CN101407722B - 一种生物质高温热解气化及高温热解气催化净化工艺 - Google Patents

一种生物质高温热解气化及高温热解气催化净化工艺 Download PDF

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Abstract

一种生物质高温热解催化及气化净化***，本发明采用液化石油气或天然气高温低氧燃烧后的高温烟气(高达2000℃)作为热解炉的内热源，热解后生物质热解气所含焦油量少，并且热解炉出口的热解气温度达1200℃，在催化裂解器中喷入白云石粉进行催化裂解进一步减少焦油，燃气中剩余的少量焦油在高温空气蓄热器中完全凝结，由于高温空气蓄热器的燃气和空气通道可相互转换，凝结的焦油被高温空气带入燃烧器烧掉。由两个生物质热解炉、残炭气化炉、催化裂解器、高温空气蓄热器、燃烧器构成生物质高温热解气化和高温热解气催化净化***，本发明不使用水洗除焦油的方法，解决了生物质热解气化的焦油污染问题，提高了生物质燃气的热值，具有利于产业化的优点。

Description

一种生物质高温热解气化及高温热解气催化净化工艺
技术领域：
本发明涉及生物质热化学转化及能源化的技术领域，具体涉及生物质高温热解和高温热解气催化净化来去除焦油、产生清洁燃气的***。
背景技术：
进入到21世纪，地球环境问题，特别是二氧化碳所造成的全球化温室效应越发严重，只要人类继续消费化石燃料，大气中二氧化碳的积累就得不到缓解。同时，化石能源具有有限的开采量，虽然通过勘探和发现新油田、新气田、新煤田以及依靠科学技术的进步提高了他们的采收率，可以缓解化石能源枯竭的速度，但是现在确实到了开始摆脱依赖化石资源的时代。抑制全球化温室效应的一项有力措施是使用可再生能源来替代化石燃料。生物质在可再生能源中具有特异性，因为只有生物质具有可储存性，可以通过电力或热的作用转化燃料或化学原料。在生物质能源的利用技术中，生物质气化技术是一种通过热化学反应将固态生物质转换为气体燃料的过程，其气体产物既可以用于发电又可以用于集中供热。但是传统的生物质气化技术存在着燃气中焦油含量高、发热量低等问题，特别是焦油含量高是目前生物质气化技术面临的主要问题，无论是用于发电还是供气，都有焦油问题。焦油会堵塞管路，污染气缸，堵塞火花塞或燃气孔，使发电和供气很难正常运行，同时由于后续处理燃气中的焦油都采用水洗法净化，还会引起二次污染。二次污染的主要原因是废水中含有焦油、NOx、SO2、NH3等100多种有机成分，污染物的浓度非常高，很难有经济合理的工艺方法处理这些污水。即使经过水洗的燃气依然会堵塞管道，导致一些生物质气化站被迫停运。所以解决焦油的根本性方法就是将燃气中的焦油裂解成为不凝气体，避免管路堵塞和燃气冷却水的污染。
发明内容：
本发明的目的是克服现有技术普遍存在的燃气中焦油含量高、燃气热值低的问题，提供一种高效、环保的生物质高温热解、残炭气化和高温气催化净化***。
本发明的主要特点有四方面：
(1)普通的生物质气化反应器内温度只有800～1000℃，利用高温空气气化的反应器内的温度最高只能达到1250℃，而利用液化石油气(或天然气)和高温空气燃烧产生的热量热解反应器内的生物质，热解炉内温度可达到2000℃，这就为焦油的二次裂解提供了极为有利的条件，大大减少了焦油量；
(2)传统的生物质的催化气化主要集中在反应器内加入白云石和镍基催化剂等，但是这种催化方法存在着焦油与催化剂接触时间短、不充分的问题，在热解炉的燃气出口加装能够喷入白云石粉(粒径为0.2～1mm，催化温度在900℃以上最佳)的催化装置，使燃气与催化剂充分接触，因为反应器的出口温度高达1200℃，这将极大提高焦油的催化裂解率；
(3)由于本发明采用了具有除焦油功能的高温空气蓄热器，所以内热源的产生过程是在高温低氧气氛中进行，减少了氮气含量，提高了生物质燃气的热值。
(4)外加的液化石油气(或天然气)燃烧后产生的热量一部分作为内热源，另一部分热量与燃气所携带的热量进入高温空气蓄热器，产生高温空气，热量循环利用。
本发明的具体技术方案是：
(1)、一种生物质高温热解气化及高温热解气催化净化工艺，具有产生高温热解炉所需高温内热源的燃烧器、生成生物质热解气的高温热解炉、生成气化气的高温空气气化炉和高温热解气的催化净化装置，其特征在于：1.1、高温空气和液化石油气或天然气在燃烧器(5)中燃烧产生温度高达2000℃的高温烟气，该高温烟气作为高温热解炉(1)的高温内热源；1.2、在高温热解炉(1)内生物质在高温内热源中发生热解反应生成生物质热解气，生物质热解气所携带的焦油在高温热解炉中发生剧烈的二次热裂解反应，热解气中所含焦油量极大下降；1.2.1、采用两台高温热解炉(1)交替运行生成热解气，高温热解炉底部有一与水平夹角成30～45°的倾斜布风板(6)作为均匀布内热源之用，并配合压缩空气装置(7)兼有倾倒残炭之用；1.2.2、高温热解炉中的残炭用高温空气气化炉(2)生成生物质气化气，以高温空气作为残炭的气化介质；1.3、从高温热解炉(1)排出的生物质热解气温度高达1200℃，高温热解气进入具有特殊结构的催化裂解器(3)，该特殊结构是从该裂解器(3)的顶部喷入粒径为0.2～1mm的白云石粉催化剂，高温热解气从裂解器的左侧下部进入，催化剂与从底部进入的高温热解气有足够的时间充分接触，焦油的裂解率极高；1.4、从催化裂解器(3)排出的所含少量焦油的热解气进入高温空气蓄热器(4)，该蓄热器通过燃气和空气通道的换向功能来去除凝结在通道内的少量焦油，焦油含量小于10mg/m3的热解气送入储气柜。该工艺其特征在于生物质高温热解和高温热解气催化裂解，并且生物质热解过程、残炭的气化过程和热解气的催化过程分开进行，由两台高温热解炉(1)与一台高温空气气化炉(2)构成生物质气的发生装置，由催化裂解器(3)、高温空气蓄热器(4)构成生物质热解气的净化装置，由一台燃烧器(5)生成高温内热源，整个工艺的尾气热量通过高温空气蓄热器(4)循环利用。采用双热解炉生成燃气，该热解炉的底部有一倾斜布风板，该布风板不仅能均匀布内热源，而且在压缩空气装置的作用下可以倾倒残炭进入高温空气气化炉，布风板用耐高温材料制造。两个热解炉交替运行，当其中一台热解炉运行三小时后倾倒残炭时，另一台热解炉开始运行。气化炉里的残炭利用高温空气蓄热器产生的高温空气作为气化介质进行气化，由于生物质的残炭量少，热解炉倾倒的残炭累积一定时间后才进行气化，所以气化炉的运行方式为间歇运行；
(2)、在每个热解炉的上部侧面都设有一个催化裂解器，该裂解器采用喷入白云石粉末的方式使燃气中的焦油进一步裂解。白云石粉末从裂解器的顶部喷入，燃气从裂解器的左侧下部进入，这样的运行方式不但可以使燃气中的焦油与白云石粉有充分的接触时间，焦油充***解，而且由于白云石粉的碰撞作用和离心力作用可以把燃气中携带的焦炭颗粒和灰尘有效地分离下来，即催化裂解器兼有焦油裂解和除尘的作用；
(3)、高温空气蓄热器兼有预热空气和除焦油的作用，其实现方式采用燃气和空气换通道的方式，开始时阀41打开，阀42、阀43关闭，阀44打开，阀45打开，阀46关闭，阀47打开，阀48关闭，运行1个小时后，阀41关闭，阀42、阀43开启，阀44开启，阀45关闭，阀46开启，阀47关闭，阀48开启，运行半小时后重复开始，这样就实现了在燃气通道被冷凝下来的焦油在燃气、空气通道换向后被高温空气携带离开，在燃烧器中烧调；
(4)、热解炉所使用的内热源由燃烧器产生的高温烟气提供，该高温烟气(温度高达2000℃)由液化石油气(或天然气)和高温空气绝热燃烧产生。
***中的两个生物质热解炉和一个残炭气化炉构成三床联合的生物质燃气发生装置，其中热解炉的内热源由燃烧器产生的高温烟气提供，气化炉的气化介质为空气蓄热器产生的高温空气，两个热解炉轮流运行，气化炉间歇运行。
本发明的独特性在于焦油含量极少、无水洗***、热量循环利用、燃气热值高，处理生物质种类多，燃气可用于集中供热和发电。
附图说明：
图1为生物质高温热解催化和净化***的流程图；
如图所示，1是生物质高温热解炉，2是生物质高温空气气化炉，3是燃气催化裂解器，4是高温空气蓄热器，41～48是阀门，5是燃烧器，6是倾斜式布风板，7是压缩空气装置，8是储气柜，9是加料器，10空气压缩机。
以下结合附图对本发明的实施方案作进一步的详细说明：
如图1生物质高温热解催化和净化***的流程图所示，本***包括三部分：
(一)、第一部分为燃气发生***，包括两台高温热解炉1、一台气化炉2。其中热解炉所需要的内热源(高温烟气2000℃)由燃烧器5提供，热解炉底部有一倾斜式布风板(倾斜角度与水平方向成15～45°)，当停炉时残炭依靠自身重力和压缩空气的吹扫下倾倒入高温空气气化炉2，给料通过热解炉上部的加料器，每小时加料4次，两个热解炉2轮流运行，高温空气气化炉2间歇运行，气化炉所生成的气化气进入高温空气蓄热器，气化气所携带的热量循环利用。
(二)、第二部分为燃气净化***，包括燃气高温催化裂解器3和高温空气蓄热器4。从热解炉1出来的燃气温度在900～1100℃左右，这个温度非常适合燃气中的焦油在白云石催化条件下裂解。从裂解器的上部喷入白云石粉末对燃气中的焦油进行催化裂解。从催化裂解器出来的燃气进入高温空气蓄热器4，开始时阀41打开，阀42、阀43关闭，阀44打开，阀45打开，阀46关闭，阀47打开，阀48关闭，运行1个小时后，燃气与空气交换通道，阀41关闭，阀42、阀43开启，阀44开启，阀45关闭，阀46开启，阀47关闭，阀48开启，运行半小时后重复开始。
(三)、第三部分是热解炉所需高温内热源提供部分，也就是天然气燃烧器5。天然气与高温空气进行低氧燃烧为热解炉提供含氮量较少的高温烟气，含氮量少将提高燃气的热值。

Claims (2)

1.一种生物质高温热解气化及高温热解气催化净化工艺，具有产生高温热解炉所需高温内热源的燃烧器、生成生物质热解气的高温热解炉、生成气化气的高温空气气化炉和高温热解气的催化净化装置，其特征在于：
1.1、高温空气和液化石油气或天然气在燃烧器(5)中燃烧产生温度高达2000℃的高温烟气，该高温烟气作为高温热解炉(1)的高温内热源；
1.2、在高温热解炉(1)内生物质在高温内热源中发生热解反应生成生物质热解气，生物质热解气所携带的焦油在高温热解炉中发生剧烈的二次热裂解反应，热解气中所含焦油量极大下降；
1.2.1、采用两台高温热解炉(1)交替运行生成热解气，高温热解炉底部有一与水平夹角成30～45°的倾斜布风板(6)作为均匀布内热源之用，并配合压缩空气装置(7)兼有倾倒残炭之用；
1.2.2、高温热解炉中的残炭用高温空气气化炉(2)生成生物质气化气，以高温空气作为残炭的气化介质；
1.3、从高温热解炉(1)排出的生物质热解气温度高达1200℃，高温热解气进入具有特殊结构的催化裂解器(3)，该特殊结构是从该裂解器(3)的顶部喷入粒径为0.2～imm的白云石粉催化剂，高温热解气从裂解器的左侧下部进入，催化剂与从底部进入的高温热解气有足够的时间充分接触，焦油的裂解率极高；
1.4、从催化裂解器(3)排出的所含少量焦油的热解气进入高温空气蓄热器(4)，该蓄热器通过燃气和空气通道的换向功能来去除凝结在通道内的少量焦油，焦油含量小于10mg/m3的热解气送入储气柜。
2.根据权利要求1所述的生物质高温热解气化及高温热解气催化净化工艺，其特征在于生物质高温热解和高温热解气催化裂解，并且生物质热解过程、残炭的气化过程和热解气的催化过程分开进行，由两台高温热解炉(1)与一台高温空气气化炉(2)构成生物质气的发生装置，由催化裂解器(3)、高温空气蓄热器(4)构成生物质热解气的净化装置，由一台燃烧器(5)生成高温内热源，整个工艺的尾气热量通过高温空气蓄热器(4)循环利用。
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