一种生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置及工艺

本发明涉及生物质气化领域，尤其是涉及一种生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置及工艺。

背景技术：

1、现有肥料化、饲料化、基质化和原料化等途径的利用总额很低，大量露天焚烧或丢弃导致严重的环境污染。生物质作为含碳清洁可再生能源，其资源化能源化利用以替代石油、天然气和煤炭等化石能源将是发展趋势，其中通过气化将生物质转化成高品质合成气用于生产化学品是实现农林废弃物资源化材料化负碳应用的主要发展方向，也是扩展生物质资源利用的重要方式，能够进一步提高生物质能源在未来能源市场的地位。

2、按气化装置的不同，生物质气化技术可分为固定床气化、流化床气化以及气流床气化。如公开号为cn102226112a的中国专利文献公开了一种微波气流床两段式生物质气化工艺；公开号为cn108559548a公开了一种生物质流化床气化炉。

3、其中固定床气化技术要求高，处理容量小，难以大规模处理高钾氯含量的秸秆类生物质，气化合成气含焦油；气流床气化技术调控难度大，暂未实现工业应用；由于燃料适应性好，气化回路温度可控以及可实现复杂多变的高钾氯含量生物质大规模气化利用等特点，目前流化床气化技术已实现工业应用，但工业应用中的流化床气化炉采用的都是空气气化工艺，所获得的合成气氮气含量高，有效组分低，常用于热电联产，难以用于化学品合成原料。同时，由于受燃料特性及气化温度的限制，流化床气化技术所产生的气化合成气中同样含有焦油，由于含焦油合成气在冷却净化过程中不仅会引起管道堵塞，影响合成气冷却余热回收系统的正常运行，同时合成气冷却所产生的含焦油废水处理难度大、成本高；另外，焦油中的许多物质具有致癌作用，因此焦油对于生物质气化制高品质合成气是一个急需解决的技术瓶颈。

技术实现思路

1、本发明提供了一种生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置及工艺，能够使用各种复杂多变特性生物质，制备高品质合成气，实现生物质高效资源化利用。

2、一种生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置，包括循环流化床气化炉、旋风分离器、高温气化室、空腔冷却室和余热回收装置；

3、所述循环流化床气化炉的底部设有气化剂入口，中下部设有生物质给料装置；所述循环流化床气化炉顶部的合成气出口与旋风分离器的上部进口连接，所述旋风分离器的底部出口与循环流化床气化炉下部连接；旋风分离器的顶部出口顺次连接高温气化室、空腔冷却室和余热回收装置；所述的高温气化室设有氧气进口。

4、本发明的装置中采用单个循环流化床气化炉和高温气化室结合的方式，通过控制循环流化床气化回路温度避免流化床出现结渣团聚等问题，同时在高温气化室进一步提高气化温度强化分级气化反应，将气化合成气中所含焦油全部分解成co、h2、ch4等合成气组分，采用空腔冷却室冷却气化合成气并将所含的液态低温熔融物冷却成为固体细颗粒，避免后续对流受热面管发生结渣及灰沉积堵塞等问题，采用余热回收装置进一步冷却气化合成气同时满足后续气化合成气处理的需要，实现高品质合成气制备的同时高效回收热量；同时循环流化床气化炉可通过设置加压给料系统运行在加压状态，具有加压气化优势。

5、优选地，所述空腔冷却室的内壁由膜式水冷壁构成，所述膜式水冷壁的上部出口与汽包的一个进口连接，膜式水冷壁的下部进口与汽包的一个出口连接。

6、进一步地，所述余热回收装置沿气流方向设有过热器和省煤器等受热面，所述过热器的进口与汽包的一个出口连接，过热器的出口与外部环境连通；省煤器的出口与汽包的一个进口连接，省煤器的进口连接进水管。

7、进一步地，所述余热回收装置的下部出口与合成气净化处理单元连接。

8、进一步地，所述高温气化室的出口与空腔冷却室的上部进口连接，空腔冷却室的下部出口与余热回收装置的上部进口连接。

9、本发明还提供了一种生物质循环流化床分级气化制高品质合成气工艺，使用上述生物质循环流化床分级气化制高品质合成气装置，具体包括以下工艺步骤：

10、步骤1，将生物质从生物质给料装置加入至循环流化床气化炉内，在循环流化床气化炉底部的气化剂入口通入由o2、h2o和co2三种气体依据气化过程需求按比例混合的气化剂，生物质在循环流化床气化炉内与气化剂发生热解、燃烧及气化反应产生气化合成气；

11、步骤2，循环流化床气化炉产生的气化合成气进入旋风分离器，分离出的气化合成气携带细灰颗粒进入高温气化室内；同时往高温气化室内通入氧气，气化合成气在高温气化室内发生燃烧及气化反应，进一步提高高温气化室温度到900℃～1100℃，使所含焦油彻底分解，焦油分解产物成为合成气组分；

12、步骤3，高温气化室产出的无焦油气化合成气携带少量的低温熔融物和细灰进入由膜式水冷壁构成的空腔冷却室中冷却，冷却合成气的同时也将所含的液态低温熔融物冷却成为固体细颗粒；

13、步骤4，空腔冷却室产出的气化合成气进入余热回收装置中，回收余热后的高品质气化合成气去用于后续合成气除尘净化工段。

14、本发明的工艺采用的是基于灰烧结温度控制的宽燃料适应性生物质循环流化床气化工艺，极大的放开对特定生物质的限制，能大幅度降低原料成本，合成气组分可通过调整气化剂o2、h2o和co2三种气体的组成在一定范围内调控，可少用或不用水蒸气，降低气化能耗、水耗及废水处理量等。

15、进一步地，步骤1中，循环流化床气化炉的运行温度依据生物质燃料特性并基于生物质的灰烧结温度控制在750℃～900℃之间，避免循环流化床气化过程中发生结渣团聚等问题；同时可以通过调整循环流化床气化段气化剂o2、h2o和co2三种气体组成比例和通入量以及高温气化段的氧气通入量调控气化温度等运行参数，优化气化反应特性，在一定范围内调控合成气组分和气化炉能耗。

16、循环流化床气化是基于灰烧结温度控制的宽燃料适应性生物质流化床气化工艺，气化炉运行温度依据生物质燃料特性控制在750℃～900℃之间，避免流化床气化过程中发生结渣团聚等问题，故可以采用的生物质包括高钾氯及具有复杂多变特性的生物质。采用o2、h2o和co2作为气化剂同时结合二段高温气化，可获得氮气含量低，以co、h2和co2为主的无焦油组分的高品质合成气。

17、步骤3中，空腔冷却室用于冷却高温气化室出口的气化合成气至750℃以下，保证合成气中所携带的低温熔融物和生物质灰以固态形式进入后续余热回收装置，避免受热面管子发生结渣、灰沉积堵塞等问题，从而高效回收高温气化合成气所含热量。

18、依据气化炉气化剂蒸汽参数(温度和压力)要求，余热回收所产生的过热蒸汽可以部分作为气化剂，也可以热电联产利用后抽取匹配参数的蒸汽作为气化剂。

19、可选择地，所述的循环流化床气化炉在常压下运行，或者通过加压给料系统使循环流化床气化炉运行在加压状态。本发明兼具常压运行下的安全可靠、装置操控难度小和运行成本低以及加压运行下的生产能力大、焦油产率低和有利于后续发电及合成工艺等优点。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、1、本发明采用的是基于灰烧结温度控制的宽燃料适应性生物质循环流化床气化工艺，故极大的放开对特定生物质的控制，大幅度降低原料成本。

22、2、本发明中气化剂组成可调控，通过优化气化剂组成及气化运行参数，可少用或不用水蒸气，降低气化能耗、水耗及废水处理量等。

23、3、本发明将富含挥发分的生物质通过分级气化除去焦油组分，同时产生以co、h2和co2为主的无焦油组分合成气，消除了焦油对设备和合成气后续利用的影响，通过水冷空腔冷却室和余热回收装置相结合高效回收高温合成气热量，同时满足后续气化合成气处理的需要，制备出的高品质合成气可以用于生产洁净天然气或高价值化学品，提高了生物质利用价值和利用效益。