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
技術領域：
本發(fā)明屬于生物質固體廢棄物高效資源化利用技術領域，具體涉及一種高溫循環(huán)加熱流化床熱解制氣系統(tǒng)及相應的制氣方法。
背景技術：
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注的焦點。我國是一個農業(yè)大國，擁有大量的生物質能源。生物質能源是一種可以儲存太陽能并且可以轉化為固體、液體和氣體燃料的可再生能源，使用生物質能源可以有效的減少溫室氣體的排放，降低全球溫室效應。鑒于我國當前的能源結構，生物質不僅解決了能源問題，而且也解決了環(huán)境問題。我國生物質能源十分豐富，目前全國農作物秸桿可獲得6.87億噸/年；林業(yè)可獲得約1.25億噸/年。據預測，2050年我國生物質可以達到15億噸。現(xiàn)在生物質的利用主要是采用了熱解氣化技術，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)的固定床反應器主要是存在著受熱不均勻、熱解過程中容易產生大量的焦油、對生物質的種類適應性低、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)的流化床反應器對原料的適應性低、處理量小，而且反應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)的雙床流化床反應器流化介質難于控制、加熱系統(tǒng)過于復雜，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氣化等
發(fā)明內容
為了解決上述現(xiàn)有技術存在的這些問題，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)及相應的制氣方法。該熱解方法利用生物質自身產氣作為流化介質，并且可以有效去除熱解過程產生的焦油。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、旋風除塵器、循環(huán)加熱爐、斜列管、高溫循環(huán)風機、普通風機、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；流化床外部設置保溫夾套，防止熱量的散失；流化床頂部連接旋風除塵器，旋風除塵器下面連接格式下料器，旋風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)將燃料經過普通風機送入循環(huán)加熱爐；循環(huán)加熱爐里面裝有斜列管，從旋風除塵器出來的氣體經過高溫循環(huán)風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)氣體和導出氣體，循環(huán)氣體進入流化床，導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入儲氣裝置中；循環(huán)氣體和導出氣體體積比為(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。所述的原料為粉末或顆粒狀的生物質。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，水蒸汽由軟水經系統(tǒng)內的高溫氣體和高溫煙氣余熱轉化而成。所述的制氣方法，循環(huán)風量、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)有技術相比，本發(fā)明的創(chuàng)新是:1、由于使用的流化介質是生物質本身的熱解氣,屬于內熱式加熱,無需加入流化困難的石英砂等載熱介質，解決了傳統(tǒng)流化床的流化介質難于控制的弊端，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，高溫熱解焦油產量只有傳統(tǒng)熱解反應器的焦油產量的7-17%，產液量也低于傳統(tǒng)反應器產液量的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，產氣量500_900m3/t ；3、利用加熱爐的余熱產生的蒸汽作為改性劑進入流化床，不但可以充分利用余熱，還可以降低產氣中一氧化碳的含量，達到城市燃氣的標準；4、旋風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化為目標產物，提高了熱效率、副產物殘?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、只要生物質的狀態(tài)是粉末或細顆粒狀就能應用本裝置，所以本發(fā)明還具有生物質種類適應性強，可以適應各種種類的生物質原料、連續(xù)生產能力強、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)是生物質的高效氣化反應器，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，經過高溫循環(huán)凈化，無焦油產生，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)在農業(yè)固體廢棄物或工業(yè)有機廢棄物的資源化領域必將得到廣泛的應用，可產生巨大的社會效益和經濟效益。


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-旋風除塵器、8-循環(huán)加熱爐、9-斜列管、10-高溫循環(huán)風機、11-普通風機、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、旋風除塵器7、循環(huán)加熱爐8、斜列管9、高溫循環(huán)風機10、普通風機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，啟動高溫風機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，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；顆粒狀生物質的粒徑在流化床3中不斷氣化變小，當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)氣體和導出氣體，調整循環(huán)氣體和導出氣體比為4:1 ;將導出氣體導入到后續(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。

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、旋風除塵器7、循環(huán)加熱爐8、斜列管9、高溫風機10、普通風機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)氣體和導出氣體，調整循環(huán)氣體和導出氣體比為14:1 ;將導出氣體導入到后續(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。
權利要求
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、旋風除塵器、循環(huán)加熱爐、斜列管、高溫循環(huán)風機、普通風機、補充燃料系統(tǒng)、除灰凈化裝置、儲氣裝置。
2.根據權利要求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；流化床外部設置保溫夾套，防止熱量的散失；流化床頂部連接旋風除塵器，旋風除塵器下面連接格式下料器，旋風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)將燃料經過普通風機送入循環(huán)加熱爐；循環(huán)加熱爐里面裝有斜列管，從旋風除塵器出來的氣體經過高溫循環(huán)風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)氣體和導出氣體，循環(huán)氣體進入流化床，導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入儲氣裝置中；循環(huán)氣體和導出氣體體積比為(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。
4.根據權利要求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。
5.根據權利要求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.根據權利要求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,水蒸汽由軟水經系統(tǒng)內的高溫氣體和高溫煙氣余熱轉化而成。
7.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，循環(huán)風量、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)明屬于生物質固體廢棄物高效資源化利用領域，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、旋風除塵器、循環(huán)加熱爐、斜列管、高溫循環(huán)風機、普通風機、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；熱解氣經旋風除塵器除去粉末炭后用氣體分配器分成循環(huán)氣體和導出氣體；導出氣體經除雜后儲存；循環(huán)氣體經加熱除焦油后成為高溫氣體，再循環(huán)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明使用的流化介質是生物質本身的熱解氣，經過高溫循環(huán)凈化，無焦油產生。
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