[发明专利]一种由生物质制备高品质燃气的方法及装置

说明书

本发明涉及生物质能源利用技术领域，提供了一种由生物质制备高品质燃气的方法及装置。本发明在生物质热解的同时进行焦油的裂解，将焦油转化为小分子永久性气体，使得燃气中焦油含量大大降低，避免了热解气态物质由气化反应器出口出来时由高温状态先降温再升温的冷热病问题，使工艺流程温度分布更合理，反应器设备成本得到降低，提高能效。本发明将水气变换和甲烷化反应耦合到一步反应中，使得两反应互为辅助，有利于推动反应的平衡转化率，且水气变换可直接利用CO甲烷化的产物H₂O，降低了外供蒸汽消耗，成本更低。本发明提供的装置结构包括上游的移动床反应器和下游的固定床反应器，结构简单，容易操作，能够实现高品质燃气的高效制备。

技术领域

本发明涉及生物质能源利用技术领域，特别涉及一种由生物质制备高品质燃气的方法及装置。

背景技术

生物质是历史上利用最早也最为广泛的清洁能源，在当前世界能源消费中也占据相当比重。在风能、太阳能等清洁能源面临发展瓶颈，核能安全受到质疑的大环境下，生物质资源的开发和利用必将在能源升级和结构调整中起到重要作用。

生物质气化是一种重要的生物质资源利用方式，是指固态生物质，在高温条件下与气化介质作用，经热化学反应转化为含CH₄、CO和H₂等成分的可燃气。生物质气化所得到的可燃气有很多用途，可用于集中供气，驱动内燃机或燃气轮机发电，用于化学产品合成等。

生物质燃气是混合物，通常包含CH₄、CO、H₂、CO₂、H₂O等组分。但由于生物质气化燃气由于原料种类(包括稻壳、秸秆、木屑等)、气化介质(水蒸气、氧气、空气等)以及操作条件(温度、压力、反应器类型等)的不同导致在组成和热值方面存在差异。CO含量一般为15～40％而低位热值普遍低于10MJ/Nm³。按现今执行的人工煤气国家标准来说，以低位热值为考察指标，规定城镇燃气需要满足下列条件：一类燃气的低位热值须大于14MJ/Nm³，二类燃气的低位热值须超过10MJ/Nm³。对于城镇集中供气而言，参照相关标准可见上述生物质可燃气热值偏低，无法保障城镇居民的正常使用，因此很有必要采取技术手段对生物质可燃气进行提质即对生物质可燃气进行热值提升。

目前常用的技术手段是将热解气化得到的生物质粗燃气进一步甲烷化，以降低其CO含量，提高CH₄含量，从而提升燃气品质。由于甲烷化反应需要参与反应的合成气有较高的氢碳比，因此需要进行水气变换反应调整氢碳比(H₂/CO)，目前绝大部分工艺均是采用水气变换单元与CO甲烷化单元分步串联的方式，即生物质可燃气先通过水气变换单元调节氢碳比后进入甲烷化单元合成甲烷。但这样在甲烷化反应器上游加入的一道水气变换反应工序不仅会增加系统能耗，还会增加装置成本及操作、维修费用等。

此外，目前商业的煤/生物质制天然气或高品质燃气的工艺中，焦油的难脱除是一个技术障碍，目前的做法是通过在甲烷化反应之前使用低温净化手段来脱除部分焦油，即高温粗合成气冷却洗后净化进行焦油分离，净化后得到的低温合成气再次升温并掺入水蒸气调变后参与甲烷化反应。这种由高温先降温再升温过程，降低了整个系统的热效率，增加了换热投资，也就是常说的“冷热病”。且由于是采用低温净化洗的手段来脱除焦油，焦油的脱除效果并不理想，一方面威胁着下游管路设备的稳定高效运行，另一方面所得天然气或燃气品质不高。

发明内容

本发明目的在于提供一种由生物质制备高品质燃气的方法及装置。本发明提供的方法在生物质热解的同时进行焦油裂解，避免了冷热病的问题，并且本发明将水气变换和甲烷化反应进行耦合，无需额外的水气变换工序，省略了外供蒸汽的消耗，降低了成本。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种由生物质制备高品质燃气的方法，包括以下步骤：