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CN106047413A - 一种高一氧化碳浓度气化气的制备系统及制备方法 - Google Patents

一种高一氧化碳浓度气化气的制备系统及制备方法 Download PDF

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CN106047413A CN201610415875.7A CN201610415875A CN106047413A CN 106047413 A CN106047413 A CN 106047413A CN 201610415875 A CN201610415875 A CN 201610415875A CN 106047413 A CN106047413 A CN 106047413A
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China
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gas
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furnace
reformer
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董玉平
常加富
张屹
董磊
孙传胜
于圣涛
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Shandong University
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Shandong University
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
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    • C10J3/66—Processes with decomposition of the distillation products by introducing them into the gasification zone

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高一氧化碳浓度气化气的制备系统及制备方法，属于生物能源相关技术设备领域。制备系统主要包括燃烧炉、热解气化炉和气化重整炉，燃烧炉、热解气化炉和气化重整炉均具有进料口、出料口和出气口；所述燃烧炉的出气口与热解气化炉的进气口相连通；热解气化炉的出气口气化重整炉的进气口相连通；所述燃烧炉的出料口与热解气化炉的进料口相连通；热解气化炉的出料口与气化重整炉的进料口相连通；其中，在燃烧炉燃烧后的烟气依次经过热解气化炉和气化重整炉处理后成为气化气。本发明将整个生物质热解气化制气过程分为生物质燃烧、热解气化和气化重整三个阶段，分别在三个相对独立的空间内连续进行，极大的提高了气化气中可燃气的含量。

Description

一种高一氧化碳浓度气化气的制备系统及制备方法
技术领域
本发明涉及生物能源相关技术设备领域，具体的说，是涉及一种高一氧化碳浓度气化气的制备系统及制备方法。
背景技术
我国生物质资源非常丰富，如农作物秸秆、林业树枝、工业药渣等，近年来对于低热值燃料的能源化转化利用的关注也在日益增加。随着人类对环境保护意识的加强，在关注废弃物利用的同时，效率更高、污染更小的能源化转化技术与工艺正在逐步被工业生产所采用。
传统的生物质气化气制取方法是将生物质原料直接与空气、水蒸气、二氧化碳等气化介质发生化学反应，将固态生物质原料经一系列热化学转化过程转变为合成气。在生物质的转化过程中，由于是直接将生物质进行高温气化，没有将燃烧、热解气化和燃气重整过程分开，制取的燃气成分复杂，并且在得到可燃气体组分的同时，使得残炭和焦油都成为不可避免的副产物。
其中，残炭含有高热值的碳没有气化，导致了系统气化效率低；焦油中含有成分十分复杂的芳香族化合物，高温时以气体形式存在，但在低温时是以粘稠的液体形式存在，难以清除。
即使花大力气进行清除，则一部分合成气热值会随着清除的焦油流失，造成系统能量损失，严重制约了生物质资源的能源化工业利用。
因此，如何提高生物质气化气的品质，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种高一氧化碳浓度气化气的制备系统。本发明通过多个炉体连通，实现了对生物质原料的分段处理，来提高生物质气化气的品质。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高一氧化碳浓度气化气的制备系统，包括燃烧炉、热解气化炉和气化重整炉，燃烧炉、热解气化炉和气化重整炉均具有进料口、出料口和出气口；
所述燃烧炉的出气口与热解气化炉的进气口相连通；
热解气化炉的出气口气化重整炉的进气口相连通；
所述燃烧炉的出料口与热解气化炉的进料口相连通；
热解气化炉的出料口与气化重整炉的进料口相连通；
其中，在燃烧炉燃烧后的烟气依次经过热解气化炉和气化重整炉处理后成为气化气。
优选的，上述的高浓度一氧化碳气化气制备系统还包括除灰器；
气化重整炉的出气口与除灰器的进气口相连通；
除灰器的出灰口与气化重整炉的进料口相连通。
优选的，所述燃烧炉的出料口与热解气化炉的进料口通过第一输送机构相连通；第一输送机构为输料器或传送带。
优选的，所述热解气化炉的出料口与气化重整炉的进料口通过第二输送机构相连通；第二输送机构为输料器或传送带。
在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种利用上述的制备系统制备高一氧化碳浓度气化气的方法，步骤如下：
A、将生物质燃料送入燃烧炉，并向燃烧炉充可燃气令生物质燃料燃烧产出高温烟气；
B、将步骤A产出的高温烟气进入热解气化炉，并将步骤A中产出的灰渣与生物质燃料混合成为混合料，再将混合料送入热解气化炉进行热解气化，产出热解气化气和半焦；
C、将步骤B所得半焦送入气化重整炉，并将步骤B所得热解气化气与过热水蒸气混合成为混合气，混合气与半焦进行燃气重整反应，产出高浓度一氧化碳气化气。
上述的方法中，优选的是，在步骤C产出高一氧化碳浓度气化气后，高一氧化碳浓度气化气经除灰器除灰后再向外界输送。
上述的方法中，优选的是，除灰器产生的飞灰输送至气化重整炉重新参与燃气重整反应。
上述的方法中，优选的是，步骤A与步骤B投入的生物质燃料的质量比为3:7。
上述的方法中，优选的是，燃烧炉工作温度为1000～1200℃，热解气化炉工作温度为1000℃，气化重整炉工作温度为800～1000℃。
上述的方法中，优选的是，步骤A中所述的可燃气为氧气或富氧空气。
本发明的有益效果是:
(1)将整个生物质热解气化制气过程分为生物质燃烧、热解气化和气化重整三个阶段。分别在三个相对独立的空间内连续进行，通过单个炉体运行参数的调节可以控制相关阶段反应的充分进行，系统易于控制。
(2)通过相对独立且又相互连通的三个炉体进行不同的反应，将燃气中可能冷凝为液态焦油的大分子组分与半焦中的残炭都得以充分转化，大大控制了半焦残炭与焦油等副产物的产生量，并可有效提高生物质转化率与气化气中的CO浓度含量。
(3)生物质燃料的气化气产出率获得了明显提高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
其中，1、生物质燃料，2、高温烟气，3、生物质燃料，4、灰渣，5、热解气化气，6、过热水蒸汽，7、半焦，8、含灰气化气，9、飞灰，10、清洁气化气，11、燃烧炉，12、热解气化炉，13、气化重整炉，14、除灰器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细说明。
实施例1：一种高一氧化碳浓度气化气的制备系统，其结构如图1所示，包括燃烧炉11、热解气化炉12、气化重整炉13和除灰器14。
燃烧炉11具有进料口、出料口和出气口；
热解气化炉12具有进料口、出料口和出气口；
气化重整炉13具有进料口、出料口和出气口；
其中，所述燃烧炉11的出气口与热解气化炉12的进气口相连通；热解气化炉12的出气口气化重整炉13的进气口相连通；气化重整炉13的出气口与除灰器14的进气口相连通；除灰器14的出灰口与气化重整炉13的进料口相连通。
处于方便传送物料的角度考虑，所述燃烧炉11的出料口与热解气化炉12的进料口通过第一输送机构相连通；热解气化炉12的出料口与气化重整炉13的进料口通过第二输送机构相连通。两输送机构均可选择为输送器、传送带或者一个为输送器另一个为传送带。
实施例2：一种应用实施例1所述的制备系统制备高一氧化碳浓度气化气的方法，主要步骤如下：
A、将生物质燃料1送入燃烧炉11，并向燃烧炉11充入充足的可燃气令生物质燃料1充分燃烧，产出高温烟气2；燃烧后的高温烟气2中氧气体积含量约为10％；
B、将步骤A产出的高温烟气输送至热解气化炉12的底部风室；为生物质燃料3提供热解气化反应所需的高温环境；再将步骤A中生物质燃料1燃烧后成为的灰渣4与生物质燃料3混合成为混合料，再将混合料送入热解气化炉12中形成一定厚度的料位层，最后在热解气化炉12中由高温烟气2的流化作用下热解气化，产出热解气化气5和半焦7；
C、将步骤B所得半焦7送入气化重整炉13，并将步骤B所得热解气化气5与过热水蒸气6混合成为混合气，令混合气与半焦7进行燃气重整反应，产出含灰气化气8(即高浓度一氧化碳气化气)。
上述的方法中，在步骤C产出含灰气化气8(即高一氧化碳浓度气化气)后，含灰气化气8经除灰器14除灰后再向外界输送。除灰器14产生的飞灰9输送至气化重整炉13重新参与燃气重整反应，直至半焦7基本耗尽。
经过除灰处理后，含灰气化气8成为清洁气化气10，清洁气化气10中一氧化碳体积含量可达30％～60％。
需要注意的是，若生物质燃料中含水率较高时，可以适当减少或者停止气化重整炉的蒸汽供给。生物质燃料1和生物质燃料3可以选择为相同的燃料。
上述的方法中，优选的是，步骤A投入的生物质燃料1与步骤B投入的生物质燃料3的质量比为3:6-8；优选3:7。
上述的方法中，较佳的选择为，燃烧炉11工作温度为1000～1200℃，热解气化炉12工作温度为1000℃，气化重整炉13工作温度为800～1000℃。
在步骤A中，所述的可燃气可选择为氧气或富氧空气。
本发明的工作原理是：
首先将传统生物质气化反应中主要发生燃烧氧化反应的生物质燃料单独在燃烧炉11内进行燃烧，利用燃烧产出的高温烟气2为灰渣4进行热解和气化反应提供热量，同时高温烟气2中含有一定的氧以满足生物质燃料空气气化所需的耗氧量，以保证整个反应过程所需热量。
将热解气化炉12产生的半焦7等固态物质全部送入气化重整炉13的上部并保持一定的料位，当热解气化炉12产出的热解气化气5流经过半焦层时，热解气化气5与过热蒸汽6、半焦7及灰渣4中的碱金属共同作用下进行一系列的重整，主要发生焦炭(半焦)的高温水蒸汽气化、焦油(催化)裂解等反应生成一氧化碳、氢气、甲烷等小分子气体。最初由燃烧产生的二氧化碳也在气化重整炉13的高温环境中被碳还原或与氢气发生催化反应生成更多的一氧化碳，进而提高了生物质气化气一氧化碳浓度与可燃气体组分的含量。
基于上述的结构与方法，本发明令生物质燃料通过燃烧、热解气化与重整分段反应转化为高一氧化碳浓度含量的还原性气体，进而作为合成气原料或金属冶炼等化工原料，可以减少对石油煤炭资源的依赖，为建设资源节约型社会和环境友好型社会起到积极作用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高一氧化碳浓度气化气的制备系统，包括燃烧炉、热解气化炉和气化重整炉，燃烧炉、热解气化炉和气化重整炉均具有进料口、出料口和出气口；其特征在于，
所述燃烧炉的出气口与热解气化炉的进气口相连通；
热解气化炉的出气口气化重整炉的进气口相连通；
所述燃烧炉的出料口与热解气化炉的进料口相连通；
热解气化炉的出料口与气化重整炉的进料口相连通；
其中，在燃烧炉燃烧后的烟气依次经过热解气化炉和气化重整炉处理后使一氧化碳含量提高成为气化气。
2.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，上述的高浓度一氧化碳气化气制备系统还包括除灰器；
气化重整炉的出气口与除灰器的进气口相连通；
除灰器的出灰口与气化重整炉的进料口相连通。
3.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述燃烧炉的出料口与热解气化炉的进料口通过第一输送机构相连通；第一输送机构为输料器或传送带。
4.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述热解气化炉的出料口与气化重整炉的进料口通过第二输送机构相连通；第二输送机构为输料器或传送带。
5.一种利用权利要求1-4任一项所述的制备系统制备高一氧化碳浓度气化气的方法，其特征在于，步骤如下：
A、将生物质燃料送入燃烧炉，并向燃烧炉充可燃气令生物质燃料燃烧产出高温烟气；
B、将步骤A产出的高温烟气进入热解气化炉，并将步骤A中产出的灰渣与生物质燃料混合成为混合料，再将混合料送入热解气化炉进行热解气化，产出热解气化气和半焦；
C、将步骤B所得半焦送入气化重整炉，并将步骤B所得热解气化气与过热水蒸气混合成为混合气，混合气与半焦进行燃气重整反应，产出高浓度一氧化碳气化气。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤C产出高一氧化碳浓度气化气后，高一氧化碳浓度气化气经除灰器除灰后再向外界输送。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，除灰器产生的飞灰输送至气化重整炉重新参与燃气重整反应。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A与步骤B投入的生物质燃料的质量比为3:7。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，燃烧炉工作温度为1000～1200℃，热解气化炉工作温度为1000℃，气化重整炉工作温度为800～1000℃。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A中所述的可燃气为氧气或富氧空气。
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