一种生物质分级气化系统的制作方法

本实用新型涉及生物质气化技术领域，具体涉及一种生物质分级气化系统。

背景技术：

生物质气化技术是生物质能源资源化利用的主要方式之一，此技术的主要产品的生物质可燃气体，主要成分是H2、CO、CH4、CO2、C2H4以及C2H6等，可作为燃料使用，也可作为用于合成多种化工产品，应用广泛。但是，在生物质气化技术中，同时会产生生物质焦油，其在300℃开始冷凝成为液体，造成设备、管道腐蚀等问题，焦油含量脱除净化是生物质气化技术在应用推广过程中的一个重点和难点。

目前，焦油脱除的主要方法可划分为物理法和化学法。其中物理法分为干法和湿法，较多的是采用过滤和洗涤的方式，存在二次污染。化学法主要是通过焦油裂解将其转化成为小分子气体，可分为催化裂解和热裂解的方式。催化裂解的主要难点是廉价催化剂如白云石，用量大，催化效果差；贵金属催化剂如镍基催化剂，催化效果良好，易失活，价格昂贵。热裂解是利用高温条件完成焦油的裂解，能耗高。

针对生物质气化过程产生气体中焦油含量过高的问题，本领域技术研究人员已进行了相当多的研究，并在理论上获得相当大的进展，但是目前在工艺和设备上的实际应用创新并不多。

技术实现要素：

本实用新型目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种降低生物质燃气中焦油的含量、提高生物质燃气热值的生物质分级气化工艺，简化生物质燃气在应用过程中净化工艺，解决生物质燃气在应用中因焦油的存在引起的运行问题，扩大生物质可燃气体的应用范围，减少生物质可燃气体项目的设备投资，提高经济效益。

本实用新型还提供一种生物质分级气化系统。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种生物质分级气化工艺，包括以下步骤：

将生物质热解气化，生成含焦油的可燃气体和生物质炭；

通过氧载体对含焦油的可燃气体进行焦油重整，脱除部分焦油；

将已进行过焦油重整的可燃气体和生物质炭进行高温裂解反应，完成焦油脱除；

对已完成焦油脱除的可燃气体除尘，得到清洁的生物质可燃气体。

本实用新型的作用原理：本实用新型提供的生物质分级气化工艺中，在常规生物质气化过程干中添加了重整过程，根据可燃气体中焦油的不同性质，先对可燃气体进行焦油重整，在重整过程中，含焦油的可燃气体与氧载体中的晶格氧接触反应，完成气体焦油中的轻质焦油与氧载体的晶格氧的部分重整，生成CO、H2，达到部分脱除焦油的目的；再将已进行过焦油重整的可燃气体和生物质炭在高温下进行高温裂解反应，生成CO、H2等小分子气体，最终完成焦油的脱除，实现生物质可燃气体焦油的分步脱除，获得洁净的生物质可燃气体。

进一步地，所述生物质热解气化的温度在450～600℃之间。

作为本实用新型一种改进，所述已进行过焦油重整的可燃气体和生物质炭进行高温裂解反应的温度维持在1050℃以上。

作为本实用新型一种改进，将生物质热解气化产生的生物质炭与空气反应放出大量的热量，作为维持高温裂解反应的热源。

作为本实用新型一种改进，所述已完成焦油脱除的可燃气体的温度在800～950℃之间，已除尘的生物质可燃气体通过换热装置为生物质热解气化提供热源。

一种生物质分级气化系统，包括热解气化装置、重整反应装置、裂解反应装置及除尘装置；

热解气化装置用于将生物质热解气化并生成生物质可燃气体和生物质炭；

重整反应装置用于将热解气化产生的可燃气体与氧载体发生反应进行焦油重整；

裂解反应装置用于将在重整反应装置内进行焦油重整后的可燃气体与生物质热解气化产生的生物质炭进行高温裂解反应；

除尘装置用于将与生物质炭反应后的可燃气体进行除尘。

作为本实用新型的一种改进，包括生物质炭输送装置，生物质炭输送装置用于将热解气化装置产生的生物质炭输送至裂解反应装置内。

作为本实用新型一种改进，所述裂解反应装置设有空气入口，裂解反应装置空气入口与一第一鼓风机连接。

作为本实用新型一种改进，所述热解气化装置的热解反应腔外壁设有夹套，经除尘装置除尘的可燃气体输送至夹套为生物质热解气化提供热源。

作为本实用新型一种改进，所述重整反应装置设有反应腔、燃气入口、燃气出口、生物质炭层和空气出口，并在生物质炭层下方设有空气入口，重整反应装置空气入口与一第二鼓风机连接，重整反应装置的空气出口、燃气入口和燃气出口处分别设有阀门。

作为本实用新型一种改进，所述重整反应装置设有入炭口，生物质炭输送装置将热解气化装置产生的生物质炭通过重整反应装置入炭口输送至生物质炭层。

作为本实用新型一种改进，还设有备用重整反应装置备用重整反应装置与重整反应装置具有相同的结构，即是备用重整反应装置设有反应腔、燃气入口和燃气出口，备用重整反应装置内设有生物质炭层和空气出口，并在生物质炭层下方设有空气入口，热解气化装置设有排气口，热解气化装置的排气口通过切向阀A分别与重整反应装置和备用重整反应装置的燃气入口连接，第二鼓风机的出风口通过切向阀B分别与重整反应装置和备用重整反应装置的空气入口连接，高温燃气风机的入口通过切向阀C分别与重整反应装置和备用重整反应装置的燃气出口连接，重整反应装置和备用重整反应装置的空气出口分别与切向阀D连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型在常规生物质气化过程中添加了重整过程，根据可燃气体中焦油的不同性质，先对可燃气体进行焦油重整，再将已进行过焦油重整的可燃气体和生物质炭在高温下进行高温裂解反应，实现生物质可燃气体焦油的分步脱除，获得洁净的生物质可燃气体。

附图说明

图1为本实用新型生物质分级气化工艺的流程图；

图2为本实用新型生物质分级气化系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

实施例

本实用新型在常规生物质气化过程中添加了重整过程，根据可燃气体中焦油的不同性质，先对燃气进行焦油重整，再将已进行过焦油重整的可燃气体和生物质炭在高温下进行高温裂解反应，实现生物质可燃气体焦油的分步脱除，获得洁净的生物质可燃气体，下面利用具体实施方法对本实用新型具体过程和结构进行详细描述。

请参考图1，一种生物质分级气化工艺，包括以下步骤：

S1、将生物质热解气化，生成含焦油的可燃气体和生物质炭；而且，所述生物质热解气化的温度在450～600℃之间。

S2、通过氧载体对含焦油的可燃气体进行焦油重整，脱除部分焦油；含焦油的可燃气体与氧载体中的晶格氧接触反应，完成气体焦油中的轻质焦油与氧载体的晶格氧的部分重整，生成CO、H2，达到部分脱除焦油的目的。

S3、将已进行过焦油重整的可燃气体和生物质炭进行高温裂解反应，完成焦油脱除；而且，所述已进行过焦油重整的可燃气体和生物质炭进行高温裂解反应的温度维持在1050℃以上；可燃气体与生物质炭发生高温裂解反应，会生成CO、H2等小分子气体，最终完成焦油的脱除，此时燃气温度在800～950℃之间。

S4、对已完成焦油脱除的可燃气体除尘，得到清洁的生物质可燃气体。

本实用新型的作用原理：本实用新型提供的生物质分级气化工艺中，在常规生物质气化过程中添加了重整过程，根据可燃气体中焦油的不同性质，先对可燃气体进行焦油重整，在重整过程中，含焦油的可燃气体与氧载体中的晶格氧接触反应，完成气体焦油中的轻质焦油与氧载体的晶格氧的部分重整，生成CO、H2，达到部分脱除焦油的目的；再将已进行过焦油重整的可燃气体和生物质炭在高温下进行高温裂解反应，生成CO、H2等小分子气体，最终完成焦油的脱除，实现生物质可燃气体焦油的分步脱除，获得洁净的生物质可燃气体。

而且在本实施例中，在步骤S3中，将生物质热解气化产生的生物质炭与空气反应放出大量的热量，作为维持高温裂解反应的热源。这样不仅可以提高生物质炭的利用效率，同时降低生物质气化的能耗，提高生物质气化的经济效益。

在本实施例中，所述已完成焦油脱除的可燃气体的温度在800～950℃之间，已除尘的生物质可燃气体通过换热装置为生物质热解气化提供热源，最终获得温度500℃左右的洁净的可燃气体，提高能源的利用效率。

请参考图2，一种生物质分级气化系统，包括热解气化装置10、重整反应装置20、裂解反应装置40及除尘装置50；热解气化装置10用于将生物质热解气化并生成生物质可燃气体和生物质炭；重整反应装置20用于将热解气化产生的可燃气体与氧载体发生反应进行焦油重整；裂解反应装置40用于将在重整反应装置内进行焦油重整后的可燃气体与生物质热解气化产生的生物质炭进行高温裂解反应；除尘装置50用于将与生物质炭反应后的可燃气体进行除尘。

本实用新型提供的生物质分级气化系统中，在常规生物质气化过程中添加了重整反应装置，根据可燃气体中焦油的不同性质，先对可燃气体进行焦油重整，在重整过程中，含焦油的可燃气体与氧载体中的晶格氧接触反应，完成气体焦油中的轻质焦油与氧载体的晶格氧的部分重整，生成CO、H2，达到部分脱除焦油的目的；再将已进行过焦油重整的可燃气体和生物质炭在高温下进行高温裂解反应，生成CO、H2等小分子气体，最终完成焦油的脱除，实现生物质可燃气体焦油的分步脱除，获得洁净的生物质可燃气体。

以下，基于附图来说明本实用新型的生物质分级气化系统。如图2所示为本实用新型的一种生物质分级气化系统，其包括热解气化装置10、重整反应装置20、裂解反应装置40及除尘装置50，热解气化装置10设有入料口11、排气口12和出炭口13，重整反应装置20设有反应腔21、燃气入口22和燃气出口23，裂解反应装置40设有反应腔41、生物质炭层42、排渣口43、燃气入口44和燃气出口45，除尘装置50设有入气口51和出气口52，热解气化装置10的排气口12与重整反应装置20的燃气入口22连接，重整反应装置20的燃气出口23通过高温燃气风机30与裂解反应装置40的燃气入口44连接，裂解反应装置40的燃气出口45与除尘装置50的入气口51连接。

本实用新型生物质分级气化系统在进行生物质气化时，生物质先在热解气化装置发生热解气化反应，生成生物质可燃气体和生物质炭，可燃气体进入至重整反应装置内，重整反应装置内填充有氧载体，可燃气体与重整反应装置内的氧载体发生重整反应，含焦油的可燃气体与氧载体中的晶格氧接触反应，完成气体焦油中的轻质焦油与氧载体的晶格氧的部分重整，生成CO、H2，达到部分脱除焦油的目的；接着已进行过焦油重整的可燃气体进入裂解反应装置内，并与裂解反应装置内的生物质炭进行高温裂解反应，可燃气体与生物质炭发生高温裂解反应，会生成CO、H2等小分子气体，最终完成焦油的脱除，最后除尘装置对已完成焦油脱除的可燃气体除尘，得到清洁的生物质可燃气体。

在上述基础上，本实用新型生物质分级气化系统还包括生物质炭输送装置60，生物质炭输送装置60用于将热解气化装置10产生的生物质炭输送至裂解反应装置40内，具体地，裂解反应装置40设有入炭口46，生物质炭输送装置60将热解气化装置出炭口13处的生物质炭输送至裂解反应装置入炭口46并进入到裂解反应装置生物质炭层42，反应后的生物质炭的炭渣经排渣口43排出。

在本实施例中，所述裂解反应装置40设有空气入口47，裂解反应装置空气入口47与一第一鼓风机70连接。裂解反应装置中可燃气体与生物质炭发生高温裂解反应，需要大量的热量，而第一鼓风机通过裂解反应装置空气入口输入空气，空气与生物质炭反应生成CO2和CO，同时放出大量的热，作为裂解系统的热源，维持裂解反应装置内温度在1050℃以上，从而可以提高生物质炭的利用效率，同时降低生物质气化的能耗，提高生物质气化的经济效益。

在本实施例中，所述重整反应装置20设有反应腔21、燃气入口22、燃气出口23、生物质炭层24和空气出口25，并在生物质炭层24下方设有空气入口26，重整反应装置空气入口26与一第二鼓风机80连接，重整反应装置20的空气出口25、燃气入口22和燃气出口23处分别设有阀门。可燃气体与重整反应装置内的氧载体发生重整反应，具体地，含焦油的可燃气体与氧载体中的晶格氧接触反应，氧载体变成失去晶格氧的氧载体失去了活性，而第二鼓风机通过空气入口可以向重整反应装置输入空气，重整反应装置在可燃气体与氧载体完成80％反应时，即氧载体中的晶格氧消耗至80％以上后，先停止可燃气体进入重整反应装置内再通入空气，当通入空气时，重整反应装置空气出口处阀门打开，重整反应装置燃气出口处阀门关闭，空气与生物质炭层反应放出大量的热，失去晶格氧的氧载体可通过与空气反应重新获取晶格氧完成再生，再生的氧载体即可再与后续可燃气体反应。在重整反应装置中，可燃气体与空气交替进入重整反应装置，未发生混合，从而可减少了可燃气中惰性气体N2的引入，提高可燃气的热值。

而且，所述重整反应装置20设有入炭口27，生物质炭输送装置60将热解气化装置产生的生物质炭通过重整反应装置入炭口27输送至生物质炭层24；具体地，生物质炭输送装置60将热解气化装置出炭口13处的生物质炭输送至重整反应装置入炭口27并进入到重整反应装置生物质炭层24。

在本实施例中，本实用新型生物质分级气化系统还设有备用重整反应装置20A，备用重整反应装置20A与重整反应装置20具有相同的结构，即是备用重整反应装置20A设有反应腔21A、燃气入口22A和燃气出口23A，备用重整反应装置20A内设有生物质炭层24A和空气出口25A，并在生物质炭层24A下方设有空气入口26A，热解气化装置10的排气口12通过切向阀A分别与重整反应装置20和备用重整反应装置20A的燃气入口22、22A连接，第二鼓风机80的出风口通过切向阀B分别与重整反应装置20和备用重整反应装置20A的空气入口26、26A连接，高温燃气风机30的入口通过切向阀C分别与重整反应装置20和备用重整反应装置20A的燃气出口23、23A连接，重整反应装置20和备用重整反应装置20A的空气出口25、25A分别与切向阀D连接。通过切向阀A、B、C、D在实现在备用重整反应装置与重整反应装置之间相切换，设有备用重整反应装置可以为气化过程提供备用保障，同时通过备用重整反应装置与重整反应装置之间的切换，使备用重整反应装置与重整反应装置内失去晶格氧的氧载体可通过与空气反应轮流重新获取晶格氧完成再生，实现系统运行过程的连续性。

而且，所述备用重整反应装置20A设有入炭口27A，生物质炭输送装置60将热解气化装置产生的生物质炭通过备用重整反应装置入炭口27A输送至生物质炭层24A；具体地，生物质炭输送装置60将热解气化装置出炭口13处的生物质炭输送至备用重整反应装置入炭口27A并进入到备用重整反应装置生物质炭层24A。

在本实施例中，所述热解气化装置10的热解反应腔外壁设有夹套90，经除尘装置50除尘的可燃气体输送至夹套90为生物质热解气化提供热源；具体地，所述夹套90设有进气口91和出气口92，夹套90的进气口91与除尘装置50的出气口52连接。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。