一种生物质气化的方法和系统与流程

本公开涉及生物质气化，具体地，涉及一种生物质气化的方法和系统。

背景技术：

1、生物质气化过程中，会伴有大量的焦油的形成。焦油脱除所采用方法可归纳为两类，一类是物理脱除法；另一类为热化学脱除法。热化学脱除法是指焦油发生一系列的化学反应，转化成小分子的有用气体，在去除焦油的同时，提高整体生物质的能量利用率。

2、焦油的裂解是吸热过程，因此无论是热解还是催化裂解都需要外部供热。提供氧气使焦油进行部分氧化可以解决供热的问题，但是该技术存在以下两个缺点：(1)氧气制造会带来空分上的巨大能耗；(2)单纯采用氧气和焦油进行反应需要较高的反应温度，这对设备的制造工艺和材质提出较高要求并降低设备使用寿命。

3、有技术提出使用载氧体来代替氧气进行化学链燃烧气化，但是这样又存在几个问题：(1)由于载氧体为固态，要想提供足够的氧来完成焦油裂解热量需求，就需要大量的载氧体，这就导致气化炉容积要非常大，载氧体输送系统效率要高。(2)过度依赖氧化燃烧供热，会大幅度降低有效气的热值。

4、有技术提出使用太阳光加热气化炉供热的方式来提供生物质气化或者焦油重整所需的热量，该技术思路存在几个问题：(1)完全依靠太阳供热方式，所需的阳光采集面积极其巨大，在现实应用中就需要庞大的占地面积；(2)太阳光直接加热气化炉的方式，难以准确控制气化炉内部温度，尤其是外内巨大温差会严重降低设备使用寿命。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种生物质气化的方法和系统，该方法利用太阳能加热载氧体，使载氧体同时成为载热体，太阳能通过载热-载氧体间接参与气化过程，完成热量转移，减少了载氧体的投入量，促进焦油的裂解重整。

2、为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种生物质气化的方法，所述方法包括：

3、s1、使生物质物料、氧气与水蒸气进入第一气化炉中进行裂解气化反应，得到第一产物；

4、s2、使全氧载氧体进入光热炉中，利用太阳能对所述全氧载氧体进行加热，得到载热-载氧体；

5、s3、使所述第一产物和所述载热-载氧体进入第二气化炉中，所述第一产物与所述载热-载氧体接触进行热传导和氧化还原反应，得到第二产物和贫氧载氧体，所述第二产物包含co和h2；

6、s4、使所述贫氧载氧体与含氧气体进入氧化通道中进行氧化反应，得到全氧载氧体和贫氧气体；使所述全氧载氧体返回所述光热炉中循环使用。

7、可选地，步骤s1中，所述生物质物料包括水稻秸秆、稻壳、小麦秸秆、芦苇杆和玉米秆中的一种或几种；以所述生物质物料的总重量为基准，所述生物质物料中的水分含量为0～40重量％，优选为5～15重量％；所述水蒸气与所述生物质物料的质量比为(0.1～1)：1，所述氧气与所述生物质物料全氧化所需氧气的体积比为(0.1～0.5)：1；所述第一产物包括co、h2、co2、ch4和焦油；所述裂解气化的条件包括：温度为500～800℃，优选为550～650℃；反应时间为0.5～2h，优选为0.8～1.2h；所述第一气化炉的炉内压力为0.1～3mpa，优选为2～3mpa。

8、可选地，步骤s2中，所述载热-载氧体的温度为700～1300℃，优选为900～1100℃。

9、可选地，步骤s3中，所述第一产物与所述载热-载氧体的体积质量比以m3/kg计为(1～200)：1，所述接触的时间为0.5～3h，优选为1～2h；所述第二气化炉的炉内压力为0.1～4mpa，优选为1～3mpa；所述第二气化炉的炉壁温度为800～1300℃，优选为900～1100℃；所述贫氧载氧体的温度为900～1300℃，优选为800～1000℃；优选地，所述生物质物料与所述载热-载氧体的重量比为1：(0.01～0.5)，优选为1：(0.05～0.2)。

10、可选地，步骤s4中，所述氧化反应的条件包括：所述含氧气体中的氧气与所述贫氧载氧体的体积质量比以m3/g计为(0.0001～1000)：1，优选为(0.01～100)：1；温度为600～1300℃，优选为800～1000℃；时间为10～60min，优选为20～40min；优选地，所述氧化通道中全氧载氧体的温度为600～1300℃，优选为900～1100℃。

11、可选地，所述全氧载氧体包括金属氧化物；优选地，所述金属氧化物包括氧化铁、氧化镍、氧化铜、氧化钴、氧化锆和氧化铝中的一种或几种，优选为氧化铁；可选地，所述全氧载氧体的平均粒径为1～10mm，优选为3～5mm。

12、可选地，所述方法还包括，将步骤s3中得到的所述第二产物导出所述第二气化炉，并对所述第二产物进行热回收、冷却和洗涤，得到产品气；优选地，所述产品气中h2的浓度为35体积％以上，co的浓度为40体积％以上。

13、本公开第二方面提供一种生物质气化系统，该系统包括第一气化炉、第二气化炉、氧化通道和光热炉；

14、其中，所述第一气化炉包括生物质物料进口、氧气和水蒸气进口和第一产物出口；所述第一气化炉被配置为使生物质物料、氧气与水蒸气进行裂解气化反应，以得到第一产物；

15、所述光热炉包括全氧载氧体进口和载热-载氧体出口；所述光热炉被配置为利用太阳能对全氧载氧体进行加热，以得到载热-载氧体；

16、所述第二气化炉包括载热-载氧体进口、第一产物进口、贫氧载氧体出口和第二产物出口，所述第二气化炉被配置为使所述第一产物和所述载热-载氧体进行热传导、氧化还原反应；

17、所述氧化通道包括贫氧载氧体进口、含氧气体进口、全氧载氧体出口与贫氧气体出口。

18、可选地，所述系统还包括太阳光反射镜，所述太阳光反射镜被配置为使太阳光反射在所述光热炉的炉体上；所述光热炉的炉体包括吸光炉体，所述吸光炉体靠近所述太阳光反射镜的一侧设置有多个测温窗，用以通过所述测温窗检测所述光热炉内载氧体的温度，其中所述载氧体包括全氧载氧体和/或载热-载氧体；优选地，所述测温窗上还设有红外测温仪；更优选地，所述多个测温窗在所述吸光炉体的轴向上间隔设置。

19、可选地，所述光热炉还包括第一绞龙输送杆，所述第一绞龙输送杆的进料端与所述全氧载氧体进口相连通，所述第一绞龙输送杆的出料端与所述载热-载氧体出口相连通。

20、可选地，所述光热炉还包括驱动部件，所述驱动部件与所述第一绞龙输送杆相连接，用于驱动所述第一绞龙输送杆转动；优选地，所述驱动部件包括可调速电机。

21、可选地，所述吸光炉体的侧壁还设置有测温窗挡板，所述测温窗挡板相对所述光热炉的炉腔轴线倾斜地遮挡于所述测温窗的至少下部区域，用于遮挡至少部分反射在所述测温窗上的太阳光。

22、可选地，所述光热炉还包括设置于所述光热炉的炉腔的至少一端的弹性阻挡组件，所述弹性阻挡组件能够在所述载氧体的挤压作用下沿所述炉腔的轴向弹性活动，用于沿所述炉腔的轴向调节所述炉腔的体积。

23、可选地，所述弹性阻挡组件包括：弹性复位件，所述弹性复位件具有相对的第一端和第二端，所述弹性复位件的第一端固定于所述炉腔的一端；

24、活动板，所述活动板固定于所述弹性复位件的第二端，所述弹性复位件用于对所述活动板施加远离所述第一端的弹力，所述活动板能够在所述载氧体的挤压作用下沿所述炉腔的轴向移动，用于沿所述炉腔的轴向调节所述炉腔的体积。

25、可选地，所述第一绞龙输送杆上具有输送叶片，所述的输送叶片上开设有用于通过灰渣的孔道，所述孔道的孔径小于所述载氧体的粒径。

26、可选地，所述光热炉还包括灰渣腔室，所述灰渣腔室设置于所述光热炉体底端下方。

27、可选地，第一气化炉的第一产物出口与所述第二气化炉的第一产物进口相连通，所述第二气化炉的贫氧载氧体出口与所述氧化通道的贫氧载氧体进口相连通，所述氧化通道的全氧载氧体出口与所述光热炉的全氧载氧体进口相连通，所述光热炉的载热-载氧体出口与所述第二气化炉的载热-载氧体进口相连通；

28、可选地，所述生物质物料入口位于所述第一气化炉的顶部，所述氧气和水蒸气进口位于所述第一气化炉的底部；所述第二气化炉的顶部还包括第二产物出口，所述第二产物出口与外界环境相连通。

29、可选地，所述氧化通道还包括第二绞龙输送杆，所述贫氧载氧体进口和所述贫氧气体出口位于所述第二绞龙输送杆的进料端，所述全氧载氧体出口与所述含氧气体进口位于所述第二绞龙输送杆的出料端；所述第二绞龙输送杆的进料端还包括载氧体进口，所述载氧体进口与螺杆输送机相连通；优选地，所述氧化通道还具有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承上具有所述贫氧气体出口，所述第二轴承上具有所述含氧气体进口。

30、可选地，所述系统还包括第一连接管道、第二连接管道、输送机和第三连接管道；所述第一连接管道设于所述氧化通道的全氧载氧体出口与所述光热炉的全氧载氧体进口之间，用以将所述全氧载氧体从所述氧化通道转移至所述光热炉中；

31、所述输送机设于所述光热炉与所述第二气化炉之间，所述第二连接管道设于所述光热炉的载热-载氧体出口与所述输送机的物料进口之间，用以将所述载热-载氧体从所述光热炉转移至所述输送机中；

32、所述第三连接管道设于所述输送机的物料出口与所述第二气化炉的载热-载氧体进口之间，用以将所述载热-载氧体从所述输送机转移至所述第二气化炉中。

33、通过上述技术方案，本公开提供的生物质气化的方法利用太阳能对全氧载氧体进行加热，得到具有较高温度的载热-载氧体，使载热-载氧体代替氧气与生物质物料气化后的第一产物接触，不仅减少了氧气制造带来的巨大能耗，而且有利于第一产物中的有机物与载热-载氧体发生氧化还原反应，生成高品质合成气；相比于传统的分子氧，本公开通过太阳能加热的载热-载氧体不仅能够满足焦油重整所需温度，而且具有良好的导热系数，使得载热-载氧体与焦油反应过程中产生的氧化燃烧热优先传导至载热-载氧体，使载热-载氧体表面形成局部高温，避免第二气化炉炉壁温度过高而降低其使用寿命；此外载热-载氧体与焦油反应后失去晶格氧，形成表面具有较多氧空穴的贫氧载氧体，氧空穴的存在能够活化焦油的化学键，促进焦油裂解重整成co和h2，进一步提高合成气产量。

34、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。