生物质气化方法及系统

本发明涉及生物质气化，具体涉及一种生物质气化方法及系统。

背景技术：

1、通过生物质气化制取合成气，是生物质绿色发展和替代化石能源的重要途径，有助于促进化工行业的低碳发展。目前生物质气化得到的产品气中的焦油含量高且难以有效去除，从而降低了生物质气化效率，增加了产品气净化处理流程，显著增加了气化成本和工艺复杂度，不利于生物质气化技术的推广应用。

2、目前去除焦油的方法主要分为物理法和化学法两类。物理法是通过水洗或油洗的方式吸收生物质产品气中的焦油，或者利用活性炭进行吸附。化学法包括热裂解法、催化裂解法和蒸汽裂解法。

3、在实现本发明构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：物理法需要进行污水处理，且需考虑活性炭成本，而且焦油无法有效利用，能源整体利用效率低下；由于焦油在900℃以上开始发生高效转化，完全转化则需要达到1250℃以上，因此热裂解法需要大幅提升生物质的燃烧份额，增加系统能耗，降低生物质产品气品质；催化裂解法和蒸汽裂解法的催化剂成本较高、可能导致积碳失活。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种生物质气化方法及系统，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

2、本发明提供了一种生物质气化方法，包括：

3、将生物质与一级气化剂通入一级反应器，以便生物质与一级气化剂在一级反应器中进行一级气化反应后，生成第一粒径活性生物炭和一级气化产物，其中，一级气化产物中包含产品气、焦油和第二粒径活性生物炭，第二粒径小于第一粒径；

4、将一级气化产物和二级气化剂通入二级反应器，以便一级气化产物和二级气化剂在二级反应器中进行二级气化反应，使得一级气化产物中的部分焦油发生裂解，生成二级气化产物，其中，二级气化产物包括产品气和未裂解焦油；

5、将二级气化产物与第一粒径活性生物炭通入冷却吸附装置，以便未裂解焦油在冷却吸附装置中被第一粒径活性生物炭吸附，得到目标产品气。

6、根据本发明的实施例，上述生物质气化方法还包括：将吸附焦油后的第一粒径活性生物炭返回一级反应器或二级反应器，以便吸附焦油后的第一粒径活性生物炭中的焦油在一级反应器或二级反应器中裂解，得到再生活性生物炭。

7、根据本发明的实施例，其中：一级气化反应的温度为650～850℃；一级气化反应的当量比为0.1～0.3；一级气化剂采用以下至少之一：空气、水蒸气、二氧化碳。

8、根据本发明的实施例，其中：二级气化反应的温度为950～1100℃；二级气化反应的当量比为0.5～0.7；二级气化剂采用以下至少之一：空气、纯氧。

9、根据本发明的实施例，将二级气化产物与第一粒径活性生物炭通入冷却吸附装置，以便未裂解焦油在冷却吸附装置中被第一粒径活性生物炭吸附，得到目标产品气，包括：将二级气化产物与第一冷却介质通入第一换热装置，以便在第一换热装置中，二级气化产物被第一冷却介质冷却后，生成冷却二级气化产物，冷却二级气化产物的温度在第一预定温度范围内。

10、根据本发明的实施例，将二级气化产物与活性生物炭通入冷却吸附装置，以便未裂解焦油在冷却吸附装置中被活性生物炭吸附，得到目标产品气，还包括：将冷却二级气化产物通入高温除尘装置进行气固分离，以得到粗产品气和气化细渣；

11、将粗产品气与第一粒径活性生物炭通入冷却吸附装置，以便粗产品气中的未裂解焦油在冷却吸附装置中被第一粒径活性生物炭吸附，得到气固产物，气固产物中包括目标产品气和吸附焦油后的第一粒径活性生物炭；

12、将气固产物通入除尘装置进行气固分离，得到目标产品气；其中，高温除尘装置的温度大于等于400℃；冷却吸附装置的温度不高于150℃。

13、根据本发明的实施例，在生物质与一级气化剂在一级反应器中进行一级气化反应，生成第一粒径活性生物炭和一级气化产物后，还包括：将第一粒径活性生物炭与第二冷却介质通入第二换热装置，以便在第二换热装置中，第一粒径活性生物炭被第二冷却介质冷却后，生成冷却活性生物炭，使得冷却活性生物炭的温度在第二预定温度范围。

14、本发明的另一个方面还提供了一种用于实现上述生物质气化方法的生物质气化系统，包括：

15、一级反应器，用于生物质与一级气化剂在一级反应器中进行一级气化反应后，生成第一粒径活性生物炭和一级气化产物，其中，一级气化产物中包含产品气、焦油和第二粒径活性生物炭，第二粒径小于第一粒径；

16、二级反应器，用于一级气化产物和二级气化剂在二级反应器中进行二级气化反应，使得一级气化产物中的部分焦油发生裂解，生成二级气化产物，其中，二级气化产物包括产品气和未裂解焦油；

17、冷却吸附装置，用于未裂解焦油在冷却吸附装置中被第一粒径活性生物炭吸附，得到目标产品气。

18、根据本发明的实施例，上述生物质气化系统还包括：

19、第一换热装置，用于二级气化产物被第一冷却介质冷却后，生成冷却二级气化产物，冷却二级气化产物的温度在第一预定温度范围内；

20、第二换热装置，用于第一粒径活性生物炭被第二冷却介质冷却后，生成冷却活性生物炭，冷却活性生物炭的温度在第二预定温度范围。

21、根据本发明的实施例，上述生物质气化系统还包括：

22、高温除尘装置，用于将冷却二级气化产物进行气固分离，以得到粗产品气和气化细渣；

23、除尘装置，用于将气固产物进行气固分离，得到目标产品气。

24、根据本发明提供的生物质气化方法及系统，通过一级气化反应，可以生成活性生物炭，无需额外加入活性生物炭，因此降低了生物质气化的成本。通过二级气化反应可以使一级气化产物中的绝大部分焦油有效裂解，再通过活性生物炭吸附二级气化产物中的焦油，可以进一步除去生物质气化产生的焦油，因此通过活性生物炭吸附与热裂解反应相结合，可以显著降低焦油含量，提升生物质气化过程的碳转化率，提高产品气的质量。

技术特征：

1.一种生物质气化方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其中：

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

5.根据权利要求1所述的方法，将所述二级气化产物与所述第一粒径活性生物炭通入冷却吸附装置，以便所述未裂解焦油在所述冷却吸附装置中被第一粒径活性生物炭吸附，得到目标产品气，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

7.根据权利要求1所述的方法，在所述生物质与所述一级气化剂在所述一级反应器中进行一级气化反应，生成第一粒径活性生物炭和一级气化产物后，还包括：

8.一种用于实现权利要求1-7任一项所述的生物质气化方法的生物质气化系统，包括：

9.如权利要求8所述的系统，还包括：

10.如权利要求8所述的系统，还包括：

技术总结本发明提供了一种生物质气化方法，包括将生物质与一级气化剂通入一级反应器，以便生物质与一级气化剂在一级反应器中进行一级气化反应后，生成第一粒径活性生物炭和一级气化产物，其中，一级气化产物中包含产品气、焦油和第二粒径活性生物炭；将一级气化产物和二级气化剂通入二级反应器，以便一级气化产物和二级气化剂在二级反应器中进行二级气化反应，使得一级气化产物中的部分焦油发生裂解，生成二级气化产物，其中，二级气化产物包括产品气和未裂解焦油；将二级气化产物与第一粒径活性生物炭通入冷却吸附装置，以便未裂解焦油在冷却吸附装置中被第一粒径活性生物炭吸附，得到目标产品气。技术研发人员：朱治平,齐晓宾,李百航,王小芳,湛月平受保护的技术使用者：中国科学院工程热物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/3/21