[发明专利]一种生物质制备合成气的工艺流程

说明书

技术领域：

本发明涉及生物质能源、生物质化工技术领域，具体涉及一种生物质制备合成气的工艺流程。

背景技术：

生物质气化的实质是将固态能量载体转化为气态能量载体——也就是将固态生物质原料所蕴含的化学能转化到可燃气体的化学能。生物质气化主要分为两大类方法：第一类方法是在厌氧环境中，生物质经微生物发酵、分解作用，生成可燃气体的方法，此类方法是依赖微生物的化学过程，故称为“生化法”气化；第二类方法是利用生物质在受热条件下发生热裂解或不完全燃烧反应生产可燃气体的方法，这类方法被称为“热化学法”气化。“热解”气化是气化过程中没有氧化反应发生的“热化学法”气化；“不完全燃烧”气化则是由不完全燃烧反应主导的“热化学法”气化。

在我国广大农村被广泛应用的沼气生产就是“生化法”气化的典型代表，该方法产气速度慢、适用的原料种类(主要适用于禽畜粪便)有限，生产出的燃气的主要成分是甲烷(CH4体积含量达55％～70％)和二氧化碳(CO2体积含量达30％～35％)，其热值在5000kcal/Nm3左右。

生物质在隔绝氧气、加热到一定温度条件下裂解为燃气、炭和焦油的气化方法称为“热解”气化，该过程中全程没有氧的参与，并且维持反应温度的能量由外部提供。该方法在我国的主要应用是炭气(木炭+燃气)联产工艺，该工艺在生产燃气的同时还有生物质炭和焦油两种副产品，产出燃气的主要成分是一氧化碳二氧化碳(CO2体积含量35％～45％)、(CO体积含量10％～19％)、氢气(H2体积含量8％～21％)和甲烷(CH4体积含量10％～15％)，微量成分是烷烃、烯烃和氧化氮等气体，其热值在3000kcal/Nm3左右。

不完全燃烧气化法是在供给少量空气(远小于完全燃烧所需的摩尔当量比)的条件下，使生物质在缺氧燃烧条件下发生气化反应，生成的气体产物的主要成分以氮气(N2体积含量60％～65％，来自于空气)、一氧化碳(CO体积含量约14％～22％)、氢气(H2体积含量约10％～20％)、二氧化碳(CO2体积含量约8％～18％)和为主，由于空气中含有79％的氮气，所以燃气中氮气含量通常也超过60％，其热值也仅在1000kcal/Nm3左右。

合成气是合成反应的原料气，其有效成分是一氧化碳(CO)和氢气(H2)，氮气(N2)、甲烷(CH4)和其他烷烃、烯烃气体对于合成反应而言是无效成分，因而必须在进行合成反应之前被脱除。大量无效成分的存在(在被脱除之前)还会消耗更多的压缩、输送气体的电能。

一个用生物质来制备合成气的系统，其设计目标总是期望能够将原料中的碳(C)氢(H)元素尽可能多地转化为一氧化碳(CO)和氢气(H2)，而不是生成甲烷等烃类气体，“生化法”气化和“热解”气化的生成的气体产物组分显然与此目标相矛盾。以空气为气化介质的“不完全燃烧”气化法生产的产品气中有效气(CO+H2)含量可达30％以上、烃类气体含量很低(不超过5％)，基本符合要求。如果将之作为合成气利用，必须脱除其中的大量氮气(N2体积含量超过60％)，由于氮气分子与一氧化碳分子的尺寸非常接近，唯有选择深冷分离法(其他方法CO损耗过大)，导致生产单位体积有效合成气的气体分离功耗相当高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种生物质制备合成气的工艺流程，它采用一种新的生物质热化学气化工艺制备合成气，不但提高了从生物质到合成的能量转化效率，也使产出的合成气品质能够直接达到化工合成的原料气的标准，这种合成气也适合作为高洁净的燃气使用。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下工艺流程：首先利用空分装置1制备氧气，然后将氧气与来自脱碳装置6分离出的二氧化碳按比例混合，由此可获得一种或多种浓度的混合气参与气化反应，来自给料系统的生物质原料在一定温度下在气化装置2内与气化介质发生一系列化学反应，生成的粗合成气经净化装置3除尘、脱硫后被压缩装置4升压，来自锅炉的饱和蒸汽与粗合成气在变换装置5内混合，在催化剂的作用下粗合成气中的一氧化碳与水蒸汽发生变换反应生成二氧化碳和氢气，粗合成气的碳/氢摩尔比达到要求后，进入脱碳装置6，脱除二氧化碳的合成气进入后续合成系统，分离出的二氧化碳部分或全部分与氧气混合送入气化装置2。

所述的利用空气分离装置1制备出的氧气为纯氧。

所述的利用空气分离装置1制备出的氧气为富氧。

所述的气化装置2为任何一种采用“不完全燃烧”气化法的生物质气化装置。

所述的来自脱碳装置6的二氧化碳在进入气化装置2前，进行部分预热。