[发明专利]生物质低温裂解高温气化工艺及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及将可燃物料转变成清洁高效合成气的技术，具体地指一种生物质低温裂解高温气化工艺及其设备。

背景技术

可燃物料气化技术在二十世纪末得到了快速发展，特别是对燃煤进行气化的技术已经相当成熟，科研人员已成功地开发出了对煤种适用性广、气化效率高、产生污染少的煤气化工艺。而对树枝、秸秆、稻草或其他农林废弃物等生物质进行气化的技术则是本世纪出现的一种综合利用能源的新技术，已有的生物质气化技术主要包括固定床气化工艺、流化床气化工艺、两段式制气工艺等等，这些都属于直接气化工艺。直接气化工艺最主要的特点是利用部分生物质燃烧放出的热量为气化反应提供能源，气化反应所采用的氧化剂一般是空气、富氧空气、或富氧空气与水蒸汽的组合中的一种。近期的研究和实验表明：上述生物质直接气化工艺存在如下几方面的缺陷：

一、生物质燃料的成份和热值极不稳定、着火点低、着火反应快，容易发生爆燃现象，在气化炉局部区域形成超温结焦结垢，气化炉的运行温度极难控制。

二、当以空气作为氧化剂时，由于空气中存在大量不发生反应的N₂成份，会导致合成气中的N₂含量偏高、有效气体(CO+H₂)含量偏低、H₂/CO比例下降，合成气的热值偏低且不稳定，一般只能维持在5000KJ/Nm³以下，难以满足后续的工业利用。

三、当以富氧空气作为氧化剂时，虽然可以减少合成气中的N₂含量，但需要附设体积庞大且能耗极高的空气分离装置，这样将大幅增加整个气化工艺的成本。

四、当以富氧空气与水蒸汽的组合作为氧化剂时，虽然可以减少合成气中的N₂含量、增加合成气中的H₂含量，但水蒸汽作为反应介质仍需要消耗大量的热能，与分离空气的能耗累积，同样会大幅增加整个气化工艺的投资。

五、需要自燃约15～20％的生物质来提供气化反应的能量，而燃烧产生大量的CO₂，从而降低合成气中有效气体(CO+H₂)的含量。并且，高温合成气连同混杂于其中的空气将带走大量的显热，这样热能转化成化学能的比例将大幅下降，导致整个气化工艺的冷煤气效率较低，一般情况在70％以下，最好状况也不会超过80％。

六、气化炉的运行温度大多设计为800～1200℃，而在该温度区域进行气化反应的生物质燃料将产生大量难以清除的焦油，过多的焦油在设备和管道中累积和粘结，可造成管道堵塞和设备污染。

七、生物质燃料气化反应所产生的灰份中含有大量的K、Na等碱金属氧化物，一般占灰份重量的20～40％，而这些碱金属氧化物在温度高于800℃时会气化混杂于所产生的合成气中，不仅影响合成气的品质，而且与焦油一起粘附在设备和管道中，对设备和管道腐蚀严重。

鉴于上述生物质直接气化工艺所存在的若干致命缺陷，目前还难以将其应用于实际生产中。如何使生物质燃料的气化工艺从研究试验阶段转化为实际商业利用，是本领域科研人员一直在努力攻克的难题。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种工艺易于控制、能耗和投资低廉、冷煤气效率高、所产生合成气的热值大、且能根除焦油和碱金属化合物的生物质低温裂解高温气化工艺及其设备。

为实现上述目的，本发明所设计的生物质低温裂解高温气化工艺，是利用过热水蒸汽作为氧化剂和能量载体、在不同温度区域内依次对生物质燃料进行低温裂解和高温气化两级处理、最终生成净合成气的过程。该工艺包括如下步骤：

1)将破碎好的生物质燃料投入到裂解炉内，同时向裂解炉内喷入低温过热水蒸汽，低温过热水蒸汽的热量应能始终保持裂解炉内的运行温度为500～800℃，使生物质燃料在与低温过热水蒸汽充分接触的过程中快速发生裂解反应，生成粗合成气和含焦炭灰渣。由于裂解炉的运行温度低于K、Na等碱金属氧化物的升华温度，因此这些碱金属氧化物只能存在于所生成的含焦炭灰渣中，所生成的粗合成气中不含或仅含微量的碱金属氧化物。

2)对所生成的含焦炭灰渣先进行冷却降温，一般降温到150℃以下即可，再将其中的焦炭成份分离出来。焦炭用于下一步生产合成气，含碱金属氧化物的灰渣则送入灰渣库，可进行综合利用。