專利名稱：生物質(zhì)氣化過程中高低溫循環(huán)四層分離除焦方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于生物質(zhì)氣化過程中焦油的處理領(lǐng)域，尤其涉及一種生物質(zhì)氣化過 程中高低溫循環(huán)四層分離除焦方法。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)氣化的目標(biāo)是得到盡可能多的可燃?xì)怏w產(chǎn)物，但在氣化過程中，焦炭和焦 油都是不可避免的副產(chǎn)物。其中由于焦油在高溫時呈氣態(tài)，與可燃?xì)怏w完全混合，而在低溫 時(一般低于200°C)凝結(jié)為液態(tài)，所以其分離和處理更為困難，特別對于燃?xì)庑枰禍乩?用的情況(如燃?xì)庥糜诩彝ド顣r)，問題更加突出。焦油的存在對氣化有多方面的不利影響。首先它降低了氣化效率，氣化中焦油產(chǎn) 物的能量一般占總能量的5 15%，這部分能量是在低溫時難以與可燃?xì)怏w一道被利用， 大部分被浪費；其次焦油在低溫時凝結(jié)為液態(tài)，容易和水、焦炭等結(jié)合在一起，堵塞送氣管 道，使氣化設(shè)備運行發(fā)生困難；另外，凝結(jié)為細(xì)小液滴的焦油比氣體難以燃盡，在燃燒時容 易產(chǎn)生炭黑等顆粒，對燃?xì)饫迷O(shè)備損害相當(dāng)嚴(yán)重，這就大大降低了氣化燃?xì)獾睦脙r值。 所以針對氣化過程產(chǎn)生的焦油，采取辦法把它轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?，既提高氣化效率，又降低燃?xì)?中焦油的含量，提高可燃?xì)怏w的利用價值，對發(fā)展和推廣生物質(zhì)氣化技術(shù)具有決定性的意 義。常見的除焦方法有三類一是水洗、噴淋、生物質(zhì)過濾，二是高溫裂解，三是催化裂 解。以目前的除焦技術(shù)看，水洗除焦法存在能量浪費和二次污染現(xiàn)象，凈化效果只能勉強達(dá) 到內(nèi)燃機的要求；熱裂解法在iioo°c以上能得到較高的轉(zhuǎn)換效率，但實際應(yīng)用中實現(xiàn)較困 難；催化裂解法可將焦油轉(zhuǎn)化為可燃?xì)猓忍岣呦到y(tǒng)能源利用率，又徹底減少二次污染，是 目前較有發(fā)展前途的技術(shù)。針對這種情況，急需要一種能將焦油部分轉(zhuǎn)化為能量的方法，盡 可能降低裂解爐的能耗并提高系統(tǒng)熱效率的除焦方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種有效降低生物質(zhì)氣化過程中焦油含量的 生物質(zhì)氣化過程中高低溫循環(huán)四層分離除焦方法。為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種生物質(zhì)氣化過程中高低溫循環(huán)四層分離除焦 方法，包括以下步驟(1)將物料放入氣化爐燃料桶中，同時從氣化爐的底部點燃并通入空氣；(2)空氣在經(jīng)過灰渣層時被加熱到1000 1200°C后，進(jìn)入氣化爐中的氧化區(qū)；(3)在所述氧化區(qū)內(nèi)與燃料燃燒后生成的炭在1000 1200°C溫度下進(jìn)行燃燒反 應(yīng)，生成一氧化碳和二氧化碳，同時放出熱量；(4)所述步驟(3)中所得的一氧化碳和二氧化碳進(jìn)入氣化爐中的還原區(qū)，同炭及 水蒸氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成一氧化碳、二氧化碳和氫氣，并相應(yīng)使氣化爐還原區(qū)溫度降至 700 900°C ；所述一氧化碳、二氧化碳和氫氣進(jìn)入上部的裂解區(qū)，而沒有反應(yīng)完的炭則經(jīng)氧
3化區(qū)落入氣化爐下部的灰室中；(5)在所述氧化區(qū)和所述還原區(qū)生成的一氧化碳、二氧化碳和氫氣，進(jìn)入氣化爐中 的裂解層進(jìn)行裂解反應(yīng)，生成裂解產(chǎn)物；反應(yīng)后所述物料中大部分的揮發(fā)分從固體中分離 出去，炭則依次經(jīng)所述氧化區(qū)、還原區(qū)落入氣化爐下部的灰室中，此時氣化爐裂解層溫度降 至400 600°C ；其中所述裂解產(chǎn)物為炭、氫氣、水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和 烴類物質(zhì)；(6)所述裂解產(chǎn)物中的氣體進(jìn)入氣化爐中的干燥區(qū)，在100 300°C溫度下與物料 進(jìn)行換熱，得到干物料、水蒸氣和可燃?xì)怏w；所述干物料落入裂解區(qū)；所述水蒸氣同所述氧 化層、還原層、裂解層中的熱量排出氣化爐；所述可燃?xì)怏w進(jìn)入氣化爐底部的環(huán)形焦油處理 裝置中；(7)將進(jìn)入環(huán)形焦油處理裝置中的可燃?xì)怏w首先通過白云石的阻力使得氣體的流 向速度減緩；然后可燃?xì)怏w進(jìn)入溫度為750 900°C的白云石催化裂解層進(jìn)行裂解，裂解時 間為0. 85 1. Os，裂解部分焦油；最后殘余焦油和水分進(jìn)入溫度為900 1200°C的木炭催 化裂解層對焦油進(jìn)行二次裂解，裂解時間為0. 85 1. Os，得到含余存焦油的燃?xì)猓煌瑫r所 述水分流入灰室中排出；(8)所述含余存焦油的燃?xì)馔ㄟ^管道進(jìn)入氣化爐中的爐頭，在1000 1200°C溫度 下即可將余存的焦油進(jìn)行全部裂解燃燒。所述步驟(6)中的裂解區(qū)是指氣化爐中還原層與干燥層之間的區(qū)域。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、由于本發(fā)明采用高低溫循環(huán)四層分離除焦，氣化、熱解一體化，并利用氣化爐所 產(chǎn)氣體循環(huán)通過催化裂解層，在氧化區(qū)自身熱量和催化劑的作用下，把焦油分解為永久性 氣體，因此，有效地降低了生物質(zhì)氣化過程中焦油的含量。2、由于本發(fā)明將過濾、除焦過程在同一反應(yīng)爐中完成，因此，大大提要了生物質(zhì)能 源的利用率，從而提高了燃?xì)獾馁|(zhì)量。3、本發(fā)明工藝簡單、易于實施。
具體實施例方式一種生物質(zhì)氣化過程中高低溫循環(huán)四層分離除焦方法，包括以下步驟(1)將物料放入氣化爐燃料桶中，同時從氣化爐的底部點燃并通入空氣。(2)空氣在經(jīng)過灰渣層時被加熱到1000 1200°C后，進(jìn)入氣化爐中的氧化區(qū)。(3)在氧化區(qū)內(nèi)與燃料燃燒后生成的炭在1000 1200°C溫度下進(jìn)行燃燒反應(yīng)，生 成一氧化碳和二氧化碳，同時放出熱量。由于是限氧燃燒，氧氣的供給是不充分的，因而不 完全燃燒反應(yīng)與完全燃燒反應(yīng)同時發(fā)生。此反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的反應(yīng)熱為后續(xù)的還原區(qū)的 還原反應(yīng)、物料的裂解和干燥，提供了熱源。反應(yīng)方程式如下完全燃燒C+03^ CO2 + 408860J不完全燃燒2C+02# 2CO+246447J(4)步驟(3)中所得的一氧化碳和二氧化碳進(jìn)入氣化爐中的還原區(qū)，同炭及水蒸 氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成一氧化碳、二氧化碳和氫氣，并相應(yīng)使氣化爐還原區(qū)溫度降至700 9000C ；一氧化碳、二氧化碳和氫氣進(jìn)入上部的裂解區(qū)，而沒有反應(yīng)完的炭則經(jīng)氧化區(qū)落入氣化爐下部的灰室中。反應(yīng)方程式如下C02+C^2C0 -162297JH3OfC ^ CO+H2 -118742J2H20+C ^ CO2+IH2 - 75186JH20+C0 ^ CO2-HB2 - 43555 JC+2H. ^ CH4(5)在氧化區(qū)和還原區(qū)生成的一氧化碳、二氧化碳和氫氣，進(jìn)入氣化爐中的裂解層 進(jìn)行裂解反應(yīng)，生成裂解產(chǎn)物；反應(yīng)后物料中大部分的揮發(fā)分從固體中分離出去，炭則依次 經(jīng)所述氧化區(qū)、還原區(qū)落入氣化爐下部的灰室中，此時氣化爐裂解層溫度降至400 600°C ； 其中裂解產(chǎn)物為炭、氫氣、水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和烴類物質(zhì)。反應(yīng)方程式如下CHn0m— C0+H2+C02+CH4+H20。(6)裂解產(chǎn)物中的氣體進(jìn)入氣化爐中的干燥區(qū)，在100 300°C溫度下與物料進(jìn)行 換熱，得到干物料、水蒸氣和可燃?xì)怏w；干物料落入裂解區(qū)，該裂解區(qū)是指氣化爐中還原層 與干燥層之間的區(qū)域；水蒸氣同所述氧化層、還原層、裂解層中的熱量排出氣化爐；可燃?xì)?體進(jìn)入氣化爐底部的環(huán)形焦油處理裝置中。反應(yīng)方程式如下CHn0m.χΗ20 — CHn0m+xH20(7)將進(jìn)入環(huán)形焦油處理裝置中的可燃?xì)怏w首先通過白云石的阻力使得氣體的流 向速度減緩；然后可燃?xì)怏w進(jìn)入溫度為750 900°C的白云石催化裂解層進(jìn)行裂解，裂解時 間為0. 85 1. Os，裂解部分焦油；最后殘余焦油和水分進(jìn)入溫度為900 1200°C的木炭催 化裂解層對焦油進(jìn)行二次裂解，裂解時間為0. 85 1. Os，得到含余存焦油的燃?xì)?；同時水 分流入灰室中排出。(8)含余存焦油的燃?xì)馔ㄟ^管道進(jìn)入氣化爐中的爐頭，在1000 1200°C溫度下即 可將余存的焦油進(jìn)行全部裂解燃燒。
權(quán)利要求
一種生物質(zhì)氣化過程中高低溫循環(huán)四層分離除焦方法，包括以下步驟(1)將物料放入氣化爐燃料桶中，同時從氣化爐的底部點燃并通入空氣；(2)空氣在經(jīng)過灰渣層時被加熱到1000～1200℃后，進(jìn)入氣化爐中的氧化區(qū)；(3)在所述氧化區(qū)內(nèi)與燃料燃燒后生成的炭在1000～1200℃溫度下進(jìn)行燃燒反應(yīng)，生成一氧化碳和二氧化碳，同時放出熱量；(4)所述步驟(3)中所得的一氧化碳和二氧化碳進(jìn)入氣化爐中的還原區(qū)，同炭及水蒸氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成一氧化碳、二氧化碳和氫氣，并相應(yīng)使氣化爐還原區(qū)溫度降至700～900℃；所述一氧化碳、二氧化碳和氫氣進(jìn)入上部的裂解區(qū)，而沒有反應(yīng)完的炭則經(jīng)氧化區(qū)落入氣化爐下部的灰室中；(5)在所述氧化區(qū)和所述還原區(qū)生成的一氧化碳、二氧化碳和氫氣，進(jìn)入氣化爐中的裂解層進(jìn)行裂解反應(yīng)，生成裂解產(chǎn)物；反應(yīng)后所述物料中大部分的揮發(fā)分從固體中分離出去，炭則依次經(jīng)所述氧化區(qū)、還原區(qū)落入氣化爐下部的灰室中，此時氣化爐裂解層溫度降至400～600℃；其中所述裂解產(chǎn)物為炭、氫氣、水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和烴類物質(zhì)；(6)所述裂解產(chǎn)物中的氣體進(jìn)入氣化爐中的干燥區(qū)，在100～300℃溫度下與物料進(jìn)行換熱，得到干物料、水蒸氣和可燃?xì)怏w；所述干物料落入裂解區(qū)；所述水蒸氣同所述氧化層、還原層、裂解層中的熱量排出氣化爐；所述可燃?xì)怏w進(jìn)入氣化爐底部的環(huán)形焦油處理裝置中；(7)將進(jìn)入環(huán)形焦油處理裝置中的可燃?xì)怏w首先通過白云石的阻力使得氣體的流向速度減緩；然后可燃?xì)怏w進(jìn)入溫度為750～900℃的白云石催化裂解層進(jìn)行裂解，裂解時間為0.85～1.0s，裂解部分焦油；最后殘余焦油和水分進(jìn)入溫度為900～1200℃的木炭催化裂解層對焦油進(jìn)行二次裂解，裂解時間為0.85～1.0s，得到含余存焦油的燃?xì)?；同時所述水分流入灰室中排出；(8)所述含余存焦油的燃?xì)馔ㄟ^管道進(jìn)入氣化爐中的爐頭，在1000～1200℃溫度下即可將余存的焦油進(jìn)行全部裂解燃燒。
2.如權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)氣化過程中高低溫循環(huán)四層分離除焦方法，其特征 在于所述步驟(6)中的裂解區(qū)是指氣化爐中還原層與干燥層之間的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)氣化過程中高低溫循環(huán)四層分離除焦方法，該方法包括(1)點燃物料并通入空氣；(2)空氣加熱后，進(jìn)入氣化爐中的氧化區(qū)；(3)在氧化區(qū)內(nèi)與燃料燃燒后生成的炭進(jìn)行燃燒反應(yīng)；(4)步驟(3)中所得的氣體進(jìn)入氣化爐中的還原區(qū)，同炭及水蒸氣發(fā)生還原反應(yīng)；(5)在氧化區(qū)和還原區(qū)生成的氣體進(jìn)入裂解層進(jìn)行裂解反應(yīng)，生成裂解產(chǎn)物；(6)裂解產(chǎn)物中的氣體進(jìn)入氣化爐中的干燥區(qū)，與物料進(jìn)行換熱，得到干物料、水蒸氣和可燃?xì)怏w；(7)可燃?xì)怏w依次經(jīng)過白云石、木炭催化裂解層進(jìn)行裂解，得到含余存焦油的燃?xì)猓?8)含余存焦油的燃?xì)庠跔t頭加熱即可將余存的焦油進(jìn)行全部裂解燃燒。本發(fā)明采用高低溫循環(huán)四層分離除焦，有效地降低了生物質(zhì)氣化過程中焦油的含量。
文檔編號C10J3/84GK101928607SQ20101017554
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者馮海濤 申請人:酒泉市綠炬能源科技開發(fā)有限責(zé)任公司