本發(fā)明涉及生物質氣化，具體涉及一種生物質化學鏈氣化裝置及方法。
背景技術：
1、生物質制合成氣采用較為廣泛的是生物質氣化，通過高溫和氣化劑作用將生物質轉化為合成氣，在這個過程會伴隨著副產物焦油和焦炭產生。水蒸氣氣化和co2氣化方式能夠得到品質較好的合成氣，但這兩個過程均是一個強吸熱過程，需要外供熱源才能滿足系統(tǒng)的自熱運行?；瘜W鏈技術是一種革新性的化學轉化和能源利用方法。該技術將傳統(tǒng)的單一化學轉化過程分解為兩個或多個反應步驟，實現(xiàn)反應與分離的有機結合。在生物質的清潔利用方面，化學鏈技術顯示出巨大的應用前景。目前，已有研究報道關注化學鏈技術在生物質利用方面的應用，這些研究主要聚焦于單元技術裝置的設計、載氧體的研發(fā)以及反應條件的優(yōu)化調控。化學鏈氣化技術借助氧載體傳遞晶格氧從而實現(xiàn)生物質的高效氣化，有效避免了空氣氣化時n2的稀釋以及氧氣氣化時高昂的制氧成本。同時，載氧體還作為載熱體維持反應器之間熱量平衡，無需外部供熱，即可實現(xiàn)系統(tǒng)自熱運行。
2、在氣化反應器中，載氧體為生物質提供晶格氧以生成高品質合成氣，同時自身被還原。被還原的載氧體送入氧化反應器中，被空氣氧化恢復至初始狀態(tài)。氧化后的載氧體再被送入氣化反應器為燃料提供氧，如此通過載氧體在兩個反應器內循環(huán)來實現(xiàn)燃料的化學鏈氣化，最終轉化成以h2、co為主的合成氣，但是其反應體系復雜并相互交織，導致生物質化學鏈氣化還存在著一些挑戰(zhàn)。例如生物質氣化反應速率較慢、生物質氣化生成合成氣的轉化率低、合成氣選擇性低等問題。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種生物質化學鏈氣化裝置及方法，以解決現(xiàn)有生物質氣化反應速率較慢、生物質氣化生成合成氣的轉化率低、合成氣選擇性低的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：一種生物質化學鏈氣化裝置，包括：氧化反應器、釋氧反應器和氣化反應器，所述氧化反應器連接有第一旋風分離器，所述第一旋風分離器下部出口連接有第一返料立管，所述第一返料立管連接有第一返料閥，所述第一返料閥與釋氧反應器相連，所述釋氧反應器連接有第二旋風分離器，所述第二旋風分離器下部出口連接有第二返料立管，所述第二返料立管連接有第二返料閥，所述第二返料閥與氣化反應器相連，所述第二旋風分離器頂部連接有氣流管道。
3、作為上述技術方案的進一步改進：
4、所述氣流管道連接有氣流支管，所述氣流支管通過再循環(huán)風機接入氣化反應器。
5、所述氧化反應器為等徑柱體結構。
6、所述釋氧反應器和氣化反應器為一體結構，所述釋氧反應器為等徑柱體結構，所述氣化反應器為包括上小下大的變徑錐體結構和等徑柱體結構，所述釋氧反應器直徑與變徑錐體結構最小直徑相等，所述氣化反應器的等徑柱體結構與變徑錐體結構最大直徑相等。
7、所述氧化反應器下部側面設置有第一進料口，所述第一進料口與水平方向成角45°-60°。
8、所述氣化反應器下部側面設置有第二進料口，所述第二進料口與水平方向成角45°-60°。
9、所述釋氧反應器下部側面設置有第三進料口，所述第三進料口與水平方向成角45°-60°。
10、所述氧化反應器、釋氧反應器為快速流化床，所述氣化反應器為湍動流化床，所述氣化反應器的變徑和等徑交界處設置流化床氣固出口，并通過第三返料閥與氧化反應器下部的進料口相連。
11、本發(fā)明公開了一種生物質化學鏈氣化方法，包括以下步驟：
12、在氣化反應器下部生物質熱解氣化生成焦炭、合成氣、焦油，以及低碳烴，同時在載氧體的催化作用下部分焦油，低碳烴和水又反應生成合成氣；
13、合成氣通過釋氧反應器后進入第二旋風分離器中被分離進入氣流管道；
14、來自氧化反應器的空氣將載氧體物料流化并氧化后，載氧體經(jīng)第一返料閥流動至釋氧反應器，在釋氧反應器內載氧體在6-10m/s風速的作用下往上輸送載氧體顆粒，并釋放氣態(tài)氧氣，
15、釋放氧氣后的載氧體經(jīng)第二旋風分離器分離后進入氣化反應器，并與生物質顆?；旌虾髤⑴c催化生物質的熱解氣化反應，隨后載氧體經(jīng)第三返料閥重新回到氧化反應器中；
16、氣流管道中部分氣體經(jīng)過再循環(huán)風機從氣流支管又返回至氣化反應器中，再次循環(huán)。
17、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：
18、優(yōu)化反應器設計，提升氣化效率：傳統(tǒng)單一氣化反應器內反應體系復雜，多種反應相互交織，導致氣化效率低下。本發(fā)明將傳統(tǒng)單一氣化反應器解耦為釋氧反應器和氣化反應器，并整合為一個整體。實現(xiàn)了載氧體還原與生物質氣化的分區(qū)控制，有效避免了復雜反應體系對氣化效率的負面影響。在釋氧反應器中，載氧體釋放氧氣，為后續(xù)與合成氣的反應創(chuàng)造條件；在氣化反應器中，生物質進行熱解氣化反應，兩個反應器各司其職，使得反應過程更加有序，從而顯著提升了整體的氣化效率。
19、實現(xiàn)流態(tài)化分區(qū)控制，強化反應效果：通過精確控制氣體流速，實現(xiàn)了流態(tài)化分區(qū)控制。氧化反應器和釋氧反應器采用快速流化床形式，內部氣體流速能達到6-10m/s，這種較高的流速使得載氧體能夠在反應器內快速流動，有利于載氧體的氧化和氧氣的釋放；而氣化反應器采用湍動流化床形式，內部氣體流速為0.5-1.2m/s，較低的流速保證了生物質在反應器內有足夠的停留時間進行熱解氣化反應，同時也有利于載氧體與生物質充分接觸，強化了催化反應效果。不同的流化狀態(tài)在不同區(qū)域協(xié)同作用，促進了整個化學鏈氣化過程的高效進行。
20、采用催化載氧體，提高生物質轉化率和合成氣質量：采用帶有催化功能的釋氧型載氧體，這種載氧體具有多重優(yōu)勢。在釋氧反應器中，載氧體釋放氧氣，與部分合成氣發(fā)生燃燒反應，放出的熱量可以補給生物質熱解所需的能量，減少了外部供熱的需求，實現(xiàn)了系統(tǒng)的自熱運行。釋放氧氣后，載氧體表面暴露出金屬元素，返回氣化反應器后，這些金屬元素能夠催化生物質的熱解氣化反應。以銅基載氧體為例，其釋放氧氣后，銅元素可以促進生物質中大分子有機物的分解，使生物質更充分地轉化為合成氣，提高了生物質的轉化率。同時，催化作用還能夠減少合成氣中焦油、低碳烴等雜質的含量，提升了合成氣的質量，使合成氣更適合后續(xù)的利用。
1.一種生物質化學鏈氣化裝置，其特征在于，包括：氧化反應器(3)、釋氧反應器(9)和氣化反應器(8)，所述氧化反應器(3)連接有第一旋風分離器(41)，所述第一旋風分離器(41)下部出口連接有第一返料立管(51)，所述第一返料立管(51)連接有第一返料閥(61)，所述第一返料閥(61)與釋氧反應器(9)相連，所述釋氧反應器(9)連接有第二旋風分離器(42)，所述第二旋風分離器(42)下部出口連接有第二返料立管(52)，所述第二返料立管(52)連接有第二返料閥(62)，所述第二返料閥(62)與氣化反應器(8)相連，所述第二旋風分離器(42)頂部連接有氣流管道(10)。
2.根據(jù)權利要求1所述的生物質化學鏈氣化裝置，其特征在于：所述氣流管道(10)連接有氣流支管(11)，所述氣流支管(11)通過再循環(huán)風機(12)接入氣化反應器(8)。
3.根據(jù)權利要求2所述的生物質化學鏈氣化裝置，其特征在于：所述氧化反應器(3)為等徑柱體結構。
4.根據(jù)權利要求3所述的生物質化學鏈氣化裝置，其特征在于：所述釋氧反應器(9)和氣化反應器(8)為一體結構，所述釋氧反應器(9)為等徑柱體結構，所述氣化反應器(8)為包括上小下大的變徑錐體結構和等徑柱體結構，所述釋氧反應器(9)直徑與變徑錐體結構最小直徑相等，所述氣化反應器(8)的等徑柱體結構與變徑錐體結構最大直徑相等。
5.根據(jù)權利要求4所述的生物質化學鏈氣化裝置，其特征在于：所述氧化反應器(3)下部側面設置有第一進料口(71)，所述第一進料口(71)與水平方向成角45°-60°。
6.根據(jù)權利要求5所述的生物質化學鏈氣化裝置，其特征在于：所述氣化反應器(8)下部側面設置有第二進料口(72)，所述第二進料口(72)與水平方向成角45°-60°。
7.根據(jù)權利要求6所述的生物質化學鏈氣化裝置，其特征在于：所述釋氧反應器(9)下部側面設置有第三進料口(73)，所述第三進料口(73)與水平方向成角45°-60°。
8.根據(jù)權利要求7所述的生物質化學鏈氣化裝置，其特征在于：所述氧化反應器(3)、釋氧反應器(9)為快速流化床，所述氣化反應器(8)為湍動流化床，所述氣化反應器(8)的變徑和等徑交界處設置流化床氣固出口，并通過第三返料閥(63)與氧化反應器(3)下部的進料口相連。
9.一種生物質化學鏈氣化方法，使用權利要求8所述的生物質化學鏈氣化裝置，其特征在于，包括以下步驟：