[发明专利]生物质燃料二氧化碳循环无氧气化方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及生物质为原料的气化利用领域，具体地是指一种生物质燃料二氧化碳循环无氧气化方法及设备。

背景技术

随着公众对全球气候变暖趋势的日益关注，温室气体减排已经越来越受到世界各国的重视，如美国GE能源与环境研究公司、美国零排放联盟以及日本新能源综合开发机构等也提出了零排放能源系统的概念。

当前，解决温室气体零排放的主要工艺方法是将二氧化碳作为反应物，通过化学反应转化为含碳产品，达到零排放的目的。发明专利授权公告号：CN102060662B，一种可回收利用CO₂的化工动力多联产能源系统及方法，即通过回收化工尾气中的CO₂，其中一部分CO₂进行有氧气化循环来制取合成气，另一部分CO₂通过添加天然气进行重整反应，最终制取二甲醚或甲醇。该发明专利能回收利用CO₂，但是该工艺方法需要氧气气化，因而气化过程中CO₂转化量有限，其中大部分CO₂需通过天然气重整反应来转化，因而具有需氧耗、需消耗天然气及工艺流程复杂的缺点。

发明内容

本发明的目的是提出一种生物质燃料二氧化碳循环无氧气化方法及设备，该发明具有燃料转化率高、无氧耗，工艺流程简单且整套系统温室气体二氧化碳排放量为零等显著优点。

为实现上述目的，本发明所提供的生物质燃料二氧化碳循环无氧气化方法，它是仅采用CO₂作为气化剂将生物质燃料气化成合成气、并利用合成气生产化工油品、以实现整体无氧气化循环的工艺过程，包括如下步骤：

1）气化单元：以回收合成气自身所含的CO₂和合成气后续利用生成的CO₂作为气化剂，使其在外部辅助能源的作用下与生物质燃料发生剧烈的气化反应，生成主要成分为CO、CO₂、CH₄、H₂、H₂O、H₂S、COS的高温合成气；

2）冷却单元：对所生成的高温合成气进行两级热交换器降温处理，其中第一级热交换器采用上述气化剂CO₂作为冷却介质，用于预热气化剂CO₂；第二级热交换器采用水作为冷却介质，得到副产品水蒸汽；

3）洗涤单元：对经过两级热交换降温的合成气进行旋风除尘和洗气塔洗涤处理，得到进一步降温的洁净合成气；

4）变换反应单元：使所得洁净合成气与上述副产品水蒸汽进行水煤气反应，将其中部分CO转化为H₂和CO₂，以调节洁净合成气的品质达到催化合成反应所需的H₂/CO比值范围；

5）脱硫单元：对调质后的洁净合成气进行脱硫处理，将其中的H₂S、COS脱除掉；

6）合成气脱碳单元：对脱硫后的洁净合成气进行脱碳处理，将其中的CO₂分离出来；

7）催化合成单元：使脱硫脱碳后的洁净合成气通过催化变换反应合成化工油品，同时生成富含CO₂的尾气；

8）尾气脱碳单元：对所生成的尾气进行脱碳处理，将其中的CO₂分离出来，剩余无温室气体直接或处理后对外排放；

9）气化剂循环单元：将步骤6）和步骤8）所分离出来的CO₂重新作为步骤2）中第一级热交换器的冷却介质，经过对高温合成气换热降温，获得预热的气化剂CO₂，再利用它进行步骤1）中的气化反应，如此循环最终实现整套工艺零温室气体排放。

作为优选方案，所述步骤1）中，气化反应的温度为600~1300℃，高温合成气出口温度为700~1100℃；所述步骤1）中，气化反应的温度为850~1250℃，高温合成气出口温度为850~1100℃。

进一步地，所述步骤1）中，外部辅助能源为等离子炬能、微波能、太阳能、激光能或电感应能中的一种或几种的组合，所述外部辅助能源占单位时间入炉原料总能量的10~30%。

更进一步地，所述步骤1）中，外部辅助能源占单位时间入炉原料总能量的15~20%。