[发明专利]固体燃料热解气化制备合成气和热解气的方法及系统

说明书

本发明涉及一种固体燃料热解气化制备合成气和热解气的方法及系统。利用载氧体颗粒在释氧反应器中水蒸气的作用下发生释氧反应，生成氧气和水蒸气的混合气，该混合气在气化反应器中和半焦进行气化反应，而载氧体颗粒失氧后作为固体热载体和催化剂在热解反应器中参与固体燃料的热解反应，然后再使释氧后的载氧体颗粒在氧化反应器中与含氧气体反应而实现氧化再生，由此载氧体颗粒在释氧反应器、热解反应器和氧化反应器之间循环，实现连续的制氧过程，并将固体燃料热解和半焦气化工艺耦合在一起，成本和能耗低。合成气中可燃气体浓度高、合成气热值高；因载氧体颗粒起到了催化焦油裂解的作用，而减少粗热解气中焦油的含量，提高热解气的产量。

技术领域

本发明涉及一种固体燃料热解气化制备合成气和热解气的方法及系统。

背景技术

固体燃料气化是通过热化学反应将固体燃料转化为气体燃料的过程，气化所得的气体产物主要是氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和其他的烃类。目前，固体燃料气化所用的气化剂主要包括空气、氧气、水蒸气、二氧化碳以及水蒸气-氧气或水蒸气-空气的混合气。采用空气作为气化剂时，因产气中N₂的存在，大大降低了合成气的热值；采用水蒸气或二氧化碳作为气化剂，固体燃料焦以及甲烷与气化剂的气化为强吸热反应，且气化剂的用量大，经济性较差。相比于空气和水蒸气，纯氧作为气化剂，气化效率产气中可燃气体浓度高、产气热值高，为固体燃料气化最适宜的气化剂类型，但现有制氧技术(低温精馏、变压吸附、膜分离)存在制氧能耗高、制备氧气成本高的缺点，将增大固体燃料纯氧气化的成本，降低其经济性。

由此，亟需一种既能获得可燃气体浓度高、热值高的产气，又能降低成本和能耗的固体燃料热解气化制备合成气和热解气的方法及系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种既能获得可燃气体浓度高、热值高的产气，又能降低成本和能耗的固体燃料热解气化制备合成气和热解气的方法及系统。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明一方面提供一种固体燃料热解气化制备合成气和热解气的方法，包括如下步骤：S1、载氧体颗粒在水蒸气氛围下进行释氧反应，生成包含氧气和水蒸气的混合气以及释氧后的载氧体颗粒；S2、混合气与半焦进行气化反应，生成粗合成气；S3、去除粗合成气中的水蒸气和灰分，形成合成气；S4、释氧后的载氧体颗粒作为固体载热体，固体燃料在该固体载热体的作用下热解生成半焦和粗热解气，所生成的半焦送入步骤S2中使用；S5、去除粗热解气中的焦油和水蒸气，形成热解气；S6、步骤S4使用后的释氧后的载氧体颗粒与含氧气体进行氧化反应，生成被氧化的载氧体颗粒和贫氧气体，被氧化后的载氧体颗粒送入步骤S1中使用。

根据本发明，步骤S6包括如下子步骤：S6.1、采用步骤S4使用后的释氧后的载氧体颗粒与固体燃料进行换热，固体燃料中的水分变为水蒸气脱离固体燃料，然后将固体燃料送入步骤S4中使用；S6.2、步骤S6.1使用后的释氧后的载氧体颗粒与含氧气体进行氧化反应，生成被氧化的载氧体颗粒和贫氧气体，被氧化后的载氧体颗粒送入步骤S1中使用。

根据本发明，步骤S6还包括如下子步骤：S6.3、从固体燃料中脱离的水蒸气送入步骤S1中使用。

根据本发明，在步骤S3中，将粗合成气与冷凝介质换热，粗合成气中的水蒸气变为液态水脱离粗合成气；和/或在步骤S5中，将粗热解气中的水蒸气变为液态水脱离粗热解气；该方法还包括如下步骤：S7、步骤S3生成的液态水和/或步骤S5生成的液态水与步骤S6生成的贫氧气体进行换热，形成水蒸气，将所形成的水蒸气至少部分地送入步骤S1中使用。

根据本发明，在步骤S7中，将所形成的水蒸气的一部分直接送入步骤S1使用，另一部分送入蒸汽管网并可随时从蒸汽管网获取水蒸气送入步骤S1中使用，以控制步骤S1中使用的水蒸气的量。