生物质直接热裂解发生器及其裂解方法.pdf

一种生物质直接热裂解发生器及其热裂解方法。所述发生器包括用以进行热裂解反应的热裂解反应室，在该热裂解反应室下方设置有燃烧加热室；所述发生器还包括：燃气输送泵，设置在该燃烧加热室下方；燃气回烧管，与位于该热裂解反应室上部的燃气出口连通，该燃气回烧管经由该燃气输送泵连接至该燃烧加热室；配风和点火装置，与该燃烧加热室连通。本发明直接使用裂解反应所产生的可燃气体作为生物质热裂解的加热源，在不引燃发生器内部热解原料的前提下直接为其加热，提高了热效率，同时增大了热裂解反应室内的原料加热接触面积，使原料充分混合并热解，大大提高了反应效率，并在提高燃气质量的同时减少了CO2等有害气体及烟尘的污染。

1.  一种生物质直接热裂解发生器，包括用以进行热裂解反应的热裂解反应室(1)，在该热裂解反应室(1)下方设置有燃烧加热室(9)，在该热裂解反应室(1)的侧壁靠近该燃烧加热室(9)的位置偏上设有进料口(12)；所述发生器还包括：
燃气输送泵(3)，设置在该燃烧加热室(9)下方；燃气回烧管(2)，与位于该热裂解反应室(1)上部的燃气出口(10)连通，该燃气回烧管(2)经由该燃气输送泵(3)连接至该燃烧加热室(9)；配风和点火装置(4)，与该燃烧加热室(9)连通。

2.  根据权利要求1所述的生物质直接热裂解发生器，其特征是，所述发生器还包括单向阀(5)，设置在该燃烧加热室(9)底部与该燃气回烧管(2)的燃气入口(11)之间，其中该燃气入口(11)位于该燃气输送泵(3)上方。

3.  根据权利要求2所述的生物质直接热裂解发生器，其特征是，所述配风和点火装置(4)经由该燃气入口(11)与该燃烧加热室(9)连通。

4.  根据权利要求1所述的生物质直接热裂解发生器，其特征是，所述发生器还包括连接至该进料口(12)的螺旋推进装置(7)和进料斗(8)，由生物质原料与催化剂组成的混合物料由该进料斗(8)经该螺旋推进装置(7)输送至该热裂解反应室(1)内。

5.  根据权利要求4所述的生物质直接热裂解发生器，其特征是，所述混合物料中催化剂的质量百分含量为5％-10％。

6.  根据权利要求5所述的生物质直接热裂解发生器，其特征是，所述催化剂为经回收处理后能重复使用的催化剂。

7.  根据权利要求6所述的生物质直接热裂解发生器，其特征是，所述催化剂选用以下之一：氧化钙、氧化钙与氧化镁的混合物、镍基催化剂或木炭。

8.  根据权利要求1所述的生物质直接热裂解发生器，其特征是，所述发生器的燃气出口(10)还连接有净化系统，该净化系统通过燃气储气柜连接至燃气用户，所述发生器还包括设置在该热裂解反应室(1)下部的出渣管(6)，在热裂解反应之后，该热裂解反应室(1)内的灰渣经由该出渣管(6)排出。

9.  根据权利要求1所述的生物质直接热裂解发生器，其特征是，该热裂解反应室(1)高为3米，直径为1.5米。

10.  一种生物质直接热裂解方法，其应用如权利要求1-9中任意一项所述的生物质直接热裂解发生器进行生物质热裂解反应；其包括如下步骤：
从燃气储气柜(13)中引出一部分燃气经由燃气回烧管(2)送入燃烧加热室(9)内，在该燃烧加热室(9)内与来自配风和点火装置(4)的空气中的氧气发生燃烧反应，反应产生的热量被均匀传导至该热裂解反应室(1)；
将经预处理后的生物质原料与催化剂混合成混合物料后，由进料斗(8)经由螺杆推进装置(7)传送至热裂解反应室(1)内；
在所述燃烧反应所形成的一定温度下，所述生物质原料在催化剂的作用下发生热裂解反应，产生燃气；
在燃气输送泵(3)的助力下，所产生的燃气的一部分作为回烧气经由该燃气储气柜(13)、该燃气回烧管(2)送入该燃烧加热室(9)内，在该燃烧加热室(9)内继续与来自配风和点火装置(4)的氧气发生燃烧反应；
所产生的燃气的另一部分经由净化系统输送到燃气储气柜(13)内并供给燃气用户使用。

11.  根据权利要求10所述的生物质直接热裂解方法，其特征是，所述生物质原料为粉末状，热裂解反应后产生的炭粉在高温下直接与所述回烧气中的二氧化碳发生反应生成一氧化碳。

12.  根据权利要求10所述的生物质直接热裂解方法，其特征是，在该热裂解反应室(1)内的温度维持在700℃至900℃，在该热裂解反应室(1)内的气压为常压。

生物质直接热裂解发生器及其裂解方法
技术领域
本发明涉及一种生物质热裂解方法及其设备，特别是涉及一种生物质直接热裂解发生器及其裂解方法。
背景技术
国内外生物质常规的气化方法主要有两种，一种为氧化法，分为固定床气化，流化床气化和携带床气化，大都采用空气作为气化剂，而且焦油无法很好的被分离和利用。另外的一种方法采用无氧热解干馏工艺，生物质焦油可以被很好的分离，但无法直接变为热源被利用，且这种工艺的产气量较低。经过借鉴煤焦油裂解的生产经验，目前生物质焦油也可以被裂解，其过程为：无氧热裂解所产生的气体携带焦油共同进入裂解炉进行催化裂解后变为燃气，目前裂解炉主要有固定床裂解炉和流化床裂解炉两种。
氧化法得到的生物质燃气比无氧热解工艺得到的燃气无论在气体质量，还是在气体热值方面都存在一定差距，为得到更高质量的生物燃气，近年来对无氧热解干馏工艺的研究力度逐步加大。现有技术的生物质无氧固定床焦油裂解工作原理为，生物质经预处理后，放置于封装在热解炉的热解反应釜内，该热解反应釜上部密封，将薪柴放入燃烧室的燃烧加热口内点燃，为热解反应釜加热，热解反应釜内的生物质高温热解产生热解气、焦油和焦炭，携带着焦油的热解气在经过催化裂解炉时，被催化裂解与合成，再经过净化系统后被送入储气柜。
在这种焦油裂解方法中，燃烧煤炭及生物质燃料加热技术与电加热技术一般采用间接加热，其热效率相对较低，且能耗成本相对较大，其所产生的余热也不具备普遍的利用和推广价值。生物质高温热解气在输送至裂解设备的过程中会有部分的热损失。并且在燃烧煤炭及生物质燃料时还需要配置结构复杂含占用体积较大的燃烧室，且需要较高的运输力量，因此生物质热解发生器的制造成本和运行成本较高。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明目的在于提供一种生物质直接热裂解发生器及其热裂解方法，该方法可使用这样一种生物质热解发生器，将生物质原料与裂解催化剂按照一定的配比混合后进行裂解反应，将裂解后生成的生物质可燃气体作为加热源及动力源来再用于上述生物质原料的直接热裂解。相对于天然气与石油液化，生物质热解所生产的可燃气体具有成本低、燃烧清洁等优点，因此将燃烧生物质可燃气体作为生物质热裂解的加热源，可以降低运行成本，提高整个系统的热效率。
为了进一步提高加热效率，降低运行费用，本发明将裂解后的生物质可燃气的燃烧装置设计在生物质直接热裂解发生器底部，使其燃烧所放出的绝大部分热量能被热解原料吸收利用。
为实现本发明的目的，提供一种生物质直接热裂解发生器，其包括用以进行热裂解反应的热裂解反应室，以及在该热裂解反应室下方设置有燃烧加热室，在热裂解反应室与燃烧加热室之间并无实际隔板分隔，在该热裂解反应室的侧壁靠近该燃烧加热室的位置偏上设有进料口；所述发生器还包括：燃气输送泵，设置在该燃烧加热室下方；燃气回烧管，与位于该热裂解反应室上部的燃气出口连通，该燃气回烧管经由该燃气输送泵连接至该燃烧加热室；配风和点火装置，与该燃烧加热室连通。
为实现本发明的目的，还提供一种生物质直接热裂解方法，其应用上所述的生物质直接热裂解发生器进行生物质热裂解反应；包括如下步骤：
从燃气储气柜中引出一部分燃气经由燃气回烧管送入燃烧加热室内，在该燃烧加热室内与来自配风和点火装置的氧气发生燃烧反应，反应产生的热量被均匀传导至该热裂解反应室；
将经预处理后的生物质原料与催化剂混合成混合物料后，由进料斗经由螺杆推进装置传送至热裂解反应室内；
在所述燃烧反应所形成的一定温度下，所述生物质原料在催化剂的作用下发生热裂解反应，产生燃气；
在燃气输送泵的助力下，所产生的燃气的一部分作为回烧气经由燃气储气柜和燃气回烧管送入燃烧加热室内，在该燃烧加热室内继续与来自配风和点火装置的氧气发生燃烧反应，所产生的燃气的另一部分经由净化系统输送到燃气储气柜内并供给燃气用户使用。
本发明的生物质直接热裂解发生器将反应过程中所产生的燃气的一部分回收自用，通过控制燃气输送量以及空气配比量来实现燃气的完全燃烧，直接为发生器的热裂解反应室提供热量，同时由于回烧气较快的上升流速，使反应室内的原料处于流化状态，增大了加热接触面积，使原料充分混合并热解，大大提高了反应效率。这样就克服了采用燃煤及直接燃烧生物质加热和电加热等间接加热技术的热效率低下等问题，提高了热效率。同时生物质原料热解完成后产生的炭粉与回烧气中的二氧化碳(CO₂)在高温下反应生成氧化碳(CO)，提高了生物质燃气的质量，减少了CO₂等有害气体及烟尘的污染，是真正意义上的绿色高效加热方式。同时本发明所选用的催化剂是氧化钙与氧化镁，这些催化剂可以回收重复使用，在一定程度上也减少了设备的运行成本。
附图说明
图1为本发明中所用装置的生物质直接热裂解发生器结构示意图。
其中的附图标记说明如下：
1、热裂解反应室；2、燃气回烧管；3、燃气输送泵；4、配风和点火装置；5、单向阀；6、出渣管；7、螺旋推进装置；8、进料斗；9、燃烧加热室；10、燃气出口；11、燃气入口；12、进料口；13、燃气储气柜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明及设备运行方式进行详细描述。
如图1所示，为本发明中所用装置生物质直接热裂解发生器结构示意图。该发生器包括：热裂解反应室1，设置在其下部的燃气输送泵3，在该热裂解反应室1上部的燃气出口10一侧连接有燃气回烧管2，该燃气回烧管2经由燃气输送泵3连接至位于该热裂解反应室1下方的燃烧加热室9，该热裂解反应室1与该燃烧加热室9因功能不同而划分，在它们之间并无实际隔板分隔，从燃气回烧管2输入的回烧气与经配风和点火装置4输入的氧气在燃烧加热室9区域混合并燃烧，对氧气输送量进行控制，使得燃烧只发生在该燃烧加热室9部分。
在该热裂解反应室1的侧壁靠近该燃烧加热室9的位置偏上设有进料口12，在该燃烧加热室9之下设置有燃气出口11，配风和点火装置4在一侧与该燃气出口11连通。这样，由热裂解反应室1反应生成的部分燃气进入燃气回烧管2，并在燃气输送泵的助力下经由燃气出口11送至燃烧加热室9内，同时还将氧气自配风和点火装置4输送至该燃烧加热室9内。此外，该热裂解反应室1还在其燃气出口10处与净化系统相连，该净化系统经由燃气储气柜连接至燃气用户。
本发明的生物质直接热裂解发生器的工作方法包括以下步骤：
首先，从燃气储气柜13中引出一部分燃气经由燃气回烧管2送入燃烧加热室9内，在该燃烧加热室9内与来自配风和点火装置4的空气中的氧气发生燃烧反应，反应产生的热量被均匀传导至该热裂解反应室1。
将经预处理后的生物质原料与催化剂按照一定配比从进料斗8送入，经由螺旋推进装置7自进料口12输送至热裂解反应室1内，所述生物质原料与催化剂在燃烧反应所形成的一定温度下发生热裂解反应，产生的燃气经由净化系统输送到燃气储气柜内，一部分供给燃气用户使用，另一部分燃气经由该燃气回烧管2送入位于该生物质热裂解反应室1下方的燃烧加热室9内，同时在该燃烧加热室9内与来自该配风和点火装置4的氧气发生燃烧反应，反应产生的热量被均匀传导至该热裂解反应室1。
所述单向阀5设置在燃烧加热室9与燃气回烧管2的燃气入口11处之间，用以使回烧气单向流入燃烧加热室9内，不会发生反方向流动。
所述混合物料中催化剂的质量百分含量为5％-10％。
所述催化剂选用以下之一：氧化钙、氧化钙与氧化镁的混合物、镍基催化剂或木炭。
在该生物质热裂解反应室1内的温度维持在700℃至900℃。
在该热裂解反应室1内的气压为常压。
该热裂解反应室1高为3，直径为1.5米。
其中，将经预处理后的生物质与催化剂按照一定配比由螺旋推进装置7输送至热裂解反应室1之后，所述生物质与催化剂由燃气回烧产生的热能直接对生物质进行催化裂解，从而产生燃气。由于燃烧加热室9与热裂解反应室1并未实际隔开，从燃烧加热室9中逸出的回烧气和燃烧后产生的燃气能够直接升入热裂解反应室1，而且由于回烧气等具有较快的上升流速，使热裂解反应室1内的原料处于流化状态，增大了加热接触面积，使原料充分混合并热裂解，所产生的燃气的一部分经由净化系统输送到燃气储气柜内，供给用户使用，另一部分燃气作为回烧气经由该燃气回烧管2送入该燃烧加热室9内，同时在该燃烧加热室9内与来自该配风和点火装置4的氧气发生燃烧反应，反应产生的热量被均匀传导至该热裂解反应室1内。
本发明的生物质直接热裂解发生器使用自产燃气进行加热，反应过程中生物质的气化与裂解同时进行，生物质原料与催化剂按照一定的配比同时送入热裂解发生器的热裂解反应室1内。
本发明使用的催化剂中，氧化钙和氧化镁可以回收重复使用，裂解反应完成后氧化钙及氧化镁吸附二氧化碳变为碳酸盐而失去活性，失活后的催化剂与生物质灰分由排渣系统排出，进入分离系统与灰分进行分离。分离后的钙镁碳酸盐进行高温煅烧，得到恢复催化活性的氧化钙和氧化镁催化剂进行重复使用。
本发明生物质直接热裂解发生器将反应过程中所产生的燃气的一部分回收自用，通过控制燃气输送量以及空气配比量来实现燃气的完全燃烧，直接为发生器的热裂解反应室1提供热量，同时由于回烧气较快的上升流速，使反应室1内的原料处于流化状态，增大了加热接触面积，使原料充分混合并热解，大大提高了反应效率，而不会引燃该热解热裂解反应室1内部的热解原料。这样就克服了采用燃煤及直接燃烧生物质加热和电加热等间接加热技术的热效率低下等问题，提高了热效率。生物质原料热裂解完成后产生的炭粉与回烧气中的二氧化碳(CO₂)在高温下反应生成一氧化碳(CO)，提高了燃气质量的同时减少了CO₂等有害气体及烟尘的污染，是真正意义上的绿色高效加热方式。