一种能量优化的生物质气化处理方法技术

一种能量优化的生物质气化处理方法，包括：生物质原料预热步骤——生物质裂解步骤——气固分离步骤——焦炭燃烧步骤，在以上生物质气化过程中，空气分三股与以上步骤中产生的热气或热固进行换热，作为高温燃烧气进入焦炭燃烧步骤参与焦炭燃烧反应，焦炭燃烧产生的高温气体与上述空气换热后，继续作为热源参与生物质原料预热步骤。本发明专利技术的方法充分利用了焦炭燃烧后释放的能量、排出的气体和炉灰所携带的热量，所需要输入的能量只有生物质裂解步骤所需要的热量。本发明专利技术巧妙地采用空气取热，并将其利用于焦炭燃烧步骤，解决了能量的循环利用，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种能量优化的生物质气化处理方法
本专利技术涉及一种能量优化的生物质微波处理方法，属于生物质气化工艺领域。
技术介绍
生物质能源是可再生能源的重要组成部分，是继石油、煤炭、天然气等化石能源之后，当今全球第四大能源。而且生物质能利用是自然界的碳循环的一部分，过程中实现CO2的零排放，是一种环境友好型能源。生物质气化作为生物质能利用技术的主要方法之一，是在一定的热力学条件下，借助于空气部分(或者氧气)、水蒸气的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原重整反应，最终转化为一氧化碳，氢气和低分子烃类等可燃气体的过程。生物质气化得到的气体可替代天然气等化石燃料，实现燃气、热能和电能的供给。目前生物质气化按照气化介质不同可分为使用气化介质和不使用气化介质两大类，不使用气化介质成为干馏气化；使用气化介质可按照气化介质不同分为空气气化、氧气气化、水蒸气气化、水蒸气-氧气混合气化和氢气气化等。目前使用的反应器包括固定床(上吸式和下吸式)、鼓泡床、流化床、外/内循环流化床、喷动床、气流床等。但传统的由外向内的热传导作用导致了热解反应的不可控，生物质发生多次裂解，导致气化效率偏低等问题。微波加热可在被加热物体不同深度同时产生热，这种“体加热作用”使得加热速度快且均匀。与传统的热裂解相比，微波裂解产生的气体氢气含量高，H2/CO的比例高，稠环烃的含量少且灰分低。但是，无论微波加热或传统加热方式，都需要达到很高的温度才能使生物质裂解，所需的能耗大。CN201410405241.4公开了一种水冷式生物质催化热解反应方法，CN201410405279.1公开了一种风冷式生物质催化热解反应方法，上述两种方法分别采用循环水和循环空气对气体产物进行冷却降温，未对该部分热量进行利用，造成了热量的损失。CN201410236073.0公开了一种生物质热解气化方法，将固体产物分离燃烧获取热量用于生物质气化裂解过程的能量损耗，该法所利用的热量有限，仍有大量热量损失。CN201310095402.X公开了一种能量自给的生物质热解系统和方法，阶梯利用生物质热解气燃烧后释放的能量提高工艺系统的热利用率。该法将热解气燃烧不经济。CN201510705624.8公开了一种生物质热解系统和对生物质进行热解的方法，该法也未能充分利用系统热量，不经济。
技术实现思路
针对现有技术中生物质热解过程中热能的利用不充分问题，本专利技术拟提供一种能量优化的生物质气化处理方法，可有效的利用反应系统自身热量，降低能耗，具有良好工业化应用前景。本专利技术的技术目的通过以下技术方案实现：一种能量优化的生物质气化处理方法，包括：生物质原料预热步骤——生物质裂解步骤——气固分离步骤——焦炭燃烧步骤，在以上生物质气化过程中，空气分三股与以上步骤中产生的热气或热固进行换热，第一股空气与生物质原料预热步骤中被预热的原料中的气体组分进行换热，第二股空气与气固分离步骤中分离得到的高温气体产物换热，第三股空气与焦炭燃烧步骤产生的灰分换热，三股经一次换热后的空气混合，再与焦炭燃烧步骤产生的高温气体二次换热后，作为高温燃烧气进入焦炭燃烧步骤参与焦炭燃烧反应，焦炭燃烧产生的高温气体与上述空气换热后，继续作为热源参与生物质原料预热步骤。在上述方法中，生物质原料预热步骤中将原料预热至120~260℃。在此过程中，可脱除原料中的水分，经预热后的原料气中含有水蒸气、N2、CO2，气体温度升为200~300℃，与第一股空气换热后，空气升温至100~150℃，原料气温度降至120~200℃，不含污染物可直接放空。在上述方法中，生物质裂解步骤反应温度优选控制为700~1200℃，生物质裂解方式优选为微波裂解。在上述方法中，对裂解得到的气固产物进行分离，气体与第二股空气换热后降至120~200℃，收集，得到气体产品；固体产物主要为焦炭，经过燃烧，得到1000~1500℃的高温气体和灰分，灰分与第三股空气进行换热，温度降至120~200℃，排出；三股经过第一次换热的空气均升温至100~150℃，混合，与焦炭燃烧的高温气体进行第二次换热升温至300~500℃，优选为300~400℃，通入焦炭燃烧步骤参与燃烧，得到高温气体循环利用；焦炭燃烧的高温气体经一次换热后降至400~500℃，返回料仓对原料进行预热。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：（1）本专利技术的方法充分利用了焦炭燃烧后释放的能量、排出的气体和炉灰所携带的热量，所需要输入的能量只有生物质裂解步骤所需要的热量。（2）本专利技术巧妙地采用空气取热，并将其利用于焦炭燃烧步骤，解决了能量的循环利用，成本低。（3）本专利技术最终所得产物为可燃气，焦炭用来燃烧提供能量，经济划算。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明图1.本专利技术的处理方法流程示意图。具体实施方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例1本专利技术的能量优化的生物质气化处理方法包括：生物质原料预热步骤——生物质裂解步骤——气固分离步骤——焦炭燃烧步骤，如图1所示，首先，生物质原料进入原料预热装置，经预热后进入裂解装置，气体和固体产物进入气固分离装置，分离得到气体产物和固体产物焦炭，焦炭进入燃烧装置。在此过程中，空气分三股与以上步骤中产生的热气或热固进行换热，第一股空气与生物质原料预热步骤中被预热的原料气进行换热，第二股空气与气固分离步骤中分离得到的高温气体产物换热，第三股空气与焦炭燃烧步骤产生的灰分换热，三股经一次换热后的空气混合，再与焦炭燃烧步骤产生的高温气体换热后，作为高温燃烧气进入焦炭燃烧步骤参与焦炭燃烧反应，焦炭燃烧产生的高温气体与上述空气换热后，继续作为热源参与生物质原料预热步骤。实施例2以伊春地区为例，进行生物质气化处理如下：伊春地区冬天空气温度-30℃，采用落叶松为原料，以5万吨/h的速度进料，预热除去其中水分，预热后的原料气中含有水蒸气、N2、CO2，为240℃，预热后的固体进入卧式微波反应器内进行裂解反应，反应温度控制在900℃，裂解产物进入气固分离装置分离，分离出高温气体产物和固体产物，固体产物进行燃烧。在上述反应过程中，第一股-30℃的空气与原料预热后的原料气进行换热，原料气降至120℃左右，进行排放，第一股空气升温至110℃左右；第二股-30℃的空气与高温气体产物换热，气体产物降温至160℃，收集，空气温度升至120℃左右；第三股-30℃的空气与固体产物燃烧产生的灰分换热，升温至130℃左右；三股经第一次换热的空气混合，混合后温度为120℃左右，与固体产物燃烧产生的高温气体（约1300℃）换热，高温气体降至约420℃，通入原料预热装置作为热源；空气经二次换热后升温至约360℃，通入燃烧装置，并控制气量，使高温的焦炭在炉内充分燃烧，耗尽O2，得到只含N2和CO2的高温气体，循环利用。以上反应过程中每小时产气量为4万立，耗电量为12000kWh。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能量优化的生物质气化处理方法，包括：生物质原料预热步骤——生物质裂解步骤——气固分离步骤——焦炭燃烧步骤，其特征在于：在以上生物质气化过程中，空气分三股与以上步骤中产生的热气或热固进行换热：第一股空气与生物质原料预热步骤中被预热的原料中的气体组分进行换热，第二股空气与气固分离步骤中分离得到的高温气体产物换热，第三股空气与焦炭燃烧步骤产生的灰分换热；三股经一次换热后的空气混合，再与焦炭燃烧步骤产生的高温气体二次换热后，作为高温燃烧气进入焦炭燃烧步骤参与焦炭燃烧反应，焦炭燃烧产生的高温气体与上述空气换热后，继续作为热源参与生物质原料预热步骤。

【技术特征摘要】
1.一种能量优化的生物质气化处理方法，包括：生物质原料预热步骤——生物质裂解步骤——气固分离步骤——焦炭燃烧步骤，其特征在于：在以上生物质气化过程中，空气分三股与以上步骤中产生的热气或热固进行换热：第一股空气与生物质原料预热步骤中被预热的原料中的气体组分进行换热，第二股空气与气固分离步骤中分离得到的高温气体产物换热，第三股空气与焦炭燃烧步骤产生的灰分换热；三股经一次换热后的空气混合，再与焦炭燃烧步骤产生的高温气体二次换热后，作为高温燃烧气进入焦炭燃烧步骤参与焦炭燃烧反应，焦炭燃烧产生的高温气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣，韩天竹，王鑫，乔凯，齐慧敏，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11