返料单元、应用该单元的双流化床反应装置的制作方法

本发明涉及生物质制氢，特别涉及一种返料单元、应用该单元的双流化床反应装置。

背景技术：

1、作为一种高效清洁能源，氢能发展正当其时，在以生物质为原料制氢的各种技术路线中，利用流化床反应器进行高效热转化以制取富氢气体前景比较可观。

2、传统的流化床反应器燃烧与气化过程在同一反应器中进行导致合成气被部分燃烧，产率较低。现有技术中已存在双流化床的应用，双流化床反应器具有如下优势：其将燃烧与气化进行解耦，间接加热，产氢率较高；燃烧室与气化室之间仅有固体与热量的高效交换，能够以较小体积实现高热通量与高处理量；焦油含量比常规路线低，便于后续脱焦油处理。

3、中国专利申请cn109704278a公开了一种双流化床生物质热解气化制备氢气的装置及方法，该双流化床包括流化床热解炉、流化床燃烧炉，流化床热解炉包括热解炉提升管，热解炉提升管后端连接有热解炉旋风分离器，热解炉旋风分离器上部连接变换反应器，同时下部连接至热解炉返料阀，热解炉返料阀另一出口与流化床燃烧炉连接，流化床燃烧炉包括燃烧炉提升管；热解炉返料阀另一出口与燃烧炉提升管底部相连；燃烧炉提升管中部设载氧体旋风分离器，顶部设co2吸收剂旋风分离器；该方案制备过程中无需纯氧作为气化剂，系统仅需要补充空气作为气化即可以满足生产需求，生产成本低廉，且热解炉不使用空气进行流化，其生物质燃气中的有效组分含量高。

4、目前制约双流化床反应器的主要难点在于如何实现气化室与燃烧室的高效气固分离，使得两者之间形成只存在热量与床料交换的稳定循环。固体颗粒循环速度决定流化床内固体颗粒浓度，固体颗粒浓度对循环流化床的燃烧、传热及脱硫起很大的作用，所以，保证循环床料的稳定流动是循环流化床正常运行的基础。

5、双流化床需要使用返料装置，返料装置为非机械阀，在返料器两侧压力作用下驱动被流化的物料进行固体输送。许多问题均能导致返料中半焦颗粒过少，无法由燃烧提供足够热量，因此如何使床料达到设计温度，是循环流化床反应器的设计难点。因此需要从避免气体反窜，减小流化“死区”和提升固体颗粒循环量方面进一步改进双流化床反应器。

6、因此，亟需一种返料单元、应用该单元的双流化床反应装置，从而在保证产氢率的同时，降低富氢合成气与烟气之间窜气的可能性，减小流化死区。

7、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种返料单元、应用该单元的双流化床反应装置，从而在保证产氢率的同时，降低富氢合成气与烟气之间窜气的可能性，减小流化死区。

2、本发明的另一目的在于提供一种返料单元、应用该单元的双流化床反应装置，使得气化室下部的固体颗粒实现局部的核-环流动循环，增强了床料颗粒与生物质颗粒之间的传热。

3、为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种返料单元，应用于双流化床反应装置中的燃烧室和气化室之间，用于生物质原料制氢工艺；包括：返料室，其通过送料管与气化室或燃烧室连通；该返料室下部设有第一布风风腔；松动室，其接收来自燃烧室或气化室的床料颗粒并阻隔气体，该松动室中、上部与返料室通过隔板隔开，松动室底板朝向隔板倾斜设置；该松动室下部设有第二布风风腔。

4、进一步，上述技术方案中，返料单元分为上返料器和下返料器；其中，上返料器的进料管通过旋风分离器与燃烧室连通，送料管与气化室连通；下返料器的进料管与气化室连通，送料管与燃烧室连通。

5、进一步，上述技术方案中，松动室底板和返料室底板上均设有风帽或气孔。

6、进一步，上述技术方案中，风帽或气孔在松动室底板上局部设置，设置在远离隔板一侧。

7、进一步，上述技术方案中，松动室的横截面尺径大于返料室的横截面尺径。具体地，上返料器松动室的横截面尺径可以为返料室横截面尺径的1.1至1.5倍；下返料器松动室的横截面尺径可以为返料室横截面尺径的2至3倍。

8、为实现上述目的，根据本发明的第二方面，本发明提供了一种双流化床反应装置，包括前述的返料单元，该返料单元分为上返料器和下返料器，该装置还包括：气化室，其中部与上返料器的送料管连通，用于接收来自上返料器的高温床料颗粒并与常温的生物质原料进行混合，在气化室底部流化风和喷动风的共同作用下，生物质原料和床料颗粒形成鼓泡喷动流化状态，并产生富氢气体；其下部与下返料器的进料管连通，用于向燃烧室输送冷却后的床料颗粒以及半焦颗粒；燃烧室，其通过下返料器接收冷却后的床料颗粒以及半焦颗粒并进行燃烧，一部分半焦颗粒通过燃烧放热加热床料颗粒；加热后的床料颗粒通过上返料器重新进入气化室形成循环。

9、进一步，上述技术方案中，流化风可从气化室底部径向进入，喷动风可从气化室底部轴向向上进入。相应地，气化室底部设有喷动流化机构，该机构可包括：锥体，其外壁面与流化风进口相切，该锥体表面设有均匀分布的气孔；竖直导管，其位于锥体上方且导管入口正对喷动风的进口；流化风将床料颗粒和生物质原料吹扫至导管入口，再通过喷动风将所述床料颗粒和生物质原料喷入导管进而从导管外部掉落，形成颗粒的核-环流动循环状态。

10、进一步，上述技术方案中，导管出口上方一段距离处设有用于限制床料颗粒和生物质原料继续上行的颗粒限制器。颗粒限制器可采用锥帽结构。

11、进一步，上述技术方案中，上返料器的送料管与气化室可采用切向接入的方式设置。

12、进一步，上述技术方案中，燃烧室中段可以设置为缩径段。燃烧室底部设有助燃空气入口；缩径段顶部可设有补充燃料及二次风入口。

13、进一步，上述技术方案中，床料颗粒可采用惰性床料或金属氧化物床料。金属氧化物床料优选采用氧化钙床料，用于在气化室捕集二氧化碳生成碳酸钙，碳酸钙在燃烧室受热分解出二氧化碳并随烟气排出。流化风和喷动风均可采用氮气或水蒸气，当采用水蒸气时，水蒸气可对生物质原料气化后产生的焦油进行重整。

14、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

15、1)本发明的返料单元中上、下返料器松动室底板的倾斜设置可有效减小流化死区；在减小流化死区的同时仍能保证气化室与燃烧室之间的填料密封性能，降低了富氢合成气与烟气之间窜气的可能性，为双流化床装置长周期稳定运行提供保障；在倾斜底板的基础上，在远离隔板的部位局部设置风帽或气孔，通过更高的气速鼓泡破坏焦炭颗粒与生物质颗粒的可能形成的板结；而向下移动速度较快的近隔板侧颗粒则仍保持移动床的密封填料状态，可适用于容易结焦的情况；

16、2)本发明气化室下部的锥体、导管以及颗粒限制器等结构的组合，使得固体颗粒实现局部的核-环流动循环，增强了床料颗粒与生物质颗粒之间的传热，提高了生物质颗粒在气化室的停留时间，能够提高气化反应进行的深度，产生氢含量更高的合成气；

17、3)本发明燃烧室的缩径处理，可提高床料颗粒的循环量，能够有效提高对气化室的供热效率；二次风与补充燃料的设置可以实现对反应器的气化与燃烧过程进行精准调控；

18、4)本发明制氢过程中形成的较轻的灰颗粒可通过旋风分离器的气流夹带出反应装置，然后在尾气旋风中脱除，双流化床反应器不用单独设置排渣口。

19、上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。