本技术涉及高氢合成气生产，尤其涉及一种用生物质制备低焦油高氢合成气的装置及方法。
背景技术：
1、全球性低碳发展正迫使能源结构从化石能源向可再生能源转变，期望在减少对化石能源依赖的同时，减少二氧化碳的排放。生物质作为自然界最大的有机群体，是唯一具有类化石燃料特性的固体资源。生物质热转化技术可以将低阶生物质转化为高能量密度的燃料油和燃料气，此过程只是加快了二氧化碳在植物生长周期中的循环速度，不额外产生二氧化碳，属于碳中和过程。生物质本身能量密度较低，其气化难以利用高温气流床技术，同时，生物质碱金属及sio2基灰分含量高，作为气化原料在性质上与煤有较大差异，致使煤气化技术往往不能适应大规模生物质气化的需要。因此，中温固定床与流态化床气化成为大中型应用的必然技术选择。目前，中低温度下生物质焦油的生成与控制，成为世界性难题与研发热点。含有焦油的产品气不仅降低了生物质气化效率，而且严重影响产品气体作为化工生产原料气的使用。
2、在传统的流化床气化炉中，催化床料的使用可以大幅度减少产品气中的焦油含量，但是其经济性严重限制了处理规模。随着对气化反应过程的不断认知，研究人员发现生物质气化过程存在着庞大的反应网络和复杂的相互作用。通过多级反应器，将复杂的气化过程进行解耦合重组，利用高温半焦强化焦油在气化器内部的裂解与重整作用，实现气化器内的焦油深度脱除。现阶段，多级生物质气化工艺在实验室及工业应用实践中对焦油深度脱除都有验证，证明多级生物质气化工艺在生物质气化低焦油技术的有效性和可行性。基于双流化床反应系统，国内外具有很好的装备与过程产业化实践，因此具有很好的工业放大性能，是未来支撑“绿色甲醇/航油产业链”生物质气化技术的有力竞争者。多级气化炉实现大规模生物质深度脱焦油的技术难点在于，如何在有限的时间和空间内，在保证生物质气化效率的同时，实现反应器内的深度焦油脱除，从而得到超低焦油的高品质合成气。因此，开发生物质制备超低焦油合成气技术完全符合生物质资源利用的未来发展方向，也是国家实现“碳中和”的迫切技术需求。
3、中国专利申请201010246886.x公开了一种生物质气化制取低焦油含量可燃气的方法及装置，其步骤为生物质经破碎后气化，得到气化气体产物和生物质焦并快速分离：生物质焦进入微波场加热并活化：气体产物通过经过处理的生物质焦层，催化裂解其中的焦油，并使气化气与生物质焦进行二次反应，生成可燃气。装置包括由管道相连的旋流气化器、固定床反应器、微波发生器，固定床反应器中部通过微波导管跟微波发生器相连；
4、该方案将微波技术应用到焦油裂解上，弥补生物质焦因为多孔疏松导致的热量传导速率低的问题。同时利用微波的“热点效应”提高焦油裂解率和焦与气化气的二次反应活性。装置适应性较强，且结构简单、紧凑，易于放大；
5、但是进一步观察该方案的说明书第13段可见，该方案中生物质的气化温度在650℃～750℃之间，并记载此温度范围既能够保证足够的气化速度，又可以使得生物质中的碱金属大部分停留在生物质焦中，保证生物质焦对焦油的裂解活性。
6、中国专利申请201210144562.4公开了一种用于宽粒径分布燃料的两段气化方法及其气化装置。该方案的用于宽粒径分布燃料的两段气化方法，包括以下步骤：
7、1)将燃料经加料装置加入到流化床热解器内，同时向流化床热解器内加入气化剂，在热解器的半焦和气化剂的加热下对燃料进行干燥/热解或部分气化；
8、2)将步骤1)生成的固体和气体产物一起送入气流床气化炉内，同时向气流床气化炉内加入气化剂，完成半焦的完全气化，并同时利用气流床内的高温热解、部分氧化和半焦的催化重整作用来脱除焦油，生产出洁净的燃气。
9、该方案将传统的燃料气化过程分为原料热解和半焦气化两个子过程，并分别在上游的流化床热解器和下游的气流床气化炉内进行。
10、通过对上述方案的观察可见，该方案采用两段气化的方式制备得到了焦油含量较低的燃气。
11、本技术需要解决的问题：如何进一步提升合成气中的氢含量并降低焦油含量。
技术实现思路
1、本技术的目的是提供一种用生物质制备低焦油高氢合成气的装置及方法，本技术结合试验遇到的具体技术问题，提出了生物质富氧/纯氧气化制备低焦油高含氢合成气的流态化两段气化装置，利用两段气化技术将生物质热解与半焦气化反应解耦并在内含气固双循环的流态化两段气化炉进行中气化，实现了生物质气化过程的提温与流化床内脱除焦油制备富氢低焦油合成气。
2、为实现上述目的，本技术公开了一种用生物质制备低焦油高氢合成气的装置，包括循环导通的热解反应器、富氧气化高温反应器、气化反应器、旋风分离器；
3、所述热解反应器设有用于使生物质进入热解反应器内的生物质进料口；
4、所述富氧气化高温反应器设有用于使高碳材料进入富氧气化高温反应器的高碳材料进料口、向富氧气化高温反应器内通入气化剂的进气口；
5、所述旋风分离器设有用于排出低焦油高氢合成气的排气口；
6、所述进气口设置于富氧气化高温反应器的底部；
7、所述旋风分离器与热解反应器之间设置有用于控制旋风分离器产生的固相物料返回热解反应器的返料量的返料阀。
8、优选地，所述热解反应器选自下行床反应器、落管式反应器、鼓泡流化床反应器中的任一种；
9、所述富氧气化高温反应器选自下行床反应器、鼓泡流化床反应器中的任一种。
10、优选地，所述热解反应器为落管式反应器，所述落管式反应器的内壁设有阻挡件，所述阻挡件用于延长物料在落管式反应器中的下降时间。
11、优选地，所述阻挡件通过延长物料下落路径的方式延长物料在落管式反应器中的下降时间和/或通过使落管式反应器的内壁的直径在落管式反应器的长度方向上呈现粗细的交替变化进而延长物料在落管式反应器中的下降时间。
12、优选地，所述富氧气化高温反应器还设置有泄灰口，所述泄灰口用于排出富氧气化高温反应器内的废料。
13、此外，本技术还公开了一种用生物质制备低焦油高氢合成气的方法，涉及权利要求上述的用生物质制备低焦油高氢合成气的装置，包括以下步骤：
14、步骤1：将生物质破碎并将破碎后的生物质通过生物质进料口加入热解反应器内热解，得到半焦、焦油、热解气的混合物；
15、步骤2：将高碳材料通过高碳材料进料口加入富氧气化高温反应器内，同时通过进气口将气化剂通入富氧气化高温反应器内，所述高碳材料与气化剂发生反应生成富碳固相和气化气；
16、步骤3：将混合物、气化气一同通入气化反应器内热裂解、催化裂解，得到低焦油高氢合成气。
17、优选地，所述生物质中水的质量分数为10～20％，所述生物质选自玉米秸秆、松木中的至少一种；
18、所述高碳材料选自含碳的半焦、含碳的煤、含碳的轮胎废料中的至少一种；
19、所述破碎后的生物质的粒径为0.3～5mm；
20、所述高碳材料的粒径为0.3～5mm；
21、所述生物质材料与高碳材料的质量比为9：1。
22、优选地，所述气化剂为含氧气化剂；
23、通入气化剂后，用生物质制备低焦油高氢合成气的装置的过量空气系数为0.2～0.4。
24、优选地，热解过程的温度为820～880℃；
25、高碳材料与气化剂发生反应过程的温度为880～920℃。
26、优选地，所述高碳材料为含碳的煤，且所述含碳的煤选自低阶褐煤、榆林烟煤、依兰褐煤中的至少一种；
27、且当生物质材料为松木时，含碳的煤为低阶褐煤。
28、本技术的有益效果是：本技术一方面利用流态化两段气化技术，通过生物质热解和半焦气化的反应解耦，协同了生物质预氧化降低焦油生成、生物质焦油热裂解和高温半焦催化裂解深度脱除焦油的作用；
29、另一方面，本技术利用富氧气化剂在循环流化床有限的时间和空间内形成高能量密度回路。富氧气化剂与高温密相半焦床层首先接触，半焦气化/燃烧释放的热量为系统提供足够的热量需求，提高气化效率。同时，有效避免氧气和含氢热解气接触，增大产品气中氢气浓度，提高产品气作为“绿氢”“绿碳”原料气的品质。
30、并且生物质中的碱金属以气态形式循环，通过多孔半焦对碱金属的捕集作用，避免碱金属迁移至热载体表面造成床料结块，实现用生物质制备低焦油高氢合成气的装置的稳定、长时间运行。
1.一种用生物质制备低焦油高氢合成气的装置，其特征在于，包括循环导通的热解反应器、富氧气化高温反应器、气化反应器、旋风分离器；
2.根据权利要求1所述的用生物质制备低焦油高氢合成气的装置，其特征在于，所述热解反应器选自下行床反应器、落管式反应器、鼓泡流化床反应器中的任一种；
3.根据权利要求1所述的用生物质制备低焦油高氢合成气的装置，其特征在于，所述热解反应器为落管式反应器，所述落管式反应器的内壁设有阻挡件，所述阻挡件用于延长物料在落管式反应器中的下降时间。
4.根据权利要求3所述的用生物质制备低焦油高氢合成气的装置，其特征在于，所述阻挡件通过延长物料下落路径的方式延长物料在落管式反应器中的下降时间和/或通过使落管式反应器的内壁的直径在落管式反应器的长度方向上呈现粗细的交替变化进而延长物料在落管式反应器中的下降时间。
5.根据权利要求3所述的用生物质制备低焦油高氢合成气的装置，其特征在于，所述富氧气化高温反应器还设置有泄灰口，所述泄灰口用于排出富氧气化高温反应器内的废料。
6.一种用生物质制备低焦油高氢合成气的方法，其特征在于，涉及权利要求1-5中任一所述的用生物质制备低焦油高氢合成气的装置，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的用生物质制备低焦油高氢合成气的方法，其特征在于，所述生物质中水的质量分数为10～20％，所述生物质选自玉米秸秆、松木中的至少一种；
8.根据权利要求7所述的用生物质制备低焦油高氢合成气的方法，其特征在于，所述气化剂为含氧气化剂；
9.根据权利要求6所述的用生物质制备低焦油高氢合成气的方法，其特征在于，热解过程的温度为820～880℃；
10.根据权利要求8所述的用生物质制备低焦油高氢合成气的方法，其特征在于，所述高碳材料为含碳的煤，且所述含碳的煤选自低阶褐煤、榆林烟煤、依兰褐煤中的至少一种；
