中央生物质气化炉及其生物质气化工艺.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910216848.0 (22)申请日 2019.03.21 (71)申请人 唐山绿科生物质科技有限公司 地址 063000 河北省唐山市高新区东方大 厦2楼5299号 (72)发明人 董成龙董晶晶宋得坤朱琳 (51)Int.Cl. C10J 3/66(2006.01) C10J 3/72(2006.01) C10J 3/84(2006.01) (54)发明名称 一种中央生物质气化炉及其生物质气化工 艺 (57)摘要 一种中央生物质气化炉及其生物质气化工 艺： 为了提供反应。

2、的热力学条件， 气化过程需要 供给空气或氧气， 使原料发生部分燃烧。 尽可能 将能量保留在反应后得到的可燃气中， 气化后的 产物含有H2、 CO及低分子的CmHn等可燃性气体， 整 个过程可分为： 干燥、 热解、 氧化和还原。 本发明 的生物质气化工艺简单， 成本低， 易于规模化生 产。 权利要求书1页 说明书5页 CN 111718763 A 2020.09.29 CN 111718763 A 1.本发明的特征在于： 一种中央生物质气化炉及其生物质气化工艺包括如下步骤： （1） 将生物质原料输送到微波炭化装置， 该装置采用微波加热装置， 进行热解反应， 同 时有搅杆进行搅拌， 炭化温度应控制。

3、在200-600， 升温速率为3-5 min-1； （2） 干燥过程： 生物质进入气化炉后， 在热量的作用下， 析出表面水分， 在200300时 为主要干燥阶段， 物料依次进行干燥、 干馏， 发生热解反应， 得到热解气， 热解气中含有生物 质油、 水蒸汽和燃气， 物料升温至400500； （3） 热解反应当温度升高到300以上时开始进行热解反应； 在300400时， 生物质就 可以释放出70%左右的挥发组分， 而煤要到750以上才能释放出大约30%的挥发分， 热解反 应析出挥发分主要包括水蒸气、 氢气、 一氧化碳、 甲烷、 焦油及其他碳氢化合物， 部分物料与 含氧气体发生氧化反应， 放出大量热。

4、， 使反应温度升至600900， 物料在该温度下部分发 生气化反应生成燃气和生物炭， 大部分所述步骤 （2） 中产生的生物质在该温度下发生裂解 反应生成燃气； （4） 氧化反应热解的剩余木炭与引入的空气发生反应， 同时释放大量的热以支持生物 干燥、 热解和后续的还原反应， 温度可达到10001200； 热解气中的大部分生物质油在800 1000下被催化剂催化裂解， 生成燃气； （5） 还原过程还原过程没有氧气存在， 氧化层中的燃烧产物及水蒸气与还原层中木炭 发生反应， 生成氢气和一氧化碳等， 这些气体和挥发分组成了可燃气体， 完成了固体生物质 向气体燃料的转化过程； （6） 将生物炭与热解气进。

5、行分离； （7） 将高温气化炉生成的合成气送到净化装置中， 利用过滤除尘方式， 得到更纯净的合 成气， 净化装置内的温度控制在350以上； （8） 净化后的合成气通过显热回收装置， 将合成气的显热被显热回收装置中的冷却介 质吸收； 显热回收装置出口的合成气温度控制在50150之间； 为了提供反应的热力学条 件， 气化过程需要供给空气或氧气， 使原料发生部分燃烧； 尽可能将能量保留在反应后得到 的可燃气中， 气化后的产物含有H2、 CO及低分子的CmHn等可燃性气体， 整个过程可分为： 干 燥、 热解、 氧化和还原； 本发明的特征在于： 所述气化炉中， 生物质原料由炉顶加入， 气化剂由炉底部进气。

6、口加 入， 气体流动的方向与燃料运动的方向相反， 向下流动的生物质原料被向上流动的热气体 烘干、 裂解、 气化。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111718763 A 2 一种中央生物质气化炉及其生物质气化工艺 技术领域 0001 本发明涉及一种生物质气化炉， 特别涉及一种中央生物质气化炉及其生物质气化 工艺， 属于生物质气化工艺领域。 背景技术 0002 生物质气化技术是通过热化学反应将固态生物质转换为气体燃料的过程； 生物质 气化过程是复杂的物理变化和化学变化过程； 它通过气化装置的热化学反应， 可将低品位 的固体生物质转换成高品位的可燃气。 0003 生物质气化技术已有160多年的历。

7、史， 但较大规模应用生物质热解气化技术， 始于 20世纪30、 40年代， 第二次世界大战期间， 为解决石油燃料的短缺， 用于内燃机的小型气化 装置得到广泛使用； 从七十年代初开始， 受石油危机影响， 这一技术有了新的发展。 0004 在本世纪四十年代初期， 我国部分地区曾以木炭和木块为燃料经气化驱动民用车 辆， 五十到六十年代初期， 我国部分城乡曾以木质燃料气化驱动内燃机， 取代柴油和汽油， 用于驱动汽车和提水发电设备.现在， 它作为矿物能源的补充能源更加受到各国重视。 0005 国外生物质气化装置一般规模较大， 自动化程度高， 工艺较复杂， 以发电和供热为 主， 气化效率可达60%90%，。

8、 可燃气热值为1.72.5104kJm3；目前， 在该领域具有领先水 平的国家有瑞典、 美国、 意大利、 德国等； 美国近年来在生物质热解气化技术方面有所突破， 研制出了生物质综合气化装置燃气轮机发电系统成套设备， 为大规模发电提供了样 板。 0006 我国对生物质能源利用极为重视， 已连续在四个国家五年计划中将生物质能利用 技术的研究与应用列为重点项目， 在生物质气化与气化发电方面的研究与开发取得了积极 的进展； 我国自行研制的集中供气和户用气化炉产品已进入实用化试验及示范阶段， 形成 了多个系列的炉型， 可满足多种物料的气化要求， 在生产、 生活用能、 发电、 干燥、 供暖等领 域得到利用。

9、。 0007 生物质气化有多种形式； 如果按气化介质分， 可分为使用气化介质和不使用气化 介质， 其中使用气化介质的技术又分为干馏气化、 空气气化、 氧气气化、 水蒸气气化和氢气 气化等。 目前应用最广泛的是空气气化； 如果按产气的用途来分， 可分为生物质气化供气技 术、 供热技术、 发电技术和合成化学品技术等； 目前各种技术的实际应用都在进行， 生物质 气化供气技术由于技术起点低， 投资相对较低， 很适合在我国农村大力发展。 0008 空气气化技术直接以空气为气化剂， 气化效率高， 是目前应用最广， 也是所有气化 技术中最简单、 最经济的一种； 富氧气化使用富氧气体做气化剂， 反应温度高， 。

10、反应速率快， 可得到焦油含量低的与城市煤气相当的中热值气， 但成本较高； 水蒸气气化是以水蒸气作 为气化剂， 燃气质量好， 氢气含量高， 产生的也是中热值气； 氢气气化是使氢气同碳及水发 生反应生成大量的甲烷的过程， 其反应条件苛刻， 需在高温高压且具有氢源的条件下进行， 可产生热值在22260-26040kJm3之间的高热值气； 干馏气化不使用气化介质， 产生固定碳、 焦油与可燃气。 说明书 1/5 页 3 CN 111718763 A 3 0009 国内外关于生物质气化流化床的研究较多， 而在固定床中较全面的研究比较少； 但我国实际应用的生物质热解气化技术， 主要用固定床工艺， 设备结构简。

11、单、 易于操作、 可 以实现多种生物质原料的热解气化、 投资少； 一般采用空气为气化剂， 但由于空气中含有大 量氮气， 使得得到的生物质燃气热值低， 一般只有5000kJNm3， 且生物质气中焦油含量高， 容 易造成管路堵塞； 国内对于焦油的处理， 工业上大都用水洗法， 产生的洗焦废水会造成二次 污染且目前洗焦废水的生化处理工艺仍不成熟； 彻底解决焦油的污染问题， 将是今后要着 重解决的重要问题； 流化床工艺得到的生物质燃气热值高， 可达12000kJNm3左右， 燃气产率 和气化效率也分别达到了95%和63%左右。 但是这一工艺设备复杂， 操作不易掌握； 另外目前 的集中供气系统普遍存在着所。

12、谓的 “大马拉小车” 问题， 即许多气化工程欠户现象严重， 达 不到设计要求的户数， 使生物质气化设备的利用率降低， 并且焦油问题难以根绝， 致使大型 输气管网易堵塞， 拆卸和清洗不便， 气化站运营和维护成本及难度都很高， 燃气的热值和气 化强度依然偏低， 不能充分满足用户使用要求； 导致大部分气化站开工率低， 基本处于停产 和半停产状况。 0010 生物质能在我国是仅次于煤炭、 石油和天然气的第四种能源资源， 在能源系统中 占有重要地位； 当前， 生物质气化技术在实际利用过程中， 还存在以下几个主要问题： （a） 生物质灰熔点低、 碱金属元素含量高， 直接燃烧易结焦和产生高温碱金属元素腐 蚀。

13、； （b） 生物质气化时， 渣与飞灰的含碳量较高， 气化效率低; （c） 燃气中焦油含量高， 容易导致产生含焦废水以及影响设备的正常运行; （d） 目前气化发电机组的尾气余热回收效果不好， 造成整个系统效率较低; 所以， 降低燃气中的飞灰和焦油含量、 提高系统效率和可靠性是今后利用生物质气化 技术的主要研究方向。 发明内容 0011 为达到上述目的， 本发明采用下述技术方案： 一种中央生物质气化炉及其生物质 气化工艺包括如下步骤： 为了提供反应的热力学条件， 气化过程需要供给空气或氧气， 使原料发生部分燃烧； 尽 可能将能量保留在反应后得到的可燃气中， 气化后的产物含有H2、 CO及低分子的C。

14、mHn等可燃 性气体， 整个过程可分为： 干燥、 热解、 氧化和还原： （1） 将生物质原料输送到微波炭化装置， 该装置采用微波加热装置， 进行热解反应， 同 时有搅杆进行搅拌， 炭化温度应控制在200-600， 升温速率为3-5 min-1。 0012 （2） 干燥过程： 生物质进入气化炉后， 在热量的作用下， 析出表面水分； 在200300 时为主要干燥阶段； 物料依次进行干燥、 干馏， 发生热解反应， 得到热解气， 热解气中含有 生物质油、 水蒸汽和燃气， 物料升温至400500。 0013 （3） 热解反应当温度升高到300以上时开始进行热解反应； 在300400时， 生物 质就可以释。

15、放出70%左右的挥发组分， 而煤要到750以上才能释放出大约30%的挥发分； 热 解反应析出挥发分主要包括水蒸气、 氢气、 一氧化碳、 甲烷、 焦油及其他碳氢化合物； 部分物 料与含氧气体发生氧化反应， 放出大量热， 使反应温度升至600900， 物料在该温度下部 分发生气化反应生成燃气和生物炭， 大部分所述步骤 （2） 中产生的生物质在该温度下发生 说明书 2/5 页 4 CN 111718763 A 4 裂解反应生成燃气。 0014 （4） 氧化反应热解的剩余木炭与引入的空气发生反应， 同时释放大量的热以支持 生物干燥、 热解和后续的还原反应， 温度可达到10001200； 热解气中的大部。

16、分生物质油 在8001000下被催化剂催化裂解， 生成燃气。 0015 （5） 还原过程还原过程没有氧气存在， 氧化层中的燃烧产物及水蒸气与还原层中 木炭发生反应， 生成氢气和一氧化碳等； 这些气体和挥发分组成了可燃气体， 完成了固体生 物质向气体燃料的转化过程。 0016 （6） 将生物炭与热解气进行分离。 0017 （7） 将高温气化炉生成的合成气送到净化装置中， 利用过滤除尘方式， 得到更纯净 的合成气， 净化装置内的温度控制在350以上。 0018 （8） 净化后的合成气通过显热回收装置， 将合成气的显热被显热回收装置中的冷 却介质吸收； 显热回收装置出口的合成气温度控制在50150之。

17、间； 为了提供反应的热力 学条件， 气化过程需要供给空气或氧气， 使原料发生部分燃烧； 尽可能将能量保留在反应后 得到的可燃气中， 气化后的产物含有H2、 CO及低分子的CmHn等可燃性气体， 整个过程可分为： 干燥、 热解、 氧化和还原。 0019 本发明所述气化炉中， 生物质原料由炉顶加入， 气化剂由炉底部进气口加入， 气体 流动的方向与燃料运动的方向相反， 向下流动的生物质原料被向上流动的热气体烘干、 裂 解、 气化。 0020 本发明的有益效果： 产出气在经过裂解层和干燥层时， 将其携带的热量传递给 物料， 用于物料的裂解和干燥， 同时降低自身的温度， 使炉子的热效率提高， 产出气体含。

18、灰 量少； 生物质由顶部的加料口投入， 气化剂可以在顶部加入， 也可以在部加入； 气化剂与 物料混合向下流动； 效层高度几乎不变、 气候强度高、 工作稳定性好、 可以随时加料， 而且气 化气体中焦油含量较少； 本发明的生物质气化工艺简单， 成本低， 易于规模化生产。 具体实施方式 0021 为了更清楚地说明本发明， 下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明； 本领 域技术人员应当理解， 下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的， 不应以此限制本 发明的保护范围。 0022 实施例1 一种中央生物质气化炉及其生物质气化工艺， 所述工艺包括如下步骤： （1） 将生物质原料输送到微波炭化装置， 该。

19、装置采用微波加热装置， 进行热解反应， 同 时有搅杆进行搅拌， 炭化温度应控制在200， 升温速率为3 min-1。 0023 （2） 干燥过程： 生物质进入气化炉后， 在热量的作用下， 析出表面水分； 在250时 为主要干燥阶段。 物料依次进行干燥、 干馏， 发生热解反应， 得到热解气， 热解气中含有生物 质油、 水蒸汽和燃气， 物料升温至400。 0024 （3） 热解反应当温度升高到350以上时开始进行热解反应； 在350时， 生物质就 可以释放出70%左右的挥发组分， 而煤要到800才能释放出大约30%的挥发分； 热解反应析 出挥发分主要包括水蒸气、 氢气、 一氧化碳、 甲烷、 焦油及。

20、其他碳氢化合物； 部分物料与含氧 气体发生氧化反应， 放出大量热， 使反应温度升至650， 物料在该温度下部分发生气化反 说明书 3/5 页 5 CN 111718763 A 5 应生成燃气和生物炭， 大部分所述步骤 （2） 中产生的生物质在该温度下发生裂解反应生成 燃气。 0025 （4） 氧化反应热解的剩余木炭与引入的空气发生反应， 同时释放大量的热以支持 生物干燥、 热解和后续的还原反应， 温度可达到1200。 热解气中的大部分生物质油在900 下被催化剂催化裂解， 生成燃气。 0026 （5） 还原过程还原过程没有氧气存在， 氧化层中的燃烧产物及水蒸气与还原层中 木炭发生反应， 生成氢。

21、气和一氧化碳等； 这些气体和挥发分组成了可燃气体， 完成了固体生 物质向气体燃料的转化过程。 0027 （6） 将生物炭与热解气进行分离。 0028 （7） 将高温气化炉生成的合成气送到净化装置中， 利用过滤除尘方式， 得到更纯净 的合成气， 净化装置内的温度控制在400以上。 0029 （8） 净化后的合成气通过显热回收装置， 将合成气的显热被显热回收装置中的冷 却介质吸收； 显热回收装置出口的合成气温度控制在100； 为了提供反应的热力学条件， 气化过程需要供给空气或氧气， 使原料发生部分燃烧； 尽可能将能量保留在反应后得到的 可燃气中， 气化后的产物含有H2、 CO及低分子的CmHn等可。

22、燃性气体， 整个过程可分为： 干燥、 热解、 氧化和还原。 0030 本发明所述气化炉中， 生物质原料由炉顶加入， 气化剂由炉底部进气口加入， 气体 流动的方向与燃料运动的方向相反， 向下流动的生物质原料被向上流动的热气体烘干、 裂 解、 气化。 0031 实施例2 一种中央生物质气化炉及其生物质气化工艺， 所述工艺包括如下步骤： （1） 将生物质原料输送到微波炭化装置， 该装置采用微波加热装置， 进行热解反应， 同 时有搅杆进行搅拌， 炭化温度应控制在300， 升温速率为3 min-1。 0032 （2） 干燥过程： 生物质进入气化炉后， 在热量的作用下， 析出表面水分； 在250时 为主要。

23、干燥阶段。 物料依次进行干燥、 干馏， 发生热解反应， 得到热解气， 热解气中含有生物 质油、 水蒸汽和燃气， 物料升温至400。 0033 （3） 热解反应当温度升高到350以上时开始进行热解反应； 在350时， 生物质就 可以释放出70%左右的挥发组分， 而煤要到800才能释放出大约35%的挥发分； 热解反应析 出挥发分主要包括水蒸气、 氢气、 一氧化碳、 甲烷、 焦油及其他碳氢化合物； 部分物料与含氧 气体发生氧化反应， 放出大量热， 使反应温度升至650， 物料在该温度下部分发生气化反 应生成燃气和生物炭， 大部分所述步骤 （2） 中产生的生物质在该温度下发生裂解反应生成 燃气。 00。

24、34 （4） 氧化反应热解的剩余木炭与引入的空气发生反应， 同时释放大量的热以支持 生物干燥、 热解和后续的还原反应， 温度可达到1200； 热解气中的大部分生物质油在900 下被催化剂催化裂解， 生成燃气。 0035 （5） 还原过程还原过程没有氧气存在， 氧化层中的燃烧产物及水蒸气与还原层中 木炭发生反应， 生成氢气和一氧化碳等； 这些气体和挥发分组成了可燃气体， 完成了固体生 物质向气体燃料的转化过程。 0036 （6） 将生物炭与热解气进行分离。 说明书 4/5 页 6 CN 111718763 A 6 0037 （7） 将高温气化炉生成的合成气送到净化装置中， 利用过滤除尘方式， 得。

25、到更纯净 的合成气， 净化装置内的温度控制在400以上。 0038 （8） 净化后的合成气通过显热回收装置， 将合成气的显热被显热回收装置中的冷 却介质吸收； 显热回收装置出口的合成气温度控制在100； 为了提供反应的热力学条件， 气化过程需要供给空气或氧气， 使原料发生部分燃烧； 尽可能将能量保留在反应后得到的 可燃气中， 气化后的产物含有H2、 CO及低分子的CmHn等可燃性气体， 整个过程可分为： 干燥、 热解、 氧化和还原。 0039 本发明所述气化炉中， 生物质原料由炉顶加入， 气化剂由炉底部进气口加入， 气体 流动的方向与燃料运动的方向相反， 向下流动的生物质原料被向上流动的热气体。

26、烘干、 裂 解、 气化。 0040 所述生物质原料首先经过处理达到气化炉的使用条件， 然后由送料装置送入气化 炉中， 不同类型的气化炉需要配备不同的送料装置； 所产生的可燃气体， 在净化器中除去灰 尘和焦油等杂质； 经过净化后的气体经过水封， 由鼓风机送入储气罐中， 水封相当于一个单 向阀， 只允许燃气向储气罐中流动； 储气罐出口的阻火器是一个重要的安全设备。 0041 以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明， 所属本技术领域的技术人员对所描 述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代， 只要不偏离发明的结构 或者超越本权利要求书所定义的范围， 均应属于本发明的保护范围。 说明书 5/5 页 7 CN 111718763 A 7 。