本發(fā)明屬于生物質(zhì)氣化制氫，涉及一種帶焦油重整的生物質(zhì)氣化爐及運(yùn)用該氣化爐制備富氫合成氣的方法。

背景技術(shù)：

1、生物質(zhì)(如秸稈、木屑、竹子等)熱化學(xué)制氫作為生物質(zhì)制氫的一種方式，可以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為富氫合成氣，然后通過(guò)分離得到純氫氣體，用來(lái)供氫燃料電池等使用。

2、目前，通過(guò)生物質(zhì)熱化學(xué)制氫得到的富氫合成氣中含有大量的焦油，不僅會(huì)堵塞后續(xù)管道及設(shè)備，而且焦油作為大分子有機(jī)物，對(duì)生物質(zhì)能量造成浪費(fèi)，影響合成氣中有效氣(氫氣和一氧化碳)的產(chǎn)量。焦油催化裂解和高溫裂解是焦油的兩種最常用的處置方式。

3、zl200710020623.5公開(kāi)了一種生物質(zhì)焦油催化裂解裝置，其技術(shù)方案的特點(diǎn)是：將生物質(zhì)氣化與焦油催化裂解反應(yīng)整合在同一個(gè)反應(yīng)裝置內(nèi)，生物質(zhì)氣化通過(guò)內(nèi)筒實(shí)現(xiàn)，焦油催化裂解通過(guò)和內(nèi)筒同軸的外筒實(shí)現(xiàn)，通過(guò)內(nèi)筒的氣化反應(yīng)為外筒的催化裂解反應(yīng)提供熱量此專(zhuān)利雖然將氣化與焦油催化裂解整合為一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，但是由于反應(yīng)器外層筒壁的散熱作用，焦油催化裂解反應(yīng)器會(huì)存在沿著徑向方向溫度不均的問(wèn)題，從而影響焦油催化裂解的效果。

4、cn202311194702.3公開(kāi)了一種生物質(zhì)氣化爐，通過(guò)設(shè)置外筒、內(nèi)筒以及外筒外部間壁式加熱層來(lái)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)氣化及焦油的高溫裂解，雖然通過(guò)設(shè)置外筒外部間壁式加熱降低外筒外壁的散熱作用對(duì)外筒的溫度影響，但是，會(huì)造成反應(yīng)爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)制造及運(yùn)行不利。

5、現(xiàn)有技術(shù)中采用水蒸氣制備富氫合成氣時(shí)，需要通入含氧氣體(純氧、富氧空氣或空氣)為氣化反應(yīng)提供熱量，此時(shí)，部分生物質(zhì)會(huì)和含氧氣體發(fā)生氧化反應(yīng)，使得合成氣中的氫氣含量較少，一氧化碳含量較多，從而降低了氫氣的產(chǎn)率。且焦油重整反應(yīng)區(qū)由于外筒壁散熱影響，溫度不均影響焦油重整的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)氣化方法。

2、本發(fā)明所提供的生物質(zhì)氣化方法在氣化爐中進(jìn)行，所述氣化爐內(nèi)設(shè)氣化氧化區(qū)和灰渣收集區(qū)；沿爐體軸向，所述氣化氧化區(qū)位于灰渣收集區(qū)上方；所述氣化氧化區(qū)被分隔為中部區(qū)域和包圍中部區(qū)域的外圍區(qū)域，其中中部區(qū)域?yàn)檠趸瘏^(qū)，外圍區(qū)域?yàn)闅饣瘏^(qū)；所述氣化區(qū)上方安裝有輔助加熱器；方法包括：

3、步驟1，將水蒸氣與生物質(zhì)通入氣化區(qū)，在氣化區(qū)水蒸氣對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行氣化，生成灰渣和中間合成氣；之后灰渣進(jìn)入灰渣收集區(qū)后經(jīng)灰渣收集區(qū)底部排出，中間合成氣經(jīng)氧化區(qū)底部進(jìn)入氧化區(qū)；

4、步驟2，向氧化區(qū)底部通入含氧氣體，在氧化區(qū)含氧氣體對(duì)中間合成氣進(jìn)行部分氧化裂解產(chǎn)生合成氣并釋放熱量，合成氣經(jīng)氧化區(qū)頂部排出，部分氧化裂解產(chǎn)生的熱量同時(shí)為氣化區(qū)的氣化反應(yīng)提供熱量；氧化區(qū)的溫度為1100℃以上。

5、可選的方案是，進(jìn)入氧化區(qū)的中間合成氣溫度為600～1000℃。

6、可選的方案是，所述含氧氣體選自純氧、富氧氣體或空氣。

7、可選的方案是，所述水蒸氣與生物質(zhì)的質(zhì)量比為0.3-1：1。

8、可選的方案是，包括外爐體，所述外爐體內(nèi)由頂部至底部依次設(shè)有氣化氧化區(qū)和灰渣收集區(qū)；且氣化氧化區(qū)與灰渣收集區(qū)之間安裝有爐排；

9、所述外爐體內(nèi)沿軸向安裝有內(nèi)爐體，該內(nèi)爐體底部為敞口結(jié)構(gòu)，同時(shí)所述內(nèi)爐體位于氣化氧化區(qū)，并且內(nèi)爐體底部穿過(guò)爐排位于灰渣收集區(qū)；位于氣化氧化區(qū)的內(nèi)爐體外壁與外爐體內(nèi)壁之間形成氣化區(qū)，內(nèi)爐體內(nèi)部為氧化區(qū)，氣化區(qū)通過(guò)爐排、敞口結(jié)構(gòu)與氧化區(qū)相通；

10、所述氣化區(qū)外爐體壁上設(shè)有生物質(zhì)進(jìn)料口和水蒸氣進(jìn)口，所述內(nèi)爐體頂部設(shè)有合成氣出口，所述內(nèi)爐體壁上設(shè)有含氧氣體進(jìn)口，且該含氧氣體進(jìn)口靠近底部敞口結(jié)構(gòu)；

11、所述灰渣收集區(qū)爐體為倒錐形結(jié)構(gòu)，且灰渣收集區(qū)底部設(shè)有灰渣出口。

12、可選的方案是，所述含氧氣體進(jìn)口位于灰渣收集區(qū)。

13、可選的方案是，所述爐排可圍繞內(nèi)筒體旋轉(zhuǎn)。

14、可選的方案是，所述外筒體頂部為擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)。

15、可選的方案是，所述含氧氣體進(jìn)口處連接有進(jìn)氣管。

16、可選的方案是，所述外爐體和內(nèi)爐體均為立式爐體。

17、本發(fā)明通過(guò)將生物質(zhì)氣化反應(yīng)區(qū)和焦油重整反應(yīng)區(qū)整合為一體式，外筒外爐體為生物質(zhì)氣化反應(yīng)區(qū)，內(nèi)爐體為焦油重整反應(yīng)區(qū)，使得焦油重整反應(yīng)區(qū)的溫度更均勻，有利用提高焦油的重整反應(yīng)效率。并且通過(guò)內(nèi)爐體的焦油重整反應(yīng)區(qū)合成氣的高溫，為外爐體的生物質(zhì)提供水蒸氣氣化反應(yīng)所需要的熱量，從而在去除焦油的同時(shí)可以獲得富氫合成氣。

18、解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的焦油重整反應(yīng)區(qū)由于溫度不均引起的重整反應(yīng)效果不佳、以及采用水蒸氣作為氣化劑時(shí)，需要通入含氧氣體(純氧、富氧空氣或空氣)為氣化反應(yīng)提供熱量的問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種生物質(zhì)氣化方法，其特征在于，所述方法在氣化爐中進(jìn)行，所述氣化爐內(nèi)設(shè)氣化氧化區(qū)和灰渣收集區(qū)；沿爐體軸向，所述氣化氧化區(qū)位于灰渣收集區(qū)上方；所述氣化氧化區(qū)被分隔為中部區(qū)域和包圍中部區(qū)域的外圍區(qū)域，其中中部區(qū)域?yàn)檠趸瘏^(qū)，外圍區(qū)域?yàn)闅饣瘏^(qū)；所述氣化區(qū)上方安裝有輔助加熱器；方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化方法，其特征在于，進(jìn)入氧化區(qū)的中間合成氣溫度為600～1000℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化方法，其特征在于，所述含氧氣體選自純氧、富氧氣體或空氣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化方法，其特征在于，所述水蒸氣與生物質(zhì)的質(zhì)量比為0.3-1：1。

5.用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的生物質(zhì)氣化爐，其特征在于，包括外爐體，所述外爐體內(nèi)由頂部至底部依次設(shè)有氣化氧化區(qū)和灰渣收集區(qū)；且氣化氧化區(qū)與灰渣收集區(qū)之間安裝有爐排；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)氣化爐，其特征在于，所述含氧氣體進(jìn)口位于灰渣收集區(qū)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)氣化爐，其特征在于，所述爐排可圍繞內(nèi)筒體旋轉(zhuǎn)。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)氣化爐，其特征在于，所述外筒體頂部為擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)氣化爐，其特征在于，所述含氧氣體進(jìn)口處連接有進(jìn)氣管。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)氣化爐，其特征在于，所述外爐體和內(nèi)爐體均為立式爐體。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種生物質(zhì)氣化方法及相關(guān)氣化爐。本發(fā)明氣化方法在氣化爐中進(jìn)行，氣化爐內(nèi)設(shè)氣化氧化區(qū)和灰渣收集區(qū)；氣化氧化區(qū)被分隔為氧化區(qū)和外圍氣化區(qū)；方法包括：將水蒸氣與生物質(zhì)通入氣化區(qū)，在氣化區(qū)水蒸氣對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行氣化，生成灰渣和中間合成氣；中間合成氣經(jīng)氧化區(qū)底部進(jìn)入氧化區(qū)；接著向氧化區(qū)底部通入含氧氣體，在氧化區(qū)含氧氣體對(duì)中間合成氣進(jìn)行部分氧化裂解產(chǎn)生合成氣并釋放熱量，合成氣經(jīng)氧化區(qū)頂部排出，部分氧化裂解產(chǎn)生的熱量同時(shí)為氣化區(qū)的氣化反應(yīng)提供熱量。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的焦油重整反應(yīng)區(qū)由于溫度不均引起的重整反應(yīng)效果不佳、以及采用水蒸氣作為氣化劑時(shí)，需要通入含氧氣體為氣化反應(yīng)提供熱量的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：吉彥鵬,劉創(chuàng),張曉明,丁朝陽(yáng),朱寶飛,劉丹,楊國(guó)華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安航天源動(dòng)力工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8