CN116083125A - 一种以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统及其工作方法 - Google Patents

一种以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统及其工作方法，属于生物质气化技术领域。包括生物质料仓、气化炉、热解反应器、生物质炭仓、燃烧器、高温裂解反应器、气化反应器、换热器和CO2分离装置。本发明通过控制气化剂中CO2和O2的不同比例在气化反应器中可以实现生物质炭与气化气比例在一定范围内的调控，从而实现与工程或者用户实际需求的完美契合。本发明的自动化程度高、控制灵活，在实现CO2固定、减少净CO2排放的同时，实现生物质炭与气化气比例在一定范围内的调控，从而实现与工程或者用户实际需求的完美契合，具有良好的应用前景。

Description

一种以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统及其工作方法
技术领域
本发明属于生物质气化技术领域，具体涉及一种以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统及其工作方法。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭及环境污染问题的日益突出，寻求一种可再生能源来代替化石能源是人们的共识，而生物质能由于其可再生、绿色等优点受到广泛关注。另外在双碳背景下，实现CO2的固定、降低CO2的排放对保护环境以及减弱温室效应尤为重要。生物质作为一种CO2中性和环境友好的新能源，它由植物光合作用吸收CO2形成，可通过燃烧和气化之类的热转化将其储存的能量释放，占目前世界能源消耗量的14％。
生物质气化是一项极具潜力的技术，不仅可产生热量，还可产生用于工业生产或燃烧发电的高热值合成气。目前已对生物质气化进行了大量实验和模拟研究，然而使用的气化剂大多是空气、水蒸气以及其混合物，而少有研究去关注二氧化碳气化。CO2是引起全球变暖的最主要气体，其处理需消耗大量的经济成本，因此，二氧化碳气化技术对减少CO2排放及提高产业经济性具有重要意义。
另外，生物质作为一种优质的资源，在气化产生高热值燃气的同时还会产生副产物炭，而正常条件下气化炉产生的炭品质较低，其品质和活性并不足以作为生物质炭或者活性炭使用，需要通过改变热解的条件来提升副产物炭的品质或活性。而分段气化可以通过控制反应条件使得生物质的热解、还原、氧化在不同的反应器中进行，并可以调控热解段的反应条件来满足对生物质炭的需求。但是，生物质燃气的产生和利用会受到地域还有季节等的限制，对于富含农林生物质的地区，由于农林生物质产得的生物质炭的品质较高，适合用于活性炭、工业用炭等行业，需求量十分巨大。在夏天，居民和工业上对于用于供热、供暖的燃气需求量较冬天低，此时就可将副产物炭作为主产物生产。因此，灵活的调控炭气比例，是未来工业生物质气化的关键。
发明内容
为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统及其工作方法，在实现CO2固定、减少净CO2排放的同时，实现生物质炭与气化气比例在一定范围内的调控，从而实现与工程或者用户实际需求的完美契合。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明公开的一种以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统，包括生物质料仓、气化炉、热解反应器、生物质炭仓、燃烧器、高温裂解反应器、气化反应器、换热器和CO2分离装置；
生物质料仓分别与气化炉和热解反应器的原料进口连接，气化炉的气化气出口与热解反应器的气化气进口连接，气化炉的炭出口与燃烧器的炭进口连接，气化炉连接有O2进气管；热解反应器的生物质炭出口与生物质炭仓的第一生物质炭入口连接，热解反应器的气化气出口与高温裂解反应器的第一气化气进口连接；生物质炭仓的生物质炭出口与气化反应器的生物质炭进口连接；燃烧器的气化气出口与高温裂解反应器的第二气化气进口连接，燃烧器连接有O2进气管；高温裂解反应器的气化气出口与气化反应器的气化气进口连接；气化反应器的气化气出口与换热器的气化气进口连接；换热器的O2出口与气化反应器的O2进口连接，换热器的气化气出口与CO2分离装置的气化气进口连接，换热器连接有O2进气管；CO2分离装置的第一CO2出口与气化反应器的CO2进口连接，CO2分离装置的第二CO2出口与热解反应器的CO2进口连接；CO2分离装置连接有气化气排出管。
优选地，生物质料仓与气化炉和热解反应器的原料进口之间的管路上均设有回料阀；生物质炭仓的生物质炭出口与气化反应器的生物质炭进口之间的管路设有回料阀；气化炉的气化气出口与热解反应器的气化气进口之间的管路上设有气化气进气调节阀；换热器的O2出口与气化反应器的O2进口之间的管路上设有O2进气调节阀；CO2分离装置的第一CO2出口与气化反应器的CO2进口之间的管路上设有CO2气调节阀。
优选地，高温裂解反应器包括第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体通过隔板分隔；第一腔体内设有耐高温环管，耐高温环管的内管进口与第一气化气进口连接，耐高温环管的外管进口与第二气化气进口连接，耐高温环管的内管出口和耐高温环管的外管出口均与第二腔体连通；高温裂解反应器的气化气出口设在第二腔体上。
进一步优选地，耐高温环管的内管材质为铝合金，外管材质为不锈钢；内管的尺寸满足下式：
Figure BDA0004137258360000031
式中，Di为内管的直径，m；L为耐高温环管的长度，m；δ为内管的壁厚，m；燃烧器的气化气质量流量与热解反应器的质量流量的比值为3:1。
优选地，高温裂解反应器的反应温度为1100～1300℃。
优选地，换热器为管壳式换热器，管程为气化气，壳程为O2。
优选地，燃烧器内氧气的浓度＞70％。
优选地，CO2分离装置为膜分离式。
本发明公开的上述以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统的工作方法，包括：
来自生物质料仓的生物质原料分别进入气化炉和热解反应器，生物质原料在气化炉内以O2作为气化剂进行气化反应，产生炭和气化气；生物质原料在热解反应器内CO2氛围下进行热解反应；气化炉产出的炭进入燃烧器燃烧，产出的高温气体进入高温裂解反应器，为高温裂解反应器提供热量；热解反应器产出的炭进入生物质炭仓，进入气化反应器用于气化还原阶段；气化炉产出的气化气进入热解反应器，为热解段提供热量；热解反应器产出的气化气进入高温裂解反应器进行焦油的高温裂解催化；高温裂解反应器产出的气化气进入气化反应器进行气化还原，通过控制CO2和O2的量，调控系统产物的量；气化反应器产出的气化气进入换热器与O2换热，升温后的O2进入气化反应器作为气化剂；降温后的气化气进入CO2分离装置，分离出的CO2分别进入热解反应器和气化反应器。
优选地，气化反应器内的温度为800～900℃；气化反应器内气化剂与生物质炭的摩尔比为0.3～1.1，气化剂中CO2与O2的摩尔比为0～2.7；最终炭产率为10％～30％；最终炭产率、气化剂与生物质炭的摩尔比和气化剂中CO2与O2的摩尔比满足下式：
Figure BDA0004137258360000041
式中，w为最终炭产率，y为气化剂与生物质炭的摩尔比，z为气化剂中CO2与O2的摩尔比。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统，以CO2作为气化剂，利用CO2与生物质炭的气化作用产生CO，能够实现CO2的固定，减少净CO2排放，具有良好的环境效应。同时能够减少水蒸气蒸发所需的能量；合成气中的H2/CO比易于调整，能够满足特定的工业要求；有益于CO2循环利用和降低CO2净排放量。CO2作为热解气氛的时候可以对炭表面的结构进行改善和活化，从而提高生物质炭的品质和活性。本发明以CO2和O2作为气化剂通入到气化反应器中，炭与O2的反应速率极快是消耗炭的主要反应且反应速率随O2浓度变化而变化，而炭与CO2的反应较慢同样会随CO2的浓度变化而变化，同时炭与CO2的反应为吸热反应，加入CO2会使得气化反应器里温度降低，从而降低炭与O2的反应速率，降低炭的消耗。因此通过控制气化剂中CO2和O2的不同比例在气化反应器中可以实现生物质炭与气化气比例在一定范围内的调控，从而实现与工程或者用户实际需求的完美契合。系统分别在气化炉、热解反应器设置原料进料口，其中热解反应器的产物炭品质较高，符合商业生物质炭的要求，可以作为产物出炭，而气化炉的副产物炭品质较低，可以用于燃烧提供热量。因此可以通过控制进入两个原料进料口的生物质原料的比例，满足热量供给利用的同时能够实现生物质炭的高品质和高产率。系统将气化炉的气化气出口与热解反应器的气化气进口相连，利用气化炉出口气化气温度较高的特点，来提供热解过程所需要的热量。系统中的高温裂解反应器，通过燃烧器中燃烧反应提供的热量实现焦油的高温裂解脱除，极大地降低了气化气和气化气中的焦油含量。系统中设置的换热器，将气化反应器出来的气体与进入气化反应器的气化剂O2进行换热，防止气化剂温度过低降低气化反应器的温度，实现了余热利用。系统分为两个完整的气化过程，其中一个完整的气化过程在气化炉中进行，此时发生的干燥、热解，氧化，还原过程并没有明显的分界面，对于反应时的气相与固相、气化剂与反应气的接触时间并不能够控制。而另外一个完整的气化过程，分别在不同的反应器中控制不同的反应条件，实现热解、氧化、还原的分段气化，这种分段气化有利于实现产物的灵活分配调控。
进一步地，通过设置阀门来控制气化气进入热解反应器的速率从而来控制热解反应器的温度，实现热量合理利用的同时能够控制热解反应的条件。
本发明公开的上述以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统的工作方法，自动化程度高、控制灵活，在实现CO2固定、减少净CO2排放的同时，实现生物质炭与气化气比例在一定范围内的调控，从而实现与工程或者用户实际需求的完美契合，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的系统整体结构示意图。
图中：1-生物质料仓，2-气化炉，21-气化炉原料进口，22-气化炉气化气出口，23-炭出口，24-气化炉O2进口，3-热解反应器，31-热解反应器原料进口，32-热解反应器气化气进口，33-热解反应器CO2进口，34-生物质炭出口，35-热解反应器气化气出口，4-生物质炭仓，41-第一生物质炭入口，42-生物质炭出口，43-第二生物质炭入口，5-燃烧器，51-炭进口，52-燃烧器气化气出口，53-燃烧器O2进口，6-高温裂解反应器，61-第一气化气进口，62-第二气化气进口，63-高温裂解反应器气化气出口，7-气化反应器，71-气化反应器气化气进口，72-生物质炭进口，73-气化反应器O2进口，74-气化反应器CO2进口，75-气化反应器气化气出口，76-生物质炭出口，8-换热器，81-换热器气化气进口，82-换热器O2进口，83-O2出口，84-换热器气化气出口，9-CO2分离装置，91-CO2分离装置气化气进口，92-第一CO2出口，93-第二CO2出口，94-CO2分离装置气化气出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，本发明的以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统，包括生物质料仓1、气化炉2、热解反应器3、生物质炭仓4、燃烧器5、高温裂解反应器6、气化反应器7、换热器8和CO2分离装置9。
气化炉2上分别开设有气化炉原料进口21、气化炉气化气出口22、炭出口23和气化炉O2进口24。
热解反应器3上分别开设有热解反应器原料进口31、热解反应器气化气进口32、热解反应器CO2进口33、生物质炭出口34和热解反应器气化气出口35。
生物质炭仓4上分别开设有第一生物质炭入口41、生物质炭出口42和第二生物质炭入口43。
燃烧器5上分别开设有炭进口51、燃烧器气化气出口52和燃烧器O2进口53。
高温裂解反应器6上分别开设有第一气化气进口61、第二气化气进口62和高温裂解反应器气化气出口63。
气化反应器7上分别开设有气化反应器气化气进口71、生物质炭进口72、气化反应器O2进口73、气化反应器CO2进口74、气化反应器气化气出口75、生物质炭出口76。
换热器8上分别开设有换热器气化气进口81、换热器O2进口82、O2出口83和换热器气化气出口84。
CO2分离装置9上分别开设有CO2分离装置气化气进口91、第一CO2出口92、第二CO2出口93和CO2分离装置气化气出口94。
生物质料仓1分别与气化炉原料进口21和热解反应器原料进口31连接，气化炉气化气出口22与热解反应器气化气进口32连接，炭出口23与炭进口51连接，气化炉O2进口24连接有O2进气管；生物质炭出口34与第一生物质炭入口41连接，热解反应器气化气出口35与第一气化气进口61连接；生物质炭出口42与生物质炭进口72连接；燃烧器气化气出口52与第二气化气进口62连接，燃烧器O2进口53连接有O2进气管；高温裂解反应器气化气出口63与气化反应器气化气进口71连接；气化反应器气化气出口75与换热器气化气进口81连接；换热器8的O2出口83与气化反应器O2进口73连接，换热器气化气出口84与CO2分离装置气化气进口91连接，换热器气化气进口81连接有O2进气管；CO2分离装置9的第一CO2出口92与气化反应器CO2进口74连接，CO2分离装置9的第二CO2出口93与热解反应器CO2进口33连接；CO2分离装置气化气出口94连接有气化气排出管。
在本发明的一个较优的实施例中，生物质料仓1与气化炉2和热解反应器3的原料进口之间的管路上均设有回料阀；生物质炭仓4的生物质炭出口与气化反应器7的生物质炭进口72之间的管路设有回料阀；气化炉2的气化气出口与热解反应器3的气化气进口之间的管路上设有气化气进气调节阀；换热器8的O2出口83与气化反应器7的O2进口之间的管路上设有O2进气调节阀；CO2分离装置9的第一CO2出口92与气化反应器7的CO2进口之间的管路上设有CO2气调节阀。
在本发明的一个较优的实施例中，高温裂解反应器6包括第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体通过隔板分隔；第一腔体内设有耐高温环管，耐高温环管的内管进口与第一气化气进口61连接，耐高温环管的外管进口与第二气化气进口62连接，耐高温环管的内管出口和耐高温环管的外管出口均与第二腔体连通；高温裂解反应器6的气化气出口设在第二腔体上。优选地耐高温环管的内管材质为铝合金，外管材质为不锈钢；内管的尺寸满足下式：
Figure BDA0004137258360000081
式中，Di为内管的直径，m；L为耐高温环管的长度，m；δ为内管的壁厚，m；燃烧器5的气化气质量流量与热解反应器2的质量流量的比值为3:1。
在本发明的一个较优的实施例中，高温裂解反应器6的反应温度为1100～1300℃。
在本发明的一个较优的实施例中，换热器8为管壳式换热器，管程为气化气，壳程为O2。
在本发明的一个较优的实施例中，燃烧器5内氧气的浓度＞70％。
在本发明的一个较优的实施例中，CO2分离装置9为膜分离式。
上述以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统的工作方法，包括：
生物质料仓1提供生物质原料给气化炉2和热解反应器3；气化炉2里依次完成干燥、热解、氧化、还原等过程产生炭和气化气，热解反应器3则进行热解炭化过程，其中，气化炉2的气化剂为O2或者空气，以O2作为优选。而热解反应器3中开设CO2进口用来营造CO2气氛，值得说明的是，CO2氛围下的热解有利于生物炭表面形成多孔结构和提高表面官能团芳香化程度。因此气化炉2产出的炭相比较于热解反应器3而言，质量较差，活性较低，所以将气化炉2里产生的炭直接在燃烧器5里燃烧用于给系统提供热量，而将热解反应器3产生的炭储存在生物质炭仓4中，并经气化反应器7用于气化还原阶段。此外，对于气化炉2而言，由于气化气从气化炉的下部排出，因此气化气的温度较高，考虑到对能量的综合利用，可以用此部分气化气来为热解反应器中的热解段提供热量，因此将气化炉2的气化炉气化气出口22与热解反应器3的热解反应器气化气进口32相连。热解反应器3发生热解反应生成炭和气化气，而热解时产生的气化气的焦油含量较高，因此需要通入到高温裂解反应器6里进行焦油的高温裂解催化，而焦油高温裂解所需的能量则由气化炉2产生的炭在燃烧器5里燃烧时释放的热量提供，值得说明的是，此时热量传递通过气体介质实现，即直接将燃烧器5产生的气体通入到高温裂解反应器6中，由高温的气体携带的能量为焦油的裂解提供高温氛围。另外高温裂解反应器6还整合了来自气化炉2、热解反应器3、燃烧器5的气化气，得这三束来源不同的气化气可以整合为一束气化气通入到气化反应器7里进行气化还原。其中，来自气化炉2的气化气的主要成分为CO、H2、CO2，来自热解反应器3的气化气在高温裂解反应器6中进行焦油的脱除后的气化气的主要成分为CO、CO2、CH4，来自燃烧器5的气化气的主要成分为CO和CO2。而在气化反应器7里，通入CO2/O2的混合气体，并加入生物质炭，来改变气化气的组分，此时气化反应器7里发生如下反应：
C+O2→CO2                R1
Figure BDA0004137258360000091
C+CO2→2CO            R3
C+H2→CH4                R4
Figure BDA0004137258360000101
Figure BDA0004137258360000102
C+H2O→CO+H2           R7
CO+H2O→CO2+H2        R8
生物质气化反应是一个复杂的体系，生物质炭、O2、CO2的加入使得上述的反应中，R1、R2、R3作为主要反应。其中R1和R2为炭的完全燃烧和不完全燃烧反应，反应速率高，是消耗炭的主要反应，同时R1和R2均为放热反应，可以为气化反应器7的其他反应提供热量。而R3是CO2的还原反应为可逆反应，反应速率与前两者相比较低，其中R3的反应速率为：
Figure BDA0004137258360000103
式中，
Figure BDA0004137258360000104
为还原反应速率常数，
Figure BDA0004137258360000105
为CO2的表面浓度；
由上述公式可见，CO2作为气化剂提高了CO2的浓度，使得R3反应向右剧烈的进行，而R3反应为典型的吸热反应，会降低气化反应器的温度，从而使得固相与气相之间的反应活性和速率降低，即R1和R2反应速率降低，从而使得生物质炭的消耗速率降低。同时，O2的浓度也会影响R1和R2的反应速率，因此可以通过对气化剂中CO2和O2含量的共同调控实现气固产物的调控。此外，R3反应向右移动会使得净CO2排放量降低，CO含量增加，从而实现CO2固定的同时提供了碳源。此外，气化反应器7出来的气化气温度仍然在700～800℃之间，因此设置换热器将气化气与O2进行换热，然后将换热后的O2通入到气化反应器7中作为气化剂，可以防止因为气化剂温度过低影响气化反应器7的温度，而降低气化效率，降低气化气的热值。同时换热器8后设置CO2分离装置，把CO2从气化气中分离出来，从而使得气化气的主要组分变为CO、H2、CH4，可以直接用于使用，而分离的CO2可以用来给热解反应器3提供CO2氛围以及给气化反应器7提供CO2气化剂。
气化反应器7内的温度为800～900℃；气化反应器7内气化剂与生物质炭的摩尔比为0.3～1.1，气化剂中CO2与O2的摩尔比为0～2.7；最终炭产率为10％～30％；最终炭产率、气化剂与生物质炭的摩尔比和气化剂中CO2与O2的摩尔比满足下式：
Figure BDA0004137258360000111
式中，w为最终炭产率，y为气化剂与生物质炭的摩尔比，z为气化剂中CO2与O2的摩尔比。
下面以一个具体实施例来对本发明的系统运行过程进行进一步地解释说明：
生物质料仓1将生物质原料送入到气化炉2和热解反应器3里进行反应，通过回料阀控制气化炉2和热解反应器3的生物质原料比例为1:3。气化炉2从上到下依次完成干燥、热解、氧化、还原反应，经还原反应后得到最终产物炭和气化气。其中在气化炉2的氧化段通入O2，发生剧烈的氧化反应为干燥、热解、还原段提供热量来源，另外气化炉2的炭产率在18％左右，且此时气化气中焦油的含量为20g/m3。随后气化炉2中的炭直接进入燃烧器用于燃烧提供高温裂解反应需要的热量，而排出的中温气化气进入热解反应器3，向热解反应中提供热量。其中，因为气化炉2的气化气离开还原段后直接从下部排出，因此气化气的温度在600～700℃左右，通过控制阀门控制气化气进入热解反应器3的速率，从而控制热解反应器3的温度在400～500℃左右。对于热解反应器3而言，良好的温度条件使得产炭率在40％左右，并且此时的气化气中焦油浓度较高为100g/m3。随后来自气化炉2的气化气和热解反应器3的气化气共同通入到高温裂解反应器6中，而热解反应器3产生的品质良好的生物质炭则输送到生物质炭仓4里。经燃烧器5的燃烧反应提供的高温气体使得高温裂解反应器6的温度在1100～1300℃左右，从而实现气化气中焦油的脱除。此时，经过高温裂解反应后焦油的浓度在20mg/m3左右。另外，值得说明的是，对于整个系统而言进入生物质炭仓的生物质炭产率在30％左右，而整合后的气化气的产率在70％左右。此后，将整合后的气化气通入到气化反应器7中，并和生物质炭仓4提供的生物质炭，以及由CO2分离装置9和换热器8分别提供的CO2和O2，实现气化气的组分变换。该装置里通过控制CO2和O2的比例来实现气固产物的调控，控制O2和生物质炭摩尔比为1:4，CO2和O2摩尔比为1:1时，最终经气化反应器出来的生物质炭的产率为24％，最终产物的气化气与生物质炭的产率比为3:1左右。
以上所述仅为本发明实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或者替换，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关技术领域的情况，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统，其特征在于，包括生物质料仓(1)、气化炉(2)、热解反应器(3)、生物质炭仓(4)、燃烧器(5)、高温裂解反应器(6)、气化反应器(7)、换热器(8)和CO2分离装置(9)；
生物质料仓(1)分别与气化炉(2)和热解反应器(3)的原料进口连接，气化炉(2)的气化气出口与热解反应器(3)的气化气进口连接，气化炉(2)的炭出口(23)与燃烧器(5)的炭进口(51)连接，气化炉(2)连接有O2进气管；热解反应器(3)的生物质炭出口(34)与生物质炭仓(4)的第一生物质炭入口(41)连接，热解反应器(3)的气化气出口与高温裂解反应器(6)的第一气化气进口(61)连接；生物质炭仓(4)的生物质炭出口与气化反应器(7)的生物质炭进口(72)连接；燃烧器(5)的气化气出口与高温裂解反应器(6)的第二气化气进口(62)连接，燃烧器(5)连接有O2进气管；高温裂解反应器(6)的气化气出口与气化反应器(7)的气化气进口连接；气化反应器(7)的气化气出口与换热器(8)的气化气进口连接；换热器(8)的O2出口(83)与气化反应器(7)的O2进口连接，换热器(8)的气化气出口与CO2分离装置(9)的气化气进口连接，换热器(8)连接有O2进气管；CO2分离装置(9)的第一CO2出口(92)与气化反应器(7)的CO2进口连接，CO2分离装置(9)的第二CO2出口(93)与热解反应器(3)的CO2进口连接；CO2分离装置(9)连接有气化气排出管。
2.根据权利要求1所述的以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统，其特征在于，生物质料仓(1)与气化炉(2)和热解反应器(3)的原料进口之间的管路上均设有回料阀；生物质炭仓(4)的生物质炭出口与气化反应器(7)的生物质炭进口(72)之间的管路设有回料阀；气化炉(2)的气化气出口与热解反应器(3)的气化气进口之间的管路上设有气化气进气调节阀；换热器(8)的O2出口(83)与气化反应器(7)的O2进口之间的管路上设有O2进气调节阀；CO2分离装置(9)的第一CO2出口(92)与气化反应器(7)的CO2进口之间的管路上设有CO2气调节阀。
3.根据权利要求1所述的以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统，其特征在于，高温裂解反应器(6)包括第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体通过隔板分隔；第一腔体内设有耐高温环管，耐高温环管的内管进口与第一气化气进口(61)连接，耐高温环管的外管进口与第二气化气进口(62)连接，耐高温环管的内管出口和耐高温环管的外管出口均与第二腔体连通；高温裂解反应器(6)的气化气出口设在第二腔体上。
4.根据权利要求3所述的以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统，其特征在于，耐高温环管的内管材质为铝合金，外管材质为不锈钢；内管的尺寸满足下式：
Figure FDA0004137258350000021
式中，Di为内管的直径，m；L为耐高温环管的长度，m；δ为内管的壁厚，m；燃烧器(5)的气化气质量流量与热解反应器(2)的质量流量的比值为3:1。
5.根据权利要求1所述的以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统，其特征在于，高温裂解反应器(6)的反应温度为1100～1300℃。
6.根据权利要求1所述的以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统，其特征在于，换热器(8)为管壳式换热器，管程为气化气，壳程为O2。
7.根据权利要求1所述的以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统，其特征在于，燃烧器(5)内氧气的浓度＞70％。
8.根据权利要求1所述的以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统，其特征在于，CO2分离装置(9)为膜分离式。
9.权利要求1～8所述的以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统的工作方法，其特征在于，包括：
来自生物质料仓(1)的生物质原料分别进入气化炉(2)和热解反应器(3)，生物质原料在气化炉(2)内以O2作为气化剂进行气化反应，产生炭和气化气；生物质原料在热解反应器(3)内CO2氛围下进行热解反应；气化炉(2)产出的炭进入燃烧器(5)燃烧，产出的高温气体进入高温裂解反应器(6)，为高温裂解反应器(6)提供热量；热解反应器(3)产出的炭进入生物质炭仓(4)，进入气化反应器(7)用于气化还原阶段；气化炉(2)产出的气化气进入热解反应器(3)，为热解段提供热量；热解反应器(3)产出的气化气进入高温裂解反应器(6)进行焦油的高温裂解催化；高温裂解反应器(6)产出的气化气进入气化反应器(7)进行气化还原，通过控制CO2和O2的量，调控系统产物的量；气化反应器(7)产出的气化气进入换热器(8)与O2换热，升温后的O2进入气化反应器(7)作为气化剂；降温后的气化气进入CO2分离装置(9)，分离出的CO2分别进入热解反应器(3)和气化反应器(7)。
10.根据权利要求9所述的以二氧化碳和氧气为气化剂的炭气联产系统的工作方法，其特征在于，气化反应器(7)内的温度为800～900℃；气化反应器(7)内气化剂与生物质炭的摩尔比为0.3～1.1，气化剂中CO2与O2的摩尔比为0～2.7；最终炭产率为10％～30％；最终炭产率、气化剂与生物质炭的摩尔比和气化剂中CO2与O2的摩尔比满足下式：
Figure FDA0004137258350000031
式中，w为最终炭产率，y为气化剂与生物质炭的摩尔比，z为气化剂中CO2与O2的摩尔比。
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