[发明专利]一种三段分离式生物质气化方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物质气化技术，具体地说是一种三段分离式生物质气化方法及装置。

背景技术

生物质是通过光合作用而形成的各种有机物，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，它分布广泛、可利用量大，是一种可再生能源，并且也是唯一一种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。

将生物质转变为清洁气体或液体燃料的方法很多，其中，生物质热化学转化技术与其它技术相比能够适应所有的生物质种类，且具有大型工业化生产的能力，易于规模化应用。生物质热解气化制备生物质燃气(主要成分为H₂和CO气体)，进而合成液体燃料(如甲醇、乙醇、二甲醚、烯烃、柴油和石脑油等)是热化学转化技术中最具有发展前景的生物质能源资源化利用途径之一，受到了国内产业界和学术界前所未有的重视，并投入了大量的人力和物力进行相关的研究和开发，其中通过利用秸秆、稻壳、木柴等生物质原料通过高温热化学方法制备含有氢气和一氧化碳的生物质燃气的技术已经得到广泛的研究。生物质热解气化制备生物质燃气工艺中气化反应器是其核心设备。开发高效生物质热解气化装置制取高品质生物质燃气，并经后续合成反应器转化为液态烃类、醇类和醚类等燃料，既可以缓解对国际原油市场的依赖，也可以减少国内传统化石能源的消耗，同时具有积极保护环境的社会效益。

目前用于生物质气化的气化反应器(气化炉)大致可以分为三种:固定床、气流床和流化床。固定床气化炉的结构简单，操作方便，操作模式灵活，但是炉中温度不均匀换热效果较差，出口生物质燃气中含有大量焦油。气流床的运行温度较高，炉内温度比较均匀，焦油在气流床中裂解程度较高，但气流床气化对固体原料粒径的要求较高，进入气流床的原料需要磨成很细小的颗粒，这给含有大量纤维的生物质原料的研磨提出了另外一个技术难题。而流化床气化反应器由于热容量高、原料适应性强，可以处理高含水量物质,适于连续大规模生产，因此备受重视。但流化床反应器也存在对原料的物理特性很敏感，操作不易控制，运行温度一般也较低，出口生物质燃气中焦油含量也相当可观，且产气中CH₄和CO₂含量较高，一般需要后续设备来处理焦油和重整生物质燃气等问题，使得气化系统和装置变得比较复杂。

通过分段处理生物质原料以提高产气中生物质燃气的浓度，降低产气中CH₄和CO₂含量及降低焦油含量是解决流化床反应器制各高品质生物质燃气要求的方法之一。生物质固体首先在300～600℃左右这种较低的温度下通过热裂解制备生物质高产率的焦炭(半焦)和裂解气体，然后将热解产生的焦炭(半焦)送往流化床气化反应器中与水蒸汽起进行高温(700～900℃)气化反应来制备粗生物质燃气，未完全反应的焦油及制得的粗生物质燃气再经过催化裂解(重整)床层进一步在催化剂的作用下发生焦油裂解及粗生物质燃气重整反应来提高生物质燃气的品质。

把生物质通过热解、气化、催化裂解、重整分段反应转化为清洁的二次能源，可以取得双重的有效效果，一是可以解决环境污染问题，二是可以减少对石油煤炭资源的依赖，为建设资源节约型社会和环境友好型社会起到积极作用。

有鉴于此，针对上述问题，提出一种设计合理且有效改善上述缺失的三段分离式生物质气化方法及装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三段分离式生物质气化方法及装置，克服现有生物质制备生物质燃气技术的缺陷。将生物质气化发生系统的三个过程完全分离，加长了还原区的长度，保证焦油裂解所需时间及温度，从而减少了燃气中焦油的含量，提高了气化炉的产气率及生物质燃气的品质。本发明具有控温方便，节能环保，运行连续等优点。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：一种三段分离式生物质气化方法，其步骤如下：

将生物质从生物质物料进料口投入到热解室中，热解室螺旋进料机通过电机带动旋转将物料翻滚混合同时进行350-650℃温度下的低温热解反应，生物质低温热解的产物主要为生物质焦炭和裂解气体；

在解热室螺旋进料机的作用下，热解产物不断下行，通过下料管来到下段气化室，气化室螺旋进料机通过电机旋转将热解产物翻滚同时进行900-1100℃温度下发生高温气化裂解还原反应，产生气化的生物质燃气，气化所需高温来自燃烧室；