[发明专利]一种煤与生物质共气化制备合成气系统及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及碳基固体燃料气化技术领域，特别涉及一种煤与生物质共气化制备合成气系统及工艺。

技术背景

目前中国已进入工业化加速发展的高能源强度时期，“以煤为主”的能源结构短时期内难以改变，煤炭传统利用方式（燃烧）所带来环境污染、温室气体效应等不良影响日益凸显，以气化技术为代表的洁净煤技术逐渐引起世界各国的关注，并成为能源领域的竞争焦点。

与煤炭相比，生物质原料具有高挥发分、低固定碳含量、高氧碳比及低灰分、氮、硫元素含量等特点，特别是秸秆类原料其挥发分高达70%左右，应用于气化具有反应活性强、气化过程产生的SO₂及NO_x含量低等优势，同时从碳循环角度考虑，生物质为零碳能源，在热化学转化过程中零碳排放。此外随着国家经济快速发展，以城市生活垃圾为首的有机固体废弃物产生量急剧增长，处理问题迫在眉睫。而以木质纤维素类生物质及城市生活垃圾为典型生物质的气化技术因气化原料能量密度低、分布较为分散等使得其面临季节性供应短缺、焦油所带来的二次污染等问题，严重制约其大型化以及商业化应用。

煤与生物质共气化作为基于化石燃料和可再生能源燃料源产品间的桥梁，可在实现煤高效洁净转化同时对生物质气化规模化应用有积极的推动作用。生物质与煤共气化可以很好地弥补生物质单独气化面临的挑战，同时在碳反应性、焦油形成和减少污染物排放等方面产生协同作用；生物质具有较高的反应活性且碱金属矿物质含量较高，对低反应活性煤的高效洁净转化具有一定的促进作用。

目前现有气化工艺依据气化炉类型可以分为固定床气化工艺、流化床气化工艺及气流床气化工艺。其中流化床气化工艺具有较高的气固传热传质速率，床层内固体颗粒分布和温度分布较为均匀，有利于低反应活性煤的气气化，气化强度高于固定床气化技术，在合成气中焦油及酚类含量较低，与气流床气化炉相比在原料粒径范围上要求较低，故目前多开发基于流化床气化技术的煤与生物质共气化工艺。

目前现有煤与生物质共气化工艺及装置多为在现有煤气化炉基础上进行生物质添加，由于生物质种类的多样性及性质的复杂性现有发明专利多针对较为单一的生物质种类，且多未针对不同种类生物质考虑其预处理方式，此外现有共气化流化床反应器具有工艺适应性差及气化炉控制复杂等问题。

现有流化床共气化反应器主要包括单流化床气化反应器与双流化床气化反应器，对于单流化床气化反应器多采用均匀布风，物料在炉内混合程度受原料特性影响较大；此外对于公开号为CN1557919A的“一种生物质与煤混合流化床气化方法及其装置”的中国专利公开中，将整个过程分为空气燃烧和水蒸气化两个阶段，控制系统较为复杂，增加了操作的复杂性。对于双流化床气化反应器亦将气化过程和燃烧过程分别在两个流化床中进行增加操作复杂性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术方案的不足，提供一种煤与生物质共气化制备合成气系统及工艺，适用于褐煤、烟煤等低反应活性煤与木质纤维素类生物质、城市生活垃圾共气化制备合成气。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种煤与生物质共气化制备合成气系统，包括进料装置、气化炉本体和气化介质发生装置；气化炉本体由下部密相区和上部稀相区组成，在密相区的底部布置有多风室布风装置，多风室布风装置由两个或多个相互封闭的环形风室组成，其上布置有圆锥形的倾斜布风板；多风室布风装置与气化介质发生装置出口相连结；进料装置与气化炉本体在密相区与稀相区的结合部连接；在多风室布风装置与气化炉本体之间的出渣口连接有出渣装置；稀相区上部侧壁设有合成气出口；气化介质发生装置包括富氧制备装置和/或水蒸气发生装置；多风室布风装置采用圆锥形或倒圆锥形布风方式。

本发明进一步的改进在于：多风室布风装置由两个紧密连接且内部空间相互独立的第一风室和第二风室组成；第一风室和第二风室为环形互相嵌套。

本发明进一步的改进在于：布风板上安装有多个定向风帽，所述定向风帽由一个一端封闭的圆管加工而成，在靠近封闭端的管壁侧面有两个出风孔，在同一水平面内，两个出风孔相互呈40～120°夹角布置；定向风帽在布风板上呈中心对称分布，其出风孔沿布风板圆周方向呈顺时针或逆时针布置，其两个出风孔中心线的角平分线与布风板圆周切线外侧方向有10～40°的夹角，使气化炉本体底层床料能够沿螺旋线由中心向外侧运动。

本发明进一步的改进在于：富氧制备装置采用膜分离制氧或变压吸附制氧。

本发明进一步的改进在于：进料装置的入口连接有粮仓；所述粮仓，用于存储预处理后的生物质与煤的混合物。