[發明專利]一種煤與生物質共氣化制備合成氣系統及工藝

有效

• 申請號: 201310362969.9
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103450948A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 王樹眾;吳志強;趙軍;陳林;孟海魚
• 申請（專利權）人: 廣東順德西安交通大學研究院;西安交通大學
• 主分類號: C10J3/56
• 分類號: C10J3/56;C10J3/72
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明涉及碳基固體燃料氣化技術領域，特別涉及一種煤與生物質共氣化制備合成氣系統及工藝。

技術背景

目前中國已進入工業化加速發展的高能源強度時期，“以煤為主”的能源結構短時期內難以改變，煤炭傳統利用方式（燃燒）所帶來環境污染、溫室氣體效應等不良影響日益凸顯，以氣化技術為代表的潔凈煤技術逐漸引起世界各國的關注，并成為能源領域的競爭焦點。

與煤炭相比，生物質原料具有高揮發分、低固定碳含量、高氧碳比及低灰分、氮、硫元素含量等特點，特別是秸稈類原料其揮發分高達70%左右，應用于氣化具有反應活性強、氣化過程產生的SO₂及NO_x含量低等優勢，同時從碳循環角度考慮，生物質為零碳能源，在熱化學轉化過程中零碳排放。此外隨著國家經濟快速發展，以城市生活垃圾為首的有機固體廢棄物產生量急劇增長，處理問題迫在眉睫。而以木質纖維素類生物質及城市生活垃圾為典型生物質的氣化技術因氣化原料能量密度低、分布較為分散等使得其面臨季節性供應短缺、焦油所帶來的二次污染等問題，嚴重制約其大型化以及商業化應用。

煤與生物質共氣化作為基于化石燃料和可再生能源燃料源產品間的橋梁，可在實現煤高效潔凈轉化同時對生物質氣化規模化應用有積極的推動作用。生物質與煤共氣化可以很好地彌補生物質單獨氣化面臨的挑戰，同時在碳反應性、焦油形成和減少污染物排放等方面產生協同作用；生物質具有較高的反應活性且堿金屬礦物質含量較高，對低反應活性煤的高效潔凈轉化具有一定的促進作用。

目前現有氣化工藝依據氣化爐類型可以分為固定床氣化工藝、流化床氣化工藝及氣流床氣化工藝。其中流化床氣化工藝具有較高的氣固傳熱傳質速率，床層內固體顆粒分布和溫度分布較為均勻，有利于低反應活性煤的氣氣化，氣化強度高于固定床氣化技術，在合成氣中焦油及酚類含量較低，與氣流床氣化爐相比在原料粒徑范圍上要求較低，故目前多開發基于流化床氣化技術的煤與生物質共氣化工藝。

目前現有煤與生物質共氣化工藝及裝置多為在現有煤氣化爐基礎上進行生物質添加，由于生物質種類的多樣性及性質的復雜性現有發明專利多針對較為單一的生物質種類，且多未針對不同種類生物質考慮其預處理方式，此外現有共氣化流化床反應器具有工藝適應性差及氣化爐控制復雜等問題。

現有流化床共氣化反應器主要包括單流化床氣化反應器與雙流化床氣化反應器，對于單流化床氣化反應器多采用均勻布風，物料在爐內混合程度受原料特性影響較大；此外對于公開號為CN1557919A的“一種生物質與煤混合流化床氣化方法及其裝置”的中國專利公開中，將整個過程分為空氣燃燒和水蒸氣化兩個階段，控制系統較為復雜，增加了操作的復雜性。對于雙流化床氣化反應器亦將氣化過程和燃燒過程分別在兩個流化床中進行增加操作復雜性。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術方案的不足，提供一種煤與生物質共氣化制備合成氣系統及工藝，適用于褐煤、煙煤等低反應活性煤與木質纖維素類生物質、城市生活垃圾共氣化制備合成氣。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種煤與生物質共氣化制備合成氣系統，包括進料裝置、氣化爐本體和氣化介質發生裝置；氣化爐本體由下部密相區和上部稀相區組成，在密相區的底部布置有多風室布風裝置，多風室布風裝置由兩個或多個相互封閉的環形風室組成，其上布置有圓錐形的傾斜布風板；多風室布風裝置與氣化介質發生裝置出口相連結；進料裝置與氣化爐本體在密相區與稀相區的結合部連接；在多風室布風裝置與氣化爐本體之間的出渣口連接有出渣裝置；稀相區上部側壁設有合成氣出口；氣化介質發生裝置包括富氧制備裝置和/或水蒸氣發生裝置；多風室布風裝置采用圓錐形或倒圓錐形布風方式。

本發明進一步的改進在于：多風室布風裝置由兩個緊密連接且內部空間相互獨立的第一風室和第二風室組成；第一風室和第二風室為環形互相嵌套。

本發明進一步的改進在于：布風板上安裝有多個定向風帽，所述定向風帽由一個一端封閉的圓管加工而成，在靠近封閉端的管壁側面有兩個出風孔，在同一水平面內，兩個出風孔相互呈40～120°夾角布置；定向風帽在布風板上呈中心對稱分布，其出風孔沿布風板圓周方向呈順時針或逆時針布置，其兩個出風孔中心線的角平分線與布風板圓周切線外側方向有10～40°的夾角，使氣化爐本體底層床料能夠沿螺旋線由中心向外側運動。

本發明進一步的改進在于：富氧制備裝置采用膜分離制氧或變壓吸附制氧。

本發明進一步的改進在于：進料裝置的入口連接有糧倉；所述糧倉，用于存儲預處理后的生物質與煤的混合物。