[发明专利]一种生物质复合气化装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物质气化技术领域，尤其是涉及一种炉内去除焦油的生物质复合气化装置。

技术背景

由于石油资源的日渐匮乏，环境污染及温室效应问题的日益严重，从丰富的生物质农林废弃物资源(如秸秆等)获取高品位燃料和化学品正逐渐成为一种发展趋势，在国内外引起高度关注。生物质气化技术可将各种废弃的生物质转化成为高品位的气体燃料，用于工业发电、热电联产、集中供气、工业采暖供热，以及作为合成气合成液体燃料以及为燃料电池提供气源等。生物质气化过程由于技术灵活、产物品位高、用途广泛等特点，成为利用低品位生物质中最有前景的技术之一。国内外生物质气化技术已受到广泛重视，相关研究也取得了显著的进展。但目前气化技术仍然存在瓶颈问题，尤其用于低品位生物质时，常规的气化方式不论从焦油含量、气化效率、燃气成分等方面都无法满足需要，因此，迫切需要研究焦油含量低、燃气组份调控能力强以及操作方便的气化工艺，解决目前存在的瓶颈，使生物质气化工艺实现新的突破，在新的应用领域凸显其优势地位。

针对不同的工业用途，国内外对生物质气化技术进行了大量的研究开发工作，开发出固定床、流化床、气流床等不同的生物质气化工艺。不论采用哪种气化工艺，焦油的产生是气化技术的共性问题。焦油在高温时呈气态，与可燃气体完全混合，而在低温时凝结为液态，其分离和处理极为困难。焦油的存在不仅降低了气化效率、气体热值，更严重的是焦油在低温时凝结为液态，容易和水、焦炭、灰等结合，堵塞输气管道，影响气化设备的正常运行；凝结为细小液滴的焦油难以燃烬，在燃烧时容易产生碳黑等颗粒，对燃气设备造成极大的损害。焦油的存在大大降低了合成气的利用价值，阻止了气化技术的高端应用，是气化技术高效大规模应用的瓶颈问题。

目前工业上常用的焦油去除方法主要是炉外去除，如干式过滤、湿式洗涤、催化裂解等。过滤和水洗方法虽然操作简单、成本较低，但是效率不高，为防止二次污染，需要增加额外的净化设备和废水处理设备，不仅占地较大，也增加了投资成本，而且处理掉的焦油不能利用，造成能源的浪费。催化裂解系统简单、能量利用率高，且对生物质燃气组分具有调变作用而成为国内外研究的热点，但需要消耗大量的额外能量，还需要额外的辅助设备，增加了系统的复杂性和投资。同时，由于催化剂失活、机械磨损和应用成本等问题，目前主要用于试验研究，还未形成商业化的专用催化剂系列，尤其在催化剂的使用寿命方面离商业化还存在较大的距离。

焦油也可通过炉内去除的方法即在气化炉内抑制焦油产生并将产生的焦油原位转化为目标产物气，实现气化炉内粗合成气中不含焦油。炉内脱除可以通过优化气化炉结构设计、优化气化过程操作参数、气化炉内添加催化剂等方法实现，从而达到减少气化炉出口燃气中焦油含量的目的。这种方法是目前研究的热点和今后发展方向。

国内外气化技术的发展趋势是开发高效、低焦油、燃气组份调控能力较强的气化工艺。针对焦油的有效脱除和燃气的高端利用，国内外开展了新型气化工艺的研究。如：丹麦技术大学设计了两段式气化炉，所得燃气中焦油含量大大降低；德国Choren公司提出了温和热解和高温热解两步法制高质量合成气的工艺，合成气中几乎不含焦油。这些装置的特点是将诸多的反应器串联在一条连续的流程上，燃料先在间接加热式裂解器中干燥和热解，裂解的产物紧接着在裂解器及焦炭气化器间的狭窄地带进行部分氧化，产物气流经热的焦碳床，从而使产物气中的焦油裂解并达到较低的含量。

由上可见，目前炉内脱除焦油的气化工艺多是利用几个反应器的串联实现，只有公开号为“CN101225315A”的中国专利提出了一体化的生物质复合气化装置，但由于受到结构空间的限制，颗粒停留时间短，炉内二次反应不充分，组分调变能力不强。

发明内容

本发明提供一种生物质复合气化装置，可将热解、燃烧、气化、焦油裂解、重整和组分调控等反应相对分开，实现参数分区控制和优化匹配，同时所有过程在一套装置中完成，即使不使用催化剂也可达到降低焦油含量、调节气体组分的目的。

为达到以上目的，本发明采取了以下的技术方案：

本发明装置包括复合气化炉，所述复合气化炉由内部依次连通的气化炉上流段、气化炉横流段和气化炉下流段组成。在所述气化炉上流段设置有生物质进料口和一次气化剂入口；在气化炉横流段上设置有二次气化剂入口；气化炉下流段的下部设置有燃气出口，气化炉下流段底部为灰分分离区，设置有灰分出口。

所述气化炉上流段和下流段直径可以相同，下流段高度大于或等于上流段高度的2/3，上流段和下流段内的流体流动方向相反，上流段截面积和横流段截面积之比大于10。