СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПИРОЛИЗА БИОМАССЫ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ БИОМАССЫ Российский патент 2014 года по МПК C10J3/66 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к технологии преобразования горючих материалов в чистый и высокоэффективный синтетический газ и более конкретно к способу и системе получения синтетического газа из биомассы низкотемпературным пиролизом и высокотемпературной газификацией.

Предпосылки создания изобретения

Технология газификации горючих материалов была достигнута в результате разработки в прошедшем двадцатом столетии, особенно технология газификации горючего угля, которая была очень тщательно изучена. Исследователи успешно разработали способ газификации угля, который является широко применимым, высокоэффективным в газификации и исключает выброс загрязнений. Технология газификации биомассы, представленной, например, ветвями деревьев, соломой и другими сельскохозяйственными и лесными отходами, является новой широко используемой технологией в 21 столетии. Традиционная технология газификации биомассы включает: газификацию в неподвижном слое, газификацию в псевдоожиженном слое и двухстадийную газификацию, каждая из которых является технологией прямой газификации. Способы технологии прямой газификации характеризуются тем, что тепло, получаемое частью биомассы, подает источник энергии для газификации, причем воздух, насыщенный кислородом, воздух или комбинация насыщенного кислородом воздуха и водяного пара действуют как окислитель в ходе реакции газификации. Однако исследования показывают, что технология прямой газификации биомассы имеет следующие недостатки.

Во-первых, компоненты и теплотворная способность топлив биомассы являются нестабильными, биомасса имеет низкую температуру воспламенения и быструю реакцию горения, таким образом, может иметь место взрыв. Поскольку часть участков перегревается и имеет место коксообразование, рабочую температуру газификатора очень трудно регулировать.

Во-вторых, когда воздух работает как окислитель, в котором содержание инертного газа N₂ известно, приводит к более высокому содержанию N₂, более низкому содержанию эффективного газа (CO + H₂) и низкому отношению H₂/CO, кроме того, теплотворная способность синтетического газа является низкой и нестабильной, которая поддерживается ниже 5000 КДж/Нм³ , и слабо удовлетворяет необходимым требованиям для последующего промышленного использования.

В-третьих, когда насыщенный кислородом воздух работает как окислитель, хотя содержание N₂ является относительно низким, необходимо дополнительное устройство разделения. Ввиду большой емкости и высокого энергопотребления устройства разделения воздуха такой способ значительно увеличивает производственные затраты.

В-четвертых, когда насыщенный кислородом воздух и водяной пар работают как два окислителя, хотя содержание N₂ в синтетическом газе снижается, а содержание H₂ увеличивается, водяной пар, работающий как реакционная среда, по-прежнему потребляет большое количество тепловой энергии, плюс энергопотребление при разделении воздуха, производственные затраты способа приближаются к максимуму.

В-пятых, примерно 15-20% биомассы требуется для сжигания с целью обеспечения источника энергии для газификации, но в то же время большое количество CO₂ получается при горении, соответственно, содержание целевого газа (CO + H₂) снижается. Кроме того, высокотемпературный синтетический газ и смешанный воздух уносят большое количество тепла, и, таким образом, превращение тепловой энергии в химическую энергию значительно минимизируется, и эффективность охлажденного газа также снижается, которая обычно составляет ниже 70% и не выше 80% в исключительных случаях.

В-шестых, рабочая температура газификатора обычно регулируется в интервале 800-1200°C, при такой температуре газификация биомассы дает большое количество смолы, которая трудно удаляется, и слишком большое количество смол, агрегированное в устройстве и трубах, склонно вызывать их закупоривание и загрязнение.

В-седьмых, отходы, полученные при газификации биомассы, содержат значительное количество оксидов щелочных металлов, таких как K и Na, которые обычно составляют 20-40% мас. общей золы. Однако при температуре выше 800°C оксиды щелочных металлов склонны газифицироваться и смешиваться с синтетическим газом, что не только ухудшает свойства синтетического газа, но также повышает его сродство (адгезию) к трубам и устройствам вместе со смолами, приводя к значительной коррозии на устройствах и трубах.

Ввиду вышеуказанных существующих проблем технология прямой газификации биомассы является трудной для применения в практическом производстве. Таким образом, требуется способ газификации биомассы, который может применяться в промышленном производстве и обеспечивать экономические преимущества.

Краткое описание изобретения

Ввиду вышеуказанных проблем одной целью настоящего изобретения является создание способа и системы для получения синтетического газа из биомассы низкотемпературным пиролизом и высокотемпературной газификацией. Способ характеризуется легким регулированием, энергосбережением и низкой стоимостью. Получаемый синтетический газ отличается высокой эффективностью и высокой теплотворной способностью, отсутствием смолы или оксидов щелочного металла.

Для достижения вышеуказанной цели предлагается способ получения синтетического газа из биомассы низкотемпературным пиролизом и высокотемпературной газификацией. В способе используется перегретый водяной пар в качестве окислителя и энергоносителя, проведение пиролиза и газификации биомассы в различных температурных интервалах и получение в результате чистого синтетического газа. Способ включает следующие стадии:

a) измельчение биомассы, подача биомассы в печь пиролиза, распыление низкотемпературного перегретого водяного пара в печи пиролиза, регулирование печи пиролиза в интервале рабочей температуры 500-800°C, контактирование биомассы с низкотемпературным перегретым водяным паром для проведения реакции пиролиза с выходом неочищенного синтетического газа и золы, содержащей кокс. Поскольку рабочая температура печи пиролиза ниже температуры сублимации оксидов щелочных металлов, содержащих K и Na, оксиды щелочных металлов находятся в золе, содержащей кокс, и неочищенный синтетический газ не содержит или содержит незначительное количество смолы;

b) охлаждение золы, содержащей кокс, обычно до температуры ниже 150°C, и отделение кокса от золы. Кокс используется для получения синтетического газа на следующей стадии, а зола, содержащая оксиды щелочных металлов, направляется в хранилище;

с) направление неочищенного синтетического газа и кокса в газификатор, распыление высокотемпературного перегретого водяного пара в газификаторе, регулирование газификатора в интервале рабочей температуры 1200-1600°C, контактирование биомассы с высокотемпературным перегретым водяным паром для проведения реакции газификации и получение первичного синтетического газа. Поскольку рабочая температура газификатора выше температуры образования смолы, неочищенный синтетический газ и кокс полностью газифицируются, и получаемый первичный синтетический газ не содержит смол;

d) охлаждение, удаление пыли, раскисление и осушка первичного синтетического газа с выходом чистого синтетического газа. Охлаждение не только является необходимым в этом способе получения синтетического газа, но также обеспечивает утилизацию большого количества тепла для широкого применения. Операция удаления пыли отделяет пыль от неочищенного синтетического газа и снижает концентрацию пыли в газе до менее 50 мг/Нм³. Вредные ингредиенты, подобные H₂S, COS, HCl, NH₃ и HCN, удаляются из синтетического газа в процессе раскисления. После осушки первичный синтетический газ превращается в чистый синтетический газ, который хранится для дальнейшего промышленного применения.

Биомасса, измельченная на стадии a), имеет размер частиц менее 20 мм × 20 мм и водосодержание ниже 40% мас. Биомасса с таким размером частиц и водосодержанием полностью контактирует с высокотемпературным перегретым водяным паром, так что операции осушки, отделения летучих веществ, пиролиза и выпаривания проводятся стабильно, рабочая температура газификатора легко регулируется, в печи пиролиза кокс не образуется.

На стадии а) на вводе питания печи пиролиза, в случае возможного воспламенения и взрыва, вызываемых утечкой неочищенного синтетического газа из печи пиролиза, предусматривается атмосфера азота.

На стадии а) предпочтительная рабочая температура печи пиролиза регулируется в интервале 500-650°C, рабочее давление печи пиролиза регулируется в интервале 105-109 кПа. Скорость подачи низкотемпературного перегретого водяного пара в печь пиролиза составляет 35-50 м/с, время удерживания неочищенного синтетического газа в печи пиролиза составляет 15-20 с, и скорость отведения неочищенного синтетического газа из печи пиролиза составляет 15-20 м/с. Таким образом, печь пиролиза работает при нормальном давлении, и специальное устройство для работы под давлением не требуется, в результате чего снижаются производственные затраты. Биомасса в печи пиролиза быстро осушается, отделяется от летучих веществ и пиролизуется в процессе контактирования с неочищенным синтетическим газом и низкотемпературным перегретым водяным паром. Кроме того, рабочая температура печи пиролиза намного ниже температуры сублимации оксидов щелочных металлов, которая составляет около 800°C, так что оксиды щелочных металлов удаляются из неочищенного синтетического газа. Относительно низкая скорость на выходе из печи пиролиза предотвращает агрегирование золы на выходе из печи пиролиза и в газовых трубах.

На стадии с) предпочтительная рабочая температура газификатора регулируется в интервале 1200-1400°C, и предпочтительное рабочее давление газификатора регулируется в интервале 105-109 кПа. Скорость подачи высокотемпературного перегретого водяного пара в газификатор составляет 35-50 м/с; время удерживания неочищенного синтетического газа в газификаторе составляет 15-20 с, и скорость отведения первичного синтетического газа из газификатора составляет 15-20 м/с. Таким образом, газификатор работает при нормальном давлении, и специальное устройство для работы под давлением не требуется, в результате чего снижаются производственные затраты. Высокая скорость подачи высокотемпературного перегретого водяного пара в газификатор значительно улучшает контактирование и смешивание неочищенного синтетического газа и кокса. Рабочий температурный интервал газификатора является подходящим, который обеспечивает общую газификацию неочищенного синтетического газа и кокса в процессе контактирования с высокотемпературным перегретым водяным паром, при этом получаемый первичный синтетический газ не содержит смол; в то же время энергопотребление максимально снижается и рабочие характеристики газификатора значительно улучшаются.

На стадии d) первичный синтетический газ охлаждается до температуры 260-320°C, а затем очищается. Так как температура первичного синтетического газа на выходе из газификатора является по-прежнему высокой, примерно 120-1400°C, охлаждение проводится не только для последующего собирания пыли, раскисления и осушки, но также способствует извлечению значительного количества тепла в первичном синтетическом газе, тем самым обеспечивая широкое применение сбросового тепла.

Система для получения синтетического газа из биомассы низкотемпературным пиролизом и высокотемпературной газификацией в соответствии с вышеуказанным способом включает: печь пиролиза, газификатор, низкотемпературный нагреватель с факелом плазмы, высокотемпературный нагреватель с факелом плазмы, емкость для хранения воды, насос подачи воды и теплообменник.

Емкость для хранения воды соединена с вводом воды теплообменника с помощью насоса подачи воды. Отвод водяного пара теплообменника в то же время соединен с вводом водяного пара низкотемпературного нагревателя с факелом плазмы и с вводом водяного пара высокотемпературного нагревателя с факелом плазмы. Ввод водяного пара низкотемпературного нагревателя с факелом плазмы соединен с форсункой водяного пара печи пиролиза. Отвод водяного пара высокотемпературного нагревателя с факелом плазмы соединен с форсункой водяного пара газификатора.

Отвод газа печи пиролиза соединен с вводом газа газификатора, отвод золы печи пиролиза соединен с вводом золы камеры охлаждения золы, и отвод золы камеры охлаждения золы соединен с вводом питания сепаратора зола-кокс. Отвод газа газификатора соединен с вводом газа теплообменника; и отвод газа теплообменника соединен последовательно с пылесборником, башней раскисления и осушителем.

Нагреватель с факелом плазмы имеет преимущество в том, что обеспечивает ультравысокотемпературный нагрев, быстрый тепло- и массоперенос, высокую эффективность и регулируемую тепловую энергию, когда используется для нагревания воды в емкости для хранения воды, высокотемпературный перегретый водяной пар может быть получен эффективно, с высоким выходом и стабильно. Высокотемпературный перегретый водяной пар действует не только как окислитель, но также как энергоноситель, поэтому газификатор работает стабильно. Теплообменник эффективно извлекает большое количество тепла первичного синтетического газа. Вода в емкости для хранения воды перегревается и превращается в насыщенный водяной пар за счет значительного количества тепла, и насыщенный водяной пар затем направляется в нагреватель с факелом плазмы, таким образом, энергопотребление нагревателя с факелом плазмы снижается, и достигается полное использование тепловой энергии.

Азотное защитное устройство соединено с вводом питания печи пиролиза. Азотный изолирующий слой предотвращает утечку неочищенного синтетического газа из газификатора и сохраняет воздух снаружи газификатора, что предотвращает возможность воспламенения и взрыва и обеспечивает свойства неочищенного синтетического газа.

Отвод кокса сепаратора зола-кокс соединен с вводом кокса газификатора с помощью транспортера. Например, шнековый питатель используется для подачи кокса непосредственно в газификатор, так что промежуточная ручная подача исключается, что улучшает стабильность и непрерывность работы газификатора.

Форсунки водяного пара, размещенные на печи пиролиза и газификаторе, расположены на 2-4 уровнях высоты соответственно, и форсунки водяного пара каждого уровня размещены равномерно и тангенциально. Таким образом, перегретый водяной пар распыляется в печи пиролиза и газификаторе на различных уровнях, и равномерное и стабильное температурное поле поддерживается на различных уровнях высоты, обеспечивая полный контакт между перегретым водяным паром и реагентами.

На основе собственных характеристик воды, золы, летучих веществ и температуры плавления золы биомассы, в комбинации с рабочими характеристиками газификатора, в способе по изобретению используется перегретый водяной пар в большей степени, чем традиционный окислитель-воздух или насыщенный кислородом воздух, для получения синтетического газа из биомассы низкотемпературным пиролизом и высокотемпературной газификацией. Преимущества настоящего изобретения суммированы ниже.

Во-первых, перегретый водяной пар используется для непрямой газификации биомассы. Перегретый водяной пар является не только окислителем, но также энергоносителем, поэтому воздух-окислитель или насыщенный кислородом воздух не требуется, что исключает устройство разделения воздуха с высоким энергопотреблением, и энергопотребление всего способа и общие производственные затраты значительно минимизируются.

Во-вторых, самовоспламенения не происходит в биомассе в процессе пиролиза и газификации, поэтому эффективно решаются проблемы традиционного способа газификации, такие как взрыв топлива в печи пиролиза или газификаторе, локальное закоксовывание и трудности регулирования каждого процесса. Поскольку воздух или насыщенный кислородом воздух больше не требуются в реакции, синтетический газ имеет высокое отношение H₂/CO и высокое содержание эффективного газа (CO + H₂), которое составляет выше 85%, таким образом, теплотворная способность синтетического газа значительно улучшается, и использование синтетического газа намного шире.

В-третьих, основными реакционными устройствами являются печь пиролиза и газификатор. Биомасса сначала пиролизуется в неочищенный синтетический газ и кокс при низкой температуре, и оба продукта газифицируются при высокой температуре. Поскольку температурные интервалы установлены подходящим образом, получаемый неочищенный синтетический газ не содержит оксидов щелочных металлов, смола и кокс полностью превращаются в первичный синтетический газ, так что конверсия углерода является очень высокой, в получаемом первичном синтетическом газе отсутствуют загрязнения, которые загрязняют устройства и трубы, вызывая их коррозию, и последующий способ очистки становится намного проще.

В-четвертых, нагреватель с факелом плазмы дает всю тепловую энергию, которая необходима для газификации биомассы перегретым водяным паром снаружи газификатора, тепловая энергия топлива биомассы полностью превращается в химическую энергию, и эффективность охлажденного газа составляет выше 88%, что на 8% выше, чем у традиционного.

В-пятых, нагреватель с факелом плазмы имеет высокую тепловую эффективность и регулируемую вводимую мощность, когда компоненты топлива биомассы изменяются, мощность нагревателя с факелом плазмы может регулироваться, что очень удобно для регулирования температуры перегретого водяного пара и поддержания стабильной работы газификатора, и обеспечиваются стабильный выпуск первичного синтетического газа и стабильные свойства.

Испытания показали, что способ и система по изобретению применимы для различных видов топлив биомассы и особенно применимы в отраслях комбинации совмещенного цикла газификации биомассы и жидкого топлива биомассы.

Краткое описание чертежа

На фиг. 1 представлена структурная диаграмма системы для получения синтетического газа из биомассы низкотемпературным пиролизом и высокотемпературной газификацией по изобретению.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Способ и система для получения синтетического газа из биомассы низкотемпературным пиролизом и высокотемпературной газификацией конкретно описываются со ссылкой на прилагаемый чертеж.

Как показано на фиг. 1, система для получения синтетического газа из биомассы низкотемпературным пиролизом и высокотемпературной газификацией включает: ленточный конвейер 1; бункер 2; шнековый питатель 3; печь 5 пиролиза и газификатор 9 для пиролиза и газификации биомассы соответственно; низкотемпературный нагреватель 8 с факелом плазмы и высокотемпературный нагреватель 10 с факелом плазмы для подачи перегретой воды для печи 5 пиролиза и газификатора 9 соответственно; емкость 17 для хранения воды и насос 16 подачи воды для подачи воды в низкотемпературный нагреватель 8 с факелом плазмы и высокотемпературный нагреватель 10 с факелом плазмы; теплообменник 11 для широкого использования тепловой энергии; и пылесборник 12, башню 13 раскисления и осушитель 14 для последующей очистки синтетического газа.

Выходной конец ленточного конвейера 1 размещен выше ввода в бункер 2, отвод из бункера 2 соединен с вводом питания шнекового питателя 3, и отвод питания из шнекового питателя 3 соединен с вводом питания печи 5 пиролиза.

В качестве ключевого устройства для первой стадии переработки биомассы печь 5 пиролиза имеет корпус с рубашкой воздушного охлаждения или водяного охлаждения, который является теплоизолированным при обычном давлении. Ввод питания печи 5 пиролиза расположен на верхней части или верхнем конце; для обеспечения равномерного введения биомассы и стабильного поля внутри печи пиролиза число вводов питания составляет два или четыре. Азотное защитное устройство 4 соединено с вводом питания печи 5 пиролиза, так что образуется азотный изолирующий слой для эффективного отделения неочищенного синтетического газа от воздуха. Отвод газа печи 5 пиролиза расположен на верхней части или нижней части и соединен трубой с вводом газа газификатора 9, так что неочищенный синтетический газ поступает в газификатор 9. Печь 5 пиролиза имеет отвод золы, расположенный в днище; число отводов золы составляет один или два. Зола, выгружаемая из отвода золы, находится в жидком состоянии. Отвод золы соединен с вводом золы камеры 6 охлаждения золы, содержащей кокс. Отвод золы камеры охлаждения золы соединен с вводом питания сепаратора 7 зола-кокс для отделения кокса от золы. Предпочтительно, отвод кокса сепаратора 7 зола-кокс соединен с вводом кокса газификатора 9 транспортером 19 кокса, что обеспечивает энергосбережение по сравнению с ручной транспортировкой и стабильную и непрерывную работу газификатора 9.

В качестве ключевого устройства для второй стадии переработки биомассы газификатор 9 также имеет корпус с рубашкой воздушного охлаждения или водяного охлаждения, который является теплоизолированным при обычном давлении. Ввод кокса газификатора 9 расположен на верхней части или на верхнем конце. Для обеспечения равномерного введения кокса и стабильного поля внутри газификатора 9 число вводов кокса составляет один или два в соответствии с производительностью. Отвод золы газификатора 9 расположен в днище, из которого зола выгружается в жидком состоянии; число отводов золы составляет один или два в соответствии с производительностью. Отвод газа газификатора 9 расположен на верхней части или нижнем конце и соединен с вводом газа теплообменника 11, отвод газа теплообменника 11 соединен последовательно с пылесборником 12, башней 13 раскисления и осушителем 14, и отвод осушителя 14 соединен с емкостью 15 для хранения газа.

Перегретый водяной пар, распыленный в печи 5 пиролиза и газификаторе 9, преобразуется из мягкой воды или обессоленной воды в емкости 17 для хранения воды путем нагревания. Отвод воды емкости 17 для хранения воды соединен с вводом воды теплообменника 11 насосом 16 подачи воды. Теплообменником 11 обычно является бойлер со скрепером. Отвод водяного пара теплообменника 11 в то же время соединен с вводом водяного пара низкотемпературного нагревателя 8 с факелом плазмы и вводом водяного пара высокотемпературного нагревателя 10 с факелом плазмы. Отвод водяного пара низкотемпературного нагревателя 8 с факелом плазмы соединен трубой с форсункой водяного пара печи 5 пиролиза. Отвод водяного пара высокотемпературного нагревателя 10 с факелом плазмы соединен трубой с форсункой водяного пара газификатора 9. Предпочтительно, форсунки водяного пара, размещенные на печи 5 пиролиза и газификаторе 9, расположены на 2-4 уровнях высоты соответственно, и форсунки водяного пара каждого уровня размещены равномерно и тангенциально. Таким образом, поддерживается равномерная и стабильная подача пара и достигается полный контакт между перегретым водяным паром и реагентами.

Система также включает хранилище 18 золы, и твердая зола из сепаратора 7 зола-кокс и жидкая зола из газификатора 9 направляются в хранилище 18 золы ручным или механизированным способом.

Способ получения синтетического газа из биомассы низкотемпературным пиролизом и высокотемпературной газификацией с использованием вышеуказанной системы конкретно описывается следующим образом.

A) Измельченная биомасса направляется в печь 5 пиролиза с помощью ленточного конвейера 1, бункера 2 и шнекового питателя 3 в заданном порядке, в то же время азот подается из азотного защитного устройства 4 на ввод питания печи 5 пиролиза. Когда биомассой является серая солома, например, ветви и корни деревьев, размер частиц биомассы регулируется ниже 20 мм × 20 мм, и водосодержание биомассы регулируется ниже 40% мас. Когда биомассой является желтая солома, например, шелуха обмолоченного зерна, солома, стебли злаков, размер частиц биомассы может быть относительно большим.

B) Обессоленная вода выпускается из емкости 17 для хранения воды и с помощью насоса 16 подачи воды подается на ввод воды теплообменника 11, где обессоленная вода обменивается теплом с первичным синтетическим газом, поступающим от ввода газа теплообменника 11, и значительное количество тепла экстрагируется обессоленной водой, в процессе чего получается насыщенный водяной пар с 0,4-0,6 МПа. Насыщенный водяной пар выпускается из отвода водяного пара теплообменника 11 в низкотемпературный нагреватель 8 с факелом плазмы и высокотемпературный нагреватель 10 с факелом плазмы и преобразуется в перегретый водяной пар при различных температурах.

C) Низкотемпературный перегретый водяной пар, получаемый из низкотемпературного нагревателя 8 с факелом плазмы, находится при температуре 500-800°C и подается в печь 5 пиролиза форсунками водяного пара. Рабочими параметрами печи 5 пиролиза являются следующие: температура 500-650°C и давление 105-109 кПа. Скорость подачи низкотемпературного перегретого водяного пара в печь 5 пиролиза регулируется в интервале 35-50 м/с, так что биомасса полностью контактирует с низкотемпературным перегретым водяным паром и пиролизуется в неочищенный синтетический газ и золу, содержащую кокс. Неочищенный синтетический газ выдерживается в печи 5 пиролиза в течение 15-20 с, и скорость отведения низкотемпературного перегретого водяного пара из печи 5 пиролиза регулируется в интервале 15-20 м/с.

D) Неочищенный синтетический газ при температуре 500-650°C поступает из печи 5 пиролиза по трубе на ввод газа газификатора 9; а зола, содержащая кокс, при температуре 500-650°C направляется из отвода золы печи 5 пиролиза в камеру охлаждения золы, после извлечения тепла температура золы, содержащей кокс, снижается до величины ниже 150°C. Кокс отделяется от золы сепаратором 7 зола-кокс. Кокс затем подается на ввод кокса газификатора 9 транспортером 19 кокса, а зола из сепаратора 7 зола-кокс направляется в хранилище 18 золы.

E) Высокотемпературный перегретый водяной пар, получаемый из высокотемпературного нагревателя 10 с факелом плазмы, находится при температуре 1200-1600°C и подается в газификатор 9 форсунками водяного пара. Рабочими параметрами газификатора 9 являются следующие: температура 1200-1400°C и давление 105-109 кПа. Скорость подачи высокотемпературного перегретого водяного пара в газификатор 9 регулируется в интервале 35-50 м/с, так что неочищенный синтетический газ полностью контактирует с высокотемпературным перегретым водяным паром и газифицируется в первичный синтетический газ. Первичный синтетический газ выдерживается в газификаторе 9 в течение 15-20 с, и скорость отведения первичного синтетического газа из газификатора 9 регулируется в интервале 15-20 м/с.

F) Жидкая зола при температуре 1200-1400°C выпускается из отвода золы газификатора 9 и направляется в хранилище 18 золы для применения в различных отраслях. Первичный синтетический газ при температуре 1200-1400°C поступает по трубе из газификатора 6 на ввод газа теплообменника 11. После охлаждения до температуры 260-320°C обессоленной водой первичный синтетический газ выпускается из отвода газа теплообменника 11 в пылесборник 12. Пыль из первичного синтетического газа задерживается пылесборником 12, и концентрация пыли первичного синтетического газа на выходе из пылесборника 12 составляет менее 50 мг/Нм³.

G) После удаления пыли первичный синтетический газ направляется в башню 13 раскисления, в которой удаляются вредные ингредиенты, подобные H₂S, COS, HCl, NH₃ и HCN.

H) После раскисления первичный синтетический газ поступает в осушитель 14, в котором удаляется вода, и получается чистый синтетический газ. Чистый синтетический газ направляется в емкость 15 хранения газа и хранится для дальнейшего промышленного применения.

После многоразовых испытаний и определения данных основные компоненты и характеристики чистого синтетического газа показаны в таблице 1. Как показано в таблице 1, чистый синтетический газ, полученный данным способом, содержит 90% общего содержания (CO + H₂), соотношение H₂/CO равно или больше 1, теплотворная способность синтетического газа составляет 12,5-13,4 МДж/Нм³, и эффективность охлажденного газа составляет примерно 88%. Таким образом, синтетический газ может принести большую экономическую выгоду и является особенно применимым в отраслях комбинации совмещенного цикла газификации биомассы и жидкого топлива биомассы.

Таблица 1 Номер Компонент Единица Значение 1 CO % об. 30-40 2 H₂ % об. 40-50 3 N₂+Ar % об. <1,0 4 CO₂ % об. 15-20 5 CH₂ % об. 5-6 6 CnHm % об. <2 7 Теплотворная способность синтетического газа (LHV) МДж/Нм³ 12,5-13,4 8 Эффективность охлажденного газа % -88,0

Изобретение относится к химической промышленности. Перегретый водяной пар используется в качестве окислителя и энергоносителя. Измельченную биомассу подвергают низкотемпературному пиролизу. Полученный при пиролизе неочищенный синтетический газ и кокс подвергают высокотемпературной газификации с получением синтетического газа, не содержащего смолы. Синтетический газ подвергают последовательным операциям охлаждения, удаления пыли, раскисления и обезвоживания. Изобретение позволяет получить синтетический газ с высокой теплотворной способностью, без смолы или оксидов щелочного металла. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ получения синтетического газа из биомассы низкотемпературным пиролизом и высокотемпературной газификацией, в котором используется перегретый водяной пар в качестве окислителя и энергоносителя, с проведением пиролиза и газификации биомассы в различных температурных интервалах и получением в результате чистого синтетического газа, включающий:
a) измельчение биомассы, подачу биомассы в печь пиролиза с одновременным распылением низкотемпературного перегретого водяного пара в печи пиролиза, регулирование печи пиролиза в интервале рабочей температуры 500-800°C, контактирование биомассы с низкотемпературным перегретым водяным паром для проведения реакции пиролиза с выходом неочищенного синтетического газа и золы, содержащей кокс;
b) охлаждение золы и отделение кокса от золы;
с) подачу неочищенного синтетического газа и кокса в газификатор, распыление высокотемпературного перегретого водяного пара в газификаторе, регулирование газификатора в интервале рабочей температуры 1200-1600°C, контактирование биомассы с высокотемпературным перегретым водяным паром для проведения реакции газификации с выходом первичного синтетического газа; и
d) охлаждение, удаление пыли, раскисление и осушку первичного синтетического газа с получением чистого синтетического газа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что биомасса, измельченная на стадии а), имеет размер частиц не более 20 мм × 20 мм и водосодержание не более 40% мас.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на стадии a) на вводе питания печи пиролиза предусматривается атмосфера азота.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что
рабочая температура печи пиролиза на стадии a) регулируется в интервале 500-650°C, рабочее давление печи пиролиза регулируется в интервале 105-109 кПа;
скорость подачи низкотемпературного перегретого водяного пара в печь пиролиза составляет 35-50 м/с; и
время удерживания неочищенного синтетического газа в печи пиролиза составляет 15-20 с, и скорость отведения неочищенного синтетического газа из печи пиролиза составляет 15-20 м/с.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что
рабочая температура газификатора на стадии c) регулируется в интервале 1200-1400°C, рабочее давление газификатора регулируется в интервале 105-109 кПа;
скорость подачи высокотемпературного перегретого водяного пара в газификатор составляет 35-50 м/с; и
время удерживания неочищенного синтетического газа в газификаторе составляет 15-20 с, и скорость отведения первичного синтетического газа из газификатора составляет 15-20 м/с.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на стадии d) первичный синтетический газ охлаждается до температуры 260-320°C.

7. Система для получения синтетического газа из биомассы низкотемпературным пиролизом и высокотемпературной газификацией в соответствии со способом по п.1, которая включает:
печь (5) пиролиза;
газификатор (9);
низкотемпературный нагреватель (8) с факелом плазмы;
высокотемпературный нагреватель (10) с факелом плазмы;
емкость (17) для хранения воды;
насос (16) подачи воды; и
теплообменник (11),
отличающаяся тем, что
емкость (17) для хранения воды соединена с вводом воды теплообменника (11) с помощью насоса (16) подачи воды;
отвод водяного пара теплообменника (11) соединен с вводом водяного пара низкотемпературного нагревателя (8) с факелом плазмы и с вводом водяного пара высокотемпературного нагревателя (10) с факелом плазмы;
отвод водяного пара низкотемпературного нагревателя (8) с факелом плазмы соединен с форсункой водяного пара печи (5) пиролиза;
отвод водяного пара высокотемпературного нагревателя (10) с факелом плазмы соединен с форсункой водяного пара газификатора (9);
отвод газа печи (5) пиролиза соединен с вводом газа газификатора (9), отвод золы печи (5) пиролиза соединен с вводом золы камеры (6) охлаждения золы, отвод золы камеры (6) охлаждения золы соединен с вводом питания сепаратора (7) зола-кокс;
отвод газа газификатора (9) соединен с вводом газа теплообменника (11); и
отвод газа теплообменника (11) соединен последовательно с пылесборником (12), башней (13) раскисления и осушителем (14).

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что азотное защитное устройство (4) соединено с вводом питания печи (5) пиролиза.

9. Система по п.7 или 8, отличающаяся тем, что отвод кокса сепаратора (7) зола-кокс соединен с вводом кокса газификатора (9) с помощью транспортера (19) кокса.

10. Система по п.7 или 8, отличающаяся тем, что форсунки водяного пара, размещенные на печи (5) пиролиза и газификаторе (9), расположены на 2-4 уровнях высоты соответственно и форсунки водяного пара каждого уровня размещены равномерно и тангенциально.