[發(fā)明專利]使用含氧介質(zhì)的熱解系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810232830.1
• 申請日: 2008-10-09
• 公開（公告）號: CN101717651A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳志文;謝仁智;陳光有
• 申請（專利權(quán)）人: 陳志文;謝仁智;陳光有
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源技術(shù)，特別是生物質(zhì)熱解氣化的技術(shù)。

背景技術(shù)

生物質(zhì)基本成分是碳水化合物，在較高溫度下分解，釋放可燃?xì)怏w，給應(yīng)用帶來方便。當(dāng)前技術(shù)分為有氧熱解和無氧熱解等。

(1)有氧熱解：輸入空氣，通過內(nèi)部燃燒產(chǎn)生高溫，使生物質(zhì)原料熱解氣化。常用設(shè)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(jīng)過高溫燃燒區(qū)，全部殘留在燃?xì)庵小Ｏ挛綒饣癄t，焦油經(jīng)過高溫燃燒區(qū)，分解成H₂和CO等小分子，燃?xì)庵袣埩艉苌佟τ诩?xì)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?xì)鉄嶂档停休^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(zhì)傳熱，用高溫使生物質(zhì)原料熱解氣化。

間壁傳熱的熱解氣化設(shè)備，有干餾釜和螺旋熱解爐。前者實行間歇運行，燃?xì)獍l(fā)生不穩(wěn)，后者實行連續(xù)運行，燃?xì)獍l(fā)生穩(wěn)定。間壁傳熱的熱解氣化設(shè)備，燃?xì)獍l(fā)生強(qiáng)度不是很高。

介質(zhì)傳熱的熱解氣化設(shè)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(zhì)，用螺旋輸送器提升，后者以細(xì)石英砂為介質(zhì)，用氣力輸送器提升。介質(zhì)傳熱的熱解氣化設(shè)備，燃?xì)獍l(fā)生有較高強(qiáng)度。

無氧熱解的特點是燃?xì)鉄嶂蹈撸缓琋2，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(zhì)原料全量氣化，并制取不含N₂的高熱值燃?xì)猓?dāng)前技術(shù)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(jìn)入系統(tǒng)，并提高熱能利用效率。

純氧氣化系統(tǒng)需配備復(fù)雜的制氧裝置，當(dāng)前技術(shù)采用空氣分餾法、變壓吸附法、膜分離法制取純氧。特點是設(shè)備大型，動力消耗高。

本發(fā)明的目標(biāo)，就是要構(gòu)建新的熱解氣化系統(tǒng)，取消復(fù)雜的純氧制造-裝置，在小型設(shè)備中完成生物質(zhì)材料的全量氣化，并得到不含N₂的高熱值燃?xì)狻?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目標(biāo)通過如下途徑實現(xiàn)：

新的熱解系統(tǒng)，沿用介質(zhì)傳熱無氧熱解模式，但引入金屬氧化物介質(zhì)。通過金屬元素變價，在傳輸熱能的同時傳輸純氧。

生物質(zhì)氣化是吸熱過程。以纖維素C₆H₁₀O₅的高溫分解為例，有如下反應(yīng)式：

C₆H₁₀O₅＝2H₂+2CO+3H₂O+4C????吸熱14千焦

C₆H₁₀O₅＝3H₂+3CO+2H₂O+3C????吸熱146千焦

C₆H₁₀O₅＝4H₂+4CO+H₂O+2C?????吸熱278千焦

C₆H₁₀O₅＝5H₂+5CO+C??????????吸熱410千焦

供熱充分，則燃?xì)獍l(fā)生量大，木炭和水汽剩余較少。供熱不足，則燃?xì)獍l(fā)生量小，木炭和水汽剩余較多。石英砂等惰性介質(zhì)，僅通過物理變化傳輸材料顯熱，不足以支持生物質(zhì)原料全量氣化。

本發(fā)明引入金屬氧化物介質(zhì)，通過物理變化傳輸材料顯熱，更通過化學(xué)變化傳輸材料潛熱，利用金屬元素變價釋放的純氧，支持內(nèi)部燃燒，保證生物質(zhì)原料全量氣化。

新的生物質(zhì)熱解氣化系統(tǒng)，仍分為燃燒段和氣化段。以氧化鐵介質(zhì)為例，有如下工藝過程：

燃燒段，輸入空氣與Fe₃O₄混合，通過氧化反應(yīng)釋放熱能。其結(jié)果是介質(zhì)升溫，生成Fe₂O₃將獲得的O₂固定。

反應(yīng)：2Fe₃O₄+1/2O₂＝3Fe₂O₃????放熱232千焦

氣化段，干燥原料與熾熱Fe₂O₃混合，通過介質(zhì)的高溫引發(fā)熱解。并通過介質(zhì)釋放的純氧，支持內(nèi)部燃燒和充分氣化。此過程Fe₂O₃被還原。