基于感应加热的生物质气化制氢反应器

摘要

本发明涉及可再生能源领域，特指一种基于感应加热和循环流化床技术的生物质制氢反应器，其特点是：反应器上壳体一侧与旋风除尘器相连，另一侧与生物质进料口相连，底部与筒状炉衬套接，筒状炉衬内悬置感应加热件，电感应线圈绕置于筒状炉衬外部，电感应线圈两端引出与感应加热电源连接，筒状炉衬底部与下壳体套接，下壳体内部设有布风板，底部设有高温水蒸气进汽口，返料装置与旋风除尘器底部和返料口相连，返料装置底部设有返料蒸汽进汽口。电感应线圈为绕置于筒状炉衬上的空心铜管，感应加热件为多个圆柱体。本发明具有加热均匀，节能环保，运行连续，结构简单等优点，可利用秸秆、稻壳、锯末等生物质料热解制取富氢合成气。

权利要求

1.一种基于感应加热的生物质流化床气化制氢反应器，包括反应器壳体、旋风除尘器(10)、生物质进料口(2)、布风板(7)、高温蒸汽进汽口(8)、富氢合成气出口(9)、返料装置(11)、返料蒸汽进汽口(12)和返料口(13)，其特征在于：反应器壳体由反应器上壳体(1)、筒状炉衬(3)和反应器下壳体(6)组成，反应器上壳体(1)一侧与旋风除尘器(10)相连，反应器上壳体(1)另一侧与生物质进料口(2)相连，反应器上壳体(1)底部与筒状炉衬(3)套接；筒状炉衬(3)内悬置感应加热件(14)，所述感应加热件(14)为下端设计成圆锥形的至少一个圆柱体，竖直悬置于筒状炉衬(3)中；电感应线圈(5)绕置于筒状炉衬(3)外部，电感应线圈(5)两端引出与感应加热电源(4)连接，筒状炉衬(3)底部与反应器下壳体(6)套接，反应器下壳体(6)内部设置有布风板(7)，底部设置有返料蒸汽进汽口(12)，返料装置(11)分别与旋风除尘器(10)的底部和反应器下壳体(6)的返料口(13)相连，返料装置(11)底部设置有返料蒸汽进汽口(12)。

2.根据权利要求1所述的基于感应加热的生物质流化床气化制氢反应器，其特征是：

所述电感应线圈(5)为绕置于筒状炉衬(3)上的至少一圈空心铜管，内部空心为冷却液通道，空心铜管外部包裹耐高温电绝缘带。

3.根据权利要求1所述的基于感应加热的生物质流化床气化制氢反应器，其特征是：

所述感应加热电源(4)为可控硅中频电源或中频IGBT电源。

4.根据权利要求1所述的基于感应加热的生物质流化床气化制氢反应器，其特征是：

所述筒状炉衬(3)由碳化硅材质或刚玉材质制成。

5.根据权利要求1所述的基于感应加热的生物质流化床气化制氢反应器，其特征是：

所述感应加热件(14)由特质铬铌铝合金、镍铁铬铝合金或Cr28Ni20MoW耐热钢制成。

说明书

基于感应加热的生物质气化制氢反应器

技术领域

[0001] 本发明涉及可再生能源领域，特指一种基于感应加热和循环流化床技术的生物质制氢反应器。

背景技术

[0002] 我国是一个农业大国，生物质资源十分丰富，传统的处理方法(炊事用、野外焚烧、露天堆积)不仅造成生物质资源的低效率利用，同时也污染了环境。农村丰富的可再生资源——生物质能源的深度开发和利用，是未来能源产业发展的必然趋势，也是保证社会可持续发展的必经之路。

[0003] 生物质气化时，可以选择氧气、空气或水蒸气作为气化剂。以空气作为气化剂时，部分生物质与空气中的氧气发生氧化反应，放出热量，为另一部分生物质的热分解和还原过程提供所需的反应热，整个气化过程以自供热方式运行，由于空气中含有79％的氮气，它不参加气化反应却稀释了燃气中氢气的含量，得到的合成气中氮气含量高达50％左右，氢气含量低；水蒸气作为气化剂时，合成气中氢气含量高，其他可通过蒸汽重整反应转换为氢气的可燃气体(如CO、CH4等)的含量也高于空气作为气化剂的情况，在气化反应器中主要进行的是水蒸气与炭的还原反应、CO与水蒸气的变换反应、各种甲烷化反应及生物质的热分解反应等，其主要反应都是吸热反应，为促进反应正向进行，需要在反应器内安装加热装置，提供反应所需的反应热。目前常见的加热方式多为传统的电阻丝外加热方式，其缺点是反复升温易导致电阻丝脆断，降低加热装置使用寿命，升温时间长，加热效率低。

[0004] 中国专利申请号为200710022295.2的专利申请(热管供热的双固定床生物质反应器系统)说明书公开了一种热管供热的双固定床生物质反应器，该反应器用两个固定床作为气化反应器或反应室，以封闭热管内的工质作为热载体，间接提供生物质与水蒸气发生气化反应所需的反应热，但该装置结构复杂，特别是密封性要求较高，若个别热管部件发生泄漏则影响系统整体运行。

[0005] 中国专利申请号为200910116483.0的专利申请(内燃加热旋转锥式生物质气化炉)说明书公开了一种旋转锥式生物质气化反应器，由内外两个同心锥共同组成，内锥不动，外锥绕轴旋转，其支撑外伸轴的内部轴承必须要能够在高温和高粉尘工况下长时间工作，此外这种反应器需要沙子等惰性热载体在两个锥体间作间歇运动，对高温壁面的磨损相当严重，因此其具有结构复杂、成本高、使用寿命短等不足。

[0006] 感应加热是一种无接触选择加热导电、导磁材料的技术，它利用电磁感应的方法使被加热材料的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。感应加热技术应用于冶金工业已经多年，用以加热金属，如熔化、冶炼、热处理、焊接合修补等，具有温度易控制、加热速度快、损耗极低、绿色环保等优点。循环流化床技术是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧技术，基于循环流化床技术的生物质气化反应器具有原料适应性广、生产强度高、气体热值比固定床气化炉高、负荷适应能力强等优点。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，设计一种采用感应加热技术提供反应热，既不需要热载体，也不含运动部件，运行连续，加热均匀，节能环保，结构简单，操作方便的生物质流化床气化制氢反应器，可对秸秆、稻壳、锯末等生物质原料进行热解气化，制取富氢合成气。

[0008] 为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

[0009] 一种基于感应加热的生物质流化床气化制氢反应器，包括反应器壳体、旋风除尘器、生物质进料口、布风板、高温蒸汽进汽口、富氢合成气出口、旋风除尘器、返料装置、返料蒸汽进汽口和返料口，所述反应器壳体由反应器上壳体、筒状炉衬和反应器下壳体组成，反应器上壳体一侧与旋风除尘器相连，另一侧与生物质进料口相连，底部与筒状炉衬套接，筒状炉衬内悬置感应加热件，电感应线圈绕置于筒状炉衬外部，电感应线圈两端引出与感应加热电源连接，筒状炉衬底部与反应器下壳体套接，反应器下壳体内部设置有布风板，底部设置有返料蒸汽进汽口，返料装置分别与旋风除尘器的底部和反应器下壳体的返料口相连，返料装置底部设置有返料蒸汽进汽口。

[0010] 所述电感应线圈为绕置于筒状炉衬上的至少一圈空心铜管，内部空心为冷却液通道，空心铜管外部包裹耐高温电绝缘带。

[0011] 所述感应加热电源为可控硅中频电源或中频IGBT电源。

[0012] 所述感应加热件为下端设计成圆锥形的至少一个圆柱体，竖直悬置于筒状炉衬中。

[0013] 所述筒状炉衬由碳化硅材质或刚玉材质制成。

[0014] 所述感应加热件由特质铬铌铝合金、镍铁铬铝合金或Cr28Ni20MoW耐热钢制成。

[0015] 本发明与现有技术相比，具有以下突出优点和积极效果：

[0016] 采用高温蒸汽作为气化剂，产物气中的氢气以及可通过蒸汽重整工艺转换为氢气的气体含量均高于使用空气作为气化剂的情况；感应加热件从内部对流化状态的生物质料进行直接加热，所有生物质料均有机会与感应加热件接触而受热，增强了生物质料的受热均匀性；通过调整感应加热电源功率，可实现反应器内部反应温度精确控制，进而控制热解产物气的成分；采用耐高温、导磁性和导热性良好的耐高温合金材料作为感应加热件，升温速度快，有利于蓄热和传热；与传统的电阻丝外加热方式相比，电能消耗可降低40％～80％；具有较广泛的原料适应性，可利用丰富的各种生物质资源制取富氢合成气。

附图说明

[0017] 图1表示本发明的生物质气化制氢反应器结构示意图；

[0018] 图2表示基于实施本发明的感应加热技术原理图；

[0019] 图3表示基于实施本发明的感应加热部分剖视图；

[0020] 图中：1.反应器上壳体，2.生物质进料口，3.筒状炉衬，4.感应加热电源，5.电感应线圈，6.反应器下壳体，7.布风板，8.高温蒸汽进汽口，9.富氢合成气出口，10.旋风除尘器，11.返料装置，12.返料蒸汽进汽口，13.返料口，14.感应加热件。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步详细描述：

[0022] 如图1所示，反应器上壳体1一侧与旋风除尘器10相连，另一侧与生物质进料口2相连，底部与筒状炉衬3相套接，筒状炉衬3内悬置感应加热件14，电感应线圈5绕置于筒状炉衬3外部，电感应线圈5两端引出与感应加热电源4连接，筒状炉衬3底部与反应器下壳体6相套接，返料口13位于布风板7上方，高温蒸汽进汽口8位于反应器下壳体6底部。返料装置11位于旋风除尘器10的正下方，分别与旋风除尘器10的底部和反应器下壳体6的返料口13相连。感应加热电源4为现有成熟产品，可采用中频可控硅电源或中频IGBT电源为电感应线圈5提供交变电流，使感应加热件14内部产生电涡流，表面升温至800～
1000℃。

[0023] 如图2、图3所示，电感应线圈5为绕置于筒状炉衬3上的至少一圈空心铜管，其内部空心为冷却液通道，外部包裹耐高温电绝缘带。感应加热件14是由能耐受1500℃高温的特质铬铌铝合金、镍铁铬铝合金或Cr28Ni20MoW耐热钢等耐高温材料制成的多个圆柱体，竖直悬置于筒状炉衬3中，下端设计成圆锥形，以减小其对生物质料流化时流场的影响。筒状炉衬3由碳化硅材质或刚玉材质制成。

[0024] 使用时，生物质料由螺旋进料设备推进入反应器上壳体1，在重力作用下，向反应器下壳体6沉降，高温蒸汽由反应器下壳体6底部的高温蒸汽进汽口8进入反应器，经布风板7调节，使生物质料流化并与感应加热件14充分接触，感应加热电源4为电感应线圈5提供交变电流，电感应线圈5中产生的交变磁场使感应加热件14内部形成涡流，表面升温到800～1000℃，为生物质与高温水蒸气发生热解反应提供所需反应热，热解生成的含有H2、CO、CH4、CO2等热解产物气的富氢合成气经旋风除尘器10净化后从上端富氢合成气出口9引出，未参加反应的生物质料被旋风除尘器10截留后沉降入返料装置11，经来自返料蒸汽进汽口12的蒸汽输送，再次进入反应器内参加热解反应。通过调整感应加热电源4的功率使反应器内温度维持在800～1000℃，控制感应加热件14的表面温度，实现反应器内部反应温度的精确控制。