[發明專利]一種生物質復合氣化的方法及裝置

有效

• 申請號: 200710032675.4
• 申請日: 2007-12-18
• 公開（公告）號: CN101225315A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 吳創之;陰秀麗;周肇秋;馬隆龍;蔡建渝
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 莫瑤江

技術領域

本發明涉及生物質氣化技術領域，尤其是涉及到一種爐內去除焦油的一體化生物質復合氣化的方法及裝置。

背景技術

由于石油資源的日漸匱乏，環境污染及溫室效應問題的日益嚴重，從豐富的生物質農林廢棄物資源(如秸稈等)獲取高品位液體燃料和化學品正逐漸成為一種發展趨勢，在國內外引起高度關注。生物質氣化技術可將各種廢棄的生物質轉化成為高品位的氣體燃料，是通過熱化學轉化途徑制取液體燃料、化學品，并用于發電、供氣和供熱的主要核心技術。生物質基液體燃料和化學品的市場前景將最終取決于成本的競爭性，而高效、經濟的生物質氣化工藝是發展生物質間接液化技術的關鍵環節，所以必須解決目前氣化技術存在的瓶頸問題，減少焦油含量、提高氣化效率和產氣質量。

針對不同的工業用途，國內外對生物質氣化技術進行了大量的研究開發工作，開發出固定床、流化床、氣流床等不同的生物質氣化工藝。固定床氣化工藝反應速度慢、處理量小，不易放大；流化床氣化工藝反應速度快，處理量大，有利于大規模生產，所以得到了廣泛的應用；而氣流床的研究主要停留在試驗驗證階段。不論采用哪種氣化工藝，焦油的產生是氣化技術的共性問題。焦油在高溫時呈氣態，與可燃氣體完全混合，而在低溫時凝結為液態，其分離和處理極為困難。焦油的存在不僅降低了氣化效率、氣體熱值，更嚴重的是焦油在低溫時凝結為液態，容易和水、焦炭等結合，堵塞輸氣管道，影響氣化設備的正常運行；凝結為細小液滴的焦油難以燃燼，在燃燒時容易產生碳黑等顆粒，對燃氣設備造成極大的損害。焦油的存在大大降低了合成氣的利用價值，阻止了氣化技術的高端應用，是氣化技術高效大規模應用的瓶頸問題。

目前工業上常用的焦油去除方法主要是爐外去除，如干式過濾、濕式洗滌、催化裂解等。過濾和水洗方法雖然操作簡單、成本較低，但是效率不高，為防止二次污染，需要增加額外的凈化設備和廢水處理設備，不僅占地較大，也增加了投資成本，而且處理掉的焦油不能利用，造成能源的浪費。催化裂解因系統簡單、能量利用率高，且對生物質燃氣組分具有調變作用而成為國內外研究的熱點，但需要消耗大量的額外能量，還需要額外的輔助設備，增加了系統的復雜性和投資；同時，由于催化劑失活、機械磨損和應用成本等問題，目前主要用于試驗研究，還未形成商業化的專用催化劑系列，尤其在催化劑的使用壽命方面離商業化還存在較大的距離。

焦油也可通過爐內去除的方法即在氣化爐內抑制焦油產生并將產生的焦油原位轉化為目標產物氣，實現氣化爐內粗合成氣中不含焦油。爐內脫除可以通過優化氣化爐結構設計、優化氣化過程操作參數、氣化爐內添加催化劑等方法實現，從而達到減少氣化爐出口燃氣中焦油含量的目的。這種方法是目前研究的熱點和今后發展方向。

國內外氣化技術的發展趨勢是開發高效、低焦油、燃氣組份調控能力較強的氣化工藝。針對焦油的有效脫除和燃氣的高端利用，國內外開展了新型氣化工藝的研究。如：丹麥技術大學設計了兩段式氣化爐，所得燃氣中焦油含量大大降低；德國Choren公司提出了溫和熱解和高溫熱解兩步法制高質量合成氣的工藝，合成氣中幾乎不含焦油。這些裝置的特點是將諸多的反應器串聯在一條連續的流程上，燃料先在間接加熱式裂解器中干燥和熱解，裂解的產物緊接著在裂解器及焦炭氣化器間的狹窄地帶進行部分氧化，產物氣流經熱的焦碳床，從而使產物氣中的焦油裂解并達到較低的含量。

授權公告號為CN1116383的發明專利“一種復合式生物質氣化爐及其燃氣制備方法”揭示了一種農作物廢棄物處理設備及由固態含碳物料生產燃氣的方法，其發明目的是提供一種農村地區適用的、小型的燃氣制備裝置和方法，如說明書中內容所述，固定床下吸式氣化爐的近處設置有一個生物質干餾爐，然而專利說明書中公開的這種復合氣化爐僅是多種裝置的簡單疊加。

授權公告號為CN1272404C的發明專利“一種低焦油生物質氣化方法和裝置”，其特征在于該裝置包括一個熱解反應器和一個裂解氣化器，熱解反應器中的熱解產物進入一個串聯的裂解氣化器。所述氣化器為一個固定床下吸式氣化爐。該發明通過兩個串聯的反應器實現將熱解和氣化兩個過程分開，得到焦油含量較低的可燃氣體，但在反應器放大，運行穩定性等方面都無法滿足工業應用的需要。

公開號為CN1664066的發明申請“復合式生物質氣化爐及熱裂解裝置”公開了一種復合式的氣化爐裝置，但從該專利說明書中可以知悉，該復合氣化爐也僅是多個裝置的簡單疊加，如專利說明書中所述，其主要的技術方案是該主體設備由兩座氣化爐構成，還包括四套U型催化器，一臺鼓風機和風量調節器等組成。