專(zhuān)利名稱(chēng)：生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再生能源領(lǐng)域中對(duì)粉末原料的處理技術(shù)，具體地指一種生物質(zhì)氣化 系統(tǒng)中木炭粉的輸送方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，生物質(zhì)作為新興能源的利用形式主要有直接燃燒發(fā)電、氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、 氣化用于化工合成等數(shù)種。其中，生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電的應(yīng)用比較成熟，生物質(zhì)氣化技術(shù) (包括氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和氣化用于化工合成)則處于研究和開(kāi)發(fā)階段，沒(méi)有多少可供科 技人員參考的公開(kāi)資料，與之類(lèi)似的氣化技術(shù)主要是煤氣化技術(shù)。煤氣化技術(shù)基本上可分為水煤漿氣化工藝和煤干粉氣化工藝。在煤干粉氣化工藝 中，用于輸運(yùn)煤干粉的載體主要是氮?dú)饣蚨趸肌＠玫獨(dú)鉃檩d體進(jìn)行煤干粉輸運(yùn)的技 術(shù)主要應(yīng)用于煤氣化合成氨工藝，利用二氧化碳為載體進(jìn)行煤干粉輸運(yùn)的技術(shù)主要應(yīng)用于 煤氣化合成甲醇工藝，氮?dú)夂投趸家部梢怨餐瑧?yīng)用于煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。上述 氣化工藝中的氮?dú)夂投趸技茸鳛檩d體又作為工藝添加劑攜帶煤干粉進(jìn)行密相懸浮輸 運(yùn)，有其合理的地方，但兩者的氧耗偏高，冷氣化效率偏低。在生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究中，要想與煤干粉一樣利用高溫高壓的氣化爐氣化制取 合成氣，必須先對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，將其熱解成熱解氣和木炭，再送入氣化爐內(nèi)制取合成 氣產(chǎn)品。生物質(zhì)一般在高壓炭化爐內(nèi)低溫?zé)峤鉃槟咎亢蜔峤鈿?，熱解氣從高壓炭化爐上方 的出口連續(xù)排出，進(jìn)入熱解氣輸送工序，而木炭則從高壓炭化爐下方的出口連續(xù)流出，經(jīng)粉 碎、冷卻等處理后送入氣化爐制取合成氣。然而，生物質(zhì)氣化合成柴油工藝線路的下游費(fèi)托(FT)合成工藝對(duì)粗合成氣的品 質(zhì)要求相當(dāng)高。如果利用氮?dú)膺@種惰性氣體為載體輸運(yùn)木炭粉，會(huì)大大增加合成氣中氮?dú)?的含量，降低FT合成工藝的效率，同時(shí)還會(huì)增加耗氧量，降低冷氣化效率。如果利用二氧化 碳為載體輸運(yùn)木炭粉，雖然沒(méi)有增加額外的惰性組份，但也會(huì)增加氧耗，使合成氣中氫氣的 含量降低，一氧化碳的含量升高，也使整體冷氣化效率降低，特別是在合成氣產(chǎn)生的初期沒(méi) 有二氧化碳副產(chǎn)品產(chǎn)生的情況下，更需要外配二氧化碳進(jìn)行木炭粉的輸運(yùn)，這樣大大增加 了輸運(yùn)成本。另外，采用氮?dú)饣蚨趸驾斶\(yùn)還存在著燃燒過(guò)程中木炭粉不易著火的問(wèn)題， 木炭粉的氣化轉(zhuǎn)化率偏低，合成氣品質(zhì)較差。如何在FT合成工藝中降低氣化耗氧量、增加木炭粉的氣化率、提高整體冷氣化效 率是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題，但至今為止尚未見(jiàn)能夠有效解決該問(wèn)題的技術(shù)方案 報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要克服利用氮?dú)饣蚨趸歼M(jìn)行木炭粉輸運(yùn)所存在的缺陷，提 供一種生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的方法及設(shè)備。采用該方法及設(shè)備能夠在 不增加維修費(fèi)用、維持長(zhǎng)周期運(yùn)行的基礎(chǔ)上有效降低氣化氧耗、增加木炭粉的轉(zhuǎn)化率、提高
3冷氣化效率和合成氣品質(zhì)，并可以提高后續(xù)FT合成工藝的效率，降低FT合成工藝的成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的方 法，是以熱解氣為載體攜帶木炭粉進(jìn)入氣化爐燃燒氣化的過(guò)程。該方法包括如下步驟1)將生物質(zhì)原料經(jīng)高溫高壓熱解后所獲得的木炭破碎研磨成木炭粉后置于木炭 粉倉(cāng)內(nèi)，同時(shí)將所獲得的一部分高溫高壓熱解氣置于緩沖貯罐內(nèi)；2)通過(guò)螺旋給料輸送機(jī)將木炭粉倉(cāng)內(nèi)的木炭粉強(qiáng)制輸送至垂直落料管中，同時(shí)向 垂直落料管中補(bǔ)入天然氣，以使木炭粉呈散落狀態(tài)；3)將垂直落料管中的木炭粉引入氣流引射器中，同時(shí)將緩沖貯罐內(nèi)的高溫高壓熱 解氣也引入氣流引射器，使木炭粉在高溫高壓熱解氣的引射作用下形成粉氣混合物；4)通過(guò)主輸料管道將氣流引射器中的粉氣混合物輸送至氣化爐內(nèi)燃燒氣化。上述步驟1)中，木炭粉的粒徑控制在小于或等于100 ym，維持高溫高壓熱解氣的 溫度為400 700°C、壓力為3. 0 5. OMpa。上述步驟2)中，補(bǔ)入天然氣的溫度為70 90°C、壓力為3.0 5. OMpa。上述步驟3)中，粉氣混合物中木炭粉的質(zhì)量百分比為20 40%。上述步驟4)中，對(duì)主輸料管道中的粉氣混合物進(jìn)行伴熱保溫處理。上述步驟2)至步驟3)中，始終維持垂直落料管內(nèi)的壓力高于氣流引射器內(nèi)的壓 力 50 200Pa。本發(fā)明專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的用于實(shí)現(xiàn)上述方法的生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化 爐的設(shè)備，包括緩沖貯罐和木炭粉倉(cāng)，所述木炭粉倉(cāng)的木炭粉出口與螺旋給料輸送機(jī)的進(jìn) 料口相連，所述螺旋給料輸送機(jī)的出料口與垂直落料管的上端入口相連，所述垂直落料管 的管身上設(shè)置有天然氣補(bǔ)入口，所述垂直落料管的下端出口與氣流引射器的粉料輸入端相 連，所述氣流引射器的氣流輸入端與緩沖貯罐的熱解氣出口相連，所述氣流引射器的粉氣 混合輸出端與主輸料管道的進(jìn)口相連，所述主輸料管道的出口與氣化爐的原料入口相連。從以下幾個(gè)方面的技術(shù)手段分析可以歸納總結(jié)出本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)其一，采用高溫高壓熱解氣為載體攜帶木炭粉輸運(yùn)，這樣在輸運(yùn)過(guò)程中不會(huì)由于 熱解氣的溫度降低超出臨界點(diǎn)而出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，有效解決熱解氣冷凝導(dǎo)致輸運(yùn)管道沾污、 堵塞的問(wèn)題。特別是將熱解氣維持在400 700°C、3. 0 5. OMpa的參數(shù)范圍時(shí)，可以保證 整個(gè)輸運(yùn)過(guò)程中熱解氣溫度在冷凝點(diǎn)之上。對(duì)主輸料管道進(jìn)行伴熱保溫處理則可以使整個(gè) 輸運(yùn)管道中溫度均勻，將熱解氣的溫度波動(dòng)控制在最小范圍內(nèi)，確保熱解氣不會(huì)冷凝。其二，向垂直落料管中補(bǔ)入一定壓力的天然氣，可有效解決垂直落料管內(nèi)木炭粉 擠壓成棍而不下落的問(wèn)題，保證木炭粉的落料暢通。特別是將天然氣維持在70 90°C、 3. 0 5. OMpa的參數(shù)范圍內(nèi)，既安全可靠，又與熱解氣的參數(shù)范圍相匹配，可防止熱解氣向 上反竄。其三，在主輸料管道上采用氣流引射器對(duì)從垂直落料管中下落的木炭粉進(jìn)行有效 引射，可減小木炭粉下落的阻力，增大主輸料管道內(nèi)熱解氣射流的動(dòng)量，確保下落的木炭粉 不會(huì)在主輸料管道內(nèi)沉積。同時(shí)，在氣流引射和天然氣補(bǔ)氣的共同作用下，可始終維持垂直 落料管內(nèi)的壓力高于氣流引射器內(nèi)的壓力50 200Pa，兩者之間形成微正壓關(guān)系，優(yōu)選粉 氣混合物中木炭粉的質(zhì)量百分比為20 40%，既可確保木炭粉輸送通暢無(wú)阻，又可防止熱 解氣向上反竄。
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其四，利用高溫高壓熱解氣對(duì)木炭粉的預(yù)熱作用可降低木炭粉的著火熱，高溫高 壓熱解氣進(jìn)入氣化爐后燃燒釋放的熱量又使同時(shí)進(jìn)入的木炭粉的溫度進(jìn)一步升高，從而再 次降低了木炭粉的著火熱，提高了木炭粉的轉(zhuǎn)化率。其五，采用高溫高壓熱解氣為載體攜帶木炭粉輸運(yùn)，其惰性組份的增加為零，從而 降低了氣化氧耗量、提高了合成氣的品質(zhì)、提高了冷氣化效率、也降低了后續(xù)FT合成工藝 的成本。綜上所述，利用生物質(zhì)高溫高壓熱解氣為載體進(jìn)行木炭粉的輸運(yùn)，沒(méi)有帶入惰性 組份到系統(tǒng)中，無(wú)需增加額外的氧耗，其冷氣化效率可相對(duì)于傳統(tǒng)的氮?dú)?、二氧化碳輸運(yùn)工 藝大為提高。且高溫高壓熱解氣對(duì)木炭粉的預(yù)熱可以降低木炭粉的著火熱，高溫易燃的熱 解氣進(jìn)入氣化爐后立刻與氧氣反應(yīng)釋放熱量，可再次降低木炭粉的著火熱，使木炭粉更容 易著火，進(jìn)一步降低氧耗，提高木炭粉的氣化率和合成氣的品質(zhì)，進(jìn)而提高后續(xù)FT合成工 藝的效率。本發(fā)明既能用于以生物質(zhì)為原材料的氣化系統(tǒng)中，又能用于其他動(dòng)力設(shè)施、化工 和冶金行業(yè)中。


附圖為一種生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的設(shè)備和工藝作進(jìn)一步的詳細(xì)描述圖中所示的生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的設(shè)備，主要由緩沖貯罐1、 木炭粉倉(cāng)2、螺旋給料輸送機(jī)4、垂直落料管5、氣流引射器6和主輸料管道7組成。緩沖貯 罐1是一個(gè)壓力容器，用于過(guò)渡存儲(chǔ)高溫高壓熱解氣，其頂部設(shè)有熱解氣進(jìn)口 11，其下部設(shè) 有熱解氣出口 12，其內(nèi)設(shè)置有加熱保溫裝置10，用以維持熱解氣所需的工藝溫度。木炭粉 倉(cāng)2是一個(gè)下端錐斗狀的容器，用于過(guò)渡存儲(chǔ)木炭粉，其頂部設(shè)有木炭粉進(jìn)口 20，其底部設(shè) 有木炭粉出口 21。木炭粉出口 21與螺旋給料輸送機(jī)4的進(jìn)料口 22相連，螺旋給料輸送機(jī) 4由電機(jī)3驅(qū)動(dòng)，用于強(qiáng)制輸送木炭粉，螺旋給料輸送機(jī)4的出料口 23與垂直落料管5的上 端入口 24相連，垂直落料管5的管身上設(shè)置有天然氣補(bǔ)入口 25，垂直落料管5的下端出口 26與氣流引射器6的粉料輸入端27相連，氣流引射器6的氣流輸入端13與緩沖貯罐1的 熱解氣出口 12相連，氣流引射器6的粉氣混合輸出端14與主輸料管道7的進(jìn)口 15相連， 氣流引射器6優(yōu)選風(fēng)鏟式引射器。主輸料管道7外周敷設(shè)有保溫拌熱裝置，如電加熱絲或 保溫隔熱層等，以保證主輸料管道7內(nèi)的熱解氣穩(wěn)定在設(shè)定的范圍，防止熱解氣冷凝。主輸 料管道7的出口 16與氣化爐8的原料入口 17相連。氣化爐8內(nèi)原料入口 17的下方設(shè)置 有燃燒器9，氣化爐8的下部設(shè)置有合成氣出口 18，氣化爐8的底部設(shè)置有排渣口 19。上述生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的設(shè)備的工藝過(guò)程如下將生物質(zhì)原料經(jīng)高溫高壓熱解后所獲得的木炭破碎研磨成粒徑小于或等于 100 ym的木炭粉，輸送到木炭粉倉(cāng)2內(nèi)儲(chǔ)存，木炭粉的溫度約在70 90°C，最好將其穩(wěn)定 在80°C。同時(shí)，將所獲得的高溫高壓熱解氣分為兩部分，一部分約20 40%的熱解氣輸送 至緩沖貯罐1內(nèi)儲(chǔ)存，另一部分約60 80%的熱解氣直接送入氣化爐8內(nèi)的燃燒室9中。 緩沖貯罐1內(nèi)熱解氣的儲(chǔ)存量可根據(jù)木炭粉的量確定，維持緩沖貯罐1內(nèi)熱解氣的壓力在
54. OMpa,并通過(guò)加熱保溫裝置10維持熱解氣的溫度在400 700°C，最好穩(wěn)定在600°C。開(kāi)啟電機(jī)3，驅(qū)動(dòng)螺旋給料輸送機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)，將木炭粉倉(cāng)2內(nèi)的木炭粉源源不斷地輸 送至垂直落料管5中。同時(shí)通過(guò)天然氣補(bǔ)入口 25向垂直落料管5中補(bǔ)入天然氣，補(bǔ)入天然 氣的溫度控制在80 °C左右，壓力控制在4. OMpa左右。在垂直落料管5中的天然氣射流與木 炭粉充分混合，使木炭粉始終在散落狀態(tài)下進(jìn)入風(fēng)鏟式的氣流引射器6。與此同時(shí)，緩沖貯罐1內(nèi)的高溫高壓熱解氣也被引入氣流引射器6，對(duì)木炭粉和天 然氣的混合物進(jìn)行引射，高溫高壓熱解氣、天然氣和木炭粉三者在此形成粉氣混合物，粉氣 混合物中木炭粉的質(zhì)量百分比控制在30%左右，經(jīng)粉氣混合輸出端14進(jìn)入主輸料管道7。 在氣流引射器6連續(xù)不間斷運(yùn)行的作用下，垂直落料管5內(nèi)的壓力始終高于氣流引射器6 內(nèi)的壓力50 200Pa，即兩者總是保持微正壓關(guān)系，從而可確保粉氣混合物的連續(xù)輸送。在主輸料管道7中的粉氣混合物源源不斷向氣化爐8輸送的過(guò)程中，可根據(jù)需要 開(kāi)啟主輸料管道7外周的伴熱保溫裝置，以確保熱解氣的溫度始終處于其凝結(jié)溫度之上。 本實(shí)施例中粉氣混合物的溫度在主輸料管道7不加熱只保溫的情況下大約維持在355°C左 右，不存在熱解氣冷凝的危險(xiǎn)性。熱解氣攜帶木炭粉進(jìn)入氣化爐8內(nèi)的燃燒器9，被組織燃 燒氣化，所產(chǎn)生的合成氣經(jīng)合成氣出口 18進(jìn)入下游工藝，所產(chǎn)生的灰渣經(jīng)排渣口 19排出。
權(quán)利要求
一種生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的方法，是以熱解氣為載體攜帶木炭粉進(jìn)入氣化爐燃燒氣化的過(guò)程，其特征在于該方法包括如下步驟1)將生物質(zhì)原料經(jīng)高溫高壓熱解后所獲得的木炭破碎研磨成木炭粉后置于木炭粉倉(cāng)(2)內(nèi)，同時(shí)將所獲得的一部分高溫高壓熱解氣置于緩沖貯罐(1)內(nèi)；2)通過(guò)螺旋給料輸送機(jī)(4)將木炭粉倉(cāng)(2)內(nèi)的木炭粉強(qiáng)制輸送至垂直落料管(5)中，同時(shí)向垂直落料管(5)中補(bǔ)入天然氣，以使木炭粉呈散落狀態(tài)；3)將垂直落料管(5)中的木炭粉引入氣流引射器(6)中，同時(shí)將緩沖貯罐(1)內(nèi)的高溫高壓熱解氣也引入氣流引射器(6)，使木炭粉在高溫高壓熱解氣的引射作用下形成粉氣混合物；4)通過(guò)主輸料管道(7)將氣流引射器(6)中的粉氣混合物輸送至氣化爐(8)內(nèi)燃燒氣化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的方法，其特征在 于所說(shuō)的步驟1)中，木炭粉的粒徑控制在小于或等于100 ym，維持高溫高壓熱解氣的溫 度為400 700°C、壓力為3. 0 5. OMpa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的方法，其特征在 于所說(shuō)的步驟2)中，補(bǔ)入天然氣的溫度為70 90°C、壓力為3. 0 5. OMpa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的方法，其特征在 于所說(shuō)的步驟3)中，粉氣混合物中木炭粉的質(zhì)量百分比為20 40%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的方法，其特征在 于所說(shuō)的步驟4)中，對(duì)主輸料管道(7)中的粉氣混合物進(jìn)行伴熱保溫處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的 方法，其特征在于所說(shuō)的步驟2)至步驟3)中，始終維持垂直落料管(5)內(nèi)的壓力高于氣 流引射器(6)內(nèi)的壓力50 200Pa。
7.—種生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的設(shè)備，包括緩沖貯罐(1)和木炭粉 倉(cāng)(2)，其特征在于所述木炭粉倉(cāng)(2)的木炭粉出口(21)與螺旋給料輸送機(jī)(4)的進(jìn)料 口(22)相連，所述螺旋給料輸送機(jī)(4)的出料口(23)與垂直落料管(5)的上端入口(24) 相連，所述垂直落料管(5)的管身上設(shè)置有天然氣補(bǔ)入口(25)，所述垂直落料管(5)的下 端出口(26)與氣流引射器(6)的粉料輸入端(27)相連，所述氣流引射器(6)的氣流輸入 端(13)與緩沖貯罐(1)的熱解氣出口(12)相連，所述氣流引射器(6)的粉氣混合輸出端 (14)與主輸料管道(7)的進(jìn)口(15)相連，所述主輸料管道(7)的出口(16)與氣化爐⑶ 的原料入口 (17)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的設(shè)備，其特征在 于所述緩沖貯罐(1)內(nèi)設(shè)置有加熱保溫裝置(10)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的設(shè)備，其特 征在于所述氣流引射器(6)為風(fēng)鏟式引射器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的設(shè)備，其特 征在于所述主輸料管道(7)外周敷設(shè)有保溫拌熱裝置。
全文摘要
一種生物質(zhì)氣化系統(tǒng)中將木炭粉輸送至氣化爐的方法及設(shè)備。該方法是以熱解氣為載體攜帶木炭粉進(jìn)入氣化爐燃燒氣化的過(guò)程。其設(shè)備包括緩沖貯罐和木炭粉倉(cāng)，木炭粉倉(cāng)與螺旋給料輸送機(jī)相連，螺旋給料輸送機(jī)與垂直落料管的上端入口相連，垂直落料管的管身上設(shè)置有天然氣補(bǔ)入口，垂直落料管的下端出口與氣流引射器的粉料輸入端相連，氣流引射器的氣流輸入端與緩沖貯罐相連，氣流引射器的粉氣混合輸出端與主輸料管道相連，主輸料管道與氣化爐相連。采用該方法及設(shè)備能夠在不增加維修費(fèi)用、維持長(zhǎng)周期運(yùn)行的基礎(chǔ)上有效降低氣化氧耗、增加木炭粉的轉(zhuǎn)化率、提高冷氣化效率和合成氣品質(zhì)，并可以提高后續(xù)FT合成工藝的效率，降低FT合成工藝的成本。
文檔編號(hào)C10J3/50GK101875862SQ200910272559
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者張勇, 曹民俠, 楊占春, 趙鋒, 陳安合 申請(qǐng)人:武漢凱迪工程技術(shù)研究總院有限公司