專利名稱：生物質(zhì)移動床連續(xù)氣化同時去除焦油的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生物質(zhì)氣化和炭、活化技術領域，是關于生物質(zhì)連續(xù)氣化同時除去焦油并實現(xiàn)木炭活化的設備。
背景技術：
生物質(zhì)能源由于低碳和可再生已日益為當代社會所重視，其中生物質(zhì)熱解氣化制造燃料氣或者進一步用來發(fā)電，是一條重要途徑?，F(xiàn)行的生物質(zhì)氣化工藝設備大體上可分為二類七種爐型，一是固定床，包括下吸式固定床氣化爐、上吸式固定床氣化爐、橫吸式固定床氣化爐、開心式固定床氣化爐；二是流化床，包括單流化床氣化爐、循環(huán)流化床氣化爐、 雙流化床氣化爐。上述爐型各自有其適用范圍，流化床適應于粉狀和細粒狀原料，固定床適應于粗粒狀和片狀、塊狀物料。它們的共同缺點之一是產(chǎn)出的燃料氣中焦油含量太高。焦油問題是影響這些燃料氣使用的一個瓶頸，焦油會堵塞輸氣管路，堵塞發(fā)動機的火花塞或燃燒器的燃氣孔，甚至粘結(jié)氣缸，使發(fā)電機與供氣設備無法正常運行。因此，上述燃料氣還需進行除去焦油的處理(通常簡稱為除焦，下同)?，F(xiàn)行的除焦方法有濕式除焦和干式除焦，普遍采用的是濕式除焦法。濕式除焦法，實質(zhì)上就是在除焦設備中使燃料氣與噴淋水逆流接觸降溫，沸點高的焦油被冷凝下來混入噴淋水中，然后再對這些廢水進行焦油分離和凈化。該法設備投資大， 操作麻煩，勞動條件差，水消耗量多，運行成本高，容易造成二次污染，是生物質(zhì)氣化技術難以推廣應用的主要原因之一。鑒此，國際上不少國家都在進行不用水的干式除焦技術開發(fā)， 采用的原理基本相同，即催化裂解，使用的催化劑有白云石、木炭和鎳基催化劑等，鎳基催化劑活性高、反應溫度低，但易受污染而失效，且價格高昂，缺乏實用性；白云石則需要數(shù)量多，得事先成型、用后再生，且要加溫，不僅操作麻煩還要增加能源消耗；較為合理的是采用木炭作催化劑，已經(jīng)有人做過試驗，在裂解溫度1050°C的條件下，除焦率可達92% (《可再生能源》2005, No 5，p30 34.)，但該法需要專門建造一臺裂解爐，投資大、工序長，而且由于在反應過程中木炭不僅僅是催化，自身也被氣化而不斷消耗，在900 100(TC溫度下，補充木炭和清灰成為新的難點。它們共同的缺點之二是不能在生產(chǎn)燃料氣的同時生產(chǎn)木炭或活性炭。這是由于它們工藝和設備本身的特點所決定的，原因是上述7種爐型都無法準確地確定原料在爐內(nèi)的停留時間，也沒有取出高溫炭的手段或裝置。對于固定床氣化爐來說還有其他明顯的缺點，可以列舉的有一是爐內(nèi)料層的氣流分布不均勻，進而引起同一層次上的爐溫差異大，出現(xiàn)所謂“偏燒”;二是料層容易產(chǎn)生架橋現(xiàn)象，需要人工捅爐才能使爐子正常運行，操作性顯著降低。由于這樣的原因，固定床的單爐規(guī)模難以擴大，目前已使用的最大的爐子，其內(nèi)徑不超過1. 6米，氣化截面積不超過2 平方米。
發(fā)明內(nèi)容[0006]本發(fā)明的目的之一是提供一種連續(xù)進行氣化同時又進行干式除焦的設備，稱之為 “管排式移動床氣化除焦爐”；目的之二是利用該爐型既制造燃料氣體(下稱燃氣)又副產(chǎn)活性炭。本發(fā)明人認為，現(xiàn)行固定床和流化床氣化工藝焦油含量之所以高的根本原因是由于設備本身局限，不能對生成的燃氣在足夠的高溫下在爐內(nèi)再通過一定的時間進行處理的緣故，只有改變工藝和設備才能從根本上解決問題，這就是采用移動床爐，既使生物質(zhì)氣化又使生成的燃氣中的焦油受到催化作用而裂解。生物質(zhì)原料按一定的速度從頂部不斷加入，與此同時，在上、中、下三個不同高度的部位，有控制地送入或吸入一定量的空氣，在爐內(nèi)生成的高溫燃氣從低于最下一個空氣進口的燃氣出口連續(xù)地引出，依次通過一級間接式熱交換器回收顯熱，二級、三級間接熱交換器冷卻和干式除焦裝置深度除焦，然后送入儲氣柜；未氣化的固體炭按一定速度從底部連續(xù)不斷地取出。該爐可以是圓形、方形和任意截面的單管狀爐，但由于單管爐截面大到一定程度以后，氣流就難以分布均勻，因而限制了它的規(guī)?；瘧谩１景l(fā)明人吸取了堆砌組裝式炭活化爐的優(yōu)點，經(jīng)過反復研究試驗，創(chuàng)造了適應與上述氣化除焦方法的全新爐型“管排移動床氣化除焦爐”。該爐屬于立式重力移動床，除現(xiàn)行氣化爐具備的爐支架、爐外殼、保溫層和爐墻以外，特別設置爐芯，該爐芯由若干種獨特設計的特異型耐火磚堆砌組裝成一排排一列列整齊排列的反應管(13)，其下連接炭冷卻管(17)，炭冷卻管(17)下方連接“多點連續(xù)定量出炭裝置”；爐芯的外圍設爐內(nèi)墻(3)，爐內(nèi)墻(3)的外圍有保溫層0)，保溫層(2)的外圍是爐外殼(1)；反應管(1 中，自上至下依次為干燥段、預炭化段、炭化燃燒段、還原氣化段、再燃除焦段、炭初冷段，爐口(4)作為一級進風口，在預炭化段與炭化燃燒段之間、還原氣化段與再燃除焦段之間、再燃除焦段與炭初冷段之間均設有直氣體通道(1 和橫氣體通道(11)，分別與相對應的二級進風口(10)三級進風口(14)、燃氣出口(15)相互聯(lián)通。爐子運行時，首先在爐內(nèi)加滿木炭，再用點火工具把爐口表面的木炭點燃，接著啟動引風機，由于空氣吸入，木炭越燒越旺，適時開動“多點連續(xù)定量出炭裝置”，爐內(nèi)木炭憑借重力作用逐漸下移，燒紅的炭層烘烤爐芯磚使爐內(nèi)溫度不斷升高，與此同時，爐口開始不斷加入原料木片，使料位保持一定水平。入爐的木片首先進入干燥段，受熱后使水分蒸發(fā)， 接著進入溫度約為180 250°C的預炭化段，開始熱解，有一些可燃氣體釋放出來，與吸入的空氣混合后產(chǎn)生放熱反應，使料溫進一步升高，達到300°C時，開始主熱解，產(chǎn)生大量的可燃氣體與導入的二級空氣發(fā)生部分燃燒，使爐溫升得更高，炭化更劇烈，此階段稱為炭化燃燒段，在此段的下部，爐溫一般可達到并控制在1000°C，在此溫度下，由于物料有機體劇烈縮聚芳構(gòu)化，有大量的氣體例如氫、甲烷、一氧化碳、水蒸氣和二氧化碳繼續(xù)被釋放出來，隨著料層和氣體的不斷下移，進入還原氣化段，氣體中的二氧化碳和水蒸汽又與灼熱的炭層發(fā)生水煤氣化反應，形成以氫和一氧化碳為主的更多燃氣，但由于上面熱裂解過程中， 伴隨著一些付反應，燃氣中會帶有少量“焦油”和潛在焦油物質(zhì)(例如苯同系物、萘、蒽、菲等)，因為水煤氣化反應為吸熱反應，炭體的溫度很快降到700°C左右，傳統(tǒng)爐型中這些焦油類物質(zhì)難以被分解，往往隨燃氣排出，在本爐型中，在再燃除焦段又導入三級空氣，燃氣繼續(xù)下移至該段時，又一次發(fā)生部分燃燒，爐溫和炭體溫度再次升高到1000°C，在此溫度下炭體有良好的催化活性，使焦油及焦油類物質(zhì)迅速裂解成低分子物質(zhì)，達到除焦的目的。而且，在此高溫條件下，燃氣中的二氧化碳和水蒸汽還會與炭體發(fā)生活化反應，繼續(xù)生成一氧化碳和氫氣的同時，使炭體變成具有一定吸附力的中低檔活性炭。 4[0009]從除焦的方式上看，本發(fā)明屬于爐內(nèi)獨立除焦，與現(xiàn)有爐內(nèi)混合除焦相比，其優(yōu)點是不需外加催化劑，革除了添加、分離和再生催化劑的工序；從除焦使用的催化劑上看，本發(fā)明又屬于爐內(nèi)木炭催化除焦，與現(xiàn)有爐外單獨木炭催化除焦相比，其優(yōu)點是簡化設備、節(jié)省能源和方便操作；本發(fā)明更大的優(yōu)點在于環(huán)保，與現(xiàn)行濕法除焦相比，由于不需要噴淋、 泡罩或文丘里洗氣，就不會有廢水產(chǎn)生；本發(fā)明還有獨特的優(yōu)點是副產(chǎn)活性炭，現(xiàn)行的氣化方法和爐型，排出的固體物料，通常是帶有炭粉末的灰渣，本發(fā)明卻可以連續(xù)排出活性炭， 經(jīng)濟性顯著提高。

圖1表示本發(fā)明氣化除焦爐沿橫向的中軸線的縱剖面圖，圖2表示該爐沿料道 (19)的中軸線A-A的縱剖面圖，但其左半圖爐芯部分則表示沿該爐直向的中軸線的剖面圖。在上述圖中(1)爐外殼、⑵保溫層、⑶爐內(nèi)墻、⑷爐口、(5)斜塊磚、(6)直板磚、 (7)孔道磚、(8)斜板磚、(9)橫板磚、(10) 二級進風口、(11)橫氣體通道、(12)直氣體通道、 (13)反應管、(14)三級進風口、(15)燃氣出口、(16)爐支架、(17)炭冷卻管、(18)轉(zhuǎn)扒出料器、(19)螺旋出料器、(20)星形出料器。圖3是直板磚(6)的立體圖，圖4是橫板磚(9)的立體圖、圖5是斜塊磚(5)的立體圖、圖6是斜板磚(8)的立體圖、圖7是孔道磚(7)的立體圖。在圖1、圖2中，密網(wǎng)格線剖面表示特異型爐芯磚，疏網(wǎng)格線剖面表示通用耐火磚， 麻點狀剖面表示保溫層。
具體實施方式
雖然可實施的爐不止一種型式，但比較合適的是如圖1、圖2所示的用獨特設計的特異形耐火磚堆砌組裝成爐芯的“管排移動床氣化除焦爐”。該爐的爐芯磚可以用如圖3、4、 5、6、7所示的直板磚(6)、橫板磚(9)、斜塊磚(5)、斜板磚(8)、孔道磚(7)共五種獨特設計的特異型耐火磚堆砌組裝成一排排一列列反應管(13)，直板磚(6)呈矩形厚板狀，其“長X 厚”的上側(cè)面有一條半圓凹槽，“長X厚”的下側(cè)面有一條半圓凸棱，“長X寬”的上側(cè)面的二條寬邊各有一條弧狀突棱；橫板磚(9)呈矩形厚板狀，其“長X厚”的上側(cè)面有一條半圓凹槽，“長X厚”的下側(cè)面有一條半圓凸棱，“寬X厚”的兩側(cè)面各有一條半圓凹槽；斜板磚(9)呈直角梯形厚板狀，其“長底邊X厚”的側(cè)面有一條半圓凹槽，“短底邊X厚”側(cè)面有一條半圓突棱，“直角腰X寬”側(cè)面有一條半圓突棱和一條半圓凹槽，“斜腰X寬”側(cè)面有一條半圓凹槽；斜塊磚( 呈直角梯形長條狀，其“長底邊X長”側(cè)面靠近斜腰那側(cè)有一條半圓突棱，“斜腰X長”側(cè)面含斜腰在內(nèi)的兩側(cè)各有一條半圓突棱；孔道磚(7)呈“手槍” 形長條狀，其“搶口 ”側(cè)面有一條半圓突棱，“搶柄”外側(cè)面靠近“槍管”側(cè)有一條半圓凹槽; 砌筑爐芯時，自爐支架(16)往上開始，第一層，直板磚(6)成排放置，橫板磚(9)橫插在二排相鄰的直板磚(6)之間，且將自身側(cè)邊的凹槽卡住同一排上相鄰的二塊直板磚(6)側(cè)邊的凸棱，第二層，斜塊磚( 成排放置，斜板磚(8)橫插在二排相鄰的斜塊磚( 之間，且將自身側(cè)邊的凹槽卡住同一排上相鄰的二塊斜塊磚(5)側(cè)邊的凸棱，第三層，孔道磚(7)成排放置，橫板磚(9)橫插在二排相鄰的孔道磚(7)之間，且將自身側(cè)邊的凹槽卡住同一排上相鄰的二塊孔道磚(7)側(cè)邊的凸棱，第四層起按上述砌筑方式重復3 4次，各孔道磚(7)連成直氣體通道(12)，內(nèi)爐墻緊圍爐芯，并在與上述直氣體通道(12)同水平面上設置不少于三級與這些直氣體通道(1 連通的橫氣體通道(11)，且上二級橫氣體通道(11)與爐的進風口(10)連通，下一級橫氣體通道(11)與爐的燃氣出口(14)連通。 該爐所連接的“多點連續(xù)等量出炭裝置”對爐子的操作影響頗大，所謂“多點連續(xù)等量出炭”是要使每一支反應管都同時等量且連續(xù)出炭，須采用專門的轉(zhuǎn)扒出料器(18)，其下再連接螺旋出料器(19)和星形出料器00)。
權(quán)利要求1.生物質(zhì)移動床連續(xù)氣化同時除焦油的設備，其特征在于管排式移動床氣化除焦爐，爐內(nèi)設置爐芯，該爐芯由若干種獨特設計的特異型耐火磚堆砌組裝成一排排一列列整齊排列的反應管(13)，其下連接炭冷卻管(17)，炭冷卻管(17)下方連接“多點連續(xù)等量出炭裝置”;反應管(1 中，自上至下依次為干燥段、預炭化段、炭化燃燒段、還原氣化段、再燃除焦段、炭初冷段；在預炭化段與炭化燃燒段之間、還原氣化段與再燃除焦段之間、再燃除焦段與炭初冷段之間均設有直氣體通道(1 和橫氣體通道(11)，分別與相對應的二級進風口(10)、三級進風口(14)、燃氣出口(15)相互聯(lián)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)移動床連續(xù)氣化同時除焦油的設備，其特征在于獨特設計的特異型耐火磚包括直板磚(6)、橫板磚(9)、斜塊磚( 、斜板磚(8)、孔道磚(7)，直板磚(6)呈矩形厚板狀，其“長X厚”的上側(cè)面有一條半圓凹槽，“長X厚”的下側(cè)面有一條半圓凸棱，“長X寬”的上側(cè)面的二條寬邊各有一條弧狀突棱；橫板磚(9)呈矩形厚板狀， 其“長X厚”的上側(cè)面有一條半圓凹槽，“長X厚”的下側(cè)面有一條半圓凸棱，“寬X厚” 的兩側(cè)面各有一條半圓凹槽；斜板磚(8)呈直角梯形厚板狀，其“長底邊X厚”的側(cè)面有一條半圓凹槽，“短底邊X厚”側(cè)面有一條半圓突棱，“直角腰X寬”側(cè)面有一條半圓突棱和一條半圓凹槽，“斜腰X寬”側(cè)面有一條半圓凹槽；斜塊磚( 呈直角梯形長條狀，其“長底邊X長”側(cè)面靠近斜腰那側(cè)有一條半圓突棱，“斜腰X長”側(cè)面含斜腰在內(nèi)的兩側(cè)各有一條半圓突棱；孔道磚(7)呈“手槍”形長條狀，其“槍口”這個側(cè)面有一條半圓突棱，“搶柄” 外側(cè)面靠近“槍管”側(cè)有一條半圓凹槽；第一層，直板磚(6)成排放置，橫板磚(9)橫插在二排相鄰的直板磚(6)之間，且將自身側(cè)邊的凹槽卡住同一排上相鄰的二塊直板磚(6)側(cè)邊的凸棱，第二層，斜塊磚( 成排放置，斜板磚(8)橫插在二排相鄰的斜塊磚( 之間，且將自身側(cè)邊的凹槽卡住同一排上相鄰的二塊斜塊磚(5)側(cè)邊的凸棱，第三層，孔道磚(7)成排放置，橫板磚(9)橫插在二排相鄰的孔道磚(7)之間，且將自身側(cè)邊的凹槽卡住同一排上相鄰的二塊孔道磚(7)側(cè)邊的凸棱，第四層起按上述砌筑方式重復3 4次，各孔道磚(7)連成直氣體通道(12)，內(nèi)爐墻緊圍爐芯，并在與上述直氣體通道(12)同水平面上設置不少于三級與這些直氣體通道(1 連通的橫氣體通道(11)，且上二級橫氣體通道(11)與爐的進風口(10)連通，下一級橫氣體通道(11)與爐的燃氣出口(14)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物質(zhì)移動床連續(xù)氣化同時除焦油的設備，其特征在于“多點連續(xù)定量出炭裝置”包含轉(zhuǎn)扒出料器(18)、螺旋出料器(19)和星形出料器00)。
專利摘要本實用新型涉及一種生物質(zhì)移動床連續(xù)氣化同時去除焦油的設備，其特征在于管排式移動床氣化除焦爐，爐內(nèi)設置爐芯，該爐芯由若干種獨特設計的特異型耐火磚堆砌組裝成一排排一列列整齊排列的反應管(13)，其下連接炭冷卻管，炭冷卻管下方連接“多點連續(xù)等量出炭裝置”；反應管中，自上至下依次為干燥段、預炭化段、炭化燃燒段、還原氣化段、再燃除焦段、炭初冷段；在預炭化段與炭化燃燒段之間、還原氣化段與再燃除焦段之間、再燃除焦段與炭初冷段之間均設有直氣體通道和橫氣體通道，分別與相對應的二級進風口、三級進風口、燃氣出口相互聯(lián)通。本實用新型燃氣焦油含量低，無廢水排放，還副產(chǎn)活性炭，生產(chǎn)成本顯著下降。
文檔編號C10J3/66GK202214340SQ20112004254
公開日2012年5月9日 申請日期2011年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月13日
發(fā)明者王正郁, 王浩熹, 胡福昌 申請人:富來森集團有限公司