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Title:
PROCESS AND SYSTEM FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS FROM BIOMASS BY PYROLYSIS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/116689
Kind Code:
A1
Abstract:
A process and system for producing synthesis gas from biomass by pyrolysis are provided. The process comprises the following steps: 1) pre-treating biomass raw material (1); 2) performing pyrolysis on the biomass raw material (1) by fast biomass pyrolysis technology to obtain a pyrolysis gas and carbon powders in a pyrolysis bed (5); 3) separating the pyrolysis gas from the carbon powders and a solid heat carrier by a cyclone separator (6); 4) separating the carbon powders from the solid heat carrier by a solid-solid separator (7), with the carbon powders being collected via a carbon powder hopper (8) and the solid heat carrier being recycled in the pyrolysis bed (5) after being heated in a carrier heating fluidized bed (9-2); 5) delivering the generated pyrolysis gas to a condensation tank (12) for spray-condensing with the condensable part in the pyrolysis gas being condensed to generate biofuel oil which are compressed by a high-pressure oil pump (17) and then introduced into a gasification furnace (20) to be gasified; and 6) delivering a part of the uncondensed pyrolysis gas to a combustion bed (9-1) to combust with air, and delivering the other part to the pyrolysis bed (5) as a fluidizing medium. The raw material is directly dried by using hot flue gas produced by the carrier heating fluidized bed (9-2). The heat generated by combusting the uncondensed pyrolysis gas produced by the pyrolysis bed (5) with air in the combustion bed (9-1) is supplied to the pyrolysis bed (5).

Inventors:
SONG KAN (CN)
JIANG MANYI (CN)
SUN QIN (CN)
ZHANG SHIRONG (CN)
ZHANG HAIQING (CN)
ZHANG JINQIAO (CN)
Application Number:
PCT/CN2011/072061
Publication Date:
September 29, 2011
Filing Date:
March 23, 2011
Export Citation:
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Assignee:
WUHAN KAIDI ENG TECH RES INST (CN)
SONG KAN (CN)
JIANG MANYI (CN)
SUN QIN (CN)
ZHANG SHIRONG (CN)
ZHANG HAIQING (CN)
ZHANG JINQIAO (CN)
International Classes:
C10J3/66; C01B3/36; C10B49/22; C10B53/02; C10B57/10
Domestic Patent References:
WO2004072207A12004-08-26
Foreign References:
CN101818080A2010-09-01
CN101365770A2009-02-11
CN101294092A2008-10-29
US20080307703A12008-12-18
CN200510043836A2005-06-16
US6863878B22005-03-08
CN200810236639A2008-12-01
Other References:
See also references of EP 2551331A4
Attorney, Agent or Firm:
WUHAN KAIYUAN INTELLECTUAL PROPERTY AGENT LTD. (CN)
武汉开元知识产权代理有限公司 (CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1.一种通过热解将生物质制造合成气的工艺方法, 其步骤是:

1 ) 生物质原料预处理

2 ) 采用生物质快速热解技术对生物质原料热解,热解床的产物为热解气和 炭粉;

3 ) 通过旋风分离器将热解气与炭粉、 固体热载体分离;

4 ) 通过固固分离器将炭粉与固体热载体分离, 炭粉通入炭粉料

5 ) 仓收集, 固体热载体在载体加热流化床被加热后,再送入热解床循环利 用;

6 ) 生成的热解气送入冷凝罐喷淋冷凝,热解气中可凝部分冷凝生成生物燃 油, 生成的生物燃油经高压油泵增压后通入气化炉气化;

7 ) 不凝热解气一部分进入燃烧床与空气燃烧, 另一部分进入热解 床作为流化介质。

2. 根据权利要求 1所述的通过热解将生物质制造合成气的工艺方法, 其特征在于: 喷淋冷凝采用外循环式, 冷凝罐底部生物燃油经油泵增压抽出, 经外部的生物燃油换热 器冷却后, 送回冷凝罐对热解气进行喷淋, 可凝热解气冷凝生成生物燃油, 一部分生物 燃油通入生物燃油储罐, 另一部分生物燃油经循环油泵增压、 生物燃油换热器冷却后, 循环喷淋热解气。

3.根据权利要求 1或 2所述的通过热解将生物质制造合成气的工艺方法,其特征在 于: 步骤 4)载体加热流化床产生的废热烟气送到步骤 1 )生物质原料预处理, 用于对生 物质原料进行干燥处理。

4. 根据权利要求 1或 2所述的通过热解将生物质制造合成气的工艺方法, 其特征 在于: 步骤 6 ) 通过调整不凝热解气和空气的比例, 控制载体加热流化床的温度, 从而 保证热解床温度在 400〜600°C, 热解床内气相滞留时间在 0. 5〜5s。

5. 根据权利要求 1或 2所述的通过热解将生物质制造合成气的工艺方法, 其特征 在于: 步骤 1 )生物质原料预处理将生物质原料破碎至 l〜6mm, 原料干燥至 10〜2(kt%。

6. 一种用于权利要求 1〜5之一所述的通过热解将生物质制造合成气的工艺方法的 气化系统, 包括生物质原料预处理部分、 热解部分、 冷凝部分和气化部分, 热解部分包 括热解床(5 )和燃烧床(9-1 ), 其特征在于: 冷凝部分的冷凝罐 (12 )通过管路与不凝 热解气压縮机(15 )连接, 不凝热解气压縮机(15 ) 的输出分别与热解床(5)和燃烧床

( 9-1 ) 连接, 由不凝热解气作为燃烧床 (9-1 ) 的燃料和热解床 (5 ) 的流化介质。

7. 根据权利要求 6所述的制造合成气的工艺方法的气化系统, 其特征在于: 冷凝部 分采用外循环式喷淋冷凝,冷凝罐(12 )下部通过管路连接循环油泵(13),循环油泵(13 ) 与外部的生物燃油换热器 (14) 连接, 将一部分生物燃油经循环油泵 (13 ) 增压, 经生 物燃油换热器(14)冷却后,循环喷淋热解气;冷凝罐(12 )下部连接生物燃油储罐(16)。

8. 根据权利要求 6或 7所述的制造合成气的工艺方法的气化系统, 其特征在于: 热 解床依次连接旋风分离器(6)、固固分离器(7), 固固分离器(7)分别连接炭粉料仓(8) 和载体加热流化床(9-2); 载体加热流化床(9-2)下部有管路连接到热解床(5), 将加 热后的固体热载体送入热解床 (5) 循环利用。

9. 根据权利要求 8所述的制造合成气的工艺方法的气化系统, 其特征在于: 载体加 热流化床(9-2)的顶部通过废热烟气管路(11 )连接到生物质原料预处理部分的干燥系 统 (3); 燃烧床 (9-1 ) 的上部与空气进气管路 (10) 连接。

10. 根据权利要求 7所述的制造合成气的工艺方法的气化系统, 其特征在于: 在生 物燃油储罐 16) 出口至气化炉 (20) 的管路上设有高压油泵 (17)。

Description:
一种通过热解将生物质制造合成气的工艺方法 及系统 技术领域

本发明涉及一种通过热解将生物质制造合成气 的工艺方法及系统。 该方法属于由生 物质制造合成气或可燃气体技术领域。 其中合成气为含有 co、 以及各种含碳、 氢、 氧 的碳水化合物气体的混合物。 利用该发明所产生的合成气能够用于燃气轮机 发电系统、 燃料电池、 合成油、 冶金等系统。 背景技术

随着传统化石能源 (煤、 石油、 天然气) 储量的日益减少, 以及由于使用化石能源 带来的环境污染问题, 直接威胁着人类的生存和发展, 重视和发展可再生、 环保能源已 成为各国政府的共识。 生物质是植物通过光合作用生成的有机物质, 其分布广泛、 可利 用量大、 较化石能源清洁, 具有 co 2 零排放的特征, 是一种重要的可再生能源。 通过热 化学、 生物化学等方法, 能够将生物质转变为清洁的气体或液体燃料, 用以发电、 生产 工业原料、 化工产品等, 具有全面替代化石能源的潜力, 成为世界各国优先发展的新能 源。

将生物质转变为清洁气体或液体燃料的方法很 多, 在这其中生物质气化技术与其它 技术相比能够适应生物质的种类更加宽广, 且具有很强的扩展性。 生物质的气化过程是 一种热化学过程, 是生物质原料与气化剂 (空气、 氧气、 水蒸气、 二氧化碳等) 在高温 下发生化学反应, 将固态的生物质原料转变为由碳、 氢、 氧等元素组成的碳水化合物的 混合气体的过程, 该混合气体通常被称为合成气。 气化过程产生的合成气组成随气化时 所用生物质原料的性质、气化剂的类别、气化 过程的条件以及气化炉的结构不同而不同。 气化的目标在于尽量减少生物质原料和气化剂 的消耗量以及合成气中的焦油含量, 同时 最大化系统的气化效率、 碳转化率以及合成气中有效成分(CO和 ) 的含量。 影响气化 目标的因素很多, 包括气化工艺所使用的气化炉的类型、 气化剂的种类、 生物质原料的 粒径、 气化压力和温度、 生物质原料中含有的水分和灰份等。

气化所使用的气化炉大致可以分为三类: 固定床、 流化床和气流床。 固定床气化结 构简单、 操作便利, 运行模式灵活, 固体燃料在床中停留时间长, 碳转化率较高, 运行 负荷较宽, 可以在 20〜110%之间变动, 但固定床中温度不均匀换热效果较差, 出口合成 气热值较低, 且含有大量焦油; 流化床气化在向气化炉加料或出灰都比较方便 , 整个床 内温度均匀、 易调节, 但对原料的性质很敏感, 原料的黏结性、 热稳定性、 水分、 灰熔 点变化时, 易使操作不正常, 此外, 为了保证气化炉的正常流化, 运行温度较低, 出口 合成气中焦油含量较高。 由于固定床和流化床含有大量的焦油, 在后续设备中不得不安 装焦油裂解和净化装置, 使得气化工艺变得十分复杂; 气流床的运行温度较高, 炉内温 度比较均匀, 焦油在气流床中全部裂解, 同时气流床具有很好的放大特性, 特别适用于 大型工业化的应用, 但气流床气化对原料的粒径有着严格的限制, 进入气流床的原料需 要磨成超细的颗粒, 然而按照现有的破碎或制粉技术, 难以将含纤维较多的生物质原料 磨制成满足气流床运行所需的粒径, 这就导致难以将气流床直接应用于生物质原料 的气 化。 焦油的裂解和处理以及生物质气化之前的预处 理是阻碍生物质气化工艺进一步发展 的最大问题。

申请号为 200510043836. 0的中国专利发明了一种低焦油生物质气化方 和装置,该 技术通过将固体生物质热解和热解产物的裂解 气化两个过程分开, 将生物质转变成焦油 含量较低的可燃气体。 该方法存在以下几个问题: 首先, 热解产生的热解气和炭粉全部 被输送到裂解气化器的燃烧区, 在 loocrc左右发生不完全燃烧反应, 将热解产生的焦油 通过高温的方式进行裂解, 虽然能降低焦油的含量, 但会损失大量的炭粉, 导致后续还 原反应产生的 co数量较低, 进而使得合成气中的 co 2 含量较高; 其次, 燃烧反应温度较 低, 在后续的还原反应中温度会进一步降低, 还原区的平均温度将低于 700°C, 使得有 效合成气(CO和 ) 的产量降低(约为 30%左右); 再次, 经还原反应的灰渣和未反应完 全的残碳直接排出系统, 造成碳转化率降低; 最后, 该方法所采用的裂解气化器是固定 床的一种形式, 燃烧产生的气化剂 (主要是 C0 2 和 0) 在穿过底部炽热的碳层的时候, 由于还原反应是吸热反应,导致床层上下温差 较大(顶部 loocrc左右,底部 50o°c左右), 这是固定床固有的缺陷。

美国专利 6, 863, 878B2发明了一种利用含碳原料制取合成气的方 和设备, 该方法 也采用了炭化 (或热解) 和裂解气化过程相分离的方法, 通过将炭化温度控制在 450°F 以下, 减少热解反应产生的焦油。 该方法存在以下几个问题: 首先, 在炭化阶段产生的 气态和固态产物同时被输送到后续的裂解气化 炉的反应盘管, 并没有对固态产物进行研 磨, 将影响气化反应的速率和程度; 其次, 由于气化反应是在盘管中进行, 需要使用较 多的输送气体保证反应物在盘管内的移动速度 , 因此输送气体会带走大量的热量, 降低 系统的气化效率, 也使后续的余热利用系统较为庞大, 同时在盘管中进行反应的方式也 无法做到温度均匀化和易于工程放大的目标; 再次, 从合理用能的角度来看, 燃烧系统 产生的洁净合成气作为气化和炭化所需热量的 方式不够经济, 另外, 燃烧产物 (主要为 C0 2 和 0)直接排放到环境中, 没有充分利用其中的 C0 2 和水分, 造成系统的气化效率较 低; 最后, 合成气中携带的飞灰和未反应完的残碳经两次 旋风分离后没有进一步利用, 直接排出系统, 造成系统的碳转化率较低。

申请号为 200810236639. 4 的中国专利发明了一种利用生物质制造合成气 的高温气 化工艺方法及系统该方法也采用了炭化和高温 气化相结合的方法。 该方法存在以下几个 问题: 首先, 采用外供可燃气体与氧气直接燃烧给炭化炉供 热, 引入了高品质的外部燃 气使得系统的能耗大大增加; 其次, 采用热解气送粉系统较为复杂, 当高温热解气与低 温炭粉混合通入气化炉时, 容易凝聚产生焦油, 造成堵塞, 影响正常操作; 最后, 炭化 炉产生的高压木炭经过降压, 经冷却后送入常压制粉机制粉, 再增压用热解气将炭粉送 入气化炉, 整体过程复杂, 能耗太大, 工程可实现性差。

从上可见, 在现有的生物质或含碳固体燃料气化技术中, 都无法做到高效、 简单、 低成本的生物质气化目的。 同时, 即便采用了热解和气化相分离的过程, 能够适应生物 质原料性质的变化、 降低合成气中焦油含量, 但反应器温度的均匀化、 反应器放大、 降 低余热利用规模、 降低外部资源消耗、 提高气化效率和碳转化率等问题制约着生物质 气 化大型工业化的应用。 特别是针对气流床的生物质气化, 目前还没有一种有效的工艺方 法。 发明内容

本发明的目的是给出一种高效、 简单、 低成本的通过热解将生物质制造合成气的工 艺方法及系统。

本发明技术方案: 本发明的通过热解将生物质制造合成气的工艺 方法, 其步骤是:

1 ) 生物质原料预处理: 生物质原料预处理将生物质原料破碎至

广 6mm, 原料干燥至 l(T20wt%。

2 ) 采用生物质快速热解技术对生物质原料热解, 热解床的产物为热解气和炭粉;

3 ) 通过旋风分离器将热解气与炭粉、 固体热载体分离; 4) 通过固固分离器将炭粉与固体热载体分离, 炭粉通入炭粉料仓

收集, 固体热载体在载体加热流化床被加热后, 再送入热解床循环利用; 载体 加热流化床产生的废热烟气送到步骤 1 )生物质原料预处理, 用于对生物质原料 进行干 燥处理。

5 ) 生成的热解气送入冷凝罐喷淋冷凝, 热解气中可凝部分冷凝生成生物燃油, 生 成的生物燃油经高压油泵增压后通入气化炉气 化;

6 ) 不凝热解气一部分进入燃烧床与空气燃烧, 另一部分进入热解

床作为流化介质;通过调整不凝热解气和空气 的比例,控制载体加热流化床的温 度, 从而保证热解床温度在 40(T600°C, 热解床内气相滞留时间在 0. 5~5s。 所述的通过热解将生物质制造合成气的工艺方 法, 其特征在于: 喷淋冷凝采用外循 环式, 冷凝罐底部生物燃油经油泵增压抽出, 经外部的生物燃油换热器冷却后, 送回冷 凝罐对热解气进行喷淋, 可凝热解气冷凝生成生物燃油, 一部分生物燃油通入生物燃油 储罐, 另一部分生物燃油经循环油泵增压、 生物燃油换热器冷却后, 循环喷淋热解气。

一种所述的通过热解将生物质制造合成气的工 艺方法的气化系统, 包括生物质原料 预处理部分、 热解部分、 冷凝部分和气化部分, 热解部分包括热解床和燃烧床, 冷凝部 分的冷凝罐通过管路与不凝热解气压縮机连接 , 不凝热解气压縮机的输出分别与热解床 和燃烧床连接, 由不凝热解气作为燃烧床的燃料和热解床的流 化介质。

所述的冷凝部分采用外循环式喷淋冷凝, 冷凝罐下部通过管路连接循环油泵, 循环 油泵与外部的生物燃油换热器连接, 将一部分生物燃油经循环油泵增压, 经生物燃油换 热器冷却后, 循环喷淋热解气; 冷凝罐下部连接生物燃油储罐。

所述的制造合成气的工艺方法的气化系统, 其热解床依次连接旋风分离器、 固固分 离器, 固固分离器分别连接炭粉料仓和载体加热流化 床; 载体加热流化床的下部有管路 连接到热解床, 将加热后的固体热载体送入热解床循环利用。

所述载体加热流化床的顶部通过废热烟气管路 连接到生物质原料预处理部分的干燥 系统; 燃烧床的上部与空气进气管路连接。

所述的制造合成气的工艺方法的气化系统, 在生物燃油储罐出口至气化炉的管路上 设有高压油泵。 生物燃油增压输送到气化炉气化。

本发明的优点:

第一, 本发明采用了快速热解技术, 与专利 200810236639. 4的气化方法相比, 一方 面能够直接将生物质转化成生物燃油, 提高了生物质体积能量密度, 方便运输和储存; 另一方面, 在 40(T60(TC的温度下, 能获得很高的能量产率(能量收率为 60~80%), 降低 了能耗, 同时也有利于整个系统的炭转化率提高;

第二、 本发明采用了自产不凝热解气燃烧产生的热量 加热循环固体热载体作为热解 床热量来源的技术。 本发明采用的热解床加热技术主要有以下三个 特点: 其一, 热解工 艺所需热量主要由系统内部提供, 使系统内自热平衡, 基本不引入外部能量; 其二, 加 热循环固体热载体所需热量由不凝热解气与空 气直接燃烧提供, 一方面利用的是热解气 的化学能, 另一方面采用空气而不是纯氧, 大大降低了整个系统成本, 并增加了热解床 使用的灵活性; 其三, 加热后的循环固体热载体直接送入热解床与原 料接触, 一方面使 热解床加热效率高, 另一方面又提高了快速热解反应的产油率;

第三、 本发明利采用了不凝热解气燃烧产生的废热烟 气对原料进行干燥, 提高了整 个系统的能量利用率;

第四、 本发明无气化炉入口原料预处理工序, 经高压油泵增压后直接通入气化炉, 过程简单、 高效, 与专利 200810236639. 4的气化方法的入口进料相比,, 避免了干炭粉 进料时, 粉体气力输送的技术难题和焦油堵塞等问题, 增大大降低了入口原料的能耗, 增加了系统稳定性、 可靠性和可实现性;

第五、 本发明采用外循环式喷淋冷凝, 生物燃油换热器在冷凝罐外部, 便于清洗和 维护, 避免了停车维修。

第六、本发明采用了油泵增压输运的技术,与 专利 200810236639. 4的气化方法相比, 避免了干炭粉进料时,粉体气力输送的技术难 题和焦油堵塞等问题,增加了系统稳定性、 可靠性和可实现性。

第七、 本发明采用了快速热解技术, 生成的生物燃油几乎不含灰分, 不存在生物质 制造合成气中存在的高灰熔点问题, 并且没有气化炉后续排渣系统, 避免了碱金属腐蚀 和积灰, 增加了系统稳定性、 可靠性和可实现性。

总之, 本发明力求简单、 高效、 节能、 经济和工程实现性强等。 同时, 解决了生物 质制造合成气的一系列技术难题, 冲破了制约利用生物质制造合成气的技术瓶颈 , 大幅 度地提高了气化系统的气化效率、 降低了有效合成气耗氧量、 提高了整个系统的能量转 化率和保证了系统的稳定性等。 附图说明

图 1 为本发明的系统及工艺示意图。 具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明的实施方式、 工艺过程和系统布置结构。

如图 1 : 利用生物质制造合成气的气化系统包括生物质 原料预处理部分、 热解部分、 冷凝部分和气化部分, 具体有: 1是生物质原料、 2是破碎系统, 3是干燥系统、 4是生 物质料仓、 5是热解床、 6是旋风分离器、 7是固固分离器、 8是炭粉料仓、 9-1是燃烧 床、 9-2载体加热流化床、 10是去燃烧床的空气管路、 11是废热烟气管路、 11a是干燥 系统的废热烟气出口、 12是冷凝罐、 13是循环油泵、 14是生物燃油换热器、 15是不凝 热解气压縮机、 16是生物燃油储罐、 17是高压油泵、 18是气化炉烧嘴、 19是去气化炉 烧嘴的氧气管路、 20是气化炉、 21是气化炉水冷壁、 22是合成气管路、 23是灰渣管路、 24是除盐除氧水管路、 25是饱和水蒸气管路、 N1是外部燃料管路、 N2是去燃烧床的空 气管路、 N3是放空管路。

热解部分包括热解床 5、 燃烧床 9-1和载体加热流化床 9-2, 热解床 5依次连接旋 风分离器 6、 固固分离器 7, 固固分离器 7分别连接炭粉料仓 8和载体加热流化床 9-2; 载体加热流化床 9-2下部有管路连接到热解床 5, 将加热后的固体热载体送入热解床 5 循环利用。

载体加热流化床 9-2的顶部通过废热烟气管路 11连接到生物质原料预处理部分的干 燥系统 3; 燃烧床 9-1的上部与空气进气管路 10连接。

冷凝部分的冷凝罐 12通过管路与不凝热解气压縮机 15连接,不凝热解气压縮机 15 的输出分别与热解床 5和燃烧床 9-1连接, 由不凝热解气作为燃烧床 9-1燃料和热解床 5流化介质。

所述的喷淋冷凝采用外循环式, 冷凝罐 12下部通过管路连接循环油泵 13, 循环油 泵 13与外部的生物燃油换热器 14连接,将一部分生物燃油经循环油泵 13增压、生物燃 油换热器 14冷却后, 循环喷淋热解气; 冷凝罐 12下部连接生物燃油储罐 16。

在生物燃油储罐 16出口至气化炉 20的管路上设有高压油泵 17。生物燃油增压输送 到气化炉 20气化。

本发明的通过热解将生物质制造合成气的工艺 方法其步骤是:

1 ) 生物质原料预处理: 将生物质原料破碎至 l〜6mm, 原料干燥至 10〜2(kt%。 2 ) 采用生物质快速热解技术对生物质原料热解, 通过调整不凝热解气和空气的比 例, 控制载体加热流化床的温度, 从而保证热解床温度在 400〜600°C, 热解床 内气相滞留时间在 0. 5〜5s ; 热解床的产物为热解气和炭粉;

3 ) 通过旋风分离器将热解气分离与炭粉、 固体热载体分离;

4) 通过固固分离器将炭粉与固体热载体分离, 炭粉通入炭粉料仓

收集, 固体热载体在载体加热流化床被加热后, 再送入热解床循环利用;

5 ) 生成热解气送入冷凝罐喷淋冷凝, 热解气中可凝部分冷凝生成生物燃油, 生成 的生物燃油经高压油泵增压后通入气化炉气化 ;

6 ) 不凝热解气一部分进入燃烧床与空气燃烧, 另一部分不凝热解

气进入热解床作为流化介质。

所述的喷淋冷凝采用外循环式, 冷凝罐底部生物燃油经油泵增压抽出, 经外部的生 物燃油换热器冷却后, 送回冷凝罐对热解气进行喷淋, 一部分可凝热解气冷凝生成生物 燃油, 一部分生物燃油通入生物燃油储罐, 另一部分生物燃油经循环油泵增压、 生物燃 油换热器冷却后, 循环喷淋热解气。

步骤 2 )载体加热流化床产生的废热烟气送到步骤 1 )生物质原料预处理, 用于对生 物质原料进行干燥处理。

工作过程:

1.系统启动过程:

1 ) 打开放空管路 N3上的控制阀 V3, 保持去冷凝罐 12的控制阀 V2和冷凝罐 12至 不凝热解气压縮机 15管路上的控制阀 V9关闭;

2 )打开外部燃料管路 N1上的控制阀 VI,和去燃烧床的空气管路 N2上的控制阀 V7, 保持不凝热解气压縮机 15至热解床 5管路上控制阀 V8的关闭,使燃料和空气在 燃烧床 9-1中燃烧后的热烟气通入载体加热流化床 9-2加热固体热载体;

3 ) 打开载体加热流化床 9-2至热解床 5的废热烟气管路上的控制阀 V5和生物质料 仓 4至热解床 5管路上的控制阀 V6, 使部分废热烟气进入干燥系统 3干燥生物 质原料, 部分废热烟气作为流化介质通入热解床 5, 热解床 5反应产生的混合热 解气经旋风分离器 6分离出固体后, 从管路 N3排出系统;

4) 按上述步骤 1 ) 到步骤 3的过程运行 10〜20分钟后, 打开控制阀 V2, 热解气经 冷凝罐 12喷水冷却, 收集到生物燃油, 运行 15〜30分钟后, 打开控制阀 V9, 关闭控制阀 VI、 V5、 V7, 同时打开控制阀 V4、 V8, 此时, 系统开始正常运行。

2.系统正常操作过程:

生物质原料 1通过破碎系统 2进入干燥系统 3中, 经系统中的热烟气干燥脱水后被 输送至生物质料仓 4中贮存, 通过给料机将生物质原料输送到热解床 5。

热解床 5的产物为含有 C0、 H 2 、 C0 2 、 H 2 0、 CH 4 和焦油等组分的热解气和炭粉。 粗热 解气通入旋风分离器 6分离后, 粗热解气中的固体热载体和炭粉颗粒通过排灰 口落入固 固分离器 7。

粗分后的热解气通入冷凝罐 12, 经过生物燃油循环喷淋, 不凝热解气通入不凝热解 气压縮机 15增压后分别通入燃烧床 9-1 和热解床 5,可凝热解气冷凝生成生物燃油,生 成的部分生物燃油可以进行循环喷淋, 其余生成的生物燃油通入生物燃油储罐 16。

固固分离器 7中的固体热载体和炭粉经过分离后, 固体热载体落入载体加热流化床 9-2, 炭粉通入炭粉料仓 8。

在燃烧床 9-1中,燃烧用的不凝热解气与来自管路 10的空气发生燃烧反应,燃烧后 产生的热烟气通入载体加热流化床 9-2加热循环固体热载体, 并通过调整燃烧不凝热解 气和空气的比例, 控制热解床 5温度在 400〜600°C, 热解床 5内气相滞留时间在 0. 5〜 5s, 通过载体加热流化床 9-2后的废热烟气进入干燥系统 3进行干燥。

生物燃油储罐 16 中的生物燃油通过高压油泵 17将生物燃油压力提高到气化炉 20 的工作压力后通入气化炉烧嘴 18, 管路 19的氧气也被送入气化炉烧嘴 19, 在气化炉 20 内发生高温气化反应, 通过调整氧气的量以及内部通有除盐除氧水的 气化炉水冷壁 21 的换热量,将气化炉出口合成气 22温度控制在 1200〜1600°C。气化产物主要为 CO和 , 少量的 C0 2 、 0以及微量的 CH 4 。 其中, 除盐除氧水经气化炉水冷壁 21吸热后产生次高 压饱和水蒸气由管路 25进入到后续系统, 气化产生的灰渣由管路 23排出。

实施例一:

生物质原料以木材为例, 干燥后木材的元素分析和特性数据如表 1所示:

表 1 干燥后木材的元素分析和特性数据表

主要工艺操作条件设定如下:

1 ) 破碎系统 2出口物料粒径为 6mm;

2 ) 干燥系统 3出口物料含水量为 15wt%;

3 ) 热解床 5的压力为常压, 温度控制在 400°C ;

4) 热解床 5的气相滞留时间在 5s ;

5 ) 气化炉 20的压力控制在 4. OMPa (A), 温度控制在 140CTC。

根据以上设定条件, 结合附图具体说明本发明在实施过程中, 系统主要物流数据和 注能参数:

1 ) 通入热解床 5生物质原料的生物燃油质量收率为 55%;

2 ) 管路 22输出的合成气中, CO和 干基含量为 76%;

3 ) 系统的碳转化率为 99. 9%, 有效合成气耗氧量为 0. 33mol/mol。

实施例二:

仍以实施例一中使用的木材作为生物质原料( 见表 1 ),主要工艺操作条件设定如下:

1 ) 破碎系统 2出口物料粒径为 5mm;

2 ) 干燥系统 3出口物料含水量为 20wt%;

3 ) 热解床 5的压力为常压, 温度控制在 500°C ;

4) 热解床 5的气相滞留时间在 3s ;

5 ) 气化炉 20的压力控制在 4. OMPa (A), 温度控制在 140CTC。

根据以上设定条件, 结合附图具体说明本发明在实施过程中, 系统主要物流数据和 注能参数:

1 ) 通入热解床 5生物质原料的生物燃油质量收率为 60%;

2 ) 管路 22输出的合成气中, C0和 干基含量为 80%;

3 ) 系统的碳转化率为 99. 9%, 有效合成气耗氧量为 0. 31mol/mol。 根据以上设定条件, 结合附图具体说明本发明在实施过程中, 系统主要物流数据和 注能参数:

实施例三:

仍以实施例一中使用的木材作为生物质原料( 见表 1 ),主要工艺操作条件设定如下:

1 ) 破碎系统 2出口物料粒径为 4mm;

2 ) 干燥系统 3出口物料含水量为 10wt%;

3) 热解床 5的压力为常压, 温度控制在 600°C ;

4) 热解床 5的的气相滞留时间在 2s;

5) 气化炉 20的压力控制在 4. OMPa (A), 温度控制在 140CTC。

根据以上设定条件, 结合附图具体说明本发明在实施过程中, 系统主要物流数据和 注能参数:

1 ) 通入热解床 5生物质原料的生物燃油质量收率为 65%;

2) 管路 22输出的合成气中, CO和 干基含量为 82%;

3) 系统的碳转化率为 99. 9%, 有效合成气耗氧量为 0. 31mol/mol。

根据以上设定条件, 结合附图具体说明本发明在实施过程中, 系统主要物流数据和 注能参数:

实施例四:

仍以实施例一中使用的木材作为生物质原料( 见表 1 ),主要工艺操作条件设定如下:

1 ) 破碎系统 2出口物料粒径为 3mm;

2 ) 干燥系统 3出口物料含水量为 13wt%;

3) 热解床 5的压力为常压, 温度控制在 450°C ;

4) 热解床 5的的气相滞留时间在 Is;

5) 气化炉 20的压力控制在 4. OMPa (A), 温度控制在 140CTC。

根据以上设定条件, 结合附图具体说明本发明在实施过程中, 系统主要物流数据和 注能参数:

1 ) 通入热解床 5生物质原料的生物燃油质量收率为 66%;

2) 管路 22输出的合成气中, CO和 干基含量为 84%;

3) 系统的碳转化率为 99. 9%, 有效合成气耗氧量为 0. 3mol/mol。

根据以上设定条件, 结合附图具体说明本发明在实施过程中, 系统主要物流数据和 注能参数:

实施例五:

仍以实施例一中使用的木材作为生物质原料( 见表 1 ),主要工艺操作条件设定如下:

1 ) 破碎系统 2出口物料粒径为 2mm;

2 ) 干燥系统 3出口物料含水量为 16wt%;

3) 热解床 5的压力为常压, 温度控制在 550°C ;

4) 热解床 5的的气相滞留时间在 1. 5s;

5) 气化炉 20的压力控制在 4. OMPa (A), 温度控制在 140CTC。

根据以上设定条件, 结合附图具体说明本发明在实施过程中, 系统主要物流数据和 注能参数:

1 ) 通入热解床 5生物质原料的生物燃油质量收率为 70%;

2) 管路 22输出的合成气中, C0和 干基含量为 86%;

3) 系统的碳转化率为 99. 9%, 有效合成气耗氧量为 0. 3mol/mol。

实施例六:

仍以实施例一中使用的木材作为生物质原料( 见表 1 ),主要工艺操作条件设定如下: 1 ) 破碎系统 2出口物料粒径为 1mm;

2 ) 干燥系统 3出口物料含水量为 18wt%;

3) 热解床 5的压力为常压, 温度控制在 520°C ;

4) 热解床 5的的气相滞留时间在 0. 5s;

5) 气化炉 20的压力控制在 4. OMPa (A), 温度控制在 140CTC。

根据以上设定条件, 结合附图具体说明本发明在实施过程中, 系统主要物流数据和 注能参数:

1 ) 通入热解床 5生物质原料的生物燃油质量收率为 75%;

2) 管路 22输出的合成气中, CO和 干基含量为 90%;

3) 系统的碳转化率为 99. 9%, 有效合成气耗氧量为 0. 285m 0 l/mol。