一种生物质与煤共热解及气化联产系统和热解反应器及其应用的制作方法

本发明属于生物质与煤的共热解技术领域，具体涉及一种生物质与煤共热解及气化联产系统和热解反应器及其应用。

背景技术：

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

由于随着对高品质煤资源的不断开发，低阶煤由于储量丰富和易于开发而显现出优势，且由于低阶煤直接燃烧存在粉尘大，发热量低等一系列问题，因此采用热解的方式对其进行提质，可实现其清洁利用。生物质由于可以通过光合作用固定co2，被视为一种零碳排放的资源，而其燃烧过程存在碱金属腐蚀及水分含量高的问题，一般采用热解的方式对其进行利用。目前，国内外对单独的煤或生物质热解及气化研究都相对比较成熟，但对于两者共热解再气化的应用极少。而生物质在300℃左右开始热解，低于煤的热解温度，首先产生富氢的活性自由基，与煤表面的自由基结合，促进煤的热解反应。将两者的热解过程有效地结合起来，利用两者热解的协同效应，实现其共热解，势必能得到更好的效果。热解是生物质与煤利用技术中具有共性的重要问题。例如，中国专利文献201410134860.4公开了一种热管供热式流化床生物质与煤共热解系统，该发明利用热管供热式流化床生物质与煤共热解装置，主体分为两部分，上面是热解炉，下面是燃烧炉；高温热管垂直贯穿热解炉和燃烧炉，在燃烧炉一端是吸热段，吸收半焦燃烧放出的热量，然后向上传递到热解炉；在热解炉的一端是放热段，放出热量供生物质和煤间接热解。

然而，本发明人认为：现有的一些煤热解技术存在焦油收率低和焦油中重质沥青组分高的缺点，而加氢热解和催化热解虽然能够提高热解产物的品质，但昂贵的氢气原料和复杂的催化剂制备工艺成为制约降低生产成本的关键因素；而生物质生产具有季节性，难以实现稳定供应，因此也难以大规模运行。

技术实现要素：

针对上述的问题。本发明旨在提供一种生物质与煤共热解及气化联产系统和热解反应器及其应用。本发明设计的煤与生物质共热解的系统不仅能够实现合理的能量供给配制，尽可能实现系统内部供能，减少对外部能源的依赖；而且利用物质氢碳比较高，可作为煤热解的供氢剂的特点，实现煤和生物质在热解过程中的优势互补。

本发明第一目的：提供一种生物质与煤共热解及气化联产系统。

本发明第二目的：提供利用所述联产系统进行生物质与煤共热解及气化联产的方法。

本发明第三目的：提供一种用于生物质与煤共热解的热解反应器。

本发明第四目的：提供利用所述热解反应器进行生物质与煤共热解的方法。

本发明第五目的：提供所述生物质与煤共热解及气化联产系统及热解反应器以及所述方法的应用。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开一种生物质与煤共热解及气化联产系统，包括：粉碎机、磨煤机、混合器、干燥器、热解反应器、高温除尘器、冷却器、焦油脱水装置、气化反应器和锅炉，其中：

所述粉碎机、磨煤机均与混合器连通；所述混合器、干燥器、热解反应器、高温除尘器、冷却器、锅炉依次序连通；所述热解反应器的出料口、温除尘器的出料口与均与气化反应器的进料口连通，所述冷却器、焦油脱水装置、气化反应器依次序连通，且焦油脱水装置与气化反应器的进料口连通，所述锅炉中的烟气出口通过管路依次与气化反应器、热解反应器、干燥器连通，使锅炉中的烟气依次序分别为这些装置提供热量。

其次，本发明公开利用所述联产系统进行生物质与煤共热解及气化联产的方法，包括如下步骤：

(1)生物质和煤分别经粉碎机和磨煤机处理后，进入混合器进行混合，混合后的物料进入干燥器进行干燥；

(2)将步骤(1)干燥后的物料进入热解反应器进行热解反应，热解后的得到气体(荒煤气)和固体产物半焦，其中，所述气体进入高温除尘器内除去夹带的半焦粉末，然后气体进入冷却器，使其中的焦油和酚水杂质冷凝下来，然后气体进一步进入焦油脱水装置，使焦油与酚水分离，最后，从焦油脱水装置中排出的不凝性气体作为燃料进入锅炉进行燃烧；

同时，以所述固体产物半焦与除尘器过滤得到的半焦粉末一起作为气化原料，以焦油脱水装置得到的酚水作为气化剂，所述气化原料和气化剂一起进入气化反应器发生气化反应，即可；

(3)锅炉产生的烟气顺次进入气化反应器、热解反应器、干燥器，分别为这些装置提供热量，经干燥器后烟气排放大气。

作为进一步的技术方案，步骤(1)中，所述干燥后使物料的含水量降低到5％以下。

作为进一步的技术方案，步骤(2)中，所述热解反应的温度为500-700℃。

作为进一步的技术方案，步骤(2)中，所述气化反应得到的气化气可用作生产合成天然气，进而用于燃烧发电、供暖等多联产系统。

作为进一步的技术方案，步骤(2)中，所述气化反应得到的气化气也可提纯用于生产醇类等化工产品。

作为进一步的技术方案，步骤(2)中，所述气化反应后剩余的少量焦经过活化后作为活性炭，可作为生物肥料还田、用于水泥等。

再次，本发明公开一种用于生物质与煤共热解的热解反应器，用于替代上述联产系统中的热解反应器，具体的，所述热解反应器包括：反应室、进料口、排气口、半焦出口、搅拌推进器、驱动装置、外部加热气室、烟气进口、烟气出口、进气通道和出气通道；其中：所述进料口设置在反应室的一端；所述排气口、半焦出口均设置在反应室的另一端，且排气口朝上设置，半焦出口朝下设置；所述搅拌推进器位于反应室中，用于对生物质与煤的搅拌和推进；所述驱动装置和搅拌推进器连接，用于为搅拌推进器提供动力；所述外部加热气室包裹在反应室的外表面，且两者之间的间隙形成供烟气通过的通道；所述烟气进口分叉形成多个进气通道，该进气通道的另一端与外部加热气室连通，使进气通道形成辐射状分布；所述烟气出口设置在烟气进口的对侧，用于连接烟气出口和与外部加热气室的出气通道的分布形式与进气通道相同，且进气通道和出气通道相对于外部加热气室的轴线交错分布。

作为进一步的技术方案，所述驱动装置为调速电机。

作为进一步的技术方案，所述搅拌推进器为螺杆，螺杆的旋转和推进作用能够使热解原料在反应过程中不断混合和分离，与反应室的内壁不断接触和分离，以实现均匀加热，均匀反应。

再其次，本发明公开利用所述热解反应器进行生物质与煤共热解的方法，包括如下步骤：

1)破碎干燥后的生物质和煤作为原料从进料口进入反应室，在搅拌推进器的作用下原料不断被混合、分离，并向反应室的另一端移动；同时，原料在热在反应室被热源提供的热量热解，热解过程中，所述热源从烟气进口进入进气通道，经过进气通道的分流后进入外部加热气室对反应室进行加热，然后热源进入出气通道，合流后经烟气出口排出；

2)热解得到的挥发份气体经排气口排出，进入后续的除尘处理设备；热解剩下的固体产物半焦经半焦出口排出，进入后续的气化装置，进一步反应。

作为进一步的技术方案，步骤(2)中，所述热解反应的热源可选自煤或天然气的燃烧烟气或其他高温废气中的任意一种或几种。

最后，本发明公开所述生物质与煤共热解及气化联产系统、利用所述联产系统进行生物质与煤共热解及气化联产的方法、用于生物质与煤共热解的热解反应器以及利用所述热解反应器进行生物质与煤共热解的方法在能源领域中的应用。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

(1)能量梯级利用：本发明采用热解气燃烧产生的高温烟气为气化、热解、干燥单元提供热量；烟气首先用于温度需求较高的气化反应器，再进入中等温度需求的热解反应器，最后进入温度需求200℃以下的干燥器，实现了热能的梯级利用。

(2)本发明的焦油脱水装置分离出来的酚水不需要进行进一步处理，而是直接作为气化剂进入气化反应器进行反应，减少了酚水处理的设备及费用。

(3)加热方式上，本发明采用多烟道外部烟气加热的方式，且用于分流的进气通道和用于汇流的出气通道错开分布，增加了热源在外部加热气室中的停留时间，尽可能实现对螺旋热解反应器的均匀加热；同时，这种结构能够有效解决原料在热解过程中因受热不均匀而引起产物产率的不稳定的问题。

(4)本发明采用的螺杆在原料的热解过程中，能够通过螺杆的旋转和推进作用使热解原料在反应过程中不断混合和分离，与反应器壁不断接触和分离，以实现均匀加热，均匀反应，有效避免原料在热解过程中因受热不均匀而引起产物产率的不稳定的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1的生物质与煤共热解及气化联产系统的结构示意图。

图2为本发明实施例2的用于生物质与煤共热解的热解反应器的结构示意图。

上述附图中标记分别代表：1-粉碎机、2-磨煤机、3-混合器、4-干燥器、5-热解反应器、6-高温除尘器、7-冷却器、8-焦油脱水装置、9-气化反应器、10-锅炉、5.1-反应室、5.2-进料口、5.3-排气口、5.4-半焦出口、5.5-搅拌推进器、5.6-驱动装置、5.7-外部加热气室、5.8-烟气进口、5.9-烟气出口、5.10-进气通道、5.11-出气通道。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如前文所述，所以电磁吸波材料在实际应用过程中一般只具有电磁吸波特性，而不具有承受载荷的能力，更遑论兼顾其他优良的动力学性能和静力学性能。因此，本发明提出一种嵌入式共固化大阻尼电磁吸波复合材料及其制备方法；现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1

一种生物质与煤共热解及气化联产系统，参考图1，其包括：粉碎机1、磨煤机2、混合器3、干燥器4、热解反应器5、高温除尘器6、冷却器7、焦油脱水装置8、气化反应器9和锅炉10，其中：所述粉碎机1、磨煤机2均与混合器3连通；所述混合器3、干燥器4、热解反应器5、高温除尘器6、冷却器7、锅炉10依次序连通；所述热解反应器5的出料口、温除尘器6的出料口与均与气化反应器9的进料口连通，所述冷却器7、焦油脱水装置8、气化反应器9依次序连通，且焦油脱水装置8与气化反应器9的进料口连通，所述锅炉10中的烟气出口通过管路依次与气化反应器9、热解反应器5、干燥器4连通，使锅炉10中的烟气依次序分别为这些装置提供热量。

实施例2

一种用于生物质与煤共热解的热解反应器，参考图2，所述热解反应器包括：反应室5.1、进料口5.2、排气口5.3、半焦出口5.4、搅拌推进器5.5、驱动装置5.6、外部加热气室5.7、烟气进口5.8、烟气出口5.9、进气通道5.10和出气通道5.11；其中：所述进料口5.2设置在反应室5.1的一端；所述排气口5.3、半焦出口5.4均设置在反应室5.1的另一端，且排气口5.3朝上设置，半焦出口5.4朝下设置；所述搅拌推进器5.5位于反应室5.1中，用于对生物质与煤的搅拌和推进；所述驱动装置5.6和搅拌推进器5.5连接，用于为搅拌推进器5.5提供动力；所述外部加热气室5.7包裹在反应室5.1的外表面，且两者之间的间隙形成供烟气通过的通道；所述烟气进口5.8分叉形成多个进气通道5.10，该进气通道5.10的另一端与外部加热气室5.7连通，使进气通道5.10形成辐射状分布；所述烟气出口5.9设置在烟气进口5.8的对侧，用于连接烟气出口5.9和与外部加热气室5.7的出气通道5.11的分布形式与进气通道5.10相同，且进气通道5.10和出气通道5.11相对于外部加热气室5.7的轴线交错分布。

实施例3

一种生物质与煤共热解及气化联产系统，同实施例1，区别在于：所述热解反应器5为实施例2所述的用于生物质与煤共热解的热解反应器。

实施例4

一种用于生物质与煤共热解的热解反应器，所述驱动装置5.1为调速电机。所述搅拌推进器为螺杆，螺杆的旋转和推进作用能够使热解原料在反应过程中不断混合和分离，与反应室的内壁不断接触和分离，以实现均匀加热，均匀反应。

实施例5

利用实施例1所述的联产系统进行生物质与煤共热解及气化联产的方法，包括如下步骤：

(1)生物质和煤分别经粉碎机1和磨煤机2处理后，进入混合器3进行混合，混合后的物料进入干燥器4进行干燥；

(2)将步骤(1)干燥后的物料进入热解反应器5进行热解反应，热解后的得到气体(荒煤气)和固体产物半焦，其中，所述气体进入高温除尘器6内除去夹带的半焦粉末，然后气体进入冷却器7，使其中的焦油和酚水杂质冷凝下来，然后气体进一步进入焦油脱水装置8，使焦油与酚水分离，最后，从焦油脱水装置8中排出的不凝性气体作为燃料进入锅炉10进行燃烧；

同时，以所述固体产物半焦与除尘器过滤得到的半焦粉末一起作为气化原料，以焦油脱水装置8得到的酚水作为气化剂，所述气化原料和气化剂一起进入气化反应器9发生气化反应；参考图1，气化反应得到的气化气可用作生产合成天然气，进而用于燃烧发电、供暖等多联产系统，也可提纯用于生产醇类等化工产品，气化后剩余的少量焦可用于活化制活性炭，作为生物肥料还田，以及用于水泥等；

(3)锅炉10主要用于产生烟气为整个系统提供热需求，满足热需求的前提下产生的少量蒸汽用于供热或发电，锅炉10产生的烟气顺次进入气化反应器9、热解反应器5、干燥器4，分别为这些装置提供热量(烟气首先用于温度需求较高的气化反应器，再进入中等温度需求的热解反应器，最后进入温度需求200℃以下的干燥器)，经干燥器4后烟气温度下降到100℃左右，然后排入大气。

实施例6

利用实施例2所述的热解反应器进行生物质与煤共热解的方法，包括如下步骤：

1)破碎干燥后的生物质和煤作为原料从进料口5.2进入反应室5.1，在搅拌推进器5.5的作用下原料不断被混合、分离，并向反应室5.1的另一端移动；同时，原料在热在反应室5.1被热烟气提供的热量热解，热解过程中，所述热烟气从烟气进口5.8进入进气通道5.10，经过进气通道5.10的分流后进入外部加热气室5.7对反应室5.1进行加热，然后热烟气进入出气通道5.11，合流后经烟气出口5.9排出；

2)热解得到的挥发份气体经排气口5.3排出，进入后续的除尘处理设备；热解剩下的固体产物半焦经半焦出口5.4排出，进入后续的气化装置，进一步反应。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。