[发明专利]生物质内循环锥形流化床气化工艺及设备

说明书

本发明涉及生物质(稻草、麦草、稻壳及木屑等农林剩余物)内循环锥形流化床气化工艺及实现该工艺的设备，本发明的工艺及设备特别适用于木屑、稻壳、软秸杆(稻草、麦草等)为原料的气化过程。

目前国内秸杆气化一般采用下吸式固定床气化炉，该炉型主要用于硬秸杆的气化，如用它处理软秸杆，一是操作不稳定，二是所产生的煤气热值偏低，影响居民正常使用。对于木屑、木粉类原料的气化，国内有采用外循环圆筒形流化床气化炉的报道，但该炉型结构复杂。气化介质一般采用空气，也有采用纯氧作为气化介质的报道，但采用纯氧气化一是初投资大，二是操作成本高，经济上难以承受，煤气净化一般采用开放式水洗，排放出大量污水，易造成环境污染。

本发明的目的在于提供可用于软秸杆等生物质原料气化的工艺及气化设备。本气化工艺具有操作方便，煤气热值高，污染小，煤气成本低等特点。所发明的内循环锥形流化床气化炉具有气化强度高，操作弹性大及稳定性好等特点。气化介质采用富氧空气或空气，煤气净化采用文——泡——鼓(即文丘里——泡沫塔——鼓泡塔)封闭循环净化工艺。

本发明的目的是通过以下几个工艺过程来实现的：(1)生物质原料(如木屑、稻草、麦草等农林剩余物)经粉碎成粒径为≤5mm的颗粒，粉碎后的物料经料斗由螺旋加料器送入内循环锥形流化床气化炉底部；(2)空气或由膜分离装置生产出的富氧空气经内循环锥形流化床气化炉上部的热量回收装置预热器加热至150℃左右，加热后的富氧空气或空气由气化炉底部进入气化炉；(3)生物质原料和富氧空气(或空气)在气化炉内发生部分氧化还原反应生成一氧化碳、氢气、甲烷和重烃等可燃气体。(4)由气化炉顶部排出的含灰份、焦油、木醋液的热煤气，经旋风分离器除去灰尘，再进入文丘里湿式除尘器进一步降温除尘，由文丘里排出的气水混合物，经旋风分离器除去水及部分焦油，污水由下部排出系统，煤气进入泡沫循环洗涤系统进一步降温除焦油，由循环系统出来的煤气进入鼓泡洗涤塔洗涤，然后进入煤气过滤器，最后由罗茨风机送入煤气柜。上述工艺采用连续操作，其中关键设备内循环锥形流化床气化炉，下部有一段直筒段，称之为加速段；中部是一锥形段，气化反应主要在该段完成，称之为气化段；上部是一放大段，主要是使得未反应完的物料和煤气进行分离，称之为分离段；气化炉下部气体分布采用特殊可拆卸或锥结构，避免了分布板式气体分布易结渣、形成死床沟流的可能性，同时可在高温时拆卸方便；上部热量回收装置采用盘管结构，提高气化热效率。

本发明所采用的内循环锥形流化床气化炉采用了锥形结构，可以保证不同粒径的物料在炉内呈沸腾状态，减少床层的腾涌和气泡现象，使得床层操作稳定，反应温度均匀，炉内传质传热速度快，气化强度高，有效防止炉内局部过热及结渣现象，该炉型特别适用于软秸杆气化。因采用了新气化工艺和设备克服了软秸杆热焓低，灰份含量高，生产出的煤气热值低等缺点。本工艺生产的煤气热值在1800kcal/Nm³左右，生产成本及总投资和固定床气化基本相当，本发明生产工艺简单，操作方便稳定，可以有效解决农村软秸杆的出路问题，同时为农村居民提供优质，清洁卫生，使用方便的能源。

下面结合附图对本发明的具体实施方案作进一步描述。

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明所采用的内循环锥形流化床气炉结构示意图。

参看图1，本发明的具体工艺是：粉碎后的秸杆等生物质原料加入料仓18，由螺旋进料器17送入气化炉3，与富氧装置1产生的富氧空气接触发生部分氧化还原反应，所产生的煤气及灰渣由气化炉顶部排出，经旋风分离器19除去煤气中的灰份，再进入文丘里20湿式除尘器进一步除尘降温，经文丘里除尘降温后的气液混合物进入旋风分离器21使水、气分离，污水由下部排放，煤气进入泡沫塔6进一步洗涤降温，洗涤液由循环泵7送入冷却器8冷却后循环使用，洗涤后的煤气再进入鼓泡洗涤器9及煤气过滤器10，最后由罗茨风机11经旋风分离器22及水封14送入煤气柜15，并经输送管道送至各居民用户。

气化炉采用锥形结构，底部设有加速段及气体分布锥，中部是一锥形圆筒，上部设有分离段及热量回收盘管，上、中、下各部分设有一测温口和一测压口，在正常运行条件下，气化炉进料量140kg/h(含水率～14％)，煤气产量200Nm³/h，底部温度260℃左右，中部温度700℃左右，顶部温度500℃左右，气化炉在负压条件下操作，气化炉上、下压差维持在100mmH₂O左右。文丘里喷淋水量为600l/h。

参看图2，本发明的内循环锥形流化床气化炉具体结构是：上部气化介质预热器1，中部锥形气化反应段2，料斗3，螺旋进料器4，下部可拆卸气体分布锥5。