[发明专利]一种生物质分步式富氧气化制备合成气的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种从生物质中制取化工合成气的方法和装置，属于生物质热化学转化领域。

背景技术

随着化石燃料的日益减少和环境污染程度的日益加剧，作为可再生、几乎无污染的生物质能源的充分利用，已引起了人们的广泛重视，其中气化技术是其研究方向之一，但是目前国内生物质气化技术存在初始燃气焦油含量高、技术路线和产品单一、产品附加值低等问题。近年来，科研人员通过不断改进新工艺，比如改变气化剂的种类、选择不同的催化剂等，来提高燃气的品质和系统的效率，扩大生物质能气化技术的应用领域。

针对上述情况，本发明通过改变气化剂的种类和气化工艺，提出了一种新型分步式生物质富氧气化制取高品质合成气的方法和装置，制得的生物质基合成气经过重整变换、催化合成等反应后可最终转化为甲醇、二甲醚等液体燃料，从而提高产品的附加值。

发明内容

本发明的目的是利用生物质和富氧气体制备高品质的化工合成气，使H2和CO的体积比达到(1-2)∶1，极大提高了燃气的热值，降低了燃气中的初始焦油含量。

本发明方法的特点是以富氧气体为气化剂，大大提高了合成气中有效气体成分含量，热解产物在气化炉高温氧化区与富氧气体气化剂发生强烈的燃烧反应，借助固定床气化炉分步式气化技术，降低了后续重整变换的难度；该方法所产合成气中初始焦油含量小于20mg/Nm³，且H2和CO的体积比为(1-2)∶1，为后续的合成反应奠定了良好的基础。本发明所述装置中增加了燃烧炉，气化炉排灰中的残炭进入燃烧炉充分燃烧，避免了能源的浪费，且燃烧后为热解反应提供热源，节约了能源，整个系统热利用率很高。

本发明一种生物质分步式富氧气化制备合成气的方法包括如下步骤：

(1)生物质原料在隔绝空气的情况下加热，在350-650℃之间发生热解反应，原料的挥发份析出，变成气相产物，剩余产物热解残炭的堆积状态得到明显改观，避免了架桥、空洞等现象，以利于后续气化反应的顺利进行；

(2)热解产物直接通入气化炉，在气化炉高温氧化区，热解气和残炭与通入的富氧气体发生强烈的燃烧反应，形成950-1300℃的局部高温区，焦油等重质烃类物质发生分解，裂解为永久不凝性小分子气体；

(3)未燃尽的残炭落入下方的炉排形成炽热的炭层，燃烧产物经过下部炭层发生还原反应后完成整个气化过程，得到高品质的合成气，合成气中H₂∶CO的体积比为(1-2)∶1，合成气中焦油含量低于20mg/Nm³，大大降低了后续净化和重整变换的难度；

(4)气化炉排灰中具有一定的含炭量，仍有相当的利用价值，本发明所述装置中增加了燃烧炉，气化炉排灰中的残炭进入燃烧炉充分燃烧，避免了能源的浪费，且燃烧后为步骤(1)中的热解反应提供热源，节约了能源，降低了成本，整个系统热利用率很高。

为了实现上述方法，本发明采用由热解反应器和固定床气化炉相结合的分步式富氧气化装置，该装置中还设置有燃烧炉。其具体结构是：

热解反应器的物料出口与固定床气化炉侧壁上的物料进口配合连接，气化炉底部设置有气化炉出气口和气化炉出灰口，气化炉出灰口与燃烧炉的物料进口配合连接，燃烧炉的烟气出口经管道与热解反应器外热源进口配合连接，气化炉出气口与换热器配合连接，换热器还与气化炉侧壁上的富氧气体进口配合连接，换热器上设置合成气出口。

热解反应器根据原料处理量的不同采用了两种不同的机械推进方式，一种是螺旋推进式热解反应器，另一种是滚筒式热解反应器，螺旋式比滚筒式处理料量要小一些。热解产物——热解气和残炭一并推入固定床气化炉中。

固定床气化炉为下吸式，侧壁上分别设有物料进口和富氧气体进口。气化炉下部设有炉排装置，在炉排装置附近分别设有出气口和出灰口，合成气自出气口离开气化炉后具有较高的温度，进入换热器，预热富氧气体，之后高温富氧气体自气化炉富氧气体进口进入气化炉。而气化炉出灰口的排灰中具有一定的含炭量，仍有很高的利用价值，气化炉排灰自出灰口通过燃烧炉物料进口被送至燃烧炉中，经燃烧后，其烟气通过燃烧炉烟气出口，经管道与热解反应器外热源进口相连，为热解反应提供热源。

经过各步反应后的高温合成气自气化炉出气口进入换热器，并最终自换热器合成气出口排出。