[发明专利]一种基于铜铁基复合载氧体的自热式褐煤化学链气化方法

说明书

本发明提出了一种基于铜铁基复合载氧体的自热式褐煤化学链气化方法，属于固体燃料热解、气化和制氢领域。该方法通过使用Cu‑Fe基复合载氧体，调节固体燃料化学链气化工艺中能量分配，解决了化学链气化系统中合成气品质低下，实际运行过程中循环流化床循环倍率过高的问题。采用此方法能让化学链气化系统持续高效的生产富氢合成气，降低循环流化床循环倍率，实现气化系统的自热，保障循环流化床的安全稳定运行。

技术领域

本发明属于固体燃料热解、气化和制氢领域，涉及一种自热式化学链气化方法。

背景技术

高挥发分含碳燃料主要分为三大类：低阶煤、生物质燃料和垃圾衍生燃料。它们所具有的共同特点在于挥发分含量高，易于气化和液化。在我国的能源分布中，这些高挥发分的含碳燃料占据了很大部分。尤其是在我国的煤炭储备中，挥发分含量高的的煤种所占比例最高。但同时，高的挥发分意味着燃料的热值相对较低，能量密度相对较低，不利于运输和储藏。

气化技术是一种将固体低热值燃料转化为高热值，且可灵活使用的气体燃料的先进技术。现有的气化的反应器主要有固定床、鼓泡流化床和气流床。固定床结构简单，成本低，但气化效率不高，污染严重；鼓泡流化床的传热传质效率高，但由于气固流动特性复杂，产生合成气品质低，氢气含量少；气流床有污染较低、碳转化率高的优点，但同时存在气化条件苛刻、成本高和操作难等缺点。

传统的气化系统由于其生产工艺的问题，产生的焦油等物质往往会对设备产生危害，而且气化工艺的维持往往需要消耗大量的热量，这不仅使得气化的经济性下降，又使得生产的合成气品质低下，气体产物相对复杂。

铁基氧化物具有价格低，产量丰富的优点。由于它的机械强度好，耐磨性强，是流化床反应器的理想床料。此外，研究表明，低价态的铁氧化合物(如FeO)与铁单质在高温下具有很强的还原性，能与水蒸汽发生化学反应生成氢气(H₂)。而铜基氧化物具有热容量大，高温自释氧特性，被还原时放热等的特点，可以调节化学链气化过程中的能量分配，为气化装置持续稳定的运行提供保证。

因此，利用高挥发分燃料自身具有的燃料特性，采用循环流化床的方式，以Cu-Fe复合材料作为气化系统中载氧体，研究新方法，克服现有技术缺点，是十分迫切而有意义的工作。

发明内容

技术问题：本发明解决的技术问题是：提供一种基于铜铁基复合载氧体的自热式褐煤化学链气化方法，利用此方法可以实现褐煤等高挥发分燃料的自热式气化，调节气化系统的能量分配，降低循环流化床的循环倍率，提升生产合成气的品质。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种基于铜铁基复合载氧体的自热式褐煤化学链气化方法采用如下的技术方案：

该方法应用于由燃料反应器、空气反应器、气化反应器组成的反应体系中，包括以下步骤：

步骤1，褐煤原料经由燃料进料器加入燃料反应器内，并在惰性载气的氛围下发生快速热解反应生成H₂、CO、CH₄为主的热解气、焦炭和焦油；其中焦油被来自空气反应器中的复合载氧体催化裂化为小分子气体；同时，铜铁基复合载氧体被热解气体和裂解产生的小分子气体还原，铜铁基复合载氧体在还原的过程中会释放热量从而部分提供热解所需的热量，热解气体和小分子气体被氧化生成CO₂和H₂O排出，焦炭和复合载氧体的还原产物Cu/Fe/FeO进入气化反应器；

步骤2，进入气化反应器热解的焦炭与通入气化反应器的水蒸气发生气化反应生成以CO和H₂为主的合成气，通入的复合载氧体中的Fe/FeO与水蒸气发生水蒸气-铁法制氢反应生成H₂，Fe被部分氧化，将H₂与CO合成气收集利用，部分氧化后的复合载氧体主要是Fe₃O₄和未参与反应的Cu直接进入空气反应器；