[发明专利]带余热利用的生物质三段式气流床气化技术

说明书

技术领域

本发明的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，涉及 能源化工技术领域；特别涉及生物质的热化学技术领域；尤其涉 及生物质气化技术的技术领域；具体涉及带余热利用的生物质气 流床气化技术领域。

背景技术

生物质中的植物是通过光合作用吸收空气中二氧化碳生成 的有机物质，其分布广泛、可利用量大、并且是唯一可再生的含 有碳氢组分和热能的、可储存的自然原料；利用生物质进行能源 利用和化工生产，具有CO₂零排放的特征。随着传统化石能源储 量的日益减少，以及由于使用化石能源带来的环境污染问题，重 视和发展可再生、环保能源已成为各国政府的共识。通过热化学、 生物化学等方法，能够将生物质转变为清洁的气体或液体燃料， 生产合成柴油/汽油、化工产品以及满足电力需求等等，具有全 面替代化石能源的潜力，将成为世界各国优先发展的新能源。

将生物质转变为清洁气体或液体燃料的方法很多，在这其 中，生物质气化技术与其它技术相比能够适应所有的生物质种 类，且具有工业化大型生产的能力。

生物质的气化过程是一种热化学过程，是生物质原料与气化 剂(空气、氧气、水蒸气、二氧化碳等)在高温下发生化学反应， 将固态的生物质原料转变为由碳、氢、氧等元素组成的气体组分 的混合气体的过程，该混合气体通常被称为合成气。气化过程产 生的合成气的组成随气化时所用生物质原料的性质、气化剂的类 别、气化过程的条件以及气化炉的结构不同而不同。而满足用于 生产合成柴油/汽油、化工产品合成气--即精制合成气的气化 目标在于尽量减少原料和氧化剂(如氧气等)的消耗量以及合成 气中的甲烷含量，并且没有焦油产生，同时最大化系统的气化效 率、碳转化率以及合成气中有效成分(CO和H₂)的含量。

精制合成气指的是：采用气化装置气化而直接得到的合成气 的混合物中CO和H₂为主要组分，无焦油，CH₄含量＜0.5％。精制 合成气主要用于生产合成柴油/汽油、烯烃、烷烃、石脑油、润 滑油，以及作为燃料电池原料等等，适用于生产各种化工产品、 以及各种超清洁油品的新能源利用，特别在可再生的生物质能源 利用领域，生物质的精制气化技术是生物质化工产业、生物质合 成油新能源产业、具有工业化大型生产能力的关键气化技术。

目前，生物质气化所使用的气化工艺方法及气化炉大致可以 分为三类：固定床、流化床和气流床气化技术。固定床气化生产 的合成气热值较低，且含有大量焦油；流化床气化对原料的性质 很敏感，运行温度较低，出口合成气中焦油含量较高。由于固定 床和流化床一般都采用空气作为氧化剂，以及气化压力一般为常 压，合成气中含有大量的焦油，在后续设备中不得不安装焦油裂 解和净化装置，使得气化工艺变得十分复杂。总而言之，这两种 气化方法的核心问题是由于气化平均温度较低，一般气化炉出口 温度都不能超过1100℃，而导致焦油产生和合成气中的甲烷含 量较高，都不能满足生物质高效气化和生产精制合成气的要求。

气流床的气化温度较高，炉内温度比较均匀，焦油在气流床 中全部裂解，CH₄含量较少，同时气流床具有很好的放大特性， 特别适用于大型工业化的应用，是生物质生产精制合成气的最佳 方式。但是，生物质气流床气化也有以下四大核心问题需要解决：

第一，气流床气化对原料的粒径有着严格的限制，进入气流 床的原料需要磨成超细的颗粒，然而按照现有的破碎或制粉技 术，无法将含纤维较多的生物质原料磨制成满足气流床运行所需 的粒径，这就导致了无法将生物质原料直接用于气流床气化。

第二，气流床合成气出口温度都很高，一般都在1300℃以上， 而合成气的应用还需净化或变换，这需要将合成气的温度降到 250℃左右，这段合成气的余热如果不能充分利用，将导致整个 气化系统的效率低下。

第三，由于生物质原料的碱金属(K、Na)含量较高，它们 在高温时以气态的形式存在，在合成气的降温过程中，在800 ℃～600℃区间会凝结为固态而附着于换热器管子壁面，引起受 热面管子的碱金属腐蚀和结渣并堵塞合成气通道。