[发明专利]一种由固体生物质制备合成气的方法和设备

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种生物质能源的转化方法和装置，确切地说是一种由固体生物质制备合成气的方法和设备。

二、背景技术

农作物秸秆、林业废弃物和城镇生活垃圾中可燃部分等属生物质能，称固体生物质，简称生物质。目前对生物质能源的利用主要通过缺氧或无氧条件下的热解气化，生成以CO为主要成分的可燃气体。为避免气化炉结渣、挂渣，必须控制气化温度，通常只能得到低热值的可燃气体，且焦油含量高，易堵塞管道，灰渣中碳含量高，能源转化率仅70％左右。

乙醇、丙醇、丁醇等低碳醇也可以作为燃料，若由粮食、生物质制备的统称生物燃料。如巴西用甘蔗制备生物燃料乙醇，使本国90％以上的小汽车都使用乙醇燃料。但倘用粮食生产生物燃料，联合国粮食组织认为这是反人类罪。

生物燃料也可以人工合成，有文献报导，合成气(含一定比例的CO、H₂)在铁基或钴基催化剂作用下合成得到乙醇、丙醇等混合醇，经分馏即可得到乙醇或丙醇等。

三、发明内容

本发明旨在利用固体生物质为原料制备合成气以满足合成生物燃料的需要。所要解决的技术问题是同时发生氢气。

本发明的技术方案包括固体生物质的压块、热解气化和发生氢气以及精制，固体生物质压块就是将固体生物质原料干燥、粉碎后压制成密度1.1～1.3g/cm³的块状，压制有利于提高热解温度、提高气化效率。热解气化和发生氢气是在固定床式压力气化炉中完成的，所述的热解气化是上述生物质压块在有限供氧条件下于1350～1450℃和压力0.2～1.6MPa下热解气化，亦即缺氧热解气化，有利于生成CO。所谓有限供氧，即所提供的氧气不足以使生物质中的碳完全燃烧，理论上碳与氧生成CO₂是等摩尔的，若生成CO，则供氧量可减半。使用纯氧旨在避免氮气(N₂)组分。若使用富氧空气，则在精制时应尽可能除去氮气。所述的发生氢气是生物质压块在高温氧化时形成熔融的灰渣，灰渣遇水骤冷，生成大量的水蒸气进入气化炉腔体内与碳或/和CO生成氢气和CO，这一过程雷同水蒸气与焦炭发生半水煤气的过程，这时的合成气主要组分有CO、H₂、CO₂、和烟尘以及少量的CH₄，称粗合成气，所述的精制就是使用公知的技术对粗合成气进行净化处理，首先水洗除去粉尘和少量CO₂，然后变换使CO₂转化成CO，得到主要含CO和H₂的合成气，调整两者比例后用于合成生物燃料。

本方法所用的设备主要指固定床式压力气化炉，包括承压气化炉体、加料装置、排渣装置等，承压气化炉体是生物质压块能源转化场所，致密的压块可以提高热解气化的温度，以提高气化效率。

承压气化炉体为带有隔热保温层2的腔体1，其上有进料(生物质压块)装置，其下有排渣装置。

在腔体1内设置有炉排3，炉排3的下方依次设置有混合腔4、激冷室5和灰渣仓6，各仓、室为插板阀7c和7d所隔离和封闭，也就是在激冷室5和灰渣仓6之间有插板阀7c，在灰渣仓6下方有插板阀7d。混合腔4上有助燃剂进口8并由射流阀9所控制，所谓助燃剂是指氧气或者富氧空气。灰渣仓6存贮灰渣，打开插板阀7d便可排渣。水管10可向灰渣仓6和激冷室5内注水，水有冷却灰渣和水封作用，此外，其主要作用是当熔融的灰渣落入激冷室5时，遇水骤冷，会生成大量的水蒸气进入腔体1，在高温条件下反应生成氢气，以提高燃气的品质，同时可冷却炉排3。

在腔体1上还设置有点火孔11和至少两个测温孔12a、12b以及燃气引出管13，作为压力容器，温度表14、压力表15和安全阀16也一并设置。燃气引出管13上并联有由电磁阀18a控制的回流管17连接在射流阀9上，其作用是当开始点火时或出现其他异常时导致燃气质量不稳定，不能送去精制，也不能直接供给用户，在射流阀9的负压作用下使之返回腔体1。

在腔体1顶端依次设置有料仓19、贮仓20和料斗21。料仓19为插板阀7a、7b所封闭，也就是在腔体1与料仓19之间有插板阀7a，在料仓19和贮仓20之间有插板阀7b；在料仓19上设置有由电磁阀18b控制的回流管22连接在射流阀9上，其作用是当打开阀7a向腔体1内加料时回收驰放的燃气。

为保持系统的密封性，在贮仓20和料斗21之间设置有锁气阀23。

为强化加料装置和排渣装置的强度，在料仓19上设置水冷却夹套24a，在混合腔4和激冷室5上设置有串联的水冷却夹套24b。