[发明专利]一种生物质气化装置及工艺

说明书

技术领域

本发明属于生物质能源利用领域，具体涉及一种生物质气化装置及工艺。

背景技术

能源问题在世界经济中具有重要的战略意义。煤炭、石油和天然气等化石燃料的长期使用，造成了严重的环境污染和温室效应。此外，化石燃料为不可再生能源，从长远看液体燃料短缺将是困扰人类发展的大问题。

生物质液化技术包括间接转化法和直接液化法，相比直接液化技术，生物质间接液化技术具有两大优势：一是生产的液体燃料完全不含硫，可满足任何标准要求；二是可以根据国家战略需要和市场需求灵活开展化工生产，如甲醇合成、费托合成等。因此，生物质间接液化技术是未来最具有发展潜力技术之一，其中气化技术是间接液化的基础和关键。

生物质气化按是否使用气化剂可分为使用气化剂和不使用气化剂两种。使用气化剂气化可分为空气气化、氧气气化、水蒸气气化、二氧化碳气化和混合气化等。研究发现，使用气化剂的气化反应过程是个复杂的多组分多类型的化学反应体系，包括氧化反应、还原反应以及固体物质的裂解等。由于气化反应总体是一个吸热反应，必须提供足够热量才能维持反应进行，因此，选择气化剂一般包括空气或者氧气。使用空气作气化剂，由于空气中含有大量的氮气，导致产品中合成气热值低，后续分离成本高。不用气化剂气化只有热解气化一种，它是在完全无氧的情况下进行的气化反应，具有产物热值高、反应过程简单的优点，但是如何提供外部热源成为了关键问题，因此，气化反应器和反应工艺的设计成为了重点。此外，目前限制生物质气化技术发展和工业化的主要障碍是副产物焦油的消除问题。焦油的存在容易导致气化系统的堵塞、腐蚀和设备的损坏，引起下游热载体的失活以及严重的环境污染等。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种生物质气化装置，将生物质气化过程分为热解气化和半焦气化两个工段，热解气化过程采用了“W”型气化反应器，具有设备体积小、反应完全、合成气中不含焦油的显著优点。

本发明所提供的技术方案为：

一种生物质气化装置，包括气化反应器、半焦与热载体分离器、流化床热载体升温器、热载体分级分离系统以及第一合成气收集器；

所述气化反应器包括热解气化反应区、设置在热解气化反应区侧端的重整反应区以及气体过滤区；所述热解气化反应区顶部设有物料进口和第一热载体进口；所述热解气化反应区与重整反应区通过隔板分离，且所述热解气化反应区与重整反应区底部连通形成连通区，返料阀设置于所述连通区下端；所述返料阀、半焦与热载体分离器、第一返料器与流化床热载体升温器进口依次连接；

所述重整反应区顶部分别设有气体产物出口和第二热载体进口；所述气体过滤区设置在重整反应区与气体产物出口之间，顶部设有第三热载体进口，下部设有调节阀；所述第一热载体进口、第二热载体进口和第三热载体进口分别与热载体分级分离系统连接，所述气体产物出口与第一合成气收集器连接；所述流化床热载体升温器出口与热载体分级分离系统的进口连接。

上述技术方案中，原料生物质和水蒸气由物料进口进入，热载体由第一热载体进口进入，在热解气化反应区实现混合升温并反应，热解气化反应区生成的气相产物进入重整反应区内，与重整反应区内的热载体接触继续进行反应。重整反应后的气相产物继续进入气体过滤区进一步反应得到合成气，同时气体过滤区也起到了过滤气相产物中粉尘的作用。

热解气化反应区和重整反应区中经过反应的热载体和未完全反应的半焦通过返料阀进入半焦与热载体分离器实现半焦与热载体的分离。分离后的热载体通过第一返料器进入流化床热载体升温器，之后进入热载体分级分离系统，根据不同粒径分别进入气体过滤区、热解气化反应区、重整反应区或者外排。

优选的，所述热载体分级分离系统由三级旋风分离器串联组成，上一级旋风分离器的出口与下一级旋风分离器进口连接；所述第一级旋风分离器的灰斗与气体过滤区顶部的第三热载体进口连接，所述第二级旋风分离器的灰斗分别与第一热载体进口和第二热载体进口连接，所述第三级旋风分离器的灰斗和出口分别外排。

通过热载体分级分离系统，可以将经过流化床热载体升温器的热载体按颗粒粒径分为3个区间分别投入不同工段，分别为：由第一级旋风分离器分离下粒径大于0.5mm的热载体分别进入气体过滤区和鼓泡流化床半焦气化反应器，由第二级旋风分离器分离出0.1-0.5mm的热载体分别进入热解气化反应区、重整反应区以及鼓泡流化床半焦气化反应器，由第三级旋风分离器分离出小于0.1mm的热载体则外排。