生物质燃料二氧化碳循环无氧气化方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种生物质燃料二氧化碳循环无氧气化方法及设备，具体来说是一种仅利用二氧化碳作为气化剂将生物质等固体燃料气化成高品质合成气，且回收合成气自身二氧化碳气体及合成气后续利用工艺中生成的二氧化碳气体进行气化循环的整体工艺方法及设备，达到整套系统温室气体二氧化碳排放量为零的目的。该发明专利技术具有无氧耗，制取合成气品质高，冷媒气效率高，系统操作简单，且整套系统温室气体二氧化碳排放量为零等显著优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物质为原料的气化利用领域，具体地是指ー种生物质燃料ニ氧化碳循环无氧气化方法及设备。
技术介绍
随着公众对全球气候变暖趋势的日益关注，温室气体减排已经越来越受到世界各国的重视，如美国GE能源与环境研究公司、美国零排放联盟以及日本新能源综合开发机构等也提出了零排放能源系统的概念。当前，解决温室气体零排放的主要エ艺方法是将ニ氧化碳作为反应物，通过化学 反应转化为含碳产品，达到零排放的目的。专利技术专利授权公告号CN102060662B，一种可回收利用CO2的化工动カ多联产能源系统及方法，即通过回收化工尾气中的CO2，其中一部分CO2进行有氧气化循环来制取合成气，另一部分CO2通过添加天然气进行重整反应，最終制取ニ甲醚或甲醇。该专利技术专利能回收利用CO2，但是该エ艺方法需要氧气气化，因而气化过程中CO2转化量有限，其中大部分CO2需通过天然气重整反应来转化，因而具有需氧耗、需消耗天然气及エ艺流程复杂的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出ー种生物质燃料ニ氧化碳循环无氧气化方法及设备，该专利技术具有燃料转化率高、无氧耗，エ艺流程简单且整套系统温室气体ニ氧化碳排放量为零等显著优点。为实现上述目的，本专利技术所提供的生物质燃料ニ氧化碳循环无氧气化方法，它是仅采用CO2作为气化剂将生物质燃料气化成合成气、并利用合成气生产化工油品、以实现整体无氧气化循环的エ艺过程，包括如下步骤I)气化单元以回收合成气自身所含的CO2和合成气后续利用生成的CO2作为气化齐U，使其在外部辅助能源的作用下与生物质燃料发生剧烈的气化反应，生成主要成分为CO、CO2, CH4, H2, H2O, H2S, COS 的高温合成气；2)冷却単元对所生成的高温合成气进行两级热交換器降温处理，其中第一级热交換器采用上述气化剂CO2作为冷却介质，用于预热气化剂CO2 ;第二级热交換器采用水作为冷却介质，得到副产品水蒸汽；3)洗涤单元对经过两级热交換降温的合成气进行旋风除尘和洗气塔洗涤处理，得到进ー步降温的洁净合成气；4)变换反应单元使所得洁净合成气与上述副产品水蒸汽进行水煤气反应，将其中部分CO转化为H2和CO2,以调节洁净合成气的品质达到催化合成反应所需的H2/C0比值范围；5)脱硫単元对调质后的洁净合成气进行脱硫处理，将其中的H2S、C0S脱除掉；6)合成气脱碳単元对脱硫后的洁净合成气进行脱碳处理，将其中的CO2分离出来；7)催化合成単元使脱硫脱碳后的洁净合成气通过催化变换反应合成化工油品，同时生成富含CO2的尾气；8)尾气脱碳単元对所生成的尾气进行脱碳处理，将其中的CO2分离出来，剩余无温室气体直接或处理后对外排放；9)气化剂循环单元将步骤6)和步骤8)所分离出来的CO2重新作为步骤2)中第ー级热交換器的冷却介质，经过对高温合成气换热降温，获得预热的气化剂CO2,再利用它进行步骤I)中的气化反应，如此循环最終实现整套エ艺零温室气体排放。作为优选方案，所述步骤I)中，气化反应的温度为60(Tl30(TC，高温合成气出口温度为70(Tll0(TC ;所述步骤I)中，气化反应的温度为85(Tl250°C，高温合成气出口温度 为 850 1100°C。进ー步地，所述步骤I)中，外部辅助能源为等离子炬能、微波能、太阳能、激光能或电感应能中的一种或几种的组合，所述外部辅助能源占单位时间入炉原料总能量的10 30%。更进一歩地，所述步骤I)中，外部辅助能源占单位时间入炉原料总能量的I5 20%。进ー步地，所述步骤I)中，气化剂CO2的用量与単位标态下产气量的比值为0.36、. 51 ;所述步骤I)中，生物质燃料的粒径为50mm以下，气化剂CO2的喷ロ流速为3(T60m/s ;所述步骤2)中，通过第一级热交換器将气化剂CO2预热至35(T600°C。作为又ー种优选方案，所述步骤4)中，调节洁净合成气成分至H2/C0为2:1。为实现上述方法而设计的生物质燃料ニ氧化碳循环无氧气化设备，包括气化炉、余热换热器、余热锅炉、旋风除尘器、洗气塔、变换反应塔、脱硫塔、合成气脱碳塔、催化合成塔和尾气脱碳塔，其特殊之处在于所述气化炉的合成气出口与余热换热器的热介质输入端相连，所述余热换热器的热介质输出端与余热锅炉的热源输入端相连，所述余热锅炉的热源输出端与旋风除尘器的进气端相连，所述旋风除尘器的出气端与洗气塔的进ロ相连，所述洗气塔的出口通过压缩机与变换反应塔的进气ロ相连，所述余热锅炉的蒸汽输出端与变换反应塔的蒸汽入口相连；所述变换反应塔的出气ロ与脱硫塔的输入端相连，所述脱硫塔的输出端与合成气脱碳塔的输入口相连，所述合成气脱碳塔的输出ロ与催化合成塔的原料进ロ相连，所述催化合成塔的副产物出口与尾气脱碳塔的尾气进ロ相连，所述尾气脱碳塔和合成气脱碳塔的CO2出ロ同时与余热换热器的冷介质输入端相连,所述余热换热器的冷介质输出端与气化炉的气化剂进ロ相连。作为优选方案，所述尾气脱碳塔和合成气脱碳塔的CO2出口同时与气柜的进ロ相连，所述气柜的出口通过鼓风机与余热换热器的冷介质输入端相连。进ー步地，所述气柜的进ロ还与启动煅烧炉的CO2输出ロ相连。更进一歩地，所述气化炉的内腔下部设置有布风板，所述布风板下方的炉壁上设置有主气化剂进ロ，所述布风板上方的炉壁上设置有辅气化剂进ロ，所述辅气化剂进ロ上方的炉壁上设置有外部辅助能量入口，所述余热换热器的冷介质输出端分为两路，一路与主气化剂进ロ相连，另一路与辅气化剂进ロ相连。本专利技术的优点在于其一，采用ニ氧化碳气体作为整套系统循环エ质，具有整套エ艺系统零温室气体排放、零氧耗的优点。其ニ，充分结合生物质燃料自身特性，气化单元仅采用ニ氧化碳作为气化剂，无氧气化，既补充了碳源又減少燃料燃烧份额，単位燃料转化率高、有效气体含量高。其三，对原料粒径无特殊要求，只需简单破碎，无需复杂处理，经济性好。其四，采用外部热源提供辅助热能，能充分结合各种形式能源，能实现能源综合利用。附图说明 图I是本专利技术的生物质燃料ニ氧化碳循环无氧气化设备的连接结构示意图。图2是图I中气化炉的结构示意图。图3是图2中的A— A剖视结构示意图。图中气化炉I，余热换热器2，余热锅炉3，旋风除尘器4，洗气塔5，压缩机6，变换反应塔7，脱硫塔8，合成气脱碳塔9，催化合成塔10，尾气脱碳塔11，气柜12，鼓风机13，燃料14，外部辅助能量入口 15，辅气化剂进ロ 16，给料入口 17，合成气出口 18，布风板19，主气化剂进ロ 20，排渣ロ 21，给料装置22，冷渣器23，蒸汽24，冷渣25，飞灰26，合成油品27，合成尾气28，CO2气体29，合成气30，排放气31，启动煅烧炉32，石灰石33。具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进ー步地的详细描述。图中所示的生物质燃料ニ氧化碳循环无氧气化设备，主要由气化炉I、余热换热器2、余热锅炉3、旋风除尘器4、洗气塔5、变换反应塔7、脱硫塔8、合成气脱碳塔9、催化合成塔10和尾气脱碳塔11等组成。气化炉I的顶部设有合成气出ロ 18，气化炉I的底部设有排渣ロ 21，气化炉的中部外壁上设有给料入口 17，给料入口 17与给料装置22相连。气化炉I的内腔下部设置有布风板19，布风板19下方的炉壁上设置有主气化剂进ロ 20，布风板19上方的炉壁上设置有辅气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质燃料二氧化碳循环无氧气化方法，它是仅采用CO2作为气化剂将生物质燃料气化成合成气、并利用合成气生产化工油品、以实现整体无氧气化循环的工艺过程，包括如下步骤：1）气化单元：以回收合成气自身所含的CO2和合成气后续利用生成的CO2作为气化剂，使其在外部辅助能源的作用下与生物质燃料发生剧烈的气化反应，生成主要成分为CO、CO2、CH4、H2、H2O、H2S、COS的高温合成气；2）冷却单元：对所生成的高温合成气进行两级热交换器降温处理，其中第一级热交换器采用上述气化剂CO2作为冷却介质，用于预热气化剂CO2；第二级热交换器采用水作为冷却介质，得到副产品水蒸汽；3）洗涤单元：对经过两级热交换降温的合成气进行旋风除尘和洗气塔洗涤处理，得到进一步降温的洁净合成气；4）变换反应单元：使所得洁净合成气与上述副产品水蒸汽进行水煤气反应，将其中部分CO转化为H2和CO2，以调节洁净合成气的品质达到催化合成反应所需的H2/CO比值范围；5）脱硫单元：对调质后的洁净合成气进行脱硫处理，将其中的H2S、COS脱除掉；6）合成气脱碳单元：对脱硫后的洁净合成气进行脱碳处理，将其中的CO2分离出来；7）催化合成单元：使脱硫脱碳后的洁净合成气通过催化变换反应合成化工油品，同时生成富含CO2的尾气；8）尾气脱碳单元：对所生成的尾气进行脱碳处理，将其中的CO2分离出来，剩余无温室气体直接或处理后对外排放；9）气化剂循环单元：将步骤6）和步骤8）所分离出来的CO2重新作为步骤2）中第一级热交换器的冷却介质，经过对高温合成气换热降温，获得预热的气化剂CO2，再利用它进行步骤1）中的气化反应，如此循环最终实现整套工艺零温室气体排放。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张岩丰，张亮，夏明贵，刘文焱，
申请(专利权)人：武汉凯迪工程技术研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：