[发明专利]去阻启动喷动床秸秆与煤共催化气化制燃气装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及秸秆与煤、水蒸汽和碳酸钙在免受高温的去阻管去阻启动喷动床中共喷动催 化气化制燃气的装置和方法领域。主要得到一种使用免受高温的去阻管去阻启动喷动床进行 秸秆与煤、水蒸汽和碳酸钙共喷动催化气化制燃气的装置和方法。在本发明的装置中，能够 没有床层阻力启动喷动床，并使秸秆与煤、碳酸钙、水蒸汽在启动后的喷动床中共喷动催化 气化生产去焦油的中热值燃气。

背景技术

随着人类对能源需求的增加和化石燃料的减少，生物质作为可再生能源，正在成为矿物 燃料的替代品。以农作物秸秆为原料气化生产燃气技术得到广泛的研究。中国农业机械化研 究院、中国科学院广州能源所、山东能源所等单位研制的固定床秸秆气化炉，包括上吸气、 下吸气式等，已经投入应用，但气化气热值低，为1.6-5MJ/m³，焦油和灰多，有些可达50mg/m³。

农作物秸秆与煤、水蒸汽在碳酸钙的作用下共催化气化，既可以促进煤的气化反应，同 时煤燃烧的高温下的气化可消除焦油并产生高品位的清洁的中热值燃气，热值达到 10-15MJ/m³，可减量化使用煤炭，可以有效使用秸秆。秸秆气化反应器主要有固定床和流化 床气化炉等。王立群等在《在流化床气化炉中生物质与煤共气化的研究(I)-空气·水蒸汽为 气化剂生产低热值燃气》(太阳能学报，2008，29(2)：246-251)一文中给出了在流化床中 进行生物质与煤共气化并以空气·水蒸汽为气化剂的相关研究，得到了少焦油和低热值的燃 气。水蒸汽作为气化剂可以使高温燃烧后的煤气化，提高燃气中可燃气体的含量。如将空气 只用于煤的燃烧升温，燃烧后的废气排除，再用水蒸汽气化，燃气的热值就会提高。流化床 在整个截面上要使床层颗粒流化，气体用量大，床层装料高度受到喷动风机风压的限制。流 化床承担物料的床底要承受900℃以上的高温，设备制造要求高。因此，除流化床以外，仍 有必要研究新型高效秸秆气化方法。

喷动床是流化床的一个分支，具有结构简单，用气量小于流化床，易操作等优点。喷动 床自20世纪50年代初期由加拿大国家自然研究院的Mathur和Gisher提出后，已在粮食干燥、 粒状废弃物的热解、煤燃烧和气化等方面得到试验或应用。

常规喷动床是一种上部为圆柱形外壁下部为圆锥形外壁而内部是空间的设备。物料置于 喷动床内，锥形底部的喷嘴喷入气体，形成喷动区，使物料发生喷动。喷动的物料在物料表 面形成喷泉，物料落向四周的环隙区，在环隙区向下流动，由此形成物料的循环运动。喷动 床适用于粮食干燥、煤的燃烧和气化、废橡胶粒子的热解等。

常规喷动床的启动阻力比正常喷动时的阻力大，启动压强就要高出正常喷动压强。在用 33mm直径的喷嘴喷动320mm高的粒径小于5mm的煤粒时，启动压强高出正常喷动压强2kPa 300％之多，达到8kPa。所配喷动风机就需要满足启动压强的要求，而实际喷动时的压强比启 动压强低很多。所以，只要能消除启动压强，就可以降低对喷动风机风压的要求，有利于经 济有效地进行生产。

在生产过程中也可能因为各种故障而暂时停机。喷动床在停机后再启动仍需要克服启动 压强。如果将物料全部排出，再启动喷动风机，再加入物料，很不方便。如果在不排出物料 的情况下，就能无阻力启动喷动床，将对处理生产突发事情极为有利。由于床内的温度为900 ℃以上，要求去阻的结构部件最好不要放置在床内，以防止部件受高温，给制造和安装带来 困难。

农作物秸秆制燃气中焦油的去除是一关键技术。采用催化剂是一种选择。一些金属的氧 化物对焦油的去除有催化作用。煤与秸秆共气化，温度达到950℃以上时，高温也能去除焦 油。催化剂的使用可以使温度有所降低，如降到900℃。在流化床中直接加入催化剂有一定 的效果，但在加料口附近产生的焦油多，而加料口的催化剂数量少，焦油去除不彻底。喷动 床使得整个物料在床内循环，可以使物料混合均匀，给催化剂的均匀分布创造了条件。

因此，为了研究得到新的农作物秸秆气化制燃气的装置，可以综合考虑上述因素，创造 新的去阻启动喷动床，融合喷动技术、秸秆与煤及水蒸汽共气化技术、碳酸钙催化技术，发 明出新的秸秆与煤共气化制低焦油的中热值的燃气的装置和方法。

发明内容