生物质热解气化系统和热解气化方法与流程

本发明属于生物质能源利用领域，具体而言，本发明涉及生物质热解气化系统和热解气化方法。
背景技术：
：生物质能是地球第四大资源，仅次于煤炭、石油、天然气，同时也是储量最大的可再生能源。生物质具有分布广泛、储量丰富、可再生性、低污染性等特点，是最具潜力的化石能源替代能源之一。目前，生物质能的能源化利用方式主要以发酵生产燃料、沼气，气化，快速热解，炭化为主。其中，发酵生产燃料、沼气主要应用草本植物，该技术生产周期长，产率较低等缺点限制其发展；气化生产燃气技术则由于燃气热值低，多应用于发电、工业供气方面，有一定的局限性；炭化技术得到的产品主要以固体生物炭为主，难以替代化石能源规模化应用；快速热解是指在无氧或限氧的条件下，将生物质快速升温至550℃左右，生成生物油、生物炭和热解气的过程。热解技术是唯一一种将生物质能源直接转化为液体燃料的技术。然而，经过热解技术得到的生物油组分极为复杂，ph值较低、含氧量高、热稳定性较差、粘度大等缺点使得生物油难以直接利用和储存。此外，生物油的后处理过程复杂、效果不佳且成本较高，使其难以工业化应用。技术实现要素：本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出生物质热解气化系统和热解气化方法，利用该系统和方法对生物质进行热解和气化解决了热解过程中热效率低的问题，最大限度地将生物质转化为油、气资源，真正实现了生物质的清洁高效利用。根据本发明的一个面，本发明提出了一种生物质热解气化系统，根据本的实施例，该解气化系统包括：生物质热解气化炉，所述生物质热解气化炉包括：热解炉体和气化炉体，所述热解炉体和气化炉体上下一体形成，其中，所述热解炉体内布置有多个蓄热式辐射管，所述热解炉体的顶部具有生物质入口；所述气化炉体的下部形成有夹层结构，所述夹层结构的内壁由漏斗形出料部和连接在所述漏斗形出料部的底端的下料管组成，所述下料管的底端为固态物料出口，所述漏斗形出料部的侧壁上具有多个通孔，所述夹层结构的外壁上具有连通所述通孔的氧气进口和蒸汽进口；位于所述热解炉体与所述气化炉体相连接的侧壁上具有高温油气出口，高温除尘装置，所述高温除尘装置具有高温油气进口和高温净化油气出口，所述高温油气进口与所述高温油气出口相连；余热锅炉，所述余热锅炉具有高温净化油气进口、热解气出口、热解油出口、水进口和蒸汽出口，所述高温净化油气进口与所述高温净化油气出口相连。采用本发明上述实施例的生物质热解气化系统，生物质被破碎到一定粒度由生物质热解气化炉顶部进入热解炉体内，在蓄热式辐射管加热条件下发生热解反应，热解油气从炉体中部导出，产生的高温半焦进入在炉体下部的气化炉体与氧气和蒸汽接触发生燃烧气化反应，产生高温煤气，主要成分为co和h2，气化反应是强放热反应，高温煤气在上升过程中与下落的半焦逆流接触，气固进行换热，半焦吸收高温煤气的热量，温度升高，进而热解得到ch4、热解油。最终将煤高效清洁转化为富含h2、co、ch4的原料气，同时副产高附加值的芳烃类油品。由于半焦的不完全燃烧放热，为热解提供热量，能效更高。因此，本发明上述实施例的生物质热解气化系统最终实现了煤的清洁高效一步转化。另外，根据本发明上述实施例的生物质热解气化系统还可以具有如下附加的技术特征：在本发明的一些实施例中，所述多个通孔在所述漏斗形出料部的侧壁上呈多排布置，所述多排通孔的纵向投影以一定角度依次呈扇形分布开。在本发明的一些实施例中，相连两排通孔的夹角为30-45°。在本发明的一些实施例中，所述通孔的孔径为5-10mm。在本发明的一些实施例中，所述漏斗形出料部的侧壁与竖直方向夹角为35-60°。根据本发明的另一方面，本发明提出了一种利用前面实施例的生物质热解气化系统处理生物质的方法，根据本的实施例，该方法包括：将生物质由所述生物质入口供给至所述生物质热解气化炉内，使所述生物质在所述热解炉体进行热解，得到高温油气和半焦；使所述半焦进入所述气化炉体内与蒸汽和氧气接触形成旋流流化状态，并发生燃烧气化反应，产生高温煤气；将所述高温油气通入所述高温除尘装置内进行净化处理，以便得到高温净化油气；将所述高温净化油气供给至所述余热锅炉内进行余热回收，以便得到热解油和热解气，并产生水蒸气。采用本发明上述实施例的生物质热解气化方法，生物质被破碎到一定粒度由生物质热解气化炉顶部进入热解炉体内，在蓄热式辐射管加热条件下发生热解反应，热解油气从炉体中部导出，产生的高温半焦进入在炉体下部的气化炉体与氧气和蒸汽接触发生燃烧气化反应，产生高温煤气，主要成分为co和h2，气化反应是强放热反应，高温煤气在上升过程中与下落的半焦逆流接触，气固进行换热，半焦吸收高温煤气的热量，温度升高，进而热解得到ch4、热解油。最终将煤高效清洁转化为富含h2、co、ch4的原料气，同时副产高附加值的芳烃类油品。由于半焦的不完全燃烧放热，为热解提供热量，能效更高。因此，本发明上述实施例的生物质热解气化方法最终实现了煤的清洁高效一步转化。另外，根据本发明上述实施例的生物质热解气化方法还可以具有如下附加的技术特征：在本发明的一些实施例中，所述生物质的粒径不大于8mm。在本发明的一些实施例中，所述热解炉体进行热解的温度为550-600摄氏度。在本发明的一些实施例中，所述燃烧气化反应的温度为1000-1100摄氏度。在本发明的一些实施例中，所述高温油气的温度为700-800摄氏度。在本发明的一些实施例中，上述实施例的生物质热解气化方法进一步包括：将所述水蒸气由所述水蒸气进口供给至所述气化炉体内，用于所述半焦的燃烧气化反应。在本发明的一些实施例中，上述实施例的生物质热解气化方法进一步包括：将所述热解气进行净化处理，以便得到净煤气。附图说明图1是根据本发明一个实施例的生物质热解气化系统的结构示意图。图2是根据本发明一个实施例的生物质热解气化系统中漏斗形出料部的俯视图。图3是根据本发明另一个实施例的生物质热解气化系统的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。根据本发明的一个面，本发明提出了一种生物质热解气化系统，根据本发明的实施例，如图1所示，该解气化系统包括：生物质热解气化炉100、高温除尘装置200和余热锅炉300。根据本发明的具体实施例，所述生物质热解气化炉100包括：热解炉体110和气化炉体120，所述热解炉体110和气化炉体120上下一体形成，其中，所述热解炉体110内布置有多个蓄热式辐射管111，所述热解炉体的顶部具有生物质入口112；所述气化炉体120的下部形成有夹层结构，所述夹层结构的内壁由漏斗形出料部121和连接在所述漏斗形出料部的底端的下料管122组成，所述下料管122的底端为固态物料出口123，所述漏斗形出料部121的侧壁上具有多个通孔(未示出)，所述夹层结构的外壁124上具有连通所述通孔的氧气进口125和蒸汽进口126；位于所述热解炉体110与所述气化炉体120相连接的侧壁上具有高温油气出口130；高温除尘装置200具有高温油气进口210和高温净化油气出口220，高温油气进口210与高温油气出口130相连；余热锅炉300具有高温净化油气进口310、热解气出口320、热解油出口330、水进口340和蒸汽出口350，高温净化油气进口310与高温净化油气出口220相连。采用本发明上述实施例的生物质热解气化系统，生物质被破碎到一定粒度由生物质热解气化炉顶部进入热解炉体内，在蓄热式辐射管加热条件下发生热解反应，热解油气从炉体中部导出，产生的高温半焦进入在炉体下部的气化炉体与氧气和蒸汽接触发生燃烧气化反应，产生高温煤气，主要成分为co和h2，气化反应是强放热反应，高温煤气在上升过程中与下落的半焦逆流接触，气固进行换热，半焦吸收高温煤气的热量，温度升高，进而热解得到ch4、热解油。最终将煤高效清洁转化为富含h2、co、ch4的原料气，同时副产高附加值的芳烃类油品。由于半焦的不完全燃烧放热，为热解提供热量，能效更高。因此，本发明上述实施例的生物质热解气化系统最终实现了煤的清洁高效一步转化。下面参考图1详细描述本发明具体实施例的生物质热解气化系统。生物质热解气化炉根据本发明的具体实施例，所述生物质热解气化炉100包括：热解炉体110和气化炉体120，所述热解炉体110和气化炉体120上下一体形成，其中，所述热解炉体110内布置有多个蓄热式辐射管111，所述热解炉体的顶部具有生物质入口112；所述气化炉体120的下部形成有夹层结构，所述夹层结构的内壁由漏斗形出料部121和连接在所述漏斗形出料部的底端的下料管122组成，所述下料管122的底端为固态物料出口123，所述漏斗形出料部121的侧壁上具有多个通孔(未示出)，所述夹层结构的外壁124上具有连通所述通孔的氧气进口125和蒸汽进口126；位于所述热解炉体110与所述气化炉体120相连接的侧壁上具有高温油气出口130。由此，生物质由生物质入口112供给至热解炉体110内，在蓄热式辐射管111的加热下发生热解反应，热解油气从炉体中部的高温油气出口130导出，热解产生的高温半焦进入气化炉体120内与由漏斗形出料部121的侧壁上的多个通孔通入的氧气和蒸汽接触并发生燃烧气化反应，气化反应是强放热反应，产生主要成分为co和h2的高温煤气。高温煤气在上升过程中与下落的半焦逆流接触，气固进行换热，半焦吸收高温煤气的热量，温度升高，进而热解得到ch4、热解油由高温油气出口130排出，燃烧气化反应后的固态物料由底部的固态物料出口123。因此，生物质经过生物质热解气化炉100处理后，最终被转化为富含h2、co、ch4的原料气，同时副产高附加值的芳烃类油品。生物质热解气化炉100的一步式转化，显著提高了效率和清洁度，降低了能耗和污染。根据本发明的具体实施例，生物质热解气化炉100中，位于上部的热解炉体占生物质热解气化炉内整体高度的1/3-1/2。由此根据需要将热解炉体与气化炉体的比例进行划分协调，使得生物质能够完全热解从而实现生物质的高效一步式转化，提高煤气产率。根据本发明的具体实施例，如图2所示，漏斗形出料部121上形成的多个通孔127在漏斗形出料部121的侧壁上呈多排布置，所述多排通孔的纵向投影以一定角度依次呈扇形分布开。由此通过设置漏斗形出料部121，并在其侧壁上形成多排布置的通孔，由此通入氧气和蒸汽可以显著提高氧气和蒸汽的分布均匀性，提高气体与半焦的接触面积和接触效率，进而提高燃烧气化反应效率。另外，通过设置漏斗形出料部121，即固体物料的出料口逐步收窄，氧气和水蒸气与热半焦的反应空间逐步收窄，压力增大，进而增大半焦的停留时间，使其反应更加充分。根据本发明的具体实施例，如图2所示，相连两排通孔的夹角α为30-45°。根据本发明的具体实施例，所述通孔的孔径为5-10mm。由此可以有效防止通孔被堵塞，并有效提高通气效果。根据本发明的具体示例，位于同一排内的相邻两个通孔之间的距离为10-15mm。结合生物质堆密度轻，临界流化气速低的特点，此布风方式布风均匀，风速灵活可调，可以进一步提高通气效率。根据本发明的具体实施例，如图1所示，所述漏斗形出料部121的侧壁与竖直方向夹角β为35-60°。由此可保证布料气在不同料层高度生物质均匀分布，保证燃烧气化的均匀性。根据本发明的具体实施例，由于半焦的燃耗气化反应为放热反应，进而可以利用半焦燃烧气化产生的热量直接应用于半焦，进一步将半焦中未热解完成的挥发分进行提取产生高温油气，提高其转化率以及煤气产率。甚至应用于热解腔室内未完全热解的生物质，进而可以进一步热解效率，降低能耗。高温除尘装置根据本发明的具体实施例，高温除尘装置200具有高温油气进口210和高温净化油气出口220，高温油气进口210与高温油气出口130相连。由此，将高温油气通入高温除尘装置200内进行净化处理，以便得到高温净化油气。进而便于后续对高温油气进行分离处理。余热锅炉根据本发明的具体实施例，余热锅炉300具有高温净化油气进口310、热解气出口320、热解油出口330、水进口340和蒸汽出口350，高温净化油气进口310与高温净化油气出口220相连。由此，将高温净化油气供给至余热锅炉内进行余热回收，以便得到热解油和热解气，并产生水蒸气。进而可以有效回收高温净化油气的热量，避免能源浪费。根据本发明的具体实施例，余热锅炉300的蒸汽出口350与生物质热解气化炉100的蒸汽进口122相连。由此可以将利用回收高温净化油气的热量产生的蒸汽用于生物质在生物质热解气化炉100内的燃烧气化反应，进而将生物质产生的高温油气的热量回收用于自身的燃烧气化反应，省去了外部额外供给蒸汽，降低了生物质的处理能耗。热解气净化装置根据本发明的具体实施例，如图3所示，上述实施例的生物质热解气化系统进一步包括：热解气净化装置400，热解气净化装置400与热解气出口320相连。由此可以进一步对降温后的热解气进行净化处理，进而获得净煤气产品。根据本发明的具体实施例，如图3所示，上述实施例的生物质热解气化系统进一步包括：油水分离装置500，油水分离装置500与余热锅炉300的热解油出口330相连，由此可以将热解油中的水分离出来，进而得到纯热解油产品。根据本发明的另一方面，本发明提出了一种利用前面实施例的生物质热解气化系统处理生物质的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将生物质由所述生物质入口供给至所述生物质热解气化炉内，使所述生物质在所述热解炉体进行热解，得到高温油气和半焦；使所述半焦进入所述气化炉体内与蒸汽和氧气接触形成旋流流化状态，并发生燃烧气化反应，产生高温煤气；将所述高温油气通入所述高温除尘装置内进行净化处理，以便得到高温净化油气；将所述高温净化油气供给至所述余热锅炉内进行余热回收，以便得到热解油和热解气，并产生水蒸气。采用本发明上述实施例的生物质热解气化方法，生物质被破碎到一定粒度由生物质热解气化炉顶部进入热解炉体内，在蓄热式辐射管加热条件下发生热解反应，热解油气从炉体中部导出，产生的高温半焦进入在炉体下部的气化炉体与氧气和蒸汽接触发生燃烧气化反应，产生高温煤气，主要成分为co和h2，气化反应是强放热反应，高温煤气在上升过程中与下落的半焦逆流接触，气固进行换热，半焦吸收高温煤气的热量，温度升高，进而热解得到ch4、热解油。最终将煤高效清洁转化为富含h2、co、ch4的原料气，同时副产高附加值的芳烃类油品。由于半焦的不完全燃烧放热，为热解提供热量，能效更高。因此，本发明上述实施例的生物质热解气化方法最终实现了煤的清洁高效一步转化。下面对本发明具体实施例的利用前面实施例的生物质热解气化系统处理生物质的方法进行详细描述。根据本发明的具体实施例，首先，将生物质由所述生物质入口供给至所述生物质热解气化炉内，使所述生物质在所述热解炉体进行热解，得到高温油气和半焦；使所述半焦进入所述气化炉体内与蒸汽和氧气接触形成旋流流化状态，并发生燃烧气化反应，产生高温煤气。由此，生物质由生物质入口112供给至热解炉体110内，在蓄热式辐射管111的加热下发生热解反应，热解油气从炉体中部的高温油气出口130导出，热解产生的高温半焦进入气化炉体120内与由漏斗形出料部121的侧壁上的多个通孔通入的氧气和蒸汽接触并发生燃烧气化反应，气化反应是强放热反应，产生主要成分为co和h2的高温煤气。高温煤气在上升过程中与下落的半焦逆流接触，气固进行换热，半焦吸收高温煤气的热量，温度升高，进而热解得到ch4、热解油由高温油气出口130排出，燃烧气化反应后的固态物料由底部的固态物料出口123。因此，生物质经过生物质热解气化炉100处理后，最终被转化为富含h2、co、ch4的原料气，同时副产高附加值的芳烃类油品。生物质热解气化炉100的一步式转化，显著提高了效率和清洁度，降低了能耗和污染。根据本发明的具体实施例，待处理的生物质的粒径不大于8mm。由此可以提高热解效率，热解过程中油气可以快速导出，减少二次裂解反应，焦油产率和品质更佳。另外小粒径半焦在燃烧气化段反应速率更快，半焦燃烧气化反应的效率高。根据本发明的具体实施例，生物质在热解炉体内，在蓄热式辐射管加热条件下发生热解反应，得到热解油气和半焦。具体地，生物质在热解炉体进行热解的温度为550-600摄氏度。在此温度范围内，煤热解焦油产率达到峰值，实现高的焦油产率。根据本发明的具体实施例，热解得到的半焦进入在位于下部的气化炉体与氧气和蒸汽接触发生燃烧气化反应。具体地，半焦发生燃烧气化反应的温度为1000-1100摄氏度。由此可以使得半焦充分地转化为主要成分为co和h2的产生高温煤气。同时，由于下部气化炉体内的发生的反应温度更高，可以利用半焦燃烧气化产生的热量直接应用于半焦，甚至应用于热解腔室内未完全热解的有机污泥中，进而进一步降低能耗。根据本发明的具体实施例，其次，将高温油气通入高温除尘装置200内进行净化处理，以便得到高温净化油气。进而便于后续对高温油气进行分离处理。根据本发明的具体实施例，由生物质热解气化炉100内排出的高温油气的温度可以达到700-800摄氏度。经过高温除尘装置200进行净化处理后得到的高温净化油气温度大概在650-750摄氏度。由此将其热量进行回收，例如可以利用余热锅炉进行回收，并获得水蒸气。为此，根据本发明的具体实施例，最后，可以将高温净化油气供给至余热锅炉300内进行余热回收，以便得到热解油和热解气，并产生水蒸气。进而可以有效回收高温净化油气的热量，避免能源浪费。根据本发明的具体实施例，对高温净化油气进行余热回收可以产生300-400摄氏度的高温蒸汽。根据本发明的具体实施例，上述实施例的热解气化方法进一步包括：将余热锅炉回收高温油气的热量产生的水蒸气由水蒸气进口供给至气化炉体120内，用于半焦的燃烧气化反应。由此可以将利用回收高温净化油气的热量产生的蒸汽用于生物质在生物质热解气化炉内的燃烧气化反应，进而将生物质产生的高温油气的热量回收用于自身的燃烧气化反应，省去了外部额外供给蒸汽，降低了生物质的处理能耗。根据本发明的具体实施例，上述实施例的热解气化方法进一步包括：将热解气通入热解气净化装置400进行净化处理，以便得到净煤气。由此可以进一步对降温后的热解气进行净化处理，进而获得净煤气产品。根据本发明的具体实施例，上述实施例的热解气化方法进一步包括：将热解油通入油水分离装置500内进行油水分离，由此可以将热解油中的水分离出来，进而得到纯热解油产品。根据本发明上述实施例的生物质热解气化系统和热解气化方法至少具有下列优点之一：(1)利用半焦燃烧气化产生的热量直接应用于热解中，较原有能耗进一步降低。(2)可高效灵活控制热解、气化程度，油、气、半焦产率可大幅度调节，市场适应性更强。(3)更好的利用了生物质高挥发分、活性高的特性，最大程度将生物质转化为油、气资源。(4)消耗燃料量降低，投资运行成本降低，经济性更好。(5)固体物料出料装置，采用均布有微孔的“漏斗”形结构，固体物料的出料口逐步收窄，氧气和水蒸气与热半焦的反应空间逐步收窄，压力增大，增大停留时间。实施例以木屑为例，木屑的主要性质如下表：表1项目单位数值备注全水％5.5收到基挥发分％75收到基灰分％2.4收到基将粒径为<8mm的木屑从蓄热式生物质热解气化系统顶部加入，蓄热式辐射管采用低热值燃气作为原料气，热解温度为550℃。中低温半焦下落在蓄热式生物质热解气化炉下部与蒸汽与氧气接触形成旋流流化状态，发生燃烧气化反应，温度在1000℃。半焦燃烧气化产生低高温煤气上升与中低温半焦接触进行气固换热，进一步将半焦挥发分进行提取产生油气。蓄热式生物质热解气化炉荒煤气出口温度在750℃，进入高温除尘器中将夹带低粉尘去除。从高温除尘器导出低高温荒煤气温度在700℃，进入煤气余热回收装置，与进入软水进行换热产生300℃蒸汽作为气化剂送入蓄热式生物质热解气化炉下部。经换热荒煤气进入荒煤气净化系统，产生油水进入油水回收装置回收焦油作为产品。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页12