一種生物質(zhì)加壓氣化生產(chǎn)煤氣的方法及設(shè)備與流程

本發(fā)明屬于一種生產(chǎn)煤氣的方法，特別涉及一種生物質(zhì)加壓氣化生產(chǎn)煤氣的方法及設(shè)備。

背景技術(shù)：

能源是現(xiàn)代社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，能源的供給能力密切關(guān)系著國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，是國家戰(zhàn)略安全保障的基礎(chǔ)之一。我國目前主要能源來自于煤、石油、天然氣等化石能源，化石能源作為一次性能源，除了儲存有限外，其利用時必然造成空氣污染，大氣變暖、海平面上升和酸雨等環(huán)境問題。從長遠角度考慮，必須尋求一種或多種可再生的能源作為補充，多元化發(fā)展。生物質(zhì)能是可再生且不會增加溫室氣體的低硫燃料，還可減少環(huán)境公害，燃料特性類似褐煤，借鑒年輕褐煤的利用經(jīng)驗，開發(fā)和使用生物質(zhì)能源，符合循環(huán)經(jīng)濟的理念。

生物質(zhì)經(jīng)過氣化，生產(chǎn)燃料氣、合成液體燃料、合成化學(xué)品技術(shù)成為潔凈有效的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，因此生物質(zhì)氣化已成為生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)能源的主要途徑之一。目前應(yīng)用廣泛的生物質(zhì)氣化技術(shù)主要有固定床氣化和流化床氣化。固定床氣化一般以空氣為氣化劑，氣化爐類型有開心式氣化爐、橫吸式氣化爐、上吸式氣化爐、下吸式氣化爐，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、易于操作等特點。流化床氣化爐可分為鼓泡流化床氣化爐、循環(huán)流化床氣化爐和雙流化床氣化爐，具有受熱均勻、焦油含量少等特點，這些技術(shù)目前均為常壓或低壓，氣化壓力不會超過1.0MPa，處理能力小，氣化時候產(chǎn)生的焦油會對后續(xù)的設(shè)備造成堵塞和腐蝕，氣化生產(chǎn)的合成氣H₂/CO比值單一，含塵、含焦油的氣化廢水多等問題。

中國專利，專利號：201210493250.4公開了一種生物質(zhì)固定床加壓氣化制備合成氣的方法及其裝置，氣化壓力仍然為低壓，氣化壓力最高為0.6MPa，也沒有解決氣化過程產(chǎn)生的對設(shè)備造成堵塞和腐蝕問題，對合成氣的H₂/CO比值也沒有調(diào)節(jié)功能，甚至在氣化過程中產(chǎn)生更多的含塵、含焦油的氣化廢水。

經(jīng)檢索，未發(fā)現(xiàn)以生物質(zhì)為原料經(jīng)固定床，在壓力高于1.0MPa加壓氣化制備煤氣的方法，特別是固定床加壓氣化生產(chǎn)不含油、有機硫和烴類物質(zhì)的煤氣技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述技術(shù)中的缺點和不足，提供一種不含油、有機硫和烴類物質(zhì)的生物質(zhì)加壓氣化生產(chǎn)煤氣的方法及其設(shè)備。

為了達到上述目的，發(fā)明人首先通過對生物質(zhì)原料特性和氣化特征進行了大量的實驗研究，然后通過大量的模擬計算和多年的工程設(shè)計經(jīng)驗，發(fā)明了一種生物質(zhì)加壓氣化生產(chǎn)煤氣的方法。

本發(fā)明提供的一種生物質(zhì)加壓氣化生產(chǎn)煤氣的方法，包括如下步驟：

(1)將生物質(zhì)制備成粒徑為12mm-80mm的物料，通過進料器加入氣化爐，氣化劑從氣化爐底部進入氣化爐進行氣化，氣化生成的含塵、油的煤氣送入一體式油氣裂解凈化器進行裂解凈化，氣化灰渣與氣化劑在氣化器內(nèi)換熱后排出；

(2)含塵、油的煤氣與氧氣通過燒嘴部分燃燒，在裂解器燃燒腔中進行高溫裂解，使粗煤氣中的油、烴類物質(zhì)、有機硫等裂解成小分子物質(zhì)，然后進入凈化器；

(3)在凈化器的雙層水夾套中通入循環(huán)水，并在凈化器中裝填1/3-2/3體積的多孔介質(zhì)，用于回收裂解器中的熱量和吸附煤氣中的粉塵，回收熱量后的煤氣通過煤氣通道從煤氣出口引出，同時生產(chǎn)飽和蒸汽。

所述的生物質(zhì)為農(nóng)林廢棄物，具有可磨性差、密度小、揮發(fā)分高、水分高、灰含量少、熱值低、難成漿等特性，對于本發(fā)明而言，薪柴等木質(zhì)生物質(zhì)是最佳的氣化原料。

所述生物質(zhì)固定床加壓氣化技術(shù)是針對生物質(zhì)原料特性和氣化特征開發(fā)的固定床加壓氣化技術(shù)，該技術(shù)對入爐原料要求低，如：

(1)入爐原料為塊狀，粒度在12-80mm。生物質(zhì)可磨性差、難成漿，但是很容易制成粒度在12-80mm的原料；

(2)對原料的水分、灰分、熱穩(wěn)定、揮發(fā)分、熱值等方面沒有嚴格限制，所以對于生物質(zhì)密度小、揮發(fā)分高、水分高、灰含量少、熱值低的富碳原料，也能氣化；

(3)固定床加壓氣化技術(shù)操作是在灰熔點以下操作，干排灰，生物質(zhì)灰中富堿金屬和堿土金屬的特性也不影響正常運行。

(4)所述的固定床加壓氣化技術(shù)操作條件：氣化溫度隨生物質(zhì)變，氣化溫度在750-1050度，氣化壓力1.0-6.0MPa，氣化劑為多元混合氣化劑，方便調(diào)控煤氣組成，減少煤氣水生成量。依據(jù)生物質(zhì)原料特性和氣化特性設(shè)計的生物質(zhì)加壓氣化技術(shù)。

將粒徑為12-80mm的生物質(zhì)，通過進料器加入氣化爐，氣化劑從氣化爐底部進入氣化爐，氣化劑的組成為蒸汽、氧氣和二氧化碳組成的混合氣體，蒸汽：氧氣和二氧化碳的比值在2.0-9.0kg：1Nm³：0-6Nm³，氣化壓力在1.2MPa-6.0MPa之間，氣化溫度750-1050度。

裂解器燃燒腔的溫度高于1300度，壓力在0.8-5.6MPa，氧氣與煤氣按照體積比為1:6.0-10.0的比例通過燒嘴混合后以60m/s-70m/s的速度進入裂解器燃燒裂解，生成小分子物質(zhì)。

裂解生成的小分子物質(zhì)進入凈化器，通過裝填多孔介質(zhì)時進行除塵，使出凈化器粗煤氣中塵含量達到5mg以下，產(chǎn)生的熱量通過雙層夾套回收，生產(chǎn)壓力為0.6-5.0MPa的飽和蒸汽。

進入凈化器3的多孔介質(zhì)是催化劑、活性炭、焦炭或耐高溫過濾材料。

為了達到本發(fā)明的目的，設(shè)計了一體式油氣裂解凈化器，它包括燒嘴，裂解器和凈化器，燒嘴、裂解器和凈化器耦合為一體，裂解器的頂端連接燒嘴，裂解器和凈化器通過殼體連接為一體，上部為裂解器，下部為凈化器。

燒嘴1設(shè)置有燃氣進口，氧氣進口，冷卻水進口，冷卻水出口和點火檢查裝置，從內(nèi)到外，從上到下依次設(shè)置有燃氣通道，第一冷卻水通道，氧氣通道和第二冷卻水通道，燃氣通道有燃氣進口，第一冷卻水通道有第一冷卻水進口，第一冷卻水出口，氧氣通道有氧氣進口，第二冷卻水通道有第二冷卻水進口，第二冷卻水出口，在燃氣通道內(nèi)有點火檢查裝置，點火檢查裝置的點火端位于燃氣和氧氣混合處。

如上所述的燒嘴為組合式結(jié)構(gòu)，保證燒嘴處于低溫，擴大材料選擇范圍，延長燒嘴使用壽命，點火檢查裝置用于點火和檢測點火情況，點火通過電弧點火，檢測通過溫控檢查，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用安全、方便的特點。

所述裂解器包括殼體和絕熱保溫層，殼體內(nèi)壁有絕熱保溫層，殼體的下部為錐形結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔為燃燒腔，底部采用縮口結(jié)構(gòu)。

如上所述的裂解器的錐形結(jié)構(gòu)、絕熱保溫層的設(shè)計，減少散熱量，使燃燒腔溫度可以達到1300℃以上，高溫可以將煤氣中烴類物質(zhì)、焦油等富碳原料，有機硫等裂解為CO、CO₂、H₂和H₂S等小分子物質(zhì)，同時消耗凈煤氣中的游離氧全部參與反應(yīng)。

如上所述凈化器是包括殼體和雙層水夾套，雙層水夾套上端面與絕熱保溫層錐形的斜面平行，并組成多孔介質(zhì)通道，多孔介質(zhì)通道上有多孔介質(zhì)進口，在雙層水夾套上端面向下有水夾套直段，水夾套直段與殼體形成凈煤氣通道，煤氣出口位于凈煤氣通道頂部，殼體底端有廢料排出口，雙層水夾套的底部有水夾套給水口，頂部有蒸汽出口。

本發(fā)明的有益效果如下：

(1)本發(fā)明的一種生物質(zhì)氣化生產(chǎn)合成氣的方法及設(shè)備，可以連續(xù)、穩(wěn)定地利用生物質(zhì)氣化生產(chǎn)無焦油、煤氣中H₂/CO比值可調(diào)的合成氣，冷凝水處理簡單，該發(fā)明具有顯著節(jié)能、減排、減水效果。

(2)本發(fā)明的一種生物質(zhì)氣化生產(chǎn)合成氣的方法中使用的一體式油氣裂解凈化器巧妙地將熱解爐和凈化器耦合為一體，設(shè)備簡單，占地少的優(yōu)點。

(3)在氣化出口設(shè)置的裂解器內(nèi)壁設(shè)有絕熱保溫層和縮口結(jié)構(gòu)，可以使裂解溫度高達1300℃以上，對烴類物質(zhì)、焦油等富碳原料，有機硫等一次裂解為CO、CO₂、H₂和H₂S等小分子物質(zhì)，氧氣全部參與反應(yīng)。后續(xù)煤氣水中沒有烴類、酚類和油類化合物存在，也不用大量水洗滌，使煤氣水處理量小，能耗低、污染小，運行成本顯著降低。

(4)本發(fā)明的一種生物質(zhì)氣化生產(chǎn)合成氣的方法使用的凈化器為水夾套結(jié)構(gòu)，可以對裂解器產(chǎn)生的高溫氣體的顯熱進行充分回收。凈化器內(nèi)部多孔介質(zhì)采用活性炭、焦炭，對裂解后氣體攜帶的粉塵起到凈化作用，同時還將可將焦油部分燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳以及煤氣中的水蒸氣還原為可燃的一氧化碳，氫氣，增加煤氣產(chǎn)量，調(diào)節(jié)煤氣中的H₂/CO比值作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種生物質(zhì)氣化生產(chǎn)合成氣的方法流程示意圖。

圖2是本發(fā)明使用的一體式油氣裂解凈化器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-燒嘴，2-裂解器，3-凈化器，4-燃氣進口，5-氧氣進口，6-1-第一冷卻水進口，7-1-第一冷卻水出口，6-2-第二冷卻水進口，7-2-第二冷卻水出口，8-點火檢查裝置，9-絕熱保溫層，10-雙層水夾套，11-多孔介質(zhì)通道，12-水夾套直段，13-殼體，14-煤氣出口，15-廢料排出口，16-多孔介質(zhì)進口，17-水夾套給水口，18-蒸汽出口。

具體實施方式

下面通過具體的實施例進一步說明本發(fā)明，但是應(yīng)當理解為這些實施例僅僅是用于更詳細、具體地說明之用，而不應(yīng)理解為用于以任何形式限制本發(fā)明。

本部分對本發(fā)明中所使用到的材料以及試驗方法進行一般性的描述。雖然為實現(xiàn)本發(fā)明所使用的許多材料和操作方法是本領(lǐng)域公知的，但是本發(fā)明仍然在此作盡可能詳細描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，在上下文中，如果未特別說明，本發(fā)明所用材料和操作方法是本領(lǐng)域公知的。

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做更為詳細的說明。

實施例1

一體式油氣裂解凈化器，它包括燒嘴1，裂解器2和凈化器3，燒嘴1、裂解器2和凈化器3耦合為一體，裂解器2的頂端連接燒嘴1，裂解器2和凈化器3通過殼體13連接為一體，上部為裂解器2，下部為凈化器3。

燒嘴1設(shè)置有燃氣進口4，氧氣進口5，冷卻水進口，冷卻水出口和點火檢查裝置8，從內(nèi)到外，從上到下依次設(shè)置有燃氣通道，第一冷卻水通道，氧氣通道，第二冷卻水通道，燃氣通道有燃氣進口4，第一冷卻水通道有第一冷卻水進口6-1，第一冷卻水出口7-1，氧氣通道有氧氣進口5，第二冷卻水通道有第二冷卻水進口6-2，第二冷卻水出口7-2，在燃氣通道內(nèi)有點火檢查裝置8，點火檢查裝置8的點火端位于燃氣和氧氣混合處。

所述裂解器2包括殼體13和絕熱保溫層9，殼體13內(nèi)壁有絕熱保溫層9，絕熱保溫層9的下部為錐形結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔為燃燒腔，底部采用縮口結(jié)構(gòu)。

所述凈化器3是包括殼體13和雙層水夾套10，雙層水夾套10上端面與絕熱保溫層9錐形的鈄面平行，并組成多孔介質(zhì)通道11，多孔介質(zhì)通道11上有多孔介質(zhì)進口16，在雙層水夾套10上端面向下有水夾套直段12，水夾套直段12與殼體13形成凈煤氣通道，煤氣出口14位于凈煤氣通道頂部，殼體13底端有廢料排出口15，雙層水夾套10的底部有水夾套給水口17，頂部有蒸汽出口18。

燒嘴1為組合式結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到位依次設(shè)置有燃氣通道，冷卻水通道，氧氣通道，冷卻水通道，保證燒嘴處于低溫，燒嘴1設(shè)置的點火檢查裝置8從燃氣通道內(nèi)通到燃氣和氧氣混合處用于點火和檢測點火情況，點火通過電弧點火，檢測通過溫控檢查。

凈化器3的雙層水夾套10和水夾套直段12的聯(lián)通，通過水夾套給水口17給水，產(chǎn)生的蒸汽由蒸汽出口18引出；凈化器3進入的多孔介質(zhì)為6-15mm的顆粒，裝入凈化器3的多孔介質(zhì)為催化劑，裝填量為凈化器體積的2/7。

本實施例的氣化如下：

將制備成粒徑為20-79mm的楊木通過料倉加入氣化爐，以蒸汽、氧氣和二氧化碳的比值為2.2kg：1Nm³:6Nm³，氣化壓力1.2MPa，溫度為990度，通過氣化器氣化，生成的煤氣與氧氣按照體積比為1:8.36的比例通過燒嘴混合后以62m/s的速度進入裂解器，在溫度為1525度下燃燒裂解，生成小分子物質(zhì)。裂解生成的小分子物質(zhì)進入凈化器，通過裝填多孔介質(zhì)時進行除塵，使出凈化器粗煤氣中塵含量達到5mg以下，產(chǎn)生的熱量通過雙層夾套回收，生產(chǎn)壓力為0.62MPa的飽和蒸汽。

實施例2

裝入凈化器3的多孔介質(zhì)為活性炭，裝填量為凈化器體積的11/18。

將生物質(zhì)制備成粒徑為12mm-60mm的楊木通過料倉加入氣化爐，以蒸汽、氧氣和二氧化碳的比值為4.5kg：1Nm³:3.7Nm³，氣化壓力3.0MPa，溫度為850度下，通過氣化器氣化，生成的煤氣與氧氣按照體積比為1:1.0-5.0的比例通過燒嘴混合后以67m/s的速度進入裂解器，在溫度高于1305度下燃燒裂解，生成小分子物質(zhì)。裂解生成的小分子物質(zhì)進入凈化器，通過裝填多孔介質(zhì)時進行除塵，使出凈化器粗煤氣中塵含量達到5mg以下，產(chǎn)生的熱量通過雙層夾套回收，生產(chǎn)壓力為2.8MPa的飽和蒸汽，其余如實施例1。

實施例3

裝入凈化器3的多孔介質(zhì)為焦炭，裝填量為凈化器體積的1/2。

將生物質(zhì)制備成粒徑為15-70mm的楊木通過料倉加入氣化爐，以蒸汽、氧氣和二氧化碳的比值為4kg：1Nm³:3.8Nm³以蒸汽和氧氣的比值在4.0kg/Nm³，氣化壓力2.45MPa，溫度為860度，通過氣化器氣化，生成的煤氣與氧氣按照體積比為1:9.15的比例通過燒嘴混合后以65m/s的速度進入裂解器，在溫度1356度下燃燒裂解，生成小分子物質(zhì)。裂解生成的小分子物質(zhì)進入凈化器，通過裝填多孔介質(zhì)時進行除塵，使出凈化器粗煤氣中塵含量達到3mg以下，產(chǎn)生的熱量通過雙層夾套回收，生產(chǎn)壓力為2.2MPa的飽和蒸汽，其余如實施例1。

實施例4

裝入凈化器3的多孔介質(zhì)為催化劑，裝填量為凈化器體積的3/7。

將生物質(zhì)制備成粒徑為15-60mm的楊木通過料倉加入氣化爐，以蒸汽、氧氣和二氧化碳的比值為6.5kg：1Nm³:2Nm³，氣化壓力4.5MPa，溫度為820度下，通過氣化器氣化，生成的煤氣與氧氣按照體積比為1:7.20的比例通過燒嘴混合后以68m/s的速度進入裂解器，在溫度1315度下燃燒裂解，生成小分子物質(zhì)。裂解生成的小分子物質(zhì)進入凈化器，通過裝填多孔介質(zhì)時進行除塵，使出凈化器粗煤氣中塵含量達到4mg以下，產(chǎn)生的熱量通過雙層夾套回收，生產(chǎn)壓力為4.2MPa的飽和蒸汽，其余如實施例1。

實施例5

裝入凈化器3的多孔介質(zhì)為焦炭，裝填量為凈化器體積的2/5。

將生物質(zhì)制備成粒徑為20-68mm的楊木通過料倉加入氣化爐，以蒸汽、氧氣和二氧化碳的比值為8.7kg：1Nm³:0Nm³，氣化壓力5.6MPa，溫度為780度下，通過氣化器氣化，生成的煤氣與氧氣按照體積比為6.25的比例通過燒嘴混合后以63m/s的速度進入裂解器，在溫度高于1420度下燃燒裂解，生成小分子物質(zhì)。裂解生成的小分子物質(zhì)進入凈化器，通過裝填多孔介質(zhì)時進行除塵，使出凈化器粗煤氣中塵含量達到5mg以下，產(chǎn)生的熱量通過雙層夾套回收，生產(chǎn)壓力為5.4MPa的飽和蒸汽，其余如實施例1。