生物质双床气化装置和气化方法与流程

本公开属于生物质气化，尤其涉及一种生物质双床气化装置和气化方法。

背景技术：

1、气化技术是生物质清洁高效利用的核心技术之一，是发展基于生物质为原料制绿色天然气、绿色甲醇、绿色航煤等液体燃料的基础。生物质由于种类多样，水分、灰分、挥发分含量差异较大，需要气化装置具有较强的适应性。此外，生物质高挥发分使气化过程产生大量焦油，生物质灰分中较高的碱金属（钾、钠）含量导致气化炉内容易熔融，导致结渣和腐蚀，且粘温曲线斜率较大，较窄的温度下灰的粘度变化较大，导致气流床水冷壁不容易挂渣。

2、现有气化生物质技术存在焦油含量较高、容易堵塞管道、无法作为下游合成原料的问题。为了解决焦油的问题，当前采用的普遍解决方法是先气化生成焦油，然后通过高温部分氧化（pox）或水洗、电捕和吸附等方式进行脱除，但是存在处理成本高、能量浪费等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提供了一种生物质双床气化装置和气化方法，以期至少部分地解决上述技术问题。对此，本公开提供的技术方案。

2、作为本公开的第一个方面，提供了一种生物质双床气化装置，包括：生物质热解气化炉、气化反应器、气化炉。

3、生物质热解气化炉，设置有供生物质物料进入的生物质给料口、位于生物质给料口的下游且用于接收第一固体物料的第一固体物料入口、位于炉底的用于供第一气化剂进入的第一气化剂入口，以及用于排出第二固体物料的固体排放出口和位于炉顶的用于排出热解气化气的气体排放出口，其中，热解气化气和第二固体物料由第一固体物料对生物质物料预热、混合后，生物质物料与第一气化剂热解气化产生；

4、气化反应器，位于生物质热解气化炉的下游，设置有与热解气化气的气体排放出口相连的热解气化气风管、供第二气化剂进入的第二气化剂风管，以及排出热解气化气与第二气化剂或其气化产物的气化出口；

5、气化炉，位于气化反应器的下游，且通过位于气化炉顶部的喷口与气化反应器相连，以便气化反应生成的合成气和灰渣在气体推动下与湍动的第三固体物料相接触，并利用合成气和灰渣的显热为碳气化反应提供反应热，产生粗煤气、碳氢固体燃料和底渣，其中，第三固体物料包括床料和第二固体物料。

6、根据本公开的实施例，气化炉的炉膛包括湍动流化段，湍动流化段自下而上依次包括：密相区、过渡区和稀相区，过渡区设置有供第二固体物料返回的第一返料口，喷口位于稀相区的顶部，第三固体物料在密相区湍动；

7、在气化炉的炉膛底部还设置有用于排出底渣的排渣口、一次风入口，和供一次风进入气化炉炉膛的布风单元；其中，布风单元包括：风帽、布风板和风室。

8、根据本公开的实施例，气化炉还设置有：连接段、输运段；其中，连接段与过渡区相连，过渡区还设置有与连接段相连的连接口；输运段与连接段相连；连接口与第一返料口之间的夹角为90°-180°，第一返料口距布风板的高度为0.5m-3m，且连接口与第一返料口的高度差为0.5m-3m。

9、根据本公开的实施例，在连接段且远离连接口的一端设置有一段盲道；以及连接段与输运段的连接处为沿着气体方向扩展，在输运段沿着气体扩展方向上设置有供二次风进入的二次风风管；

10、其中，盲道的长度为连接段直径的0.2-1.25倍，二次风进入输运段在二次风风管轴向方向上与水平方向之间的夹角为±30°；二次风风管为多个，多个二次风风管位于同一水平面上，且围绕输运段呈切圆布置；二次风风管切圆直径d介于连接段直径的0.5倍至二次风风管喷口中心线所处截面直径的0.80倍。

11、根据本公开的实施例，还包括：第一气固分离器、第一返料器、第二返料器；

12、第一气固分离器，一端与输运段的出口相连；另一端与第一返料器的第一返料入口相连；

13、第一返料器，还设置有与生物质热解气化炉的第一固体物料入口相连的第一返料出口；

14、第二返料器，设置有与生物质热解气化炉的第二固体物料的固体排放出口相连的第二返料入口，和用于将第二固体物料返料至气化炉的第二返料出口。

15、根据本公开的实施例，气化反应器为气化烧嘴，包括：中心通道，和环绕中心通道的环隙通道，中心通道为热解气化气风管，环隙通道为第二气化剂风管，气化烧嘴的气化出口与喷口直接相连；或者

16、气化反应器为带气化烧嘴的非催化反应器，其中，气化烧嘴的气化出口与非催化反应器的入口相贯通，非催化反应器的出口与喷口相贯通。

17、根据本公开的实施例，在气化烧嘴和生物质热解气化炉之间还设置有：第二气固分离器；其中，第二气固分离器设置有第二气化产物入口、第二固体物料出口、第二气体物料出口；第二气化产物入口与用于排出热解气化气的气体排放出口相连，第二气体物料出口与气化烧嘴的中心通道相连通，第二固体物料出口与稀相区设置的第二返料口相连。

18、根据本公开的实施例，气化反应器为气固分离气化器，气固分离气化器包括：气固分离气化的筒体；其中，热解气化气风管与筒体相切，且第二气化剂风管位于筒体的中心轴线上。

19、根据本公开的实施例，第二返料器为u型返料器，包括：下降段、水平输送管和上升段；其中，生物质热解气化炉与u型返料器的下降段耦合，水平输送管上布设多组输送风，上升段与气化炉的第一返料口相连。

20、作为本公开的第二个方面，提供了一种生物质双床气化方法，包括：利用进入生物质热解气化炉内的第一固体物料对生物质物料进行预热、混合后，生物质物料与进入生物质热解气化炉内的第一气化剂进行热解气化反应，产生热解气化气和第二固体物料，第二固体物料返料至气化炉；

21、第二气化剂和热解气化气经气化反应器和气化炉顶部的喷口进入气化炉的湍动流化段进行气化反应，或者在气化反应器内进行气化反应后再经气化炉顶部的喷口进入气化炉的湍动流化段，以通过气化反应将热解气化气中焦油裂解，产生合成气和灰渣；

22、气化反应生成的合成气和灰渣在气体推动下与湍动的第三固体物料相接触，并利用合成气和灰渣的显热为碳气化反应提供热量，产生粗煤气、碳氢固体燃料和底渣，其中第三固体物料包括床料和第二固体物料。

23、根据本公开的实施例，气化反应器为气化烧嘴，其中，第二气化剂和热解气化气进行气化反应，包括：热解气化气和第二气化剂经气化烧嘴、气化炉顶部的喷口喷入气化炉的稀相区混合并进行气化反应。

24、根据本公开的实施例，气化反应器为带有气化烧嘴的非催化反应器，其中，在带有气化烧嘴的非催化反应器内进行气化反应，包括：

25、热解气化气和第二气化剂通过气化烧嘴进入非催化反应器内进行气化反应。

26、根据本公开的实施例，气化烧嘴包括中心通道，和环绕中心通道的环隙通道，中心通道内通入热解气化气，环隙通道内通入第二气化剂；第二气化剂中的氧量占生物质双床气化方法中总气化剂氧量的40%-80%，第二气化剂中氧浓度为21%-100%，第一气化剂中氧浓度为小于或等于21%。

27、根据本公开的实施例，热解气化气在进入气化烧嘴的中心通道之前，还包括：将热解气化气通入第二气固分离器内进行气固分离，分离后的热解气化气再通入气化烧嘴的中心通道。

28、根据本公开的实施例，气化反应器为气固分离气化器，其中，在气固分离气化器内进行气化反应，包括：热解气化气切向进入气固分离气化器，在气固分离气化器的离心作用下进行气固分离；分离后的热解气化气处于气固分离气化器的中心区域，与经气固分离气化器的中心通入的第二气化剂进行气化反应。

29、根据本公开的实施例，利用合成气和灰渣的显热为碳气化反应提供反应热，产生粗煤气、碳氢固体燃料和底渣，包括：合成气和灰渣与气化炉密相区的第三固体物料进行接触并充分混合，在一次风存在下利用合成气和灰渣的显热为碳气化反应提供反应热，得到粗煤气、碳氢固体燃料和底渣；

30、其中，一次风中氧浓度为15%-45%；第二固体物料包括：热解的炭、半焦、床料；第一固体物料包括：半焦、床料。

31、根据本公开的实施例，沿气体流动方向，粗煤气、碳氢固体燃料经气化炉过渡区设置的连接口进入连接段，利用连接段设置的一段盲道以强化粗煤气和碳氢固体燃料的混合；

32、混合后输送至输运段，向输运段以切圆方式通入二次风，以强化二次风与粗煤气和碳氢固体燃料的混合并进行气化反应，裂解粗煤气中的焦油，同时产生气化产物；以及

33、还任选地包括：在气化反应后，将气化产物输送到第一气固分离器进行气固分离，得到第一固体物料、纯合成气和飞灰；

34、其中，二次风以切圆方式通入输运段，二次风中氧浓度为21%-60%，二次风的流速为30m/s-100m/s；第一固体物料经第一返料器进入生物质热解气化炉。

35、根据本公开的实施例，第二固体物料经第二返料器返料至气化炉；或者生物质热解气化炉与第二返料器耦合，第二返料器为u型返料器，生物质热解气化炉内热解的第二固体物料通过u型返料器中的水平输送管输送至u型返料器的上升段，返回至气化炉内进行碳气化反应。

36、基于上述技术方案，本公开提供的一种生物质双床气化装置和气化方法至少存在以下有益效果之一：

37、（1）在本公开中，通过对生物质热解气化炉中生物质给料口、第一固体物料入口、第一气化剂入口的位置进行设计，使进入生物质热解气化炉内的生物质物料被第一固体物料预热，预热后的生物质物料与进入热解气化炉内的第一气化剂进行气化反应，产生热解气化气和第二固体物料，其中热解气化气中焦油含量较高，无法作为下游合成气的原料。因此，本公开提出将生物质热解气化炉与气化反应器相连，同时在气化反应器上设置供第二气化剂进入的第二气化剂风管，以便热解气化气与第二气化剂在气化反应器内进行气化反应，将热解气化气中焦油充分裂解，得到的合成气和夹带的灰渣再通过气化炉顶部的喷口通入气化炉内。或者，将生物质热解气化炉、气化反应器相连，且气化反应器通过气化炉顶部的喷口与气化炉相连，将热解气化气和第二气化剂输送到气化炉内也可实现气化反应，产生合成气和灰渣。进一步地，气化炉内的合成气和灰渣在气体的推动下与湍动的第三固体物料相接触，在剧烈的湍动流化作用下将灰渣快速分散，避免灰渣粘结出现结渣；同时合成气和灰渣的显热在剧烈的湍动下快速传质、传热和碳气化反应，产生粗煤气、碳氢固体燃料和底渣，显著降低了装置的氧耗和能耗。

38、（2）本公开通过生物质热解气化炉和气化炉的双流化床设计，实现了生物质物料热解碳化、碳气化的解耦。在生物质热解气化炉内，通过第一固体物料的载热和少量的富氧反应热即可满足生物质物料的热解和少量的气化，充分裂解热解气化气中焦油的同时，避免了生物质物料内较高碱金属含量熔融而结渣。在气化炉内，充分利用合成气和灰渣的显热为气化炉内湍动的第三固体物料进行碳气化反应提供反应热，冷却灰渣的同时避免灰渣粘结成大渣块，也有利于避免气化炉顶部内衬超温。采用本公开提供的装置实现了生物质物料气化无焦油、少结渣、较高转化率的特点。