[发明专利]一种生物质热解联产高品质热解气和生物炭的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质热解联产高品质热解气和生物炭的工艺，属于生物质热化学转化领域，该工艺可以通过部分氧化和气化重整技术，消减焦油，实现热解气和生物炭品质提升，通过烟气余热梯级利用，提高系统热效率。

背景技术

生物质热解炭化是生物质综合开发利用的重要方式，对于提高农业综合效益，增加农民收入、减少环境污染等均有重要意义。生物质热解炭化产物包括生物炭、焦油和热解气。生物炭具有固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等功能，可用作高品质能源，也可作为还原剂、土壤改良剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等。焦油是另一种生物质热解炭化产物，生物质中5～15％的能量在热解过程中转化进入焦油，焦油在高温下呈气态，焦油中含有剧毒有机物，且部分组分在200℃以下凝结成黑褐色黏稠状的液体，易引起管道堵塞，影响设备的正常运行。因此，有必要采取有效措施转化和利用热解焦油，以维持生产的正常运行，实现能量的高效利用，保护生态和环境健康。热解气也是生物质热解炭化的产物，燃烧产生的热量也可用于供热或发电，热解气的品质直接影响生物质能的有效利用率。

热解产物中焦油的消减、热解气和生物炭品质的提升，受到国内学者的广泛关注。专利CN 101100621A采用高温裂解气相产物中的焦油，并结合白云石催化剂和水蒸气的作用，以实现气相产物的裂解、重整，将焦油组分裂解、重整为H₂、CH₄和其他轻质烃类，提高热解气中H₂的含量，制备富氢燃气。与专利CN 101100621 A类似，专利CN 102220150 B也采用高温裂解焦油，同时利用CaO吸收热解气中CO₂，以实现高品质燃气的制备。专利CN102329651 B采用三段式生物质热解气化制取合成气，利用高温、镍基催化剂和水蒸气催化转化气体产物中的焦油，提升合成气品质。

综上所述，现有技术可实现焦油消减和热解气提质，但均需要向系统中加入催化剂，催化剂成本昂贵，且容易失活，增加了工艺的复杂性和生产成本。同时，在热解过程中，生物炭会吸附一部分焦油，导致生物质炭品质降低，品质未经改善，生物炭难以直接利用。

发明内容

本发明的目的是采用自热式生物质连续热解炭化、部分氧化和气化重整技术，实现焦油消减，联产高品质热解气和生物炭。

本发明为达到这一目的，采取一种生物质热解联产高品质热解气和生物炭的工艺，主要由生物质连续热解炭化、热解气和焦油部分氧化、热解气和焦油气化重整、生物炭运输、热解气回用燃烧供热工序组成，其特征在于包括以下步骤：

(a)生物质连续热解炭化工序：生物质通过外加热方式，进行连续热解炭化反应，生成热解气、焦油与生物炭；

(b)热解气和焦油部分氧化工序：空气从气化重整反应器入口处通入，热解气和焦油与空气发生燃烧反应，既能够消减焦油，又可以为气化重整反应提供热量；

(c)热解气和焦油气化重整工序：生物炭落入气化重整反应器，累积形成一定高度的料层，热解气和焦油由上向下通过生物炭床层，热解气中水蒸气、CO₂和焦油在生物炭床层中发生气化重整反应，实现焦油消减，联产高品质热解气和生物炭；

(d)生物炭运输工序：生物炭料层高度超过上限后，生物炭运输螺旋启动工作，将生物炭运输到生物炭储存室，待料层高度降至下限后，运输螺旋停止工作；

(e)热解气回用燃烧供热工序：气化重整后的高温热解气经气固分离后部分回用燃烧，为生物质热解炭化反应和气化重整反应提供热量，热烟气的余热用于空气预热和管路保温，实现能量的梯级高效利用。

所述一种生物质热解联产高品质热解气和生物炭的工艺，其特征在于其中的(a)生物质连续热解炭化工序采用外加热方式，热解温度控制在500～650℃左右，采用的热媒为(e)热解气回用燃烧供热工序产生的高温烟气。

所述一种生物质热解联产高品质热解气和生物炭的工艺，其特征在于其中的(b)热解气和焦油部分氧化工序利用空气部分氧化(a)生物质连续热解炭化工序产生的热解气和焦油，部分焦油与空气反应，氧化生成CO₂、CO、水蒸气等气体组分，该工序应严格控制空气通入量不超过生物质完全燃烧所需空气量的10％。