专利名称：生物质燃料二氧化碳循环无氧气化设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生物质为原料的气化利用领域，具体地是指一种生物质燃料二氧化碳循环无氧气化设备。
背景技术：
随着公众对全球气候变暖趋势的日益关注，温室气体减排已经越来越受到世界各国的重视，如美国GE能源与环境研究公司、美国零排放联盟以及日本新能源综合开发机构等也提出了零排放能源系统的概念。当前，解决温室气体零排放的主要工艺方法是将二氧化碳作为反应物，通过化学 反应转化为含碳产品，达到零排放的目的。发明专利授权公告号CN102060662B，一种可回收利用CO2的化工动力多联产能源系统及方法，即通过回收化工尾气中的CO2，其中一部分CO2进行有氧气化循环来制取合成气，另一部分CO2通过添加天然气进行重整反应，最终制取二甲醚或甲醇。该发明专利能回收利用CO2，但是该工艺方法需要氧气气化，因而气化过程中CO2转化量有限，其中大部分CO2需通过天然气重整反应来转化，因而具有需氧耗、需消耗天然气及工艺流程复杂的缺点。
发明内容本实用新型的目的是提出一种生物质燃料二氧化碳循环无氧气化设备，该设备具有燃料转化率高、无氧耗，工艺流程简单且整套系统温室气体二氧化碳排放量为零等显著优点。为实现上述目的，本实用新型提供的生物质燃料二氧化碳循环无氧气化设备，包括气化炉、余热换热器、余热锅炉、旋风除尘器、洗气塔、变换反应塔、脱硫塔、合成气脱碳塔、催化合成塔和尾气脱碳塔，其特殊之处在于所述气化炉的合成气出口与余热换热器的热介质输入端相连，所述余热换热器的热介质输出端与余热锅炉的热源输入端相连，所述余热锅炉的热源输出端与旋风除尘器的进气端相连，所述旋风除尘器的出气端与洗气塔的进口相连，所述洗气塔的出口通过压缩机与变换反应塔的进气口相连，所述余热锅炉的蒸汽输出端与变换反应塔的蒸汽入口相连；所述变换反应塔的出气口与脱硫塔的输入端相连，所述脱硫塔的输出端与合成气脱碳塔的输入口相连，所述合成气脱碳塔的输出口与催化合成塔的原料进口相连，所述催化合成塔的副产物出口与尾气脱碳塔的尾气进口相连，所述尾气脱碳塔和合成气脱碳塔的CO2出口同时与余热换热器的冷介质输入端相连,所述余热换热器的冷介质输出端与气化炉的气化剂进口相连。作为优选方案，所述尾气脱碳塔和合成气脱碳塔的CO2出口同时与气柜的进口相连，所述气柜的出口通过鼓风机与余热换热器的冷介质输入端相连。进一步地，所述气柜的进口还与启动煅烧炉的CO2输出口相连。[0010]更进一步地，所述气化炉的内腔下部设置有布风板，所述布风板下方的炉壁上设置有主气化剂进口，所述布风板上方的炉壁上设置有辅气化剂进口，所述辅气化剂进口上方的炉壁上设置有外部辅助能量入口，所述余热换热器的冷介质输出端分为两路，一路与主气化剂进口相连，另一路与辅气化剂进口相连。本实用新型的优点在于其一，采用二氧化碳气体作为整套系统循环工质，具有整套设备零温室气体排放、零氧耗的优点。其二，充分结合生物质燃料自身特性，气化单元仅采用二氧化碳作为气化剂，无氧气化，既补充了碳源又减少燃料燃烧份额，单位燃料转化率高、有效气体含量高。其三，对原料粒径无特殊要求，只需简单破碎，无需复杂处理，经济性好。其四，采用外部热源提供辅助热能，能充分结合各种形式能源，能实现能源综合利用。
图1是本实用新型的生物质燃料二氧化碳循环无氧气化设备的连接结构示意图。图2是图1中气化炉的结构示意图。图3是图2中的A— A剖视结构示意图。图中气化炉I，余热换热器2，余热锅炉3，旋风除尘器4，洗气塔5，压缩机6，变换反应塔7，脱硫塔8，合成气脱碳塔9，催化合成塔10，尾气脱碳塔11，气柜12，鼓风机13，燃料14，外部辅助能量入口 15，辅气化剂进口 16，给料入口 17，合成气出口 18，布风板19，主气化剂进口 20，排渣口 21，给料装置22，冷渣器23，蒸汽24，冷渣25，飞灰26，合成油品27，合成尾气28，二氧化碳29，合成气30，排放气31，启动煅烧炉32，石灰石33。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地的详细描述。图中所示的生物质燃料二氧化碳循环无氧气化设备，主要由气化炉1、余热换热器2、余热锅炉3、旋风除尘器4、洗气塔5、变换反应塔7、脱硫塔8、合成气脱碳塔9、催化合成塔10和尾气脱碳塔11等组成。气化炉I的顶部设有合成气出口 18，气化炉I的底部设有排渣口 21，气化炉的中部外壁上设有给料入口 17，给料入口 17与给料装置22相连。气化炉I的内腔下部设置有布风板19，布风板19下方的炉壁上设置有主气化剂进口 20，布风板19上方的炉壁上设置有辅气化剂进口 16，辅气化剂进口 16上方的炉壁上设置有外部辅助能量入口 15。气化炉I的合成气出口 18与余热换热器2的热介质输入端相连，余热换热器2的热介质输出端与余热锅炉3的热源输入端相连，余热锅炉3的热源输出端与旋风除尘器4的进气端相连，旋风除尘器4的出气端与洗气塔5的进口相连，洗气塔5的出口通过压缩机6与变换反应塔7的进气口相连，余热锅炉3的蒸汽输出端与变换反应塔7的蒸汽入口相连。变换反应塔7的出气口与脱硫塔8的输入端相连，脱硫塔8的输出端与合成气脱碳塔9的输入口相连，合成气脱碳塔9的输出口与催化合成塔10的原料进口相连，催化合成塔10的副产物出口与尾气脱碳塔11的尾气进口相连，尾气脱碳塔11和合成气脱碳塔9的CO2出口同时与余热换热器2的冷介质输入端相连,余热换热器2的冷介质输出端分为两路，一路与主气化剂进口 20相连，另一路与辅气化剂进口 16相连。尾气脱碳塔11和合成气脱碳塔9的CO2出口同时与气柜12的进口相连，气柜12的出口通过鼓风机13与余热换热器2的冷介质输入端相连；气柜12的进口还与启动煅烧炉32的CO2输出口相连。本发明中，生物质等固体燃料14首先通过给料装置22由给料口 17送入气化炉I内，循环的气化剂CO2通过鼓风机13鼓入，气化剂CO2分为两路，一路通过主气化剂进口 20引入，经过布风板19进入气化炉I中；另一路通过辅气化剂进口 16进入气化炉I中，同时，通过外部辅助能量入口 15引入热能，在炉内进行高温反应，最初进行热解气化，主要裂解生成C0、C02、CH4、H2及半焦，由于炉内反应温度控制在60(Tl60(TC，高温下主要由半焦物质与CO2气体进行气化反应，且气化反应速率快，主要反应为C+C02=2C0+Q。以生物质稻壳测试，以INm3合成气为基准，辅助能源量为入口燃料总能的15 25%，反应温度800°C，需循环CO2量为O. 5INm3需生物质量O. 48kg，出口合成气体积成份为C0 50 55%、C02 : 22 28%、H2 :6 12%。高温合成气30由气化炉I的合成气出口 18引出，而燃料冷渣25由排渣口 21排出，经冷渣器23后排至渣场。其中，气化炉反应区温度控制在60(Tl30(TC，而85(Tl250°C为其最佳温度。合成气出口温度控制在80(Tll0(TC范围内。气化单元中给料载气、工艺吹扫用气均利用循环的CO2气体。外部输入能源占处理原料能量的15 30%。外部能源型式除采用等离子火炬外，也包含微波能、太阳能、激光能、电感应能等其他可转换为热能的能源型式。气化剂CO2循环量可依据炉温、燃料情况适当调节。气化炉内气化剂布风板喷口流速可依据燃料粒径合理控制，较佳实例为粒径在50mm以下范围，风速为3(T60m/s。气化炉启动运行时，采用启动煅烧炉32，利用外热煅烧石灰石33，来制取高纯CO2气体作为启动用气。为了使本工艺达到最佳工作效果，满足工艺整体性能要求，设计中关键是控制床层温度，实时调节等离子功率及二氧化碳供给量。通过对合成气出口监测单元来达到对上述关键因素的控制，也能实现连锁控制，进行全自动化操作，提高运行稳定性。高温合成气30随后进入余热换热器2中，与作为气化剂的CO2气体29进行换热，起到预热气化剂的作用，提高了气化炉转化效率。一级降温后的高温合成气然后进入余热锅炉3中继续降温，并副产水蒸汽24，两级降温后合成气再经过旋风除尘器4、洗气塔5进一步对合成气降温除尘，分离下来的飞灰26经收集后排至渣场，其中预热CO2温度为350^600 0C ο冷却洗涤后的合成气随后通过压缩机6升压，升压后进入变换塔7，在变换塔7内对合成气进行调质处理，主要反应为水煤气反应，其中水蒸汽24来源于余热锅炉3，这样达到整体工艺物质合理利用的目的。调质后的合成气随后进入脱硫塔8、合成气脱碳塔9进行脱硫脱碳净化处理。从合成气脱碳塔9引出的洁净合成气随后进入催化合成塔10，从合成气脱碳塔9分离的CO2气体29依靠余压输送至气柜12。合成气进入催化合成塔10中，通过合成反应将合成气合成化工油品27，同时也伴随生成合成尾气28。合成尾气28随后送入尾气脱碳塔11中，在塔内分离出CO2气体29，剩余无温室气体的排放气31处理后对外排放，如此实现整体工艺零温室气体的排放。合成气脱碳塔9与尾气脱碳塔11分离出的CO2气体29 —起进入气柜12，通过鼓 风机13后输送至气化炉I的主气化剂进口 20及辅气化剂进口 16处，如此进行气化循环。
权利要求1.一种生物质燃料二氧化碳循环无氧气化设备，包括气化炉(I)、余热换热器(2)、余热锅炉(3)、旋风除尘器(4)、洗气塔(5)、变换反应塔(7)、脱硫塔(8)、合成气脱碳塔(9)、催化合成塔(10)和尾气脱碳塔(11 )，其特征在于 所述气化炉(I)的合成气出口( 18 )与余热换热器(2 )的热介质输入端相连，所述余热换热器(2)的热介质输出端与余热锅炉(3)的热源输入端相连，所述余热锅炉(3)的热源输出端与旋风除尘器(4)的进气端相连，所述旋风除尘器(4)的出气端与洗气塔(5)的进口相连，所述洗气塔(5)的出口通过压缩机(6)与变换反应塔(7)的进气口相连，所述余热锅炉(3)的蒸汽输出端与变换反应塔(7)的蒸汽入口相连； 所述变换反应塔(7)的出气口与脱硫塔(8)的输入端相连，所述脱硫塔(8)的输出端与合成气脱碳塔(9)的输入口相连，所述合成气脱碳塔(9)的输出口与催化合成塔(10)的原料进口相连，所述催化合成塔(10)的副产物出口与尾气脱碳塔(11)的尾气进口相连，所述尾气脱碳塔(11)和合成气脱碳塔(9)的CO2出口同时与余热换热器(2)的冷介质输入端相连，所述余热换热器(2)的冷介质输出端与气化炉(I)的气化剂进口相连。
2.根据权利要求1所述的生物质燃料二氧化碳循环无氧气化设备，其特征在于所述尾气脱碳塔(11)和合成气脱碳塔(9)的CO2出口同时与气柜(12)的进口相连，所述气柜(12)的出口通过鼓风机(13)与余热换热器(2)的冷介质输入端相连。
3.根据权利要求2所述的生物质燃料二氧化碳循环无氧气化设备，其特征在于所述气柜(12)的进口还与启动煅烧炉(32)的CO2输出口相连。
4.根据权利要求1或2或3所述的生物质燃料二氧化碳循环无氧气化设备，其特征在于所述气化炉(I)的内腔下部设置有布风板(19)，所述布风板(19)下方的炉壁上设置有主气化剂进口(20)，所述布风板(19)上方的炉壁上设置有辅气化剂进口(16)，所述辅气化剂进口( 16)上方的炉壁上设置有外部辅助能量入口( 15)，所述余热换热器(2)的冷介质输出端分为两路，一路与主气化剂进口(20)相连，另一路与辅气化剂进口(16)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种生物质燃料二氧化碳循环无氧气化设备，主要由气化炉、余热换热器、余热锅炉、旋风除尘器、洗气塔、变换反应塔、脱硫塔、合成气脱碳塔、催化合成塔和尾气脱碳塔依次连接而成。其仅利用二氧化碳作为气化剂将生物质等固体燃料气化成高品质合成气，且回收合成气自身二氧化碳气体及合成气后续利用工艺中生成的二氧化碳气体进行气化循环，以达到整套系统温室气体二氧化碳排放量为零的目的。该实用新型具有无氧耗，制取合成气品质高，冷媒气效率高，系统操作简单，且整套系统温室气体二氧化碳排放量为零等显著优点。
文档编号C10J1/00GK202829964SQ201220392700
公开日2013年3月27日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者张岩丰, 张亮, 夏明贵, 刘文焱 申请人:武汉凯迪工程技术研究总院有限公司