一种生物质气化生产合成气的方法及气化炉与流程

本发明属于生物质气化炉，涉及一种生物质气化生产合成气的方法，还涉及一种生物质气化生产合成气的气化炉。

背景技术：

1、生物质气化炉是一种能够将生物质材料转化为可燃气体（如合成气）的设备。生物质气化炉通过在高温下将生物质原料部分氧化和热解，使得生物质中的碳、氢、氧等元素生成可燃性气体。其可以处理各种生物质材料，如木材、秸秆、农作物残留物、废弃物等。

2、生物质气化炉目前处于研究阶段，现存技术一种是流化床气化炉，流化床气化大都属于常压气化，加压流化床3—5bar的气化炉仍处于研发阶段。另一种是固定床加压气化炉，但是在试验过程中仍存在诸多问题，未能工业化应用。同时，生物质加压气化因生物质的独有特点，生物质颗粒遇水快速膨胀。在进入加压气化炉前无法避免与饱和合成气相遇，从而导致输送过程堵塞严重，而通过添加粘结剂的方式又会造成成本大大增加；而传统的固定床煤气化炉因充泄压及加料斗设计，装置高达63米左右，充泄压造成能耗增加和污染气体的排放也不可避免；此外，生物质在加压试验过程中，由于大都使用洁净的秸秆，而秸秆软化温度通常在1000℃左右，在试验过程中结焦非常严重，导致气化炉无法正常运行。

3、因此，面对碳中和的大环境目标，开发出一种加压方式制生物质合成气，同时又能解决加压输送堵塞及反应过程结焦的生物质加压气化的方法及气化炉势在必行。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述技术中的缺点与不足，提供一种加压方式制生物质合成气，同时又能解决加压输送堵塞及反应过程结焦的生物质加压气化方法及气化炉。

2、本发明所采用的第一个技术方案是一种生物质气化生产合成气的气化炉，生物质颗粒通过塞式螺旋加料装置（带背压保护入口阀）进入炉体，炉体采用套筒水夹套结构，炉体的外壁底部和顶部通过循环管线连通，循环管线上连通有汽包，汽包处于管线的最高位置；炉体的顶端固接有竖直方向的搅拌机构，搅拌机构伸入炉体内部；炉体的上部沿水平方向开设有合成气出口和若干进料口，合成气出口在竖直方向的高度低于进料口的高度；炉体的底部开设有灰渣出口和气化剂入口，炉体的内腔下部设置有炉箅，炉箅下方为灰层，炉体内从炉箅开始从下至上依次为燃烧层、气化层、还原层、干馏层和干燥层，搅拌机构穿过干燥层伸入至干馏层，干燥层的高度低于合成气出口的高度。

3、本技术方案的特点还在于：

4、进料口在炉体上部沿周径方向均匀开设。

5、进料口上设置有塞式螺旋加料装置，塞式螺旋加料装置带有气体密封腔，利用高压二氧化碳密封，密封器由坚固的芯片塞固定位置，螺旋沿进料方向直径逐渐缩小，形成硬塞入气化炉的作用，避免高压侧气体向后泄露，塞式螺旋加料装置的后端是带反吹功能的背压保护入口阀。

6、塞式螺旋加料装置右端为螺旋给料，在螺旋直径缩小位置设有密封腔，内充高压保护气，防止高压侧气体向后泄露，塞式螺旋加料装置左端为带背压保护入口阀，在塞式螺旋加料装置断料停机时可以及时关闭，起到切断入料防止气化炉中合成气外泄的作用，正常为打开状态。

7、生物质由原料仓通过重力或强制性进料器进入塞式螺旋加料装置。

8、炉体内顶部固定有不少于2个的第一料位计，炉体内干燥层的上方设有第二料位计，炉体内侧壁的干馏层与还原层之间设有第三料位计；第一料位计为雷达料位计，可以直接测量料位高度；第二料位计、第三料位计是射线料位计。第二料位计的输出信号判断监测生物质原料是否处理于高位；同样地，第三料位计的输出信号判断监测生物质原料是否处理于低位。

9、第一料位计绕搅拌机构呈圆周排布，第二料位计和第三料位计在炉体内壁沿水平面均匀排列。

10、炉体内侧壁安装有温度测量探头，温度测量探头分两层设置，每层沿炉体内壁设置有1-4个。

11、搅拌机构包括搅拌杆，搅拌杆设置于炉体的顶端，搅拌杆的末端连接有搅拌叶片，搅拌叶片位于炉体内的干馏层。

12、炉箅为可旋转式多层布气结构。

13、炉箅采用耐磨、耐热、耐灰渣腐蚀的材料制成。

14、合成气出口设置有分离装置，用于将合成气中的固态物质分离。

15、本发明所采用的第二个技术方案是一种生物质气化生产合成气的方法，具体合成方法为：生物质原料通过塞式螺旋加料装置进入气化炉内，依次经过干燥层、干馏层、还原层、气化层与来自气化炉底部炉箅的气化剂发生一系列反应；通过搅拌机构进行搅拌防止物料结焦，并通过第一料位计、第二料位计、第三料位计配合温度测量探头实时监控炉体内状况；反应剩余后灰渣通过灰渣出口排出，合成气通过合成气出口进入后续的净化处理。

16、本技术方案的特点还在于：

17、生物质的尺寸小于35mm，生物质的灰分小于20%，生物质的水分小于25%。

18、本发明通过固态机械进料，配合搅拌机构，可保证加压输送过程中不会出现堵塞情况，降低了气体加压输送的成本，减少了气体输送的污染排放，提高气化效率；搅拌机构能够均匀搅拌生物质在炉体内的分布，防止物料结焦，提高气化效果。通过塞式螺旋加料装置，能够保证生物质的均匀进料及密封性，减少气化过程中的能源损耗。机械入料的方式根除了合成气放空的缺点，料位计和温度测量探头，能够实时监测炉体内生物质的位置和温度，保证气化过程的稳定性和安全性，从而保证作业平稳运行。

技术特征：

1.一种生物质气化生产合成气的气化炉，其特征在于，包括炉体（1），所述炉体（1）的上部沿水平方向开设有合成气出口（4）和若干进料口（5），所述进料口（5）上设置有塞式螺旋加料装置，生物质通过机械加压方式进入气化炉；所述合成气出口（4）在竖直方向的高度低于进料口（5）的高度；所述炉体（1）采用套筒水夹套结构，所述炉体（1）的外壁底部和顶部通过循环管线连通，所述循环管线上连通有汽包（2），所述汽包（2）处于管线的最高位置；所述炉体（1）的顶端固接有竖直方向的搅拌机构（3），所述搅拌机构（3）伸入炉体（1）内部；所述炉体（1）的底部开设有灰渣出口（6）和气化剂入口（7），所述炉体（1）的内腔下部设置有炉箅（8），所述炉箅（8）下方为灰层，所述炉体（1）内从炉箅（8）开始从下至上依次为燃烧层（9）、气化层（10）、还原层（11）、干馏层（12）和干燥层（13），所述搅拌机构（3）穿过干燥层（13）伸入至干馏层（12），所述干燥层（13）的高度低于合成气出口（4）的高度。

2.根据权利要求1所述的一种生物质气化生产合成气的气化炉，其特征在于，所述炉体（1）内顶部固定有不少于2个的第一料位计（14），所述炉体（1）内干燥层（13）的上方设有第二料位计（15），所述炉体（1）内侧壁的干馏层（12）与还原层（11）之间设有第三料位计（16）；所述第一料位计（14）用于检测炉体（1）内生物质的料位；第二料位计（15）、第三料位计（16）为射线料位计，用于发送高低料位报警信号。

3.根据权利要求1所述的一种生物质气化生产合成气的气化炉，其特征在于，所述炉体（1）内侧壁安装有温度测量探头（17），所述温度测量探头（17）分两层设置，每层沿炉体（1）内壁设置有1-4个。

4.根据权利要求1所述的一种生物质气化生产合成气的气化炉，其特征在于，所述搅拌机构（3）包括搅拌杆，所述搅拌杆设置于炉体（1）的顶端，所述搅拌杆的末端连接有搅拌叶片，所述搅拌叶片位于炉体（1）内的干馏层（12）。

5.根据权利要求1所述的一种生物质气化生产合成气的气化炉，其特征在于，所述合成气出口（4）设置有倒置圆筒形分离装置，用于将合成气中的固态物质分离。

6.根据权利要求1所述的一种生物质气化生产合成气的气化炉，其特征在于，所述炉箅（8）为可旋转式多层布气结构。

7.一种生物质气化生产合成气的方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任意一项所述的一种生物质气化生产合成气的气化炉，具体合成方法为：生物质原料通过螺旋加料装置经密封吹扫阀门进入气化炉内，依次经过干燥层（13）、干馏层（12）、还原层（11）、气化层（10）与来自气化炉底部炉箅（8）的气化剂发生一系列反应；通过搅拌机构（3）进行搅拌防止物料结焦，并通过第一料位计（14）、第二料位计（15）、第三料位计（16）配合温度测量探头（17）实时监控炉体（1）内状况；反应剩余后灰渣通过灰渣出口（6）排出，合成气通过合成气出口（4）进入后续的净化处理。

技术总结本发明属于生物质气化炉技术领域，公开了一种生物质气化生产合成气的方法及气化炉。气化炉包括炉体和加料装置，加料口上设置有塞式螺旋加料装置，塞式螺旋加料装置带气体密封腔；炉体采用套筒水夹套结构，炉体的外壁底部和顶部通过循环管线连通，循环管线上连通有汽包，汽包处于管线的最高位置；炉体的顶端固接有竖直方向的搅拌机构，搅拌机构伸入炉体内部；上部沿水平方向开设有合成气出口和若干进料口；炉体的底部开设有灰渣出口和气化剂入口，下部设置有炉箅，炉箅下方为灰层，炉体内从炉箅开始从下至上依次为燃烧层、气化层、还原层、干馏层和干燥层。通过加压的方式实现了制备生物质合成气，解决了在加压输送中堵塞及反应过程中结焦的问题。技术研发人员：邓卓裕受保护的技术使用者：西安昌源电子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/31