專利名稱：：利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化工藝方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化工藝方法及系統(tǒng)。該方法屬于由生物質(zhì)制造合成氣或可燃?xì)怏w
技術(shù)領(lǐng)域：
。其中合成氣為含有CO、H2以及各種含碳、氫、氧的碳水化合物氣體的混合物。利用該發(fā)明所產(chǎn)生的合成氣能夠用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池、合成油、冶金等系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：隨著傳統(tǒng)化石能源(煤、石油、天然氣)儲(chǔ)量的日益減少，以及由于使用化石能源帶來的環(huán)境污染問題，直接威脅著人類的生存和發(fā)展，重視和發(fā)展可再生、環(huán)保能源已成為各國(guó)政府的共識(shí)。生物質(zhì)是植物通過光合作用生成的有機(jī)物質(zhì)，其分布廣泛、可利用量大、較化石能源清潔，具有C02零排放的特征，是一種重要的可再生能源。通過熱化學(xué)、生物化學(xué)等方法，能夠?qū)⑸镔|(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵉臍怏w或液體燃料，用以發(fā)電、生產(chǎn)工業(yè)原料、化工產(chǎn)品等，具有全面替代化石能源的潛力，成為世界各國(guó)優(yōu)先發(fā)展的新能源。將生物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧崥怏w或液體燃料的方法很多，在這其中生物質(zhì)氣化技術(shù)與其它技術(shù)相比能夠適應(yīng)生物質(zhì)的種類更加寬廣，且具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。生物質(zhì)的氣化過程是一種熱化學(xué)過程，是生物質(zhì)原料與氣化劑(空氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳等)在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將固態(tài)的生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)變?yōu)橛商?、氫、氧等元素組成的碳水化合物的混合氣體的過程，該混合氣體通常被稱為合成氣。氣化過程產(chǎn)生的合成氣組成隨氣化時(shí)所用生物質(zhì)原料的性質(zhì)、氣化劑的類別、氣化過程的條件以及氣化爐的結(jié)構(gòu)不同而不同。氣化的目標(biāo)在于盡量減少生物質(zhì)原料和氣化劑的消耗量以及合成氣中的焦油含量，同時(shí)最大化系統(tǒng)的氣化效率、碳轉(zhuǎn)化率以及合成氣中有效成分(CO和H2)的含量。影響氣化目標(biāo)的因素很多，包括氣化工藝所使用的氣化爐的類型、氣化劑的種類、生物質(zhì)原料的粒徑、氣化壓力和溫度、生物質(zhì)原料中含有的水分和灰份等。氣化所使用的氣化爐大致可以分為三類固定床、流化床和氣流床。固定床氣化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便利，運(yùn)行模式靈活，固體燃料在床中停留時(shí)間長(zhǎng)，碳轉(zhuǎn)化率較高，運(yùn)行負(fù)荷較寬，可以在20110%之間變動(dòng)，但固定床中溫度不均勻換熱效果較差，出口合成氣熱值較低，且含有大量焦油；流化床氣化在向氣化爐加料或出灰都比較方便，整個(gè)床內(nèi)溫度均勻、易調(diào)節(jié)，但對(duì)原料的性質(zhì)很敏感，原料的黏結(jié)性、熱穩(wěn)定性、水分、灰熔點(diǎn)變化時(shí)，易使操作不正常，此外，為了保證氣化爐的正常流化，運(yùn)行溫度較低，出口合成氣中焦油含量較高。由于固定床和流化床含有大量的焦油，在后續(xù)設(shè)備中不得不安裝焦油裂解和凈化裝置，使得氣化工藝變得十分復(fù)雜；氣流床的運(yùn)行溫度較高，爐內(nèi)溫度比較均勻，焦油在氣流床中全部裂解，同時(shí)氣流床具有很好的放大特性，特別適用于大型工業(yè)化的應(yīng)用，但氣流床氣化對(duì)原料的粒徑有著嚴(yán)格的限制，進(jìn)入氣流床的原料需要磨成超細(xì)的顆粒，然而按照現(xiàn)有的破碎或制粉技術(shù)，無法將含纖維較多的生物質(zhì)原料磨制成滿足氣流床運(yùn)行所需的粒徑，這就導(dǎo)致無法將氣流床用于生物質(zhì)原料的氣化。焦油的裂解和處理以及生物質(zhì)氣化之前的預(yù)處理是阻礙生物質(zhì)氣化工藝進(jìn)一步發(fā)展的最大問題。申請(qǐng)?zhí)枮?00510043836.0的中國(guó)專利發(fā)明了一種低焦油生物質(zhì)氣化方法和裝置，該技術(shù)通過將固體生物質(zhì)熱解和熱解產(chǎn)物的裂解氣化兩個(gè)過程分開，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成焦油含量較低的可燃?xì)怏w。該方法存在以下幾個(gè)問題首先，熱解產(chǎn)生的熱解氣和木炭全部被輸送到裂解氣化器的燃燒區(qū)，在IOOO'C左右發(fā)生不完全燃燒反應(yīng)，將熱解產(chǎn)生的焦油通過高溫的方式進(jìn)行裂解，雖然能降低焦油的含量，但會(huì)損失大量的木炭，導(dǎo)致后續(xù)還原反應(yīng)產(chǎn)生的CO數(shù)量較低，進(jìn)而使得合成氣中的C02含量較高；其次，燃燒反應(yīng)溫度較低，在后續(xù)的還原反應(yīng)中溫度會(huì)進(jìn)一步降低，還原區(qū)的平均溫度將低于700°C，使得有效合成氣(CO和H2)的產(chǎn)量降低(約為30%左右)；再次，經(jīng)還原反應(yīng)的灰渣和未反應(yīng)完全的殘?zhí)贾苯优懦鱿到y(tǒng)，造成碳轉(zhuǎn)化率降低；最后，該方法所采用的裂解氣化器是固定床的一種形式，燃燒產(chǎn)生的氣化劑(主要是C02和H20)在穿過底部熾熱的碳層的時(shí)候，由于還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，導(dǎo)致床層上下溫差較大(頂部100(TC左右，底部50(TC左右)，這是固定床固有的缺陷。美國(guó)專利6,863,878B2發(fā)明了一種利用含碳原料制取合成氣的方法和設(shè)備，該方法也采用了炭化(或熱解)和裂解氣化過程相分離的方法，通過將炭化溫度控制在450。F以下，減少熱解反應(yīng)產(chǎn)生的焦油。該方法存在以下幾個(gè)問題首先，在炭化階段產(chǎn)生的氣態(tài)和固態(tài)產(chǎn)物同時(shí)被輸送到后續(xù)的裂解氣化爐的反應(yīng)盤管，并沒有對(duì)固態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行研磨，將影響氣化反應(yīng)的速率和程度；其次，由于氣化反應(yīng)是在盤管中進(jìn)行，需要使用較多的輸送氣體保證反應(yīng)物在盤管內(nèi)的移動(dòng)速度，因此輸送氣體會(huì)帶走大量的熱量，降低系統(tǒng)的氣化效率，也使后續(xù)的余熱利用系統(tǒng)較為龐大，同時(shí)在盤管中進(jìn)行反應(yīng)的方式也無法做到溫度均勻化和易于工程放大的目標(biāo)；再次，從合理用能的角度來看，燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的潔凈合成氣作為氣化和炭化所需熱量的方式不夠經(jīng)濟(jì)，另外，燃燒產(chǎn)物(主要為COjnH20)直接排放到環(huán)境中，沒有充分利用其中的C02和水分，造成系統(tǒng)的氣化效率較低；最后，合成氣中攜帶的飛灰和未反應(yīng)完的殘?zhí)冀?jīng)兩次旋風(fēng)分離后沒有進(jìn)一步利用，直接排出系統(tǒng)，造成系統(tǒng)的碳轉(zhuǎn)化率較低。申請(qǐng)?zhí)枮?00610124638.1的中國(guó)專利發(fā)明了一種利用生物質(zhì)制造合成氣的復(fù)合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，該方法也采用了炭化和高溫氣化相結(jié)合的方法。該方法存在以下幾個(gè)問題首先，采用炭化爐自熱或循環(huán)合成氣間接加熱的方式，在工業(yè)化實(shí)現(xiàn)過程中，存在較大的安全性隱患，同時(shí)炭化爐熱解升溫速率很慢、系統(tǒng)有效合成氣的原料消耗量較高、整體氣化效率較低；其次，采用兩級(jí)引射的合成氣送粉系統(tǒng)較為復(fù)雜，送粉用的合成氣對(duì)高溫氣化系統(tǒng)來說也是一種惰性氣體，由于惰性氣體進(jìn)入到高溫氣化系統(tǒng)必然消耗更多的氧氣和有效合成氣，與無惰性氣體進(jìn)入高溫氣化系統(tǒng)的輸送方式相比，冷氣化效率將降低510%左右；最后，炭化爐產(chǎn)生的高壓木炭沒有經(jīng)過降壓，經(jīng)冷卻后直接送入高壓制粉機(jī)制粉，這種高壓制粉過程在工業(yè)化時(shí)很難實(shí)現(xiàn)。從上可見，在現(xiàn)有的生物質(zhì)或含碳固體燃料氣化技術(shù)中，都無法做到高效、低成本的生物質(zhì)氣化目的。同時(shí)，即便采用了熱解和氣化相分離的過程，能夠適應(yīng)生物質(zhì)原料性質(zhì)的變化、降低合成氣中焦油含量，但反應(yīng)器溫度的均勻化、反應(yīng)器放大、降低余熱利用規(guī)模、降低外部資源消耗、提高氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率等問題制約著生物質(zhì)氣化大型工業(yè)化的應(yīng)用。特別是針對(duì)氣流床的生物質(zhì)氣化目前還沒有一種有效的工藝方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是給出一種高效、低成本的利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化工藝方法及系統(tǒng)。本發(fā)明技術(shù)方案本發(fā)明的利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化工藝方法包括原料給料、炭化、木炭制粉、將炭粉輸送到氣化爐氣化，炭化是利用外供的可燃?xì)怏w和氧氣在炭化爐內(nèi)發(fā)生直接燃燒反應(yīng)，反應(yīng)放出的熱量直接用于提供生物質(zhì)熱解所需的熱量，炭化爐的產(chǎn)物為熱解氣和木炭。所述的制造合成氣的高溫氣化工藝方法，通過調(diào)整氧氣量，控制炭化爐溫度在40060(TC，按照外供的可燃?xì)怏w與氧氣完全燃燒時(shí)可燃?xì)怏w摩爾量為l計(jì)算，可燃?xì)怏w加入摩爾量大于1小于5，在此范圍內(nèi)調(diào)整進(jìn)入炭化爐的外供可燃?xì)怏w量，控制炭化爐燒嘴火焰溫度在1S0(TC1200。C之間。所述的制造合成氣的高溫氣化工藝方法，炭化爐的最佳溫度在450550°C，按照外供可燃?xì)怏w與氧氣完全燃燒時(shí)可燃?xì)怏w摩爾量為1計(jì)算，外供可燃?xì)怏w加入最佳摩爾量為1.53，在此范圍內(nèi)調(diào)整進(jìn)入炭化爐的外供可燃?xì)怏w量。所述的將木炭制粉的過程是通過木炭降壓給料裝置將木炭降到常壓，然后送往制粉機(jī)制成炭粉，再用常壓輸送氣體將炭粉送到炭粉增壓給料系統(tǒng)。所述的制造合成氣的高溫氣化工藝方法，采用炭化爐產(chǎn)生的熱解氣作為輸送氣體將炭粉輸送到氣化爐；通過控制輸送用的熱解氣量，將炭粉輸送管路的固氣比控制在0.030.45m3/m3。所述的制造合成氣的高溫氣化工藝方法，在制粉后的輸送過程中，增設(shè)流化工藝，流化氣體為外供的可燃?xì)怏w。所述的制造合成氣的高溫氣化工藝方法，其特征在于炭化爐頂部有熱解氣出口并與氣化爐連接，熱解氣出口裝有過濾器，在正常運(yùn)行時(shí)采用外供的可燃?xì)怏w作為過濾器的反吹氣體。用于所述工藝方法的利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化系統(tǒng)包括生物質(zhì)原料的增壓給料系統(tǒng)、炭化爐、制粉系統(tǒng)、炭粉輸送系統(tǒng)、氣化爐及其連接管路和氣力輸送系統(tǒng)，炭化爐燒嘴與外供的可燃?xì)怏w的管路和氧氣管路連接。所述的利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化系統(tǒng)，在炭化爐木炭出口至氣化爐的管路上依次設(shè)有木炭冷卻器、木炭降壓給料系統(tǒng)、制粉機(jī)、炭粉增壓給料系統(tǒng)。所述的利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化系統(tǒng)，炭化爐頂部有熱解氣出口并與氣化爐連接，熱解氣出口裝有過濾器，過濾器的反吹氣體接口與外供的可燃?xì)怏w管路連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)第一，本發(fā)明采用了外供可燃?xì)怏w與氧氣直接燃燒的炭化爐加熱技術(shù)。外供可燃?xì)怏w可以是系統(tǒng)外部提供的天然氣或者是其他系統(tǒng)產(chǎn)生的含有碳?xì)浠衔锏膹U氣。本發(fā)明采用的炭化爐加熱技術(shù)主要有以下三個(gè)特點(diǎn)其一，可燃?xì)怏w由系統(tǒng)外部提供；其二，炭化所需熱量由外供可燃?xì)怏w與氧氣直接燃燒提供，利用的是可燃?xì)怏w的化學(xué)能；其三，由于采用直接燃燒，使炭化爐加熱效率高，因而可以釆用快速熱解的方式進(jìn)行炭化。與申請(qǐng)?zhí)枮?00610124638.1的中國(guó)專利發(fā)明的利用生物質(zhì)制造合成氣的復(fù)合循環(huán)式高溫氣化工藝方法(以下簡(jiǎn)稱復(fù)合循環(huán)式氣化方法)的最大區(qū)別有三個(gè)其一，復(fù)合循環(huán)式氣化方法用于給炭化爐提供熱量的可燃?xì)怏w(即合成氣)由系統(tǒng)自身產(chǎn)生；其二，復(fù)合循環(huán)式氣化方法利用的是可燃?xì)怏w的顯熱，通過間接換熱方式提供給生物質(zhì)炭化所需熱量；其三，這種間接加熱方式的換熱效率較低、實(shí)現(xiàn)工藝復(fù)雜導(dǎo)致原料升溫速率慢，其炭化過程為慢速熱解。因此本發(fā)明中的炭化爐加熱技術(shù)與復(fù)合循環(huán)式氣化方法的炭化爐加熱方式有著本質(zhì)的不同，利用本技術(shù)解決了復(fù)合循環(huán)式氣化方法熱解速率慢、炭化爐加熱性能較低等問題。同時(shí)，與傳統(tǒng)燃?xì)庠O(shè)備利用可燃?xì)怏w的方式和目的也有著本質(zhì)的不同?？傊?，本發(fā)明打破了行業(yè)習(xí)慣勢(shì)力，大膽地采用外供可燃?xì)怏w、直接燃燒、快速熱解的炭化方式，同時(shí)，解決了采用該方式所帶來的一系列技術(shù)問題，沖破了制約利用生物質(zhì)制造合成氣的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了大幅度地提高氣化系統(tǒng)的氣化效率、降低有效合成氣耗氧量、提高整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化率等。.本發(fā)明利用外供可燃?xì)怏w，通過調(diào)整進(jìn)入炭化爐的外供可燃?xì)怏w與氧氣的比例實(shí)現(xiàn)控制炭化爐溫度、炭化爐燒嘴火焰溫度、升溫速率等。此技術(shù)達(dá)到的目的主要有三個(gè)其一，利用可燃?xì)怏w與氧氣燃燒放出的熱量提供給生物質(zhì)進(jìn)行炭化(或熱解)；其二，當(dāng)可燃?xì)怏w過量時(shí)，過量的那部分可燃?xì)怏w對(duì)燃燒反應(yīng)來說相當(dāng)于惰性氣體，因此，可以利用過量的這部分可燃?xì)怏w的顯熱變化來吸收燃燒放出的部分熱量，由此來降低炭化爐燒嘴的火焰溫度，如果采用其他不含有碳?xì)浠衔锏亩栊詺怏w來降低炭化爐燒嘴火焰溫度，會(huì)導(dǎo)致大量惰性氣體進(jìn)入氣化系統(tǒng)，降低系統(tǒng)效率以及合成氣品質(zhì)；其三，從可燃?xì)怏w化學(xué)能的利用方式來看，由于可燃?xì)怏w過量，因此在炭化爐內(nèi)僅利用了可燃?xì)怏w化學(xué)能的一部分，另外一部分可燃?xì)怏w的化學(xué)能在氣化爐中繼續(xù)加以利用。因此，通過引入外供可燃?xì)怏w，可以有效提高氣化系統(tǒng)的氣化效率、降低有效合成氣耗氧量、提高整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化率。通過與復(fù)合循環(huán)式氣化方法的對(duì)比，采用本發(fā)明的技術(shù)，氣化效率增加1%以上，有效合成氣耗氧量(每生產(chǎn)1摩爾的CO和H2消耗的氧氣摩爾量)降低到0.3mol/mol以下。第二、本發(fā)明采用了熱解氣輸送炭粉的技術(shù)，避免傳統(tǒng)干粉煤氣化時(shí)，采用惰性氣體(二氧化碳或氮?dú)?輸送煤粉，將使大量惰性氣體進(jìn)入氣化爐，導(dǎo)致氣化爐必須消耗更多的氧氣和有效合成氣來保持氣化溫度，使得氣化效率降低、有效合成氣耗氧量增加，與Shell煤氣化相比，有效合成氣耗氧量降低1020%，與復(fù)合循環(huán)式氣化方法相比，冷氣化效率可以提高510%第三，本發(fā)明采用了可燃?xì)怏w流化炭粉的技術(shù)。一方面避免炭粉在流動(dòng)過程中搭橋、阻塞；其次，避免炭粉在下料過程中，惰性的充壓氣體進(jìn)入到高溫氣化系統(tǒng)，降低合成氣品質(zhì)及氣化效率，還可以防止輸送炭粉的熱解氣反串到炭粉增壓給料系統(tǒng)引起熱解氣冷凝；此外，通過引入高品質(zhì)的燃?xì)?，避免傳統(tǒng)干粉煤氣化時(shí)，采用惰性氣體流化煤粉時(shí)導(dǎo)致惰性氣體進(jìn)入氣化爐，可以有效提升合成氣品質(zhì)及氣化效率；第四，本發(fā)明采用了可燃?xì)怏w作為正常運(yùn)行時(shí)設(shè)備的吹掃氣體。傳統(tǒng)煤氣化系統(tǒng)通常采用惰性氣體作為正常運(yùn)行時(shí)設(shè)備的吹掃、反吹氣體，如果吹掃頻率過高，會(huì)導(dǎo)致較多的惰性氣體被帶入氣化爐，降低合成氣的品質(zhì)，如果采用外供的可燃?xì)怏w作為吹掃氣體，不僅避免了以上問題，還可有助于提升合成氣的品質(zhì)。第五，本發(fā)明采用了木炭降壓給料、常壓制粉的技術(shù)。與申請(qǐng)?zhí)枮?00610124638.1的中國(guó)專利發(fā)明的利用生物質(zhì)制造合成氣的復(fù)合循環(huán)式高溫氣化工藝方法采用的高壓制粉技術(shù)相比，高壓制粉技術(shù)在理論上是可行的，但在工程實(shí)現(xiàn)上存在很多技術(shù)難點(diǎn)，如高壓密封問題、震動(dòng)引起的高壓設(shè)備安全問題等，因此很難實(shí)現(xiàn)，本技術(shù)在工程上更容易實(shí)現(xiàn)，并且安全可靠。圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)及工藝示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的最佳實(shí)施方式、工藝過程和系統(tǒng)布如圖1，利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化系統(tǒng)包括1是生物質(zhì)原料、2是生物質(zhì)原料的增壓給料系統(tǒng)、3是炭化爐、4是去炭化爐燒嘴的可燃?xì)怏w管路、5是去炭化爐燒嘴的氧氣管路、6是炭化爐燒嘴、7是過濾器、8是過濾器反吹氣體管路、9是過濾器出口熱解氣管路、10是熱解氣緩沖罐、11是輸送炭粉的熱解氣管路、12是去氣化爐燒嘴的熱解氣管路、13是調(diào)節(jié)閥、14是熱解氣加熱器、15是加熱后的熱解氣管路、16是炭粉引射器、17是炭粉和熱解氣混合氣體管路、18是炭化爐木炭出口管路、19是木炭冷卻器、20是冷卻后的木炭管路、21是木炭降壓給料系統(tǒng)、22是常壓木炭管路、23是制粉機(jī)、24是炭粉管路、25是常壓輸送氣體管路、26是常壓氣力輸送系統(tǒng)、27是常壓輸送氣體和炭粉混合物管路、28是炭粉增壓給料系統(tǒng)、29是高壓炭粉管路、30是炭粉流化裝置、31是流化氣體管路、32是流化后的炭粉管路、33是去氣化爐燒嘴的氧氣管路、34是氣化爐燒嘴、35是氣化爐、36是合成氣管路、37是灰渣管路、38是除鹽除氧水管路、39是飽和水蒸氣管路、40是原料增壓系統(tǒng)的充壓氣體管路、41是原料增壓系統(tǒng)的卸壓氣體管路、42是木炭降壓給料系統(tǒng)的充壓氣體管路、43是木炭降壓給料系統(tǒng)的卸壓氣體管路、44是炭粉增壓給料系統(tǒng)的充壓氣體管路、45是炭粉增壓給料系統(tǒng)的卸壓氣體管路、46是炭化爐出口熱解氣管路、47是氣化爐水冷壁。炭化爐燒嘴6與可燃?xì)怏w的管路4和氧氣管路5連接。在炭化爐木炭出口至氣化爐的管路上依次設(shè)有木炭冷卻器19、木炭降壓給料系統(tǒng)21、制粉機(jī)23、炭粉增壓給料系統(tǒng)28。炭粉輸送采用炭粉引射器16，炭粉引射器16與輸送用的熱解氣管路和炭粉管路連接。炭化爐頂部有熱解氣出口并與氣化爐連接，熱解氣出口裝有過濾器7，過濾器7的反吹氣體接口與可燃?xì)怏w管路8連接。干燥脫水后的生物質(zhì)原料1進(jìn)入原料增壓給料系統(tǒng)2中，通過氣力增壓技術(shù)將生物質(zhì)原料輸送到炭化爐3;通過管路4和管路5向炭化爐3內(nèi)通入外供的可燃?xì)怏w和氧氣，發(fā)生燃燒反應(yīng)，反應(yīng)放出的熱量作為生物質(zhì)原料熱解所需的熱量，通過控制氧氣的量，將炭化爐3溫度控制在400600°C，按照外供可燃?xì)怏w與氧氣完全燃燒時(shí)可燃?xì)怏w摩爾量的15倍調(diào)整進(jìn)入炭化爐的可燃?xì)怏w量，控制炭化爐燒嘴火焰溫度低于1800°C。炭化爐3的產(chǎn)物為含有CO、H2、C02、H20、CH4和焦油等組分的熱解氣和木炭。粗熱解氣經(jīng)管路46至濾器7分離后，粗熱解氣中的含碳固體顆粒通過管路46返回到炭化爐3，純凈的熱解氣通過管路9輸送到熱解氣緩沖罐10。從熱解氣緩沖罐10出來的一部分純凈熱解氣經(jīng)過管路11和調(diào)節(jié)閥13進(jìn)入到熱解氣加熱器14，將熱解氣的溫度提升到550650°C，作為炭粉輸送氣體，通過管路15送入炭粉引射器16，通過調(diào)整閥門13的開度，將炭粉輸送管路17的固氣比控制在0.030.45m3/m3;熱解氣緩沖罐10出來的另外一部分純凈熱解氣經(jīng)過管路12與管路33的氧氣一起被送入氣化爐燒嘴34，炭粉和輸送熱解氣的混合氣體經(jīng)管路17也被送入氣化爐燒嘴34，在氣化爐35內(nèi)發(fā)生高溫氣化反應(yīng)，通過調(diào)整氧氣的量以及內(nèi)部通有除鹽除氧水的水冷壁47的換熱量，將氣化爐出口36溫度控制在12001600°C。氣化產(chǎn)物主要為CO和H2，少量的C02、H20以及微量的CH4。其中，除鹽除氧水經(jīng)水冷壁47吸熱后產(chǎn)生次高壓飽和水蒸氣由管路39進(jìn)入到后續(xù)系統(tǒng)，氣化產(chǎn)生的灰渣由管路37排出。炭化爐3產(chǎn)生的木炭，先經(jīng)木炭冷卻器19將其溫度降到木炭降壓給料系統(tǒng)21所要求的工作溫度后，再由木炭降壓給料系統(tǒng)21將其降壓后送到制粉機(jī)23磨成炭粉，通過管路24輸送到常壓氣力輸送系統(tǒng)26，然后，利用管路25的常壓輸送氣體(二氧化碳或氮?dú)?將炭粉輸送到炭粉增壓給料系統(tǒng)28，通過氣力增壓技術(shù)，在炭粉增壓給料系統(tǒng)28中將炭粉壓力提高到氣化爐35的工作壓力，高壓炭粉經(jīng)管路29進(jìn)入到流化裝置30，使用外供可燃?xì)怏w31對(duì)下料管路29中的炭粉進(jìn)行流化，再經(jīng)過管路32后進(jìn)入炭粉引射器16，送到氣化爐35。實(shí)施例一生物質(zhì)原料以木材為例，干燥后木材的元素分析和特性數(shù)據(jù)如表1所示表1干燥后木材的元素分析和特性數(shù)據(jù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>外供可燃?xì)怏w以天然氣為例，天然氣的成分分析和特性數(shù)據(jù)如表2所示表2天然氣成分分析和特性數(shù)據(jù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>主要工藝操作條件設(shè)定如下1)生物質(zhì)原料1通過原料增壓給料系統(tǒng)2輸送到炭化爐3的生物質(zhì)量控制在4.07kg/s。2)炭化爐3的壓力控制在3.1MPa，溫度控制在500°C;3)按照可燃?xì)怏w與氧氣完全燃燒時(shí)可燃?xì)怏w摩爾量的2倍調(diào)整進(jìn)入炭化爐的外供可燃?xì)怏w量；4)炭化爐3中原料的熱解升溫速率控制在50°C/s;5)木炭冷卻器19將高溫木炭冷卻到80°C;6)熱解氣加熱器14將熱解氣加熱到600°C;7)炭粉輸送管路17的固氣比控制在0.03m3/m3;8)氣化爐35的壓力控制在3.0MPa，溫度控制在1300°C。根據(jù)以上設(shè)定條件，結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明在實(shí)施過程中，系統(tǒng)主要物流數(shù)據(jù)和性能參數(shù)1)引入炭化爐3的4CTC可燃?xì)怏w的質(zhì)量流率為0.28kg/s;2)引入炭化爐3的16(TC氧氣的質(zhì)量流率為0.63kg/s;3)炭化爐燒嘴6的火焰溫度為1800°C;4)炭化爐3產(chǎn)生的熱解氣總量為3.69kg/s;5)炭化爐3產(chǎn)生的木炭總量為1.19kg/s;6)經(jīng)管路31送入用于流化炭粉的可燃?xì)怏w的溫度為300°C、質(zhì)量流率為0.03kg/s;7)管路11中用于輸送炭粉的熱解氣的質(zhì)量流率為0.89kg/s;8)管路17中炭粉和用于輸送熱解氣的混合體的質(zhì)量流率為2.1kg/s;9)管路12中直接進(jìn)入氣化爐35的熱解氣的質(zhì)量流率為2.8kg/s;10)管路33中引入氣化爐35的氧氣溫度為160°C，質(zhì)量流率為1.5kg/s;11)管路36lr出的合成氣總量為6.5kg/s，CO和H2干基含量為87.2%;12)系統(tǒng)的碳轉(zhuǎn)化率為99.9%，有效合成氣耗氧量為0.3mol/mol。實(shí)施例二仍以實(shí)施例一中使用的木材作為生物質(zhì)原料(見表1)，使用天然氣作為可燃?xì)怏w(見表2)，炭化爐3的溫度控制在60(TC、炭化爐3中原料的熱解升溫速率控制在10(TC/s，其他主要工藝操作條件與實(shí)施例一相同。根據(jù)以上設(shè)定條件，結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明在實(shí)施過程中，系統(tǒng)主要物流數(shù)據(jù)和性能參數(shù)1)引入炭化爐3的4(TC可燃?xì)怏w的質(zhì)量流率為0.33kg/s;2)引入炭化爐3的16(TC氧氣的質(zhì)量流率為0.63kg/s;3)炭化爐燒嘴6的火焰溫度為1700°C;4)炭化爐3產(chǎn)生的熱解氣總量為3.84kg/s;5)炭化爐3產(chǎn)生的木炭總量為1.19kg/s;6)經(jīng)管路31送入用于流化炭粉的可燃?xì)怏w的溫度為300°C、質(zhì)量流率為0.03kg/s;7)管路11中用于輸送炭粉的熱解氣的質(zhì)量流率為0.89kg/s;8)管路17中炭粉和用于輸送熱解氣的混合體的質(zhì)量流率為2.1kg/s;9)管路12中直接進(jìn)入氣化爐35的熱解氣的質(zhì)量流率為2.96kg/s;10)管路33中引入氣化爐35的氧氣溫度為160°C，質(zhì)量流率為1.5kg/s;11)管路36輸出的合成氣總量為6.6kg/s，CO和H2干基含量為87.5%;12)系統(tǒng)的碳轉(zhuǎn)化率為99.9%,有效合成氣耗氧量為0.308mol/mol。實(shí)施例三仍以實(shí)施例一中使用的木材作為生物質(zhì)原料(見表1)，使用天然氣作為可燃?xì)怏w(見表2)，按照可燃?xì)怏w與氧氣完全燃燒時(shí)可燃?xì)怏w摩爾量的5倍調(diào)整進(jìn)入炭化爐的外供可燃?xì)怏w量，其他主要工藝操作條件與實(shí)施例一相同。根據(jù)以上設(shè)定條件，結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明在實(shí)施過程中，系統(tǒng)主要物流數(shù)據(jù)和性能參數(shù)1)引入炭化爐3的4(TC可燃?xì)怏w的質(zhì)量流率為0.78kg/s;2)引入炭化爐3的16(TC氧氣的質(zhì)量流率為0.604kg/s;3)炭化爐燒嘴6的火焰溫度為1200°C;4)炭化爐3產(chǎn)生的熱解氣總量為4.3kg/s;5)炭化爐3產(chǎn)生的木炭總量為1.19kg/s;6)經(jīng)管路31送入用于流化炭粉的可燃?xì)怏w的溫度為300°C、質(zhì)量流率為0.02kg/s;7)管路11中用于輸送炭粉的熱解氣的質(zhì)量流率為0.89kg/s;8)管路17中炭粉和用于輸送熱解氣的混合體的質(zhì)量流率為2.1kg/s;9)管路12中直接進(jìn)入氣化爐35的熱解氣的質(zhì)量流率為3.4kg/s;10)管路33中引入氣化爐35的氧氣溫度為160°C，質(zhì)量流率為2.05kg/s;11)管路36輸出的合成氣總量為7.6kg/s，CO和H2干基含量為90.4%;12)系統(tǒng)的碳轉(zhuǎn)化率為99.9%，有效合成氣耗氧量為0.295mol/mol。實(shí)施例四仍以實(shí)施例一中使用的木材作為生物質(zhì)原料(見表1)，使用天然氣作為可燃?xì)怏w(見表2)，炭化爐3的溫度控制在40(TC、木炭冷卻器19將高溫木炭冷卻到2(XTC，其他主要工藝操作條件與實(shí)施例一相同。根據(jù)以上設(shè)定條件，結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明在實(shí)施過程中，系統(tǒng)主要物流數(shù)據(jù)和性能參數(shù)1)引入炭化爐3的40。C可燃?xì)怏w的質(zhì)量流率為0.23kg/s;2)引入炭化爐3的16(TC氧氣的質(zhì)量流率為0.44kg/s;3)炭化爐燒嘴6的火焰溫度為180(TC;4)炭化爐3產(chǎn)生的熱解氣總量為3.55kg/s;5)炭化爐3產(chǎn)生的木炭總量為U9kg/s;6)經(jīng)管路31送入用于流化炭粉的可燃?xì)怏w的溫度為300°C、質(zhì)量流率為0.03kg/s;7)管路11中用于輸送炭粉的熱解氣的質(zhì)量流率為0.833kg/s;8)管路17中炭粉和用于輸送熱解氣的混合體的質(zhì)量流率為2.04kg/s;9)管路12中直接進(jìn)入氣化爐35的熱解氣的質(zhì)量流率為2.72kg/s;10)管路33中引入氣化爐35的氧氣溫度為160°C，質(zhì)量流率為1.5kg/s;11)管路36輸出的合成氣總量為6.3kg/s，CO和H2干基含量為87.1%;12)系統(tǒng)的碳轉(zhuǎn)化率為99.9%，有效合成氣耗氧量為0.3mol/mol。實(shí)施例五仍以實(shí)施例一中使用的木材作為生物質(zhì)原料(見表1)，使用天然氣作為可燃?xì)怏w(見表2)，熱解氣加熱器14將熱解氣加熱到650°C、炭粉輸送管路17的固氣比控制在0.45m3/m3，其他主要工藝操作條件與實(shí)施例一相同。根據(jù)以上設(shè)定條件，結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明在實(shí)施過程中，系統(tǒng)主要物流數(shù)據(jù)和性能參數(shù)1)管路11中用于輸送炭粉的熱解氣的質(zhì)量流率為0.63kg/s;2)管路17中炭粉和用于輸送熱解氣的混合體的質(zhì)量流率為1.8kg/s;3)管路12中直接進(jìn)入氣化爐35的熱解氣的質(zhì)量流率為3.1kg/s;4)管路33中引入氣化爐35的氧氣溫度為160°C，質(zhì)量流率為1.5kg/s;5)管路36輸出的合成氣總量為6.5kg/s，CO和H2干基含量為87.2%;6)系統(tǒng)的碳轉(zhuǎn)化率為99.9%，有效合成氣耗氧量為0.3mol/mol。結(jié)果分析1)炭化爐溫度的調(diào)整對(duì)結(jié)果的影響當(dāng)炭化溫度低于40(TC時(shí)，炭化爐產(chǎn)生的熱解氣中含有的焦油較多，采用熱解氣輸送炭粉時(shí)，可能導(dǎo)致熱解氣發(fā)生冷凝，影響炭粉輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)炭化溫度高于60(TC時(shí)，選擇普通的合金鋼材料可能無法承受這么高的溫度，如果選擇特殊的合金材料會(huì)增加炭化爐的投資成本。2)炭化爐外供可燃?xì)怏w引入量變化對(duì)結(jié)果的影響如果按照可燃?xì)怏w與氧氣完全燃燒時(shí)可燃?xì)怏w摩爾量的1倍調(diào)整進(jìn)入炭化爐的可燃?xì)怏w量，此時(shí)，可燃?xì)怏w與氧氣發(fā)生完全燃燒反應(yīng)，炭化爐燒嘴的火焰溫度將超過2000°C，如果長(zhǎng)時(shí)間在此溫度下運(yùn)行將導(dǎo)致炭化爐內(nèi)部機(jī)械部件損壞，引發(fā)安全性事故；隨著可燃?xì)怏w量的增大，炭化爐燒嘴火焰溫度逐步降低，當(dāng)可燃?xì)怏w量達(dá)到完全燃燒時(shí)可燃?xì)怏w量的5倍時(shí)，炭化爐燒嘴火焰溫度將降低到120(TC，如果進(jìn)一步增加炭化爐可燃?xì)怏w的提供量，雖可以進(jìn)一步降低炭化爐燒嘴火焰溫度，但是將導(dǎo)致炭化爐燒嘴出口氣流速度增加，使燃燒不穩(wěn)定；此外，將導(dǎo)致氣化爐出口CH4急劇增高，為了降低CH4含量只有提高氣化溫度，但是過高的氣化溫度又會(huì)導(dǎo)致氣化爐的投資成本增加。3)熱解氣輸送炭粉管路的固氣比變化對(duì)結(jié)果的影響當(dāng)固氣比低于0.03mVm3時(shí)，此時(shí)，輸送炭粉的熱解氣占總熱解氣比例較大，在氣化爐中與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)的熱解氣量減少，可能會(huì)影響氣化爐燒嘴的穩(wěn)定運(yùn)行；.當(dāng)固氣比高于0.45mVm3時(shí)，炭粉在熱解氣送粉的過程中可能發(fā)生沉降和栓塞，導(dǎo)致進(jìn)入氣化爐燒嘴的炭粉量出現(xiàn)波動(dòng)，影響氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行。4)木炭冷卻器出口溫度變化對(duì)結(jié)果的影響當(dāng)木炭冷卻器出口木炭溫度低于6(TC時(shí)，將導(dǎo)致木炭冷卻器換熱面積和體積增大，投資成本增加，此外，木炭冷卻的溫度越低，系統(tǒng)效率降低的就越多；當(dāng)木炭冷卻器出口木炭溫度高于20(TC時(shí)，可能導(dǎo)致木炭降壓給料系統(tǒng)中的某些設(shè)備無法正常工作。權(quán)利要求1.一種利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化工藝方法，包括原料給料、炭化、木炭制粉、將炭粉引射輸送到氣化爐氣化，其特征在于將炭粉引射輸送到氣化爐是采用炭化爐產(chǎn)生的熱解氣作為輸送氣體，通過控制輸送用的熱解氣量，來控制炭粉的輸送。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造合成氣的高溫氣化工藝方法，其特征在于:控制炭粉輸送管道的炭粉與熱解氣的固氣比在0.030.45m3/m3。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造合成氣的高溫氣化工藝方法，其特征在于炭化爐產(chǎn)生的熱解氣經(jīng)過過濾、溫度提升到55065(TC后，作為炭粉輸送氣體。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造合成氣的高溫氣化工藝方法，其特征在于木炭制粉的過程是冷卻裝置將炭化爐出口高溫木炭冷卻到6020(TC，通過木炭降壓給料裝置將木炭降到常壓，然后送往制粉機(jī)制成炭粉，再用輸送氣體將炭粉送到炭粉增壓給料系統(tǒng)；增壓后的炭粉再進(jìn)入將炭粉輸送到氣化爐。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造合成氣的高溫氣化工藝方法，其特征在于在炭粉輸送到氣化爐之前，增設(shè)流化工藝，使用外供可燃?xì)怏w對(duì)炭粉進(jìn)行流化。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造合成氣的高溫氣化工藝方法，其特征在于炭化是在炭化爐內(nèi)通入外供可燃?xì)怏w和氧氣，通過調(diào)整可燃?xì)怏w和氧氣的比例，控制炭化爐燒嘴火焰溫度，通過調(diào)整氧氣量，控制炭化爐溫度，炭化爐的產(chǎn)物為熱解氣和木炭。7.根據(jù)權(quán)利要求6^f述的制造合成氣的高溫氣化工藝方法，其特征在于.-通過調(diào)整氧氣量，控制炭化爐溫度在400600°C，按照外供可燃?xì)怏w與氧氣完全燃燒時(shí)可燃?xì)怏w摩爾量為1計(jì)算，外供可燃?xì)怏w加入摩爾量大于1小于5，調(diào)整進(jìn)入炭化爐的外供可燃?xì)怏w量，控制炭化爐燒嘴火焰溫度低于1800°C1200°C。8.—種用于權(quán)利要求17之一所述高溫氣化工藝方法的利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化系統(tǒng)，包括生物質(zhì)原料的增壓給料系統(tǒng)、炭化爐、制粉系統(tǒng)、炭粉引射器、氣化爐及其連接管路和氣力輸送系統(tǒng)，其特征在于炭粉引射器(16)與輸送用的熱解氣管路和炭粉輸送管路連接。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化系統(tǒng)，其特征在于炭化爐燒嘴(6)與外供可燃?xì)怏w的管路(4)和氧氣管路(5)連接。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化系統(tǒng)，其特征在于炭化爐頂部有熱解氣出口與氣化爐連接，熱解氣出口裝有過濾器(7)，過濾器(7)的反吹氣體接口與外供可燃?xì)怏w管路(8)連接。全文摘要本發(fā)明涉及利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化工藝方法及系統(tǒng)，包括原料給料、炭化、木炭制粉、將炭粉輸送到氣化爐氣化，炭化是利用外供的可燃?xì)怏w和氧氣在炭化爐內(nèi)發(fā)生直接燃燒反應(yīng)，反應(yīng)放出的熱量直接用于提供生物質(zhì)熱解所需的熱量，炭化爐的產(chǎn)物為熱解氣和木炭。通過調(diào)整氧氣量，控制炭化爐溫度在400～600℃，按照可燃?xì)怏w與氧氣完全燃燒時(shí)可燃?xì)怏w摩爾量為1計(jì)算，可燃?xì)怏w加入摩爾量大于1小于5，調(diào)整進(jìn)入炭化爐的外供可燃?xì)怏w量，控制炭化爐燒嘴火焰溫度在1800℃～1200℃之間。木炭制粉通過木炭降溫、降壓、制粉、增壓、流化，通過控制輸送用的熱解氣量，將炭粉輸送到氣化爐。文檔編號(hào)C10J3/50GK101418239SQ200810236638公開日2009年4月29日申請(qǐng)日期2008年12月1日優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日發(fā)明者欽孫,澤張,超張,張海清,宏李,楊占春,鋒趙,鵬邱申請(qǐng)人:武漢凱迪科技發(fā)展研究院有限公司