[发明专利]一种生物质气化熔融制取高热值可燃气的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质气化熔融制取高热值清洁可燃气的装置及方法，属于固体废弃物资源化处置领域。

背景技术

经济的发展、社会的进步使得人类对能源的需求不断增大，因煤、石油等化石燃料的逐年减少而引发的能源危机愈演愈烈，构建清洁安全的能源未来已成为世界各国的共同目标。2007年，欧盟发布可再生能源路线图，提出到2020年可再生能源占终端能源消费比重达到20％的目标，并着重强调生物质能的开发利用。作为唯一可转化为烃类燃料的可再生能源，生物质能不仅原料丰富、分布广泛，而且为“碳中性”能源，可有效缓解全球变暖问题。生物质气化及通过气化合成液体燃料技术能将大量不同种类的生物质迅速转化为便于存储输送的气体或液体燃料，具有很强的商业可行性。但是，目前生物质气化系统整体效率相对较低，气化产物多为热值低、焦油和灰分含量高的低品质可燃气，无法直接替代煤、石油及天然气等化石燃料使用，导致气化技术的经济性差、商业竞争力偏低。因此，如何提升生物质气化技术效率，改善可燃气品质，是当前生物质气化领域亟待解决的重要问题。

生物质气化技术即利用气化剂在高温缺氧气氛下使生物质不完全燃烧生成含H₂、CO等的合成可燃气。根据气化剂的不同，生物质气化可分为：空气气化、氧气气化和水蒸汽气化等。空气气化成本低、装置设备简单、操作可行性强，但由于受大量氮气的稀释影响，生产的可燃气热值较低，一般只有4～7MJ/Nm³。氧气气化排除了氮气的影响，产气热值为10～18MJ/Nm³，与城市煤气相当。但是纯氧制备的高成本限制了其推广应用，使用富氧气化可有效降低成本。水蒸汽气化可制得富氢的中热值可燃气，热值为10～14MJ/Nm³。但由于水蒸汽气化重整为强吸热反应，在无催化剂时需在800℃以上进行，因此气化过程需添加外供热设备，系统复杂性增大。

目前，生物质气化产物除H₂、CO等可燃气体外，还包含焦油、碳颗粒和灰分等杂质。焦油在高温下以气态形式与可燃气混合，但低于200℃时会凝结为液体，堵塞设备和管道，影响可燃气的安全输送。物理上采用水洗法脱除焦油，不仅液体回收及循环装置庞大，而且脱焦油后的污水难以处理。因此目前倾向于热化学法除焦油，包括高温裂解及催化裂解等。高温裂解可有效降低焦油含量，提高碳转化率，但同时增大了系统耗能，引起可燃气热值降低及反应器烧结可能性增大。催化裂解将焦油转化为轻质气体，提升了可燃气热值。但是，催化剂热稳定性差、机械强度低、易积碳或中毒失活等问题制约了焦油催化裂解工艺的发展。可燃气中的灰分也是影响燃气应用的关键因素。灰分中高浓度的重金属及可溶性盐类不仅会导致后续设备的腐蚀磨损，也会对土壤和地下水造成二次污染。特别是流化床气化产生的燃气飞灰含量高，传统的旋风分离技术无法完全脱除，造成可燃气品质较低，也给后续的燃气净化处理带来不便。

综上所述，目前生物质气化制取高品质可燃气的难点在于如何同时提高可燃气热值和清洁度。高热值可燃气的生产需要高成本投入(氧气气化)或添加外部热源(水蒸汽气化)，而焦油和灰分等杂质的脱除则会消耗一部分热量，造成气化系统整体能量转化率减小，可燃气品质下降。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可提高可燃气热值并降低其中焦油和飞灰量的生物质气化熔融制取高热值清洁可燃气的装置。

本发明的另一目的在于提供一种生物质气化熔融制取高热值清洁可燃气的方法。

技术方案：本发明所述的生物质气化熔融制取高热值清洁可燃气的装置，包括流化床气化反应器、旋风熔融炉、过热器、省煤器、热管换热器、布袋除尘器、脱硫塔、压缩装置和储气罐。

所述流化床气化反应器由气化反应区和底部的风室两部分组成，所述风室与气化反应区之间设置有布风板，所述风室的侧壁和底端分别设置有进风口和排渣口；所述流化床气化反应器的气化反应区的侧壁上设置有进汽口和给料器；所述流化床气化反应器的气化反应区的上部通过管道与所述旋风熔融炉的进口连接；所述旋风熔融炉的侧壁和底部分别设置有进风口和排渣口；所述旋风熔融炉的顶部出口依次与所述过热器、省煤器和热管换热器连接；所述热管换热器的出口依次与所述除尘器、脱硫塔、压缩装置和储气罐连接。