[发明专利]以包含高温蒸汽的混合气体作为气化剂的生物质高温气化系统及气化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及生物质气化领域，具体涉及一种以包含高温蒸汽的混合气体作为气化剂的生物质高温气化系统及气化工艺。

背景技术

生物质气化技术是燃料利用和能源供应领域内的一项高新技术，对缓解能源危机和改善环境质量具有重要的意义，在日本、美国、西欧等一些发达国家已受到学术界和工业界的高度重视。我国在这方面的研究工作刚刚起步，对生物质高温气化过程本身缺乏足够的研究，目前还没有一个较完善的可用于生物质高温气化研究的实验系统。

燃烧部分燃料来提供气化所需的热量的气化技术目前被广泛采用，但由于这项技术会产生不燃烧气体二氧化碳，导致合成气的低位发热量有限，同时，二氧化碳占了一部分压力，不利于一些重要的反应，如水煤气转换反应，因而氢气在合成气中的浓度受到影响；使用纯蒸汽作气化介质能提高合成气的品质，但是纯蒸汽作为气化剂的气化反应是极其吸热的反应，如果气化热量是都是由气化剂的显热的提供，那么气化剂的温度必须非常高，考虑到碳与蒸汽之间的理论化学反应速度，蒸汽的温度至少在1802℃以上，在这个温度下，生物质的碳转化率也只有70-80％。如果蒸汽达不到这个温度，那就必须要增加生物质在气化器中的停留时间或在气化器中必须加入大量的过剩的蒸汽，这样就会导致气化系统效率低下及气化成本升高。然而，目前使用的热交换器所得到的蒸汽温度一般在700至1250℃之间，难达到1802℃以上温度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术存在的不足，提供一种气化效率高、耗能少、成本低、生成的燃气品质高的以包含高温蒸汽的混合气体作为气化剂的生物质高温气化系统及气化工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种以包含高温蒸汽的混合气体作为气化剂的生物质高温气化系统，包括气化器、流化床反应器、气固分离器、生物质供给装置和氧化钙供给装置，所述生物质供给装置的出料端与气化器相连，所述氧化钙供给装置的出料端与流化床反应器相连，所述流化床反应器的输入端与气化器相连，所述流化床反应器的输出端与气固分离器相连。

上述技术方案中，优选的，所述气化器与流化床反应器之间设有一用于降低气化生成物温度的热交换器。

上述技术方案中，优选的，所述气化系统还包括气化剂发生装置，所述气化剂发生装置包括锅炉、风机和气化剂发生器，所述锅炉通过输气管道与气化剂发生器相连，所述风机的出风口与气化剂发生器连通，所述气化剂发生器通过输气管道与气化器相连。

上述技术方案中，优选的，所述气化剂发生器和气化器之间设有用于提高气化剂温度的燃烧器。

上述技术方案中，优选的，所述气化剂发生器连接有用于将气化剂通入流化床反应器中的输气管道。

上述技术方案中，优选的，所述氧化钙供给装置包括氧化钙再生煅烧炉、储存器和输送机构，所述氧化钙再生煅烧炉的进料端与气固分离器的碳酸钙排料端相连，所述氧化钙再生煅烧炉的出料端与储存器相连，所述储存器通过所述输送机构与流化床反应器相连。

上述技术方案中，优选的，所述气固分离器为旋风分离器。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种用上述气化系统进行生物质高温气化的工艺，该工艺包括：

(1)将生物质原料和包含高温蒸汽的高温混合气体(一般为800℃～1600℃)送入所述气化器中进行气化，气化在常压且反应温度为800℃～1600℃的条件下进行，得到成分包括CO、H₂和CO₂的生成物；

(2)将气化反应得到的生成物送入所述流化床反应器中，同时向该流化床反应器中加入氧化钙进行重整反应，重整反应在常压且反应温度为600℃～900℃的条件下进行，得到成分包括H₂和CaCO₃的生成物。

(3)将重整反应得到的生成物送入所述气固分离器进行分离，得到富氢合成气。

上述工艺中，优选的，所述气化器中蒸汽和碳的摩尔比为0～1.2。所述高温蒸汽的温度优选为900℃～1300℃。

上述工艺中，优选的，所述气化器中的反应温度由高温混合气体的显热和燃烧部分燃料联合提供。

与现有技术相比，本发明的优点在于：