本發(fā)明涉及一種固體燃料熱解氣化制備合成氣和熱解氣的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

固體燃料氣化是通過熱化學(xué)反應(yīng)將固體燃料轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過程，氣化所得的氣體產(chǎn)物主要是氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和其他的烴類。目前，固體燃料氣化所用的氣化劑主要包括空氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳以及水蒸氣-氧氣或水蒸氣-空氣的混合氣。采用空氣作為氣化劑時(shí)，因產(chǎn)氣中n2的存在，大大降低了合成氣的熱值；采用水蒸氣或二氧化碳作為氣化劑，固體燃料焦以及甲烷與氣化劑的氣化為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，且氣化劑的用量大，經(jīng)濟(jì)性較差。相比于空氣和水蒸氣，純氧作為氣化劑，氣化效率產(chǎn)氣中可燃?xì)怏w濃度高、產(chǎn)氣熱值高，為固體燃料氣化最適宜的氣化劑類型，但現(xiàn)有制氧技術(shù)(低溫精餾、變壓吸附、膜分離)存在制氧能耗高、制備氧氣成本高的缺點(diǎn)，將增大固體燃料純氧氣化的成本，降低其經(jīng)濟(jì)性。

由此，亟需一種既能獲得可燃?xì)怏w濃度高、熱值高的產(chǎn)氣，又能降低成本和能耗的固體燃料熱解氣化制備合成氣和熱解氣的方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于提供一種既能獲得可燃?xì)怏w濃度高、熱值高的產(chǎn)氣，又能降低成本和能耗的固體燃料熱解氣化制備合成氣和熱解氣的方法及系統(tǒng)。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

本發(fā)明一方面提供一種固體燃料熱解氣化制備合成氣和熱解氣的方法，包括如下步驟：s1、載氧體顆粒在水蒸氣氛圍下進(jìn)行釋氧反應(yīng)，生成包含氧氣和水蒸氣的混合氣以及釋氧后的載氧體顆粒；s2、混合氣與半焦進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成粗合成氣；s3、去除粗合成氣中的水蒸氣和灰分，形成合成氣；s4、釋氧后的載氧體顆粒作為固體載熱體，固體燃料在該固體載熱體的作用下熱解生成半焦和粗熱解氣，所生成的半焦送入步驟s2中使用；s5、去除粗熱解氣中的焦油和水蒸氣，形成熱解氣；s6、步驟s4使用后的釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成被氧化的載氧體顆粒和貧氧氣體，被氧化后的載氧體顆粒送入步驟s1中使用。

根據(jù)本發(fā)明，步驟s6包括如下子步驟：s6.1、采用步驟s4使用后的釋氧后的載氧體顆粒與固體燃料進(jìn)行換熱，固體燃料中的水分變?yōu)樗魵饷撾x固體燃料，然后將固體燃料送入步驟s4中使用；s6.2、步驟s6.1使用后的釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成被氧化的載氧體顆粒和貧氧氣體，被氧化后的載氧體顆粒送入步驟s1中使用。

根據(jù)本發(fā)明，步驟s6還包括如下子步驟：s6.3、從固體燃料中脫離的水蒸氣送入步驟s1中使用。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s3中，將粗合成氣與冷凝介質(zhì)換熱，粗合成氣中的水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水脫離粗合成氣；和/或在步驟s5中，將粗熱解氣中的水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水脫離粗熱解氣；該方法還包括如下步驟：s7、步驟s3生成的液態(tài)水和/或步驟s5生成的液態(tài)水與步驟s6生成的貧氧氣體進(jìn)行換熱，形成水蒸氣，將所形成的水蒸氣至少部分地送入步驟s1中使用。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s7中，將所形成的水蒸氣的一部分直接送入步驟s1使用，另一部分送入蒸汽管網(wǎng)并可隨時(shí)從蒸汽管網(wǎng)獲取水蒸氣送入步驟s1中使用，以控制步驟s1中使用的水蒸氣的量。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s3中，冷凝介質(zhì)為空氣，空氣與粗合成氣換熱形成熱空氣，熱空氣送入步驟s6中作為含氧氣體使用。

根據(jù)本發(fā)明，在步驟s1中，載氧體顆粒的粒徑為200-1000μm，載氧體顆粒為銅基載氧體顆粒、鈷基載氧體顆粒、錳基載氧體顆粒中的一種或多種組合、或者為類鈣鈦礦型載氧體顆粒，釋氧反應(yīng)的反應(yīng)溫度為300-1100℃；在步驟s2中，氣化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為750-1200℃；在步驟s4中，固體燃料為煤、生物質(zhì)、石油焦、油頁巖、生活垃圾中的一種或多種組合，呈顆粒狀，粒徑為50-150μm，固體燃料的熱解溫度為300-800℃；在步驟s6中，氧化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為200-1000℃。

本發(fā)明另一方面一種固體燃料熱解氣化制備合成氣和熱解氣的系統(tǒng)，包括：釋氧反應(yīng)器，釋氧反應(yīng)器能夠供載氧體顆粒在水蒸氣氛圍下進(jìn)行釋氧反應(yīng)，生成包含氧氣和水蒸氣的混合氣以及釋氧后的載氧體顆粒；氣化反應(yīng)器，氣化反應(yīng)器能夠供半焦和混合氣進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成粗合成氣；粗合成氣凈化設(shè)備，粗合成氣凈化設(shè)備能夠去除粗合成氣中的水蒸氣和灰分，形成合成氣；熱解反應(yīng)器，熱解反應(yīng)器能夠供固體燃料在釋氧后的載氧體顆粒的作用下熱解生成半焦和粗熱解氣；粗熱解氣凈化設(shè)備，粗熱解氣凈化設(shè)備能夠去除粗熱解氣中的焦油和水蒸氣，形成熱解氣；氧化反應(yīng)器，氧化反應(yīng)器能夠供熱解反應(yīng)器使用后的釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體在其中進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成被氧化的載氧體顆粒和貧氧氣體；其中，氣化反應(yīng)器能夠接收熱解反應(yīng)器中生成的半焦，釋氧反應(yīng)器能夠接收氧化反應(yīng)器中生成的氧化后的載氧體顆粒。

根據(jù)本發(fā)明，還包括：干燥器，干燥器能夠供熱解反應(yīng)器使用后的釋氧后的載氧體顆粒與固體燃料在其中換熱，將固體燃料中的水分變?yōu)樗魵饷撾x固體燃料；氧化反應(yīng)器還能夠接收換熱后的釋氧后的載氧體顆粒；熱解反應(yīng)器還能夠接收脫除水分后的固體燃料；釋氧反應(yīng)器還能夠接收脫除的水蒸氣。

根據(jù)本發(fā)明，還包括：混合設(shè)備，混合設(shè)備能夠?qū)峤夥磻?yīng)器使用后的釋氧后的載氧體顆粒與固體燃料混合形成混合物并送至干燥器；分離設(shè)備，分離設(shè)備能夠?qū)Q熱后的釋氧后的載氧體顆粒與脫除水分后的固體燃料分離并分別送至氧化反應(yīng)器和熱解反應(yīng)器。

根據(jù)本發(fā)明，還包括：第一分離器，第一分離器與釋氧反應(yīng)器、氣化反應(yīng)器和熱解反應(yīng)器連通，第一分離器能夠接收混合氣以及釋氧后的載氧體顆粒，并將二者分離開且分別送至氣化反應(yīng)器和熱解反應(yīng)器；第二分離器，第二分離器與熱解反應(yīng)器、混合設(shè)備和氣化反應(yīng)器連通，第二分離器能夠?qū)峤夥磻?yīng)器輸出的釋氧后的載氧體顆粒和半焦分離并分別送至混合設(shè)備和氣化反應(yīng)器；氧化反應(yīng)器為流化床氧化反應(yīng)器或移動床氧化反應(yīng)器；其中，氧化反應(yīng)器為流化床氧化反應(yīng)器時(shí)，系統(tǒng)還包括第三分離器，第三分離器與氧化反應(yīng)器和釋氧反應(yīng)器連通，將氧化反應(yīng)器中生成的氧化后的載氧體顆粒送至釋氧反應(yīng)器；其中，氧化反應(yīng)器為移動床氧化反應(yīng)器時(shí)，氧化反應(yīng)器與釋氧反應(yīng)器連通，直接將氧化后的載氧體顆粒送至釋氧反應(yīng)器。

根據(jù)本發(fā)明，粗合成氣凈化設(shè)備包括冷凝器，冷凝器能夠?qū)⒋趾铣蓺庵械乃魵饫淠梢簯B(tài)水脫除，以去除粗合成氣中的水蒸氣。

根據(jù)本發(fā)明，冷凝器與氧化反應(yīng)器連通，以用于將冷凝器中與水蒸氣換熱形成的熱空氣送入氧化反應(yīng)器中使用。

根據(jù)本發(fā)明，粗熱解氣凈化設(shè)備能夠?qū)⒋譄峤鈿庵械乃魵饫淠梢簯B(tài)水脫除，以去除粗熱解氣中的水蒸氣。

根據(jù)本發(fā)明，還包括：換熱器，換熱器能夠接收液態(tài)水和貧氧氣體，并供二者在其中換熱形成水蒸氣并輸出，釋氧反應(yīng)器與換熱器連通，以接收換熱器輸出的水蒸氣。

根據(jù)本發(fā)明，還包括：蒸汽管網(wǎng)，蒸汽管網(wǎng)可選擇地與換熱器連通以接收換熱器輸出的水蒸氣，并且蒸汽管網(wǎng)可選擇地與釋氧反應(yīng)器連通以能夠隨時(shí)向釋氧反應(yīng)器中輸送水蒸氣。

(三)有益效果

本發(fā)明的有益效果是：

在本發(fā)明提供的固體燃料熱解氣化制備合成氣和熱解氣的方法中，利用載氧體顆粒在水蒸氣的作用下發(fā)生釋氧反應(yīng)，生成氧氣和水蒸氣的混合氣，該混合氣和半焦進(jìn)行氣化反應(yīng)，而載氧體顆粒失氧后作為固體熱載體和催化劑參與固體燃料的熱解反應(yīng)，然后再使釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)氧化再生，由此載氧體顆粒在釋氧反應(yīng)、熱解反應(yīng)和氧化反應(yīng)之間循環(huán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的制氧過程，并將固體燃料熱解和半焦氣化工藝耦合在一起，這種熱解氣化過程成本低、能耗低。并且，因合成氣中無氮?dú)?，所以生成的合成氣中可燃?xì)怏w濃度高、合成氣熱值高；因載氧體顆粒起到了催化焦油裂解的作用，而減少粗熱解氣中焦油的含量，提高熱解氣的產(chǎn)量。

在本發(fā)明提供的固體燃料熱解氣化制備合成氣和熱解氣的系統(tǒng)中，利用載氧體顆粒在釋氧反應(yīng)器中水蒸氣的作用下發(fā)生釋氧反應(yīng)，生成氧氣和水蒸氣的混合氣，該混合氣在氣化反應(yīng)器中和半焦進(jìn)行氣化反應(yīng)，而載氧體顆粒失氧后作為固體熱載體和催化劑在熱解反應(yīng)器中參與固體燃料的熱解反應(yīng)，然后再使釋氧后的載氧體顆粒在氧化反應(yīng)器中與含氧氣體反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)氧化再生，由此載氧體顆粒在釋氧反應(yīng)器、熱解反應(yīng)器和氧化反應(yīng)器之間循環(huán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的制氧過程，并將固體燃料熱解和半焦氣化工藝耦合在一起，這種熱解氣化系統(tǒng)成本低、能耗低。并且，因合成氣中無氮?dú)?，所以生成的合成氣中可燃?xì)怏w濃度高、合成氣熱值高；因載氧體顆粒起到了催化焦油裂解的作用，而減少粗熱解氣中焦油的含量，提高熱解氣的產(chǎn)量。

附圖說明

圖1為具體實(shí)施方式提供的固體燃料熱解氣化制備合成氣和熱解氣的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【附圖標(biāo)記】

1：蒸汽管網(wǎng)；2：第二管線；3：控制閥；4：換熱器；5：冷凝器；6：除塵器；7：灰斗；8：氣化反應(yīng)器；9：第一分離器；10：粗熱解氣凈化設(shè)備；11：第一管線；12：第二分離器；13：熱解反應(yīng)器；14：釋氧反應(yīng)器；15：氧化反應(yīng)器；16：干燥器；17：分離設(shè)備；18：混合設(shè)備；19：給料裝置。

具體實(shí)施方式

為了更好的解釋本發(fā)明，以便于理解，下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施方式，對本發(fā)明作詳細(xì)描述。其中，本文所涉及的“上”、“下”等方位術(shù)語，以圖1中示出的定向?yàn)閰⒖肌?/p>

實(shí)施例一

參照圖1，本實(shí)施例提供一種固體燃料熱解氣化制備合成氣和熱解氣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括釋氧反應(yīng)器14、氣化反應(yīng)器8、粗合成氣凈化設(shè)備(結(jié)合圖1中的標(biāo)號5、6)、熱解反應(yīng)器13、粗熱解氣凈化設(shè)備10、氧化反應(yīng)器15、第一分離器9、第二分離器12、換熱器4、蒸汽管網(wǎng)1、合成氣儲存器(圖中未示出)、熱解氣儲存器(圖中未示出)、灰斗7、分離設(shè)備17、混合設(shè)備18、干燥器16和給料裝置19。

釋氧反應(yīng)器14能夠供載氧體顆粒在高溫下并在水蒸氣氛圍下進(jìn)行釋氧反應(yīng)，生成包含氧氣和水蒸氣的混合氣以及釋氧后的載氧體顆粒，并將混合氣和釋氧后的載氧體顆粒輸出，在本實(shí)施例中，混合氣和釋氧后的載氧體顆?；旌显谝黄疠敵?。在釋氧反應(yīng)器14中所進(jìn)行的釋氧反應(yīng)主要為：

mexoy+h2o(g)＝mexoy-1+0.5o2(g)+h2o(g)

第一分離器9與釋氧反應(yīng)器14連通，第一分離器9能夠接收包含氧氣和水蒸氣的混合氣以及釋氧后的載氧體顆粒，并將混合氣和釋氧后的載氧體顆粒分離開且分別輸出。第一分離器9與氣化反應(yīng)器8連通以將混合氣送至氣化反應(yīng)器8。第一分離器9與熱解反應(yīng)器13連通以將釋氧后的載氧體顆粒送至熱解反應(yīng)器13。

氣化反應(yīng)器8能夠接收包含氧氣和水蒸氣的混合氣，并且能夠接收半焦。氣化反應(yīng)器8供混合氣與半焦在其中、在高溫下進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成以氫氣和一氧化碳為主要組分的粗合成氣并輸出。其中，粗合成氣還含有ch4、co2，其中還包含灰分和水蒸氣。在氣化反應(yīng)器8中進(jìn)行的氣化反應(yīng)主要包括：

2c+o2(g)＝2co(g)；

c+o2(g)＝co2(g)；

c+co2(g)＝2co(g)；

c+h2o＝co(g)+h2(g)；

co(g)+h2o(g)＝h2(g)+co2(g)；

c+2h2(g)＝ch4(g)；

ch4(g)+h2o(g)＝3h2(g)+co(g)。

粗合成氣凈化設(shè)備與氣化反應(yīng)器8連通，以接收氣化反應(yīng)器8輸出的粗合成氣。粗合成氣凈化設(shè)備還能夠去除粗合成氣中的水蒸氣和灰分，形成合成氣。在本實(shí)施例中，粗合成氣凈化設(shè)備包括除塵器6和冷凝器5，除塵器6與氣化反應(yīng)器8連通以接收粗合成氣并去除粗合成氣中的灰分，灰斗7與除塵器6連通以收集灰分。冷凝器5與除塵器6連通以接收去除灰分后的粗合成氣，冷凝器5繼續(xù)去除粗合成氣中的水蒸氣，具體為，冷凝器5采用冷凝介質(zhì)(在本實(shí)施例中為空氣)與粗合成氣換熱，粗合成氣中的水蒸氣冷凝成液態(tài)水從粗合成氣脫除，作為冷凝介質(zhì)的空氣吸收熱量變?yōu)闊峥諝?。合成氣儲存?圖中未示出)與冷凝器5連通，接收去除灰分和水蒸氣后形成的合成氣并存儲。

熱解反應(yīng)器13能夠接收第一分離器9輸出的釋氧后的載氧體顆粒，并且能夠接收固體燃料，熱解反應(yīng)器13供固體燃料在高溫下并在釋氧后的載氧體顆粒的作用下熱解生成半焦(半焦呈絮狀)和以h2、co、ch4、co2、碳?xì)浠衔餅橹饕獨(dú)怏w組分的熱解氣，熱解氣還與焦油和水蒸氣混合在一起，形成粗熱解氣。熱解反應(yīng)器13能夠?qū)⒐腆w和氣體分別輸出，其中固體為半焦以及使用后的釋氧后的載氧體顆粒，氣體為粗熱解氣。熱解反應(yīng)器13中發(fā)生的熱解反應(yīng)主要為：

固體燃料→半焦+焦油+熱解氣

粗熱解氣凈化設(shè)備10與熱解反應(yīng)器13連通，以能夠接收熱解反應(yīng)器13中輸出的粗熱解氣，并去除粗熱解氣中的焦油和水蒸氣，形成熱解氣。在本實(shí)施例中，粗熱解氣凈化設(shè)備10能夠?qū)⑺魵饫淠梢簯B(tài)水輸出。焦油可進(jìn)入焦油收集器(圖中未示出)或進(jìn)入下游工藝設(shè)備。

熱解氣儲存器與粗熱解氣凈化設(shè)備10連通，以接收熱解氣并儲存。

第二分離器12與熱解反應(yīng)器13連通，以接收熱解反應(yīng)器13輸出的固體物料(半焦和釋氧后的載氧體顆粒)。第二分離器12將半焦和釋氧后的載氧體顆粒進(jìn)行分離，并分別輸出。第二分離器12與氣化反應(yīng)器8連通，以將半焦送至氣化反應(yīng)器8，以在氣化反應(yīng)器8中采用熱解反應(yīng)器13產(chǎn)生的半焦作為原料進(jìn)行氣化反應(yīng)，由此，熱解反應(yīng)器13中進(jìn)入的固體燃料先進(jìn)行熱解反應(yīng)再進(jìn)行氣化反應(yīng)，先后生成熱解氣和合成氣。第二分離器12與混合設(shè)備18連通以將釋氧后的載氧體顆粒送至混合設(shè)備18。

混合設(shè)備18與給料裝置19連通，以接收給料裝置19送出的固體燃料?；旌显O(shè)備18與第二分離器12連通，以接收第二分離器12輸出的、也即熱解反應(yīng)器13使用后的釋氧后的載氧體顆粒。混合設(shè)備18供釋氧后的載氧體顆粒與固體燃料混合形成混合物并一起輸出，送至干燥器16。

干燥器16與混合設(shè)備18連通以接收混合物(釋氧后的載氧體顆粒與固體燃料)，干燥器16能夠供熱解反應(yīng)器13使用后的釋氧后的載氧體顆粒與固體燃料在其中換熱，將固體燃料中的水分變?yōu)樗魵饷撾x固體燃料。干燥器16能夠分別輸出氣體(水蒸氣)和固體(釋氧后的載氧體顆粒與脫除水分后的固體燃料)。并且，干燥器16與釋氧反應(yīng)器14連通，以將脫除的水蒸氣送至釋氧反應(yīng)器14，當(dāng)然，釋氧反應(yīng)器14能夠接收該部分脫除的水蒸氣作為釋氧反應(yīng)的原料。

分離設(shè)備17與干燥器16連通以接收干燥器16輸出的固體，分離設(shè)備17能夠?qū)Q熱后的釋氧后的載氧體顆粒與脫除水分后的固體燃料分離。分離設(shè)備17與氧化反應(yīng)器15連通以將釋氧后的載氧體顆粒送至氧化反應(yīng)器15作為原料。分離設(shè)備17與熱解反應(yīng)器13連通以將脫除水分后的固體燃料送至熱解反應(yīng)器13，當(dāng)然熱解反應(yīng)器13能夠接收脫除水分后的固體燃料作為原料對其進(jìn)行熱解反應(yīng)。

氧化反應(yīng)器15與分離設(shè)備17連通，能夠從分離設(shè)備17接收熱解反應(yīng)器13使用后的釋氧后的載氧體顆粒。氧化反應(yīng)器15還能夠接收含氧氣體，在本實(shí)施例中，氧化反應(yīng)器15與粗合成氣凈化設(shè)備中的冷凝器5連通，冷凝器5將熱空氣送入氧化反應(yīng)器15中作為含氧氣體使用。氧化反應(yīng)器15供釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體在其中、在高溫下進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成被氧化的載氧體顆粒(“被氧化的載氧體顆?！敝羔屟鹾蟮妮d氧體顆粒重新被氧化后)和貧氧氣體。在本實(shí)施例中，貧氧氣體與氧化后的載氧體顆粒(“氧化后的載氧體顆粒”指釋氧后的載氧體顆粒重新被氧化)分別輸出。氧化反應(yīng)器15和釋氧反應(yīng)器14連通以直接將氧化后的載氧體顆粒送至釋氧反應(yīng)器14重新使用，相應(yīng)地，釋氧反應(yīng)器14能夠接收氧化反應(yīng)器15中生成的氧化后的載氧體顆粒。在氧化反應(yīng)器15中進(jìn)行的氧化反應(yīng)主要為：

mexoy-1+0.5o2(g)＝mexoy

換熱器4與粗熱解氣凈化設(shè)備10連通，以能夠接收粗熱解氣凈化設(shè)備10輸出的液態(tài)水；換熱器4與粗合成氣凈化設(shè)備的冷凝器5連通，以能夠接收粗合成氣凈化設(shè)備輸出的液態(tài)水；換熱器4與氧化反應(yīng)器15連通，以接收氧化反應(yīng)器15中輸出的貧氧氣體。在換熱器4中，這兩部分液態(tài)水與貧氧氣體進(jìn)行換熱，形成水蒸氣并輸出。釋氧反應(yīng)器14與換熱器4連通，以接收換熱器4輸出的水蒸氣，該部分水蒸氣進(jìn)入釋氧反應(yīng)器14參與釋氧反應(yīng)。換熱后的貧氧氣體可直接進(jìn)入大氣、進(jìn)入下游工藝設(shè)備或者進(jìn)入存儲器儲存，合理收集可用于化肥等生產(chǎn)。

蒸汽管網(wǎng)1可選擇地與換熱器4連通以接收水蒸氣，并且蒸汽管網(wǎng)1可選擇地與釋氧反應(yīng)器14連通以能夠隨時(shí)向釋氧反應(yīng)器14中輸送水蒸氣。由此，換熱器4形成的水蒸氣可以一部分直接送入釋氧反應(yīng)器14用于反應(yīng)，另一部分送入蒸汽管網(wǎng)1中，待需要提高向釋氧反應(yīng)器14的蒸汽供應(yīng)量時(shí)從蒸汽管網(wǎng)1中獲取水蒸氣對此時(shí)換熱器4產(chǎn)生的水蒸氣做補(bǔ)充。

綜上，利用載氧體顆粒在水蒸氣的作用下發(fā)生釋氧反應(yīng)，生成氧氣和水蒸氣的混合氣，該混合氣和半焦進(jìn)行氣化反應(yīng)，而載氧體顆粒失氧后作為固體熱載體和催化劑參與固體燃料的熱解反應(yīng)，然后再使釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)氧化再生，由此載氧體顆粒在釋氧反應(yīng)、熱解反應(yīng)和氧化反應(yīng)之間循環(huán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的制氧過程，并將固體燃料熱解和半焦氣化工藝耦合在一起，這種熱解氣化過程成本低、能耗低。并且，因合成氣中無氮?dú)?，所以生成的合成氣中可燃?xì)怏w濃度高、合成氣熱值高；因載氧體顆粒起到了催化焦油裂解的作用，而減少粗熱解氣中焦油的含量，提高熱解氣的產(chǎn)量。

并且，通過控制釋氧反應(yīng)器14中水蒸氣的注入量，可控制釋氧反應(yīng)獲得的水蒸氣和氧氣的比例，進(jìn)而控制合成氣中h2和co的比例，為最終獲得的合成氣用于合成乙醇、甲醇等多種化學(xué)品提供不同要求的h2和co的比例。本系統(tǒng)能夠?qū)⒁徊糠謸Q熱器4獲得的水蒸氣送入蒸汽管網(wǎng)1，也可隨時(shí)從蒸汽管網(wǎng)1獲取水蒸氣送入釋氧反應(yīng)器14，以調(diào)節(jié)合成氣中的h2和co的比例。由此，本系統(tǒng)能夠適用于不同的目標(biāo)化學(xué)品的制備并且實(shí)現(xiàn)這種適用的方法極為簡便，大大節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)效率。

并且，本實(shí)施例的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了熱量在釋氧反應(yīng)器14、氣化反應(yīng)器8、熱解反應(yīng)器13和氧化反應(yīng)器15之間的傳遞，整體系統(tǒng)能量利用效率更高。具體而言，貧氧氣體帶有的熱量用于生成水蒸氣供應(yīng)給釋氧反應(yīng)器14，釋氧后的載氧體顆粒先將熱量帶至熱解反應(yīng)器13供應(yīng)給熱解反應(yīng)，又將熱量帶回至氧化反應(yīng)器15用于生成貧氧氣體，在載氧體顆粒循環(huán)使用的同時(shí)，也形成了能量的循環(huán)，并且釋氧反應(yīng)生成的混合氣將熱量帶入氣化反應(yīng)。由此，降低了能耗，能量利用率高。進(jìn)一步，氣化反應(yīng)生成粗合成氣所攜帶的熱量為空氣加熱，形成的熱空氣送入氧化反應(yīng)器15參加氧化反應(yīng)。綜上，從整體而言，整體系統(tǒng)的熱量在釋氧反應(yīng)、氣化反應(yīng)、熱解反應(yīng)、氧化反應(yīng)之間循環(huán)利用，降低了能耗，能量利用率高。

并且更進(jìn)一步地，釋氧反應(yīng)生成的釋氧后的載氧體顆粒先將其熱量用于去除固體燃料中的水分，脫除水分的固體燃料在熱解時(shí)所需的能量大大降低，進(jìn)而降低了整個(gè)系統(tǒng)的能耗。同時(shí)，脫除的水分形成水蒸氣補(bǔ)給到釋氧反應(yīng)器14中，進(jìn)一步節(jié)約了成本。

并且，粗合成氣凈化設(shè)備和粗熱解氣凈化設(shè)備10中產(chǎn)生的液態(tài)水經(jīng)過換熱形成水蒸氣、以及固體燃料脫除的水分形成水蒸氣均作為釋氧反應(yīng)器14的載氣，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廢水的零排放，更加環(huán)保。此外，降溫后的貧氧氣體排入大氣，也有利于環(huán)保。

并且，載氧體顆粒在生產(chǎn)過程中循環(huán)利用，節(jié)約了原料，載氧體使用效率高。

并且，氣化反應(yīng)為氣-固氣化，反應(yīng)速率和氣化效率高，整體工藝效率更高。

綜合上述描述，本實(shí)施例提供的系統(tǒng)，工藝流程簡單，創(chuàng)新性地通過載氧體顆粒的連續(xù)運(yùn)用將固體燃料的熱解和氣化耦合在一起，同時(shí)制備高熱值合成氣以及高產(chǎn)量的熱解氣，產(chǎn)生有害副產(chǎn)品(焦油等)含量低、經(jīng)濟(jì)效率高、無污染等優(yōu)勢并且各反應(yīng)器等部件相互耦合實(shí)現(xiàn)了熱量以及水資源的循環(huán)利用，具有重要的節(jié)能減排現(xiàn)實(shí)意義。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，釋氧反應(yīng)器14為流化床釋氧反應(yīng)器。釋氧反應(yīng)器14能夠承受的反應(yīng)溫度至少為300-1100℃。載氧體粒徑為200-1000μm，載氧體顆粒為銅基載氧體顆粒、鈷基載氧體顆粒、錳基載氧體顆粒中的一種或多種組合、或者為類鈣鈦礦型載氧體顆粒。如圖1，釋氧反應(yīng)器14的底端設(shè)有水蒸氣入口，用于供水蒸氣進(jìn)入釋氧反應(yīng)器14；釋氧反應(yīng)器14的頂部側(cè)壁上設(shè)有混合物出口，因載氧體顆粒粒徑小，會夾雜在混合氣中形成混合物在釋氧反應(yīng)器14中一起向上運(yùn)動，從混合物出口排出；釋氧反應(yīng)器14的底部側(cè)壁上設(shè)有載氧體入口，以用于補(bǔ)給載氧體顆粒。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于此，在其他實(shí)施例中，釋氧反應(yīng)器14可以選擇現(xiàn)有任何類型，只要能夠供載氧體顆粒和水蒸氣在其中反應(yīng)生成包含水蒸氣和氧氣的混合氣以及釋氧后的載氧體顆粒即可。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，第一分離器9為旋風(fēng)分離器，其側(cè)壁上設(shè)有混合物入口，該混合物入口與釋氧反應(yīng)器14的混合物出口連通，以接收混合氣與釋氧后的載氧體顆粒；第一分離器9的頂端設(shè)有混合氣出口，供混合氣輸出；第一分離器9的底端設(shè)有載氧體出口，供釋氧后的載氧體顆粒輸出。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，氣化反應(yīng)器8為流化床氣化反應(yīng)器。氣化反應(yīng)器8能夠承受的反應(yīng)溫度至少為750-1200℃。如圖1，氣化反應(yīng)器8的底端設(shè)有混合氣入口，該混合氣入口與第一分離器9的混合氣出口連通，用于供混合氣進(jìn)入氣化反應(yīng)器8；氣化反應(yīng)器8的頂部側(cè)壁設(shè)有半焦入口，用于供半焦進(jìn)入氣化反應(yīng)器8；氣化反應(yīng)器8的頂端設(shè)有粗合成氣出口，用于排出粗合成氣。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于此，在其他實(shí)施例中，氣化反應(yīng)器8可以選擇現(xiàn)有任何類型，只要能夠供混合氣和半焦在其中反應(yīng)生成粗合成氣即可。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，粗合成氣凈化設(shè)備中的除塵器6為氣固分離器(可選旋風(fēng)分離器)。該除塵器6的側(cè)壁上設(shè)有粗合成氣入口，該除塵器6的粗合成氣入口作為粗合成氣凈化設(shè)備的粗合成氣入口，與氣化反應(yīng)器8的粗合成氣出口連通，以接收粗合成氣；除塵器6的底端設(shè)有灰分出口，灰分出口與灰斗7連通；除塵器6的側(cè)壁上還設(shè)有粗合成氣出口，供脫除灰分的粗合成氣排出。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，粗合成氣凈化設(shè)備中的冷凝器5設(shè)有粗合成氣入口，該粗合成氣入口與除塵器6的粗合成氣出口連通，以用于接收脫除灰分的粗合成氣；冷凝器5還具有冷凝介質(zhì)入口(供空氣進(jìn)入冷凝器5)、冷凝介質(zhì)出口(供熱空氣排出冷凝器5)、液態(tài)水出口(供液態(tài)水排出冷凝器5)和合成氣出口(供合成氣排出冷凝器5)，冷凝器5的合成氣出口作為粗合成氣凈化設(shè)備的合成氣出口。

當(dāng)然，本發(fā)明的粗合成氣凈化設(shè)備不局限于上述先除塵器6后冷凝器5的方案，例如，冷凝器5也可位于除塵器6的上游而先進(jìn)行水蒸氣的脫除、再進(jìn)行灰分的脫除，此時(shí)除塵器6可選擇布袋除塵器。具體地，在此情況下，粗合成氣凈化設(shè)備包括布袋除塵器(即除塵器6)和冷凝器5，冷凝器5具有粗合成氣入口、冷凝介質(zhì)入口、液態(tài)水出口、冷凝介質(zhì)出口和粗合成氣出口，冷凝器5的粗合成氣入口作為粗合成氣凈化設(shè)備的粗合成氣入口，除塵器6具有與冷凝器5的粗合成氣出口連通的粗合成氣入口，還具有合成氣出口，除塵器6的合成氣出口作為粗合成氣凈化設(shè)備的合成氣出口。

當(dāng)然，粗合成氣凈化設(shè)備可以是任何可以脫除粗合成氣中的灰分和水蒸氣的一個(gè)分離設(shè)備或多個(gè)分離設(shè)備的組合，并且灰分和水蒸氣的脫除順序不限制。其中優(yōu)選地，粗合成氣凈化設(shè)備以將水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水的方式將水蒸氣脫除，以循環(huán)利用液態(tài)水，當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，也可采用吸附的方式去除水蒸氣。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，合成氣儲存器與粗合成氣凈化設(shè)備的合成氣出口(在本實(shí)施例中為冷凝器5的合成氣出口)連通。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，熱解反應(yīng)器13為移動床熱解反應(yīng)器13，熱解反應(yīng)器13能夠至少承受300-800℃的反應(yīng)溫度。熱解反應(yīng)器13的頂端設(shè)有載氧體入口，該載氧體入口與第一分離器9的載氧體出口連通，以接收釋氧后的載氧體顆粒；熱解反應(yīng)器13的側(cè)壁上設(shè)有固體燃料入口，用于注入固體燃料，在本實(shí)施例中，固體燃料為煤、生物質(zhì)、石油焦、油頁巖、生活垃圾中的一種或多種組合，粒徑為50-150μm；熱解反應(yīng)器13的頂部側(cè)壁設(shè)有粗熱解氣出口，熱解反應(yīng)器13中生成的粗熱解氣在熱解反應(yīng)器13中向上運(yùn)動自粗熱解氣出口排出；熱解反應(yīng)器13的底端設(shè)有固體混合物出口，釋氧后的載氧體顆粒和半焦形成固體混合物從固體混合物出口排出。熱解反應(yīng)器13底部還設(shè)有卸料口。

當(dāng)然，本發(fā)明不局限于此，在其他實(shí)施例中，熱解反應(yīng)器13可以選擇現(xiàn)有任何類型，只要能夠供固體燃料在釋氧后的載氧體顆粒的作用下進(jìn)行熱解反應(yīng)即可。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，熱解氣凈化設(shè)備具有粗熱解氣入口、熱解氣出口、焦油出口和液態(tài)水出口。熱解氣凈化設(shè)備的粗熱解氣入口與熱解反應(yīng)器13的粗熱解氣出口連通，以接收粗熱解氣。熱解氣凈化設(shè)備可選自本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的裝置，例如，熱解氣凈化設(shè)備可為一個(gè)能夠同時(shí)執(zhí)行脫油(焦油)和脫水(水蒸氣)操作的裝置；或者，熱解氣凈化設(shè)備可包含兩個(gè)依次連接的裝置，前一裝置先執(zhí)行脫油操作，后一裝置再執(zhí)行脫水操作；或者，熱解氣凈化設(shè)備可包含兩個(gè)依次連接的裝置，前一裝置先執(zhí)行脫水操作，后一裝置再執(zhí)行脫油操作。而無論熱解氣凈化設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)如何，其都具有粗熱解氣入口、熱解氣出口、焦油出口和液態(tài)水出口。優(yōu)選地，熱解氣凈化設(shè)備無論是何設(shè)備，其脫水的方式都是將水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水，以用于實(shí)現(xiàn)水循環(huán)利用、零排放。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，粗熱解氣儲存器與熱解氣凈化設(shè)備的熱解氣出口連通，以接收熱解氣并儲存。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，第二分離器12為固固分離器，優(yōu)選為篩分器。第二分離器12的頂端設(shè)有固體混合物入口，第二分離器12的固體混合物入口與熱解反應(yīng)器13的固體混合物出口連通，用于接收半焦和釋氧后的載氧體顆?；旌闲纬傻墓腆w混合物；第二分離器12的底端設(shè)有用于導(dǎo)出釋氧后的載氧體顆粒的載氧體出口和用于導(dǎo)出半焦的半焦出口，第二分離器12的半焦出口與氣化反應(yīng)器8的半焦入口連通，以將固體燃料熱解后形成的半焦送入氣化反應(yīng)器8中繼續(xù)氣化形成合成氣。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，混合設(shè)備18的側(cè)壁上設(shè)有載氧體入口，該載氧體入口與第二分離器12的載氧體出口連通，以接收參與完熱解反應(yīng)后的釋氧后的載氧體顆粒；混合設(shè)備18的頂端設(shè)有固體燃料入口，該固體燃料入口用于注入固體燃料；混合設(shè)備18的底端設(shè)有混合物出口，該混合物出口用于排出釋氧后的載氧體顆粒和固體燃料的形成的混合物。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，給料裝置19為螺旋給料機(jī)，其出料口與混合設(shè)備18的固體燃料入口連通，以輸出固體燃料。設(shè)置自動給料裝置19可提高整體系統(tǒng)的自動化程度，保證固體燃料持續(xù)均勻地加入混合設(shè)備18。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，干燥器16具有混合物入口、水蒸氣出口和干燥混合物出口，干燥器16的混合物入口與混合設(shè)備18的混合物出口連通，以用于接收釋氧后的載氧體顆粒和固體燃料的形成的混合物；干燥器16的水蒸氣出口用于排出固體燃料中的水分形成的水蒸氣，在本實(shí)施例中，干燥器16的水蒸氣出口與釋氧反應(yīng)器14的水蒸氣入口連通；干燥器16的干燥混合物出口用于排出脫除水分后的固體燃料和釋氧后的載氧體顆粒所形成的干燥混合物。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，分離設(shè)備17為固固分離器，優(yōu)選為篩分器。分離設(shè)備17的頂端設(shè)有干燥混合物入口，該干燥混合物入口與干燥器16的干燥混合物出口連通，以接收干燥混合物；分離設(shè)備17的底端設(shè)有載氧體出口(用于排出釋氧后的載氧體顆粒)和固體燃料出口，分離設(shè)備17的固體燃料出口與熱解反應(yīng)器13的固體燃料入口連通，以將干燥的固體燃料送入熱解反應(yīng)器13。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，氧化反應(yīng)器15為移動床氧化反應(yīng)器15，氧化反應(yīng)器15可承受的反應(yīng)溫度為200-1000℃。氧化反應(yīng)器15的頂部側(cè)壁上具有載氧體入口，該載氧體入口與分離設(shè)備17的載氧體出口連通，供釋氧后的載氧體顆粒進(jìn)入；氧化反應(yīng)器15的底端設(shè)有含氧氣體入口，供含氧氣體進(jìn)入，含氧氣體中氧氣的體積濃度為5-21％，優(yōu)選空氣或含氧的工業(yè)煙氣，冷凝器5的冷凝介質(zhì)出口與氧化反應(yīng)器15的含氧氣體入口連通，以將冷凝器5中產(chǎn)生的熱空氣作為含氧氣體送入氧化反應(yīng)器15中使用；氧化反應(yīng)器15的頂端設(shè)有貧氧氣體出口，供貧氧氣體輸出；氧化反應(yīng)器15的下部側(cè)壁設(shè)有載氧體出口，該載氧體出口與釋氧反應(yīng)器14的載氧體入口連通，以將氧化后的載氧體顆粒送入釋氧反應(yīng)器14重復(fù)利用，優(yōu)選地，氧化反應(yīng)器15的載氧體出口高于釋氧反應(yīng)器14的載氧體入口，二者采用傾斜直管連接，以有利于載氧體顆粒順利進(jìn)入釋氧反應(yīng)器14中。

當(dāng)然，本發(fā)明不局限于此，氧化反應(yīng)器15的類型可以是任一現(xiàn)有的氧化反應(yīng)器15的類型，只要能夠供釋氧后的載氧體顆粒和含氧氣體在其中進(jìn)行氧化反應(yīng)即可。例如，氧化反應(yīng)器15可為流化床氧化反應(yīng)器，該氧化反應(yīng)器15的頂端設(shè)置載氧體入口，該載氧體入口與分離設(shè)備17的載氧體出口連通，供釋氧后的載氧體顆粒進(jìn)入；氧化反應(yīng)器15的底端設(shè)有含氧氣體入口，供含氧氣體進(jìn)入；氧化反應(yīng)器15的上部側(cè)壁設(shè)有氣固混合物出口，供貧氧氣體和氧化后的載氧體顆粒形成的氣固混合物輸出。此時(shí)，氧化反應(yīng)器15中形成的貧氧氣體和氧化后的載氧體顆粒因氧化反應(yīng)器15的自身結(jié)構(gòu)原因而以混合物的形式排出氧化反應(yīng)器15，此時(shí)采用第三分離器對貧氧氣體和氧化后的載氧體顆粒進(jìn)行分離。第三分離器為氣固分離器，優(yōu)選為旋風(fēng)分離器。第三分離器的側(cè)壁上設(shè)有氣固混合物入口，該氣固混合物入口與氧化反應(yīng)器15的氣固混合物出口連通，以接收貧氧氣體和氧化后的載氧體顆粒形成的氣固混合物；第三分離器的頂端設(shè)有貧氧氣體出口，供分離出的貧氧氣體排出；第三分離器的底端設(shè)有載氧體顆粒出口，該載氧體出口與釋氧反應(yīng)器14的載氧體入口連通，以將氧化后的載氧體顆粒送入至釋氧反應(yīng)器14中繼續(xù)參加釋氧反應(yīng)。由此，第三分離器與氧化反應(yīng)器15連通，以接收氧化反應(yīng)器15輸出的貧氧氣體和氧化后的載氧體顆粒，第三分離器將貧氧氣體和氧化后的載氧體顆粒分離并分別輸出，其中，第三分離器與釋氧反應(yīng)器14連通。

綜上，可理解，在本實(shí)施例中，氧化反應(yīng)器15的載氧體入口與第二分離器12的載氧體出口之間連通有混合設(shè)備18、干燥器16和分離設(shè)備17，以用于利用釋氧后的載氧體顆粒的熱量去除固體燃料中的水分。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，換熱器4具有供熱氣體入口、廢氣出口、連通在供熱氣體入口和廢氣出口之間的第一流體通道、液態(tài)水入口、水蒸氣出口、連通在液態(tài)水入口和水蒸氣出口之間的第二流體通道，第一流體通道和第二流體通道之間能夠進(jìn)行熱交換，進(jìn)而在第一流體通道中流動的貧氧氣體為在第二流體通道中流動的液態(tài)水供熱，液態(tài)水在流動過程中逐漸變?yōu)樗魵?。供熱氣體入口與氧化反應(yīng)器15的貧氧氣體出口連通，以接收貧氧氣體作為供熱氣體；廢氣出口在本實(shí)施例中與大氣連通，當(dāng)然還可與下游工藝設(shè)備或存儲裝置連通；液態(tài)水入口與粗合成氣凈化設(shè)備中的冷凝器5的液態(tài)水出口和粗熱解氣凈化設(shè)備10的液態(tài)水出口連通，以同時(shí)接收粗合成氣凈化設(shè)備和粗熱解氣凈化設(shè)備10所生成的液態(tài)水；水蒸氣出口與釋氧反應(yīng)器14的水蒸氣入口連通，以將水蒸氣送入至釋氧反應(yīng)器14參與釋氧反應(yīng)。當(dāng)然，如在設(shè)置第三分離器的情況下，供熱氣體入口與第三分離器的貧氧氣體出口連通。

更進(jìn)一步，還可設(shè)置供熱管線(圖中未示出)，該供熱管線與換熱器4的供熱氣體入口和第三分離器的貧氧氣體出口(在設(shè)置第三分離器的情況下)/氧化反應(yīng)器15的貧氧氣體出口之間連接的管線連通，工業(yè)煙氣與貧氧氣體混合后一起進(jìn)入換熱器4的供熱氣體入口。當(dāng)然，本發(fā)明不局限于此，供熱管線與輸送貧氧氣體的管線也可分別與供熱氣體入口連通形成二者并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，釋氧反應(yīng)器14的水蒸氣入口與換熱器4的水蒸氣出口通過第一管線11連通，蒸汽管網(wǎng)1通過第二管線2與第一管線11連通，在第二管線2上設(shè)有控制閥3，控制閥3至少能夠在使第二管線2沿從第一管線11朝向蒸汽管網(wǎng)1的方向單向?qū)ǖ膬Υ鏍顟B(tài)和使第二管線2沿從蒸汽管網(wǎng)1朝向第一管線11的方向單向?qū)ǖ尼尫艩顟B(tài)之間切換。由此，當(dāng)控制閥3處于儲存狀態(tài)時(shí)，從換熱器4排出的水蒸氣的一部分經(jīng)過第一管線11直接進(jìn)入釋氧反應(yīng)器14，另一部分經(jīng)過第二管線2(包括經(jīng)過調(diào)整控制閥3)進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)1；當(dāng)控制閥3處于釋放狀態(tài)時(shí)，從換熱器4排出的水蒸氣全部直接進(jìn)入釋氧反應(yīng)器14，同時(shí)蒸汽管網(wǎng)1中的水蒸氣經(jīng)過第二管線2(包括經(jīng)過調(diào)整控制閥3)進(jìn)入第一管線11并繼而進(jìn)入釋氧反應(yīng)器14。因此，可通過調(diào)整控制閥3的狀態(tài)，調(diào)整是否從蒸汽管網(wǎng)1中向釋氧反應(yīng)器14中補(bǔ)給水蒸氣，進(jìn)而控制水蒸氣的注入量。

在本實(shí)施例的系統(tǒng)中，上述的“連通”可以是兩個(gè)部件直接連接而導(dǎo)通，也可以是兩個(gè)部件通過管線連通，并且在管線上也可以設(shè)置其他部件，只要是能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)物料的傳輸即可。并且，本實(shí)施例中的分離器和分離設(shè)備等行使分離功能的裝置的設(shè)置，均是基于其上游設(shè)備本身是否具有氣固分離功能、固固分離、固液分離等分離功能而確定，因此，在執(zhí)行主要工藝步驟的設(shè)備(氣化、釋氧、氧化、熱解設(shè)備)選用不同類型時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以刪除上述實(shí)施例中的行使分離功能的裝置，或在上述實(shí)施例中添加行使分離功能的裝置。

實(shí)施例二

本實(shí)施例提供一種固體燃料熱解氣化制備合成氣和熱解氣的方法，該方法應(yīng)用上述實(shí)施例一的系統(tǒng)，包括如下步驟：

s1、在釋氧反應(yīng)器14中，載氧體顆粒在高溫下并在水蒸氣氛圍下進(jìn)行釋氧反應(yīng)，生成包含氧氣和水蒸氣的混合氣以及釋氧后的載氧體顆粒?；旌蠚夂歪屟鹾蟮妮d氧體顆粒經(jīng)過第一分離器9分離并分別送入氣化反應(yīng)器8和熱解反應(yīng)器13。

s2、混合氣與半焦在氣化反應(yīng)器8中、在高溫下進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成粗合成氣。

s3、粗合成氣凈化設(shè)備將粗合成氣與冷凝介質(zhì)(在本實(shí)施例中為空氣)換熱，粗合成氣中的水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水脫離粗合成氣并形成熱空氣，并且粗合成氣凈化設(shè)備脫除粗合成氣中的灰分。由此，粗合成氣凈化設(shè)備去除粗合成氣中的水蒸氣和灰分，形成合成氣，送至合成氣儲存器儲存。

s4、在熱解反應(yīng)器13中，釋氧后的載氧體顆粒作為固體載熱體，固體燃料在該固體載熱體的作用下并在高溫下熱解生成半焦和粗熱解氣，所生成的半焦和釋氧后的載氧體顆粒經(jīng)過第二分離器12分離后分別送至氣化反應(yīng)器8和混合設(shè)備18，半焦送至氣化反應(yīng)器8以送入步驟s2中使用，所生成的粗熱解氣送至粗熱解氣凈化設(shè)備10。

s5、粗熱解氣凈化設(shè)備10去除粗熱解氣中的焦油和水蒸氣，形成熱解氣，送至粗熱解氣儲存器中儲存。其中，粗熱解氣凈化設(shè)備10將粗熱解氣中的水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水脫離粗熱解氣。

s6.1、采用步驟s4使用后的釋氧后的載氧體顆粒與固體燃料在混合設(shè)備18中混合然后送入干燥器16中讓二者進(jìn)行換熱，固體燃料中的水分變?yōu)樗魵饷撾x固體燃料，然后通過分離設(shè)備17將釋氧后的載氧體顆粒與脫水后的固體燃料分離，并將固體燃料送入步驟s4中使用。

s6.2、步驟s6.1使用后的釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體在氧化反應(yīng)器15中、在高溫下進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成被氧化的載氧體顆粒和貧氧氣體，被氧化后的載氧體顆粒送入步驟s1中使用。

s6.3、從固體燃料中脫離的水蒸氣送入步驟s1中使用。

s7、步驟s3生成的液態(tài)水和步驟s5生成的液態(tài)水與步驟s6.2生成的貧氧氣體進(jìn)行換熱，形成水蒸氣，將所形成的水蒸氣至少部分地送入氣化反應(yīng)器8中以送入步驟s1中使用。

可理解，上述步驟并非僅執(zhí)行1次，而是在工藝過程中持續(xù)進(jìn)行的。上述步驟s6.1-步驟s6.3為步驟s6在本實(shí)施例中的具體步驟，而在其他實(shí)施例中，僅包括步驟s6(形成將步驟s4使用后的釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體進(jìn)行氧化反應(yīng)生成被氧化的載氧體顆粒和貧氧氣體，被氧化后的載氧體顆粒送入步驟s1中使用)即在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，在步驟s7中，將所形成的水蒸氣的一部分直接送入步驟s1使用，另一部分送入蒸汽管網(wǎng)1并可隨時(shí)從蒸汽管網(wǎng)1獲取水蒸氣送入步驟s1中使用，以控制步驟s1中使用的水蒸氣的量。

優(yōu)選地，在步驟s1中，載氧體顆粒的粒徑為200-1000μm。

優(yōu)選地，在步驟s1中，載氧體顆粒為銅基載氧體顆粒、鈷基載氧體顆粒、錳基載氧體顆粒中的一種或多種組合、或者為類鈣鈦礦型載氧體顆粒。

優(yōu)選地，在步驟s1中，釋氧反應(yīng)的反應(yīng)溫度為300-1100℃,；

優(yōu)選地，在步驟s2中，氣化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為750-1200℃，優(yōu)選1000℃；

優(yōu)選地，在步驟s4中，固體燃料為煤、生物質(zhì)、石油焦、油頁巖、生活垃圾中的一種或多種組合，呈顆粒狀，粒徑為50-150μm；

優(yōu)選地，在步驟s4中，固體燃料的熱解溫度為300-800℃，優(yōu)選600℃；

優(yōu)選地，在步驟s6中，氧化反應(yīng)的反應(yīng)溫度為200-1000℃。

綜上，利用載氧體顆粒在水蒸氣的作用下發(fā)生釋氧反應(yīng)，生成氧氣和水蒸氣的混合氣，該混合氣和半焦進(jìn)行氣化反應(yīng)，而載氧體顆粒失氧后作為固體熱載體和催化劑參與固體燃料的熱解反應(yīng)，然后再使釋氧后的載氧體顆粒與含氧氣體反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)氧化再生，由此載氧體顆粒在釋氧反應(yīng)、熱解反應(yīng)和氧化反應(yīng)之間循環(huán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的制氧過程，并將固體燃料熱解和半焦氣化工藝耦合在一起，這種熱解氣化過程成本低、能耗低。并且，因合成氣中無氮?dú)?，所以生成的合成氣中可燃?xì)怏w濃度高、合成氣熱值高；因載氧體顆粒起到了催化焦油裂解的作用，而減少粗熱解氣中焦油的含量，提高熱解氣的產(chǎn)量。

并且，通過控制釋氧反應(yīng)的水蒸氣的注入量，可控制釋氧反應(yīng)獲得的水蒸氣和氧氣的比例，進(jìn)而控制合成氣中h2和co的比例，為最終獲得的合成氣用于合成乙醇、甲醇等多種化學(xué)品提供不同要求的h2和co的比例。本系統(tǒng)能夠?qū)⒁徊糠謸Q熱器4獲得的水蒸氣送入蒸汽管網(wǎng)1，也可隨時(shí)從蒸汽管網(wǎng)1獲取水蒸氣送入釋氧反應(yīng)器14，以調(diào)節(jié)合成氣中的h2和co的比例。由此，本方法能夠適用于不同的目標(biāo)化學(xué)品的制備并且實(shí)現(xiàn)這種適用的方法極為簡便，大大節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)效率。

并且，本實(shí)施例的方法實(shí)現(xiàn)了熱量在釋氧反應(yīng)、氣化反應(yīng)、熱解反應(yīng)和氧化反應(yīng)之間的傳遞，整體工藝能量利用效率更高。具體而言，貧氧氣體帶有的熱量用于生成水蒸氣供應(yīng)給釋氧反應(yīng)，釋氧后的載氧體顆粒先將熱量供應(yīng)給熱解反應(yīng)，又將熱量帶用于生成貧氧氣體，在載氧體顆粒循環(huán)使用的同時(shí)，也形成了能量的循環(huán)，并且釋氧反應(yīng)生成的混合氣將熱量帶入氣化反應(yīng)。由此，降低了能耗，能量利用率高。進(jìn)一步，氣化反應(yīng)生成粗合成氣所攜帶的熱量為空氣加熱，形成的熱空氣參加氧化反應(yīng)。綜上，從整體而言，整體系統(tǒng)的熱量在釋氧反應(yīng)、氣化反應(yīng)、熱解反應(yīng)、氧化反應(yīng)之間循環(huán)利用，降低了能耗，能量利用率高。

并且更進(jìn)一步地，釋氧反應(yīng)生成的釋氧后的載氧體顆粒先將其熱量用于去除固體燃料中的水分，脫除水分的固體燃料在熱解時(shí)所需的能量大大降低，進(jìn)而降低了整個(gè)系統(tǒng)的能耗。同時(shí)，脫除的水分形成水蒸氣補(bǔ)給到釋氧反應(yīng)中，進(jìn)一步節(jié)約了成本。

并且，粗合成氣凈化工藝和粗熱解氣凈化工藝中產(chǎn)生的液態(tài)水經(jīng)過換熱形成水蒸氣、以及固體燃料脫除的水分形成水蒸氣均作為釋氧反應(yīng)的載氣，整個(gè)工藝實(shí)現(xiàn)廢水的零排放，更加環(huán)保。此外，降溫后的貧氧氣體排入大氣，也有利于環(huán)保。

并且，載氧體顆粒在生產(chǎn)過程中循環(huán)利用，節(jié)約了原料，載氧體使用效率高。

并且，氣化反應(yīng)為氣-固氣化，反應(yīng)速率和氣化效率高，整體工藝效率更高。

綜合上述描述，本實(shí)施例提供的方法，工藝流程簡單，創(chuàng)新性地通過載氧體顆粒的連續(xù)運(yùn)用將固體燃料的熱解和氣化耦合在一起，同時(shí)制備高熱值合成氣以及高產(chǎn)量的熱解氣，并且各反應(yīng)相互耦合實(shí)現(xiàn)了熱量以及水資源的循環(huán)利用，具有重要的節(jié)能減排現(xiàn)實(shí)意義。

當(dāng)然，本發(fā)明的方法不局限于采用實(shí)施例一所示出的系統(tǒng)，只要能夠完成上述步驟s1至步驟s7即可。并且，需強(qiáng)調(diào)的是，雖然在方法中以s1-s7進(jìn)行了排序，但不構(gòu)成對步驟先后順序的限定，除非后步驟必須利用先步驟的產(chǎn)物或者本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的需要先步驟先執(zhí)行的情況，否則并不局限于上述實(shí)施例所列出的順序，并且結(jié)合上述詳細(xì)描述可知，一些步驟同時(shí)進(jìn)行最為有益，例如步驟s3和步驟s5。

當(dāng)然，上述實(shí)施例的系統(tǒng)和方法中，粗合成氣凈化設(shè)備和粗熱解氣凈化設(shè)備10中，可只有一個(gè)將水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水，相應(yīng)地，在步驟s7中，液態(tài)水來源于步驟s3或步驟s5。

可理解，在上述實(shí)施例的系統(tǒng)和方法中，在生產(chǎn)剛剛啟動時(shí)，需要先向釋氧反應(yīng)器14中注入載氧體顆粒和水蒸氣，向氣化反應(yīng)器8中注入半焦，并向氧化反應(yīng)器15中注入的含氧氣體(空氣)，載氧體顆粒、水蒸氣、半焦和含氧氣體(空氣)均是外來的。但當(dāng)生產(chǎn)穩(wěn)定后，向釋氧反應(yīng)器14中注入的載氧體顆粒和水蒸氣以及向氧化反應(yīng)器15中注入的含氧氣體(空氣)均是在系統(tǒng)中循環(huán)使用的，并且半焦會由注入的固體燃料生成而無需外加注入系統(tǒng)。

可理解，在上述方法中，是以載氧體顆粒的釋氧(參與氣化)-參與熱解-得氧為線索進(jìn)行的步驟描述，而如果以固體燃料為線索描述，則應(yīng)按照先熱解后氣化的順序以步驟s4為開始進(jìn)行描述。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，無論是怎樣描述本發(fā)明，其所要保護(hù)的內(nèi)容核心均是用載氧體顆粒將固體燃料的熱解反應(yīng)和氣化反應(yīng)耦合在一起，而不應(yīng)以描述方式對本發(fā)明進(jìn)行限制性解釋。

以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。