專利名稱：外筒空氣氣化協(xié)同內(nèi)筒水蒸氣氣化制備合成氣的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種外筒空氣氣化協(xié)同內(nèi)筒水蒸氣氣化制合成氣的設(shè)備及工藝。
背景技術(shù)：
目前生物質(zhì)氣化技術(shù)的主要設(shè)備有固定床和流化床兩種氣化爐，固定床氣化爐都以空氣氣化為主，氣化過程中產(chǎn)生的焦油難以去除，且合成氣中含有將近50%的氮氣，導(dǎo)致氣體熱值不高，流化床氣化爐一般也以空氣氣化為主，但同樣存在合成氣中焦油含量高的問題，給合成氣運輸和使用帶來的了阻礙，有極少數(shù)采用雙床氣化，利用惰性介質(zhì)進行傳熱，進行水蒸氣氣化，可提高合成氣熱值，但由于物料停留時間短，焦油含量仍然較高。目前市場上出現(xiàn)的氣化爐在中試和工程化過程中暴露了較多問題，使生物質(zhì)氣化技術(shù)在推廣過程中和工業(yè)化生產(chǎn)過程中遇到了阻礙，最致命的問題有兩個:一是合成氣中焦油的去除是生物質(zhì)氣化技術(shù)的最大瓶頸，目前工業(yè)化設(shè)備中焦油去除是利用物理和機械方法相結(jié)合，通過噴淋、水浴、冷凝、分離等設(shè)備凈化合成氣，傳統(tǒng)的這種方法只能將可燃?xì)庵胁糠纸褂腿コ?，仍有相?dāng)一部分焦油殘余在合成氣中，用這種方法最大問題是浪費大量的水源，容易產(chǎn)生大量的焦油黑水污染；二是生物質(zhì)合成氣中，氮氣含量較多，占了將近50%，導(dǎo)致了合成氣熱值不高。合成氣是以一氧化碳和氫氣為主要成分的混合氣，合成氣是費托合成的原料氣，費托合成主要是煤化工中用來生物質(zhì)液體燃料，如甲醇、乙醇、柴油等化工原料的主反應(yīng)。利用生物質(zhì)制備合成氣，從而延長生物質(zhì)能利用的產(chǎn)業(yè)鏈，為生物質(zhì)能進一步的高值化利用以及生物質(zhì)化工產(chǎn)業(yè)奠 定重要的基礎(chǔ)，對緩解我國能源壓力，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型需要解決的問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種外筒空氣氣化協(xié)同內(nèi)筒水蒸氣氣化制備合成氣的設(shè)備。為了實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明結(jié)合生物質(zhì)本身特性，以及氣化、催化重整等工藝特性，發(fā)明了一種外筒空氣氣化協(xié)同內(nèi)筒水蒸氣氣化制備合成氣的設(shè)備及工藝，此設(shè)備是一個密封體，外筒和內(nèi)筒共用同一個進料口，但出料和氣體引出裝置是分開的，且互相不影響。本發(fā)明所述一種外筒空氣氣化協(xié)同內(nèi)筒水蒸氣氣化制備合成氣的設(shè)備由勻料裝置
(1)、進料口(2)、觀察口(3)、外筒(4)、外筒內(nèi)保溫(5)、內(nèi)筒(6)、水蒸氣分布裝置(7)、空氣分布口(8)、排炭裝置(9)、內(nèi)筒引風(fēng)機(10)、測溫裝置(11)、外筒引風(fēng)機(12)、排灰裝置(13 )、除灰塔(14)、余熱鍋爐(15 )、二氧化碳吸收塔(16 )構(gòu)成。其中勻料裝置(I)、進料口
(2)、外筒(4)、空氣分布口(8)、排炭裝置(9)、測溫裝置(11)、外筒引風(fēng)機(12)相連接形成空氣氣化的通路。勻料裝置(I)、進料口(2)、內(nèi)筒(6)、水蒸氣分布裝置(7)、內(nèi)筒引風(fēng)機
(10)、排灰裝置(13)相連接形成水蒸氣氣化通路。進料口(2)、勻料裝置(I)、內(nèi)筒(6)、內(nèi)筒引風(fēng)機(10)、除灰塔(14)、余熱鍋爐(15)、二氧化碳吸收塔(16)依次相連接形成由原料到生物質(zhì)合成氣的通路。在生產(chǎn)過程中具體操作步驟是:首先通過進料口和勻料裝置，將物料均勻地填到外筒1/3高度處，然后打開鼓風(fēng)機，通過空氣分布口將空氣均勻地分布到外筒中，接著利用易燃物將外筒內(nèi)的物料點燃，緊接著根據(jù)測溫裝置的溫度顯示，控制給空氣量，使外筒升溫速度為90-100°C /h,同時不斷地往外筒內(nèi)鋪物料，直至外筒溫度達到900°C時，將外筒料層高度加至3/4處，此時必須打開外筒引風(fēng)機，并通過控制空氣的進量，維持外筒溫度在900°C以上，接著繼續(xù)加料，直至內(nèi)、外筒都加滿為止，然后開啟排炭裝置，控制排炭速度，將外筒的生物質(zhì)炭緩慢的排出，并緩慢的將外筒的溫度升至1000°C左右，此時打開水蒸氣進口閥，將水蒸氣通過水蒸氣分布裝置均勻地分布在內(nèi)筒中進行氣化反應(yīng)，在打開水蒸氣進口閥同時開啟內(nèi)筒引風(fēng)機，除灰塔的水泵、二氧化碳吸收塔的循環(huán)水泵和打開排灰裝置，根據(jù)檢測粗合成氣中一氧化碳和氫氣組分含量和排出灰中的含碳量，調(diào)整排灰裝置的排灰速度，此時整個設(shè)備基本連續(xù)運行，待余熱鍋爐有蒸汽產(chǎn)出后，將外部蒸汽與之切換，形成自產(chǎn)自銷?；具\行后，在保持外筒溫度900-1000°C的前提下，根據(jù)不同的原料，外筒空氣進量與原料進量的質(zhì)量之比控制在0.4-0.7之間。水蒸氣的進量控制在
0.8-1.lt/h，排炭量為100-150kg/h，排灰量控制在30-40kg/h。工藝上采用了外筒空氣氣化協(xié)同內(nèi)筒水蒸氣氣化，解決了氣化過程中焦油含量高，合成氣熱值低等問題。在外筒發(fā)生的氣化反應(yīng)主要目的是為內(nèi)筒水蒸氣氣化反應(yīng)提供熱源，而內(nèi)筒的水蒸氣氣化和自催化裂解有兩重作用，其一是利用水蒸氣將生物質(zhì)完全氣化，使生物質(zhì)中的含碳量幾乎為零，其二是利用生物質(zhì)中的金屬氧化物，如氧化鐵、氧化鈣、三氧化二鐵、氧化鎂等物質(zhì)作為催化重整劑，在高溫、水蒸氣和催化裂解劑同時存在的情況下，大分子焦油會發(fā)生斷鍵、重整反應(yīng)，變成小分子的混合氣體，且生物質(zhì)燃?xì)庵屑淄橐矔c水蒸氣、二氧化碳等反應(yīng)生成一氧化碳、氫氣和二氧化碳。此工藝不僅可以解決生物質(zhì)燃?xì)庵薪褂秃扛邌栴}，而且有效地解決了可燃?xì)庵泻械獨舛斐扇細(xì)鉄嶂档瓦@個問題。操作步驟中所述打開蒸汽閥向內(nèi)筒中送水蒸氣，其特征是水蒸氣分布裝置分為三段，第一段主要分布在內(nèi)筒壁上部，水蒸氣由內(nèi)筒壁向中心進行橫向擴散，第二段分布在內(nèi)筒中部中心，水蒸氣由中心向上下兩個方向進行縱向擴散，第三段呈等腰梯形，分布在內(nèi)筒的下部，水蒸氣由等腰梯形向四周擴散。在生產(chǎn)操作過程中首先打開內(nèi)筒下部的蒸汽閥，隨著時間和推移和溫度的 穩(wěn)定，逐漸打開內(nèi)筒中部中心蒸汽閥和內(nèi)筒壁上部的蒸汽閥。操作步驟中所述向外筒通入空氣是進行空氣氣化，也就是利用空氣中的氧氣與物料進行氣化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱量，一方面維持空氣氣化所需的溫度，另一方面通過熱量輻射和鋼材與物料之間的傳熱為內(nèi)筒進行水蒸氣氣化提供熱源。由于外筒發(fā)生的是不完全氣化，所以固體產(chǎn)物中碳含量約在60%左右，具有一定的商業(yè)用途，可以用來做燒烤炭，最終通過排炭裝置輸送出爐外，冷卻后進行包裝。操作步驟中所述內(nèi)筒發(fā)生的水蒸氣氣化反應(yīng)和自催化裂解反應(yīng)，水蒸氣氣化反應(yīng)是為了獲得更多的氫氣和一氧化碳，可以通過控制排灰裝置讓其有足夠的氣化時間，使生物質(zhì)完全水蒸氣氣化，這樣可以獲得更多的粗合成氣，促使粗合成氣中一氧化碳和氫氣的總體積含量更高。而自催化裂解反應(yīng)是利用生物質(zhì)自身含有的金屬氧化物，如氧化鐵、氧化鈣、三氧化二鐵、氧化鎂等，在高溫和水蒸氣同時存在的情況下，讓大分子焦油裂解成小分子的混合氣體，且在鐵系氧化物和高溫下，甲烷易于水蒸氣反應(yīng)，生成一氧化碳和氫氣和二氧化碳三種氣體。這樣不僅可以解決生物質(zhì)合成氣中焦油含量高問題，而且獲得了更多的粗合成氣，同時也提高了合成氣的熱值。操作步驟中所述水蒸氣來源是，啟爐時水蒸氣是小蒸汽鍋爐供給，待設(shè)備正常運轉(zhuǎn)后，水蒸氣切換到導(dǎo)熱油與粗合成氣進行熱交換得到的，粗合成氣在進入導(dǎo)熱油管之前必須通過除灰塔將合成氣中的灰除盡，防止灰塵粘在到熱管壁上，影響傳熱效率。經(jīng)過換熱的粗合成氣再送入二氧化碳吸收塔，二氧化碳吸收塔采用堿水霧化噴淋和泡罩兩種相結(jié)合的方式，盡可能將粗合成氣中的二氧化碳吸收，得到精合成氣，以氫氣和一氧化碳為主，占其總量的85%以上。由于生物質(zhì)之間的熱傳遞較慢，所以外筒直徑一般控制在1.8-2.2米，高度為9-11米，內(nèi)筒直徑一般控制在1.1-1.4米，高度為8-10米，為保護整套設(shè)備的使用壽命，外筒溫度控制在900-1000°C，內(nèi)筒溫度控制在850-900°C。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下幾點優(yōu)勢:1.本發(fā)明所述設(shè)備及工藝，合成氣中不含有氮氣，將合成氣中可燃成分從50%左右提聞到了 85%左右。2.本發(fā)明所述設(shè)備及工藝，有效地去除了合成氣中的焦油和提高了合成氣的熱值，可作為家用燃?xì)馐褂谩?.本發(fā)明所述設(shè)備及工藝，得到的合成氣以氫氣和一氧化碳為主，可直接作為合成液體燃料的原料使用。

圖1本發(fā)明簡圖。1.勻料裝 置、2.進料口、3.觀察口、4.外筒、5.外筒內(nèi)保溫、6.內(nèi)筒、7.水蒸氣分布裝置、8.空氣分布口、9.排炭裝置、10.內(nèi)筒引風(fēng)機、11.測溫裝置、12.外筒引風(fēng)機、13.排灰裝置、14.除灰塔、15.余熱鍋爐、16.二氧化碳吸收塔。
具體實施方式
實施例1:以Φ8-30_的生物質(zhì)顆粒為原料，首先通過進料口和勻料裝置，將物料均勻地填到外筒1/3高度處，然后打開鼓風(fēng)機，通過空氣分布口將空氣均勻地分布到外筒中，接著利用易燃物將外筒內(nèi)的物料點燃，緊接著根據(jù)測溫裝置的溫度顯示，控制給空氣量，使外筒升溫速度為90-100°C /h，同時不斷地往外筒內(nèi)鋪物料，直至外筒溫度達到900°C時，將外筒料層高度加至3/4處，此時必須打開外筒引風(fēng)機，并通過控制空氣的進量，維持外筒溫度在9000C以上，接著繼續(xù)加料，直至內(nèi)、外筒都加滿為止，然后開啟排炭裝置，控制排炭速度，將外筒的生物質(zhì)炭緩慢的排出，同時也往爐內(nèi)加料，并緩慢的將外筒的溫度升至1000°c左右，此時打開水蒸氣進口閥，將水蒸氣通過水蒸氣分布裝置均勻地分布在內(nèi)筒中進行氣化反應(yīng)，在打開水蒸氣進口閥同時開啟內(nèi)筒引風(fēng)機，除灰塔的水泵、二氧化碳吸收塔的循環(huán)水泵和打開排灰裝置，根據(jù)檢測粗合成氣中一氧化碳和氫氣組分含量和排出灰中的含碳量，調(diào)整排灰裝置的排灰速度，此時整個設(shè)備基本連續(xù)運行，待余熱鍋爐有蒸汽產(chǎn)出后，將外部蒸汽與之切換，形成自產(chǎn)自銷?；菊＿\行后，在保持外筒溫度900-100(TC的前提下，根據(jù)不同的原料外筒空氣進量與原料進量的質(zhì)量比控制在0.58-0.62之間。水蒸氣的進量控制在0.92-1.0t/h，排炭量為120-140kg/h，排灰量控制在32_35kg/h。經(jīng)檢測，得到的氣體中氫氣的含量為58.2%, 一氧化碳為25.3%, 二氧化碳為6.8%,甲燒0.5%。實施例2:以長寬厚為40X 20X8mm的木片為原料，首先通過進料口和勻料裝置，將物料均勻地填到外筒1/3高度處，然后打開鼓風(fēng)機，通過空氣分布口將空氣均勻地分布到外筒中，接著利用易燃物將外筒內(nèi)的物料點燃，緊接著根據(jù)測溫裝置的溫度顯示，控制給空氣量，使外筒升溫速度為90-100°C /h，此時不斷地往外筒內(nèi)鋪物料，直至外筒溫度達到900°C時，將外筒料層高度加至3/4處，此時必須打開外筒引風(fēng)機，并通過控制空氣的進量，維持外筒溫度在900°C以上，接著繼續(xù)加料，直至內(nèi)、外筒都加滿為止，然后開始開始排炭裝置，控制排炭速度，將外筒的生物質(zhì)炭緩慢的排出，同時也往爐內(nèi)加料，并緩慢的將外筒的溫度升至1000°C左右，此時打開水蒸氣進口閥，將水蒸氣通過水蒸氣分布裝置均勻地分布在內(nèi)筒中進行氣化反應(yīng)，在打開水蒸氣進口閥同時開啟內(nèi)筒引風(fēng)機，除灰塔的水泵、二氧化碳吸收塔的循環(huán)水泵和打開排灰裝置，根據(jù)檢測粗合成氣中一氧化碳和氫氣組分含量和排出灰中的含碳量，調(diào)整排灰裝置的排灰速度，此時整個設(shè)備基本連續(xù)運行，待余熱鍋爐有蒸汽產(chǎn)出后，將外部蒸汽與之切換，形成自產(chǎn)自銷?；菊＿\行后，在保持外筒溫度900-100(TC的前提下，根據(jù)不同的原料外筒空氣進量與原料進量的質(zhì)量之比控制在0.43-0.48之間。水蒸氣的進量控制在0.83-0.91t/h，排炭量為100-110kg/h，排灰量控制在30_35kg/h。經(jīng)檢測，得到的氣體中氫氣 的含量為52.6%, 一氧化碳為26.8%, 二氧化碳為5.6%,甲燒0.6%。
權(quán)利要求1.一種外筒空氣氣化協(xié)同內(nèi)筒水蒸氣氣化制備合成氣的設(shè)備，由勻料裝置(I)、進料口(2)、觀察口(3)、外筒(4)、外筒內(nèi)保溫(5)、內(nèi)筒(6)、水蒸氣分布裝置(7)、空氣分布口(8)、排炭裝置(9)、內(nèi)筒引風(fēng)機(10)、測溫裝置(11)、外筒引風(fēng)機(12)、排灰裝置(13)、除灰塔(14)、余熱鍋爐(15)、二氧化碳吸收塔(16)構(gòu)成；勻料裝置(I)、進料口(2)、外筒(4)、空氣分布口(8)、排炭裝置(9)、測溫裝置(11)、外筒引風(fēng)機(12)相連接形成空氣氣化的通路；勻料裝置(I)、進料口(2)、內(nèi)筒(6)、水蒸氣分布裝置(7)、內(nèi)筒引風(fēng)機(10)、排灰裝置(13)相連接形成水蒸氣氣化通路；進料口(2)、勻料裝置(I)、內(nèi)筒(6)、內(nèi)筒引風(fēng)機(10)、除灰塔(14)、余熱鍋爐(15)、二氧化碳吸收塔(16)依次相連接形成由原料到生物質(zhì)合成氣的通 路。
專利摘要本實用新型屬于生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種外筒空氣氣化協(xié)同內(nèi)筒水蒸氣氣化制備合成氣的設(shè)備及工藝。它包括勻料裝置(1)、進料口(2)、觀察口(3)、外筒(4)、外筒內(nèi)保溫(5)、內(nèi)筒(6)、水蒸氣分布裝置(7)、空氣分布口(8)、排炭裝置(9)、內(nèi)筒引風(fēng)機(10)、測溫裝置(11)、外筒引風(fēng)機(12)、排灰裝置(13)、除灰塔(14)、余熱鍋爐(15)、二氧化碳吸收塔(16)。本實用新型利用外筒空氣氣化協(xié)同內(nèi)筒水蒸氣氣化達到能源自給，利用內(nèi)筒高溫自催化重整、水蒸氣氣化得到氫氣和一氧化碳體積含量為85-90%的合成氣。
文檔編號C10J3/84GK203112763SQ201320045129
公開日2013年8月7日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者秦恒飛, 闕明華 申請人:秦恒飛, 丹陽市華發(fā)環(huán)保機械有限公司