生物質固定床加壓氣化制備合成氣的方法及其裝置制造方法及圖紙

生物質固定床加壓氣化制備合成氣的方法及其裝置，步驟為：將生物質粉碎并干燥，生物質的粒徑為5.0～40mm，含水率不高于15wt%；生物質與氣化劑接觸反應，所述氣化劑的初始溫度大于110℃，氣化劑與生物質的質量比為0.20～2.40，反應壓力為0.01～1.0Mpa，反應溫度為800～950℃；當反應壓力超過預設壓力時，氣體釋放輸出，輸出的氣體經冷凝凈化后得到合成氣。本發明專利技術提供一種生產富含H2和CO，低焦油，高H2/CO比例的清潔合成氣的制備方法。該方法所需設備投資小，冷凝裝置簡單，產氣率高，產生的合成氣中H2/CO比例大于2且便于調節。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及合成氣的制備
，特別涉及一種只利用生物質在固定床上加壓氣化制備合成氣的方法及其裝置。
技術介紹
費托合成提供了將合成氣轉化為液體產品的一種理想的途徑。目前我國制備合成氣的主要原料為煤炭資源，其氣化技術比較成熟，但由于煤炭資源有限性以及在使用過程中帶來的巨大的環境污染，利用可再生的生物質制備合成氣，對國家能源可持續發展具有十分重要的意義。生物質在氣化過程中會發生一系列的物理變化和化學反應。利用生物質氣化制備合成氣，其設備有三種固定床、流化床和氣流床，但無論選擇哪種氣化爐進行氣化，生物質都會經過干燥、熱解及氣化反應這些階段，最終產生的粗合成氣都含有焦油，因此需要后續的凈化裝置。與流化床和氣流床相比，固定床氣化技術，具有設備簡單，操作方便等優點?，F有的固定床氣化技術，主要原料為煤炭或者煤炭資源與生物質的混合物，進行煤炭與生物質共氣化，壓力為常壓或者加壓。目前尚無利用生物質進行固定床加壓氣化制備合成氣的方法，其原因為①生物質揮發分含量高，氣化過程中易生成較多的焦油，既降低了氣化效率，又對設備造成堵塞和腐蝕；②與煤炭相比，生物質碳含量低，通過氣化過程產生的合成氣熱值低，組分復雜，合成氣的h2/co比值難以滿足費托合成要求。中國專利201010500769. I公開了一種清潔合成氣及其制備方法將干燥的生物質顆粒與干燥的煤粉均勻混合得混合顆粒；通過密相氣力輸送的方式將該混合顆粒給入氣流床中，將該混合顆粒與氣化劑共氣化生成清潔合成氣。該專利技術所用氣化設備為氣流床，氣化的溫度很高(1000-1700°C)，生物質與煤顆粒共氣化壓力為0. 01 5. OMpa，對設備的要求高，此外，該專利技術中對原料的輸送采用密相氣力輸送，載氣為氮氣和/或二氧化碳，壓力為0. 05 6. OMpa,因此運行成本較高。該專利技術生產的清潔合成氣中焦油的量很少，但是H2/C0低于1.0，且氣體的熱值較低，因此，還需要進行重整來調整合成氣的組份比例，才可用于合成液體產品。中國專利201010507593. 2公開了一種固定床加壓氣化制備合成氣的方法，所使用的原料為生物質和煤的混合物，其比例為任意比例?；旌显显跉饣癄t中進行氣化生成的粗產品在冷凝分離單元中去除固相夾帶和焦油得到凈化的合成氣粗成品，然后將粗成品在非催化部分氧化單元中進行裂解、加氫和轉化成為主要成分為一氧化碳和氫氣的合成，對該合成氣進行后處理后得到合成氣產品。該制備合成氣技術與ZL200720067395. 2公開的技術相比較，在非催化部分氧化單元之前增加了粗合成氣產品的凈化和冷凝步驟，同時也簡化了后續處理流程。但是該方法主要是對以前的生成合成氣技術路線的改進，氣化裝置成本較高；此外將焦油分離出來重新回到氣化爐進行氣化也存在一些問題；最后，先對粗合成氣進行凈化和冷凝會造成一定物料和能量損失，冷凝后送入非催化部分氧化單元的氣體需要重新被加熱，會增加能量的消耗進而提高生產成本。綜上所述，目前，還沒有以生物質為原料、以水蒸氣為氣化劑進行固定床加壓氣化制備低成本生產合成氣的方法，尤其是氣化效率高，后續處理流程簡單，投資成本低，并且所得到的合成氣中h2/co比例更適合于費托合成，同時也便于通過改變氣化劑水蒸氣的比例來調節h2/co比例的方法。
技術實現思路
解決的技術問題本專利技術旨在克服對煤的依賴，獲得一種以生物質原料進行固定床加壓高效氣化，產生富含H2和CO，低焦油，高H2/C0比例的清潔合成氣的制備方法及其裝置。該方法所需設備投資小，冷凝裝置簡單，產氣率高，產生的合成氣中H2/C0比例大于2且便于調節。技術方案生物質固定床加壓氣化制備合成氣的方法，步驟為將生物質粉碎并干燥，其中生物質的粒徑為5. O 40mm，干燥后的含水率不高于15wt%;將生物質與氣化劑接觸反應，所述氣化劑的初始溫度不低于110°C，氣化劑與生物質的質量比為O. 20 2. 40，反應壓力為 O. 01 I. OMpa,反應溫度為800 950°C ;當反應壓力超過預設壓力時，氣體釋放輸出，輸出的氣體經冷凝凈化后得到合成氣。所述的生物質為農林廢棄物細顆粒，所述的生物質為一切直接或者間接利用綠色植物光合作用形成的有機物質，包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。本專利技術中的生物質較佳的為農林廢棄物，更佳的為木屑，薪柴等木質生物質。所述的干燥可采用本領域常規方法實現，例如加熱、風干等，所述干燥生物質的含水率可根據本領域常識進行選擇，本專利技術中較佳的為10 14wt%。所述氣化劑為水蒸氣，氣化劑的初始溫度為300 350°C，反應壓力范圍為O. I O.6Mpa，反應溫度為850 900°C。所述氣化劑與生物質的質量比(S/B)為O. 40 I. 2。本方法中水蒸氣(氣化劑)量為過量。S/B為氣化劑與生物質質量比。所述生物質與氣化劑反應之前，預先通過氣化劑或惰性氣體對反應容器進行排空，并且在反應容器中充滿氣化劑或惰性氣體后再將生物質送入反應區域，所述惰性氣體為氮氣，氬氣或氦氣。生物質固定床加壓氣化制備合成氣的裝置，包括水蒸氣發生器、固定床反應器、 生物質料斗、冷卻裝置和冷凝液收集器，所述水蒸氣發生器、固定床反應器和冷卻裝置依次順序管道連接，生物質料斗設于固定床反應器上，冷凝液收集器與冷卻裝置出口連接。所述水蒸氣發生器的進口設有計量泵，水蒸氣發生器與固定床反應器的連接管道上設有空壓機和氣體流量計，生物質料斗與固定床反應器之間設有進料截止閥，固定床反應器和冷卻裝置之間設有背壓閥，冷凝液收集器上設有合成氣出口，出口管道上設有燃氣流量計。所述加壓條件通過空壓機和進入的水蒸氣增加來實現，通過背壓閥調節系統壓力。所述制備方法制得的產品合成氣，其中含有CO、H2, CO2和CH4,該氣體的體積分率為 42% 60% 的 H2,17% 30% 的 CO2,9% 23% 的 CO，2% 7% 的 CH4, H2/C0 比值在 2. 0 5.0之間。具體制備合成氣方法采用下述具體步驟進行(I)原料的預處理將生物質原料粉碎并過篩選擇粒徑在5. 0 40mm的原料,干燥后的含水率為10-15wt%。(2)固定床氣化在所述固定床反應器中，將所述生物質原料送入固定床反應器的中心區域，在0. 01 I. OMpa的壓力和800 950°C的溫度下，生物質與水蒸氣發生氣化反應得到合成氣。反應產生的合成氣進入冷凝裝置，可凝性氣體被冷凝下來，得到清潔的合成氣產品。其中所述的生物質和水蒸氣用量皆同前述。較佳的，在步驟(2)中，將生物質送入反應區域之前，需要通水蒸氣或者惰性氣體進行排空，并且在反應器中充滿水蒸氣后將生物質送入反應區域。反應壓力通過生物質熱解和水蒸氣以及其之間的反應產生的氣體提供，通過背壓閥控制整個反應系統的壓力。本專利技術所述合成氣主要含有C0、H2、C02和CH4,該氣體的體積分率為42% 60%的H2,17% 30%的CO2,9% 23%的CO, 2% 7%的CH4。H2/C0比值在2. 0 5. 0之間，合成氣產率范圍為I. 15 2. 00Nm3/kg。有益效果(I)本專利技術的合成氣制備方法中，由于氣化溫度高、氣化劑水蒸氣的參與反應以及增加了反應壓力，一方面增加了 H2濃度，增加了 H2/C0本文檔來自技高網...

【技術保護點】
生物質固定床加壓氣化制備合成氣的方法，其特征在于步驟為：將生物質粉碎并干燥，其中生物質的粒徑為5.0～40mm，干燥后的含水率不高于15wt%；將生物質與氣化劑接觸反應，所述氣化劑的初始溫度不低于110℃，氣化劑與生物質的質量比為0.20～2.40，反應壓力為0.01～1.0Mpa，反應溫度為800～950℃；當反應壓力超過預設壓力時，氣體釋放輸出，輸出的氣體經冷凝凈化后得到合成氣。

【技術特征摘要】
1.生物質固定床加壓氣化制備合成氣的方法，其特征在于步驟為將生物質粉碎并干燥，其中生物質的粒徑為5. O 40mm，干燥后的含水率不高于15wt% ;將生物質與氣化劑接觸反應，所述氣化劑的初始溫度不低于110°C，氣化劑與生物質的質量比為O. 20 2. 40，反應壓カ為O. 01 I. OMpa，反應溫度為800 950°C;當反應壓カ超過預設壓カ時，氣體釋放輸出，輸出的氣體經冷凝浄化后得到合成氣。2.根據權利要求I所述的生物質固定床加壓氣化制備合成氣的方法，其特征在于所述的生物質為農林廢棄物細顆粒。3.根據權利要求I所述的生物質固定床加壓氣化制備合成氣的方法，其特征在于所述生物質的含水率為10 14wt%。4.根據權利要求I所述的生物質固定床加壓氣化制備合成氣的方法，其特征在于所述氣化劑為水蒸氣，氣化劑的初始溫度為300 350°C，反應壓カ范圍為O. I O. 6Mpa，反應溫度為850 900°C。5.根據權利要求I所述的生物質固定床加壓氣化制備合成氣的方法，其特征在于所述氣化劑與生物質的質量比為O. 40 I. 2。6.根據權利要求I所述的生物質固定床加壓氣化制備合成氣的方法，其特征在于所述生物質與氣化劑反應之前，預先通過氣化劑或惰性氣體對反應容器進行排空，并且在反應容器中充滿氣化劑或惰性氣體...

【專利技術屬性】
技術研發人員：應浩，江俊飛，蔣劍春，許玉，高一葦，王燕杰，孫康，
申請(專利權)人：中國林業科學研究院林產化學工業研究所，
類型：發明
國別省市：