[发明专利]生物质双流化床间接气化系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的内外循环结合的生物质双流化床间接气化系统及其控制方法。

背景技术

能源是现代社会赖以生存和发展的基础，中国目前能源供给形势严峻，环境问题严重，发展清洁可再生能源已成为紧迫的课题。生物质能属于低碳清洁能源，中国有丰富的生物质再生能源的资源，其研发、推广和普及有助于减少污染物排放和改善生态环境。生物质气化技术是较直燃更清洁和高效的一种转化方式，合成气既可以用于产热发电、合成燃料和化学品，也可以制氢。

目前无论是固定床、移动床还是流化床气化器均不能很好的同时满足焦油含量少、合成气热值高、成本较低的要求。直接气化技术合成气一般热值较低(<5MJ/Nm³)、焦油含量较高(有时高达>100g/Nm³)，上吸式固定床合成气焦油含量很大、热值也较低；下吸式固定床气化器虽然减少了焦油含量，但由于N₂的稀释合成气热值仍较低，且工艺放大困难，一般流化床气化器合成气的焦油含量较高（2-50g/Nm³),两段气化虽能解决焦油的问题，但合成气热值仍较低。间接气化技术可以有效实现空气中氮气和合成气的自然分离从而提高了合成气的热值，近年来在北美洲和欧洲发展较快，但也面临着焦油含量高、反应器结构优化、床料选用、颗粒循环流动系统以及过程控制等各方面的问题，急需开发新型的间接气化技术从而有效降低焦油含量、提高气化效率和合成气热值。

美国Rentech公司的专利US8241523B2（System and method for dual fluidized bed gasification，2012年8月）发明了一套双流化床气化系统制备高品质合成气，但是粗合成气焦油含量高达10-150g/Nm³，气化器下游的重整器采用镍基催化剂以减少焦油含量，虽有再生器再生失活的催化剂，但因镍基催化剂比较昂贵，而且对人和环境有一定污染，难以处理，所以很难实现商业化生产。另一个Rentech公司的专利US20130161563A1（Supplemental fuel to combustor of dual fluidized bed gasifier,2013年6月），则用可燃气体的助燃以提高传热介质温度从而提高气化效率，但合成气焦油含量仍然较高，粗合成气焦油含量高达16g/Nm³，且可燃气体的使用降低了整个系统的效率。欧洲荷兰ECN的专利WO2007061301（Device for producing a product gas from biomass，2007）开发了一种快速流化床气化器和鼓泡式流化床燃烧器的双流化床系统，气化器温度850oC，燃烧器温度930oC,采用白云石、橄榄石和硅砂作为主要床料,产品气是富含甲烷的（>12v%）的合成气,但由于快速流化床气化器气体停留时间短，合成气焦油含量高达20-30g/Nm³。中国发明专利CN201990639U（两段式循环流化床生物质气化系统）公开了一种两段式循环流化床生物质气化系统，生物质先在流化床气化炉中气化，利用旋风分离器将合成气和生物质焦分离，生物质焦送入旋风燃烧室进行二次热解，二次热解的燃气送回气化炉以补充能量，其主要特点是是生物质焦中的固定碳充分热解，同时利用其热量循环供给气化炉，缺点是热解气和焦油需要分离后才可进行之后的二次热解反应，且热解所需要的温度高，尽管利用了生物质焦中固定碳热量，但总体上耗热大。中国发明专利CN102977927A开发了基于双流化床生物质气化制备合成气的装置及其制备方法，重整流化床位于热解流化床上面，在重整流化床里，氧化钙和热解气中二氧化碳的放热反应形成碳酸钙，促进水煤气变换反应和甲烷化重整反应，同时氧化钙对焦油裂解有催化作用，从而降低了焦油含量。此方法的不足是床料单一，主要依靠氧化钙，其催化裂解焦油能力有限，另外煅烧流化床温度偏高，达950oC，需要较多的焦炭，从而减低了气化炉气化效率，总体上耗热也较大。

尽管国内外双流化床气化技术取得了一定进展，但存在的问题也较多。

发明内容

本发明的目的一是开发一种内外循环结合的双流化床间接气化系统以提高合成气热值提高气化效率；目的二是进一步减少合成气中焦油的含量。