[發(fā)明專(zhuān)利]一種生物質(zhì)分級(jí)氣化制富氫合成氣的系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110584380.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113322102A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李斌;唐家斟;賀亞京;謝興;林丹;王帥軍;劉東京
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C10J3/64
• 分類(lèi)號(hào): C10J3/64;C10J3/72
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種生物質(zhì)分級(jí)氣化制富氫合成氣的系統(tǒng)，生物質(zhì)經(jīng)預(yù)處理改性后定向熱解得到揮發(fā)分和高產(chǎn)率熱解焦，熱解焦經(jīng)水蒸氣氣化制潔凈富氫合成氣，揮發(fā)分則全部燃燒獲得高溫?zé)煔猓邷責(zé)煔馔ㄟ^(guò)間接換熱依次為氣化、熱解過(guò)程供熱，并加熱水產(chǎn)水蒸氣；本發(fā)明通過(guò)將熱解、氣化過(guò)程分級(jí)，僅利用高產(chǎn)率熱解焦氣化而規(guī)避揮發(fā)分氣化來(lái)制富氫合成氣，從源頭上抑制焦油的形成；通過(guò)預(yù)處理改性和熱解過(guò)程調(diào)控提高熱解焦產(chǎn)率和氣化反應(yīng)活性，以提高生物質(zhì)制富氫合成氣的碳原子利用經(jīng)濟(jì)性和選擇性；揮發(fā)分則全部燃燒用來(lái)供熱以實(shí)現(xiàn)過(guò)程熱量自維持；所制得的氣體品位高、更清潔，有效突破了當(dāng)前生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)面臨的瓶頸，具有很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種生物質(zhì)分級(jí)氣化制富氫合成氣的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

生物質(zhì)是一種重要的清潔、可再生能源，具有CO₂近零排放的優(yōu)點(diǎn)，在2050年碳中和愿景下有望發(fā)揮更加重要的作用。然而，我國(guó)目前的各種生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)仍不太成熟，一定程度上均存在利用效率低、產(chǎn)物品位低、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不高等問(wèn)題，企業(yè)盈利能力弱而難以為繼，大大限制了其進(jìn)一步推廣應(yīng)用。生物質(zhì)的利用必須走高效轉(zhuǎn)化與高值化利用的道路，以實(shí)現(xiàn)其高附加值利用。

生物質(zhì)是自然界唯一可再生的碳資源，其高效轉(zhuǎn)化與高值化利用必須充分考慮其碳資源屬性，通過(guò)適當(dāng)技術(shù)手段將其轉(zhuǎn)化為高附加值的燃料、炭材料或含碳化學(xué)品是當(dāng)前生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向。在生物質(zhì)的各種轉(zhuǎn)化利用技術(shù)中，熱解氣化技術(shù)可方便快速地將低品位的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位的燃?xì)狻⒏粴浜铣蓺饣蛏锾康龋瑥亩@著拓展其應(yīng)用范圍，并提高其附加值。但相關(guān)技術(shù)應(yīng)用目前仍面臨瓶頸，比如生物質(zhì)熱解炭化技術(shù)盡管所得的生物炭是一種優(yōu)質(zhì)燃料或炭材料，還可用作土壤改良或炭基肥，但其產(chǎn)品相對(duì)單一、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性提升有限，且另一主要產(chǎn)物生物油目前還難以利用，存在潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；而生物質(zhì)氣化技術(shù)目前仍以空氣氣化為主，產(chǎn)氣熱值低而焦油含量高，嚴(yán)重限制了其推廣應(yīng)用。

在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用過(guò)程中，應(yīng)充分考慮其物理化學(xué)特性及熱轉(zhuǎn)化行為特征，比如農(nóng)作物秸稈類(lèi)生物質(zhì)含有較高的灰分以及堿金屬、堿土金屬含量，其作為燃料使用時(shí)往往面臨受熱面的積灰、結(jié)渣與腐蝕以及顆粒物排放超標(biāo)等問(wèn)題；作為原料進(jìn)行快速熱解時(shí)難以獲得單相的生物油，不利于后續(xù)進(jìn)一步改質(zhì)提升；且因其高的揮發(fā)分含量，秸稈熱解氣化產(chǎn)氣中焦油含量較高，這對(duì)于其高值化利用提出了很大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了一種生物質(zhì)分級(jí)氣化制富氫合成氣的方法與系統(tǒng)，也即通過(guò)熱解、氣化過(guò)程分級(jí)，將生物質(zhì)先熱解制揮發(fā)分和高產(chǎn)率熱解焦，再采用熱解焦水蒸氣氣化制潔凈富氫合成氣，而揮發(fā)分全部燃燒為氣化、熱解過(guò)程供熱和供水蒸氣。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種生物質(zhì)分級(jí)氣化制富氫合成氣的系統(tǒng)，包括生物質(zhì)預(yù)處理單元、熱解反應(yīng)裝置、氣化裝置、揮發(fā)分燃燒單元和換熱單元；熱解反應(yīng)裝置的生物質(zhì)入口與生物質(zhì)預(yù)處理單元之間通過(guò)給料裝置連接，通過(guò)給料裝置將預(yù)處理后的生物質(zhì)輸入熱解反應(yīng)裝置進(jìn)行熱解；熱解反應(yīng)裝置的固體出口和氣體出口分別連接氣化裝置和揮發(fā)分燃燒單元；揮發(fā)分燃燒單元的高溫?zé)煔獬隹谕ㄟ^(guò)管路依次連接氣化裝置、熱解反應(yīng)裝置和換熱單元，形成換熱通路；

水依次經(jīng)過(guò)換熱單元、揮發(fā)分燃燒單元和氣化裝置，形成水蒸氣生成單元，為氣化裝置內(nèi)熱解焦與水蒸氣混合進(jìn)行水蒸氣氣化反應(yīng)提供水蒸氣。

進(jìn)一步，生物質(zhì)的預(yù)處理包括烘焙、成型、離子注入或加入酸催化劑處理以及上述方法的組合，通過(guò)改變生物質(zhì)理化特性以提高熱解時(shí)固體焦的產(chǎn)率及氣化反應(yīng)活性，同時(shí)改性處理能強(qiáng)化熱解過(guò)程中的脫水、脫羧反應(yīng)以及促進(jìn)成焦反應(yīng)來(lái)提高熱解焦產(chǎn)率；

進(jìn)一步，揮發(fā)分全部燃燒獲得高溫?zé)煔猓邷責(zé)煔馔ㄟ^(guò)間接換熱依次為氣化、熱解過(guò)程供熱，并加熱水產(chǎn)水蒸氣，實(shí)現(xiàn)熱量的梯級(jí)綜合利用。