[实用新型]外筒空气气化协同内筒水蒸气气化制备合成气的设备

说明书

技术领域

本实用新型属于生物质热转化技术领域，具体涉及一种外筒空气气化协同内筒水蒸气气化制合成气的设备及工艺。

背景技术

目前生物质气化技术的主要设备有固定床和流化床两种气化炉，固定床气化炉都以空气气化为主，气化过程中产生的焦油难以去除，且合成气中含有将近50%的氮气，导致气体热值不高，流化床气化炉一般也以空气气化为主，但同样存在合成气中焦油含量高的问题，给合成气运输和使用带来的了阻碍，有极少数采用双床气化，利用惰性介质进行传热，进行水蒸气气化，可提高合成气热值，但由于物料停留时间短，焦油含量仍然较高。目前市场上出现的气化炉在中试和工程化过程中暴露了较多问题，使生物质气化技术在推广过程中和工业化生产过程中遇到了阻碍，最致命的问题有两个：一是合成气中焦油的去除是生物质气化技术的最大瓶颈，目前工业化设备中焦油去除是利用物理和机械方法相结合，通过喷淋、水浴、冷凝、分离等设备净化合成气，传统的这种方法只能将可燃气中部分焦油去除，仍有相当一部分焦油残余在合成气中，用这种方法最大问题是浪费大量的水源，容易产生大量的焦油黑水污染；二是生物质合成气中，氮气含量较多，占了将近50%，导致了合成气热值不高。

合成气是以一氧化碳和氢气为主要成分的混合气，合成气是费托合成的原料气，费托合成主要是煤化工中用来生物质液体燃料，如甲醇、乙醇、柴油等化工原料的主反应。利用生物质制备合成气，从而延长生物质能利用的产业链，为生物质能进一步的高值化利用以及生物质化工产业奠定重要的基础，对缓解我国能源压力，实现可持续发展具有重大的意义。

发明内容

本实用新型需要解决的问题是针对现有技术的不足，提供一种外筒空气气化协同内筒水蒸气气化制备合成气的设备。

为了实现这一目的，本发明结合生物质本身特性，以及气化、催化重整等工艺特性，发明了一种外筒空气气化协同内筒水蒸气气化制备合成气的设备及工艺，此设备是一个密封体，外筒和内筒共用同一个进料口，但出料和气体引出装置是分开的，且互相不影响。本发明所述一种外筒空气气化协同内筒水蒸气气化制备合成气的设备由匀料装置（1）、进料口（2）、观察口（3）、外筒（4）、外筒内保温（5）、内筒（6）、水蒸气分布装置（7）、空气分布口（8）、排炭装置（9）、内筒引风机（10）、测温装置（11）、外筒引风机（12）、排灰装置（13）、除灰塔（14）、余热锅炉（15）、二氧化碳吸收塔（16）构成。其中匀料装置（1）、进料口（2）、外筒（4）、空气分布口（8）、排炭装置（9）、测温装置（11）、外筒引风机（12）相连接形成空气气化的通路。匀料装置（1）、进料口（2）、内筒（6）、水蒸气分布装置（7）、内筒引风机（10）、排灰装置（13）相连接形成水蒸气气化通路。进料口（2）、匀料装置（1）、内筒（6）、内筒引风机（10）、除灰塔（14）、余热锅炉（15）、二氧化碳吸收塔（16）依次相连接形成由原料到生物质合成气的通路。在生产过程中具体操作步骤是:首先通过进料口和匀料装置，将物料均匀地填到外筒1/3高度处，然后打开鼓风机，通过空气分布口将空气均匀地分布到外筒中，接着利用易燃物将外筒内的物料点燃，紧接着根据测温装置的温度显示，控制给空气量，使外筒升温速度为90-100℃/h，同时不断地往外筒内铺物料，直至外筒温度达到900℃时，将外筒料层高度加至3/4处，此时必须打开外筒引风机，并通过控制空气的进量，维持外筒温度在900℃以上，接着继续加料，直至内、外筒都加满为止，然后开启排炭装置，控制排炭速度，将外筒的生物质炭缓慢的排出，并缓慢的将外筒的温度升至1000℃左右，此时打开水蒸气进口阀，将水蒸气通过水蒸气分布装置均匀地分布在内筒中进行气化反应，在打开水蒸气进口阀同时开启内筒引风机，除灰塔的水泵、二氧化碳吸收塔的循环水泵和打开排灰装置，根据检测粗合成气中一氧化碳和氢气组分含量和排出灰中的含碳量，调整排灰装置的排灰速度，此时整个设备基本连续运行，待余热锅炉有蒸汽产出后，将外部蒸汽与之切换，形成自产自销。基本运行后，在保持外筒温度900-1000℃的前提下，根据不同的原料，外筒空气进量与原料进量的质量之比控制在0.4-0.7之间。水蒸气的进量控制在0.8-1.1t/h，排炭量为100-150kg/h，排灰量控制在30-40kg/h。工艺上采用了外筒空气气化协同内筒水蒸气气化，解决了气化过程中焦油含量高，合成气热值低等问题。在外筒发生的气化反应主要目的是为内筒水蒸气气化反应提供热源，而内筒的水蒸气气化和自催化裂解有两重作用，其一是利用水蒸气将生物质完全气化，使生物质中的含碳量几乎为零，其二是利用生物质中的金属氧化物，如氧化铁、氧化钙、三氧化二铁、氧化镁等物质作为催化重整剂，在高温、水蒸气和催化裂解剂同时存在的情况下，大分子焦油会发生断键、重整反应，变成小分子的混合气体，且生物质燃气中甲烷也会与水蒸气、二氧化碳等反应生成一氧化碳、氢气和二氧化碳。此工艺不仅可以解决生物质燃气中焦油含量高问题，而且有效地解决了可燃气中含有氮气而造成燃气热值低这个问题。