[发明专利]生物质多级循环气化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用生物质能的工艺，更具体地讲，本发明涉及一种生物质多级循环气化工艺。

背景技术

化石和矿物能源的危机使得人们更加重视可再生能源的利用。而生物质能就是一种可再生、可储存与替代、储量巨大、碳平衡的绿色能源。

生物质能的本质是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能。据统计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗量的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1％。

生物质能源原料分布广、储量大、成本低、应用范围广，理论上说，取之不尽，用之不竭。它还是唯一可以转化为清洁燃料的可再生能源，其有害物质(硫和氮等)含量仅为中质烟煤的1/10，同时其能源利用可实现温室气体CO2零排放。

每年通过光合作用生成的生物质能约为50亿吨干物质。目前我国秸秆资源量已超过7.2亿吨，折合约3.6亿吨标准煤，除约1.2亿吨作为饲料、造纸、纺织和建材等用途外，其余6亿吨均可作为能源用途。

生物质气化已有一百多年的历史了。最初的气化反应器产生于1883年，它以木炭为原料，气化后的燃气驱动内燃机。在二次世界大战期间，德国大力发展了用于民用汽车的车载气化器，并形成了与汽车发动机配套的完整技术。当时的生物质气化主要采用固定床气化反应器，其技术水平达到了相当完善的程度。

生物质气化是指将生物质原料加工处理后，送入气化炉中，在缺氧的条件下进行气化裂解，得到可燃气体，有时根据应用需要还要对产出气经行净化处理从而得到优质的产品气。

生物质气化原理是在一定的热力学条件下，借助于气化介质如空气、氧气或水蒸气等的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原、重整反应，热解伴生的焦油进一步热裂化或催化裂化成为小分子碳氢化合物，获得CO、H2和CH4等可燃气体。生物质气化主要包括气化反应、合成气催化变换和气体分离净化过程(直接燃用的不用分离净化)。以空气为气化介质为例，生物质气化化学反应通式可以表示为：

CH1.4O0.6+0.4O2+1.5N2＝0.7CO+0.3CO2+0.6H2+0.1H2O+(1.5N2)

一般而言，生物质由纤维素、半纤维素、木质素、惰性灰等组成，含氧量和挥发份高，焦炭的活化性强，因此生物质与煤相比，具有更高的气化活性，更适合气化。

从所采用的气化炉的角度来看，生物质气化技术可以分为两大类，一类是固定床气化炉技术，一类是流化床气化炉技术。其中，固定床气化炉又可以分为上吸式固定床气化炉、下吸式固定床气化炉、横吸式固定床气化炉、以及开心式固定床气化炉等；流化床气化炉又可以分为流化床气化炉、双流化床气化炉、以及循环流化床气化炉等。

中国专利ZL 200410027427.7(CN 1232614C)中公开了一种生物质混合气化工艺及其装置，其包括前气化阶段和后气化阶段。其中，在前气化阶段，生物质物料采用循环流化床气化工艺进行热解气化，在后气化阶段，生物质物料采用下吸式气化工艺进行热解气化。该专利的气化装置是一种由循环流化床气化炉和下吸式固定床气化炉组成的复合式气化炉。其特点是能够同时处理不同形态如粒状和块状的生物质物料，但其缺点也很明显：气化炉结构复杂，而且不适合大规模制气的场合。

中国专利ZL 98122264.1(CN 1098911C)公开了一种生物质循环流化床气化净化系统，其采用空气预热式循环流化床作为燃气生成和空气预热系统，由旋风分离器、文丘里管和水洗塔构成燃气净化系统。但这种装置由于采用循环流化床，而循环流化床采用惯性分离器对产物和未完全反应的物料进行分离，因而其炭回流难以控制；而且，该专利中所采用的旋风分离器，将分离出的未反应完全的物料被直接排放，既浪费，又带来了后处理或环保问题。

目前，采用的生物质气化工艺主要存在如下几个问题：

(1)气化炉气化效率低。生物质原料不能很好地被气化，能量利用率低，能源浪费较严重，易使气化炉积灰及结渣较多；

(2)燃气发热量偏低。较低的发热量不仅造成储气成本升高，而且造成每户用气量升高，增加了用户支出，限制了用户用气的积极性；

(3)杂质含量高。焦油和灰尘沉积严重，集中供气系统不能进行长期安全运行。不仅影响了生产的连续性，而且造成厂房内火焰上窜，管道形成负压回火爆炸；

(4)二次污染问题。市场上部分生物质气化机组采用湿式净化技术，这样不可避免地向外界排放洗涤过的冷却水，导致冷却水中含有多种有害物质，如酚、氨等。它们对动植物生长及安全构成危害，从而造成二次污染。

发明内容