專利名稱：使用含氧介質的熱解系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于生物質能源技術，特別是生物質熱解氣化的技術。
背景技術：
生物質基本成分是碳水化合物，在較高溫度下分解，釋放可燃氣體，給應用帶來方 便。當前技術分為有氧熱解和無氧熱解等。 (1)有氧熱解輸入空氣，通過內部燃燒產生高溫，使生物質原料熱解氣化。常用 設備是上吸式氣化爐、下吸式氣化爐等。 上吸式氣化爐，焦油不經過高溫燃燒區，全部殘留在燃氣中。下吸式氣化爐，焦油 經過高溫燃燒區，分解成^和CO等小分子，燃氣中殘留很少。對于細小原料，常采用流化 床氣化爐。 有氧熱解的特點是原料可以全量氣化，但所得燃氣熱值低，含有較多N2成分，不適 合于向外輸送，只能就近點燃利用。 (2)無氧熱解隔絕空氣，通過間壁傳熱或者介質傳熱，用高溫使生物質原料熱解 氣化。 間壁傳熱的熱解氣化設備，有干餾釜和螺旋熱解爐。前者實行間歇運行，燃氣發生 不穩，后者實行連續運行，燃氣發生穩定。間壁傳熱的熱解氣化設備，燃氣發生強度不是很高。 介質傳熱的熱解氣化設備，有雙螺旋熱解爐和雙流化床熱解爐。前者以粗石英砂 為介質，用螺旋輸送器提升，后者以細石英砂為介質，用氣力輸送器提升。介質傳熱的熱解 氣化設備，燃氣發生有較高強度。 無氧熱解的特點是燃氣熱值高，不含N2，適合于向外輸送，并可用于液體燃料合 成。但原料氣化不完全，剩余物較多。 (3)純氧氣化為將生物質原料全量氣化，并制取不含N2的高熱值燃氣，當前技術 采用純氧氣化工藝。用純氧替代空氣的目的，是為了避免N2進入系統，并提高熱能利用效率。 純氧氣化系統需配備復雜的制氧裝置，當前技術采用空氣分餾法、變壓吸附法、膜 分離法制取純氧。特點是設備大型，動力消耗高。 本發明的目標，就是要構建新的熱解氣化系統，取消復雜的純氧制造-裝置，在小 型設備中完成生物質材料的全量氣化，并得到不含N2的高熱值燃氣。
發明內容
本發明的目標通過如下途徑實現 新的熱解系統，沿用介質傳熱無氧熱解模式，但引入金屬氧化物介質。通過金屬元 素變價，在傳輸熱能的同時傳輸純氧。 生物質氣化是吸熱過程。以纖維素C6H1Q05的高溫分解為例，有如下反應式
C6H1005 = 2H2+2C0+3H20+4C C6H1005 = 3H2+3C0+2H20+3C C6H1005 = 4H2+4C0+H20+2C CRH,n0s = 5H。+5C0+C
吸熱14千焦 吸熱146千焦 吸熱278千焦 吸熱410千焦
供熱充分，則燃氣發生量大，木炭和水汽剩余較少。供熱不足，則燃氣發生量小，木
并通過介質釋放
炭和水汽剩余較多。石英砂等惰性介質，僅通過物理變化傳輸材料顯熱，不足以支持生物質 原料全量氣化。 本發明引入金屬氧化物介質，通過物理變化傳輸材料顯熱，更通過化學變化傳輸 材料潛熱，利用金屬元素變價釋放的純氧，支持內部燃燒，保證生物質原料全量氣化。
新的生物質熱解氣化系統，仍分為燃燒段和氣化段。以氧化鐵介質為例，有如下工 藝過程 燃燒段，輸入空氣與Fe304混合，通過氧化反應釋放熱能。其結果是介質升溫，生成 FeA將獲得的(^固定。 反應2Fe304+l/202 = 3Fe203 放熱232千焦
氣化段，干燥原料與熾熱F^(V混合，通過介質的高溫引發熱解， 的純氧，支持內部燃燒和充分氣化。此過程Fe203被還原。
放熱。
反應6Fe203+C = 4Fe304+C02 放熱-71千焦
氧化鐵介質在氣化段放熱偏少。可以增添其它成分，減少燃燒段放熱，增加氣化段 例如，增添氧化銅和氧化錳
放熱143千焦 放熱107千焦 放熱135千焦 放熱123千焦
實際材料采用銅礦尾砂和錳礦尾砂，價格低廉且容易得到。
按照本發明構建的熱解系統，生物質原料可全量氣化，并得到不含N2的高熱值燃
氧化反應Cu20+l/202 = 2Cu0 還原反應4CuO+C = 2Cu20+C02 氧化反應MnO+l/202 = Mn02 還原反應2Mn02+C = 2MnO+C02
氣。與純氧氣化系統相比較，設備小型并且簡單。動力消耗低。
具體實施方式
實施例1 雙螺旋熱式解氣化系統，處理木片及木屑等生物質原料，制取高熱值燃氣。所用的 傳熱介質為顆粒狀，有效成分是氧化錳和氧化鐵。介質在螺旋輸送器的作用下完成循環，燃 燒器采用移動床形式。 工藝過程干燥原料與熾熱介質在熱解器混合，介質釋放顯熱和純氧使原料充分 氣化。一氣化段輸出的還原態介質被提升到高位，在燃燒器中與空氣接觸完成氧化升溫。一 燃燒器輸出的氧化態介質再次落入熱解器，與生物質原料混合反應。 燃燒器內，灰燼被煙氣吹出分離。燃燒煙氣成為干燥熱風。熱解器內，原料輸入口 靠近含氧介質下層，焦油在高溫燃燒中完全裂解。 本熱解氣化系統，依靠含氧介質的循環，保證生物質原料充分氣化，并得到不含N2 的高熱值燃氣。設備小型，動力消耗低。
4
實施例2 雙流化床熱解氣化系統，處理木屑及秸草等生物質原料，制取高熱值燃氣。所用的 傳熱介質為細粉狀，有效成分是氧化錳和氧化銅。介質在氣流體輸送器的作用下完成循環， 燃燒器采用氣流床形式。 工藝過程干燥原料與熾熱介質在熱解器混合，介質釋放顯熱和純氧使原料充分 氣。一氣化段輸出的還原態介質被空氣流化提升到高位，同時完成氧化升溫。一燃燒段輸 出的氧化態介質再次落入熱解器，與生物質原料混合反應。 燃燒器后，介質與灰燼在旋風中分離，燃燒煙氣成為干燥熱風。熱解器內，原料輸 入口靠近含氧介質下層，焦油在高溫燃燒中完全裂解。 本熱解氣化系統，依靠含氧介質的循環，保證生物質原料充分氣化，并得到不含N2 的高熱值燃氣。設備小型，動力消耗低。
權利要求
使用含氧介質的熱解氣化系統，其特征是生物質原料可全量氣化并得到不含N2成分的高熱值燃氣。
2. 權利1中所述的技術，其特征是介質有效成分是氧化鐵、氧化錳、氧化銅、氧化鎳等， 同時傳輸熱能和純氧。
全文摘要
本發明屬于生物質能源技術，特別是生物質熱解氣化的技術。生物質在較高溫度下分解，釋放可燃氣體。介質傳熱的無氧熱解系統，可發生不含N2的高熱值燃氣，但原料氣化不完全，剩余物較多。全量氣化要求有提供充足的熱能，當前技術使用復雜的純氧氣化系統。特點是設備大型，動力消耗高。本發明沿用介質傳熱無氧熱解模式，但引入含氧介質，通過物理變化傳輸材料顯熱，更通過化學變化傳輸材料潛熱，利用金屬元素變價釋放的純氧，支持內部燃燒，保證生物質原料全量氣化。取代復雜的純氧氣化系統。含氧介質有效成分是氧化鐵、氧化錳、氧化銅、氧化鎳等。通過提升器的作用在系統內循環。在燃燒段轉為氧化態，在氣化段轉為還原態。利用金屬元素化合價變化，吸收或者釋放純氧。按照本發明構建的熱解系統，生物質原料可以全量氣化，并得到不含N2的高熱值燃氣。與純氧氣化系統相比較，設備小型并且簡單。動力消耗低。
文檔編號C10B53/02GK101717651SQ200810232830
公開日2010年6月2日 申請日期2008年10月9日 優先權日2008年10月9日
發明者謝仁智, 陳光有, 陳志文 申請人:陳志文;謝仁智;陳光有