專(zhuān)利名稱(chēng)：：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)。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(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，直接威脅著人類(lèi)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(guò)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(guò)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(lèi)更加寬廣，且具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。生物質(zhì)的氣化過(guò)程是一種熱化學(xué)過(guò)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)橛商肌?、氧等元素組成的碳水化合物的混合氣體的過(guò)程，該混合氣體通常被稱(chēng)為合成氣。氣化過(guò)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(lèi)別、氣化過(guò)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(lèi)型、氣化劑的種類(lèi)、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(lèi)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，
背景技術(shù)：
：且含有人量焦油；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(wú)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(wú)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(wèn)題。申請(qǐng)?zhí)枮?00510043836.0的中國(guó)專(zhuān)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(guò)將固體生物質(zhì)熱解和熱解產(chǎn)物的裂解氣化兩個(gè)過(guò)程分開(kāi)，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(wèn)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100(TC左右發(fā)生不完全燃燒反應(yīng)，將熱解產(chǎn)生的焦油通過(guò)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)一歩降低，還原區(qū)的平均溫度將低于700'C，使得有效合成氣(CO和H。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(guò)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500。C左右)，這是固定床固有的缺陷。美國(guó)專(zhuān)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(guò)程相分離的方法，通過(guò)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(wèn)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(pán)管，并沒(méi)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(pán)管中進(jìn)行，需要使用較多的輸送氣體保證反應(yīng)物在盤(pán)管內(nèi)的移動(dòng)速度，l大l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(pán)管中進(jìn)行反應(yīng)的方式也無(wú)法做到溫皮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(lái)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C02和H20)直接排放到環(huán)境中，沒(méi)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(méi)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(zhuān)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(wèn)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(guò)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(lái)說(shuō)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(wú)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(méi)有經(jīng)過(guò)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(guò)程在工業(yè)化時(shí)很難實(shí)現(xiàn)。從上可見(jiàn)，在現(xiàn)有的生物質(zhì)或含碳固體燃料氣化技術(shù)中，都無(wú)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(guò)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(wèn)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(méi)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(guò)調(diào)整氧氣量，控制炭化爐溫度在400600°C，按照外供的可燃?xì)怏w與氧氣完全燃燒時(shí)可燃H體摩爾量為1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1800。C1200。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(guò)程是通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)濾器，在正常運(yùn)行吋采用外供的可燃?xì)怏w作為過(guò)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(guò)濾器，過(guò)濾器的反吹氣體接口，外供的可燃?xì)怏w管路連接。第--，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；其二，由于采用直接燃燒，使炭化爐加熱效率高，因而可以采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(zhuān)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(chēng)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(guò)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(guò)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(wèn)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。總之，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(lái)的一系列技術(shù)問(wèn)題，沖破了制約利用生物質(zhì)制造合成氣的技術(shù)瓶頸，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(guò)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(guò)量時(shí)，過(guò)量的那部分可燃?xì)怏w對(duì)燃燒反應(yīng)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于惰性氣體，因此，可以利用過(guò)量的這部分可燃?xì)怏w的顯熱變化來(lái)吸收燃燒放出的部分熱量，由此來(lái)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(lái)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(lái)看，由于可燃?xì)怏w過(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)程中搭橋、阻塞；其次，避免炭粉在下料過(guò)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(guò)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)通常釆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(guò)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(wèn)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(zhuān)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(wèn)題、震動(dòng)引起的高壓設(shè)備安全問(wèn)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l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(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施方式、工藝過(guò)程和系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)。如圖l，利用生物質(zhì)制造合成氣的高溫氣化系統(tǒng)包括l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(guò)濾器、8是過(guò)濾器反吹氣體管路、9是過(guò)濾器出口熱解氣管路、IO是熱解氣緩沖罐、ll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足木炭降j:k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(guò)濾器7，過(guò)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(guò)氣力增壓技術(shù)將生物質(zhì)原料輸送到炭化爐3;通過(guò)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(guò)控制氧氣的量，將炭化爐3溫度控制在40060(TC，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(guò)管路46返回到炭化爐3，純凈的熱解氣通過(guò)管路9輸送到熱解氣緩沖罐10。從熱解氣緩沖罐10出來(lái)的一部分純凈熱解氣經(jīng)過(guò)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(guò)管路15送入炭粉引射器16，通過(guò)調(diào)整闊門(mén)13的開(kāi)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(lái)的另外一部分純凈熱解氣經(jīng)過(guò)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(guò)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12001600E。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Ik后送到制粉機(jī)23磨成炭粉，通過(guò)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(guò)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(guò)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>低位發(fā)熱14.7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1)2)3)4)5)6)7)8)組分?jǐn)?shù)值91.746CH4%C2H64.480%C3H82.257%co20.070%020.040%N21.406%H2S濃度(mg/Nm3)20.00低位發(fā)熱量9000.8(kcal/m3)主要工藝操作條件設(shè)定如下生物質(zhì)原料1通過(guò)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。炭化爐3的壓力控制在3.1MPa，溫度控制在500°C;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；炭化爐3中原料的熱解升溫速率控制在50°C/S;木炭冷卻器19將高溫木炭冷卻到80°C;熱解氣加熱器14將熱解氣加熱到600°C;炭粉輸送管路17的固氣比控制在0.03m3/m3;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(shuō)明本發(fā)明在實(shí)施過(guò)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0.28kg/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36輸出的合成氣總量為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(jiàn)表1)，使用天然氣作為可燃?xì)怏w(見(jiàn)表2)，炭化爐3的溫度控制在600°C、炭化爐3中原料的熱解升溫速率控制在100°C/S，其他主要工藝操作條件與實(shí)施例--相同。根據(jù)以上設(shè)定條件，結(jié)合附圖具體說(shuō)明本發(fā)明在實(shí)施過(guò)程中，系統(tǒng)主要物流數(shù)據(jù)和性能參數(shù)I)引入炭化爐3的40。C可燃?xì)怏w的質(zhì)量流率為0.33kg/s;2)引入炭化爐3的160。C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30(TC、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.%kg/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;II)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。仍以實(shí)施例一中使用的木材作為生物質(zhì)原料(見(jiàn)表1)，使用天然氣作為可燃?xì)怏w(見(jiàn)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--相同。根據(jù)以上設(shè)定條件，結(jié)合附圖具體說(shuō)明本發(fā)明在實(shí)施過(guò)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30(TC、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(jiàn)表1)，使用天然氣作為可燃?xì)怏w(見(jiàn)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(shuō)明本發(fā)明在實(shí)施過(guò)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0.23kg/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1800°C;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30(TC、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--中使用的木材作為生物質(zhì)原料(見(jiàn)表1)，使用天然氣作為可燃?xì)怏w(見(jiàn)表2)，熱解氣加熱器14將熱解氣加熱到65(TC、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(shuō)明本發(fā)明在實(shí)施過(guò)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(wú)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(guò)200(TC，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(guò)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0.45mVn^時(shí)，炭粉在熱解氣送粉的過(guò)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(wú)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、將炭粉輸送到氣化爐氣化，其特征在于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。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，其特征在于通過(guò)調(diào)整氧氣量，控制炭化爐溫度在40060(TC，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在1800°C1200°C之間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造合成氣的高溫氣化工藝方法，其特征在于通過(guò)調(diào)整氧氣量，炭化爐最佳溫度在45055(TC，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，外供可燃?xì)怏w最佳加入摩爾量為1.53，調(diào)整進(jìn)入炭化爐的外供可燃?xì)怏w量。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，其特征在于將木炭制粉的過(guò)程是通過(guò)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)。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(guò)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。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，其特征在于在制粉后的輸送過(guò)程中，增設(shè)流化工藝，流化氣體為外供的可燃?xì)怏w。7.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，其特征在于炭化爐頂部有熱解氣出口與氣化爐連接，熱解氣出口裝有過(guò)濾器，在運(yùn)行時(shí)采用外供的可燃?xì)怏w作為過(guò)濾器的反吹氣體。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)、炭粉輸送系統(tǒng)、氣化爐及其連接管路和氣力輸送系統(tǒng)，其特征在于炭化爐燒嘴(6)與外供的可燃?xì)怏w的管路(4)和氧氣管路(5)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)。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(guò)濾器(7)，過(guò)濾器(7)的反吹氣體接口與外供的可燃?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(guò)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(guò)木炭降溫、降壓、制粉、增壓、流化，通過(guò)控制輸送用的熱解氣量，將炭粉輸送到氣化爐。文檔編號(hào)C10J3/46GK101412929SQ20081023661公開(kāi)日2009年4月22日申請(qǐng)日期2008年11月28日優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日發(fā)明者澤張,超張,張海清,曹民俠,宏李,楊占春,陳安合申請(qǐng)人:武漢凱迪科技發(fā)展研究院有限公司