生物质与垃圾中可燃物转化为甲醇的工艺制造技术

生活垃圾经过分选，将不能再利用的可燃物与生物质原料混合，使混合原料中生物质占60％以上。原料自然干燥为含水20％以下。用变压吸附空分含氧70-95％的富氧气体作气化剂原料。用气化炉将生物质与垃圾中可燃物原料转化为粗合成气和灰渣。灰渣中的残炭从灰渣水池捞出后返回气化炉。降温后的粗合成气进入两个串联的固定床氧化钙颗粒过滤器，进行两级干法净化。压缩至5-10MPa，进入合成甲醇反应器。合成甲醇采用现有成熟的技术。

Process for converting biomass and combustible material into methanol

Municipal solid waste is sorted and mixed with combustible material which can not be used again, so that the biomass in the mixed raw material accounts for more than 60%. Natural drying of raw materials for water content of less than 20%. Oxygen enriched gas with oxygen content and 70-95% is used as gasification material. The biomass and the combustible material in refuse are converted into crude synthesis gas and ash by gasifier. The residual carbon in the ash will be removed from the ash tank and returned to the gasifier. After cooling, the crude syngas enters two fixed bed calcium oxide particle filters in series, and two stage dry cleaning is carried out. Compressed to 5-10MPa into the methanol synthesis reactor. The existing methanol synthesis technology is mature.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源化工领域。
技术介绍
随着化石能源的逐渐枯竭，人类可以利用甲醇及其衍生物作为能源载体和多种化学品的中间体，来替代和生产过去的石油产品，跨越油气时代，实现可持续发展，是多国科学家的共识。我国科学家倪维斗院士，也向国家提出发展“甲醇和二甲醚”经济，东西部协同发展的能源战略。生物质是含碳、氢、氧元素为主的有机化合物，垃圾中可燃物除一部分是生物质外，还有合成的有机物，它们通过合成气途径，即经过气化——合成气净化——甲醇合成，都可以由固体可燃物转化为甲醇。由合成气合成甲醇是成熟的技术。由生物质与垃圾中可燃物转化为甲醇的难点是原料的气化与粗合成气的净化工艺。与以往煤炭气化、合成气净化不同，生物质原料有它独特的物理化学性质，在一般的气化过程中，它很难建立一个稳定的气化反应层，也很难稳定地产生无焦油合成气而导致过程的失败。为了现代化的利用生物质能源，很多人研究这个工艺过程提出不同的解决方案。垃圾中可燃物中有着复杂的化学成分，特别是含有一些氯元素的物质，使它的气化产物与煤炭气化产物不同，因此也不能套用一个净化方法。生物质与垃圾中可燃物转化为甲醇，制造合成气是关键的一步，采用部分氧化法一步把生物质和其他有机物转化为合成气，是很多研究者首选的技术方案，但它目前在技术上还不十分成熟。我国山东省科学院能源研究所经过多次改进提出了一种方法。专利技术名称：一种生物质气化方法。专利申请号：CN201010139473.1。该专利技术主要的技术特征是：生物质气化所经历的干燥热解、燃烧还原、气体重整几个步骤在同一气化炉中的三个不同的区间相对分开且连续进行，同时在整个气化过程中分三点连续通入气化剂，总气化剂的当量比为0.2-0.35，一次气化剂、二次气化剂、三次气化剂之间的质量比例为(0-0.8)∶(2-3.5)∶(0.7-1.5)。通过控制生物质原料、一次气化剂、二次气化剂、三次气化剂之间的相互比例来控制炉内各分区的温度和反应深度，从而控制最终产品气的品质。在该专利技术专利中，生物质气化的实现有三个步骤：1、生物质和一次气化剂在间接换热作用下，发生干燥热解和部分气化反应。(而在生产合成气为目的的气化中，不通入一次气化剂)；2、热解和部分气化后的半焦与通入的二次气化剂发生燃烧和还原反应；3、热解和部分气化后的气态物(含有大量焦油)及由和二次气化剂燃烧还原后的气态产物共同与通入的三次气化剂混合，发生不完全氧化反应，实现气体高温重整。最终得到高品质的产品气。我十分尊重山东省科学院能源研究所的研究成果和他们的贡献，但是也认为该专利技术生产的合成气，如果采用甲酸甲酯路线合成甲醇时，合成气中的二氧化碳的含量偏高，原料在间接换热作用下干燥热解不是十分有效。如果气化过程更简单一些，设备制造就会更容易，制造成本就会更低一些。如果对生物质与垃圾中可燃物原料的适应范围更宽，就会更加实用。经过多年的试验与改进，我采用了与之不同的气化方法。
技术实现思路
：一、生物质与垃圾中可燃物气化方法本专利技术的技术特征为：生物质气化所经历的干燥热解、燃烧还原、气体重整几个步骤在同一气化炉中的两个不同的区间相对分开且连续进行，同时在整个气化过程中分三次在三个不同位置连续通入气化剂，总气化剂中氧的当量比为0.2-0.35，一次气化剂、二次气化剂、三次气化剂占气化剂总氧量的百分比分别为：70—80％、5—20％、0—15％。具体实施步骤为：1、气化原料生物质与垃圾中可燃物，要求含水量小于20％，，当量粒度小于20厘米，也就是晴天收集的原料基本不用再烘干，大部分原料不用破碎。原料中生物质的总量大于60％。2、原料进入气化炉，同时通入预热的一次气化剂(氧气或含氧量70％以上的富氧)，一次气化剂以1——100米/秒的速度直接喷入原料层中，与原料和原料气化热解后的气态产物发生燃烧反应，一次气化剂喷嘴处气体燃烧产生2000℃以上的高温，热气体迅速使原料升温，由于原料的粒度比较大，热传递不是很快，原料颗粒内外温度差很大，在一次气化剂反应区，炉内平均温度为600—900℃。原料快速干燥、气化热解，生成气态焦油、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氢、水蒸气和木炭(半焦)。3、原料经过一次气化剂反应生成的气态产物和木炭(半焦)在炉内并流，木炭移动速度小于气体速度，此时一次气化剂已经耗尽，没有氧气参与，热木炭只与水蒸气和二氧化碳反应，其分解速度大大降低，在气化炉内人为形成一个相对稳定、缓慢移动的木炭过滤层。其长度为0.3—2米。一次气化剂反应生成的气态产物穿过较长一段木炭过滤层，再次与木炭发生还原反应与重整后，在木炭过滤层中部成为产品气出炉。4、预热的二次气化剂(氧气+水蒸气，比例为1∶0.5—1.5)，以缓慢的速度(0.001—1米/秒)给入气化炉中的木炭过滤层的中段，二次气化剂的给入方向、反应后气流方向与木炭移动方向垂直。二次气化剂与木炭反应为木炭层加热，使木炭过滤层中部产品气体出口附近的炭层温度维持在900℃—1100℃，其反应产物气体成分主要是一氧化碳和氢，它与一次气化反应产生的气体产物在木炭层中混合流动，共同穿过一段木炭层，成为产品气出炉。5、三次气化剂(氧气+水蒸气，比例为1∶0.5—3.5)，以缓慢的速度(0.001—0.1米/秒)给入气化炉中的木炭过滤层的尾段，三次气化剂的给入方向、反应后气流方向与木炭移动方向相反。三次气化剂不预热，它穿过灰渣层，使灰渣冷却，形成固态渣。第三次气化反应使残存的木炭基本燃尽。气体产物是一氧化碳和氢，它也逆向穿过一段木炭过滤层，从木炭过滤层的中部经由产品气出口出炉。本专利技术气化炉内有两个反应区间：一个是一次气化剂氧气与入炉原料反应区间，在这里原料被燃烧反应产生的高温热气体快速加热，产生初步气化气体和热木炭，可以称之为炭化区；第二个反应区间是建立的红热的木炭过滤层，它的形成是在原料与一次气化剂反应后不断产生，在与第三次气化剂反应后炭质不断耗尽而灭失。红热的木炭既是反应剂又是焦油裂化催化剂，所有的产品气体都经过这个木炭过滤层过滤反应后出气化炉，二氧化碳和水在这个活性很高的木炭层里还原分解的比较彻底。常压下只要木炭层的温度维持在900℃—1100℃，产品气体中二氧化碳的平衡分压是很低的。也就是说，在常压下，只要控制产品气出口炭层温度在900℃—1100℃，产品气体中主要成分只有一氧化碳和氢。从以上气化实施步骤看出，本专利技术生物质与垃圾中可燃物的气化方法，与山东省科学院能源研究所专利技术的生物质气化方法在技术措施上是不同的。它们的原理是相同的，都是以部分氧化为基础，将放热的氧化反应与吸热的水蒸气和二氧化碳重整反应结合起来共同进行，使总体上热力平衡。在自热条件下将生物质一次转化为合成气。附图说明附图1是生物质与垃圾中可燃物气化方法的工艺示意图。二、一种生物质与垃圾中可燃物气化炉为了实施本专利技术一所述的气化方法，本专利技术二是一种适用于生物质与垃圾中可燃物原料的气化炉，它的构造特征是：炉体是一个水平放置的钢制长筒，断面是圆形。内衬耐火层，外层是夹套锅炉。炉体一端连接一个钢制的进料圆筒，进料圆筒的内径与炉体内耐火层的内径相等或略小，一个由电机和减速机驱动的进料器，(它可以是螺旋式的，也可以是往复活塞式的)，与进料圆筒的另一端相联；炉体的另一端封闭，封闭面上设有一个有气封的玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一、生物质与垃圾中可燃物气化方法本专利技术的技术特征为：生物质气化所经历的干燥热解、燃烧还原、气体重整几个步骤在同一气化炉中的两个不同的区间相对分开且连续进行，同时在整个气化过程中分三次在三个不同位置连续通入气化剂，总气化剂中氧的当量比为0.2‑0.35，一次气化剂、二次气化剂、三次气化剂占气化剂总氧量的百分比分别为：70‑80％、5‑20％、0‑15％。具体实施步骤为：1、气化原料生物质与垃圾中可燃物，要求含水量小于20％，，当量粒度小于20厘米，也就是晴天收集的原料基本不用再烘干，大部分原料不用破碎。原料中生物质的总量大于60％。2、原料进入气化炉，同时通入预热的一次气化剂(氧气或含氧量70％以上的富氧)，一次气化剂以1‑100米/秒的速度直接喷入原料层中，与原料和原料气化热解后的气态产物发生燃烧反应，一次气化剂喷嘴处气体燃烧产生2000℃以上的高温，热气体迅速使原料升温，由于原料的粒度比较大，热传递不是很快，原料颗粒内外温度差很大，在一次气化剂反应区，炉内平均温度为600‑900℃。原料快速干燥、气化热解，生成气态焦油、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氢、水蒸气和木炭(半焦)。3、原料经过一次气化剂反应生成的气态产物和木炭(半焦)在炉内并流，木炭移动速度小于气体速度，此时一次气化剂已经耗尽，没有氧气参与，热木炭只与水蒸气和二氧化碳反应，其分解速度大大降低，在气化炉内人为形成一个相对稳定、缓慢移动的木炭过滤层。其长度为0.3‑2米。一次气化剂反应生成的气态产物穿过较长一段木炭过滤层，再次与木炭发生还原反应与重整后，在木炭过滤层中部成为产品气出炉。4、预热的二次气化剂(氧气+水蒸气，比例为1∶0.5‑1.5)，以缓慢的速度(0.001‑1米/秒)给入气化炉中的木炭过滤层的中段，二次气化剂的给入方向、反应后气流方向与木炭移动方向垂直。二次气化剂与木炭反应为木炭层加热，使木炭过滤层中部产品气体出口附近的炭层温度维持在900℃‑1100℃，其反应产物气体成分主要是一氧化碳和氢，它与一次气化反应产生的气体产物在木炭层中混合流动，共同穿过一段木炭层，成为产品气出炉。5、三次气化剂(氧气+水蒸气，比例为1∶0.5‑3.5)，以缓慢的速度(0.001‑0.1米/秒)给入气化炉中的木炭过滤层的尾段，三次气化剂的给入方向、反应后气流方向与木炭移动方向相反。三次气化剂不预热，它穿过灰渣层，使灰渣冷却，形成固态渣。第三次气化反应使残存的木炭基本燃尽。气体产物是一氧化碳和氢，它也逆向穿过一段木炭过滤层，从木炭过滤层的中部经由产品气出口出炉。本专利技术气化炉内有两个反应区间：一个是一次气化剂氧气与入炉原料反应区间，在这里原料被燃烧反应产生的高温热气体快速加热，产生初步气化气体和热木炭，可以称之为炭化区；第二个反应区间是建立的红热的木炭过滤层，它的形成是在原料与一次气化剂反应后不断产生，在与第三次气化剂反应后炭质不断耗尽而灭失。红热的木炭既是反应剂又是焦油裂化催化剂，所有的产品气体都经过这个木炭过滤层过滤反应后出气化炉。二、一种生物质与垃圾中可燃物气化炉 它的构造特征是：炉体是一个水平放置的钢制长筒，断面是圆形。内衬耐火层，外层是夹套锅炉。锅炉外层是保温层。炉体一端连接一个钢制的进料圆筒，进料圆筒的内径与炉体内耐火层的内径相等或略小，一个由电机和减速机驱动的进料器，(它可以是螺旋式的，也可以是往复活塞式的)，与进料圆筒的另一端相联；炉体的另一端封闭，封闭面上设有一个有气封的玻璃观察孔；炉体中部向上开通是产品气出口；炉体中部对应产品气出口的下半圆的耐火层是微孔陶瓷的二次气化剂分布板，进料端的炉体内有2‑6个一次气化剂喷头，炉体封闭端有一个三次气化剂进气管。炉体中后部，向下开通为灰渣出口。灰渣出口管向下淹没在的灰渣水池的水面以下，灰渣水池一侧有一个倾斜角8°‑22°的捞渣螺旋。另一侧有捞炭装置。该气化炉的工作特征是：气化炉微正压操作。原料由进料器推动进入进料圆筒，被挤压形成一个密实的料柱，向气化炉内运动。进料圆筒内密实的料柱隔断气化炉与大气的联通。原料到达炉内耐火层位置时，已经预热的一次气化剂(氧气或含氧量70％以上的富氧)从周边不同方向高速喷向原料柱，与原料和气化热解后的气态产物发生剧烈的燃烧反应，喷嘴处产生2000℃以上的高温，热气体迅速使原料崩塌裂解，体积缩小，析出气态物，逐渐变质为半焦或木炭，在一次气化剂反应区，炉内平均温度达到600‑‑900℃。由于进料圆筒的料封作用，炉内的气体向气压较低的产品气出口方向流动；固态的木炭或半焦是受不断进入的固态原料的挤压推动运动的，也就是炉内固态物料都是进料器推动的，虽然原料经一次气化剂反应后体积不断缩小，但不断产生的木炭在相互推压下仍然充满炉腔，形成了运动速度比气体慢的木炭过滤层。一次气化剂反应生成的气态产物穿过较长一段木炭...

【技术特征摘要】
1.一、生物质与垃圾中可燃物气化方法本发明的技术特征为：生物质气化所经历的干燥热解、燃烧还原、气体重整几个步骤在同一气化炉中的两个不同的区间相对分开且连续进行，同时在整个气化过程中分三次在三个不同位置连续通入气化剂，总气化剂中氧的当量比为0.2-0.35，一次气化剂、二次气化剂、三次气化剂占气化剂总氧量的百分比分别为：70-80％、5-20％、0-15％。具体实施步骤为：1、气化原料生物质与垃圾中可燃物，要求含水量小于20％，，当量粒度小于20厘米，也就是晴天收集的原料基本不用再烘干，大部分原料不用破碎。原料中生物质的总量大于60％。2、原料进入气化炉，同时通入预热的一次气化剂(氧气或含氧量70％以上的富氧)，一次气化剂以1-100米/秒的速度直接喷入原料层中，与原料和原料气化热解后的气态产物发生燃烧反应，一次气化剂喷嘴处气体燃烧产生2000℃以上的高温，热气体迅速使原料升温，由于原料的粒度比较大，热传递不是很快，原料颗粒内外温度差很大，在一次气化剂反应区，炉内平均温度为600-900℃。原料快速干燥、气化热解，生成气态焦油、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氢、水蒸气和木炭(半焦)。3、原料经过一次气化剂反应生成的气态产物和木炭(半焦)在炉内并流，木炭移动速度小于气体速度，此时一次气化剂已经耗尽，没有氧气参与，热木炭只与水蒸气和二氧化碳反应，其分解速度大大降低，在气化炉内人为形成一个相对稳定、缓慢移动的木炭过滤层。其长度为0.3-2米。一次气化剂反应生成的气态产物穿过较长一段木炭过滤层，再次与木炭发生还原反应与重整后，在木炭过滤层中部成为产品气出炉。4、预热的二次气化剂(氧气+水蒸气，比例为1∶0.5-1.5)，以缓慢的速度(0.001-1米/秒)给入气化炉中的木炭过滤层的中段，二次气化剂的给入方向、反应后气流方向与木炭移动方向垂直。二次气化剂与木炭反应为木炭层加热，使木炭过滤层中部产品气体出口附近的炭层温度维持在900℃-1100℃，其反应产物气体成分主要是一氧化碳和氢，它与一次气化反应产生的气体产物在木炭层中混合流动，共同穿过一段木炭层，成为产品气出炉。5、三次气化剂(氧气+水蒸气，比例为1∶0.5-3.5)，以缓慢的速度(0.001-0.1米/秒)给入气化炉中的木炭过滤层的尾段，三次气化剂的给入方向、反应后气流方向与木炭移动方向相反。三次气化剂不预热，它穿过灰渣层，使灰渣冷却，形成固态渣。第三次气化反应使残存的木炭基本燃尽。气体产物是一氧化碳和氢，它也逆向穿过一段木炭过滤层，从木炭过滤层的中部经由产品气出口出炉。本发明气化炉内有两个反应区间：一个是一次气化剂氧气与入炉原料反应区间，在这里原料被燃烧反应产生的高温热气体快速加热，产生初步气化气体和热木炭，可以称之为炭化区；第二个反应区间是建立的红热的木炭过滤层，它的形成是在原料与一次气化剂反应后不断产生，在与第三次气化剂反应后炭质不断耗尽而灭失。红热的木炭既是反应剂又是焦油裂化催化剂，所有的产品气体都经过这个木炭过滤层过滤反应后出气化炉。二、一种生物质与垃圾中可燃物气化炉它的构造特征是：炉体是一个水平放置的钢制长筒，断面是圆形。内衬耐火层，外层是夹套锅炉。锅炉外层是保温层。炉体一端连接一个钢制的进料圆筒，进料圆筒的内径与炉体内耐火层的内径相等或略小，一个由电机和减速机驱动的进料器，(它可以是螺旋式的，也可以是往复活塞式的)，与进料圆筒的另一端相联；炉体的另一端封闭，封闭面上设有一个有气封的玻璃观察孔；炉体中部向上开通是产品气出口；炉体中部对应产品气出口的下半圆的耐火层是微孔陶瓷的二次气化剂分布板，进料端的炉体内有2-6个一次气化剂喷头，炉体封闭端有一个三次气化剂进气管。炉体中后部，向下开通为灰渣出口。灰渣出口管向下淹没在的灰渣水池的水面以下，灰渣水池一侧有一个倾斜角8°-22°的捞渣螺旋。另一侧有捞炭装置。该气化炉的工作特征是：气化炉微正压操作。原料由进料器推动进入进料圆筒，被挤压形成一个密实的料柱，向气化炉内...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜新国，
申请(专利权)人：杜新国，
类型：发明
国别省市：河南;41