一种生物质复合气化装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种生物质复合气化装置。包括复合气化炉，由内部依次连通的气化炉上流段、气化炉横流段和气化炉下流段组成；气化炉上流段和下流段为圆截面，横流段为方形截面，上流段和下流段由横流段切向连接；在上流段设置有生物质进料口和一次气化剂入口；在气化炉横流段上设置有二次气化剂入口；下流段的下部设置有燃气出口，底部为灰分分离区，设置有灰分出口。本实用新型专利技术装置将热解、气化、裂解、重整、部分氧化过程在同一反应器内复合，实现参数分区控制和优化。具有气化效率高、焦油含量低、气体组分调控能力强、负荷适应能力强、原料适用性强、运行稳定、易于放大的特点，可广泛应用于发电、供热、供气、合成液体燃料等领域。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及生物质气化
，尤其是涉及一种炉内去除焦油的生物质复合气化装置。技术背景由于石油资源的日渐匮乏，环境污染及温室效应问题的日益严重，从丰富的生物质农林废弃物资源(如秸秆等)获取高品位燃料和化学品正逐渐成为一种发展趋势，在国内外引起高度关注。生物质气化技术可将各种废弃的生物质转化成为高品位的气体燃料，用于工业发电、热电联产、集中供气、工业采暖供热，以及作为合成气合成液体燃料以及为燃料电池提供气源等。生物质气化过程由于技术灵活、产物品位高、用途广泛等特点，成为利用低品位生物质中最有前景的技术之一。国内外生物质气化技术已受到广泛重视，相关研究也取得了显著的进展。但目前气化技术仍然存在瓶颈问题，尤其用于低品位生物质时，常规的气化方式不论从焦油含量、气化效率、燃气成分等方面都无法满足需要，因此，迫切需要研究焦油含量低、燃气组份调控能力强以及操作方便的气化工艺，解决目前存在的瓶颈，使生物质气化工艺实现新的突破，在新的应用领域凸显其优势地位。针对不同的工业用途，国内外对生物质气化技术进行了大量的研究开发工作，开发出固定床、流化床、气流床等不同的生物质气化工艺。不论采用哪种气化工艺，焦油的产生是气化技术的共性问题。焦油在高温时呈气态，与可燃气体完全混合，而在低温时凝结为液态，其分离和处理极为困难。焦油的存在不仅降低了气化效率、气体热值，更严重的是焦油在低温时凝结为液态，容易和水、焦炭、灰等结合，堵塞输气管道，影响气化设备的正常运行；凝结为细小液滴的焦油难以燃烬，在燃烧时容易产生碳黑等颗粒，对燃气设备造成极大的损害。焦油的存在大大降低了合成气的利用价值，阻止了气化技术的高端应用，是气化技术高效大规模应用的瓶颈问题。目前工业上常用的焦油去除方法主要是炉外去除，如干式过滤、湿式洗涤、催化裂解等。过滤和水洗方法虽然操作简单、成本较低，但是效率不高，为防止二次污染，需要增加额外的净化设备和废水处理设备，不仅占地较大，也增加了投资成本，而且处理掉的焦油不能利用，造成能源的浪费。催化裂解系统简单、能量利用率高，且对生物质燃气组分具有调变作用而成为国内外研究的热点，但需要消耗大量的额外能量，还需要额外的辅助设备，增加了系统的复杂性和投资。同时，由于催化剂失活、机械磨损和应用成本等问题，目前主要用于试验研究，还未形成商业化的专用催化剂系列，尤其在催化剂的使用寿命方面离商业化还存在较大的距离。焦油也可通过炉内去除的方法即在气化炉内抑制焦油产生并将产生的焦油原位转化为目标产物气，实现气化炉内粗合成气中不含焦油。炉内脱除可以通过优化气化炉结构设计、优化气化过程操作参数、气化炉内添加催化剂等方法实现，从而达到减少气化炉出口燃气中焦油含量的目的。这种方法是目前研究的热点和今后发展方向。国内外气化技术的发展趋势是开发高效、低焦油、燃气组份调控能力较强的气化-->工艺。针对焦油的有效脱除和燃气的高端利用，国内外开展了新型气化工艺的研究。如：丹麦技术大学设计了两段式气化炉，所得燃气中焦油含量大大降低；德国Choren公司提出了温和热解和高温热解两步法制高质量合成气的工艺，合成气中几乎不含焦油。这些装置的特点是将诸多的反应器串联在一条连续的流程上，燃料先在间接加热式裂解器中干燥和热解，裂解的产物紧接着在裂解器及焦炭气化器间的狭窄地带进行部分氧化，产物气流经热的焦碳床，从而使产物气中的焦油裂解并达到较低的含量。由上可见，目前炉内脱除焦油的气化工艺多是利用几个反应器的串联实现，只有公开号为“CN101225315A”的中国专利提出了一体化的生物质复合气化装置，但由于受到结构空间的限制，颗粒停留时间短，炉内二次反应不充分，组分调变能力不强。
技术实现思路
本技术提供一种生物质复合气化装置，可将热解、燃烧、气化、焦油裂解、重整和组分调控等反应相对分开，实现参数分区控制和优化匹配，同时所有过程在一套装置中完成，即使不使用催化剂也可达到降低焦油含量、调节气体组分的目的。为达到以上目的，本技术采取了以下的技术方案：本技术装置包括复合气化炉，所述复合气化炉由内部依次连通的气化炉上流段、气化炉横流段和气化炉下流段组成。在所述气化炉上流段设置有生物质进料口和一次气化剂入口；在气化炉横流段上设置有二次气化剂入口；所述气化炉上流段和下流段为圆截面，横流段为方形截面，上流段和下流段由横流段切向连接；气化炉下流段的下部设置有燃气出口，气化炉下流段底部为灰分分离区，设置有灰分出口。所述气化炉上流段和下流段直径可以相同，下流段高度大于或等于上流段高度的2/3，上流段和下流段内的流体流动方向相反，上流段截面积和横流段截面积之比大于10。所述一次气化剂入口可设置在气化炉上流段的底部，使一次气化剂由气化炉上流段的底部进入气化炉。所述一次气化剂和二次气化剂为空气或氧气或富氧空气，并可根据反应需要加入一定的水蒸气。生物质在气化炉上流段热解气化产生的燃气夹带细小固体颗粒经横流段切向进入下流段，由于部分燃气与二次气化剂在横流段发生氧化反应，温度迅速升高，体积迅速膨胀，而且上流段截面积和横流段截面积之比大于10，所以横流段流速可达到上流段流速的10倍以上，燃气切向进入下流段时形成高速旋风，有利于燃气混合及固体灰粒分离，同时延长了气化炉下流段的焦油裂解、重整、二次反应时间。生物质在气化炉上流段内发生热解、气化和生物质焦炭部分燃烧反应，在气化炉横流段内发生生物质燃气部分燃烧反应，在气化炉下流段内发生焦油裂解、重整、二次反应。在本装置中，气化炉上流段作为生物质热解气化区，温度为500-900℃，其中气化炉上流段的中、上部为生物质热解区，温度为500-700℃，气化炉上流段的下部为生物质焦炭气化和部分燃烧区，温度800-900℃；气化炉下流段作为焦油裂解、重整、二次反应区为高温区，温度可达到1000-1300℃；气化炉下流段下部燃气出口处的燃气出口管可伸入下流段内约1/4-1/2气化炉下流段圆截面直径的位置，防止沿下流段壁面下旋分离的固体灰粒进入燃气出口管，下流段的底部为灰分分离区，设置有灰分出口。通过加入不同的气化剂，控-->制炉内不同区的温度，调节燃气的组分，在一个炉内实现不同工况的控制和优化。本技术生物质复合气化装置将热解、气化、裂解、重整、部分氧化过程在同一反应器内复合，实现参数分区控制和优化。该装置具有气化效率高、焦油含量低、气体组分调控能力强、负荷适应能力强、原料适用性强、运行稳定、易于放大的特点。该装置用于生物质气化可以使燃气中的焦油含量≤20mg/Nm3，而且运行稳定、连续，可应用于多种领域，如发电、供热、供气、合成液体燃料等。附图说明图1为本技术装置实施例结构示意图(正视图)；图2为图1的俯视结构示意图。附图标记说明：1.气化炉上流段 2.气化炉下流段 3.生物质进料口 4.生物质热解区 5.焦炭气化和部分燃烧区 6.一次气化剂入口 7.气化炉横流段 8.二次气化剂入口 9.灰分分离区10.燃气出口具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本
技术实现思路
做进一步的说明。如图1、2所示，本技术装置包括复合气化炉，所述复合气化炉由内部依次连通的气化炉上流段1、气化炉横流段7和气化炉下流段2组成。在气化炉上流段1设置有生物质进料口3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质复合气化装置，包括复合气化炉，其特征在于：所述复合气化炉由内部依次连通的气化炉上流段、气化炉横流段和气化炉下流段组成；所述气化炉上流段和下流段为圆截面，横流段为方形截面，上流段和下流段由横流段切向连接；在所述气化炉上流段设置有生物质进料口和一次气化剂入口；在气化炉横流段上设置有二次气化剂入口；气化炉下流段的下部设置有燃气出口，底部为灰分分离区，设置有灰分出口。

【技术特征摘要】
1.一种生物质复合气化装置，包括复合气化炉，其特征在于：所述复合气化炉由内部依次连通的气化炉上流段、气化炉横流段和气化炉下流段组成；所述气化炉上流段和下流段为圆截面，横流段为方形截面，上流段和下流段由横流段切向连接；在所述气化炉上流段设置有生物质进料口和一次气化剂入口；在气化炉横流段上设置有二次气化剂入口；气化炉下流段的下部设置有燃气出口，底部为灰分分离区，设置有灰分出口。2.如权利要求1所述的生物质复合气化装置，其特征在于，所述气化炉上流段作为生物质热解气化区，温度为500-900℃，其中气化炉上流段的中、上部为生物质热解区，温度为500-700℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴创之，阴秀丽，周肇秋，陈坚，马隆龙，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]