CN202214340U - 生物质移动床连续气化同时去除焦油的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种生物质移动床连续气化同时去除焦油的设备，其特征在于：管排式移动床气化除焦炉，炉内设置炉芯，该炉芯由若干种独特设计的特异型耐火砖堆砌组装成一排排一列列整齐排列的反应管(13)，其下连接炭冷却管，炭冷却管下方连接“多点连续等量出炭装置”；反应管中，自上至下依次为干燥段、预炭化段、炭化燃烧段、还原气化段、再燃除焦段、炭初冷段；在预炭化段与炭化燃烧段之间、还原气化段与再燃除焦段之间、再燃除焦段与炭初冷段之间均设有直气体通道和横气体通道，分别与相对应的二级进风口、三级进风口、燃气出口相互联通。本实用新型燃气焦油含量低，无废水排放，还副产活性炭，生产成本显著下降。

Description

生物质移动床连续气化同时去除焦油的设备

技术领域

本发明涉及生物质气化和炭、活化技术领域，是关于生物质连续气化同时除去焦油并实现木炭活化的设备。 

背景技术

生物质能源由于低碳和可再生已日益为当代社会所重视，其中生物质热解气化制造燃料气或者进一步用来发电，是一条重要途径。现行的生物质气化工艺设备大体上可分为二类七种炉型，一是固定床，包括下吸式固定床气化炉、上吸式固定床气化炉、横吸式固定床气化炉、开心式固定床气化炉；二是流化床，包括单流化床气化炉、循环流化床气化炉、双流化床气化炉。上述炉型各自有其适用范围，流化床适应于粉状和细粒状原料，固定床适应于粗粒状和片状、块状物料。 

它们的共同缺点之一是产出的燃料气中焦油含量太高。焦油问题是影响这些燃料气使用的一个瓶颈，焦油会堵塞输气管路，堵塞发动机的火花塞或燃烧器的燃气孔，甚至粘结气缸，使发电机与供气设备无法正常运行。因此，上述燃料气还需进行除去焦油的处理(通常简称为除焦，下同)。现行的除焦方法有湿式除焦和干式除焦，普遍采用的是湿式除焦法。湿式除焦法，实质上就是在除焦设备中使燃料气与喷淋水逆流接触降温，沸点高的焦油被冷凝下来混入喷淋水中，然后再对这些废水进行焦油分离和净化。该法设备投资大，操作麻烦，劳动条件差，水消耗量多，运行成本高，容易造成二次污染，是生物质气化技术难以推广应用的主要原因之一。鉴此，国际上不少国家都在进行不用水的干式除焦技术开发，采用的原理基本相同，即催化裂解，使用的催化剂有白云石、木炭和镍基催化剂等，镍基催化剂活性高、反应温度低，但易受污染而失效，且价格高昂，缺乏实用性；白云石则需要数量多，得事先成型、用后再生，且要加温，不仅操作麻烦还要增加能源消耗；较为合理的是采用木炭作催化剂，已经有人做过试验，在裂解温度1050℃的条件下，除焦率可达92％(《可再生能源》2005，№5，p30～34.)，但该法需要专门建造一台裂解炉，投资大、工序长，而且由于在反应过程中木炭不仅仅是催化，自身也被气化而不断消耗，在900～1000℃温度下，补充木炭和清灰成为新的难点。 

它们共同的缺点之二是不能在生产燃料气的同时生产木炭或活性炭。这是由于它们工艺和设备本身的特点所决定的，原因是上述7种炉型都无法准确地确定原料在炉内的停留时间，也没有取出高温炭的手段或装置。 

对于固定床气化炉来说还有其他明显的缺点，可以列举的有：一是炉内料层的气流分布不均匀，进而引起同一层次上的炉温差异大，出现所谓“偏烧”；二是料层容易产生架桥现 象，需要人工捅炉才能使炉子正常运行，操作性显著降低。由于这样的原因，固定床的单炉规模难以扩大，目前已使用的最大的炉子，其内径不超过1.6米，气化截面积不超过2平方米。 

发明内容

本发明的目的之一是提供一种连续进行气化同时又进行干式除焦的设备，称之为“管排式移动床气化除焦炉”；目的之二是利用该炉型既制造燃料气体(下称燃气)又副产活性炭。本发明人认为，现行固定床和流化床气化工艺焦油含量之所以高的根本原因是由于设备本身局限，不能对生成的燃气在足够的高温下在炉内再通过一定的时间进行处理的缘故，只有改变工艺和设备才能从根本上解决问题，这就是采用移动床炉，既使生物质气化又使生成的燃气中的焦油受到催化作用而裂解。生物质原料按一定的速度从顶部不断加入，与此同时，在上、中、下三个不同高度的部位，有控制地送入或吸入一定量的空气，在炉内生成的高温燃气从低于最下一个空气进口的燃气出口连续地引出，依次通过一级间接式热交换器回收显热，二级、三级间接热交换器冷却和干式除焦装置深度除焦，然后送入储气柜；未气化的固体炭按一定速度从底部连续不断地取出。 

该炉可以是圆形、方形和任意截面的单管状炉，但由于单管炉截面大到一定程度以后，气流就难以分布均匀，因而限制了它的规模化应用。本发明人吸取了堆砌组装式炭活化炉的优点，经过反复研究试验，创造了适应与上述气化除焦方法的全新炉型“管排移动床气化除焦炉”。该炉属于立式重力移动床，除现行气化炉具备的炉支架、炉外壳、保温层和炉墙以外，特别设置炉芯，该炉芯由若干种独特设计的特异型耐火砖堆砌组装成一排排一列列整齐排列的反应管(13)，其下连接炭冷却管(17)，炭冷却管(17)下方连接“多点连续定量出炭装置”；炉芯的***设炉内墙(3)，炉内墙(3)的***有保温层(2)，保温层(2)的***是炉外壳(1)；反应管(13)中，自上至下依次为干燥段、预炭化段、炭化燃烧段、还原气化段、再燃除焦段、炭初冷段，炉口(4)作为一级进风口，在预炭化段与炭化燃烧段之间、还原气化段与再燃除焦段之间、再燃除焦段与炭初冷段之间均设有直气体通道(12)和横气体通道(11)，分别与相对应的二级进风口(10)三级进风口(14)、燃气出口(15)相互联通。 

炉子运行时，首先在炉内加满木炭，再用点火工具把炉口表面的木炭点燃，接着启动引风机，由于空气吸入，木炭越烧越旺，适时开动“多点连续定量出炭装置”，炉内木炭凭借重力作用逐渐下移，烧红的炭层烘烤炉芯砖使炉内温度不断升高，与此同时，炉口开始不断加入原料木片，使料位保持一定水平。入炉的木片首先进入干燥段，受热后使水分蒸发，接着进入温度约为180～250℃的预炭化段，开始热解，有一些可燃气体释放出来，与吸入的空气混合后产生放热反应，使料温进一步升高，达到300℃时，开始主热解，产生大量的可燃气 体与导入的二级空气发生部分燃烧，使炉温升得更高，炭化更剧烈，此阶段称为炭化燃烧段，在此段的下部，炉温一般可达到并控制在1000℃，在此温度下，由于物料有机体剧烈缩聚芳构化，有大量的气体例如氢、甲烷、一氧化碳、水蒸气和二氧化碳继续被释放出来，随着料层和气体的不断下移，进入还原气化段，气体中的二氧化碳和水蒸汽又与灼热的炭层发生水煤气化反应，形成以氢和一氧化碳为主的更多燃气，但由于上面热裂解过程中，伴随着一些付反应，燃气中会带有少量“焦油”和潜在焦油物质(例如苯同系物、萘、蒽、菲等)，因为水煤气化反应为吸热反应，炭体的温度很快降到700℃左右，传统炉型中这些焦油类物质难以被分解，往往随燃气排出，在本炉型中，在再燃除焦段又导入三级空气，燃气继续下移至该段时，又一次发生部分燃烧，炉温和炭体温度再次升高到1000℃，在此温度下炭体有良好的催化活性，使焦油及焦油类物质迅速裂解成低分子物质，达到除焦的目的。而且，在此高温条件下，燃气中的二氧化碳和水蒸汽还会与炭体发生活化反应，继续生成一氧化碳和氢气的同时，使炭体变成具有一定吸附力的中低档活性炭。 

从除焦的方式上看，本发明属于炉内独立除焦，与现有炉内混合除焦相比，其优点是不需外加催化剂，革除了添加、分离和再生催化剂的工序；从除焦使用的催化剂上看，本发明又属于炉内木炭催化除焦，与现有炉外单独木炭催化除焦相比，其优点是简化设备、节省能源和方便操作；本发明更大的优点在于环保，与现行湿法除焦相比，由于不需要喷淋、泡罩或文丘里洗气，就不会有废水产生；本发明还有独特的优点是副产活性炭，现行的气化方法和炉型，排出的固体物料，通常是带有炭粉末的灰渣，本发明却可以连续排出活性炭，经济性显著提高。 

附图说明

图1表示本发明气化除焦炉沿横向的中轴线的纵剖面图，图2表示该炉沿料道(19)的中轴线A-A的纵剖面图，但其左半图炉芯部分则表示沿该炉直向的中轴线的剖面图。在上述图中：(1)炉外壳、(2)保温层、(3)炉内墙、(4)炉口、(5)斜块砖、(6)直板砖、(7)孔道砖、(8)斜板砖、(9)横板砖、(10)二级进风口、(11)横气体通道、(12)直气体通道、(13)反应管、(14)三级进风口、(15)燃气出口、(16)炉支架、(17)炭冷却管、(18)转扒出料器、(19)螺旋出料器、(20)星形出料器。 

图3是直板砖(6)的立体图，图4是横板砖(9)的立体图、图5是斜块砖(5)的立体图、图6是斜板砖(8)的立体图、图7是孔道砖(7)的立体图。 

在图1、图2中，密网格线剖面表示特异型炉芯砖，疏网格线剖面表示通用耐火砖，麻点状剖面表示保温层。 

具体实施方式

虽然可实施的炉不止一种型式，但比较合适的是如图1、图2所示的用独特设计的特异形耐火砖堆砌组装成炉芯的“管排移动床气化除焦炉”。该炉的炉芯砖可以用如图3、4、5、6、7所示的直板砖(6)、横板砖(9)、斜块砖(5)、斜板砖(8)、孔道砖(7)共五种独特设计的特异型耐火砖堆砌组装成一排排一列列反应管(13)，直板砖(6)呈矩形厚板状，其“长×厚”的上侧面有一条半圆凹槽，“长×厚”的下侧面有一条半圆凸棱，“长×宽”的上侧面的二条宽边各有一条弧状突棱；横板砖(9)呈矩形厚板状，其“长×厚”的上侧面有一条半圆凹槽，“长×厚”的下侧面有一条半圆凸棱，“宽×厚”的两侧面各有一条半圆凹槽；斜板砖(9)呈直角梯形厚板状，其“长底边×厚”的侧面有一条半圆凹槽，“短底边×厚”侧面有一条半圆突棱，“直角腰×宽”侧面有一条半圆突棱和一条半圆凹槽，“斜腰×宽”侧面有一条半圆凹槽；斜块砖(5)呈直角梯形长条状，其“长底边×长”侧面靠近斜腰那侧有一条半圆突棱，“斜腰×长”侧面含斜腰在内的两侧各有一条半圆突棱；孔道砖(7)呈“***”形长条状，其“抢口”侧面有一条半圆突棱，“抢柄”外侧面靠近“枪管”侧有一条半圆凹槽；砌筑炉芯时，自炉支架(16)往上开始，第一层，直板砖(6)成排放置，横板砖(9)横插在二排相邻的直板砖(6)之间，且将自身侧边的凹槽卡住同一排上相邻的二块直板砖(6)侧边的凸棱，第二层，斜块砖(5)成排放置，斜板砖(8)横插在二排相邻的斜块砖(5)之间，且将自身侧边的凹槽卡住同一排上相邻的二块斜块砖(5)侧边的凸棱，第三层，孔道砖(7)成排放置，横板砖(9)横插在二排相邻的孔道砖(7)之间，且将自身侧边的凹槽卡住同一排上相邻的二块孔道砖(7)侧边的凸棱，第四层起按上述砌筑方式重复3～4次，各孔道砖(7)连成直气体通道(12)，内炉墙紧围炉芯，并在与上述直气体通道(12)同水平面上设置不少于三级与这些直气体通道(12)连通的横气体通道(11)，且上二级横气体通道(11)与炉的进风口(10)连通，下一级横气体通道(11)与炉的燃气出口(14)连通。 

该炉所连接的“多点连续等量出炭装置”对炉子的操作影响颇大，所谓“多点连续等量出炭”是要使每一支反应管都同时等量且连续出炭，须采用专门的转扒出料器(18)，其下再连接螺旋出料器(19)和星形出料器(20)。 

Claims (3)

1.生物质移动床连续气化同时除焦油的设备，其特征在于：管排式移动床气化除焦炉，炉内设置炉芯，该炉芯由若干种独特设计的特异型耐火砖堆砌组装成一排排一列列整齐排列的反应管(13)，其下连接炭冷却管(17)，炭冷却管(17)下方连接“多点连续等量出炭装置”；反应管(13)中，自上至下依次为干燥段、预炭化段、炭化燃烧段、还原气化段、再燃除焦段、炭初冷段；在预炭化段与炭化燃烧段之间、还原气化段与再燃除焦段之间、再燃除焦段与炭初冷段之间均设有直气体通道(12)和横气体通道(11)，分别与相对应的二级进风口(10)、三级进风口(14)、燃气出口(15)相互联通。

2.根据权利要求1所述的生物质移动床连续气化同时除焦油的设备，其特征在于：独特设计的特异型耐火砖包括直板砖(6)、横板砖(9)、斜块砖(5)、斜板砖(8)、孔道砖(7)，直板砖(6)呈矩形厚板状，其“长×厚”的上侧面有一条半圆凹槽，“长×厚”的下侧面有一条半圆凸棱，“长×宽”的上侧面的二条宽边各有一条弧状突棱；横板砖(9)呈矩形厚板状，其“长×厚”的上侧面有一条半圆凹槽，“长×厚”的下侧面有一条半圆凸棱，“宽×厚”的两侧面各有一条半圆凹槽；斜板砖(8)呈直角梯形厚板状，其“长底边×厚”的侧面有一条半圆凹槽，“短底边×厚”侧面有一条半圆突棱，“直角腰×宽”侧面有一条半圆突棱和一条半圆凹槽，“斜腰×宽”侧面有一条半圆凹槽；斜块砖(5)呈直角梯形长条状，其“长底边×长”侧面靠近斜腰那侧有一条半圆突棱，“斜腰×长”侧面含斜腰在内的两侧各有一条半圆突棱；孔道砖(7)呈“***”形长条状，其“枪口”这个侧面有一条半圆突棱，“抢柄”外侧面靠近“枪管”侧有一条半圆凹槽；第一层，直板砖(6)成排放置，横板砖(9)横插在二排相邻的直板砖(6)之间，且将自身侧边的凹槽卡住同一排上相邻的二块直板砖(6)侧边的凸棱，第二层，斜块砖(5)成排放置，斜板砖(8)横插在二排相邻的斜块砖(5)之间，且将自身侧边的凹槽卡住同一排上相邻的二块斜块砖(5)侧边的凸棱，第三层，孔道砖(7)成排放置，横板砖(9)横插在二排相邻的孔道砖(7)之间，且将自身侧边的凹槽卡住同一排上相邻的二块孔道砖(7)侧边的凸棱，第四层起按上述砌筑方式重复3～4次，各孔道砖(7)连成直气体通道(12)，内炉墙紧围炉芯，并在与上述直气体通道(12)同水平面上设置不少于三级与这些直气体通道(12)连通的横气体通道(11)，且上二级横气体通道(11)与炉的进风口(10)连通，下一级横气体通道(11)与炉的燃气出口(14)连通。

3.根据权利要求2所述的生物质移动床连续气化同时除焦油的设备，其特征在于：“多点连续定量出炭装置”包含转扒出料器(18)、螺旋出料器(19)和星形出料器(20)。 

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