專利名稱：一種高溫循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)固體廢棄物高效資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)及相應(yīng)的制氣方法。
背景技術(shù)：
隨著人們對能源的需求量越來越大，作為主要能源的化石燃料卻逐年減少，因此尋找一種對于環(huán)境友好且可再生的能源是全球關(guān)注的焦點。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，擁有大量的生物質(zhì)能源。生物質(zhì)能源是一種可以儲存太陽能并且可以轉(zhuǎn)化為固體、液體和氣體燃料的可再生能源，使用生物質(zhì)能源可以有效的減少溫室氣體的排放，降低全球溫室效應(yīng)。鑒于我國當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)，生物質(zhì)不僅解決了能源問題，而且也解決了環(huán)境問題。我國生物質(zhì)能源十分豐富，目前全國農(nóng)作物秸桿可獲得6.87億噸/年；林業(yè)可獲得約1.25億噸/年。據(jù)預(yù)測，2050年我國生物質(zhì)可以達到15億噸?，F(xiàn)在生物質(zhì)的利用主要是采用了熱解氣化技術(shù)，但是仍處在大規(guī)模商品化的初級階段。傳統(tǒng)的固定床或者是流化床都是存在著很多的問題，主要有:(I)、常規(guī)的固定床反應(yīng)器主要是存在著受熱不均勻、熱解過程中容易產(chǎn)生大量的焦油、對生物質(zhì)的種類適應(yīng)性低、殘?zhí)枯^多存在著二次污染的問題、熱效率低、熱值低且不穩(wěn)定等問題；(2)、傳統(tǒng)的流化床反應(yīng)器對原料的適應(yīng)性低、處理量小，而且反應(yīng)器中熱解氣和流化氣是兩種氣體，增加了后續(xù)的氣體分離工藝，由于很多流化床工藝都是利用空氣作為了流化氣體，導(dǎo)致氣體的熱值偏低等；(3)、現(xiàn)在已開發(fā)的雙床流化床反應(yīng)器流化介質(zhì)難于控制、加熱系統(tǒng)過于復(fù)雜，提高了運行成本，裝置的處理能力也受到了限制，不能達到高效、低成本的進行生物質(zhì)氣化等
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的這些問題，本發(fā)明提供了一種高溫循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)及相應(yīng)的制氣方法。該熱解方法利用生物質(zhì)自身產(chǎn)氣作為流化介質(zhì)，并且可以有效去除熱解過程產(chǎn)生的焦油。本發(fā)明所述的高溫循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)包括氣化物料進料系統(tǒng)、保溫夾套、流化床、氣體分配器、余熱鍋爐、格式下料器、旋風(fēng)除塵器、循環(huán)加熱爐、斜列管、高溫循環(huán)風(fēng)機、普通風(fēng)機、補充燃料系統(tǒng)、除灰凈化裝置、儲氣裝置。上述系統(tǒng)中，氣化物料進料系統(tǒng)與流化床連接，直接為流化床進料；流化床外部設(shè)置保溫夾套，防止熱量的散失；流化床頂部連接旋風(fēng)除塵器，旋風(fēng)除塵器下面連接格式下料器，旋風(fēng)除塵器出來的炭粉通過格式下料器進入補充燃料系統(tǒng)，補充燃料系統(tǒng)將燃料經(jīng)過普通風(fēng)機送入循環(huán)加熱爐；循環(huán)加熱爐里面裝有斜列管，從旋風(fēng)除塵器出來的氣體經(jīng)過高溫循環(huán)風(fēng)機進入斜列管進行加熱裂解；裂解后的氣體進入氣體分配器，氣體分配器分別連接流化床和除灰凈化裝置；循環(huán)加熱爐頂部排出的氣體和分配進入除灰凈化裝置的氣體均經(jīng)過余熱鍋爐降溫和熱量的回收利用；除灰凈化裝置后面連接儲氣裝置。采用上述高溫循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)制氣的方法為:
I)首先在氣化物料進料系統(tǒng)中加入原料，直接為流化床進料，再通過補充燃料系統(tǒng)將循環(huán)加熱爐中斜列管內(nèi)的氣體加熱到1000-1100°C，成為高溫氣體；2)高溫氣體進入流化床，流化同時氣化其中的原料，控制氣體的流量，使出氣口的溫度與進氣口的溫度差穩(wěn)定在200-300°C ；3)氣體分配器將裂解后的氣體分成循環(huán)氣體和導(dǎo)出氣體，循環(huán)氣體進入流化床，導(dǎo)出氣體進入除灰凈化裝置，洗除其中含有的焦油和粉塵后導(dǎo)入儲氣裝置中；循環(huán)氣體和導(dǎo)出氣體體積比為(4:1)-(14:1)；4)循環(huán)氣體進入流化床熱解氣化原料，然后再次進入循環(huán)加熱爐的斜列管內(nèi)被加熱到1000-110(TC，進一步去除焦油，成為高溫氣體，再進入流化床，循環(huán)往復(fù)。所述的原料為粉末或顆粒狀的生物質(zhì)。步驟I)中，氣化物料進料系統(tǒng)采用密封進料，無空氣參入。步驟I)中，利用水蒸汽作為流化床氣化改性劑，水蒸汽由軟水經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的高溫氣體和高溫?zé)煔庥酂徂D(zhuǎn)化而成。所述的制氣方法，循環(huán)風(fēng)量、加熱溫度、進料量、蒸汽量、補充燃燒料由全自動控制系統(tǒng)控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新是:1、由于使用的流化介質(zhì)是生物質(zhì)本身的熱解氣,屬于內(nèi)熱式加熱,無需加入流化困難的石英砂等載熱介質(zhì)，解決了傳統(tǒng)流化床的流化介質(zhì)難于控制的弊端，避免了流化氣體和熱解氣體的分離工藝，節(jié)省了 20%的能源；

2、熱解氣體與生物質(zhì)原料接觸充分、熱解快速、熱解時間一般在2-4秒；在熱解生物質(zhì)的同時，其中的焦油也會被催化裂解，同時高溫氣體循環(huán)操作再次進入循環(huán)加熱爐，二次催化裂解焦油，大大降低其中焦油的含量，高溫?zé)峤饨褂彤a(chǎn)量只有傳統(tǒng)熱解反應(yīng)器的焦油產(chǎn)量的7-17%，產(chǎn)液量也低于傳統(tǒng)反應(yīng)器產(chǎn)液量的5-20% ;同時因為本系統(tǒng)是密閉的系統(tǒng)，沒有空氣混入，氣體的熱值明顯提高，熱值均可以到達2500大卡/ (Nm3)以上，產(chǎn)氣量500_900m3/t ；3、利用加熱爐的余熱產(chǎn)生的蒸汽作為改性劑進入流化床，不但可以充分利用余熱，還可以降低產(chǎn)氣中一氧化碳的含量，達到城市燃?xì)獾臉?biāo)準(zhǔn)；4、旋風(fēng)分離的炭與燃燒物料共同進入循環(huán)加熱爐為循環(huán)氣體進行加熱，有效的將熱解原料轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物，提高了熱效率、副產(chǎn)物殘?zhí)康牧坑行Ы档土耍瑴p少了 40%的燃燒物料，降低了運行成本；5、只要生物質(zhì)的狀態(tài)是粉末或細(xì)顆粒狀就能應(yīng)用本裝置，所以本發(fā)明還具有生物質(zhì)種類適應(yīng)性強，可以適應(yīng)各種種類的生物質(zhì)原料、連續(xù)生產(chǎn)能力強、規(guī)模沒有限制等優(yōu)點。本發(fā)明的循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)是生物質(zhì)的高效氣化反應(yīng)器，克服了傳統(tǒng)固定床、流化床殘?zhí)枯^多、處理規(guī)模小、熱解氣的熱值低等問題，經(jīng)過高溫循環(huán)凈化，無焦油產(chǎn)生，后續(xù)凈化只需要完成灰塵去除和冷卻，簡化凈化工藝。該系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)固體廢棄物或工業(yè)有機廢棄物的資源化領(lǐng)域必將得到廣泛的應(yīng)用，可產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。


圖1本發(fā)明循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)的流程圖，圖中:1_氣化物料進料系統(tǒng)、2-保溫夾套、3-流化床、4-氣體分配器、5-余熱鍋爐、6-格式下料器、7-旋風(fēng)除塵器、8-循環(huán)加熱爐、9-斜列管、10-高溫循環(huán)風(fēng)機、11-普通風(fēng)機、12-補充燃料系統(tǒng)、13-除灰凈化裝置、14-儲氣裝置。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明所述的制備方法做進一步說明，但是本發(fā)明的保護范圍并不限于此。實施例1高溫循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)包括了氣化物料進料系統(tǒng)1、保溫夾套2、流化床3、氣體分配器4、余熱鍋爐5、格式下料器6、旋風(fēng)除塵器7、循環(huán)加熱爐8、斜列管9、高溫循環(huán)風(fēng)機10、普通風(fēng)機11、補充燃料系統(tǒng)12、除灰凈化裝置13、儲氣裝置14。制氣時，首先在氣化物料進料系統(tǒng)I加入顆粒狀生物質(zhì)，啟動高溫風(fēng)機9，再通過補足燃燒系統(tǒng)12給循環(huán)加熱爐8中的斜列管9里的氣體逐漸加熱到1000°C，成為高溫氣體；高溫氣體進入流化床3，流化同時也氣化其中的顆粒狀生物質(zhì)，控制氣體的流量，并使出氣口的溫度與進氣口的溫度差穩(wěn)定在200°C左右；顆粒狀生物質(zhì)的粒徑在流化床3中不斷氣化變小，當(dāng)達到一定的顆粒度的時候就會隨著高溫氣體進入后續(xù)裝置，部分粉末炭隨著熱解氣體通過旋風(fēng)除塵器7并在其作用下進入循環(huán)加熱爐8燃燒，對氣體進行加熱，若氣體溫度不足由補足燃燒系統(tǒng)12補足；被旋風(fēng)除塵器7分離出來的氣體進入氣體分配器4，分成循環(huán)氣體和導(dǎo)出氣體，調(diào)整循環(huán)氣體和導(dǎo)出氣體比為4:1 ;將導(dǎo)出氣體導(dǎo)入到后續(xù)的除灰凈化裝置13中，洗除其中含有的焦油和粉塵，最后將氣體導(dǎo)入儲氣裝置14中；循環(huán)氣體則繼續(xù)進入循環(huán)加熱爐8的斜列管9內(nèi)被加熱到1000°C，去除焦油，成為高溫氣體，再進入流化床3熱解氣化物料，循環(huán)往復(fù)。

上述系統(tǒng)中熱值都在10.5MJ/ (Nm3)以上，整個液體的量只有8 kg。實施例2高溫循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)包括了氣化物料進料系統(tǒng)1、保溫夾套2、流化床3、氣體分配器4、余熱鍋爐5、格式下料器6、旋風(fēng)除塵器7、循環(huán)加熱爐8、斜列管9、高溫風(fēng)機10、普通風(fēng)機11、補充燃料系統(tǒng)12、除灰凈化裝置13、儲氣裝置14。制氣時，首先在氣化物料進料系統(tǒng)I加入粉末狀生物質(zhì)原料，再通過補足燃燒系統(tǒng)12給循環(huán)加熱爐8中的斜列管9加入氣體，啟動高溫風(fēng)機9，使循環(huán)加熱爐8中斜列管9里的氣體逐漸加熱到IIOO0C，成為高溫氣體；高溫氣體進入流化床3，流化同時也氣化其中的氣化物料，控制氣體的流量，并使出氣口的溫度與進氣口的溫度差穩(wěn)定在300°C左右；氣化物料的粒徑在流化床3中不斷氣化變小，當(dāng)達到一定的顆粒度的時候就會成為熱解氣體隨著高溫氣體進入后續(xù)裝置，部分粉末炭隨著熱解氣體通過旋風(fēng)除塵器7并在其作用下進入循環(huán)加熱爐8燃燒，對氣體進行加熱，若氣體溫度不足由補足燃燒系統(tǒng)12補足；被旋風(fēng)除塵器7分離出來的氣體進入氣體分配器4，分成循環(huán)氣體和導(dǎo)出氣體，調(diào)整循環(huán)氣體和導(dǎo)出氣體比為14:1 ;將導(dǎo)出氣體導(dǎo)入到后續(xù)的除灰凈化裝置13中，洗除其中含有的焦油和粉塵，最后將氣體導(dǎo)入儲氣裝置14中；循環(huán)氣體則繼續(xù)進入循環(huán)加熱爐8的斜列管9內(nèi)被加熱到1100°C，去除焦油，成為高溫氣體，再進入流化床3熱解氣化物料，循環(huán)往復(fù)。
權(quán)利要求
1.一種高溫循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括氣化物料進料系統(tǒng)、保溫夾套、流化床、氣體分配器、余熱鍋爐、格式下料器、旋風(fēng)除塵器、循環(huán)加熱爐、斜列管、高溫循環(huán)風(fēng)機、普通風(fēng)機、補充燃料系統(tǒng)、除灰凈化裝置、儲氣裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)中，氣化物料進料系統(tǒng)與流化床連接，直接為流化床進料；流化床外部設(shè)置保溫夾套，防止熱量的散失；流化床頂部連接旋風(fēng)除塵器，旋風(fēng)除塵器下面連接格式下料器，旋風(fēng)除塵器出來的炭粉通過格式下料器進入補充燃料系統(tǒng)，補充燃料系統(tǒng)將燃料經(jīng)過普通風(fēng)機送入循環(huán)加熱爐；循環(huán)加熱爐里面裝有斜列管，從旋風(fēng)除塵器出來的氣體經(jīng)過高溫循環(huán)風(fēng)機進入斜列管進行加熱裂解；裂解后的氣體進入氣體分配器，氣體分配器分別連接流化床和除灰凈化裝置；循環(huán)加熱爐頂部排出的氣體和分配進入除灰凈化裝置的氣體均經(jīng)過余熱鍋爐降溫和熱量的回收利用；除灰凈化裝置后面連接儲氣裝置。
3.采用權(quán)利要求I或2所述的高溫循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)制氣的方法，其特征在于，其具體操作步驟為 1)首先在氣化物料進料系統(tǒng)中加入原料，直接為流化床進料，再通過補充燃料系統(tǒng)將循環(huán)加熱爐中斜列管內(nèi)的氣體加熱到1000-1100°C，成為高溫氣體； 2)高溫氣體進入流化床，流化同時氣化其中的原料，控制氣體的流量，使出氣口的溫度與進氣口的溫度差穩(wěn)定在200-300°C ； 3)氣體分配器將裂解后的氣體分成循環(huán)氣體和導(dǎo)出氣體，循環(huán)氣體進入流化床，導(dǎo)出氣體進入除灰凈化裝置，洗除其中含有的焦油和粉塵后導(dǎo)入儲氣裝置中；循環(huán)氣體和導(dǎo)出氣體體積比為(4:1)-(14:1)； 4)循環(huán)氣體進入流化床熱解氣化原料，然后再次進入循環(huán)加熱爐的斜列管內(nèi)被加熱到1000-1100°C，進一步去除焦油，成為高溫氣體，再進入流化床，循環(huán)往復(fù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的原料為粉末或顆粒狀的生物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟I)中，氣化物料進料系統(tǒng)采用密封進料，無空氣參入。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟I)中，利用水蒸汽作為流化床氣化改性劑,水蒸汽由軟水經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的高溫氣體和高溫?zé)煔庥酂徂D(zhuǎn)化而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，循環(huán)風(fēng)量、加熱溫度、進料量、蒸汽量、補充燃燒料由全自動控制系統(tǒng)控制。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物質(zhì)固體廢棄物高效資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種高溫循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)及相應(yīng)的制氣方法。該系統(tǒng)包括氣化物料進料系統(tǒng)、保溫夾套、流化床、氣體分配器、余熱鍋爐、格式下料器、旋風(fēng)除塵器、循環(huán)加熱爐、斜列管、高溫循環(huán)風(fēng)機、普通風(fēng)機、補充燃料系統(tǒng)、除灰凈化裝置、儲氣裝置。采用本發(fā)明所述系統(tǒng)制氣時，先在氣化原料中通入加熱過的高溫氣體流化并氣化，得熱解氣；熱解氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器除去粉末炭后用氣體分配器分成循環(huán)氣體和導(dǎo)出氣體；導(dǎo)出氣體經(jīng)除雜后儲存；循環(huán)氣體經(jīng)加熱除焦油后成為高溫氣體，再循環(huán)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用的流化介質(zhì)是生物質(zhì)本身的熱解氣，經(jīng)過高溫循環(huán)凈化，無焦油產(chǎn)生。
文檔編號C10J3/56GK103254941SQ20131020514
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月29日
發(fā)明者宋英豪, 林青山, 畢凱道, 徐冬利, 賈立敏, 袁衍超, 馬欣欣, 張辰宇 申請人:北京化工大學(xué)