專利名稱：一種由固體生物質(zhì)制備合成氣的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)能源的轉(zhuǎn)化方法和裝置，確切地說是一種由固體生物質(zhì)制備合成 氣的方法和設(shè)備。
二背景技術(shù)：
農(nóng)作物秸稈、林業(yè)廢棄物和城鎮(zhèn)生活垃圾中可燃部分等屬生物質(zhì)能，稱固體生物質(zhì)，簡(jiǎn)
稱生物質(zhì)。目前對(duì)生物質(zhì)能源的利用主要通過缺氧或無氧條件下的熱解氣化，生成以co為
主要成分的可燃?xì)怏w。為避免氣化爐結(jié)渣、掛渣，必須控制氣化溫度，通常只能得到低熱值
的可燃?xì)怏w，且焦油含量高，易堵塞管道，灰渣中碳含量高，能源轉(zhuǎn)化率僅70%左右。
乙醇、丙醇、丁醇等低碳醇也可以作為燃料，若由糧食、生物質(zhì)制備的統(tǒng)稱生物燃料。
如巴西用甘蔗制備生物燃料乙醇，使本國(guó)90%以上的小汽車都使用乙醇燃料。但倘用糧食生
產(chǎn)生物燃料，聯(lián)合國(guó)糧食組織認(rèn)為這是反人類罪。
生物燃料也可以人工合成，有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，合成氣(含一定比例的C0、 H2)在鐵基或鈷
基催化劑作用下合成得到乙醇、丙醇等混合醇，經(jīng)分餾即可得到乙醇或丙醇等。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在利用固體生物質(zhì)為原料制備合成氣以滿足合成生物燃料的需要。所要解決的 技術(shù)問題是同時(shí)發(fā)生氫氣。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括固體生物質(zhì)的壓塊、熱解氣化和發(fā)生氫氣以及精制，固體生物質(zhì) 壓塊就是將固體生物質(zhì)原料干燥、粉碎后壓制成密度l. 1 1.3g/cm3的塊狀，壓制有利于提 高熱解溫度、提高氣化效率。熱解氣化和發(fā)生氫氣是在固定床式壓力氣化爐中完成的，所述 的熱解氣化是上述生物質(zhì)壓塊在有限供氧條件下于1350 1450。C和壓力0.2 1.6MPa下熱 解氣化，亦即缺氧熱解氣化，有利于生成CO。所謂有限供氧，即所提供的氧氣不足以使生 物質(zhì)中的碳完全燃燒，理論上碳與氧生成C02是等摩爾的，若生成CO,則供氧量可減半。使 用純氧旨在避免氮?dú)?N2)組分。若使用富氧空氣，則在精制時(shí)應(yīng)盡可能除去氮?dú)?。所述?發(fā)生氫氣是生物質(zhì)壓塊在高溫氧化時(shí)形成熔融的灰渣，灰渣遇水驟冷，生成大量的水蒸氣進(jìn) 入氣化爐腔體內(nèi)與碳或/和CO生成氫氣和C0，這一過程雷同水蒸氣與焦炭發(fā)生半水煤氣的 過程，這時(shí)的合成氣主要組分有C0、他、C02、和煙塵以及少量的CH4，稱粗合成氣，所述的 精制就是使用公知的技術(shù)對(duì)粗合成氣進(jìn)行凈化處理，首先水洗除去粉塵和少量C02，然后變 換使C02轉(zhuǎn)化成C0，得到主要含CO和他的合成氣，調(diào)整兩者比例后用于合成生物燃料。
本方法所用的設(shè)備主要指固定床式壓力氣化爐，包括承壓氣化爐體、加料裝置、排渣裝 置等，承壓氣化爐體是生物質(zhì)壓塊能源轉(zhuǎn)化場(chǎng)所，致密的壓塊可以提高熱解氣化的溫度，以
提高氣化效率。
承壓氣化爐體為帶有隔熱保溫層2的腔體1，其上有進(jìn)料(生物質(zhì)壓塊)裝置，其下有
排渣裝置。
在腔體1內(nèi)設(shè)置有爐排3，爐排3的下方依次設(shè)置有混合腔4、激冷室5和灰渣倉(cāng)6， 各倉(cāng)、室為插板閥7c和7d所隔離和封閉，也就是在激冷室5和灰渣倉(cāng)6之間有插板閥7c， 在灰渣倉(cāng)6下方有插板閥7d。混合腔4上有助燃劑進(jìn)口 8并由射流閥9所控制，所謂助燃 劑是指氧氣或者富氧空氣?；以鼈}(cāng)6存貯灰渣，打開插板閥7d便可排渣。水管IO可向灰渣 倉(cāng)6和激冷室5內(nèi)注水，水有冷卻灰渣和水封作用，此外，其主要作用是當(dāng)熔融的灰渣落入 激冷室5時(shí)，遇水驟冷，會(huì)生成大量的水蒸氣進(jìn)入腔體l，在高溫條件下反應(yīng)生成氫氣，以 提高燃?xì)獾钠焚|(zhì)，同時(shí)可冷卻爐排3。
在腔體1上還設(shè)置有點(diǎn)火孔11和至少兩個(gè)測(cè)溫孔12a、 12b以及燃?xì)庖龉?3，作為 壓力容器，溫度表14、壓力表15和安全閥16也一并設(shè)置。燃?xì)庖龉?3上并聯(lián)有由電磁 閥18a控制的回流管17連接在射流閥9上，其作用是當(dāng)開始點(diǎn)火時(shí)或出現(xiàn)其他異常時(shí)導(dǎo)致 燃?xì)赓|(zhì)量不穩(wěn)定，不能送去精制，也不能直接供給用戶，在射流閥9的負(fù)壓作用下使之返回 腔體l。
在腔體1頂端依次設(shè)置有料倉(cāng)19、貯倉(cāng)20和料斗21。料倉(cāng)19為插板閥7a、 7b所封閉， 也就是在腔體1與料倉(cāng)19之間有插板閥7a，在料倉(cāng)19和貯倉(cāng)20之間有插板閥7b;在料倉(cāng) 19上設(shè)置有由電磁閥18b控制的回流管22連接在射流閥9上，其作用是當(dāng)打開閥7a向腔 體l內(nèi)加料時(shí)回收馳放的燃?xì)狻?br> 為保持系統(tǒng)的密封性，在貯倉(cāng)20和料斗21之間設(shè)置有鎖氣閥23。 為強(qiáng)化加料裝置和排渣裝置的強(qiáng)度，在料倉(cāng)19上設(shè)置水冷卻夾套24a，在混合腔4和 激冷室5上設(shè)置有串聯(lián)的水冷卻夾套24b。
為方便觀察，在混合腔4上設(shè)置有觀察、檢査口 25。在灰渣倉(cāng)6上設(shè)置有渣位視孔26。 在進(jìn)料裝置中，可設(shè)置皮帶送料機(jī)27將生物質(zhì)壓塊送入料斗21內(nèi)。 在出料裝置中，可設(shè)置螺旋出渣機(jī)28自動(dòng)排灰渣。
本氣化爐所制備的燃?xì)鉄嶂蹈撸粌H可作燃料直接使用，而且精制后可作為合成生物燃 料的原料氣使用。本壓力氣化爐由于加料和排渣裝置中采用了多級(jí)密封措施，不干擾腔體內(nèi) 氣化環(huán)境，確保工作的穩(wěn)定性和操作的連續(xù)性。通過回流措施，減少了不合格燃?xì)獾呐欧牛?br> 提高能源利用率。
四

圖l所示是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中箭頭所示為夾套內(nèi)冷卻水流向。
五具體實(shí)施例方式
1、結(jié)合附圖，非限定實(shí)施例敘述如下-
用耐高溫碳鋼加工腔體l，其內(nèi)鋪設(shè)復(fù)合隔熱層、其外包覆保溫層，統(tǒng)稱隔熱保溫層2。 在腔體1內(nèi)設(shè)置陶瓷爐排3，在陶瓷爐排3下方依次連接混合腔4、激冷室5和灰渣倉(cāng)
6。在激冷室5與灰渣倉(cāng)6之間有電動(dòng)插板閥7c,在灰渣倉(cāng)6下方通過電動(dòng)插板閥7d與螺
旋出渣機(jī)28相連接。在混合腔4和激冷室5上設(shè)置有串聯(lián)的水冷卻夾套24b。在混合腔4
上有觀察口 25,在灰渣倉(cāng)6上有進(jìn)水孔10和渣位視孔26。
在腔體1上設(shè)置有點(diǎn)火孔11、兩測(cè)溫孔12a和12b、燃?xì)庖龉?3以及溫度表14、壓
力表15和安全閥16。燃?xì)庖龉?3上并聯(lián)回流管17、連接在射流閥9上，并由電磁閥18a
所控制。
在腔體1頂端依次向上連接料倉(cāng)19、貯倉(cāng)20和料斗21。在腔體1與料倉(cāng)19之間設(shè)置 有電動(dòng)插板閥7a,在料倉(cāng)19和貯倉(cāng)20之間有電動(dòng)插板閥7b。在料倉(cāng)19上設(shè)置有水冷卻夾 套24a,同時(shí)設(shè)置有回流管22連接在射流閥9上，并由電磁閥18b所控制。在貯倉(cāng)20和料 斗21之間有鎖氣閥23。由皮帶送料機(jī)27向料斗21內(nèi)輸送生物質(zhì)壓塊。
2、合成氣的制備
先在爐排3上鋪放引燃物，打開點(diǎn)火孔ll,點(diǎn)燃引燃物后關(guān)閉。打開插板閥7a加生物 質(zhì)壓塊。同時(shí)打開電磁閥18a和18b以及射流閥9，當(dāng)關(guān)閉插板閥7a時(shí)關(guān)閉電磁閥18b。由 射流閥9引入經(jīng)增壓的氧氣或富氧空氣， 一方面提高腔體1內(nèi)氧化溫度達(dá)140CTC,另一方 面使封閉的腔體l內(nèi)形成壓力，并控制壓力0.2 1.6MPa;在氧化過程中熔融的灰渣落入激 冷室5，生成水蒸氣進(jìn)入腔體1，分析燃?xì)獾慕M成，當(dāng)C02、 CO、 H2比例適當(dāng)時(shí)關(guān)閉電磁閥 18a，將燃?xì)庥梢龉?3送至精制工段進(jìn)行精制。當(dāng)激冷室5積滿灰渣后打開插板閥7c， 讓灰渣落入灰渣倉(cāng)6，關(guān)閉插板閥7c，打開插板閥7d便可排渣。
權(quán)利要求
1、一種由固體生物質(zhì)制備合成氣的方法，包括固體生物質(zhì)的壓塊、熱解氣化和發(fā)生氫氣以及精制，其特征在于將固體生物質(zhì)壓制成密度1.1～1.3g/cm3的塊狀在固定床式壓力氣化爐內(nèi)完成熱解氣化和發(fā)生氫氣，所述的熱解氣化是生物質(zhì)壓塊在有限供氧條件下于1350～1450℃和壓力0.2～1.6MPa下熱解氣化，所述的發(fā)生氫氣是熔融的灰渣遇水驟冷生成水蒸氣進(jìn)入氣化爐腔體內(nèi)發(fā)生氫氣。
2、 由權(quán)利要求1所述的制備合成氣的設(shè)備是固定床式壓力氣化爐，包括承壓氣化爐體 以及加料和排渣裝置，其特征在于承壓氣化爐體是一帶有隔熱保溫層(2)的腔體(1)， 在腔體(1)內(nèi)設(shè)置有爐排(3)，爐排(3)的下方依次設(shè)置有混合腔(4)、激冷室(5)和 灰渣倉(cāng)(6)以及電動(dòng)插板閥(7c)和(7d);在混合腔(4)上有由射流閥(9)控制的助燃 氣進(jìn)口 (8);在灰渣倉(cāng)(6)上有進(jìn)水管(10);在腔體(1)上設(shè)置有點(diǎn)火孔(11)和至少 兩個(gè)測(cè)溫孔(12a)和(12b)以及燃?xì)庖龉?13)、溫度表(14)、壓力表(15)和安全閥(16);燃?xì)庖龉?13)上并聯(lián)有由電磁閥(18a)控制的回流管(17)連接在射流閥(9) 上；在腔體(1)的頂端依次設(shè)置有料倉(cāng)(19)、貯倉(cāng)(20)和料斗(21)以及電動(dòng)插板閥(7a) 和(7b);在料倉(cāng)(19)上設(shè)置有由電磁閥(18b)控制的回流管(22)連接在射流閥(9) 上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力氣化爐，其特征在于在料斗(21)和貯倉(cāng)(20)之間 有鎖氣閥(23)。
4、 根據(jù)情況要求2或3所述的1壓力氣化爐，其特征在于在料倉(cāng)(19)上設(shè)置有水 冷卻夾套(24a)、在混合腔(4)和激冷室(5)上設(shè)置有串聯(lián)的水冷卻夾套(24b)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力氣化爐，其特征在于在混合腔(4)上設(shè)置有觀察口 (25)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的壓力氣化爐，其特征在于在灰渣倉(cāng)(6)上有渣位視孔 (26)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓力氣化爐，其特征在于加料裝置中有皮帶送料機(jī)(27)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的壓力氣化爐，其特征在于:排渣裝置中有螺旋出渣器(28)。
全文摘要
一種由固體生物質(zhì)制備合成氣的方法，是致密的生物質(zhì)壓塊在固定床式壓力氣化爐內(nèi)于1350～1450℃、壓力0.2～1.6MPa下缺氧熱解氣化，熔融的灰渣遇水驟冷生成水蒸氣進(jìn)入氣化爐內(nèi)發(fā)生氫氣得到含CO₂、CO和H₂的粗合成氣，經(jīng)精制后得到含CO和H₂的合成氣用于合成生物燃料。固定床式壓力氣化爐包括帶有隔熱保溫層(2)的腔體(1)以及其上的加料裝置和其下的排渣裝置，在腔體(1)內(nèi)制備粗合成氣，本氣化爐制備的燃?xì)鉄嶂蹈?，可作燃料直接使用，精制后也可作合成氣制備生物燃料。由于加料和排渣裝置中采取了多級(jí)密封措施，確保氣化環(huán)境穩(wěn)定性和操作連續(xù)性。
文檔編號(hào)C10B53/02GK101191060SQ200710190420
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2007年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月23日
發(fā)明者勇 劉, 莊淑賢, 王家俊, 楓 陳, 馬仁貴 申請(qǐng)人:合肥天焱綠色能源開發(fā)有限公司