一种生物质连续炭化生产清洁燃气和生物质炭的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物质的高效清洁利用，特别是涉及一种生物质连续炭化生产清洁燃气和生物质炭的装置及方法。
技术背景
[0002]由于化石能源储量日益减少、油价波动较大、对能源安全问题的担忧以及对全球气候变暖的关注，发展清洁可再生能源已迫在眉睫，新能源行业呈现高速增长的趋势。生物质能以其可再生性、低污染性、分布广泛和总量丰富等优点已引起全球的广泛关注，将逐渐成为未来重要的替代能源之一。我国生物质资源十分丰富，资源总量不低于50亿吨干物质/年，其中，每年仅农作物秸杆和农副产品等就有8.6亿多吨，实现如此庞大规模的生物质资源的高效清洁利用对于保障我国能源安全和新农村能源体系的建立具有重要意义。
[0003]目前，生物质能源化利用技术包括生物质气化、生物质炭化、生物质直燃发电、生物质液化和生物质沼气技术等，其中，生物质炭化技术是最具潜力的生物质转化技术之一，具有良好的经济效益、社会效益和生态效益，成为我国重点开发推广的农村绿色能源项目。生物质炭化是指在缺氧或无氧条件下，生物质受热脱除原料中的水分以及部分氧、碳等成分，得到生物质炭、生物质焦油和可燃气体等产品的加工过程，该方法提高了生物质的能量密度，有效地改善了生物质的可磨性和疏水性，适宜长期储存和远距离运输。
[0004]然而，由于生物质炭化燃气中存在大量的焦油，无论是用于发电、供气或供热，生物质燃气中的焦油会堵塞管路，污染气缸，堵塞火花塞或燃气孔，使燃气发电、供气或供热难以正常运行。目前，生物质燃气中的焦油在工业上多采用水洗的方法脱除，该方法的主要缺点是焦油脱除效果不佳且会产生大量废水，必须配套工艺复杂、运行及建造成本高昂的废水处理装置，而且会造成部分能量损失。因此，生物质炭化燃气通常直接废弃或用作炭化炉的燃料，从而导致整个工艺过程产品结构单一、能量转化效率低。对生物质燃气中的焦油进行催化裂解就是在高温和催化剂的作用下，将焦油裂解为低分子燃气，不仅有效解决了焦油的危害问题，而且可以提高燃气的产率和热值以及整个过程的能量转化效率。本发明提供了一种生物质连续炭化生成清洁燃气和生物质炭的装置及方法，有效化解了传统炭化工艺产品结构单一和燃气中焦油含量高不能有效利用的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种生物质连续炭化生成清洁燃气和生物质炭的装置及方法。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种生物质连续炭化生产清洁燃气和生物质炭的装置，其特征在于，所述装置包括:原料存储单元1、生物质锅炉2、生物质干燥单元3、生物质炭化单元4、催化裂解单元5、生物质炭储存单元6、生物质燃气储存单元7 ；
[0008]所述的生物质干燥单元3包括固定床干燥炉8、置于固定床干燥炉内的第一螺旋推进器9以及环绕于固定床干燥炉外壁并与原料运动方向逆向交错排列的燃气管道10;
[0009]所述的生物质炭化单元4包括固定床炭化炉11、置于固定床炭化炉内的第二螺旋推进器12以及环绕于炭化炉外壁与原料运动方向呈逆向交错排列的高温烟气管道13;
[0010]所述的催化裂解单元5为2个以上并联的管式反应器；
[0011]通过管道，所述的原料存储单元I通过皮带输送机分别连接生物质锅炉2和固定床干燥炉8的进口，固定床干燥炉8的出口连接固定床炭化炉11的进口，固定床炭化炉11的一个出口连接生物质炭储存单元6，另一出口与催化裂解单元5的管式反应器入口整体焊接，催化裂解单元5整体置于生物质锅炉2的高温区内；生物质锅炉2出口与高温烟气管道13入口相连，高温烟气管道13出口接入固定床干燥炉进口 ；燃气管道10入口连接催化裂解单元5的管式反应器出口 ；燃气管道10出口连接生物质燃气储存单元7。
[0012]本发明还提供一种生物质连续炭化生产清洁燃气和生物质炭的方法，其特征在于，所述方法包括:
[0013]原料储存单元I通过皮带运输机将占生物质总质量1/10?1/2的生物质运送至生物质锅炉2，剩余的生物质则通过皮带运输机运送至生物质干燥单元3，生物质锅炉2产生的高温烟气为生物质炭化单元4提供热量，与生物质炭化单元4充分换热后的烟气进一步为生物质干燥单元3提供热量，经生物质干燥单元3干燥后的生物质进入生物质炭化单元4进行炭化，经生物质炭化单元4产生的生物质炭通过重力作用进入生物质炭储存单元6，生物质炭化单元4产生的生物质燃气进入催化裂解单元5中进行燃气中焦油的裂解反应脱除焦油，经催化裂解脱除焦油的清洁燃气进入生物质干燥单元3并为其提供热量，与生物质干燥单元3充分换热后的清洁生物质燃气进入生物质燃气储存单元7中；
[0014]其中，所述的生物质锅炉2的炉膛温度为800?1200°C，
[0015]所述的生物质干燥单元的固定床干燥炉温度为100?250°C，
[0016]所述的生物质炭化单元的固定床炭化炉温度为400?700°C，
[0017]所述燃气中焦油的催化裂解反应在二个或多个并联的管式反应器中进行，焦油的催化裂解与催化剂的再生可相互切换同时进行，
[0018]所述的管式反应器的温度为700?1100°C。
[0019]所述的经催化裂解脱除焦油的清洁燃气中的焦油含量小于5mg/m3。
[0020]上述的经催化裂解脱除焦油后的清洁燃气是热值为12?18MJ/m3的中热值燃气。
[0021]本发明的有益效果为:
[0022](I)本发明产生的燃气中焦油含量极低，可直接用于供热、供气和发电等，用途广泛。
[0023 ] (2)本发明可实现连续稳定生产，整个工艺的物料及热量流向合理，实现了显热的多级利用，能源转化效率高，整个生物质连续炭化工艺的能源转化效率达到75?90%。
[0024](3)与传统的生物质炭化工艺相比，本工艺的燃气产率高，燃气热值高。
[0025](4)与传统的生物质炭化工艺相比，本工艺无需水喷淋除焦油装置、电捕焦油器以及油水分离等装置，工艺流程短，系统连续运行可靠性高。
[0026](5)本工艺中生物质炭化单元与燃气中焦油的催化裂解单元整合在同一个装置中，焦油的催化裂解单元又以整体式内置于生物质锅炉中，整个工艺布局紧凑合理，经济性明显。
[0027](6)本工艺中生物质锅炉可为生物质炭化单元提供热量，也可直接通过生物质锅炉外供热水或蒸汽，两种运行工况可按需调节，生产控制灵活可靠，产品形式可调性强。
[0028](7)本工艺通过生物质燃烧产生的高温烟气以外热式的方式为生物质炭化过程提供热量，有效避免了传统的自热式炭化存在的工艺过程不稳定，生产控制难度大等一系列问题。
【附图说明】
[0029]图1是本发明工艺方法的流程图。
[0030]其中，1:原料存储单元，2:生物质锅炉，3:生物质干燥单元，4:生物质炭化单元，5:催化裂解单元，6:生物质炭储存单元，7:生物质燃气储存单元。
[0031]图2是生物质干燥单元结构示意图
[0032 ]其中，8:固定床干燥炉，9:第一螺旋推进装置，1:燃气管道。
[0033]图3是生物质炭化单元结构示意图
[0034]其中，11:固定床炭化炉，12:第二螺旋推进装置，13:高温烟气管道。
【具体实施方式】
[0035]下面通过实施了对本发明作进一步阐述:
[0036]实施例1
[0037]以成型稻秸杆为原料，采用本发明公开的装置及方法进行稻秸杆的连续炭化和燃气中焦油的催化裂解以生产清洁燃气和生物质炭。一部分成型稻秸杆通过皮带运输机运送至生物质锅炉燃烧，生物质锅炉的炉膛温度为1100°C，一部分成型稻秸杆通过皮带运