連。其中，凈 化系統(tǒng)由噴淋塔、噴淋塔下方的循環(huán)水箱、循環(huán)水箱底部的循環(huán)水栗、以及將循環(huán)水栗與噴 淋塔連接的管道構(gòu)成；凈化系統(tǒng)氣體出口與儲(chǔ)氣裝置連接。
[0041] 本發(fā)明的有益效果是：
[0042] 本方法使用的載氣用量少，這主要是因?yàn)闊彷d體的使用方式。傳統(tǒng)流化床反應(yīng)器， 必須使用大量的載氣使床體材料（熱載體）流化，大量載氣的使用降低了產(chǎn)氣的熱值。而 本方法無(wú)需將熱載體鼓泡流化，只需要少量載氣（空氣或者氧氣）將熱載體吹入反應(yīng)器即 可。解決了氣體產(chǎn)物被大量載氣稀釋的缺陷。跟流化床反應(yīng)器相比，可以降低60-80%的載 氣用量，產(chǎn)氣的熱值提高3倍以上。
[0043] 載體加熱單元與旋風(fēng)分離反應(yīng)器獨(dú)立運(yùn)作，帶來(lái)兩個(gè)有益效果：
[0044] 一是使用催化劑做載體時(shí)可在載體加熱單元實(shí)現(xiàn)催化劑的激活；
[0045] 二是旋風(fēng)分離反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有傳熱介質(zhì)，因此反應(yīng)器可以頻繁起停。運(yùn)行過(guò)程中，氣 化系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷可在設(shè)計(jì)負(fù)荷的20%~110%之間變動(dòng)。注：設(shè)計(jì)負(fù)荷是由反應(yīng)器的體 積和工藝流程決定的。最低負(fù)荷是設(shè)計(jì)負(fù)荷的20%，這是因?yàn)樵?0%負(fù)荷時(shí)副產(chǎn)物生物碳 剛好可以提供反應(yīng)過(guò)程所需熱量。最高負(fù)荷110%是由反應(yīng)器的體積決定的，超過(guò)這一負(fù)荷 反應(yīng)器將超載，會(huì)導(dǎo)致氣路堵塞。
[0046] 與固定床反應(yīng)器相比，采用旋風(fēng)分離式設(shè)計(jì)可以提高氣固分離速率40倍以上，在 進(jìn)行氣化反應(yīng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高效氣固分離。相比而言，固定床工藝加熱比較緩慢，需較長(zhǎng)時(shí) 間達(dá)到反應(yīng)溫度，不易頻繁啟停；流化床結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝后不易移動(dòng)，由于受氣流速度必 須滿(mǎn)足流化條件所限，只能在設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%~120%之間變化。
[0047] 系統(tǒng)無(wú)需外部熱源，氣化過(guò)程產(chǎn)生的生物碳副產(chǎn)物在載體加熱單元內(nèi)燃燒可以提 供氣化過(guò)程全部熱量。本發(fā)明具有設(shè)備緊湊、集成度高、綜合經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)，更適合工業(yè) 化應(yīng)用。
[0048] 更具體實(shí)施例如下：以500公斤每小時(shí)進(jìn)料生物質(zhì)氣化過(guò)程為例，詳細(xì)描述本方 法的實(shí)施辦法。經(jīng)過(guò)粉碎達(dá)到直徑1-5毫米的木肩，經(jīng)過(guò)螺旋上料機(jī)送入旋風(fēng)分離反應(yīng)器。 木肩在進(jìn)入反應(yīng)器前，與傳熱介質(zhì)（直徑3毫米陶瓷球）及載氣混合，由載氣將木肩帶入反 應(yīng)器。
[0049] 有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：
[0050]
[0051] 離開(kāi)反應(yīng)器底部的傳熱介質(zhì)（直徑3毫米陶瓷球）與裂解副產(chǎn)物碳粉、灰分一起 由高溫送風(fēng)機(jī)送入鼓泡流化床燃燒器。離開(kāi)反應(yīng)器前的溫度約570度。傳熱介質(zhì)流量每小 時(shí)2噸，碳粉流量每小時(shí)100公斤。碳粉在流化床中燃燒，用于提供流化床熱源。催化劑在 流化床燃燒爐中進(jìn)行預(yù)熱，流化床床體溫度800-900度。
[0052] 流化床預(yù)熱并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，將加熱的傳熱介質(zhì)（700-900°C或者800-850度） 通過(guò)流化床下端的管路通過(guò)重力落入螺旋進(jìn)料器，通過(guò)螺旋進(jìn)料器送入送風(fēng)管路，通過(guò)載 氣將催化劑帶入旋風(fēng)分離反應(yīng)器。從旋風(fēng)分離反應(yīng)器中引出的載氣在跟催化劑匯合前，需 要通入少量預(yù)熱的空氣協(xié)助氣化，空氣冷態(tài)流量：128立方米每小時(shí)（25度）。冷空氣進(jìn)入 換熱器后產(chǎn)生的熱空氣，一部分進(jìn)入載體加熱單元用于燃燒副產(chǎn)物碳，一部分引入反應(yīng)器 用作氣化劑。
[0053] 從流化床中出來(lái)的氣體，由引風(fēng)機(jī)帶入冷卻塔降溫，然后旋風(fēng)分離，分離灰分，最 后排入大氣前進(jìn)行進(jìn)一步脫塵處理。
[0054] 具體實(shí)施例參數(shù)
[0055]
[0056] 實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3的木肩進(jìn)料是相同的，產(chǎn)氣量大小是由載氣的流量 決定的。實(shí)施例1、2和3中的載氣的流量分別是1150-1200 (m3/h，570C)，1190-1300 (m3/h， 570C)和1300-1400(m3/h，570C)。載氣中的0 2重量比均為6. 7%，氮?dú)庵亓勘染鶠?2. 4%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種生物質(zhì)在線(xiàn)催化氣化方法，其特征在于由旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口通過(guò)送風(fēng) 機(jī)向載體加熱單元輸送含載體灰料，含載體灰料經(jīng)過(guò)除塵、排尾氣、加熱后得到的熱載體進(jìn) 入載體螺旋進(jìn)料器；由旋風(fēng)分離反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物經(jīng)焦油裂解通道內(nèi)附裂解催化劑 裂解其中焦油成不可冷凝成份后，大部分由燃?xì)廨斔凸苈愤M(jìn)入凈化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)凈 化后儲(chǔ)入儲(chǔ)氣罐，少部分由高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓后將生物質(zhì)料和來(lái)自載體螺旋進(jìn)料器的載體 送入所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述氣化方法，其特征在于所述含載體灰料在載體加熱單元與經(jīng)預(yù) 熱的空氣混合燃燒，被加熱的載體進(jìn)入所述載體螺旋進(jìn)料器，燃燒后的灰燼及尾氣進(jìn)入除 塵裝置，除塵裝置除去其中灰分并將除塵后的尾氣送入換熱器，換熱器將冷空氣加熱后送 入所述載體加熱單元，換熱器還將加熱冷空氣后的尾氣排出。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述氣化方法，其特征在于所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口通過(guò)旋 轉(zhuǎn)閥進(jìn)入送風(fēng)機(jī)；所述載體為砂子、陶瓷球等易流化的固體物質(zhì)，或者是沸石、白云石、活性 氧化鋁等為材料做成的球狀或顆粒狀催化劑材料；所述裂解催化劑為鎳、鉑、鈀等貴金屬類(lèi) 型焦油裂解催化劑。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述氣化方法，其特征在于所述生物質(zhì)料和來(lái)自載體螺旋進(jìn)料器的 700-900°C熱載體由來(lái)自高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)的高溫載氣載入旋風(fēng)分離反應(yīng)器上部進(jìn)料口。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述氣化方法，其特征在于來(lái)自燃?xì)廨斔凸苈返臍怏w產(chǎn)物經(jīng)過(guò)凈化 系統(tǒng)的噴淋凈化后儲(chǔ)入儲(chǔ)氣罐。6. 用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的系統(tǒng)，其特征在于包括旋風(fēng)分離反應(yīng)器、凈化系統(tǒng)、 儲(chǔ)氣罐、高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)、熱載體螺旋進(jìn)料器、載體加熱單元；旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口通 過(guò)送風(fēng)機(jī)向載體加熱單元輸送含載體灰料，含載體灰料經(jīng)過(guò)除塵、排尾氣、加熱后得到的熱 載體進(jìn)入載體螺旋進(jìn)料器；由旋風(fēng)分離反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物經(jīng)焦油裂解通道內(nèi)附裂解 催化劑裂解其中焦油成不可冷凝成份后，大部分由燃?xì)廨斔凸苈愤M(jìn)入凈化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)凈化 系統(tǒng)凈化后儲(chǔ)入儲(chǔ)氣罐，少部分由高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓后將生物質(zhì)料和來(lái)自載體螺旋進(jìn)料器 的載體送入所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述系統(tǒng)，其特征在于所述含載體灰料在載體加熱單元與經(jīng)預(yù)熱的 空氣混合燃燒，被加熱的載體進(jìn)入所述載體螺旋進(jìn)料器，燃燒后的灰燼及尾氣進(jìn)入除塵裝 置，除塵裝置除去其中灰分并將除塵后的尾氣送入換熱器，換熱器將冷空氣加熱后送入所 述載體加熱單元，換熱器還將加熱冷空氣后的尾氣排出。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述系統(tǒng)，其特征在于所述旋風(fēng)分離反應(yīng)器下端卸料口通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥 進(jìn)入送風(fēng)機(jī)；所述載體為砂子、陶瓷球等易流化的固體物質(zhì)，或者是沸石、白云石等為材料 做成的球狀催化劑材料；所述裂解催化劑為鎳、鉑、鈀等貴金屬類(lèi)型焦油裂解催化劑。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述系統(tǒng)，其特征在于所述生物質(zhì)料和來(lái)自載體螺旋進(jìn)料器的 700-900°C熱載體由來(lái)自高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)的高溫載氣載入旋風(fēng)分離反應(yīng)器上部進(jìn)料口。10. 根據(jù)權(quán)利要求6-9任一所述系統(tǒng)，其特征在于所述凈化系統(tǒng)由噴淋塔、循環(huán)水箱、 循環(huán)水栗和管道組成，所述循環(huán)水箱位于噴淋塔下方用于承接噴淋塔落下的噴淋水，所述 循環(huán)水栗通過(guò)管道將循環(huán)水箱的水抽到噴淋塔上供噴淋，所述燃?xì)廨斔凸苈仿?lián)通所述噴淋 塔的進(jìn)氣口，噴淋塔的出氣口聯(lián)通所述儲(chǔ)氣罐。
【文檔編號(hào)】C10J3/56GK105885944SQ201410603933
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年11月3日
【發(fā)明人】胥利先
【申請(qǐng)人】胥利先