CN1420155A - 用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，包括：工作气体(7)氢气、CH4或水蒸汽在直流电弧等离子体发生器(4)中被电离成高温等离子体，并喷射入等离子体气化反应器(5)热解区形成3000－10000k高温环境；少量生物质原料经螺旋进料器(10)被载气(8)CH4或CO2携带喷入等离子体气化反应器(5)热解区，形成大量活性离子存在的高温反应环境；大量生物质原料经螺旋进料器(10－1)进入等离子体气化反应器(5)气化区与水蒸汽发生器(2)产生并经过热的蒸汽(3)在反应器高温区进行快速热解气化反应，生成粗的化学合成气；此法可提高气化效率和气体品位，彻底消除焦油。

Description

用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法
所属技术领域：
本发明涉及生物质的高效洁净制取合成气的一种新方法，进一步涉及一种用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法。
技术背景：
由于石油资源储量有限和国际市场供应不稳定，从合成气制造化学产品日益受到重视。目前合成气主要通过煤气化、天然气气化以及重渣油气化等途径来获得。生物质是一种可再生能源，储量非常丰富，作为替代能源利用可实现CO2零排放，且其中的S、N含量低，大大减轻温室效应和环境污染。国内外有关生物质的高效利用研究主要集中在燃烧、气化利用方面，通过气化获取可燃气来燃烧供热或发电。常规的生物质热解气化效率低，可燃气体热值较低，气化过程产生的焦油较多，造成燃气净化困难，浪费能量和资源。国外采用催化裂解来降低气化气体中的焦油含量，但使可燃气体生产成本大大增加，焦油仍未能完全消除。
近年来等离子体技术在煤、天然气裂解制乙炔以及造纸浓黑液处理方面研究表明：等离子体不仅作为热载体，且可参与热分解反应，产物以固相和气相形式存在。中国专利申请(88101785.X)用空气等离子体做为外热源来加热反应器，通过热分解纸浆废液来回收化学品，生成熔融体(废液中碱和硫)和气体(废液中的有机部份)分别排出，这样维持反应区空间的高温，能量消耗大，同时工艺设计和系统控制比较复杂。而中国专利申请(90101614.4)则采用氮气、氮氢混合气体做为工作气体，将黑液直接喷入等离子体焰区内进行热分解反应，获得固体粉末和可燃气体，一方面工作气体中氮气含量高，气体产物分离困难，无法直接得到合成气，另一方面黑液在高温等离子体直接分解，能耗也较大。中国专利申请96199884公开了用等离子体热解气化煤制取煤气的方法及设备，它是将煤和空气一起预热，产生低温等离子流，以后送入反应室，后来大量送入的煤和空气在此反应室高温环境下进行完全燃烧和气化。广泛而又大量存在的固体生物质如木粉、谷壳等，是一种很好潜在的能源，用等离子体热解气化木粉、谷壳类固体生物质制取合成气的方法至今未见报导。
发明的目的：
本发明的目的是提供一种可提高气化效率和气体品位，彻底消除焦油，提高原料利用价值，消除环境污染和降低能耗的用等离子体热解气化生物质-动植物粉末制取合成气的方法。
发明的技术方案：
一种用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，依次包括：
工作气体(7)在直流电弧等离子体发生器(4)中被电离成高温等离子体，并喷射入等离子体气化反应器(5)热解区形成3000-10000K高温环境；
少量生物质原料经螺旋进料器(10)被载气(8)携带喷入等离子体气化反应器(5)热解区，形成大量活性离子存在的高温反应环境；
大量生物质原料经螺旋进料器(10-1)进入等离子体气化反应器(5)气化区与水蒸气发生器(2)产生并经过热的蒸汽(3)在反应器高温区进行快速热解气化反应，生成粗的化学合成气；
对粗的化学合成气进行提纯后处理。
本发明的工作气体选自氢气、CH4或水蒸气中的一种或二种。载气为CH4或/和CO2。CH4或CO2在等离子体气化反应器(5)气化区参与热解气化反应。本发明的生物质在等离子体气化反应器中是在缺氧的状态下不经过燃烧直接热解气化的，与中国专利申请96199884所述的煤和空气在反应室高温环境下进行完全燃烧和气化有明显的区别。
本发明的生物质原料包括动植物干燥粉末，细度为60～100mesh(目)。
本发明的提纯后处理工序包括在灰室(6)进行沉降和初步冷却，反应残渣进一步通过旋风分离系统(12)沉降下来，气体产物再依次通过过滤系统(13)与化学吸收系统(14)分离其中的杂质(如：CO2、H2S等)，最终得到纯度较高的化学合成气(CO+H2)(15)。
本发明用等离子体热解气化生物质制取合成气装置主要由直流电弧等离子体控制系统(1)与发生器(4)、等离子体气化反应器(5)、冷却(9)与净化系统、螺旋进料器(10、10-1)与控制系统、水蒸气发生器(2)等组成。等离子体发生器与灰室均通过冷却水(9)来降温，而反应器采用保温层(11)来减少热量损失。另外通过调整水蒸气的流量与生物质种类来获得不同用途的合成气和副产物，冷却系统的热量可回收利用提供反应需要的水蒸汽。
附图说明：
图1为用等离子体热解气化生物质制取合成气装置。图中，1.直流电弧等离子体控制系统，2.水蒸气发生器，3.过热蒸气，4.等离子体发生器，5.等离子体气化反应器，6.灰室，7.工作气体，8.载气，9.冷却水，10.螺旋进料器，11.保温层，12旋风分离系统，13.过滤系统，14.化学吸收系统，15.化学合成气。
在以下实施例中将进一步说明本发明，但对本发明不构成限制。
实施例一：
工作气体H2在直流电弧等离子体发生器(4)被电离形成约5000K高温等离子体，喷入等离子体气化反应器(5)热解区；生物质80mesh杉木粉经螺旋进料器(10)以2kg/h的速度被载气CH4(8)携带进入反应器(5)锥形缩口(Φ30)热解区，产生大量活性粒子并经反应器锥形缩口进入气化区，温度高于3000K；此时生物质杉木粉经螺旋进料器(10-1)以8kg/h速度进入反应器气化区中，同时水蒸气发生器(2)产生的经过过热的蒸气(3)(150～200℃)以8～12kg/h的速度也进入反应器气化区，进行快速热解气化反应3～10ms，反应器下部锥形缩口(Φ30)的存在延长了物料停留时间，使反应进行比较彻底，气体产物携带的残渣经灰室(6)初步沉降后，进入旋风分离器(12)进一步分离和冷却，再经过滤系统(13)除去微细颗粒，进入化学吸收系统(14)除去CO2、H2S、NH3等，最后得到化学合成气(15)，H2和CO的含量达95～99％，H2与CO的比例为1.8～2.2。
实施例二：
以CH4代替H2作为工作气体、以CO2代替CH4作为载气进行与实施例一一样的用等离子体热解气化生物质制取合成气的反应，最后得到的化学合成气与实施例一的没有明显区别，H2和CO的含量达95～99％，H2与CO的比例为1.8～2.2。
本发明具有以下突出优点和积极效果：
1、充分利用热等离子体提供的高温、高能量反应环境，气化效率高，彻底裂解生物质成为小分子气体，使气化过程无焦油形成，消除了环境污染。
2、利用固体生物质自身特性，氧含量高利于形成CO气体，硫、氮含量低减少合成气的精制净化负荷，水分较高，可参与气化反应，可省略干燥工序。
3、分段进料可提供大量活性离子参与等离子体气化反应，大大降低系统的能量消耗。
4、整个处理过程都处于封闭系统之中；工作气体为氢气、CH4或水蒸气；载气采用CH4或CO2，它们参与了热解气化反应，不影响气体产物组成。
5、气化混合气体中以H2和CO为主，CO2、H2S、NH3等杂质含量很低，气体精制过程简单。工作气体水蒸气的热量来源于气化气体的冷却放热。
6、通过调整工作气体组成、生物质原料类型，可获得不同用途的合成气和副产物。
7、反应器锥形缩口存在延长了物料停留时间，使反应进行完全。

Claims (6)

1.一种用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，依次包括：
工作气体(7)在直流电弧等离子体发生器(4)中被电离成高温等离子体，并喷射入等离子体气化反应器(5)热解区形成高温环境；
少量生物质原料经螺旋进料器(10)被载气(8)携带喷入等离子体气化反应器(5)热解区，形成大量活性离子存在的高温反应环境；
大量生物质原料经螺旋进料器(10-1)进入等离子体气化反应器(5)气化区与水蒸气发生器(2)产生并经过热的蒸汽(3)在反应器高温区进行快速热解气化反应，生成粗的化学合成气；
对粗的化学合成气进行提纯后处理。
2.根据权利要求1所述的一种用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，其特征在于工作气体(7)在直流电弧等离子体发生器(4)中被电离成高温等离子体，并喷射入等离子体气化反应器(5)热解区形成高温环境的温度为3000-10000K；
3.根据权利要求1所述的一种用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，其特征在于工作气体选自氢气、CH4或水蒸气中的一种或二种。
4.根据权利要求1所述的一种用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，其特征在于载气为CH4或/和CO2。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，其特征在于生物质原料包括动植物干燥粉末。
6.根据权利要求3所述的一种用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，其特征在于生物质原料干燥粉末细度为60-100mesh。
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Assignee: Dongguan Baida New Energy Co., Ltd.

Assignor: Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences

Contract record no.: 2011440000728

Denomination of invention: Process for producing synthetic gas by pyrolysis of gasified bio-matter using plasma

Granted publication date: 20041006

License type: Exclusive License

Open date: 20030528

Record date: 20110713

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Granted publication date: 20041006

Termination date: 20161120

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