[发明专利]二段式生物质高温气化制备合成气工艺及设备

说明书

技术领域

本发明涉及生物质气化技术领域，特别是一种利用生物质原料制备可用于合成液体燃料的原料气的工艺及所用设备。

背景技术

生物质是人类社会发展过程中最先利用的一种能源，具有清洁性和可再生性，是唯一可以转化为固体燃料、气体燃料、液体燃料和电力等多种高品位能源的可再生能源。我国是能源消费大国，一次能源消费量仅次于美国，为世界第二大能源消费国，面对化石资源日益枯竭、CO₂排放量的日益增加的严峻形势，开发可再生能源、调整能源结构是实现我国可持续发展战略的重要保障。我国有丰富的生物质资源，据统计，每年农村秸秆产量约6亿吨，林木采集和加工剩余物也达上亿吨，其中大部分可以加以利用，约折合4亿吨标准煤，还有其它一些能源作物、城市生活垃圾等。

生物质气化是利用热化学方法使生物质原料在高温条件下与气化剂（空气、氧气、水蒸气等）发生化学反应并转化为燃气的工艺过程。生物质气化技术可利用的生物质原料非常广泛，包括农作物秸秆、稻壳，林业废弃物，加工剩余物以及城市垃圾等。生物质气化是生物质利用过程中热效率最高的过程，在世界第15次能源大会上，生物质气化技术被确定为优先开发的新能源技术之一。

利用生物质制取合成气用于生产高品质液体燃料和化学品，已经引起国内外学者的关注。气化工艺的开发是实现生物质高效利用的关键，现有生物质气化装置生产的燃气存在热值偏低、焦油量过高、燃气中杂质较多等问题，不适合用于后续合成液体燃料。

发明内容

本发明目的在于提供一种二段式生物质高温气化制备合成气工艺及设备，工艺简洁、高效可行，运行成本低，碳转化率和合成气热值较高，并获得较为洁净的合成气；在相关设备上，满足高温气化过程，不但提高生产能力，同时增加产气量，减少焦油含量，并且能够连续稳定可靠运行。

本发明的技术方案为：二段式生物质高温气化制备合成气工艺，所述工艺包括如下步骤：将细颗粒或粉末状的草本或木本类生物质原料连续、定量地由设在气化炉Ⅰ下部的进料口输入到气化炉Ⅰ内，与由下而上的气化介质空气在700~800℃的温度下，进行初级气化反应生成气固混合物，所述的气固混合物的成分包括生物质燃气、未反应的含碳固体物和焦油，气固混合物由气化炉Ⅰ的顶部排出，从气化炉Ⅱ的顶部通过气固燃料喷嘴进入，气固混合物与从气化炉Ⅱ顶部进入的水蒸气和空气在1000~1200℃下进行高温裂解与气化反应，由上向下气体流速逐渐变快，最后从气化炉Ⅱ下部的气体出口进入净化冷却装置，净化、冷却后制得生物质合成气。

气化炉Ⅱ内， S/B（steam/ biomass，水蒸气/生物质的质量比）比值为1.00~1.65；ER（Equivalence Ratio；空气当量比＝实际供给每 kg 生物质燃烧空气的质量/每 kg 生物质完全燃烧所需空气的质量）比值为0.18~0.32；气化炉内反应压力维持在0.1～1.2MPa的状态下进行。

由气化炉Ⅱ出来的气体与热量回收器换热，回收的热量用于加热水成为水蒸气，输入设在气化炉Ⅱ顶部的气固燃料喷嘴内作为气化剂。

一种用于所述的二段式生物质高温气化制备合成气工艺的设备，包括：空气或氧气压缩机、进料装置、气化装置、净化冷却装置；进料装置、气化装置、净化冷却装置串联设置，空气或氧气压缩机分别和进料装置、气化装置连接，所述的气化装置由气化炉Ⅰ、气化炉Ⅱ串联组成，气化炉Ⅰ底部设有压缩空气或氧气进口、下部设有进料口、顶部设有气固混合物出口，气化炉Ⅱ的上部设有气固燃料喷嘴，气固燃料喷嘴上设有气固混合物进口、压缩空气进口和水蒸气进口，气化炉Ⅱ的下部设有气体出口，底部设有灰渣出口。

所述的净化冷却装置主要由气固分离器、热量回收换热器、洗涤装置串联组成，热量回收换热器的冷却水进口与水泵连接，水蒸气出口与气化炉Ⅱ连接。

有益效果：

本发明的生物质高温气化制备合成气工艺和设备，适用于生物质原料在高温条件下的气化，本发明采用二段式气化工艺，不仅提高了设备生产能力、生物质碳转化率和焦油裂解率，而且明显提高合成气热值，合成气热值可达7~8MJ/m3。同时，本发明的设备能够实现热能自给，提高了热能效率。目前生物质气化技术逐渐向高温高压方向发展，提高气化反应温度有利于焦油裂解和提高碳转化率，而增加气化反应压力可以提高气化强度和生产能力，同时可以减小设备尺寸，降低设备制造成本，有着突出的技术优势和应用前景。