生物质气化制合成气的方法技术

本发明专利技术公开了一种生物质气化制合成气的方法，是将生物质原料与气化剂送入气化炉内进行气化反应，生成含有CO、CO2、H2、CH4的合成气，所述气化剂是以CO2和O2为主的混合气体，其中，O2的体积百分数为21％～80％，CO2的体积百分数为20％～79％，余量为杂质气体。该方法采用CO2和O2混合气体作为气化剂，在减少温室气体CO2排放的同时，补充气化系统碳源，增加CO产量；有效解决了采用水蒸气作为气化剂时易发生汽爆现象的问题；同时通过调整气化剂中二氧化碳与氧气比例，还可有效控制气化反应速率。

A method of gasification of biomass into synthetic gas

The invention discloses a method for producing synthetic gas from biomass gasification, which is a gasification reaction of biomass raw material and gasification agent into a gasifier to generate synthetic gas containing CO, CO2, H2 and CH4. The gasification agent is a mixture of CO2 and O2 mainly, of which the volume percentage of O2 is 21% to 80%, and CO2 is 100%. The fraction is 20% to 79%, and the residual amount is impurity gas. The mixed gas of CO2 and O2 is used as gasification agent to reduce the CO2 emission of greenhouse gas and to supplement the carbon source of the gasification system and increase the output of CO, which can effectively solve the problem of steam explosion when steam is used as a gasification agent. At the same time, the proportion of two carbon dioxide and oxygen in the gasification agent can be effectively controlled by adjusting the ratio of oxygen to oxygen. The rate of gasification reaction.

【技术实现步骤摘要】
生物质气化制合成气的方法
本发涉及一种生物质气化方法，具体是指一种生物质气化制合成气的方法。
技术介绍
生物质能是一种总量大、分布广的可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质气化技术是高效利用生物质能的一种方式。按气化剂种类，生物质气化技术可分为空气气化、纯氧气化、水蒸气气化、氧气/水蒸气气化等。空气气化简单、经济，但是空气中含有79％的N2不参与反应，其极大地降低了合成气热值，使后续分离出N2需要的能耗增高。纯氧气化可提高气化反应温度和气化反应速率，但气化中心反应温度高，气化炉内易发生偏烧现象，影响气化炉使用寿命。水蒸气气化有利于提高氢气产率，但需外部提供热量维持反应所需温度。氧气/水蒸气气化，无需外部提供热量，水蒸气的加入一方面有利于提高H2产率，另一方面有利于调节气化反应温度，但水蒸气的加入，会导致生物质成型颗粒极易发生汽爆现象，颗粒在炉内会迅速破裂、粉化，从而影响床层稳定。水蒸气的加入使颗粒迅速破裂、粉化的原因主要为：1)成型颗粒内部的空隙有利于水蒸气向颗粒内部扩散，且成型颗粒产生的半焦比表面积大，水蒸气与炭在高温下反应活性强；2)水蒸气从颗粒外表面进入颗粒内部后，与颗粒内部的炭发生反应(C+H2O＝CO+H2)，产生的大量气体迅速从颗粒内部向外扩散，使颗粒由内向外发生破裂、粉化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用CO2和O2混合气体作为气化剂的生物质气化制合成气的方法。为实现上述目的，本专利技术所提供的生物质气化制合成气的方法是将生物质原料与气化剂送入气化炉内进行气化反应，生成含有CO、CO2、H2、CH4的合成气，所述气化剂是以CO2和O2为主要成分(即二者含量之和大于50％)的混合气体，其中，O2的体积百分数为21％～80％，CO2的体积百分数为20％～79％，余量为不参与气化反应的杂质气体。杂质气体可以为氮气、氩气等，一般以氮气为主，气化剂中杂质气体的体积百分数最好控制在3％以内。高温下，水蒸气与半焦反应活性约是CO2与半焦反应活性的4倍，使用CO2和O2做气化剂时，能有效避免空气气化和氧气/水蒸气气化的缺点，在减少CO2排放的同时，提高了能量及原料利用率，且可通过控制CO2和O2气化剂中氧气的浓度，调节气化反应速率。优选地，所述气化剂中，O2的体积百分数为40％～80％，更优选为79％；CO2的体积百分数为20％～60％，更优选为20％。本专利技术通过控制气化剂中富氧的浓度，可有效调节气化炉中气化中心的温度，从而有利于气化炉的温度控制。优选地，所述气化剂的加入量以保证过量空气系数(ER)在0.20～0.35范围内为准。优选地，所述气化剂预热至250～400℃后再送入气化炉内进行气化反应。优选地，在所述气化炉内，气化炉氧化段温度控制在750～1400℃，气化炉顶部出口合成气温度控制在150～500℃。优选地，在所述气化炉内，气化反应在加压条件下进行，压力控制在绝对压力10～60bar。加压气化与常压气化相比，能提高装置的处理能力、节省设备占地、减小管道尺寸，易于放大。优选地，当需要提高气化炉温度时，该方法通过提高气化剂中的氧气含量来实现，反之则降低气化剂中的氧气含量；为保证气化剂流速稳定(气化剂通过喷嘴喷入气化炉内，流速通常控制在70～150m/s)，调整O2含量时，需同时调整CO2含量，使气化剂加入总量维持不变。优选地，将所述合成气中的CO2分离出来，与O2按比例混合后补充到气化剂中重复利用。优选地，所述气化剂中的CO2全部或部分来自于从后续合成气利用系统尾气中回收的CO2。本专利技术的有益效果在于：1)生物质燃料气化反应活性高，反应速度快，本专利技术通过调整气化剂中CO2与O2比例，可有效控制气化反应速率；2)生物质成型颗粒与水蒸汽气化过程中会发生汽爆现象，本专利技术气化剂主要为CO2和O2，可降低水汽量，从而降低汽爆率，防止颗粒粉碎，有利于床层稳定；3)气化剂中含有CO2，在减少温室气体CO2排放的同时，可补充气化系统碳源，增加CO产量；4)CO2可取自气化合成气本身及后续合成气利用过程，充裕可靠，回收后，提高了生物质的综合利用率；5)少量未反应的、合成气中的CO2容易脱除，几乎不增加后续脱碳设备的投资，脱除CO2后的合成气热值高、品质好。附图说明图1为实施例所提供的生物质气化制合成气的工艺简图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术所提供的生物质气化制合成气的方法，主要包括如下步骤：1)将符合粒径要求的生物质原料从炉顶送入气化炉，以CO2和O2混合气为气化剂(部分实施例中含少量杂质气体N2)，在高温条件下发生气化反应，生成以CO、CO2、H2、CH4为主的合成气。气化剂的加入量以保证过量空气系数在设定范围。2)合成气中的CO2经过净化分离出净化合成气和CO2，净化合成气供后续利用过程生产油品、甲醇等，分离出的CO2与合成气后续利用过程中产生的CO2混合，再与来自空分装置的O2按一定比例混合使O2、CO2的含量保持在设定值，预热至250～400℃后送入气化炉中进行气化反应。3)生物质原料在气化炉底部与氧气发生氧化反应，使气化炉氧化段温度维持在800～1450℃，由于一般无法彻底区分出氧化段与还原段边界，所以本专利技术中以气化中心温度作为氧化段温度；在高温缺氧条件下，通过部分化学反应生成可燃气体(主要是CO和H2)；在气化炉还原段，CO2在高温条件下(>750℃)与生物质半焦发生还原反应，生成可燃气体CO；气化炉顶部出口合成气温度为150～500℃；实施例中采用加压气化，气化炉内压力控制在绝对压力10～60bar。4)灰渣从气化炉底部连续排出。实施例1～6各实施例以玉米秸秆成型颗粒为生物质原料，按照前述步骤和表1给出的具体工艺参数进行试验，并对产品合成气(净化后)成分及热值进行分析，结果列于表1。表1各实施例的具体控制参数和产品指标项目实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6过量空气系数0.200.240.240.350.240.24气化剂O2浓度vol.％422179806595气化剂CO2浓度vol.％57782020323杂质气体vol.％111032气化剂预热温度℃250250300300400400气化中心最高温度℃9208001260133010801450气化炉绝对压力bar104040406040气化炉出口温度℃310150372395350500CO+H2vol.％(干基)54.438.863.757.460.568.5CO2vol.％(干基)38.454.630.436.533.221.3低位热值MJ/Nm36.055.349.446.468.2312.5表1中，过量空气系数(ER)是指提供的氧气量与完全燃烧需要的氧气量的比；气化剂O2浓度、气化剂CO2浓度分别是气化剂中O2、CO2的体积百分比；CO+H2vol.％(干基)是指合成气中CO和H2的体积百分数之和，而CO2vol.％(干基)是指合成气中CO2的体积百分数，均相对于合成气产品而言。从表1中可看出，气化剂O2浓度一定(实施例3和4)，过量空气系数过高时(实施例4)，合成气中CO2浓度会增大，从而降低有效气(CO+H2)含量和合成气热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质气化制合成气的方法，是将生物质原料和气化剂送入气化炉内进行气化反应，生成含有CO、CO2、H2、CH4的合成气，其特征在于：所述气化剂是以CO2和O2为主要成分的混合气体，其中，O2的体积百分数为21％～80％，CO2的体积百分数为20％～79％，余量为为不参与气化反应的杂质气体。

【技术特征摘要】
1.一种生物质气化制合成气的方法，是将生物质原料和气化剂送入气化炉内进行气化反应，生成含有CO、CO2、H2、CH4的合成气，其特征在于：所述气化剂是以CO2和O2为主要成分的混合气体，其中，O2的体积百分数为21％～80％，CO2的体积百分数为20％～79％，余量为为不参与气化反应的杂质气体。2.根据权利要求1所述的生物质气化制合成气的方法，其特征在于：所述气化剂中，O2的体积百分数为40％～80％，CO2的体积百分数为20％～60％。3.根据权利要求2所述的生物质气化制合成气的方法，其特征在于：所述气化剂中，杂质气体的体积百分数控制在3％以内。4.根据权利要求1～3中任一项所述的生物质气化制合成气的方法，其特征在于：所述气化剂的加入量以保证过量空气系数在0.20～0.35范围内为准。5.根据权利要求1～3中任一项所述的生物质气化制合成气的方法，其特征在于：所述气化剂预热至250～400℃后再送入气化炉内进行气化反应。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕庆元，孙朝元，杨建成，杨国祥，章晨晖，王发坤，
申请(专利权)人：中薪油武汉化工工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42