[发明专利]一种流化床煤气化与生物质低温炭化耦合系统及工作方法

说明书

本发明提供一种流化床煤气化与生物质低温炭化耦合系统及工作方法，属于煤与生物质共气化技术领域。该系统包括循环流化床气化炉、炭化炉、两级旋风分离器、两级冷却器、空气预热器、废水蒸发器、煤气冷却器、布袋除尘器、搅拌器、冷压成型机及相应的输送装置。本发明使用流化床煤气化合成气所携带的热量为生物质炭化炉提供能量以获取共气化所需的生物质炭，并利用生物质低温炭化过程中产生的酸性有机废液增强流化床气化炉高碳飞灰的气化反应性，实现高碳飞灰的高效循环气化。本发明改善了流化床气化炉因飞灰中碳含量高而导致的碳转化率低的不足和生物质炭化炉需外加供热设备的缺点，具有对热量进行了梯级利用、碳转化效率高、无污染排放的优点。

技术领域

本发明属于煤与生物质共气化技术领域。更具体而言，本发明涉及一种流化床煤气化与生物质低温炭化耦合系统。

背景技术

在流化床煤气化领域中，气化炉的运行温度一般控制在900-1100℃。较低的运行温度导致炉内物料的含碳量高，使部分粉炭被粗煤气夹带出气化炉，其中颗粒较大的炭粉经一级旋风分离器分离后直接返回炉膛循环气化，而部分颗粒较细的炭粉经二级旋风分离器及之后的布袋除尘器分离下来与煤灰混合后成为高碳飞灰。高碳飞灰中的细粉炭挥发分含量几乎为零，具有反应活性差、着火稳燃难和燃尽难等缺点，给其进一步转化带来了极大的困难，同时也降低了气化炉的碳转化率。

另外，生物质由于在生长过程中可以通过光合作用固定大气中的CO₂，被视为一种零碳排放的可再生资源，因此近年来通过利用生物质来减少CO₂排放的研究在各领域中不断被尝试。其中，在煤气化的过程中加入生物质炭，可以促进煤炭表面形成更发达的孔隙结构，同时也会因原料中碱金属和碱土金属物质向外表面迁移而产生催化作用。由此可知，将二者的气化过程有效地结合起来，在混合气化过程中，利用两者的协同效应，势必能得到更好的气化反应性。另一方面，低温炭化处理可以破坏生物质的纤维结构而改善生物的可磨性，同时提高生物质的能量密度，从而有效地改善生物质的低品质特性，有助于生物质和煤的共气化利用。但是，生物质炭化过程本身是一个吸热过程，需要外部热源供给热量。设备所需的外加燃料增加了运行成本，并且生物质在低温炭化的过程中会产生酸性有机废液，这些废液的处理和成本问题限制了该技术的大规模应用。

申请人在前期的研究中发现，生物质炭化产生的酸性有机废液能够促进高碳飞灰中富集钙基矿物质的溶解、分散，提高矿物质的原位催化活性，成倍加快高碳飞灰的气化反应速率。与此同时，高碳飞灰能够吸附生物质炭化废液中的绝大部分有机物，相应增加高碳飞灰的挥发分含量，从技术原理上实现了生物质挥发分的分级利用以及以高碳飞灰为载体的炭化废液循环利用。

公开号为CN103450948A的“一种煤与生物质共气化制备合成气系统及工艺”的专利公开中，包括一个独立运行的内循环流化床气化炉和一个独立运行的烘焙预处理器。在此当中，粗煤气夹带出来的高碳飞灰没有被循环利用；同时烘焙生物质所用的炭化炉为独立供热，且并未考虑热解废液的处理问题，在能源利用和环境保护方面均存在缺陷。

发明内容

面临上述技术问题，本发明旨在设计一种集流化床煤气化和生物质低温炭化为一体的煤-生物炭共气化系统，并利用生物质低温炭化产生的酸性有机废液增强高碳飞灰反应性，形成一种流化床煤气化与生物质低温炭化耦合系统，以充分利用流化床煤气化合成气所携带的热量和炭化产生的废液，并解决流化床气化炉因飞灰中碳颗粒含量高而导致的碳转化率低的问题，实现煤与生物质的高效综合利用。

本发明的技术方案：