CN104629804A - 一种生物质的气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质的气化方法，生物质原料经生物质气化炉内的热化学反应装置反应，得到可燃气，通过生物质气化反应炉内的两个还原反应装置，将可燃气进行二次还原，还原后温度高达300-800℃，将液化后的水与焦油、或添加的小分子团水，同样进行二次加温，在高温状态下，将其从液态转变成气态，再重新参与炉内的还原反应，生成富氢、或富甲烷气体，提高燃气热值和产气率。

Description

一种生物质的气化方法

技术领域

本发明属生物质气化领域，具体涉及一种生物质的气化方法。

背景技术

生物质能源，包括煤炭、秸秆、木屑、木柴、杂草、松针、树叶、干燥的牛羊畜粪、食用菌渣等。生物质能源是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在世界能源总消费量中占14％。在世界范围内，随着经济的飞速发展，能源的需求量也迅速增加，从而造成了能源的相对短缺。

在高温缺氧条件下，生物质原料会产生生物质气化反应，包括热化学反应和还原反应，在热化学反应的能量转化中，生物质能源中的碳、氢、氧元素成为原子态，然后按照化学键的成键原理，碳、氢、氧等原子重新发生组合，构成新的分子排列，生成包括一氧化碳、甲烷、氢气等可燃气体。

在现有技术中，生物质气化反应是在生物质气化炉中进行。生物质气化反应炉内一般包括热化学反应装置和还原反应装置。热化学反应装置同时作为容纳原料的装置，在高温缺氧条件下，原料发生热化学反应生成气体，气体被导入到生物质气化反应炉内部底端的还原反应装置中进行还原反应。还原反应装置一般是扁平型构造，扁平型的面部实际上是热化学反应装置内部的底部，也是氧化层，它成为原料点火处、燃烧处，而还原反应装置扁平型的底部则是燃烧室，因此，还原反应装置的上、下部位都能被加热；还原反应装置内部一般是曲折中空的，气体自动进入到还原反应装置的中空部位，且与氧化层和燃烧室分隔开，实际上是将生成的气体再次导入还原反应装置的曲折中空处，进行二次升温。

但是现有的在生物质气化炉存在一些不足，在生成可燃气的同时，也生成大量的水汽与焦油，混合在可燃气中，导致可燃气在燃烧时会产生不利因素，而在冷却时又造成管道堵塞，同时，向外排放时造成环境污染，这就是目前气化炉普遍存在的状况。另外，在气化反应中，可燃气本身自带热能，并未得到利用，从而浪费掉资源。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种生物质的气化方法，可以有效解决生物质气化的焦油问题，还可以将生物质气化炉内气化后的可燃气所带有的热量充分利用。

为达到本发明的目的，采用如下技术方案：

1)生物质气化：生物质原料粉碎后投入生物质气化反应炉的热化学反应装置中，然后导入氧气进入氧化层进行氧化反应，氧化反应放热，放热温度达到1100-1200℃，氧化产生的气体自动上升进入到还原层中进行还原反应，二氧化碳还原为含有一氧化碳、氢气的可燃气；

2)可燃气进行二次还原反应：可燃气通过生物质气化炉顶部的出口被引导入生物质气化炉内的一个还原反应装置中进行第二次还原反应，温度保持在1000-1150℃之间，反应完毕后得到自带高温的可燃气，还原反应装置有气体排放出口，通过生物质气化炉外的热交换装置，分别得到纯净的可燃气和液化后的水、焦油，储存纯净的可燃气；

3)水与焦油进行二次还原反应：步骤2)得到的液化后的水、焦油，被引导入生物质气化炉内的另一个还原反应装置中进行第二次还原反应，温度保持在1000-1150℃之间，水和焦油从液态变成气态，然后再被引导入热化学反应装置，生成富氢或富甲烷成份的可燃气；

步骤3)所述还原反应装置，安装于步骤2)所述还原反应装置之上，或者安装于步骤2)所述还原反应装置之下，且两个装置之间有细小管连通，使步骤2)所述还原反应装置中富含碳元素的少量气体被导入到步骤3)所述的还原装置中，使碳与水在高温状态下能在步骤3)还原装置中发生可逆反应，生成高热值的可燃气。

本发明所述的生物质气化反应炉内的热化学反应装置同时作为容纳原料的装置，在高温缺氧条件下，原料发生热化学反应生成气体，热化学反应装置的外壳全部用保温材料包裹，使炉内热量不流失，利于保持气化温度。

所述得到可燃气，在第二次还原反应完成后温度为300-800℃，优选500-800℃，燃气连接炉外各种热交换装置，如烘烤设备、炭化设备、水箱等，利用物理传热性，可燃气可对某种需要加温的低温物质进行传热，通过热交换利用热能，并将燃气温度降低到常温。

所述的生物质气化反应炉内的还原反应装置，置于热化学反应装置内部，为扁平中空构造、有曲折迂回通道、其整个裸露部分都被燃烧所包裹着的装置；优选置于热化学反应装置内部，为扁平中空构造、高度大于宽度、有曲折迂回通道、其整个裸露部分都被燃烧所包裹着的装置。

所述的生物质原料包括煤炭、秸秆、木屑、木柴、杂草、松针、树叶、干燥的牛羊畜粪、食用菌渣等。

本发明所述的热化学反应装置同时作为容纳原料的装置，在高温缺氧条件下，原料发生热化学反应生成气体，温度一般能达到1100－1200℃之间，气体被引风机导入到气化反应炉内部气化层的一个还原反应装置中进行还原反应，在此处温度始终能保持在1000-1150℃之间，当气体在流经曲折迂回的通道时，有一定的停留时间，在时间效应上产生了二次还原反应。另外，当可燃气在排放出去后，作为传热性质，对某种需要获取温度的低温物质进行传热，或者通过水处理等热交换后，可燃气本身的温度降低，气体成为常温状态，原有混合在可燃气当中的部分水汽与焦油全部液化，变成液态水和焦油，又将其导入到另一个还原反应装置中，或者去除液态水，替换成小分子团水加入到另一个还原反应装置中；又或者不去除液态水，而是适量添加小分子团水，当小分子团水、液态水与焦油在另一个还原反应装置中被加热后，物质从液态转化为气态时，又与从另一还原装置中少量传入的含碳量高的气体混合，混合之后发生碳与水的可逆反应，生成新的气体，之后再被喷射到生物质气化炉的热化学反应装置的还原层中去参与还原反应，在此处已无氧气，不会发生氧化反应，在高温条件下，于是氢原子与氢原子组合成氢气，4个氢原子与1个碳原子组合成甲烷，1个氧原子与1个碳原子组合成一氧化碳等等，而焦油被裂解为小分子气化态，再也不会回复为液态，这些新生的气体混合成新的可燃气，由于氢气与甲烷成分居多，热值大大高于普通生物质气化炉的可燃气。

本发明利用生物质原料在生物质气化炉内氧化反应产生高温的基础上，把水汽与焦油与可燃气分离后再回流到生物质气化炉内还原反应装置吸热，使其在高温状态下进行还原反应；同时把炉内气化后的可燃气直接回流还原反应吸热，一方面是为了进行还原反应，另一方面是在可燃气二次完成还原反应后，利用可燃气本身携带温度的传热性，提供热交换的热能。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、根据生物质气化反应原理，鉴于气化时碳与水的可逆反应与焦油的裂解反应，生物质气化反应炉在构造上的还原反应温度必须达到1000℃以上，本发明利用生物质气化反应本身的氧化反应热源能进行二次加温，在二次加温中使还原反应达到1000℃以上，可使碳与水的可逆反应与焦油的裂解反应能有效完成。

2、本发明可使水汽与焦油有效转化为可燃气，热值提高，产气量提高。

3、本发明还可在还原反应装置中，添加适量小分子团水，把水转化成燃气。

4、本发明利用可燃气本身的温度，利用物理传热性，可燃气可对需要加温的低温物质进行传热，通过热交换利用热能。

具体实施方式

下面以实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1：

1)先将细碎原料装入生物质气化反应炉的热化学反应装置中，于生物质气化反应炉的底部进行点火，以鼓风效力将火源与氧气送入炉内进行氧化反应，设定氧化反应温度在1100－1200℃之间，在高温缺氧条件下，原料发生热化学反应生成了可燃气。

2)同样的鼓风效果，气体上行到炉口后再回流到还原反应装置(1)中，在还原反应装置(1)中吸热，温度保持在1000-1150℃之间，进行还原反应后，排放出外，此时可燃气本身的温度在300-800℃之间，运行正常后，稳定在500-800℃之间，燃气连接炉外各种热交换装置，如烘烤设备、炭化设备、水箱等，利用物理传热性，利用物理传热性，将可燃气置于管道中向需要获取温度的低温物质进行传热，当传热完成后，或在水处理冷却后，可燃气成为常温状态，而原先混合在可燃气当中的水汽与焦油均转化成液化，成为液态水和焦油，可燃气成为纯净气体，进入储备装置中储备起来。

3)在炉外被液化的水与焦油二者混合在一起，通过管道将其回流到炉内的还原反应装置(2)中，在还原反应装置(2)中吸热，温度保持在1000-1150℃之间，使其从液态转变成气态，并再次喷射到炉内的热化学反应装置中，因为此时完全无氧，不会发生氧化反应，而是与此处即时气化后的各种元素进行还原反应的重新组合，生成可燃气。当气体上行时，经引风效力流经还原反应装置(1)重新加温后排放出去。

步骤3)所述还原反应装置，安装于步骤2)所述还原反应装置之上，且两个装置之间有细小管连通，使下部装置中富含碳元素的气体被导入到上部装置中，使碳与水在高温状态下能在上部还原装置中发生可逆反应，生成高热值的可燃气，且步骤3)所述还原反应装置的安装高度大于步骤2)所述还原反应装置的安装高度，但步骤3)所述还原反应装置的本身高度小于步骤2)所述还原反应装置的高度，两个还原反应装置高度之和大于或等于生物质气化炉内部的气化层(氧化层+还原层)高度，步骤3)所述还原反应装置的宽度小于步骤2)所述还原反应装置的宽度。

实施例2：

1)先将细碎原料装入生物质气化反应炉的热化学反应装置中，于生物质气化反应炉的底部进行点火，以引风效力将火源与氧气吸入炉内进行氧化反应，设定氧化反应温度在1100－1200℃之间，在高温缺氧条件下，原料发生热化学反应生成了可燃气。

2)同样的引风效果，气体上行到炉口后再回流到还原反应装置(1)中，在还原反应装置(1)中吸热，温度保持在1000-1150℃之间，进行还原反应后，排放出外，此时可燃气本身的温度在300-800℃之间，运行正常后，稳定在500-800℃之间，燃气连接炉外各种热交换装置，如烘烤设备、炭化设备、水箱等，利用物理传热性，将可燃气置于管道中向需要获取温度的低温物质进行传热，当传热完成后，或在水处理冷却后，可燃气成为常温状态，而原先混合在可燃气当中的水汽与焦油均转化成液化，成为液态水和焦油，可燃气成为纯净气体，进入储备装置中储备起来。

3)在炉外被液化的水与焦油二者混合在一起，通过管道将其回流到炉内的还原反应装置(2)中，为了提高产气率，同时也可适量的加入小分子团水，加入量约为即时产气率的5-10％，然后共同在还原反应装置(2)中吸热，温度保持在1000-1150℃之间，使其从液态转变成气态，并再次喷射到炉内的热化学反应装置中，因为此时完全无氧，不会发生氧化反应，而是与此处即时气化后的各种元素进行还原反应的重新组合，生成可燃气。当气体上行时，经引风效力流经还原反应装置(1)重新加温后排放出去。

步骤3)所述还原反应装置，安装于步骤2)所述还原反应装置之下，且两个装置之间有细小管连通，使上部装置中富含碳元素的气体被导入到下部装置中，使碳与水在高温状态下能在下部还原装置中发生可逆反应，生成高热值的可燃气，且步骤3)所述还原反应装置的安装高度大于步骤2)所述还原反应装置的安装高度，但步骤3)所述还原反应装置的本身高度小于步骤2)所述还原反应装置的高度，两个还原反应装置高度之和大于或等于生物质气化炉内部的气化层(氧化层+还原层)高度，步骤3)所述还原反应装置的宽度小于步骤2)所述还原反应装置的宽度。

Claims (5)

1.一种生物质的气化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)生物质气化：生物质原料粉碎后投入生物质气化反应炉的热化学反应装置中，然后导入氧气进入氧化层进行氧化反应，氧化反应放热，放热温度达到1100-1200℃，氧化产生的气体自动上升进入到还原层中进行还原反应，二氧化碳还原为含有一氧化碳、氢气的可燃气；

2)可燃气进行二次还原反应：可燃气通过生物质气化炉顶部的出口被引导入生物质气化炉内的一个还原反应装置中进行第二次还原反应，温度保持在1000-1150℃之间，反应完毕后得到自带高温的可燃气，还原反应装置有气体排放出口，通过生物质气化炉外的热交换装置，分别得到纯净的可燃气和液化后的水、焦油，储存纯净的可燃气；

3)水与焦油进行二次还原反应：步骤2)得到的液化后的水、焦油，被引导入生物质气化炉内的另一个还原反应装置中进行第二次还原反应，温度保持在1000-1150℃之间，水和焦油从液态变成气态，然后再被引导入热化学反应装置，生成富氢或富甲烷成份的可燃气；

步骤3)所述还原反应装置，安装于步骤2)所述还原反应装置之上，或者安装于步骤2)所述还原反应装置之下，且两个装置之间有细小管连通，使步骤2)所述还原反应装置中富含碳元素的少量气体被导入到步骤3)所述的还原装置中，使碳与水在高温状态下能在步骤3)还原装置中发生可逆反应，生成高热值的可燃气。

2.根据权利要求1所述的一种生物质的气化方法，其特征在于：所述得到可燃气的温度为300-800℃。

3.根据权利要求2所述的一种生物质的气化方法，其特征在于：所述得到可燃气的温度为500-800℃。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种生物质的气化方法，其特征在于：所述得到可燃气，对需要加温的低温物质进行传热，通过热交换利用热能。

5.根据权利要求1所述的一种生物质的气化方法，其特征在于：所述热化学反应装置的外壳全部用保温材料包裹。