專利名稱：生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化工藝及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將可燃物料轉(zhuǎn)變成清潔高效合成氣的技術(shù)，具體地指一種生物質(zhì)低溫 裂解高溫氣化工藝及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
可燃物料氣化技術(shù)在二十世紀(jì)末得到了快速發(fā)展，特別是對(duì)燃煤進(jìn)行氣化的技術(shù) 已經(jīng)相當(dāng)成熟，科研人員已成功地開發(fā)出了對(duì)煤種適用性廣、氣化效率高、產(chǎn)生污染少的煤 氣化工藝。而對(duì)樹枝、秸稈、稻草或其他農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)進(jìn)行氣化的技術(shù)則是本世紀(jì)出 現(xiàn)的一種綜合利用能源的新技術(shù)，已有的生物質(zhì)氣化技術(shù)主要包括固定床氣化工藝、流化 床氣化工藝、兩段式制氣工藝等等，這些都屬于直接氣化工藝。直接氣化工藝最主要的特點(diǎn) 是利用部分生物質(zhì)燃燒放出的熱量為氣化反應(yīng)提供能源，氣化反應(yīng)所采用的氧化劑一般是 空氣、富氧空氣、或富氧空氣與水蒸汽的組合中的一種。近期的研究和實(shí)驗(yàn)表明上述生物 質(zhì)直接氣化工藝存在如下幾方面的缺陷一、生物質(zhì)燃料的成份和熱值極不穩(wěn)定、著火點(diǎn)低、著火反應(yīng)快，容易發(fā)生爆燃現(xiàn) 象，在氣化爐局部區(qū)域形成超溫結(jié)焦結(jié)垢，氣化爐的運(yùn)行溫度極難控制。二、當(dāng)以空氣作為氧化劑時(shí)，由于空氣中存在大量不發(fā)生反應(yīng)的N2成份，會(huì)導(dǎo)致合 成氣中的N2含量偏高、有效氣體(CCHH2)含量偏低、H2/C0比例下降，合成氣的熱值偏低且不 穩(wěn)定，一般只能維持在5000KJ/Nm3以下，難以滿足后續(xù)的工業(yè)利用。三、當(dāng)以富氧空氣作為氧化劑時(shí)，雖然可以減少合成氣中的N2含量，但需要附設(shè)體 積龐大且能耗極高的空氣分離裝置，這樣將大幅增加整個(gè)氣化工藝的成本。四、當(dāng)以富氧空氣與水蒸汽的組合作為氧化劑時(shí)，雖然可以減少合成氣中的N2含 量、增加合成氣中的H2含量，但水蒸汽作為反應(yīng)介質(zhì)仍需要消耗大量的熱能，與分離空氣的 能耗累積，同樣會(huì)大幅增加整個(gè)氣化工藝的投資。五、需要自燃約15 20%的生物質(zhì)來提供氣化反應(yīng)的能量，而燃燒產(chǎn)生大量的 CO2,從而降低合成氣中有效氣體(CCHH2)的含量。并且，高溫合成氣連同混雜于其中的空氣 將帶走大量的顯熱，這樣熱能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的比例將大幅下降，導(dǎo)致整個(gè)氣化工藝的冷煤 氣效率較低，一般情況在70%以下，最好狀況也不會(huì)超過80%。六、氣化爐的運(yùn)行溫度大多設(shè)計(jì)為800 1200°C，而在該溫度區(qū)域進(jìn)行氣化反應(yīng) 的生物質(zhì)燃料將產(chǎn)生大量難以清除的焦油，過多的焦油在設(shè)備和管道中累積和粘結(jié)，可造 成管道堵塞和設(shè)備污染。七、生物質(zhì)燃料氣化反應(yīng)所產(chǎn)生的灰份中含有大量的K、Na等堿金屬氧化物，一般 占灰份重量的20 40%，而這些堿金屬氧化物在溫度高于800°C時(shí)會(huì)氣化混雜于所產(chǎn)生的 合成氣中，不僅影響合成氣的品質(zhì)，而且與焦油一起粘附在設(shè)備和管道中，對(duì)設(shè)備和管道腐 蝕嚴(yán)重。鑒于上述生物質(zhì)直接氣化工藝所存在的若干致命缺陷，目前還難以將其應(yīng)用于實(shí) 際生產(chǎn)中。如何使生物質(zhì)燃料的氣化工藝從研究試驗(yàn)階段轉(zhuǎn)化為實(shí)際商業(yè)利用，是本領(lǐng)域科研人員一直在努力攻克的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種工藝易于控制、能耗和投資低廉、冷煤氣效率高、所 產(chǎn)生合成氣的熱值大、且能根除焦油和堿金屬化合物的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化工藝及其 設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化工藝，是利用過熱水 蒸汽作為氧化劑和能量載體、在不同溫度區(qū)域內(nèi)依次對(duì)生物質(zhì)燃料進(jìn)行低溫裂解和高溫氣 化兩級(jí)處理、最終生成凈合成氣的過程。該工藝包括如下步驟1)將破碎好的生物質(zhì)燃料投入到裂解爐內(nèi)，同時(shí)向裂解爐內(nèi)噴入低溫過熱水蒸 汽，低溫過熱水蒸汽的熱量應(yīng)能始終保持裂解爐內(nèi)的運(yùn)行溫度為500 800°C，使生物質(zhì) 燃料在與低溫過熱水蒸汽充分接觸的過程中快速發(fā)生裂解反應(yīng)，生成粗合成氣和含焦炭灰 渣。由于裂解爐的運(yùn)行溫度低于K、Na等堿金屬氧化物的升華溫度，因此這些堿金屬氧化 物只能存在于所生成的含焦炭灰渣中，所生成的粗合成氣中不含或僅含微量的堿金屬氧化 物。2)對(duì)所生成的含焦炭灰渣先進(jìn)行冷卻降溫，一般降溫到150°C以下即可，再將其 中的焦炭成份分離出來。焦炭用于下一步生產(chǎn)合成氣，含堿金屬氧化物的灰渣則送入灰渣 庫，可進(jìn)行綜合利用。3)將所生成的粗合成氣和所分離出的焦炭輸送到氣化爐內(nèi)，同時(shí)向氣化爐內(nèi)噴 入高溫過熱水蒸汽，高溫過熱水蒸汽的熱量應(yīng)能始終保持氣化爐內(nèi)的運(yùn)行溫度為1200 1600°C，使粗合成氣和焦炭在與高溫過熱水蒸汽充分接觸的過程中發(fā)生氣化反應(yīng)，生成初 合成氣。由于氣化爐內(nèi)的運(yùn)行溫度高于焦油類物質(zhì)的形成溫度，因此粗合成氣和焦炭原料 將被完全氣化，所生成的初合成氣中不含焦油組份。4)對(duì)所生成的初合成氣依次進(jìn)行冷卻降溫、清除粉塵、脫除酸性氣體和脫水干燥 處理。冷卻降溫一方面是制取合成氣工藝上的需要，另一方面可以回收大量顯熱進(jìn)行綜合 利用。清除粉塵可以將初合成氣中攜帶的粉塵捕獲出來，最好使初合成氣含塵濃度小于 50mg/Nm3。脫除酸性氣體可以除去初合成氣中的H2S、COS、HCL、NH3、HCN等有害氣體。凈化 后的初合成氣再經(jīng)過脫水干燥處理，即可獲得凈合成氣，供下游的工業(yè)應(yīng)用。上述步驟1)中，生物質(zhì)燃料的粒徑優(yōu)選控制在20mmX20mm以下，生物質(zhì)燃料中水 份的重量含量優(yōu)選小于40%。尺寸和水份含量均衡可以確保所有生物質(zhì)燃料與過熱水蒸汽 的裂解反應(yīng)均勻、平穩(wěn)、充分，裂解爐的運(yùn)行溫度易于控制，在裂解爐內(nèi)不會(huì)形成超溫結(jié)焦。上述步驟1)中，最好在裂解爐的進(jìn)料口處設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛，以防止裂解爐內(nèi)的 粗合成氣外泄引發(fā)火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)。上述步驟1)中，優(yōu)選的裂解爐內(nèi)運(yùn)行溫度為500 650°C、運(yùn)行壓力為105 109Kpa、低溫過熱水蒸汽的噴入速度為35 50m/s、粗合成氣在裂解爐內(nèi)的停留時(shí)間為 15 20s、粗合成氣的引出速度為15 20m/s。這樣，裂解爐在常壓狀態(tài)運(yùn)行，無需特殊壓 力設(shè)備，投資成本低廉。裂解爐內(nèi)的生物質(zhì)燃料在與粗合成氣和低溫過熱水蒸汽充分接觸 的過程中能夠快速實(shí)現(xiàn)干燥、揮發(fā)份析出、裂解等變化，工藝簡單可靠。且由于裂解爐的運(yùn) 行溫度遠(yuǎn)低于堿金屬氧化物800°C左右的升華溫度，完全杜絕了粗合成氣中的堿金屬氧化物夾雜。粗合成氣較低的引出速度可防止其攜帶灰渣在裂解爐出口和煙道粘結(jié)累積。上述步驟3)中，優(yōu)選的氣化爐運(yùn)行溫度為1200 1400°C、運(yùn)行壓力為105 109Kpa、高溫過熱水蒸汽的噴入速度為35 50m/s、初合成氣在氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間為 15 20s、初合成氣的引出速度為15 20m/s。這樣，氣化爐也在常壓狀態(tài)運(yùn)行，無需另設(shè) 壓力設(shè)備，投資成本低廉。高溫過熱水蒸汽較高的噴入速度可以加大其與粗合成氣和焦炭 的擾動(dòng)、接觸、混合。且由于氣化爐的運(yùn)行溫度適中，粗合成氣和焦炭在與高溫過熱水蒸汽 充分接觸的過程中既能夠完全氣化、獲得不含焦油的初合成氣，又能夠盡量降低熱能消耗、 大幅提高氣化爐運(yùn)行的性價(jià)比。上述步驟4)中，先將所生成的初合成氣冷卻降溫至260 320°C，再進(jìn)行凈化處 理。由于初合成氣引出時(shí)的溫度高達(dá)1200 1400°C，冷卻降溫既有利于后續(xù)的除塵、脫酸 和干燥處理，又可以充分回收初合成氣中的顯熱，實(shí)現(xiàn)余熱綜合利用。為實(shí)現(xiàn)上述工藝而設(shè)計(jì)的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化設(shè)備，主要由裂解爐和氣化 爐、低溫等離子炬加熱器和高溫等離子炬加熱器、儲(chǔ)水箱和輸水泵、以及熱交換器等部件組 合而成。其中所述儲(chǔ)水箱通過輸水泵與熱交換器的給水輸入端相連，所述熱交換器的蒸汽輸出 端同時(shí)與低溫等離子炬加熱器的進(jìn)汽口和高溫等離子炬加熱器的進(jìn)汽口相連，所述低溫等 離子炬加熱器的排汽口與裂解爐的水蒸汽噴嘴相連，所述高溫等離子炬加熱器的排汽口與 氣化爐的水蒸汽噴嘴相連。所述裂解爐的出氣口與氣化爐的進(jìn)氣口相連，所述裂解爐的排渣口與冷渣器的進(jìn) 渣口相連，所述冷渣器的出渣口與灰炭分離器的進(jìn)料口相連，所述氣化爐的出氣口與熱交 換器的氣體輸入端相連，所述熱交換器的氣體輸出端依次與除塵器、除酸塔和干燥器串聯(lián)。由于等離子炬加熱器具有可超高溫加熱、傳熱傳質(zhì)快、熱效率高、熱功率可調(diào)等特 點(diǎn)，用其加熱儲(chǔ)水箱中的水時(shí)，能夠高效、連續(xù)、穩(wěn)定地輸出符合工藝要求溫度的過熱水蒸 汽，過熱水蒸汽既作為氧化劑又作為能量載體，可確保裂解爐和氣化爐始終維持穩(wěn)定可靠 的運(yùn)行。而熱交換器的設(shè)置可以有效回收初合成氣所攜帶的大量顯熱，這些顯熱可將儲(chǔ)水 箱中的水預(yù)熱成飽和蒸汽，再送入等離子炬加熱器處理，這樣可以降低等離子炬加熱器的 能耗，同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱能的綜合利用。進(jìn)一步地，所述裂解爐的進(jìn)料口處連接有氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置。在從裂解爐的進(jìn)料口投 放生物質(zhì)燃料時(shí)，也向該進(jìn)料口輸送氮?dú)?，所形成的氮?dú)饷芊鈱蛹瓤煞乐沽呀鉅t內(nèi)的粗合 成氣外泄，又可阻止外界空氣進(jìn)入裂解爐，從而杜絕火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)，并確保粗合成氣的品質(zhì)。再進(jìn)一步地，所述灰炭分離器的焦炭出口通過焦炭輸送機(jī)與氣化爐的進(jìn)炭口相 連。例如可以用螺旋送料裝置直接將焦炭輸送至氣化爐，這樣可以減少中間人工輸送環(huán)節(jié)， 提高氣化爐運(yùn)行的連續(xù)性和穩(wěn)定性。更進(jìn)一步地，所述裂解爐的水蒸汽噴嘴和氣化爐的水蒸汽噴嘴沿各自爐體的高度 方向布置有2 4層，每層沿圓周方向均勻切向分布。這樣，過熱水蒸汽分多層噴入，能夠 始終維持裂解爐和氣化爐內(nèi)沿高度方向的溫度場(chǎng)穩(wěn)定、均勻，確保過熱水蒸汽與反應(yīng)物充 分接觸。本發(fā)明在仔細(xì)研究和分析生物質(zhì)中水份、灰份、揮發(fā)份和灰熔點(diǎn)等固有特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合裂解爐和氣化爐的運(yùn)行特點(diǎn)，摒棄傳統(tǒng)氧化劑空氣或富氧空氣，轉(zhuǎn)而利用過熱水 蒸汽在不同的溫度條件下分級(jí)對(duì)生物質(zhì)燃料進(jìn)行低溫裂解和高溫氣化，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在 如下幾方面其一，采用過熱水蒸汽對(duì)生物質(zhì)燃料分級(jí)裂解和氣化，過熱水蒸汽既是氧化介質(zhì) 又是能量載體，這樣不需要空氣或富氧空氣，工藝中省略了高能耗的空氣分離裝置，大幅降 低了整個(gè)工藝的能耗及工程總投資。其二，裂解和氣化兩級(jí)工藝中均無生物質(zhì)燃料的燃燒反應(yīng)，有效解決了傳統(tǒng)氣化 過程中爐內(nèi)燃料爆燃而產(chǎn)生局部結(jié)焦的難題，各級(jí)工藝非常易于掌控。且因?yàn)闊o需空氣或 富氧空氣參入反應(yīng)，所得合成氣中H2/C0的比例高，有效氣體(CCHH2)的含量高，可達(dá)到85% 以上，從而可大幅提高合成氣的熱值，拓寬合成氣的用途。其三，生物質(zhì)反應(yīng)裝置由裂解爐和氣化爐組成，生物質(zhì)首先被低溫裂解成粗合成 氣和焦炭，粗合成氣和焦炭再被高溫氣化。由于溫度設(shè)定的針對(duì)性極強(qiáng)，粗合成氣中不含堿 金屬化合物，其中的焦油和焦炭可全部轉(zhuǎn)化為初合成氣，碳轉(zhuǎn)化率高，有效克服了合成氣攜 帶雜質(zhì)對(duì)設(shè)備、管道沾污和腐蝕的難題，且可使合成氣的后續(xù)凈化流程更加簡單可靠。其四，由等離子炬加熱器在裂解爐和氣化爐外部產(chǎn)生的過熱水蒸汽提供裂解和氣 化所需要的全部能量，生物質(zhì)燃料的熱能可全部轉(zhuǎn)化為合成氣的化學(xué)能，兩級(jí)工藝轉(zhuǎn)化的 冷煤氣效率可比傳統(tǒng)氣化工藝提高8 %左右，達(dá)到88 %以上。其五，等離子炬加熱器的熱效率高、輸入功率可調(diào)，當(dāng)生物質(zhì)燃料的成份發(fā)生變化 時(shí)，通過調(diào)整等離子炬加熱器的功率，即可方便地調(diào)節(jié)過熱水蒸汽的溫度區(qū)域，從而維持裂 解爐和氣化爐運(yùn)行穩(wěn)定，確保初合成氣的產(chǎn)量和品質(zhì)穩(wěn)定。試驗(yàn)表明，本發(fā)明的工藝及設(shè)備能夠有效氣化各種生物質(zhì)燃料，適合于生物質(zhì)氣 化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和制取生物質(zhì)液體燃料等工業(yè)應(yīng)用。


附圖為本發(fā)明的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的設(shè)備和工藝作進(jìn)一步的詳細(xì)描述圖中所示的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化設(shè)備，主要包括用于生物質(zhì)輸送的皮帶傳送 機(jī)1、中間料斗2和螺旋給料機(jī)3，用于容納生物質(zhì)進(jìn)行裂解和氣化反應(yīng)的裂解爐5和氣化 爐9，用于給裂解爐5和氣化爐9提供過熱水蒸汽的低溫等離子炬加熱器8和高溫等離子 炬加熱器10，用于給低溫等離子炬加熱器8和高溫等離子炬加熱器10提供水源的儲(chǔ)水箱 17和輸水泵16，用于熱能綜合利用的熱交換器11，以及用于合成氣后續(xù)凈化處理的除塵器 12、除酸塔13和干燥器14。皮帶傳送機(jī)1的輸出端置于中間料斗2的上方進(jìn)口處，中間料斗2的下方出口與 螺旋給料機(jī)3的原料進(jìn)口相連，螺旋給料機(jī)3的原料出口與裂解爐5的進(jìn)料口相連。裂解爐5是對(duì)生物質(zhì)燃料進(jìn)行一級(jí)處理的關(guān)鍵設(shè)備，其采用空氣或水冷夾套式常 壓絕熱殼體結(jié)構(gòu)，具有良好的高溫絕熱性能。裂解爐5的進(jìn)料口布置在其上部或頂部，按照 容量大小可設(shè)置二至四個(gè)，以確保生物質(zhì)燃料能夠均勻投入，維持爐內(nèi)煙氣流場(chǎng)的相對(duì)穩(wěn)定。裂解爐5的進(jìn)料口處還連接有氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置4，所形成的氮?dú)饷芊鈱涌捎行ё韪舸趾?成氣和空氣。裂解爐5的出氣口可以設(shè)置在其上部，也可以設(shè)置在其下部，通過管道與氣化 爐9的進(jìn)氣口相連，將所生成的粗合成氣輸送至氣化爐9中。裂解爐5的排渣口采用固態(tài) 排渣形式，布置在其底部，按照容量大小可設(shè)置一至二個(gè)，這些排渣口與冷渣器6的進(jìn)渣口 相連，用以冷卻含焦炭灰渣。冷渣器6的出渣口則與灰炭分離器7的進(jìn)料口相連，用于分離 焦炭。作為優(yōu)選的方案，灰炭分離器7的焦炭出口直接通過焦炭輸送機(jī)19與氣化爐9的進(jìn) 炭口相連，這樣可以減少低效率的人工送料操作，滿足氣化爐9連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的需要。氣化爐9是對(duì)生物質(zhì)燃料進(jìn)行二級(jí)處理的關(guān)鍵設(shè)備，其也采用空氣或水冷夾套式 常壓絕熱殼體結(jié)構(gòu)，確保優(yōu)良的高溫絕熱性能。氣化爐9的進(jìn)炭口設(shè)置在其上部或頂部，按 照容量大小可以布置一至二個(gè)，以確保焦炭原料能夠均勻投入，維持爐內(nèi)煙氣流場(chǎng)的相對(duì) 穩(wěn)定。氣化爐9的排渣口采用液態(tài)排渣形式，布置在其底部，按照容量大小可設(shè)置一至二 個(gè)。氣化爐9的出氣口可以設(shè)置在其上部，也可以設(shè)置在其下部，通過管道與熱交換器11 的氣體輸入端相連，熱交換器11的氣體輸出端則依次與除塵器12、除酸塔13和干燥器14 串聯(lián)，干燥器14的輸出端與儲(chǔ)氣柜15相連。噴入裂解爐5和氣化爐9中的過熱水蒸汽是由儲(chǔ)水箱17中的軟水或除鹽水加熱 轉(zhuǎn)變而成的。儲(chǔ)水箱17的輸出端通過輸水泵16與熱交換器11的給水輸入端相連。熱交 換器11通常選用廢鍋，熱交換器11的蒸汽輸出端同時(shí)與低溫等離子炬加熱器8的進(jìn)汽口 和高溫等離子炬加熱器10的進(jìn)汽口相連，低溫等離子炬加熱器8的排汽口通過管道與裂解 爐5的水蒸汽噴嘴相連，高溫等離子炬加熱器10的排汽口通過管道與氣化爐9的水蒸汽噴 嘴相連。作為較佳的結(jié)構(gòu)，裂解爐5的水蒸汽噴嘴和氣化爐9的水蒸汽噴嘴沿各自爐體的 高度方向布置有2 4層，每層沿圓周方向均勻切向分布。這樣，噴入爐體內(nèi)的過熱水蒸汽 流場(chǎng)均勻、穩(wěn)定，且不留死角，可確保過熱水蒸汽與物料的充分接觸和混合。本設(shè)備還附設(shè)有灰渣庫18，可通過人工或機(jī)械的方式將灰炭分離器7所分離出的 固態(tài)灰渣、氣化爐9所排出的液態(tài)渣送至灰渣庫18儲(chǔ)存。上述生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的工藝過程概括如下A)將破碎好的生物質(zhì)燃料經(jīng)由皮帶傳送機(jī)1、中間料斗2和螺旋給料機(jī)3輸送到 裂解爐5內(nèi)，同時(shí)通過氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置4向裂解爐5的進(jìn)料口處輸入氮?dú)?。?duì)于灰秸稈類(樹 枝、樹根)生物質(zhì)燃料而言，控制其粒徑在20mmX20mm以下、含水量小于40%。對(duì)于黃秸稈 類(稻草、麥稈、茅草、玉米稈等)生物質(zhì)燃料而言，其粒徑要求可適當(dāng)放寬。B)儲(chǔ)水箱17中的除鹽水由輸水泵16送入熱交換器11的給水輸入端，與從熱交換 器11的氣體輸入端進(jìn)來的初合成氣進(jìn)行熱交換，除鹽水吸收初合成氣的顯熱，生產(chǎn)0. 4 0. 6Mpa的飽和蒸汽，該飽和蒸汽由熱交換器11的蒸汽輸出端同時(shí)輸送到低溫等離子炬加 熱器8和高溫等離子炬加熱器10中，被加熱成不同溫度的過熱水蒸汽。C)低溫等離子炬加熱器8所產(chǎn)生的500 800°C的低溫過熱水蒸汽從裂解爐5 的水蒸汽噴嘴進(jìn)入其內(nèi)，保持裂解爐5內(nèi)的運(yùn)行溫度為500 650°C、運(yùn)行壓力為105 109Kpa、低溫過熱水蒸汽的噴入速度為35 50m/s，使生物質(zhì)燃料與低溫過熱水蒸汽充分 接觸，裂解生成粗合成氣和含焦炭灰渣，且控制粗合成氣在裂解爐5內(nèi)的停留時(shí)間為15 20s、粗合成氣的引出速度為15 20m/s。D)裂解爐5所產(chǎn)生的溫度為500 650°C的粗合成氣通過管道從氣化爐9的進(jìn)氣口輸入其內(nèi)。裂解爐5所產(chǎn)生的溫度為500 650°C的含焦炭灰渣則從裂解爐5的排渣口 進(jìn)入冷渣器6，經(jīng)熱能回收后降溫到150°C以下，再通過灰炭分離器7將其中的焦炭分離出 來。所分離出的焦炭通過焦炭輸送機(jī)19從氣化爐9的進(jìn)炭口輸入其內(nèi)，所分離出的灰渣則 送入灰渣庫18。E)高溫等離子炬加熱器10所產(chǎn)生的1200 1600°C的高溫過熱水蒸汽從氣化爐9 的水蒸汽噴嘴進(jìn)入其內(nèi)，保持氣化爐9內(nèi)的運(yùn)行溫度為1200 1400°C、運(yùn)行壓力為105 109Kpa、高溫過熱水蒸汽的噴入速度為35 50m/s，使粗合成氣和焦炭與高溫過熱水蒸汽 充分接觸，氣化生成初合成氣，且控制初合成氣在氣化爐9內(nèi)的停留時(shí)間為15 20s、初合 成氣的引出速度為15 20m/s。F)氣化爐9所產(chǎn)生的溫度為1200 1400°C的液態(tài)灰渣通過其排渣口排出，送入 灰渣庫18綜合利用。氣化爐9所產(chǎn)生的溫度為1200 1400°C的初合成氣則通過管道進(jìn)入 熱交換器11的氣體輸入端，被除鹽水冷卻降溫至260 320°C后，從熱交換器11的氣體輸 出端進(jìn)入除塵器12，初合成氣中攜帶的粉塵被除塵器12捕獲，除塵器12出口處初合成氣的 含塵濃度小于50mg/Nm3。G)經(jīng)過除塵處理的初合成氣進(jìn)入除酸塔13，在除酸塔13中除去初合成氣中的 H2S、COS、HCL、NH3、HCN 等有害氣體。H)經(jīng)過除酸處理的初合成氣再進(jìn)入干燥器14，除去其中的水份，即可獲得凈合成 氣，凈合成氣通過管道輸送至儲(chǔ)氣柜15中保存，供下游的工業(yè)應(yīng)用。經(jīng)過多次試驗(yàn)和數(shù)據(jù)檢測(cè)，本發(fā)明所制取的凈合成氣的主要成份及特性如表1所 示。由表1可見，本發(fā)明所制取凈合成氣的CCHH2含量最高可達(dá)90%，H2/C0的比值大于或 等于1，合成氣的熱值(LHV)為12. 5 13. 4MJ/Nm3，冷煤氣效率在88%左右，具有良好的商 業(yè)前景，非常適于生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和制取生物質(zhì)液體燃料等工業(yè)應(yīng)用。表1
權(quán)利要求
一種生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化工藝，它是利用過熱水蒸汽作為氧化劑和能量載體、在不同溫度區(qū)域內(nèi)依次對(duì)生物質(zhì)燃料進(jìn)行低溫裂解和高溫氣化兩級(jí)處理、最終生成凈合成氣的過程，其特征在于該工藝包括如下步驟1)將破碎好的生物質(zhì)燃料投入到裂解爐內(nèi)，同時(shí)向裂解爐內(nèi)噴入低溫過熱水蒸汽，保持裂解爐內(nèi)的運(yùn)行溫度為500～800℃，使生物質(zhì)燃料在與低溫過熱水蒸汽充分接觸的過程中發(fā)生裂解反應(yīng)，生成粗合成氣和含焦炭灰渣；2)對(duì)所生成的含焦炭灰渣依次進(jìn)行冷卻降溫和分離處理，使其中的焦炭成份分離出來；3)將所生成的粗合成氣和所分離出的焦炭輸送到氣化爐內(nèi)，同時(shí)向氣化爐內(nèi)噴入高溫過熱水蒸汽，保持氣化爐內(nèi)的運(yùn)行溫度為1200～1600℃，使粗合成氣和焦炭在與高溫過熱水蒸汽充分接觸的過程中發(fā)生氣化反應(yīng)，生成初合成氣；4)對(duì)所生成的初合成氣依次進(jìn)行冷卻降溫、清除粉塵、脫除酸性氣體和脫水干燥處理，即可獲得凈合成氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化工藝，其特征在于所述步驟1) 中，生物質(zhì)燃料的粒徑控制在20mmX20mm以下，生物質(zhì)燃料中水份的重量含量小于40%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化工藝，其特征在于所述步驟 1)中，裂解爐的進(jìn)料口處設(shè)有氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化工藝，其特征在于所述步驟 1)中，保持裂解爐內(nèi)的運(yùn)行溫度為500 650°C、運(yùn)行壓力為105 109Kpa、低溫過熱水蒸 汽的噴入速度為35 50m/s、粗合成氣在裂解爐內(nèi)的停留時(shí)間為15 20s、粗合成氣的引 出速度為15 20m/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化工藝，其特征在于所述步驟3)中，保持氣化爐內(nèi)的運(yùn)行溫度為1200 1400°C、運(yùn)行壓力為105 109Kpa、高溫過熱水 蒸汽的噴入速度為35 50m/s、初合成氣在氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間為15 20s、初合成氣的 引出速度為15 20m/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化工藝，其特征在于所述步驟4)中，將所生成的初合成氣冷卻降溫至260 320°C。
7.一種為實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述工藝而設(shè)計(jì)的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化設(shè)備，包括裂解 爐(5)和氣化爐(9)、低溫等離子炬加熱器(8)和高溫等離子炬加熱器(10)、儲(chǔ)水箱(17) 和輸水泵(16)、以及熱交換器(11)，其特征在于所述儲(chǔ)水箱(17)通過輸水泵(16)與熱交換器(11)的給水輸入端相連，所述熱交換器 (11)的蒸汽輸出端同時(shí)與低溫等離子炬加熱器(8)的進(jìn)汽口和高溫等離子炬加熱器(10) 的進(jìn)汽口相連，所述低溫等離子炬加熱器⑶的排汽口與裂解爐(5)的水蒸汽噴嘴相連，所 述高溫等離子炬加熱器(10)的排汽口與氣化爐(9)的水蒸汽噴嘴相連；所述裂解爐(5)的出氣口與氣化爐(9)的進(jìn)氣口相連，所述裂解爐(5)的排渣口與冷 渣器(6)的進(jìn)渣口相連，所述冷渣器(6)的出渣口與灰炭分離器(7)的進(jìn)料口相連，所述氣 化爐(9)的出氣口與熱交換器(11)的氣體輸入端相連，所述熱交換器(11)的氣體輸出端 依次與除塵器(12)、除酸塔(13)和干燥器(14)串聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化設(shè)備，其特征在于所述裂解爐(5)的進(jìn)料口處連接有氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化設(shè)備，其特征在于所述灰炭 分離器(7)的焦炭出口通過焦炭輸送機(jī)(19)與氣化爐(9)的進(jìn)炭口相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化設(shè)備，其特征在于所述裂解 爐(5)的水蒸汽噴嘴和氣化爐(9)的水蒸汽噴嘴沿各自爐體的高度方向布置有2 4層， 每層沿圓周方向均勻切向分布。
全文摘要
一種生物質(zhì)低溫裂解高溫氣化工藝及其設(shè)備。該工藝?yán)眠^熱水蒸汽作為氧化劑和能量載體，首先在500～800℃的溫度區(qū)域?qū)ι镔|(zhì)燃料進(jìn)行低溫裂解，獲得不含堿金屬氧化物的粗合成氣和焦炭；然后在1200～1600℃的溫度區(qū)域?qū)Υ趾铣蓺夂徒固窟M(jìn)行高溫氣化，獲得不含焦油成份的初合成氣，最后對(duì)所生成的初合成氣依次進(jìn)行冷卻、除塵、脫酸和干燥處理，即可獲得高品質(zhì)的凈合成氣。其設(shè)備主要由裂解爐和氣化爐、低溫等離子炬加熱器和高溫等離子炬加熱器、儲(chǔ)水箱和輸水泵、以及熱交換器等部件組成。本發(fā)明工藝易于控制、能耗和投資低廉、冷煤氣效率高，所產(chǎn)生合成氣熱值大、不含焦油和堿金屬化合物。既適合于生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，也適合于制取生物質(zhì)液體燃料。
文檔編號(hào)C10J3/66GK101906325SQ201010234090
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者唐宏明, 張巖豐, 陳義龍 申請(qǐng)人:武漢凱迪控股投資有限公司