一種生物質連續炭化生產清潔燃氣和生物質炭的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物質的高效清潔利用，特別是涉及一種生物質連續炭化生產清潔燃氣和生物質炭的裝置及方法。
技術背景
[0002]由于化石能源儲量日益減少、油價波動較大、對能源安全問題的擔憂以及對全球氣候變暖的關注，發展清潔可再生能源已迫在眉睫，新能源行業呈現高速增長的趨勢。生物質能以其可再生性、低污染性、分布廣泛和總量豐富等優點已引起全球的廣泛關注，將逐漸成為未來重要的替代能源之一。我國生物質資源十分豐富，資源總量不低于50億噸干物質/年，其中，每年僅農作物秸桿和農副產品等就有8.6億多噸，實現如此龐大規模的生物質資源的高效清潔利用對于保障我國能源安全和新農村能源體系的建立具有重要意義。
[0003]目前，生物質能源化利用技術包括生物質氣化、生物質炭化、生物質直燃發電、生物質液化和生物質沼氣技術等，其中，生物質炭化技術是最具潛力的生物質轉化技術之一，具有良好的經濟效益、社會效益和生態效益，成為我國重點開發推廣的農村綠色能源項目。生物質炭化是指在缺氧或無氧條件下，生物質受熱脫除原料中的水分以及部分氧、碳等成分，得到生物質炭、生物質焦油和可燃氣體等產品的加工過程，該方法提高了生物質的能量密度，有效地改善了生物質的可磨性和疏水性，適宜長期儲存和遠距離運輸。
[0004]然而，由于生物質炭化燃氣中存在大量的焦油，無論是用于發電、供氣或供熱，生物質燃氣中的焦油會堵塞管路，污染氣缸，堵塞火花塞或燃氣孔，使燃氣發電、供氣或供熱難以正常運行。目前，生物質燃氣中的焦油在工業上多采用水洗的方法脫除，該方法的主要缺點是焦油脫除效果不佳且會產生大量廢水，必須配套工藝復雜、運行及建造成本高昂的廢水處理裝置，而且會造成部分能量損失。因此，生物質炭化燃氣通常直接廢棄或用作炭化爐的燃料，從而導致整個工藝過程產品結構單一、能量轉化效率低。對生物質燃氣中的焦油進行催化裂解就是在高溫和催化劑的作用下，將焦油裂解為低分子燃氣，不僅有效解決了焦油的危害問題，而且可以提高燃氣的產率和熱值以及整個過程的能量轉化效率。本發明提供了一種生物質連續炭化生成清潔燃氣和生物質炭的裝置及方法，有效化解了傳統炭化工藝產品結構單一和燃氣中焦油含量高不能有效利用的問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種生物質連續炭化生成清潔燃氣和生物質炭的裝置及方法。
[0006]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0007]—種生物質連續炭化生產清潔燃氣和生物質炭的裝置，其特征在于，所述裝置包括:原料存儲單元1、生物質鍋爐2、生物質干燥單元3、生物質炭化單元4、催化裂解單元5、生物質炭儲存單元6、生物質燃氣儲存單元7 ；
[0008]所述的生物質干燥單元3包括固定床干燥爐8、置于固定床干燥爐內的第一螺旋推進器9以及環繞于固定床干燥爐外壁并與原料運動方向逆向交錯排列的燃氣管道10;
[0009]所述的生物質炭化單元4包括固定床炭化爐11、置于固定床炭化爐內的第二螺旋推進器12以及環繞于炭化爐外壁與原料運動方向呈逆向交錯排列的高溫煙氣管道13;
[0010]所述的催化裂解單元5為2個以上并聯的管式反應器；
[0011]通過管道，所述的原料存儲單元I通過皮帶輸送機分別連接生物質鍋爐2和固定床干燥爐8的進口，固定床干燥爐8的出口連接固定床炭化爐11的進口，固定床炭化爐11的一個出口連接生物質炭儲存單元6，另一出口與催化裂解單元5的管式反應器入口整體焊接，催化裂解單元5整體置于生物質鍋爐2的高溫區內；生物質鍋爐2出口與高溫煙氣管道13入口相連，高溫煙氣管道13出口接入固定床干燥爐進口 ；燃氣管道10入口連接催化裂解單元5的管式反應器出口 ；燃氣管道10出口連接生物質燃氣儲存單元7。
[0012]本發明還提供一種生物質連續炭化生產清潔燃氣和生物質炭的方法，其特征在于，所述方法包括:
[0013]原料儲存單元I通過皮帶運輸機將占生物質總質量1/10?1/2的生物質運送至生物質鍋爐2，剩余的生物質則通過皮帶運輸機運送至生物質干燥單元3，生物質鍋爐2產生的高溫煙氣為生物質炭化單元4提供熱量，與生物質炭化單元4充分換熱后的煙氣進一步為生物質干燥單元3提供熱量，經生物質干燥單元3干燥后的生物質進入生物質炭化單元4進行炭化，經生物質炭化單元4產生的生物質炭通過重力作用進入生物質炭儲存單元6，生物質炭化單元4產生的生物質燃氣進入催化裂解單元5中進行燃氣中焦油的裂解反應脫除焦油，經催化裂解脫除焦油的清潔燃氣進入生物質干燥單元3并為其提供熱量，與生物質干燥單元3充分換熱后的清潔生物質燃氣進入生物質燃氣儲存單元7中；
[0014]其中，所述的生物質鍋爐2的爐膛溫度為800?1200°C，
[0015]所述的生物質干燥單元的固定床干燥爐溫度為100?250°C，
[0016]所述的生物質炭化單元的固定床炭化爐溫度為400?700°C，
[0017]所述燃氣中焦油的催化裂解反應在二個或多個并聯的管式反應器中進行，焦油的催化裂解與催化劑的再生可相互切換同時進行，
[0018]所述的管式反應器的溫度為700?1100°C。
[0019]所述的經催化裂解脫除焦油的清潔燃氣中的焦油含量小于5mg/m3。
[0020]上述的經催化裂解脫除焦油后的清潔燃氣是熱值為12?18MJ/m3的中熱值燃氣。
[0021]本發明的有益效果為:
[0022](I)本發明產生的燃氣中焦油含量極低，可直接用于供熱、供氣和發電等，用途廣泛。
[0023 ] (2)本發明可實現連續穩定生產，整個工藝的物料及熱量流向合理，實現了顯熱的多級利用，能源轉化效率高，整個生物質連續炭化工藝的能源轉化效率達到75?90%。
[0024](3)與傳統的生物質炭化工藝相比，本工藝的燃氣產率高，燃氣熱值高。
[0025](4)與傳統的生物質炭化工藝相比，本工藝無需水噴淋除焦油裝置、電捕焦油器以及油水分離等裝置，工藝流程短，系統連續運行可靠性高。
[0026](5)本工藝中生物質炭化單元與燃氣中焦油的催化裂解單元整合在同一個裝置中，焦油的催化裂解單元又以整體式內置于生物質鍋爐中，整個工藝布局緊湊合理，經濟性明顯。
[0027](6)本工藝中生物質鍋爐可為生物質炭化單元提供熱量，也可直接通過生物質鍋爐外供熱水或蒸汽，兩種運行工況可按需調節，生產控制靈活可靠，產品形式可調性強。
[0028](7)本工藝通過生物質燃燒產生的高溫煙氣以外熱式的方式為生物質炭化過程提供熱量，有效避免了傳統的自熱式炭化存在的工藝過程不穩定，生產控制難度大等一系列問題。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明工藝方法的流程圖。
[0030]其中，1:原料存儲單元，2:生物質鍋爐，3:生物質干燥單元，4:生物質炭化單元，5:催化裂解單元，6:生物質炭儲存單元，7:生物質燃氣儲存單元。
[0031]圖2是生物質干燥單元結構示意圖
[0032 ]其中，8:固定床干燥爐，9:第一螺旋推進裝置，1:燃氣管道。
[0033]圖3是生物質炭化單元結構示意圖
[0034]其中，11:固定床炭化爐，12:第二螺旋推進裝置，13:高溫煙氣管道。
【具體實施方式】
[0035]下面通過實施了對本發明作進一步闡述:
[0036]實施例1
[0037]以成型稻秸桿為原料，采用本發明公開的裝置及方法進行稻秸桿的連續炭化和燃氣中焦油的催化裂解以生產清潔燃氣和生物質炭。一部分成型稻秸桿通過皮帶運輸機運送至生物質鍋爐燃燒，生物質鍋爐的爐膛溫度為1100°C，一部分成型稻秸桿通過皮帶運