[发明专利]生物质与垃圾中可燃物转化为甲醇的工艺

说明书

技术领域 本发明属于能源化工领域。

背景技术 随着化石能源的逐渐枯竭，人类可以利用甲醇及其衍生物作为能源载体和多种化学品的中间体，来替代和生产过去的石油产品，跨越油气时代，实现可持续发展，是多国科学家的共识。我国科学家倪维斗院士，也向国家提出发展“甲醇和二甲醚”经济，东西部协同发展的能源战略。生物质是含碳、氢、氧元素为主的有机化合物，垃圾中可燃物除一部分是生物质外，还有合成的有机物，它们通过合成气途径，即经过气化——合成气净化——甲醇合成，都可以由固体可燃物转化为甲醇。

由合成气合成甲醇是成熟的技术。由生物质与垃圾中可燃物转化为甲醇的难点是原料的气化与粗合成气的净化工艺。与以往煤炭气化、合成气净化不同，生物质原料有它独特的物理化学性质，在一般的气化过程中，它很难建立一个稳定的气化反应层，也很难稳定地产生无焦油合成气而导致过程的失败。为了现代化的利用生物质能源，很多人研究这个工艺过程提出不同的解决方案。垃圾中可燃物中有着复杂的化学成分，特别是含有一些氯元素的物质，使它的气化产物与煤炭气化产物不同，因此也不能套用一个净化方法。

生物质与垃圾中可燃物转化为甲醇，制造合成气是关键的一步，采用部分氧化法一步把生物质和其他有机物转化为合成气，是很多研究者首选的技术方案，但它目前在技术上还不十分成熟。我国山东省科学院能源研究所经过多次改进提出了一种方法。发明名称：一种生物质气化方法。专利申请号：CN201010139473.1。该发明主要的技术特征是：生物质气化所经历的干燥热解、燃烧还原、气体重整几个步骤在同一气化炉中的三个不同的区间相对分开且连续进行，同时在整个气化过程中分三点连续通入气化剂，总气化剂的当量比为0.2-0.35，一次气化剂、二次气化剂、三次气化剂之间的质量比例为(0-0.8)∶(2-3.5)∶(0.7-1.5)。通过控制生物质原料、一次气化剂、二次气化剂、三次气化剂之间的相互比例来控制炉内各分区的温度和反应深度，从而控制最终产品气的品质。在该发明专利中，生物质气化的实现有三个步骤：

1、生物质和一次气化剂在间接换热作用下，发生干燥热解和部分气化反应。(而在生产合成气为目的的气化中，不通入一次气化剂)；

2、热解和部分气化后的半焦与通入的二次气化剂发生燃烧和还原反应；

3、热解和部分气化后的气态物(含有大量焦油)及由和二次气化剂燃烧还原后的气态产物共同与通入的三次气化剂混合，发生不完全氧化反应，实现气体高温重整。最终得到高品质的产品气。

我十分尊重山东省科学院能源研究所的研究成果和他们的贡献，但是也认为该发明生产的合成气，如果采用甲酸甲酯路线合成甲醇时，合成气中的二氧化碳的含量偏高，原料在间接换热作用下干燥热解不是十分有效。如果气化过程更简单一些，设备制造就会更容易，制造成本就会更低一些。如果对生物质与垃圾中可燃物原料的适应范围更宽，就会更加实用。经过多年的试验与改进，我采用了与之不同的气化方法。

发明内容：

一、生物质与垃圾中可燃物气化方法本发明的技术特征为：生物质气化所经历的干燥热解、燃烧还原、气体重整几个步骤在同一气化炉中的两个不同的区间相对分开且连续进行，同时在整个气化过程中分三次在三个不同位置连续通入气化剂，总气化剂中氧的当量比为0.2-0.35，一次气化剂、二次气化剂、三次气化剂占气化剂总氧量的百分比分别为：70—80％、5—20％、0—15％。具体实施步骤为：

1、气化原料生物质与垃圾中可燃物，要求含水量小于20％，，当量粒度小于20厘米，也就是晴天收集的原料基本不用再烘干，大部分原料不用破碎。原料中生物质的总量大于60％。

2、原料进入气化炉，同时通入预热的一次气化剂(氧气或含氧量70％以上的富氧)，一次气化剂以1——100米/秒的速度直接喷入原料层中，与原料和原料气化热解后的气态产物发生燃烧反应，一次气化剂喷嘴处气体燃烧产生2000℃以上的高温，热气体迅速使原料升温，由于原料的粒度比较大，热传递不是很快，原料颗粒内外温度差很大，在一次气化剂反应区，炉内平均温度为600—900℃。原料快速干燥、气化热解，生成气态焦油、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氢、水蒸气和木炭(半焦)。