[实用新型]一种生物质三段式气化制取低焦油高热值可燃气的装置

说明书

技术领域

 本实用新型涉及一种生物质三段式气化制取低焦油高热值可燃气的装置及方法，属于固体废弃物资源化处置领域。

背景技术

随着我国城镇化水平的提高，农村能源需求量增大且能源结构出现改变，农村家庭能源消费由秸秆、薪柴等传统燃料向清洁的天然气、液化石油气燃料转变，生物质资源出现地区性、季节性和结构性过剩。大量生物质直接焚烧处理，既浪费了宝贵的资源，又严重污染了环境。因此，如何解决生物质的处理处置出路，实现生物质能源的高效回收利用，已成为我国社会主义新农村建设中亟待解决的重大问题。

气化是固体燃料通过热化学方式转化为可燃气的过程。生物质气化技术只需少量农林废弃物就能产生可燃性气体，能针对性解决农村生物质处理难、天然气普及难等问题，对于缓解当前农村经济发展过程中的能源紧缺问题，减轻环境污染和资源浪费具有重要的战略意义。

现有的生物质气化反应器包括固定床、流化床及气流床等型式。固定床气化炉结构简单、投资少、操作方便，但生产规模较小且连续运行性能差；气流床氧气气化可生成含焦油量中等的可燃气并具有较高的碳转化率，投资成本较高，适用于十分大规模的气化装置。相比固定床或气流床气化，流化床气化具有传热传质速率高、燃料适用性广、经济性高、容易放大和规模化等优势，受到越来越多的关注。

现有的流化床气化反应器存在产气焦油浓度高、热值低的问题，气化产气需添加昂贵的后续净化处理设备才可使用。提高气化温度可促进焦油裂解，但同时增加了灰分结渣的风险并降低气化效率；通过优化气化剂成分可降低焦油浓度，但仍不能满足可燃气直接替代使用的要求；催化剂在流化床内受流体动力学影响以及催化剂机械强度低、热稳定性差、易中毒失活问题的限制，应用较困难；分段式气化目前主要在固定床气化系统中应用，但流化床分段式气化更有利于提高气化产气量和产气品质。

发明内容

技术问题：

针对目前生物质气化技术中存在的产气热值低、焦油浓度高的问题，本实用新型提出一种将生物质热解、焦油重整和焦炭气化分隔开的三段式气化装置，可制取低焦油高热值可燃气，且气化效率高。

技术方案：

本实用新型的生物质三段式气化制取低焦油高热值可燃气的装置，由流化床气化反应器、旋风重整反应器、移动床催化反应器和返料器组成，流化床气化反应器上部与旋风重整反应器上部相联通，流化床气化反应器下部通过返料器与移动床催化反应器下部相联通，旋风重整反应器顶部与移动床催化反应器顶部相联通；流化床气化反应器下部还设有生物质颗粒加料口及第一富氧/水蒸气进气口，流化床气化反应器底部设有排渣口；旋风重整反应器上部为第二富氧/水蒸气进气口，旋风重整反应器底部为液态排渣口；移动床催化反应器下部设有焦炭进口及可燃气出口，移动床催化反应器底部设有排灰口；返料器底部为第三富氧/水蒸气进气口。

本实用新型制取低焦油高热值可燃气的方法，包括如下步骤：

（1）向流化床气化反应器送入生物质原料、富氧/水蒸气，在600~800℃条件下生成粗质可燃气及热解焦炭，粗质可燃气由流化床气化反应器上部输送到旋风重整反应器，热解焦炭由流化床气化反应器下部经返料器输送到移动床催化反应器，返料器底部通入富氧/水蒸气保证焦炭颗粒的连续输送，气化生成的底渣由流化床气化反应器排渣口排出；

（2）粗质可燃气进入旋风重整反应器后，同时向第二富氧/水蒸气进气口中通入富氧/水蒸气，在1200~1400℃的条件下，粗质可燃气脱除其中的焦油和灰分得到净化的高温可燃气，由旋风重整反应器上部输送到移动床催化反应器，反应生成的熔渣由旋风重整反应器的液态排渣口排出；

（3）热解焦炭在移动床催化反应器内堆积形成焦炭床层，重整后的高温可燃气进入移动床催化反应器后，焦油在700~900℃的焦炭催化气氛下进一步裂解脱除，热解焦炭被高温可燃气中的CO₂及水蒸气还原生成CO，经催化还原后获得的低焦油高热值可燃气由移动床催化反应器下部可燃气出口排出，气化产生灰分由底部排灰口排出。

所述流化床气化反应器的反应温度为750℃，旋风重整反应器反应温度为1200℃，移动床催化反应器反应温度为880℃。

通入的富氧/水蒸气为富氧气体和水蒸气的混合气体，混合气体的比例为1:1~5:1，富氧气体浓度为40%；水蒸气温度400~500℃。