果壳类生物质气化联产活性炭和电热的系统及方法与流程

本发明属于生物质能源及活性炭技术领域，具体的涉及一种果壳类生物质气化联产活性炭和电热的系统及方法。

背景技术：

活性炭具有发达的内部孔隙结构和良好的吸附性能，活性炭产品广泛应用于石化行业无碱脱臭催化剂载体、水净化及污水处理；电力行业的电厂水质处理及保护；化工行业的化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收及油脂等的脱色、精制；食品行业的饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色；黄金行业的黄金提取、尾液回收；环保行业的污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化等多种应用，具有广阔的应用前景。植物生物质资源因其自身的特性是制备活性炭最有前景的原料之一。目前活性炭研究中常采用植物生物质原料，具有可再生、污染少、可运输和储存、与现在能源工业最具相容性等特点，因而特别受到关注。

传统的生物质(包括果壳类)气化技术是指生物质完全气化，将生物质(果壳类)中的硫、氮及碳元素全部转化为so2、nxoy和co2排放到大气中。而果壳类生物质气化联产活性炭技术是将果壳类生物质气化的同时得到果壳炭(得率25-30％)，生物质中的大部分硫、氮和碳元素保留在果壳炭中，相对于传统气化技术更减少了co2、so2和nox等有害气体的排放，从而提高了生物质气化技术的环境效应。但是，在制炭过程中产生的燃气没有得到合理、充分利用，造成资源的浪费。

目前，生物质气化设备主要采用固定床上吸式气化炉和固定床下吸式气化炉，固定床上吸式气化炉的物料炉顶加料口加入炉内，气化剂由炉体底部的进风口进入炉内参与气化反应，炉体内气体流动方向为自下而上，最终可燃气由上部的可燃气出口排出。固定床上吸式气化炉优点是：可燃气经过热分解层和干燥层时将热量传递给物料，自身温度降低，炉子热效率高，可燃气热值较高，热分解层和干燥层对可燃气有过滤作用，使出炉的可燃气灰分少；缺点是：添料不方便、可燃气中焦油、蒸汽含量较多。固定床下吸式气化炉的优点是：高温区的温度稳定效应使工作稳定，产出气成分相对稳定，可随时开盖添料，焦油通过高温区被裂解，因此出炉的可燃气中焦油较少；缺点是：可燃气的流向与热流方向相反，引风机的功耗要求大，出炉的可燃气含灰分较多，出炉可燃气温度高需冷却，炉内热效率较低。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种果壳类生物质气化联产活性炭和电热的系统及方法，回收果壳类生物质在生产活性炭过程中产生的大量可燃性烟气进行做功发电，且充分利用反应过程的余热，不仅减少了烟气排放对环境的热污染及粉尘污染，而且实现了资源的综合利用。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种果壳类生物质气化联产活性炭和电热的系统，其包括气化装置、炭活化装置、燃气净化装置、增压装置以及燃气发电机组，其中所述气化装置包括固定床上吸式气化炉、自动填料压紧装置以及鼓风机，所述自动填料压紧装置与所述固定床上吸式气化炉的顶料仓之间设有密封装置进行固定密封，所述鼓风机与所述固定床上吸式气化炉下部的进风口连接；所述炭活化装置包括炭冷却收集器以及常规水蒸气活化炉，所述炭冷却收集器的入口与所述固定床上吸式气化炉底部的炭室连接，所述炭冷却收集器的出口与所述常规水蒸气活化炉的入口连接；所述燃气净化装置包括一级净化器、二级净化器以及三级净化器，所述一级净化器为旋风分离器，所述二级净化器为气液分离器，所述三级净化器为喷淋装置，所述旋风分离器的入口与所述固定床上吸式气化炉上部的粗燃气出口连接，所述旋风分离器的出口与所述气液分离器的入口连接，所述气液分离器的排气口与所述喷淋装置的入口连接，所述气液分离器的排液口与生物质提取液池连接，所述喷淋装置的出口与所述增压装置连接；所述增压装置包括罗茨风机以及储气罐；所述燃气发电机组包括内燃机、发电机以及保护配置，所述保护配置包括短路保护、发电机温度保护、低油压保护、机组超速保护、自动报警装置以及紧急切断阀，发生故障时自动断开紧急切断阀并发出声光报警信号。

优选地，所述果壳类生物质为椰壳、杏壳和/或核桃壳。

优选地，所述自动填料压紧装置能进行间歇式加料，加料间隔能自行设置。

优选地，所述二级净化器能替换为装有吸附剂的分离器，所述吸附剂为活性炭和/或粉碎的玉米芯。

优选地，所述增压装置采用4级7.5kw防爆电机。

优选地，所述储气罐采用10m³储气罐，起缓冲作用。

一种根据上述果壳类生物质气化联产活性炭和电热的系统生产活性炭和电热的方法，其具体步骤如下：

s1、果壳类生物质经所述自动填料压紧装置通过所述固定床上吸式气化炉的顶料仓进入到所述固定床上吸式气化炉的炉腔内，气化所需气化剂由所述鼓风机经所述固定床上吸式气化炉下部的进风口吸入，果壳类生物质烘干、解列炭化为炭和粗燃气；

s2、所述炭经所述冷却收集器冷却收集后通过常规水蒸气活化炉活化制得高品质果壳活性炭，所述粗燃气经所述固定床上吸式气化炉上部的粗燃气出口进入所述燃气净化装置；

s3、所述粗燃气首先经所述旋风分离器初步除尘完成一级净化后进入所述气液分离器，在所述气液分离器中所述粗燃气经冷却水冷却，其中的生物质提取液被冷凝成液体，并与燃气分离，分离出来的所述生物质提取液排入生物质提取液池中收集后进一步利用，完成二级净化，二级净化的余热通过空气预热器对空气加热，加热后的空气通过所述鼓风机送入所述固定床上吸式气化炉，二级净化后的燃气进入所述喷淋装置完成三级净化；

s4、最终净化后的所述燃气经所述罗茨风机加压后进入所述储气罐中储存；

s5、所述燃气经增压、稳压后引入发电站内，经管道专用阻火器，将燃气安全的输送至燃气发电机组进行发电，所述燃气发电机组的内燃机燃烧所述燃气产生的余热经所述空气预热器对空气加热，热空气由所述鼓风机送入所述固定床上吸式气化炉。

优选地，所述生物质提取液包括焦油、木醋液和水分。

优选地，所述燃气经所述燃气净化装置处理后，所述燃气的粉尘含量小于35mg/nm³,焦油的含量小于10～15mg/nm³，能够满足所述燃气发电机组的内燃机对生物质燃气的品质要求。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

①本发明通过回收果壳类生物质在生产活性炭过程中产生的大量可燃性烟气进行做功发电，不仅减少了烟气排放对环境的热污染及粉尘污染，而且实现了资源的综合利用。

②本发明采用固定床上吸式气化炉，可以间歇式加料，对原料的尺寸和水分的要求不高，气化效率高、燃气发热值较高，热气流向上流动，经过多层物料过滤的产出的气体灰分含量少；

③本发明通过固定床上吸式气化炉可联产活性炭、电和热，实现余能余热的梯级利用，充分利用可利用资源。

附图说明

图1为本发明的联产活性炭和电热的流程图；

图2为本发明固定床上吸式气化炉的气化反应示意图；

图3为本发明燃气发电机组的电路图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供一种果壳类生物质气化联产活性炭和电热的系统，其包括气化装置、炭活化装置、燃气净化装置、增压装置以及燃气发电机组，其中气化装置包括固定床上吸式气化炉、自动填料压紧装置以及鼓风机，自动填料压紧装置与固定床上吸式气化炉的顶料仓之间设有密封装置进行固定密封，鼓风机与固定床上吸式气化炉下部的进风口连接；炭活化装置包括炭冷却收集器以及常规水蒸气活化炉，炭冷却收集器的入口与固定床上吸式气化炉底部的炭室连接，炭冷却收集器的出口与常规水蒸气活化炉的入口连接；燃气净化装置包括一级净化器、二级净化器以及三级净化器，一级净化器为旋风分离器，二级净化器为气液分离器，三级净化器为喷淋装置，旋风分离器的入口与固定床上吸式气化炉上部的粗燃气出口连接，旋风分离器的出口与气液分离器的入口连接，气液分离器的排气口与喷淋装置的入口连接，气液分离器的排液口与生物质提取液池连接，喷淋装置的出口与增压装置连接；增压装置包括罗茨风机以及储气罐71；如图3所示，燃气发电机组包括内燃机77、发电机78以及保护配置，保护配置包括短路保护、发电机温度保护73、低油压保护74、机组超速保护75、自动报警装置76以及紧急切断阀72，发生故障时自动断开紧急切断阀72并发出声光报警信号。

如图2所示，在固定床上吸式气化炉中，气化反应大致分为氧化层3、还原层4、裂解层5和干燥层6。

氧化反应：气化剂61由固定床上吸式气化炉下部的进风口进入，再经过炉栅下部导入，经过炭层2时与热炭进行换热，被加热后进入氧化层3，在氧化层3与炽热的炭发生燃烧反应，生成大量的二氧化碳，同时放出热量，温度可达1000～1200℃，在氧化层3进行的均为燃烧反应，并放出热量，也正是这部分反应放出的热量为还原层4的还原反应、物料的裂解和干燥提供了热源，在氧化层3中生成的热气体(一氧化碳和二氧化碳)进入气化炉的还原层4，炭则落入炭室1中。

还原反应：在还原层4已没有氧气存在，在氧化反应生成的二氧化碳在这里同炭及水蒸气发生还原反应，生成一氧化碳和氢气，还原反应为吸热反应，所以还原层4的温度约为700～900℃，主要产物为一氧化碳、二氧化碳和氢气，这些热气体同氧化层3生成的热气体进入上部裂解层5，而没有反应的炭则落入氧化层3。

裂解反应：氧化层3及还原层4生成的热气体，在上行过程中经过裂解层5，将生物质加热，将裂解层5的生物质进行裂解反应。在裂解反应中，生物质中大部分的挥发份从固体中分离出去，该区的温度大约为400～600℃。裂解层5的主要产物是炭、氢气、水蒸气、一氧化碳、甲烷、焦油和水蒸气及其他烃类物质，这些气体继续上升进入到干燥层6，而炭则进入还原层4。

干燥层6：在气化炉的最上层为干燥层6，物料62直接加入到干燥层6，湿物料在这里同下面三个反应区生成的热气体产物进行换热，使原料中的水分蒸发，吸收热量并降低产气温度。干燥层6温度大约为100～250℃。裂解层5和干燥层6总称为燃料准备区。粗燃气63从干燥层6排出。

氧化层3、还原层4、裂解层5和干燥层6中的一个层可以局部地渗入另一个层，各层中有部分是可以互相交错进行的。

优选地，果壳类生物质为椰壳、杏壳和/或核桃壳。

优选地，自动填料压紧装置能进行间歇式加料，加料间隔能自行设置。

优选地，二级净化器能替换为装有吸附剂的分离器，吸附剂为活性炭和/或粉碎的玉米芯。

优选地，增压装置采用4级7.5kw防爆电机。

优选地，储气罐71采用10m³储气罐，起缓冲作用。

一种根据上述果壳类生物质气化联产活性炭和电热的系统生产活性炭和电热的方法，如图1所示，其具体步骤如下：

s1、果壳类生物质经自动填料压紧装置通过固定床上吸式气化炉的顶料仓进入到固定床上吸式气化炉的炉腔内，气化所需气化剂由鼓风机经固定床上吸式气化炉下部的进风口吸入，果壳类生物质烘干、解列炭化为炭和粗燃气；

s2、炭经冷却收集器冷却收集后通过常规水蒸气活化炉活化制得高品质果壳活性炭，粗燃气经固定床上吸式气化炉上部的粗燃气出口进入燃气净化装置；

s3、粗燃气首先经旋风分离器初步除尘完成一级净化后进入气液分离器，在气液分离器中粗燃气经冷却水冷却，其中的生物质提取液被冷凝成液体，并与燃气分离，分离出来的生物质提取液排入生物质提取液池中收集后进一步利用，完成二级净化，二级净化的余热通过空气预热器对空气加热，加热后的空气通过鼓风机送入固定床上吸式气化炉，二级净化后的燃气进入喷淋装置完成三级净化；

s4、最终净化后的燃气经罗茨风机加压后进入储气罐71中储存；

s5、燃气经增压、稳压后引入发电站内，经管道专用阻火器，将燃气安全的输送至燃气发电机组进行发电，燃气发电机组的内燃机燃烧燃气产生的余热经空气预热器对空气加热，热空气由鼓风机送入固定床上吸式气化炉。

优选地，生物质提取液包括焦油、木醋液和水分。

优选地，燃气经燃气净化装置处理后，燃气的粉尘含量小于35mg/nm³,焦油的含量小于10～15mg/nm³，能够满足燃气发电机组的内燃机对生物质燃气的品质要求。

综上，本发明具有以下的优点：

①本发明通过回收果壳类生物质在生产活性炭过程中产生的大量可燃性烟气进行做功发电，不仅减少了烟气排放对环境的热污染及粉尘污染，而且实现了资源的综合利用。

②本发明采用固定床上吸式气化炉，可以间歇式加料，对原料的尺寸和水分的要求不高，气化效率高、燃气发热值较高，热气流向上流动，经过多层物料过滤的产出的气体灰分含量少；

③本发明通过固定床上吸式气化炉可联产活性炭、电和热，实现余能余热的梯级利用，充分利用可利用资源。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。