CN115141657A - 一种生物质制粗煤气的方法 - Google Patents

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吴昌保
宋星星
温繁生
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features

Abstract

本发明公开了一种生物质制粗煤气的方法，将生物质与原料煤混配作为气化炉原料，送入粉煤气化炉中进行气化反应，制得粗煤气；所述气化炉原料包括生物质、优选煤、其他原煤和石灰石粉；所述优选煤为哈氏可磨指数大于50，挥发份含量小于30％，灰分含量为12‑25％，灰中氧化钾与氧化钠总含量为1‑3％，灰中硅铝比为1.5‑3.5，灰中氧化钙含量为1‑20％；所述其他原煤为除优选煤以外的煤种。本发明通过严格控制生物质和原料煤的混配比例，将其作为气流床粉煤气化炉原料，确保其哈氏可磨指数、挥发分含量、灰分含量、灰中钾钠含量、灰中硅铝比和氧化钙含量等满足气流床粉煤气化炉对入炉原料的质量要求，经气化后制成粗煤气。

Description

一种生物质制粗煤气的方法
技术领域
本发明属于生物质清洁生产与应用技术领域，涉及一种综合利用生物质和生产粗煤气的方法，特别涉及一种生物质制粗煤气的方法。
背景技术
目前，我国生物质利用主要方法是制成生物质炭销售。农村秸秆直接废弃焚烧，竹器厂边废料烧制成木炭。以上方法不仅浪费有机生物质资源，而且在生产生物质炭或焚烧过程中产生大量的二氧化碳排放至大气中，严重影响大气环境。在全球气候变暖的大形势下，洁净处理和有效利用生物质是全球所面临的难题。近年来，生物质气化及发电技术在发达国家已受到广泛重视，如美国、奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威和瑞典等国家生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位，美国建立的Battelle生物质气化发电示范工程代表生物质能利用的世界先进水平。奥地利成功地实施了建立燃烧木材剩余物的区域供电站的计划，生物质能在总能耗中的比例由原来大约2％～3％增到目前的25％，该国现已拥有装机容量为1～2MWe的区域供热站80～90座。瑞典和丹麦正在实施利用生物质进行热电联产的计划，使生物质能在转换为高品位电能的同时满足供热的需求，以大大提高其转换效率。日本资源能源厅调查结果显示，2001年日本有83家生物质废弃物发电厂，形式为废弃塑料等与重油等化石燃料混烧发电，2003年又投资约14.5亿日元建设了发电量为3MW的生物质发电项目，年利用林业和建材业废旧材料5.9万t。菲律宾、马来西亚以及非洲的一些国家，都先后开展了生物质能的气化、成型、热解等技术的研究开发。
经过20多年的发展，目前国内外生物质气化及生物质与煤共气化技术主要有上吸式、下吸式、鼓泡流化床、循环流化床等，但受到技术条件限制，气化温度普遍温度控制在1200℃以下，低温生物质气化导致产品气中携带大量的难以气化的焦油，如果下游不脱除焦油会导致气体输送管道及设备堵塞、腐蚀、结垢等，而如果通过普遍采用的水洗等技术脱除，会造成有机焦油浪费和二次环境污染。同时，因生物质热值普遍较低，单独气化时温度难以达到能使焦油裂解气化的理想温度。
发明内容
为了解决现有生物质气化中存在的问题，实现气流床粉煤气化炉高温气化生物质，本发明的目的在于提供一种生物质制粗煤气的方法，将生物质加入至原料煤中，通过严格控制生物质和原料煤的混配比例，将其作为高温高压气流床粉煤气化炉原料，确保其哈氏可磨指数、挥发分含量、灰分含量、灰中钾钠含量、灰中的硅铝比(SiO2与Al2O3质量百分含量比)和氧化钙含量等指标，满足气流床粉煤气化炉对入炉原料的质量要求，经高温、弱还原反应后制成粗煤气。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种生物质制粗煤气的方法，将生物质与原料煤混配作为气化炉原料，送入粉煤气化炉中进行气化反应，制得粗煤气；
所述气化炉原料包括如下组份：
Figure BDA0002998418790000021
所述优选煤为哈氏可磨指数大于50，挥发份含量小于30wt％，灰分含量为12-25wt％，灰中氧化钾与氧化钠总含量为1.0-3.0wt％，灰中硅铝比为1.5-3.5，灰中氧化钙含量为1-20wt％；所述其他原煤为除优选煤以外的煤种。
本发明中的生物质可以商购，也可以采用常规方法获得，例如将生物质原料切割破碎成粉，干燥后通过绞龙输送机输送到筛分机进行筛分，再送至滚筒式烘干机进行热风干燥，烘干机内湿气利用旋风分离器排出，生物质粉通过螺旋输送机送至颗粒成型机制成生物质颗粒，经过逆流式冷却系统冷却至常温即可。生物质颗粒没有特殊要求，尽量使其堆密度接近原料煤(优选煤或其他原煤)更优。生物质的种类则采用农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质，例如芦苇、竹屑、木屑、农业秸秆、花生壳、豆壳、稻壳、麦麸、中药渣等。
作为优选，所述气化炉原料包括如下组份：
Figure BDA0002998418790000031
作为优选，所述气化炉原料的灰熔点为1200-1440℃。
作为优选，所述气化炉原料的哈氏可磨指数为50-90。
作为优选，所述气化炉原料的挥发分含量小于30wt％。
作为优选，所述气化炉原料的灰中硅铝比为1.8-3.0。
作为优选，所述气化炉原料的灰中氧化钙含量为10-15wt％。
本发明将生物质与原料煤混配后，将其作为高温高压气流床粉煤气化炉原料，确保其哈氏可磨指数、挥发分含量、灰分含量、灰中钾钠含量、灰中的硅铝比(SiO2与Al2O3质量百分含量比)和氧化钙含量等指标，满足气流床粉煤气化炉对入炉原料的质量要求，送入粉煤气化炉中进行气化反应，生物质中的碳氢氧元素转化成一氧化碳和氢气，送至下游分离出较纯净一氧化碳和氢气作为炼油化工企业原料，硫元素转化为硫化氢，送至下游分离出较纯净硫化氢作为制备硫酸原料，氮元素转化为氨气，送至下游分离出较纯净氨作为化工企业原料，生物质灰分随气化炉灰渣排出，用于建筑材料。
本发明无需额外加入其他原辅材料，不需要设置废料回收及处理流程，不对大气排放气体，不对环境造成影响，而通常影响粉煤气化炉运行的原料灰分及其灰组成，可以通过生物质与原料煤的混配比率，以及石灰石加入量来严格控制，确保粉煤气化炉长周期安全稳定运行。
本发明的优势在于：
1、本发明通过生物质与原料煤混配，能够满足粉煤气化炉对入炉原材料的质量要求，无需额外加入其他原辅材料，不需要设置废料回收及处理流程，简单高效。
2、本发明通过生物质与原料煤混配，能够使生物质充分气化，制成粗煤气后，运用于化工企业原料或民用燃料，不对大气排放气体，不对环境造成影响，产生极佳的经济效益和社会效益。
3、本发明通过生物质与原料煤混配，能够使气化炉温度达到1400-1700摄氏度，利用高温弱还原条件将生物质充分气化，不造成有机物质浪费和二次环境污染，不对现有高温高压气流床粉煤气化装置运行产生影响。
4、本发明通过生物质与原料煤混配，充分利用生物质残、废弃物，减少煤炭开采与使用，实现碳中和与碳循环。
5、本发明通过生物质与原料煤混配，改变气化炉原料煤的组成，使调配后的原料煤适应煤气化装置要求，煤气化用原料选择范围更广。
具体实施方式
下面将通过实施例对本发明作进一步的描述，这些描述并不是要对本发明的内容作进一步的限定。本领域的技术人员应理解，对本发明内容的技术特征所做的等同替换，或相应的改进，仍属于本发明的保护范围之内。
实施例1
分析下列原料煤和生物质的灰分、主要灰组成及主要元素组成，如竹屑、木屑，结果见表1。
表1原料煤(优选煤和其他原煤)和生物质的分析数据(含量：wt％)
Figure BDA0002998418790000041
本实施例中，AP粉煤气化炉气化反应温度为1400-1700℃，压力为2.5-5.0MPag。
(1)本公司AP粉煤气化炉原料煤原始配方为：
Figure BDA0002998418790000042
Figure BDA0002998418790000051
采用运行性能测试的方法，确定气化过程中原料消耗和能源消耗。运行5天后，平均每天原料煤消耗2273T，平均每天粗煤气有效气(CO+H2)产量3152KNM3，煤转化率为98.60％，其结果如表2所示。
(2)将生物质与原料煤混配形成新的2个配方分别为：
配方1：
Figure BDA0002998418790000052
配方2：
Figure BDA0002998418790000053
采用运行性能测试的方法，确定气化过程中原料消耗和能源消耗。运行5天后，平均每天原料煤消耗1982T，平均每天木屑消耗195T，平均每天粗煤气有效气(CO+H2)产量3218KNM3，转化率为99.21％，其数据见表2。
表2运行性能测试气化生产数据
Figure BDA0002998418790000054
Figure BDA0002998418790000061
对比例1
将配方1的运行情况与常规的固定床、流化床气化运行情况进行比较，结果见表3：
表3与其他气化方式对比数据
Figure BDA0002998418790000062
对比例2
将配方1的运行情况与单独生物质(纯木质)气化运行情况进行比较，结果见表4：
表4与单独生物质(纯木质)气化运行对比数据
Figure BDA0002998418790000071
对比例3
将配方1的运行情况与不加优选煤气化运行情况进行比较，结果见表5：
表5与不加优选煤的气化运行对比数据
Figure BDA0002998418790000072
Figure BDA0002998418790000081
对比例4
将配方1的运行情况与增加生物质加入量后运行情况进行比较，结果见表6：
表6与增加生物质加入量后气化运行对比数据
Figure BDA0002998418790000082

Claims (7)

1.一种生物质制粗煤气的方法，其特征在于：将生物质与原料煤混配作为气化炉原料，送入粉煤气化炉中进行气化反应，制得粗煤气；
所述气化炉原料包括如下组份：
Figure RE-FDA0003110204250000011
所述优选煤为哈氏可磨指数大于50，挥发份含量小于30wt％，灰分含量为12-25wt％，灰中氧化钾与氧化钠总含量为1.0-3.0wt％，灰中硅铝比为1.5-3.5，灰中氧化钙含量为1-20wt％；所述其他原煤为除优选煤以外的煤种。
2.根据权利要求1所述的一种生物质制粗煤气的方法，其特征在于：所述气化炉原料包括如下组份：
Figure RE-FDA0003110204250000012
3.根据权利要求1或2所述的一种生物质制粗煤气的方法，其特征在于：所述气化炉原料的灰熔点为1200-1440℃。
4.根据权利要求1或2所述的一种生物质制粗煤气的方法，其特征在于：所述气化炉原料的哈氏可磨指数为50-90。
5.根据权利要求1或2所述的一种生物质制粗煤气的方法，其特征在于：所述气化炉原料的挥发分含量小于30wt％。
6.根据权利要求1或2所述的一种生物质制粗煤气的方法，其特征在于：所述气化炉原料的灰中硅铝比为1.8-3.0。
7.根据权利要求1或2所述的一种生物质制粗煤气的方法，其特征在于：所述气化炉原料的灰中氧化钙含量为10-15wt％。
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