专利名称：使用含氧介质的热解系统的制作方法
技术领域：
本发明属于生物质能源技术，特别是生物质热解气化的技术。
背景技术：
生物质基本成分是碳水化合物，在较高温度下分解，释放可燃气体，给应用带来方 便。当前技术分为有氧热解和无氧热解等。 (1)有氧热解输入空气，通过内部燃烧产生高温，使生物质原料热解气化。常用 设备是上吸式气化炉、下吸式气化炉等。 上吸式气化炉，焦油不经过高温燃烧区，全部残留在燃气中。下吸式气化炉，焦油 经过高温燃烧区，分解成^和CO等小分子，燃气中残留很少。对于细小原料，常采用流化 床气化炉。 有氧热解的特点是原料可以全量气化，但所得燃气热值低，含有较多N2成分，不适 合于向外输送，只能就近点燃利用。 (2)无氧热解隔绝空气，通过间壁传热或者介质传热，用高温使生物质原料热解 气化。 间壁传热的热解气化设备，有干馏釜和螺旋热解炉。前者实行间歇运行，燃气发生 不稳，后者实行连续运行，燃气发生稳定。间壁传热的热解气化设备，燃气发生强度不是很高。 介质传热的热解气化设备，有双螺旋热解炉和双流化床热解炉。前者以粗石英砂 为介质，用螺旋输送器提升，后者以细石英砂为介质，用气力输送器提升。介质传热的热解 气化设备，燃气发生有较高强度。 无氧热解的特点是燃气热值高，不含N2，适合于向外输送，并可用于液体燃料合 成。但原料气化不完全，剩余物较多。 (3)纯氧气化为将生物质原料全量气化，并制取不含N2的高热值燃气，当前技术 采用纯氧气化工艺。用纯氧替代空气的目的，是为了避免N2进入系统，并提高热能利用效率。 纯氧气化系统需配备复杂的制氧装置，当前技术采用空气分馏法、变压吸附法、膜 分离法制取纯氧。特点是设备大型，动力消耗高。 本发明的目标，就是要构建新的热解气化系统，取消复杂的纯氧制造-装置，在小 型设备中完成生物质材料的全量气化，并得到不含N2的高热值燃气。
发明内容
本发明的目标通过如下途径实现 新的热解系统，沿用介质传热无氧热解模式，但引入金属氧化物介质。通过金属元 素变价，在传输热能的同时传输纯氧。 生物质气化是吸热过程。以纤维素C6H1Q05的高温分解为例，有如下反应式
C6H1005 = 2H2+2C0+3H20+4C C6H1005 = 3H2+3C0+2H20+3C C6H1005 = 4H2+4C0+H20+2C CRH,n0s = 5H。+5C0+C
吸热14千焦 吸热146千焦 吸热278千焦 吸热410千焦
供热充分，则燃气发生量大，木炭和水汽剩余较少。供热不足，则燃气发生量小，木
并通过介质释放
炭和水汽剩余较多。石英砂等惰性介质，仅通过物理变化传输材料显热，不足以支持生物质 原料全量气化。 本发明引入金属氧化物介质，通过物理变化传输材料显热，更通过化学变化传输 材料潜热，利用金属元素变价释放的纯氧，支持内部燃烧，保证生物质原料全量气化。
新的生物质热解气化系统，仍分为燃烧段和气化段。以氧化铁介质为例，有如下工 艺过程 燃烧段，输入空气与Fe304混合，通过氧化反应释放热能。其结果是介质升温，生成 FeA将获得的(^固定。 反应2Fe304+l/202 = 3Fe203 放热232千焦
气化段，干燥原料与炽热F^(V混合，通过介质的高温引发热解， 的纯氧，支持内部燃烧和充分气化。此过程Fe203被还原。
放热。
反应6Fe203+C = 4Fe304+C02 放热-71千焦
氧化铁介质在气化段放热偏少。可以增添其它成分，减少燃烧段放热，增加气化段 例如，增添氧化铜和氧化锰
放热143千焦 放热107千焦 放热135千焦 放热123千焦
实际材料采用铜矿尾砂和锰矿尾砂，价格低廉且容易得到。
按照本发明构建的热解系统，生物质原料可全量气化，并得到不含N2的高热值燃
氧化反应Cu20+l/202 = 2Cu0 还原反应4CuO+C = 2Cu20+C02 氧化反应MnO+l/202 = Mn02 还原反应2Mn02+C = 2MnO+C02
气。与纯氧气化系统相比较，设备小型并且简单。动力消耗低。
具体实施方式
实施例1 双螺旋热式解气化系统，处理木片及木屑等生物质原料，制取高热值燃气。所用的 传热介质为颗粒状，有效成分是氧化锰和氧化铁。介质在螺旋输送器的作用下完成循环，燃 烧器采用移动床形式。 工艺过程干燥原料与炽热介质在热解器混合，介质释放显热和纯氧使原料充分 气化。一气化段输出的还原态介质被提升到高位，在燃烧器中与空气接触完成氧化升温。一 燃烧器输出的氧化态介质再次落入热解器，与生物质原料混合反应。 燃烧器内，灰烬被烟气吹出分离。燃烧烟气成为干燥热风。热解器内，原料输入口 靠近含氧介质下层，焦油在高温燃烧中完全裂解。 本热解气化系统，依靠含氧介质的循环，保证生物质原料充分气化，并得到不含N2 的高热值燃气。设备小型，动力消耗低。
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实施例2 双流化床热解气化系统，处理木屑及秸草等生物质原料，制取高热值燃气。所用的 传热介质为细粉状，有效成分是氧化锰和氧化铜。介质在气流体输送器的作用下完成循环， 燃烧器采用气流床形式。 工艺过程干燥原料与炽热介质在热解器混合，介质释放显热和纯氧使原料充分 气。一气化段输出的还原态介质被空气流化提升到高位，同时完成氧化升温。一燃烧段输 出的氧化态介质再次落入热解器，与生物质原料混合反应。 燃烧器后，介质与灰烬在旋风中分离，燃烧烟气成为干燥热风。热解器内，原料输 入口靠近含氧介质下层，焦油在高温燃烧中完全裂解。 本热解气化系统，依靠含氧介质的循环，保证生物质原料充分气化，并得到不含N2 的高热值燃气。设备小型，动力消耗低。
权利要求
使用含氧介质的热解气化系统，其特征是生物质原料可全量气化并得到不含N2成分的高热值燃气。
2. 权利1中所述的技术，其特征是介质有效成分是氧化铁、氧化锰、氧化铜、氧化镍等， 同时传输热能和纯氧。
全文摘要
本发明属于生物质能源技术，特别是生物质热解气化的技术。生物质在较高温度下分解，释放可燃气体。介质传热的无氧热解系统，可发生不含N2的高热值燃气，但原料气化不完全，剩余物较多。全量气化要求有提供充足的热能，当前技术使用复杂的纯氧气化系统。特点是设备大型，动力消耗高。本发明沿用介质传热无氧热解模式，但引入含氧介质，通过物理变化传输材料显热，更通过化学变化传输材料潜热，利用金属元素变价释放的纯氧，支持内部燃烧，保证生物质原料全量气化。取代复杂的纯氧气化系统。含氧介质有效成分是氧化铁、氧化锰、氧化铜、氧化镍等。通过提升器的作用在系统内循环。在燃烧段转为氧化态，在气化段转为还原态。利用金属元素化合价变化，吸收或者释放纯氧。按照本发明构建的热解系统，生物质原料可以全量气化，并得到不含N2的高热值燃气。与纯氧气化系统相比较，设备小型并且简单。动力消耗低。
文档编号C10B53/02GK101717651SQ200810232830
公开日2010年6月2日 申请日期2008年10月9日 优先权日2008年10月9日
发明者谢仁智, 陈光有, 陈志文 申请人:陈志文;谢仁智;陈光有