CN103756728B - 生物质炭气联产***及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物质炭气联产***及工作方法，所述炭气联产***包括热解气化炉、进风口，所述进风口设置在热解气化炉的上部；进一步包括：燃气出口，所述燃气出口设置在所述热解气化炉的积炭还原层和燃烧层之间；切换部件，所述切换部件用于使燃气出口选择性地连通至少二路焦油去除装置中的任一路；至少二路焦油去除装置，每一路焦油去除装置包括：焦油净化器，所述焦油争化器具有内部扩张的腔室，焦油净化器内设置过滤部件；第一压力检测部件和第二压力检测部件，分别设置在所述焦油净化器的上游和下游；阀门，所述阀门设置在所述焦油净化器的下游。本发明具有高效利用生物质资源、产气品质高、结构简单、炭气比例可调节等优点。

Description

生物质炭气联产***及工作方法

技术领域

本发明涉及生物质利用，特别涉及生物质利用的炭气联产***及工作方法。

背景技术

随着作为主要能源来源的常规化石燃料在迅速地减少，人类对低热值燃料利用的关注将日益增加，如生物质燃料、煤泥、城市固废等，尤其是生物质燃料，因为它是植物通过光合作用生成的有机物，它的最初来源是太阳能，同时是可再生的、且来源丰富、广泛。

目前，生物质的利用主要分为：制炭、制燃气、直燃供热或发电，这些利用方式都是相对独立的工艺过程。而现有的生物质制炭、制燃气的生产工艺参数较固定，经常出现制炭和制燃气不可兼得，并且难以根据实际用户用气负荷和炭的市场需求自行调节产炭与燃气的比例。

此外，现有的生物质制炭或制燃气的气化工艺，采用上吸式燃气收集方式，其燃气中焦油含量较高，焦油会腐蚀设备、影响燃气品质、堵塞管道，容易产生二次污染，严重影响可燃气体的后续利用，也降低了气化炉的使用寿命。目前采用气化炉外去除焦油，通常的去除方式为：喷淋冷却、电捕焦、物理过滤、活性炭吸附等。这些炉外去除焦油的方式都具有不足，如：运行成本高、可靠性低、焦油本身蕴含的能量未能利用且造成二次污染。

因此，如何高效利用生物质并实现可调节的炭气联产是本领域急需解决的技术难题。

发明内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种炭气比例可调节、高效利用生物质资源、出产燃气品质高、可连续作业的生物质炭气联产***。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种生物质炭气联产***，所述炭气联产***包括热解气化炉、进风口，所述进风口设置在热解气化炉的上部；所述炭气联产***进一步包括：

燃气出口，所述燃气出口设置在所述热解气化炉的积炭还原层和燃烧层之间；

切换部件，所述切换部件用于使燃气出口选择性地连通至少二路焦油去除装置中的任一路；

至少二路焦油去除装置，每一路焦油去除装置包括；

焦油净化器，所述焦油净化器具有内部扩张的腔室，焦油净化器内设置过滤部件；

第一压力检测部件和第二压力检测部件，分别设置在所述焦油净化器的上游和下游；

阀门，所述阀门设置在所述焦油净化器的下游。

根据上述的炭气联产***，可选地，所述炭气联产***进一步包括蒸汽提供装置，所述蒸汽提供装置包括：

锅炉，所述锅炉的蒸汽出口连通所述扩张的腔室；

空气进口和燃料入口设置在所述锅炉的燃烧室上；

所述扩张的腔室上具有催化剂进口。

根据上述的炭气联产***，可选地，每一路焦油去除装置进一步包括：

膨胀腔，所述膨胀腔设置在切换部件和第一压力检测部件之间；

第一进口，所述第一进口设置在所述膨胀腔上，所述锅炉的蒸汽出口连通第一进口；

第二进口，所述第二进口设置在所述膨胀腔上。

根据上述的炭气联产***，可选地，所述至少二路焦油去除装置的输出端连通储气罐。

根据上述的炭气联产***，优选地，所述过滤部件的填料采用多孔炭。

本发明的目的还在于提供了一种炭气比例可调的、高效利用生物质资源、出产燃气品质高、可连续作业的生物质炭气联产方法，也即上述炭气联产***的工作方法；该发明目的通过以下技术方案的得以实现：

生物质炭气联产***的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

(A1)生物质从热解气化炉的投料口进入，依次经过干燥层、热解层、积炭还原层、燃烧层，制得的炭从底部排出；

(A2)经切换部件切换，燃气出口连通至少二路焦油去除装置中的一路；

进入焦油净化器内的携带有焦油的燃气膨胀，一部分粘附在腔内壁上，另一部分焦油被过滤部件截留；

(A3)根据所需的炭气产量比例而确定所述切换部件的切换频率：所述炭气产量比例越高，切换频率越低；

所述切换部件按照所述切换频率工作；

(A4)清理过滤部件上的焦油，使焦油发生裂解反应，生成可燃气体。

根据上述的工作方法，优选地，所述过滤部件的填料采用多孔炭，来源于所述热解气化炉制得的炭。

根据上述的工作方法，优选地，所述切换部件的工作方式为：

检测通入燃气的焦油净化器下游、上游的压力差：

若所述压力差不大于阈值，该路焦油去除装置继续工作；

若所述压力差大于阈值，表明过滤部件堵塞，通过所述切换部件的切换以及焦油争化器下游阀门的开闭，所述燃气出口连通其它路焦油去除装置中的一路，由该路焦油去除装置继续去除燃气中的焦油，并进入下一步骤；

所述切换频率越高，所述阈值越低。

根据上述的工作方法，优选地，所述清理的方式为：

水蒸气进入所述焦油争化器内，催化剂被喷入所述焦油净化器内，水蒸气与焦油、多孔炭同时发生反应，生成可燃气体。

根据上述的工作方法，可选地，在步骤(A2)中，携带有焦油的燃气在进入所述焦油净化器之前，燃气进入膨胀腔内膨胀，一部分焦油粘附在膨胀腔内壁上，另一部分随着燃气进入所述焦油净化器内。

根据上述的工作方法，优选地，在步骤(A4)中，所述膨胀腔的清理方式为：

水蒸气进入所述膨胀腔内，在喷入的催化剂作用下，与膨胀腔内壁的焦油发生裂解反应，生成可燃气体。

根据上述的工作方法，优选地，所述水蒸气的来源为：

被加工成粉末状的生物质被喷入锅炉燃烧室内燃烧，锅炉产生水蒸气。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1、可调节炭气的生产比例，如希望多产炭时，低频率地切换，也即等过滤部件堵塞后使用高温水蒸气清理，水蒸气同时与焦油、多孔炭进行反应产生燃气；如希望多产气，高频率地切换，使用更多的高温水蒸气清理，消耗更多的由热解气化炉制得的多孔炭，从而产生更多的可燃气体；焦油与水蒸气发生反应，从而去除燃气中的焦油，提高了燃气品质；

2、采用至少二路焦油去除装置，使得至少一路去除焦油的同时，另外至少一路做清理工作，保证了可连续作业；

3、将秸秆等低品质生物质原料粉碎成粉末状，并喷入燃烧室进行燃烧，能产生1200℃的高温，有助于快速提高锅炉内水蒸气的温度，从而使得水蒸气进入焦油净化器或膨胀腔后，使得多孔炭与水蒸气发生反应，焦油发生裂解，生成可燃气体；

4、分质利用生物质，能够使生物质资源得到更加高效、优化的利用：高品质生物质通过投料口进入热解气化炉，低品质生物质磨成粉末状后被喷入燃烧室内。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1为本发明的生物质炭气联产***的结构示意图。

具体实施方式

图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本发明实施例的生物质的炭气联产***的结构简图，如图1所示，所述炭气联产***包括：

热解气化炉11，所述热解气化炉具有进风口、投料口，并分为干燥层、热解层、积炭还原层、燃烧层、燃尽层；所述进风口和投料口设置在热解气化炉的上部；具体结构是本领域的现有技术，在此不再赘述；

燃气出口111，所述燃气出口111设置在所述热解气化炉11的积炭还原层和燃烧层之间；

切换部件21、22，所述切换部件21、22用于使燃气出口111选择性地连通至少二路焦油去除装置中的任一路。所述切换部件可以选用多通阀，或者是在每一路上设置阀门，通过这些阀门的开闭实现流路切换。

至少二路焦油去除装置，每一路焦油去除装置包括：

焦油净化器31、32，所述焦油净化器31、32具有内部扩张的腔室，焦油净化器内设置用于截留燃气中焦油的过滤部件311、321；

第一压力检测部件41、43和第二压力检测部件42、44，分别设置在所述焦油净化器的上游和下游，所述压力检测部件可选压力计；

阀门23、24，所述阀门23、24分别设置在焦油争化器的下游。

为了清理过滤部件上累积的焦油，并产得更多的可燃气体，可选地，所述炭气联产***进一步包括蒸汽提供装置，所述蒸汽提供装置包括：

锅炉，所述锅炉的蒸汽出口直接或间接地连通所述焦油净化器；空气进口和燃料入口设置在所述锅炉燃烧室上；

所述扩张的腔室上具有催化剂进口。锅炉制得的水蒸气直接或间接地进入所述焦油净化器内，从所述催化剂进口喷入催化剂，使得在催化剂作用下，扩张的腔室的内壁及过滤部件上的焦油发生裂解，从而生成可燃气体。

为了进一步地提高燃气中焦油的去除效果，可选地，每一路焦油去除装置进一步包括：

膨胀腔61、62，所述膨胀腔设置在切换部件和第一压力检测部件之间；使得携带有焦油的燃气进入膨胀腔内急速膨胀，一部分焦油粘附在膨胀腔内壁，另一部分随着燃气进入焦油净化器内继续去除；

第一进口611、621，所述第一进口设置在所述膨胀腔上，锅炉的蒸汽出口连通所述第一进口；

第二进口，所述第二进口设置在所述膨胀腔上，用于往所述膨胀腔内喷入焦油裂解的催化剂。

为了储存可燃性气体，可选地，所述至少二路焦油去除装置的输出端连通储气罐71。

为了有效地利用热解气化炉的产物，并产生可燃气体优选地，所述过滤部件采用多孔炭去吸附燃气中的焦油，来源于热解气化炉制得的炭。在水蒸气进入所述扩张的腔室内时，水蒸气与所述多孔炭反应，生成可燃气体。

本实施例还提供了一种生物质的炭气联产方法，也即上述炭气联产***的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

(A1)(高品质)生物质从热解气化炉的投料口进入，依次经过干燥层、热解层、积炭还原层、燃烧层，制得的炭从底部排出；

(A2)切换部件切换，使得燃气出口连通至少二路焦油去除装置中的一路；

进入焦油净化器内的携带有焦油的燃气膨胀，一部分粘附在腔内壁上，另一部分焦油被过滤部件截留；

(A3)根据所需的炭气产量比例而确定所述切换部件的切换频率：所述炭气产量比例越高，切换频率越低；

所述切换部件根据所述切换频率工作；

(A4)清理过滤部件上的焦油，使焦油发生裂解反应，生成可燃气体。

为了有效地利用本***的产出物，优选地，所述过滤部件的填料采用多孔炭，来源于热解气化炉制得的炭。

优选地，所述切换部件的工作方式为：

检测通入燃气的焦油净化器下游、上游的压力差：

若所述压力差不大于阈值，该路焦油去除装置继续工作；

若所述压力差大于阈值，表明过滤部件堵塞，通过所述切换部件的切换以及焦油净化器下游阀门的开闭，所述燃气出口连通其它路焦油去除装置中的一路，由该路焦油去除装置继续去除燃气中的焦油，并进入下一步骤；

切换频率越高，所述阈值越低。

为了有效地清理焦油并产生更多可燃性气体，优选地，所述清理的方式为：

水蒸气进入所述焦油净化器内，催化剂被喷入所述郊净化器内，过滤部件上的焦油在催化作用下发生裂解反应，同时，水蒸气和多孔炭发生反应，从而生成可燃气体。

为了进一步地去除燃气中的焦油，可选地，在步骤(A2)中，携带有焦油的燃气在进入所述焦油净化器之前，燃气进入膨胀腔内膨胀，一部分焦油粘附在膨胀腔内壁上，另一部分随着燃气进入所述焦油净化器内。

为了有效地清理焦油并产生更多可燃性气体，优选地，在步骤(A4)中，所述膨胀腔的清理方式为：

水蒸气进入所述膨胀腔内，在喷入膨胀腔内的催化剂作用下，粘附在膨胀腔内壁的焦油发生裂解反应。

为了提高了水蒸气的压力和温度，优选地，所述水蒸气的来源为：

(低品质)生物质被加工成粉末状，之后被喷入燃烧室内燃烧，锅炉产生水蒸气。

实施例2：

根据实施例1的炭气热联产装置和工作方法在木材加工厂中的应用例，木材加工厂在生产过程中产生大量的木片、树皮。

在该应用例中，燃气出口设置热解气化炉的积炭还原层和燃烧层之间，通过切换部件连接两路(当然还可以是三路或以上)焦油去除装置，每一路焦油去除装置包括：具有催化剂进口、蒸汽进口的膨胀腔、第一压力计、焦油净化器、第二压力计、阀门，焦油净化器具有内部扩张的腔室，用多孔炭做成的过滤部件吸附燃气中的焦油，多孔炭来源于热解气化炉的产物。切换部件由二个阀门组成，分别设置在每一路的焦油去除装置上。两路焦油去除装置的输出端连通储气罐。设置锅炉，锅炉输出的水蒸气通过阀门连通所述膨胀腔，从而分时间地进入焦油净化器内。焦油净化器和膨胀腔之间的通道作为焦油争化器的催化剂进口，也即锅炉产生的水蒸气通过膨胀腔间接地进入焦油净化器内，催化剂被喷入膨胀腔后，又通过所述通道间接地进入焦油净化器内。

上述炭气联产***的工作过程为：

(A1)作为高品质生物质的木片从投料口进入到热解气化炉内，依次经过干燥层、热解层、积炭还原层、燃烧层，制得的炭从底部排出；

(A2)通过切换部件的切换，使得燃气出口连通至少二路焦油去除装置中的一路；

携带有焦油的燃气首先进入膨胀腔内发生剧烈膨胀，一部分焦油粘附在腔内壁上，另一部分焦油随着燃气进入焦油净化器内；

进入焦油净化器内的燃气剧烈膨胀，燃气中的焦油的一部分粘附在扩张腔室的内壁，另一部分被多孔炭吸附，去除焦油后的燃气进入储气罐；

(A3)根据所需的炭气产量比例而确定所述切换部件的切换频率：所述炭气产量比例越高，切换频率越低；所述切换部件按照所述切换频率工作；

如希望多产炭，即炭气比例较高，则切换频率较低，阈值越高；如希望多产可燃气体，即炭气比例较低，则切换频率较高，阈值较低。所述切换部件的工作方式为：

通过压力计检测通入燃气的焦油净化器下游、上游的压力差：

若所述压力差不大于阈值，表明过滤部件工作状况良好，该路焦油去除装置继续工作；

若所述压力差大于阈值，表明过滤部件堵塞，通过所述切换部件的切换以及焦油净化器下游阀门的开闭，使得所述燃气出口连通另一路焦油去除装置，继续去除燃气中的焦油，并进入下一步骤；

(A4)清理焦油净化器及膨胀腔内的焦油，具体为：

作为低品质生物质的树皮被磨成粉末，从燃料入口喷入燃烧室内，和通过空气进口进入的空气混合、燃烧，锅炉产生的高温水蒸气首先进入到膨胀腔内，催化剂被喷入膨胀腔内，膨胀腔内壁的焦油发生裂解，生成可燃气体；

膨胀腔内的水蒸气和催化剂进入到焦油争化器内(也即过滤产生的水蒸气及催化剂间接进入焦油净化器内)，扩张的腔室内壁的焦油在催化剂作用下发生裂解反应，生成可燃气体；水蒸气与多孔炭发生反应，产生可燃气体。

根据本发明实施例2达到的益处在于：通过切换，使得一路焦油去除装置在去除燃气中的焦油时，另一路清理过滤部件上的焦油，从而实现了连续作业。炭气比例可调，根据需求而调整切换部件的切换频率，也即通过调整阈值的大小去控制切换频率。按照生物质的品质分别利用，高品质的木片投入热解气化炉内制炭，低品质的树皮则在磨成粉末后喷入锅炉燃烧室内，利用制得的高温水蒸气去清理焦油净化器及膨胀腔内的焦油，通过焦油的裂解反应、水蒸气和炭的反应产生更多的可燃性气体，提高了生物质的利用效率，同时在去除焦油的同时产生可燃性气体，提高了燃气品质。

上述实施例仅是示例性地给出了处理木片、树皮的应用例，水蒸气和催化剂先进入膨胀腔再进入焦油净化器中，当然还可以根据不同地域处理不同品质的生物质，如在热带地区处理高品质生物质椰壳时，秸秆作为低品质生物质，水蒸气和催化剂也可同时进入膨胀腔、焦油净化器中(即锅炉产生的水蒸气及催化剂直接进入焦油净化器中)。这对于本领域的技术人员来说，实施方案和实施效果是可以预料到的。

Claims (10)

1.一种生物质炭气联产***，所述炭气联产***包括热解气化炉、进风口，所述进风口设置在热解气化炉的上部；其特征在于：所述炭气联产***进一步包括：

燃气出口，所述燃气出口设置在所述热解气化炉的积炭还原层和燃烧层之间；

切换部件，所述切换部件用于使燃气出口选择性地连通至少二路焦油去除装置中的任一路；

至少二路焦油去除装置，每一路焦油去除装置包括：

焦油净化器，所述焦油净化器具有内部扩张的腔室，焦油净化器内设置过滤部件；

第一压力检测部件和第二压力检测部件，分别设置在所述焦油净化器的上游和下游；

阀门，所述阀门设置在所述焦油净化器的下游；

每一路焦油去除装置进一步包括：

膨胀腔，所述膨胀腔设置在切换部件和第一压力检测部件之间；

第一进口，所述第一进口设置在所述膨胀腔上，锅炉的蒸汽出口连通第一进口；

第二进口，所述第二进口设置在所述膨胀腔上，所述第二进口用于往所述膨胀腔内喷入焦油裂解催化剂。

2.根据权利要求1所述的炭气联产***，其特征在于：所述炭气联产***进一步包括蒸汽提供装置，所述蒸汽提供装置包括：

锅炉，所述锅炉的蒸汽出口连通所述扩张的腔室；

空气进口和燃料入口设置在所述锅炉的燃烧室上；

所述扩张的腔室上具有催化剂进口。

3.根据权利要求1所述的炭气联产***，其特征在于：所述至少二路焦油去除装置的输出端连通储气罐。

4.根据权利要求1所述的炭气联产***，其特征在于：所述过滤部件的填料采用多孔炭。

5.根据权利要求1所述的炭气联产***的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

(A1)生物质从热解气化炉的投料口进入，依次经过干燥层、热解层、积炭还原层、燃烧层，制得的炭从底部排出；

(A2)经切换部件切换，燃气出口连通至少二路焦油去除装置中的一路；

携带有焦油的燃气进入膨胀腔内膨胀，一部分焦油粘附在膨胀腔内壁上，另一部分随着燃气进入焦油净化器内；

进入焦油净化器内的携带有焦油的燃气膨胀，一部分粘附在腔内壁上，另一部分焦油被过滤部件截留；

(A3)根据所需的炭气产量比例而确定所述切换部件的切换频率：所述炭气产量比例越高，切换频率越低；

所述切换部件按照所述切换频率工作；

(A4)清理过滤部件上的焦油，使焦油发生裂解反应，生成可燃气体。

6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于：所述过滤部件的填料采用多孔炭，来源于所述热解气化炉制得的炭。

7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于：所述切换部件的工作方式为：

检测通入燃气的焦油净化器下游、上游的压力差：

若所述压力差不大于阈值，该路焦油去除装置继续工作；

若所述压力差大于阈值，表明过滤部件堵塞，通过所述切换部件的切换以及焦油净化器下游阀门的开闭，所述燃气出口连通其它路焦油去除装置中的一路，由该路焦油去除装置继续去除燃气中的焦油，并进入下一步骤；

所述切换频率越高，所述阈值越低。

8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于：所述清理的方式为：

水蒸气进入所述焦油净化器内，催化剂被喷入所述焦油净化器内，水蒸气与焦油、多孔炭同时发生反应，生成可燃气体。

9.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于：在步骤(A4)中，所述膨胀腔的清理方式为：

水蒸气进入所述膨胀腔内，在喷入的催化剂作用下，与膨胀腔内壁的焦油发生裂解反应，生成可燃气体。

10.根据权利要求8或9所述的工作方法，其特征在于：所述水蒸气的来源为：

被加工成粉末状的生物质被喷入锅炉燃烧室内燃烧，锅炉产生水蒸气。