[發明專利]通過氣體爆破將生物質制成合成氣的工藝及其系統

在審

• 申請號: 201711086619.9
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107880935A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 宋侃;鄧雪飛;汪大閃;宋德臣
• 申請（專利權）人: 武漢凱迪工程技術研究總院有限公司
• 主分類號: C10J3/00
• 分類號: C10J3/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司42104
• 代理人: 胡鎮西

技術領域

本發明涉及生物質制造合成氣或可燃氣體的技術領域，具體地指一種通過氣體爆破將生物質制成合成氣的工藝及其系統。

背景技術

隨著傳統化石能源(煤、石油、天然氣)儲量的日益減少，以及由于使用化石能源帶來的環境污染問題，直接威脅著人類的生存和發展，重視和發展可再生、環保能源已成為各國政府的共識。生物質是植物通過光合作用生成的有機物質，其分布廣泛、可利用量大、較化石能源清潔，具有CO₂零排放的特征，是一種重要的可再生能源。通過熱化學、生物化學等方法，能夠將生物質轉變為清潔的氣體或液體燃料，用以發電、生產工業原料、化工產品等，具有全面替代化石能源的潛力，成為世界各國優先發展的新能源。

將生物質轉變為清潔氣體或液體燃料的方法很多，在這其中生物質氣化技術與其它技術相比能夠適應生物質的種類更加寬廣，且具有很強的擴展性。生物質的氣化過程是一種熱化學過程，是生物質原料與氣化劑(空氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳等)在高溫下發生化學反應，將固態的生物質原料轉變為由炭、氫、氧等元素組成的炭水化合物的混合氣體的過程，該混合氣體通常被稱為合成氣。氣化過程產生的合成氣組成隨氣化時所用生物質原料的性質、氣化劑的類別、氣化過程的條件以及氣化爐的結構不同而不同。氣化的目標在于盡量減少生物質原料和氣化劑的消耗量以及合成氣中的焦油含量，同時最大化系統的氣化效率、炭轉化率以及合成氣中有效成分(CO和H₂)的含量。影響氣化目標的因素很多，包括氣化工藝所使用的氣化爐的類型、氣化劑的種類、生物質原料的粒徑、氣化壓力和溫度、生物質原料中含有的水分和灰份等。

氣化所使用的氣化爐大致可以分為三類：固定床、流化床和氣流床。固定床氣化結構簡單、操作便利，運行模式靈活，固體燃料在床中停留時間長，炭轉化率較高，運行負荷較寬，可以在20～110％之間變動，但固定床中溫度不均勻換熱效果較差，出口合成氣熱值較低，且含有大量焦油；流化床氣化在向氣化爐加料或出灰都比較方便，整個床內溫度均勻、易調節，但對原料的性質很敏感，原料的黏結性、熱穩定性、水分、灰熔點變化時，易使操作不正常，此外，為了保證氣化爐的正常流化，運行溫度較低，出口合成氣中焦油含量較高。由于固定床和流化床含有大量的焦油，在后續設備中不得不安裝焦油裂解和凈化裝置，使得氣化工藝變得十分復雜；氣流床的運行溫度較高，爐內溫度比較均勻，焦油在氣流床中全部裂解，同時氣流床具有很好的放大特性，特別適用于大型工業化的應用，但氣流床氣化對原料的粒徑有著嚴格的限制，進入氣流床的原料需要磨成超細的顆粒，然而按照現有的破碎或制粉技術，難以將含纖維較多的生物質原料磨制成滿足氣流床運行所需的粒徑，這就導致難以將氣流床直接應用于生物質原料的氣化。焦油的裂解和處理以及生物質氣化之前的預處理是阻礙生物質氣化工藝進一步發展的最大問題。

現有技術有一種低焦油生物質氣化方法和裝置，該技術通過將固體生物質熱解和熱解產物的裂解氣化兩個過程分開，將生物質轉變成焦油含量較低的可燃氣體。該方法存在以下幾個問題：首先，熱解產生的熱解氣和木炭全部被輸送到裂解氣化器的燃燒區，發生不完全燃燒反應，將熱解產生的焦油通過高溫的方式進行裂解，雖然能降低焦油的含量，但會損失大量的木炭，導致后續還原反應產生的CO數量較低，進而使得合成氣中的CO₂含量較高；其次，燃燒反應溫度較低，在后續的還原反應中溫度會進一步降低，還原區的平均溫度將低于700℃，使得有效合成氣(CO和H₂)的產量降低(約為30％左右)；再次，經還原反應的灰渣和未反應完全的殘炭直接排出系統，造成炭轉化率降低；最后，該方法所采用的裂解氣化器是固定床的一種形式，燃燒產生的氣化劑(主要是CO₂和H₂O)在穿過底部熾熱的炭層的時候，由于還原反應是吸熱反應，導致床層上下溫差較大(頂部1000℃左右，底部500℃左右)，這是固定床固有的缺陷。