專利名稱：利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，包括低溫炭化、炭化制粉、高溫氣化、含碳灰渣的分離、合成氣的凈化處理、合成氣的再循環(huán)利用。該方法屬于由生物質制造合成氣或可燃氣體技術領域。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)明所產生的合成氣能夠用于燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池、合成油、冶金等系統(tǒng)。
背景技術：
隨著傳統(tǒng)化石能源(煤、石油、天然氣)儲量的日益減少，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)保能源已成為各國政府的共識。生物質是植物通過光合作用生成的有機物質，其分布廣泛、可利用量大、較化石能源清潔，具有CO2零排放的特征，是一種重要的可再生能源。通過熱化學、生物化學等方法，能夠將生物質轉變?yōu)榍鍧嵉臍怏w或液體燃料，用以發(fā)電、生產工業(yè)原料、化工產品等，具有全面替代化石能源的潛力，成為世界各國優(yōu)先發(fā)展的新能源。
將生物質轉變?yōu)榍鍧崥怏w或液體燃料的方法很多，在這其中生物質氣化技術與其它技術相比能夠適應生物質的種類更加寬廣，且具有很強的擴展性。生物質的氣化過程是一種熱化學過程，是生物質原料與氣化劑(空氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳、氫等)在高溫下發(fā)生化學反應，將固態(tài)的生物質原料轉變?yōu)橛商肌?、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。氣化過程產生的合成氣組成隨氣化時所用生物質原料的性質、氣化劑的類別、氣化過程的條件以及氣化爐的結構不同而不同。氣化的目標在于盡量減少生物質原料和氣化劑的消耗量以及合成氣中的焦油含量，同時最大化系統(tǒng)的氣化效率、碳轉化率以及合成氣中有效成分(CO和H2)的含量。影響氣化目標的因素很多，包括氣化工藝所使用的氣化爐的類型、氣化劑的種類、生物質原料的粒徑、氣化壓力和溫度、生物質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。固定床氣化結構簡單、操作便利，運行模式靈活，固體燃料在床中停留時間長，碳轉化率較高，運行負荷較寬，可以在20～110％之間變動，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，整個床內溫度均勻、易調節(jié)，但對原料的性質很敏感，原料的黏結性、熱穩(wěn)定性、水分、灰熔點變化時，易使操作不正常，此外，為了保證氣化爐的正常流化，運行溫度較低，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雜；氣流床的運行溫度較高，爐內溫度比較均勻，焦油在氣流床中幾乎全部裂解，同時氣流床具有很好的放大特性，特別適用于大型工業(yè)化的應用，但氣流床氣化對原料的粒徑有著嚴格的限制，進入氣流床的原料需要磨成超細的顆粒，然而按照現(xiàn)有的破碎或制粉技術，無法將含纖維較多的生物質原料磨制成滿足氣流床運行所需的粒徑，這就導致無法將氣流床用于生物質原料的氣化。焦油的裂解和處理以及生物質氣化之前的預處理是阻礙生物質氣化工藝進一步發(fā)展的最大問題。
申請?zhí)枮?00510043836.0的中國專利發(fā)明了一種低焦油生物質氣化方法和裝置，該技術通過將固體生物質熱解和熱解產物的裂解氣化兩個過程分開，將生物質轉變成焦油含量較低的可燃氣體。該方法存在以下幾個問題首先，熱解產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1000℃左右發(fā)生不完全燃燒反應，將熱解產生的焦油通過高溫的方式進行裂解，雖然能降低焦油的含量，但會損失大量的木炭，導致后續(xù)還原反應產生的CO數(shù)量較低，進而使得合成氣中的CO2含量較高；其次，燃燒反應溫度較低，在后續(xù)的還原反應中溫度會進一步降低，還原區(qū)的平均溫度將低于700℃，使得有效合成氣(CO和H2)的產量降低(約為30％左右)；再次，經還原反應的灰渣和未反應完全的殘?zhí)贾苯优懦鱿到y(tǒng)，造成碳轉化率降低；最后，該方法所采用的裂解氣化器是固定床的一種形式，燃燒產生的氣化劑(主要是CO2和H2O)在穿過底部熾熱的碳層的時候，由于還原反應是吸熱反應，導致床層上下溫差較大(頂部1000℃左右，底部500℃左右)，這是固定床固有的缺陷。
美國專利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備，該方法也采用了低溫炭化和裂解氣化過程相分離的方法，通過將低溫炭化溫度控制在450以下，減少熱解反應產生的焦油。該方法存在以下幾個問題首先，在低溫炭化階段產生的氣態(tài)和固態(tài)產物同時被輸送到后續(xù)的裂解氣化爐的反應盤管，并沒有對固態(tài)產物進行研磨，將影響氣化反應的速率和程度；其次，由于氣化反應是在盤管中進行，需要使用較多的輸送氣體保證反應物在盤管內的移動速度，因此輸送氣體會帶走大量的熱量，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，同時在盤管中進行反應的方式也無法做到溫度均勻化和易于工程放大的目標；再次，從合理用能的角度來看，燃燒系統(tǒng)產生的潔凈合成氣作為氣化和低溫炭化所需熱量的方式不夠經濟，另外，燃燒產物(主要為CO2和H2O)直接排放到環(huán)境中，沒有充分利用其中的CO2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完的殘?zhí)冀泝纱涡L分離后沒有進一步利用，直接排出系統(tǒng)，造成系統(tǒng)的碳轉化率較低。
從上可見，在現(xiàn)有的生物質或含碳固體燃料氣化技術中，都無法做到高效、低成本的生物質氣化目的。同時，即便采用了熱解和氣化相分離的過程，能夠適應生物質原料性質的變化、降低合成氣中焦油含量，但反應器溫度的均勻化、反應器放大、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化率等問題制約著生物質氣化大型工業(yè)化的應用。特別是針對氣流床的生物質氣化目前還沒有一種有效的工藝方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一是利用低溫炭化、炭化產物的分離、炭化制粉和高溫氣化相結合的分級氣化技術，解決氣流床氣化生物質原料時，生物質原料難以破碎成氣流床所需粒徑的問題；本發(fā)明的目的之二是將低溫炭化階段產生的熱解氣和木炭進行分離，避免木炭在燃燒區(qū)被燒掉，提高還原反應中還原劑(碳)的數(shù)量，降低系統(tǒng)CO2生成量；本發(fā)明的目的之三是利用合成氣再循環(huán)解決生物質原料進入氣流床時的輸送問題，盡量避免合成氣被稀釋以及輸送氣體在輸送物料時帶走大量熱量的問題，同時在滿足氣流床氣力輸送要求的情況下，通過控制再循環(huán)合成氣的溫度，提高進入氣化爐的含碳粉狀燃料的溫度，進而控制還原反應的速率和溫度；本發(fā)明的目的之四是將飛灰和未反應完全的殘?zhí)蓟厮偷礁邷貧饣癄t，提高系統(tǒng)的碳轉化率。本發(fā)明所述的工藝方法能使系統(tǒng)產生的合成氣不含焦油，在脫除CO2之前的合成氣中CO和H2含量可以達到72％以上，氣化效率達到80～84％，碳轉化率達到99％以上，同時降低系統(tǒng)的水、氧氣等資源的消耗量。
本發(fā)明技術方案本發(fā)明的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法包括低溫炭化、炭化制粉、高溫氣化、含碳灰渣的分離、合成氣的凈化處理、合成氣的再循環(huán)利用，具體步驟如下a)將初步破碎和干燥的生物質原料輸送到低溫炭化裝置，該裝置采用自熱和合成氣再循環(huán)間接加熱相結合，進行慢速熱解反應，控制溫升速率在0.1～1℃/秒，炭化溫度控制在300～500℃；
b)將熱解反應產物分離為熱解氣和木炭，熱解氣直接送入高溫氣化爐，木炭送往制粉機制成含碳粉狀燃料，再用輸送氣體將該含碳粉狀燃料送到高溫氣化爐，輸送氣體采用合成氣再循環(huán)，控制再循環(huán)合成氣的溫度，使含碳粉狀燃料溫度控制在100～500℃，固氣比控制在0.3～0.8kg/Nm3c)熱解氣在高溫氣化爐的燃燒區(qū)與氧化劑進行不完全燃燒反應生成氣化劑，燃燒區(qū)平均溫度控制在1300～1800℃，并使所有灰變成液態(tài)渣由燃燒區(qū)直接排出；燃燒反應生成的氣化劑送入高溫氣化爐的還原區(qū)與由再循環(huán)合成氣輸送到高溫氣化爐還原區(qū)的含碳粉狀燃料發(fā)生還原反應，將還原反應的溫度控制在900～1300℃，生成主要含有CO和H2的合成氣；d)還原區(qū)出口的合成氣經過凈化處理后對外輸出，同時利用一部分合成氣再循環(huán)將分離、凈化處理過程產生的灰渣及殘?zhí)驾斔突馗邷貧饣癄t的燃燒區(qū)。
所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，在對合成氣進行凈化處理前，設置余熱利用系統(tǒng)對合成氣進行降溫處理，降溫后的合成氣溫度控制在200～350℃范圍內。
所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，采用余熱利用系統(tǒng)后的低溫合成氣與余熱利用系統(tǒng)中部或前部的高溫合成氣混合作為輸送氣體，通過調整低溫合成氣和高溫合成氣的混合比例，將含碳粉狀燃料的溫度控制在100～500℃。
所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，采用兩級引射的合成氣再循環(huán)技術輸送含碳粉狀燃料a)第一級引射是利用低溫合成氣60通過引射器84引射一部分高溫合成氣86后輸送到制粉機73，在滿足制粉機73氣力輸送要求的情況下，將含碳粉狀燃料72的溫度控制在80～300℃；b)第二級引射是從制粉機73輸出的含碳粉狀燃料72利用輸送氣體69通過引射器70再次引射后送入高溫氣化爐12的還原區(qū)16，通過控制輸送氣體69的溫度，第二級引射將送入高溫氣化爐12的含碳粉狀燃料71溫度控制在100～500℃。
所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，在第二級引射時，利用低溫合成氣59通過引射器66引射一部分高溫合成氣87，將輸送氣體69的溫度控制在200～650℃。
所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，低溫炭化裝置4采用自熱和合成氣再循環(huán)間接加熱相結合的方式，其中自熱提供熱解所需熱量的20～30％，其余熱量由合成氣再循環(huán)提供。
進入低溫炭化裝置4的再循環(huán)合成氣6的溫度控制在500～800℃。
所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，其特征在于利用冷卻器75將低溫炭化裝置4輸出的木炭的溫度冷卻到輸送系統(tǒng)74所要求的工作溫度范圍。
所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，木炭被制粉機73制成平均粒度在30～150μm的含碳粉狀燃料。
所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，將低溫炭化裝置4產生的熱解氣8經旋風分離器9分離后輸送到高溫氣化爐的燃燒器13，旋風分離出的含碳固體顆粒10被送到制粉機73。
本發(fā)明的優(yōu)點第一、本發(fā)明采用了低溫炭化、炭化產物的分離、炭化制粉和高溫氣化相結合的分級氣化技術，特別適用于采用了氧化與還原反應相分離的高溫氣化爐。首先，該技術使系統(tǒng)具有較高的可擴展性和原料適用范圍；其次，炭化后產生的木炭具有很好的可磨性，利用現(xiàn)有的制粉技術能夠將其制成氣流床運行所需的粉狀燃料，解決氣流床無法氣化生物質原料的難題；最后，由于對炭化產物進行了分離，一方面低溫炭化階段產生的焦油等雜質，隨熱解氣一同進入到高溫氣化爐的燃燒區(qū)，由于燃燒區(qū)溫度控制在1000℃以上，焦油在燃燒區(qū)中全部燃燒和裂解，所以在合成氣中不含焦油，另外一方面，低溫炭化產生的木炭經制粉后被送到高溫氣化爐的還原區(qū)，避免木炭在燃燒區(qū)被燒掉，提高還原反應中還原劑(碳)的數(shù)量，降低系統(tǒng)CO2生成量。
第二，本發(fā)明采用了兩級引射的合成氣再循環(huán)技術，首先，利用合成氣輸送含碳粉狀燃料，避免了傳統(tǒng)工藝中使用惰性氣體輸送會導致合成氣被稀釋的負面影響；其次，使用第一級引射能夠保證制粉機的工作溫度和氣力輸送要求，利用第二級引射能進一步提高制粉機輸出的含碳粉狀燃料的溫度；再次，當使用相同的固氣比對含碳粉狀燃料進行輸送的情況下，采用引射高溫合成氣再循環(huán)與僅使用低溫合成氣再循環(huán)(或其它惰性氣體輸送)方式相比，該技術提高廠進入到還原區(qū)的含碳粉狀燃料的溫度，當控制還原區(qū)的溫度不變時，能夠減少燃燒區(qū)的放熱量，進而減少燃燒所需的氧化劑(空氣或氧氣)數(shù)量以及燃燒生成的CO2數(shù)量，由此可以提高高溫氣化爐出口的有效合成氣(CO和H2)產量，提高了系統(tǒng)的氣化效率，同時，該技術減小了低溫合成氣的再循環(huán)量，由此也減小了壓縮機的功耗，在一定程度上提高了系統(tǒng)的效率；最后，由于進入高溫氣化爐的含碳粉狀燃料的粒度非常小，溫度是影響反應動力學的主要因素，提高進入高溫氣化爐的含碳粉狀燃料的溫度能有效提高含碳粉狀燃料與燃燒區(qū)出口氣化劑相接觸的反應溫度，由此可以提高還原區(qū)中含碳粉狀燃料與氣化劑發(fā)生還原反應的反應速率，進而提高系統(tǒng)的碳轉化率。
第三，本發(fā)明采用了合成氣輸送飛灰和殘?zhí)嫉脑傺h(huán)技術，一方面回收并燃燒飛灰中未反應完全的殘?zhí)?，可以提高整個系統(tǒng)的碳轉化率，使碳轉化率達到99％以上；另外，將飛灰送入溫度控制在灰熔點以上的高溫氣化爐燃燒區(qū)，飛灰在燃燒區(qū)內變成熔融的液態(tài)渣，有利于系統(tǒng)對灰渣進行收集和處理。
第四，本發(fā)明采用了自熱和合成氣再循環(huán)間接加熱相結合的低溫炭化技術，可以充分利用系統(tǒng)產生的余熱，盡量減少低溫炭化的自熱，由此可以降低低溫炭化階段由于自熱造成的木炭的損失，減少系統(tǒng)產生的CO2的數(shù)量。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)工藝示意圖。
圖中1是生物質原料、2是料倉、3是氣力卸料裝置、4是低溫炭化裝置、5是換熱器、6是進入低溫炭化裝置4進行熱解加熱的合成氣、7是放熱降溫后離開低溫炭化裝置4的合成氣、8是粗熱解氣、9是旋風分離器、10是旋風分離器9分離出來的含碳固體顆粒、11是經旋風分離后的熱解氣、12是高溫氣化爐、13是燃燒器、14是燃燒區(qū)、15是冷卻屏、16是還原區(qū)、17是高溫粗合成氣、18是送往旋風分離器19的粗合成氣、19是旋風分離器、20是經旋風分離后的高溫粗合成氣、21是輻射式換熱器、22是汽包、23是飽和水下降管道、24是濕蒸汽上升管道、25是輻射式換熱器21合成氣出口、26是控制進入低溫炭化裝置4的合成氣管道的擋板、27是控制離開低溫炭化裝置4的合成氣管道的擋板、28是合成氣旁路擋板、29是過熱器30的合成氣入口、30是過熱器、31是飽和蒸汽管道、32是過熱蒸汽、33是經過熱器30降溫后的合成氣、34是氧化劑預熱器、35是氧化劑(空氣或氧氣)、36是預熱產生的高溫氧化劑、37是經預熱器34降溫后的合成氣、38是省煤器、39是給水、40是經省煤器38加熱后的給水、41是低溫粗合成氣、42是除塵器、43是除塵后的低溫合成氣、44是洗滌裝置、45是經洗滌后的低溫潔凈合成氣、46是再循環(huán)低溫潔凈合成氣、47是潔凈合成氣主管道、48是CO2分離、49是高純度合成氣、50是CO2氣體、51是儲氣罐、52是CO2氣體產品、53是CO2再循環(huán)、54是控制CO2再循環(huán)的管道閥門、55是輸送(用于攜帶飛灰和殘?zhí)嫉?低溫合成氣的壓縮機、56是輸送(用于引射高溫合成氣的)低溫合成氣的壓縮機、57是輸送飛灰和殘?zhí)嫉脑傺h(huán)合成氣、58是控制(輸送高溫合成氣和含碳粉狀燃料的)再循環(huán)合成氣的閥門、59是輸送(用于引射高溫合成氣的)的低溫合成氣、60是輸送含碳粉狀燃料的低溫合成氣、61是控制(輸送含碳粉狀燃料的)低溫合成氣的閥門、62是控制(輸送飛灰和殘?zhí)嫉?低溫合成氣的閥門、63是控制(輸送高溫合成氣的)低溫合成氣的閥門、64是除塵器42分離出的飛灰和殘?zhí)肌?5是旋風分離器19分離出的飛灰和殘?zhí)肌?6是用于引射高溫合成氣的引射器、67是再循環(huán)高溫粗合成氣、68是控制進入引射器66的高溫粗合成氣閥門、69是引射器66輸出的合成氣、70是用于引射含碳粉狀燃料的引射器、71是引射器70輸出的含碳粉狀燃料和合成氣的混合物、72是制粉機73輸出的含碳粉狀燃料和合成氣的混合物、73是制粉機、74是木炭輸送系統(tǒng)、75是木炭冷卻器、76是進入制粉機73的輸送氣體、77是控制(進入低溫炭化裝置的)高溫氧化劑管道閥門、78是灰渣處理設備、79是灰渣、80是激冷水、81是進入燃燒器的高溫氧化劑、82是進入低溫炭化裝置的高溫氧化劑、83是循環(huán)水泵、84是引射器、85是控制進入引射器84的高溫粗合成氣閥門、86是進入引射器84的高溫粗合成氣、87是進入引射器66的高溫粗合成氣、88是輸送(用于攜帶含碳粉狀燃料的)低溫合成氣的壓縮機、89是控制激冷水的閥門、90是高溫氣化爐合成氣出口、91是再循環(huán)低溫合成氣的第二種引山方案。
具體實施例方式
第一，本發(fā)明采用了低溫炭化、炭化產物的分離、炭化制粉和高溫氣化相結合的分級氣化技術，特別適用于采用廠氧化與還原反應相分離的高溫氣化爐首先，將干燥脫水后的生物質原料1存放在料倉2中，通過氣力卸料裝置3將生物質原料輸送到低溫炭化裝置4，溫升速率控制在0.1～1℃/秒，炭化溫度控制在300～500℃，在這個范圍內可以保證生物質發(fā)生慢速熱解，盡量降低焦油的產生，熱解產生粗熱解氣和木炭。其中，粗熱解氣8經旋風分離器9分離后，經過管道11輸送到高溫氣化爐12的燃燒器13，與加熱到400～500℃的氧化劑81(空氣或氧氣)在燃燒區(qū)14內發(fā)生不完全燃燒反應，通過調整氧化劑81的量以及內部通有給水的冷卻屏15的換熱量，將燃燒區(qū)14溫度控制在1300～1800℃。燃燒產物主要為CO2、H2O以及未反應完的CO和H2。熱解產生的木炭，先經冷卻器75將其溫度降到輸送系統(tǒng)所要求的工作溫度后，送到制粉機73，將木炭磨成粒度在30～150μm范圍內的含碳粉狀燃料，然后通過兩級引射的合成氣再循環(huán)技術，將含碳粉狀燃料72輸送到高溫氣化爐12的還原區(qū)16中，在還原區(qū)16中含碳粉狀燃料與燃燒產物發(fā)生還原和變換反應，該反應總體為吸熱反應，反應將燃燒產物中的熱能轉變成高溫粗合成氣17中的化學能，為了保證合成氣中有效成分(CO和H2)產量較高，還原區(qū)16的溫度控制在900～1300℃。
利用該技術，首先，使系統(tǒng)具有較高的可擴展性和原料適用范圍；其次，炭化后產生的木炭具有很好的可磨性，利用現(xiàn)有的制粉技術能夠將其制成氣流床運行所需的粉狀燃料，解決氣流床無法氣化生物質原料的難題；最后，由于對炭化產物進行了分離，一方面低溫炭化階段產生的焦油等雜質，隨熱解氣一同進入到高溫氣化爐的燃燒區(qū)，由于燃燒區(qū)平均溫度控制在1300℃以上，焦油在燃燒區(qū)中全部燃燒和裂解，所以在合成氣中不含焦油，另外一方面，低溫炭化產生的木炭經制粉后被送到高溫氣化爐的還原區(qū)，避免木炭在燃燒區(qū)被燒掉，提高還原反應中還原劑(碳)的數(shù)量，降低系統(tǒng)CO2生成量。
第二，本發(fā)明采用了兩級引射的合成氣再循環(huán)技術、合成氣輸送飛灰和殘?zhí)嫉脑傺h(huán)技術以及二氧化碳再循環(huán)技術構成了復合循環(huán)式氣化方法及工藝1、采用了兩級引射的合成氣再循環(huán)技術第一級引射輸送是為了保證制粉機73的工作溫度和氣力輸送要求，利用系統(tǒng)生成的一部分低溫合成氣60作為輸送氣體，通過壓縮機88加壓輸送到引射器84，引射一部分高溫粗合成氣86，將用于輸送含碳粉狀燃料的再循環(huán)合成氣76溫度提高到100～350℃后再引入制粉機73，在滿足制粉機氣力輸送要求的情況下，將制粉機73中的含碳粉狀燃料控制在80～300℃通過管道72輸送出去。61是控制(輸送含碳粉狀燃料的)低溫合成氣的閥門，85是控制進入引射器84的高溫粗合成氣閥門；第二級引射是為了進一步提高第一次引射輸出的含碳粉狀燃料72的溫度，將系統(tǒng)生成的一部分低溫合成氣59經過壓縮機56加壓后作為輸送氣體，通過引射器66引射一部分高溫粗合成氣87，將再循環(huán)合成氣69的溫度提高到200～650℃，然后再利用引射器70，將制粉機73輸出的含碳粉狀燃料72引射進入高溫氣化爐12的還原區(qū)16，引射器70出口固氣比控制在0.3～0.8kg/Nm3，溫度控制在100～500℃。
利用該技術，第一，使用合成氣輸送含碳粉狀燃料，避免了傳統(tǒng)工藝中使用惰性氣體輸送會導致合成氣被稀釋的負面影響；第二，使用第一級引射能夠保證制粉機的工作溫度和氣力輸送要求，利用第二級引射能進一步提高制粉機輸出的含碳粉狀燃料的溫度；第三，當使用相同的固氣比對含碳粉狀燃料進行輸送的情況下，采用高溫合成氣再循環(huán)與僅使用低溫合成氣再循環(huán)(或其它惰性氣體輸送)方式相比，該技術提高了進入到還原區(qū)16的含碳粉狀燃料71的溫度，當燃燒區(qū)14的放熱量不變時，勢必會提高還原區(qū)16的溫度，換句話說，當控制還原區(qū)16的溫度不變時，提高進入到還原區(qū)16的含碳粉狀燃料71溫度，能夠減少燃燒區(qū)14的放熱量，進而減少燃燒所需的氧化劑(空氣或氧氣)數(shù)量以及燃燒生成的CO2數(shù)量，由此可以提高高溫氣化爐12出口的有效合成氣(CO和H2)產量，提高了系統(tǒng)的氣化效率；第四，由于使用了高溫合成氣再循環(huán)，在相同的氣力輸送要求下該技術減小了低溫合成氣的再循環(huán)量，由此也減小了壓縮機56和88的功耗，在一定程度上提高了系統(tǒng)的效率；第五，由于進入高溫氣化爐12的含碳粉狀燃料的粒度非常小(小于150μm)，因此溫度是影響反應動力學的主要因素，提高含碳粉狀燃料的溫度能有效提高含碳粉狀燃料與燃燒區(qū)14出口氣化劑相接觸的反應溫度，由此可以提高還原區(qū)16中含碳粉狀燃料與氣化劑發(fā)生還原反應的反應速率，進而提高含碳粉狀燃料在還原區(qū)16的轉化率，降低高溫氣化爐12出口未反應完全的碳的數(shù)量。
2、采用了合成氣輸送飛灰和殘?zhí)嫉脑傺h(huán)技術該技術將高溫氣化爐12產生的粗合成氣17中的飛灰和未反應完的殘?zhí)纪ㄟ^旋風分離器19和除塵器42捕捉后，利用系統(tǒng)生成的一部分低溫合成氣57作為輸送氣體，通過壓縮機55加壓后將捕捉到的飛灰和殘?zhí)?4和65輸送到高溫氣化爐12的燃燒器13進行燃燒。62是控制(輸送飛灰的)再循環(huán)合成氣的閥門。
采用該技術，一方面回收并燃燒飛灰中未反應完全的殘?zhí)迹梢蕴岣哒麄€系統(tǒng)的碳轉化率，使碳轉化率達到99％以上；另外一方面，由于高溫氣化爐12的燃燒區(qū)14溫度控制在灰熔點以上，輸送回去的飛灰在燃燒區(qū)14內變成熔融的液態(tài)渣，有利于系統(tǒng)對灰渣進行收集和處理。
3、采用了二氧化碳的分離與再循環(huán)技術該技術利用CO2分離裝置48將低溫潔凈合成氣47中的CO2分離出來并存儲在儲氣罐51中，分離出來的CO2一部分作為系統(tǒng)的副產品52輸出，另外一部分CO253在系統(tǒng)啟動或停機的時候可以替代低溫合成氣作為含碳粉狀燃料的輸送氣體，先關閉閥門58，然后開啟閥門54，CO2通過管道59和60進入到兩級引射的再循環(huán)系統(tǒng)，在滿足制粉機73氣力輸送要求的情況下，通過調整CO2的輸送量，將制粉機73制成的含碳粉狀燃料72輸送到高溫氣化爐12。采用該技術，在啟動與停機的時候，利用CO2作為輸送氣體(替代了合成氣)，避免了利用氮氣作為輸送氣體時，空分系統(tǒng)的建設與投資。
第三，本發(fā)明采用了自熱和合成氣再循環(huán)間接加熱相結合的低溫炭化技術。生物質原料的熱解過程為吸熱反應，為此需要對低溫炭化裝置進行加熱。在系統(tǒng)啟動的時候采用自熱式，打開合成氣旁路擋板28同時關閉擋板26和27，將400～500℃的氧化劑81(空氣或氧氣)引入到低溫炭化裝置4中，通過調整氧化劑的數(shù)量，燃燒部分生物質原料，由此所釋放出來熱量作為剩余生物質原料進行熱解所需的熱量；在系統(tǒng)正常運行的時候則是采用自熱和合成氣再循環(huán)間接加熱相結合的方式進行加熱，將400～500℃的氧化劑81(空氣或氧氣)引入到低溫炭化裝置4中，通過調整氧化劑的數(shù)量，燃燒部分生物質原料，由此所釋放出來熱量作為剩余生物質原料進行熱解所需熱量的20～30％，剩余70～80％的熱量利用合成氣再循環(huán)提供，將低溫炭化裝置4設計成殼式換熱器的形式，將其安裝在高溫氣化爐12尾部的合成氣余熱利用裝置中，安裝位置可以有多種選擇，在附圖1中僅給出了安裝在輻射式冷卻器21后的示意形式，如圖所示，通過關閉合成氣旁路擋板28，高溫合成氣通過管道6進入到低溫炭化裝置4，高溫合成氣在換熱器5中放熱后通過管道7進入到下一級余熱換熱器中(圖中為過熱器30)，為了保證低溫炭化裝置4的慢速熱解以及熱量需求，低溫炭化裝置4入口的再循環(huán)合成氣6的溫度控制在500～800℃。利用該方法，可以充分利用系統(tǒng)產生的余熱，盡量減少低溫炭化的自熱，由此可以降低低溫炭化階段由于自熱造成的木炭的損失，減少系統(tǒng)產生的CO2的數(shù)量。
下面結合附圖具體說明本發(fā)明的最佳實施方式、工藝過程和系統(tǒng)布置結構。
首先，干燥脫水后的生物質原料1進入到料倉2中，通過氣力卸料裝置3將生物質原料輸送到低溫炭化裝置4。生物質原料進入到低溫炭化裝置4后，通過自熱和合成氣再循環(huán)間接加熱相結合的方式將生物質原料加熱到300～500℃，同時控制爐內的溫升速率在0.1～1℃/秒，使爐內發(fā)生慢速熱解反應，固態(tài)的生物質原料1被分解為含有CO、H2、CO2、H2O、CH4和焦油等組分的熱解氣，以及含有一定灰份的固態(tài)的木炭。粗熱解氣8經旋風分離器9分離后，粗熱解氣中的含碳固體顆粒通過管道10輸送到制粉機73，純凈的熱解氣通過管道11輸送到高溫氣化爐12的燃燒器13。與加熱到400～500℃的氧化劑81(空氣或氧氣)在燃燒區(qū)14內發(fā)生不完全燃燒反應，通過調整氧化劑81的量以及內部通有給水的冷卻屏15的換熱量，將燃燒區(qū)14溫度控制在1300～1800℃。燃燒產物主要為CO2、H2O以及未反應完的CO和H2。其中，低溫炭化和高溫氣化所需的高溫氧化劑，是利用系統(tǒng)的余熱對氧化劑35進行加熱，氧化劑35經過預熱器35加熱到400～500℃，經輸送管路36和81送入高溫氣化爐的燃燒區(qū)14，經輸送管路36和82送到低溫炭化裝置4。
同時，低溫炭化裝置4產生的木炭，先經冷卻器75將其溫度降到輸送系統(tǒng)74所要求的工作溫度后，再由輸送系統(tǒng)74將其送到制粉機73，磨成粒度在30～150μm范圍內的粉末，然后，利用系統(tǒng)生成的一部分低溫合成氣60作為輸送氣體，通過壓縮機88加壓輸送到引射器84引射一部分高溫粗合成氣86，通過控制閥門85的開度，將再循環(huán)合成氣76溫度控制在100～350℃后再引入制粉機73，在滿足制粉機氣力輸送要求的情況下，將制粉機73中的含碳粉狀燃料控制在80～300℃通過管道72輸送出去。
為了提高進入高溫氣化爐12的含碳粉狀燃料72的溫度，同時保證輸送含碳粉狀燃料72的固氣比的要求，采用了高溫粗合成氣再循環(huán)技術，將系統(tǒng)生成的一部分低溫合成氣59經過壓縮機56加壓后作為輸送氣體，通過引射器66引射一部分高溫粗合成氣87，將再循環(huán)合成氣69的溫度提高到200～650℃，然后再利用引射器70，將制粉機輸出的含碳粉狀燃料72引射進入高溫氣化爐12的還原區(qū)16，引射器70出口71固氣比控制在0.3～0.8kg/Nm3，溫度控制在100～500℃。通過調整低溫合成氣與高溫粗合成氣的再循環(huán)量比例，能夠調節(jié)高溫氣化爐12的溫度、反應速率以及氧化劑消耗量等因素。
經過兩級引射升溫、提速后的含碳粉狀燃料和合成氣的混合物71，通過管道引入高溫氣化爐12的還原區(qū)16，與燃燒區(qū)14的燃燒產物發(fā)生還原和變換反應，該反應總體為吸熱反應，反應將燃燒產物中的熱能轉變成高溫粗合成氣17中的化學能，為廠保證合成氣中有效成分(CO和H2)產量較高，還原區(qū)16的溫度控制在900～1300℃。在燃燒區(qū)14產生的熔融態(tài)灰渣經過還原區(qū)16放熱降溫后落入高溫氣化爐12底部的灰渣處理設備78。灰渣處理設備78輸出的灰渣79的粒度很細，可以作為高等級的建筑材料。激冷水80主要用于將高溫氣化爐12出口高溫粗合成氣17溫度控制在固體燃料灰熔點以下100～300℃，通過調整閥門89的開度控制激冷水80的流量。
從高溫氣化爐12合成氣出口90輸出的粗合成氣17被分成兩股氣流，一股氣流67用于再循環(huán)低溫合成氣的加熱，剩下的合成氣18由于溫度較高(約800～1100℃)，經過旋風分離器19分離后被送到高溫氣化爐尾部高溫合成氣余熱利用系統(tǒng)，尾部的余熱利用系統(tǒng)根據(jù)不同的用能目的可以產生不同的結構布置，附圖1中僅給出了蒸汽余熱利用的一種布置形式。如圖所示，余熱利用系統(tǒng)主要包括蒸汽利用子系統(tǒng)(包括汽包22、輻射式冷卻器21、蒸汽過熱器30、省煤器38)、氧化劑加熱子系統(tǒng)(預熱器34)。從旋風分離器19出來的高溫粗合成氣20首先進入到輻射式冷卻器21進行換熱，該熱量用于維持汽包22、飽和水下降管23、循環(huán)水泵83以及濕蒸汽上升管道24所形成的汽水循環(huán)系統(tǒng)的運行。根據(jù)低溫炭化裝置4的不同運行方式(自熱或合成氣再循環(huán)間接加熱)，輻射式冷卻器21出口的合成氣向下級換熱器傳輸?shù)穆肪€不同。在系統(tǒng)啟動的時候低溫炭化裝置4采用自熱方式運行時，打開合成氣旁路擋板28，同時關閉通往低溫炭化裝置4的擋板26和27；在系統(tǒng)正常運行的時候低溫炭化裝置4采用自熱和合成氣再循環(huán)間接加熱方式運行時，關閉合成氣旁路風煙擋板28，同時打開通往低溫炭化裝置4的風煙擋板26和27，此時，合成氣經過管道6進入到低溫炭化裝置4的換熱器5，換熱后合成氣經管道7回到下一級換熱器。經過輻射式冷卻器21、(當?shù)蜏靥炕b置4采用合成氣再循環(huán)間接加熱方式運行時)換熱器5降溫后的合成氣29進入到蒸汽過熱器30，用于將汽包22蒸發(fā)并分離出來的飽和蒸汽31進一步加熱到更高品質的過熱蒸汽32。經過過熱器30降溫后的合成氣33進入到預熱器34，用于將氧化劑39(空氣或氧氣)的溫度提高到400～500℃，高溫的氧化劑36主要分成兩股物流，一股高溫氧化劑81輸送到高溫氣化爐12的燃燒器13與熱解氣11發(fā)生不完全燃燒反應，另一股高溫氧化劑82輸送到低溫炭化裝置4，用于控制自熱時部分生物質原料的燃燒反應。經過預熱器34降溫后的合成氣37進入到省煤器38，用于將給水39預熱，預熱后的給水40被輸送到高溫氣化爐燃燒區(qū)14的冷卻屏15中，通過調整氧化劑81的量以及內部通有給水的冷卻屏15的換熱量，將燃燒區(qū)14溫度控制在1300～1800℃。加熱后的給水通過管道進入到汽包22。經高溫氣化爐尾部高溫合成氣余熱利用系統(tǒng)換熱后，低溫合成氣41出口溫度控制在200～350℃范圍內。
經余熱利用系統(tǒng)降溫后的低溫合成氣41被送往除塵器42除塵，除塵后的合成氣43進入到洗滌裝置44，洗滌并去除合成氣中的酸性、有毒物質(包括HCL、HF、重金屬等)。經過除塵、洗滌后得到的低溫潔凈合成氣45主要有兩種用途，一種是將一部分低溫潔凈合成氣46加壓后參與系統(tǒng)的再循環(huán)；另一種是將剩余的合成氣47進行二氧化碳分離48后，作為高純度和合成氣49產品輸出到其它系統(tǒng)(例如燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池、合成油系統(tǒng)等)。利用CO2分離裝置48分離出來的CO2存儲在儲氣罐51中，分離出來的CO2一部分作為系統(tǒng)的副產品52輸出，另外一部分CO253在系統(tǒng)啟動或停機的時候可以替代低溫合成氣作為含碳粉狀燃料的輸送氣體，先關閉閥門58，然后開啟閥門54，CO2通過管道59和60進入到兩級引射的再循環(huán)系統(tǒng)，在滿足制粉機73氣力輸送要求的情況下，通過調整CO2的輸送量，將制粉機73制成的含碳粉狀燃料72輸送到高溫氣化爐12。高溫氣化爐12產生的粗合成氣17中的飛灰和未反應完的殘?zhí)?，通過旋風分離器19和除塵器42捕捉后，利用系統(tǒng)生成的一部分低溫合成氣57作為輸送氣體，通過壓縮機55加壓后將捕捉到的含碳的飛灰64和65輸送到高溫氣化爐12的燃燒器13進行燃燒。在本發(fā)明專利中給出了兩種低溫合成氣再循環(huán)起始點的選擇方案，如附圖1所示，一種是從洗滌裝置44出口的低溫潔凈合成氣45中抽取一部分合成氣46進行再循環(huán)另一種是從除塵器42入口的低溫合成氣41中抽取一部分合成氣91(如圖中虛線所示)進行再循環(huán)。
實施例一生物質原料以棉桿為例，棉桿的元素分析如下表所示

低位發(fā)熱量為11.6MJ/kg，灰熔點(FT)為1250℃。氧化劑35使用95％vol的氧氣，將生物質原料進行初步破碎并將水分干燥到5.8％后送入料倉2，料倉進入到低溫炭化裝置4的生物質量控制在3.87kg/s，將低溫炭化裝置4的溫升速率控制在0.1℃/秒，炭化溫度控制在300℃，壓力控制在3.1MPa，控制低溫炭化裝置4自熱熱量為總熱量的20％(約1.6MJ/s)，剩余80％(約6.4MJ/s)的熱量由合成氣再循環(huán)6提供，再循環(huán)合成氣6的溫度為600℃。低溫炭化裝置4產生的熱解氣總量為3.14kg/s，熱解氣主要成分為H27.4％，CO 33.3％，CO214.2％，CH47.4％，H2O 28.4％，N21.5％，CnHm7.8％。熱解氣進入到高溫氣化爐12的燃燒器14，將進入到高溫氣化爐12的氧化劑量控制在0.547kg/s，使熱解氣和氧化劑在燃燒區(qū)14發(fā)生不完全燃燒反應，反應平均溫度為1500℃。熱解產生的木炭總量為0.89kg/s，輸送系統(tǒng)74采用皮帶式輸送(溫度要求控制在60℃以下)，冷卻器75將木炭溫度降到60℃后輸送到制粉機73，將木炭制成100μm的含碳粉狀燃料，采用兩級引射對含碳粉狀燃料進行輸送第一級引射采用除塵洗滌后的低溫合成氣60(溫度為80℃)進行再循環(huán)，再循環(huán)量控制在0.588kg/s，通過引射器84，引射溫度為800、流量為0.061kg/s的高溫合成氣86，引射后進入制粉機73的輸送氣體76的溫度為108℃，制粉機73出口的含碳粉狀燃料72的溫度為80℃；第二級引射采用除塵洗滌后的低溫合成氣59(溫度為80℃)進行再循環(huán)，再循環(huán)量控制在0.586kg/s，通過引射器66，引射溫度為800℃、流量為0.121kg/s的高溫合成氣87，引射后的輸送氣體69溫度為200℃，輸送氣體69通過引射器70將含碳粉狀燃料72引射進高溫氣化爐的溫度為100℃進入氣化爐的含碳粉狀燃料與再循環(huán)合成氣組成的混合物71的固氣比為0.8kg/Nm3。含碳粉狀燃料在還原區(qū)16中與燃燒產生的氣化劑發(fā)生還原反應，反應平均溫度為1100℃，通過調整激冷水80的流量，將還原室出口合成氣的溫度控制在800℃，余熱利用系統(tǒng)降溫后低溫合成氣41的溫度為280℃，經除塵洗滌之后的低溫合成氣45溫度為80℃，CO2分離之前的合成氣45主要成分為H220.6％，CO 38.4％，CO220％，H2O 19.5％，N21.7％。系統(tǒng)的碳轉化率為99％，氣化效率為82％。
實施例二仍以施例一中使用的棉桿作為生物質原料，從料倉2進入到低溫炭化裝置4的生物質量控制在3.87kg/s，將低溫炭化裝置4的溫升速率控制在1℃/秒，化溫度控制在500℃，壓力控在3.1MPa，控制低溫炭化裝置4自熱熱量為總熱量的30％(約2.4MJ/s)，剩余70％(約5.6MJ/s)的熱量由合成氣再循環(huán)6提供，再循環(huán)合成氣6的溫度為800℃。熱解氣主要成分為H26.1％，CO 30.8％，CO215.7％，CH47.1％，H2O 29.2％，N21.6％，CnHm9.4％。熱解氣和氧化劑在燃燒區(qū)14發(fā)生不完全燃燒反應，反應平均溫度為1800℃。木炭被制粉機3制成150μm的含碳粉狀燃料，采用兩級引射對含碳粉狀燃料進行輸送第一級引射采用除塵洗滌后的低溫合成氣60(溫度為110℃)進行再循環(huán)，再循環(huán)量控制在0.24kg/s，通過引射器84，引射溫度為1000℃、流量為0.161kg/s的高溫合成氣86，引射后進入制粉機73的輸送氣體76的溫度為425℃，制粉機73出口的含碳粉狀燃料72的溫度為300℃；第二級引射采用除塵洗滌后的低溫合成氣59(溫度為110℃)進行再循環(huán)，再循環(huán)量控制在0.288kg/s，通過引射器66，引射溫度為1000℃、流量為1.02kg/s的高溫合成氣87，引射后的輸送氣體69溫度為650℃，輸送氣體69通過射器70將含碳粉狀燃料72引射進高溫氣化爐的溫度為500℃，進入氣化爐的含碳粉燃料與再循環(huán)合成氣組成的混合物71的固氣比為0.3kg/Nm3。含碳粉狀燃料在還原區(qū)16中與燃燒產生的氣化劑發(fā)生還原反應，反應平均溫度為1300℃，通過調整激冷水80的流量，將還原室出口合成氣的溫度控制在1000℃，經余熱利用系統(tǒng)降溫后低溫合成氣41的溫度為350℃，經除塵洗滌之后的低溫合成氣45溫度為110℃，CO2分離之前的合成氣45主要成分為H220.2％，CO 44.8％，CO216.0％，H2O 17.4％，N21.7％。系統(tǒng)的碳轉化率為99％，氣化效率為83％。
實施例三仍以實施例一中使用的棉桿作為生物質原料，從料倉2進入到低溫炭化裝置4的生物質量控制在3.87kg/s，將低溫炭化裝置4的溫升速率控制在0.5℃/秒，炭化溫度控制在400℃，壓力控制在3.1MPa，控制低溫炭化裝置4自熱熱量為總熱量的25％(約2MJ/s)，剩余70％(約6MJ/s)的熱量由合成氣再循環(huán)6提供，再循環(huán)合成氣6的溫度為700℃。熱解氣主要成分為H27.2％，CO 32.3％，CO215.2％，CH47.2％，H2O 28.9％，N21.6％，CnHm7.5％。熱解氣和氧化劑在燃燒區(qū)14發(fā)生不完全燃燒反應，反應平均溫度為1300℃。木炭被制粉機73制成30μm的含碳粉狀燃料，采用兩級引射對含碳粉狀燃料進行輸送第一級引射采用除塵洗滌后的低溫合成氣60(溫度為70℃)進行再循環(huán)，再循環(huán)量控制在0.21kg/s，通過引射器84，引射溫度為800℃、流量為0.141kg/s的高溫合成氣86，引射后進入制粉機73的輸送氣體76的溫度為277℃，制粉機73出口的含碳粉狀燃料72的溫度為160℃；第二級引射采用除塵洗滌后的低溫合成氣59(溫度為70℃)進行再循環(huán)，再循環(huán)量控制在0.252kg/s，通過引射器66，引射溫度為800℃、流量為0.89kg/s的高溫合成氣87，引射后的輸送氣體69溫度為584℃，輸送氣體69通過引射器70將含碳粉狀燃料72引射進高溫氣化爐的溫度為319℃，進入氣化爐的含碳粉狀燃料與再循環(huán)合成氣組成的混合物71的固氣比為0.62kg/Nm3。含碳粉狀燃料在還原區(qū)16中與燃燒產生的氣化劑發(fā)生還原反應，反應平均溫度為900℃，關閉調整激冷水80的流量的閥門89，還原室出口合成氣的溫度為800℃，經余熱利用系統(tǒng)降溫后低溫合成氣41的溫度為200℃，經除塵洗滌之后的低溫合成氣45溫度為70℃，CO2分離之前的合成氣45主要成分為H220.8％，CO 35.3％，CO221.8％，H2O 20.4％，N21.7％。系統(tǒng)的碳轉化率為99％，氣化效率為80％。
權利要求
1.一種利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，包括低溫炭化、炭化制粉、高溫氣化、含碳灰渣的分離、合成氣的凈化處理、合成氣的再循環(huán)利用，其特征在于，具體步驟如下a)將初步破碎和干燥的生物質原料輸送到低溫炭化裝置，該裝置采用自熱和合成氣再循環(huán)間接加熱相結合，進行慢速熱解反應，控制溫升速率在0.1～1℃/秒，炭化溫度控制在300～500℃；b)將熱解反應產物分離為熱解氣和木炭，熱解氣直接送入高溫氣化爐，木炭送往制粉機制成含碳粉狀燃料，再用輸送氣體將該含碳粉狀燃料送到高溫氣化爐，輸送氣體采用合成氣再循環(huán)，控制再循環(huán)合成氣的溫度，使含碳粉狀燃料溫度控制在100～500℃，固氣比控制在0.3～0.8kg/Nm3；c)熱解氣在高溫氣化爐的燃燒區(qū)與氧化劑進行不完全燃燒反應生成氣化劑，燃燒區(qū)平均溫度控制在1300～1800℃，并使所有灰變成液態(tài)渣由燃燒區(qū)直接排出；燃燒反應生成的氣化劑送入高溫氣化爐的還原區(qū)與由再循環(huán)合成氣輸送到高溫氣化爐還原區(qū)的含碳粉狀燃料發(fā)生還原反應，將還原反應的溫度控制在900～1300℃，生成主要含有CO和H2的合成氣；d)還原區(qū)出口的合成氣經過凈化處理后對外輸出，同時利用一部分合成氣再循環(huán)將分離、凈化處理過程產生的灰渣及殘?zhí)驾斔突馗邷貧饣癄t的燃燒區(qū)。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，其特征在于在對合成氣進行凈化處理前，設置余熱利用系統(tǒng)對合成氣進行降溫處理，降溫后的合成氣溫度控制在200～350℃范圍內。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，其特征在于采用余熱利用系統(tǒng)后的低溫合成氣與余熱利用系統(tǒng)中部或前部的高溫合成氣混合作為輸送氣體，通過調整低溫合成氣和高溫合成氣的混合比例，將含碳粉狀燃料的溫度控制在100～500℃。
4.根據(jù)權利要求3所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，其特征在于采用兩級引射的合成氣再循環(huán)技術輸送含碳粉狀燃料a)第一級引射是利用低溫合成氣(60)通過引射器(84)引射一部分高溫合成氣(86)后輸送到制粉機(73)，在滿足制粉機(73)氣力輸送要求的情況下，將含碳粉狀燃料(72)的溫度控制在80～300℃；b)第二級引射是從制粉機(73)輸出的含碳粉狀燃料(72)利用輸送氣體(69)通過引射器(70)再次引射后送入高溫氣化爐(12)的還原區(qū)(16)，通過控制輸送氣體(69)的溫度，第二級引射將送入高溫氣化爐(12)的含碳粉狀燃料(71)溫度控制在100～500℃。
5.根據(jù)權利要求4所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，其特征在于在第二級引射時，利用低溫合成氣(59)通過引射器(66)引射一部分高溫合成氣(87)，將輸送氣體(69)的溫度控制在200～650℃。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，其特征在于低溫炭化裝置(4)采用自熱和合成氣再循環(huán)間接加熱相結合的方式，其中自熱提供熱解所需熱量的20～30％，其余熱量由合成氣再循環(huán)提供。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，其特征在于進入低溫炭化裝置(4)的再循環(huán)合成氣(6)的溫度控制在500～800℃。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，其特征在于利用冷卻器(75)將低溫炭化裝置(4)輸出的木炭的溫度冷卻到輸送系統(tǒng)(74)所要求的工作溫度范圍。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，其特征在于木炭被制粉機(73)制成平均粒度在30～150μm的含碳粉狀燃料。
10.根據(jù)權利要求1或2所述的利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，其特征在于將低溫炭化裝置(4)產生的熱解氣(8)經旋風分離器(9)分離后輸送到高溫氣化爐的燃燒器(13)，旋風分離出的含碳固體顆粒(10)被送到制粉機(73)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用生物質制造合成氣的復合循環(huán)式高溫氣化工藝方法，包括低溫炭化、炭化制粉、高溫氣化、含碳灰渣的分離、合成氣的凈化處理、合成氣的再循環(huán)利用。首先將生物質原料熱解為熱解氣和木炭，將含有焦油的熱解氣送到高溫氣化爐的燃燒區(qū)發(fā)生不完全燃燒反應產生氣化劑和熱量；木炭被送到制粉機制成含碳粉狀燃料，利用兩級引射的合成氣再循環(huán)將含碳粉狀燃料輸送到高溫氣化爐的還原區(qū)，與氣化劑發(fā)生還原反應；凈化處理產生的飛灰和殘?zhí)急缓铣蓺庠傺h(huán)送回高溫氣化爐的燃燒區(qū)。本發(fā)明解決了氣流床無法氣化生物質原料的技術難題，減少了木炭的損失，合成氣中不含焦油，脫碳之前合成氣中CO和H
文檔編號C10B53/02GK1931959SQ200610124638
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月28日 優(yōu)先權日2006年9月28日
發(fā)明者張超, 張澤, 林沖, 楊占春, 李宏, 宋侃, 金沙楊, 呂鋒杰 申請人:武漢凱迪科技發(fā)展研究院有限公司