一種生物質(zhì)氣化制取合成氣的裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)氣化制取合成氣的裝置及其方法，該裝置主要包括熱解反應(yīng)器、氣化反應(yīng)器、重整反應(yīng)器、再生反應(yīng)器以及熱管。工藝過程中生物質(zhì)首先經(jīng)鉀鹽溶液預(yù)處理，預(yù)處理的生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器中熱解，焦炭在氣化反應(yīng)器中氣化，氣化反應(yīng)器與再生反應(yīng)器通過循環(huán)床料載熱與吸收CO2生成富氫氣體，并利用富氫氣體進(jìn)入重整反應(yīng)器對(duì)熱解氣進(jìn)行加氫催化裂化與重整。由此通過分步進(jìn)行熱解、氣化、重整和燃燒再生在溫和反應(yīng)溫度下獲得低焦油、高濃度H2和CO的合成氣，并同時(shí)副產(chǎn)富含鉀的農(nóng)用化肥，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程熱量的梯級(jí)傳遞，不僅提高了能源利用效率，而且增加了經(jīng)濟(jì)附加值。
【專利說明】
_種生物質(zhì)氣化制取合成氣的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)氣化的方法及其裝置系統(tǒng)，屬于生物質(zhì)資源利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]生物質(zhì)氣化是生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化利用的重要途徑之一，制取的合成氣既可作為氣體燃料，也可作為甲醇、二甲醚、FT合成油等化工產(chǎn)品的中間產(chǎn)物，生物質(zhì)氣化技術(shù)具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑的主要問題是(I)利用空氣直接氣化時(shí)合成氣中存在大量仏，導(dǎo)致合成氣熱值低，品質(zhì)差；(2)氣化產(chǎn)物中存在焦油，不僅影響氣體品質(zhì)，而且影響下游設(shè)備的正常運(yùn)行，進(jìn)行焦油催化重整時(shí)，易導(dǎo)致催化劑積碳失活，從而制約了生物質(zhì)氣化制氫技術(shù)的應(yīng)用。
[0003]為了避免空氣直接氣化導(dǎo)致合成氣中存在大量N2,使得氣體品質(zhì)下降，近年來研究者采用間接供熱的方式，提高合成氣的有效成分和熱值，其中主要的技術(shù)方法包括:(I)利用分級(jí)氣化方法將生物質(zhì)的熱解氣化與焦炭燃燒分開，通過惰性或者催化劑床料為生物質(zhì)的熱解和氣化提供熱量，為了降低焦油含量，熱解氣化產(chǎn)物進(jìn)行進(jìn)一步的重整凈化。(2)通過分級(jí)氣化方法，利用焦炭進(jìn)行氣化獲得高純度的氫，熱解氣進(jìn)行燃燒提供熱量，并避免焦油的生成。
[0004]為了克服生物質(zhì)氣化過程中焦油轉(zhuǎn)化不完全以及重整催化劑積碳失活，提高生物質(zhì)碳的氣化利用率以及系統(tǒng)效率，本發(fā)明提出了一種新的分級(jí)氣化裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:據(jù)于現(xiàn)有技術(shù)的局限，本發(fā)明的目的是提供一種生物質(zhì)分級(jí)氣化制取合成氣的裝置及其方法，以解決現(xiàn)有生物質(zhì)氣化合成氣熱值低、焦油含量高、轉(zhuǎn)化脫除困難的問題，提出一種通過溫和反應(yīng)溫度下實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化制取無(wú)焦油、高濃度HdPCO合成氣的生物質(zhì)氣化裝置及其方法，且可聯(lián)產(chǎn)獲得富含鉀的化肥副產(chǎn)物。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種生物質(zhì)氣化制取合成氣的裝置包括熱解反應(yīng)器，氣化反應(yīng)器，重整反應(yīng)器，再生反應(yīng)器，第一傳熱管，第二傳熱管，第一氣固分離器，第二氣固分離器，焦炭給料機(jī)，給料管以及連接管路;在第一個(gè)反應(yīng)器中，熱解反應(yīng)器置于氣化反應(yīng)器上部，熱解反應(yīng)器和氣化反應(yīng)器之間由隔離板分隔，通過焦炭給料機(jī)和給料管連接，第一傳熱管的兩端分別置于熱解反應(yīng)器和氣化反應(yīng)器中，在熱解反應(yīng)器上設(shè)有進(jìn)料口，第一氣體出口 ；氣化反應(yīng)器上設(shè)有氣化介質(zhì)進(jìn)口，第二氣體出口，第一循環(huán)床料進(jìn)口與循環(huán)床料出口；
[0007]在第二個(gè)反應(yīng)器中，重整反應(yīng)器置于再生反應(yīng)器上部，重整反應(yīng)器和再生反應(yīng)器之間由隔離板分隔，第二傳熱管的兩端分別置于重整反應(yīng)器和再生反應(yīng)器中，重整反應(yīng)器上設(shè)有氣體進(jìn)口，第三氣體出口，催化劑的加料口和出料口 ；再生反應(yīng)器上設(shè)有物料進(jìn)口，第二循環(huán)床料進(jìn)口，以及空氣進(jìn)口和煙氣/物料出口；重整反應(yīng)器的氣體進(jìn)口位于重整反應(yīng)器的下部；
[0008]氣化反應(yīng)器的循環(huán)床料出口與再生反應(yīng)器的第二循環(huán)床料進(jìn)口連接;氣化反應(yīng)器的氣體出口連接第一氣固分離器的進(jìn)口，熱解反應(yīng)器的第一氣體出口與第一氣固分離器的氣相出口連接重整反應(yīng)器的氣體進(jìn)口 ；再生反應(yīng)器的煙氣/物料出口接第二氣固分離器的進(jìn)口，第二氣固分離器的固體出口接氣化反應(yīng)器的第一循環(huán)床料進(jìn)口。
[0009]所述的出料管，出料管進(jìn)口和出料管出口分別置于熱解反應(yīng)器和氣化反應(yīng)器中。
[0010]熱解反應(yīng)器和重整反應(yīng)器為固定床或移動(dòng)床反應(yīng)器，氣化反應(yīng)器為鼓泡流化床或噴動(dòng)流化床，再生反應(yīng)器為循環(huán)流化床或輸運(yùn)床。
[0011]氣化反應(yīng)器和再生反應(yīng)器中裝填有循環(huán)床料，且循環(huán)床料在所述的2個(gè)反應(yīng)器中循環(huán);重整反應(yīng)器裝填有重整催化劑。
[0012]給料管的出口伸入到氣化反應(yīng)器的裝填床料中。
[0013]本發(fā)明的一種生物質(zhì)氣化裝置的氣化方法分步進(jìn)行生物質(zhì)熱解過程、熱解氣/焦油重整過程和焦炭氣化過程，該方法包括如下步驟:
[0014]I)首先將自然干燥的生物質(zhì)破碎到Imm以下，利用鉀鹽溶液浸漬生物質(zhì)后，烘焙干燥到含水率小于20%，獲得預(yù)處理生物質(zhì)；
[0015]2)預(yù)處理生物質(zhì)由進(jìn)料口進(jìn)入所述的熱解反應(yīng)器發(fā)生熱解，經(jīng)熱解反應(yīng)后產(chǎn)生熱解氣體和焦炭，熱解氣體由第一氣體出口經(jīng)重整反應(yīng)器的氣體進(jìn)口進(jìn)入重整反應(yīng)器，固體物料焦炭通過焦炭給料機(jī)控制經(jīng)過給料管進(jìn)入氣化反應(yīng)器；
[0016]3)焦炭在氣化反應(yīng)器中與進(jìn)入氣化反應(yīng)器的水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成氣體產(chǎn)物出、0)和0)2，并且0)2與循環(huán)床料中的1%0/^&0發(fā)生反應(yīng)，被固化為1%0)3/^&0)3 ；
[0017]4)氣化反應(yīng)器的氣體產(chǎn)物由第二氣體出口進(jìn)入第一氣固分離器，將氣體攜帶的生物質(zhì)灰渣分離凈化后通過氣相出口由重整反應(yīng)器氣體入口進(jìn)入重整反應(yīng)器，分離出的生物質(zhì)灰渣由灰渣出口排出裝置；
[0018]5)進(jìn)入重整反應(yīng)器的熱解氣體中大分子焦油在催化劑床料作用下，與來自氣化反應(yīng)器的富氫氣體H20、H2、C0和⑶2進(jìn)行重整反應(yīng)和加氫裂解，最終轉(zhuǎn)化為H2、C0、C02、CH4的小分子氣體產(chǎn)物；
[0019]6)生物質(zhì)與空氣/氧由再生反應(yīng)器的物料進(jìn)口和空氣進(jìn)口進(jìn)入再生反應(yīng)器進(jìn)行燃燒，氣化反應(yīng)器中的循環(huán)床料MgC03/CaC03由再生反應(yīng)器床料進(jìn)口返回再生反應(yīng)器煅燒再生，其中的Mg⑶3/Ca⑶3分解為MgO/CaO和⑶2，煅燒后的循環(huán)床料經(jīng)第二氣固分離器后由氣化反應(yīng)器進(jìn)口再進(jìn)入氣化反應(yīng)器，由此循環(huán)床料在兩個(gè)反應(yīng)器中循環(huán)，且將再生反應(yīng)器的熱量帶入氣化反應(yīng)器；
[0020]7)再生反應(yīng)器生成的煙氣經(jīng)第二氣固分離器后，進(jìn)入換熱器加熱供給氣化反應(yīng)器的給水，冷卻后排出裝置。
[0021]所述的預(yù)處理生物質(zhì)包括農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物;預(yù)處理使用的鉀鹽溶液包括KNO3、K2C03，其中鉀鹽與生物質(zhì)的質(zhì)量配比為8 %?30 %。
[0022]氣化反應(yīng)器和再生反應(yīng)器中的循環(huán)床料為MgC03/Ca⑶3/Mg0/Ca0/Al203/Si02的混合物，粒徑為Imm?3mm;重整反應(yīng)器中的催化劑物料為N1-L1、N1-Mo、N1-MgSCo-L1、Co-Mo、Co-Mg為活性成分的復(fù)合催化劑。
[0023]所述的第一熱管將氣化反應(yīng)器中熱量傳遞給熱解反應(yīng)器;第二熱管將再生反應(yīng)器的熱量傳遞給重整反應(yīng)器，第一熱管和第二熱管中的傳熱介質(zhì)為Na或K及其混合物。
[0024]所述的熱解反應(yīng)器的溫度在400?600°C、氣化反應(yīng)器在600?750°C，再生反應(yīng)器為800?900°C;重整反應(yīng)器600?800°C。
[0025]有益效果:本發(fā)明將生物質(zhì)熱解過程與焦炭氣化過程分開，利用焦炭置換水蒸氣中的氫獲得富氫氣體，通過該富氫氣體進(jìn)入重整反應(yīng)器促進(jìn)焦油的加氫裂解和催化重整，從而高效地轉(zhuǎn)化熱解氣中的焦油，獲得低焦油的合成氣；
[0026]本發(fā)明焦油的重整催化劑在加氫下利用，避免了催化劑的積碳，提高了催化劑的使用壽命。
[0027]本發(fā)明利用鉀鹽對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，其中的K2O不僅催化焦炭在較低溫度下氣化獲取富氫氣體，而且反應(yīng)后的灰渣富含K2O可作為農(nóng)田化肥，提高了生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用的附加值。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的工藝過程及系統(tǒng)裝置示意圖。
[0029]熱解反應(yīng)器I，氣化反應(yīng)器2，重整反應(yīng)器3，再生反應(yīng)器4，第一傳熱管5，第二傳熱管6，第一氣固分離器7，第二氣固分離器8，焦炭給料機(jī)9，給料管10。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種生物質(zhì)氣化的裝置及其方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]本發(fā)明的生物質(zhì)氣化制取合成氣的方法是為了避免焦油的生成，促進(jìn)焦炭在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)化，首先對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行了鉀鹽預(yù)處理，并在溫和反應(yīng)條件下分級(jí)進(jìn)行生物質(zhì)熱解、焦炭氣化以及焦油的重整，利用焦炭氣化獲得的富氫氣體對(duì)焦油進(jìn)行加氫裂化和重整，從而獲得高濃度HdPCO的合成氣，促進(jìn)焦油轉(zhuǎn)化，提高焦炭氣化利用率。
[0032]本發(fā)明的生物質(zhì)氣化制取合成氣的裝置，包括熱解反應(yīng)器1，氣化反應(yīng)器2，重整反應(yīng)器3，再生反應(yīng)器4，第一傳熱管5，第二傳熱管6，第一氣固分離器7，第二氣固分離器8，焦炭給料機(jī)9，出料管10以及連接管路。在第一個(gè)反應(yīng)器中，熱解反應(yīng)器I置于氣化反應(yīng)器2上部，熱解反應(yīng)器I和氣化反應(yīng)器2之間由隔離板分隔，通過焦炭給料機(jī)9和出料管10連接;在第二個(gè)反應(yīng)器中，重整反應(yīng)器3置于再生反應(yīng)器4上部，重整反應(yīng)器3和再生反應(yīng)器4之間由隔離板分隔；且第一傳熱管5的兩端分別置于熱解反應(yīng)器I和氣化反應(yīng)器2;且第二傳熱管6的兩端分別置于重整反應(yīng)器3和再生反應(yīng)器4。其中，熱解反應(yīng)器包括進(jìn)料口 1A，氣體出口IB ；氣化反應(yīng)器2包括氣化介質(zhì)進(jìn)口 2A，氣體出口 2C，循環(huán)床料進(jìn)口 2B與循環(huán)床料出口 2D;在第二個(gè)反應(yīng)器中，重整反應(yīng)器3包括氣體進(jìn)口 3A，氣體出口 3C，催化劑的加料口 3B和出料口3D ；再生反應(yīng)器4包括物料進(jìn)口 4A，循環(huán)床料進(jìn)口 4B，以及空氣進(jìn)口 4C和煙氣/物料出口 4D;重整反應(yīng)器3的氣體進(jìn)口 3A位于重整反應(yīng)器3的下部。
[0033]另外，出料管10的進(jìn)口1A和出口 1B分別置于熱解反應(yīng)器I和氣化反應(yīng)器2中，且內(nèi)部裝有焦炭給料器9;
[0034]氣化反應(yīng)器2的循環(huán)床料出口 2D與再生反應(yīng)器4的循環(huán)床料進(jìn)口 4B連接;氣化反應(yīng)器2的氣體出口 2C連接第一氣固分離器7的進(jìn)口 7A，熱解反應(yīng)器I的第一氣體出口 IB與第一氣固分離器7的氣相出口 7B連接重整反應(yīng)器3的氣體進(jìn)口 3A；再生反應(yīng)器4的煙氣/物料出口4D接第二氣固分離器8的進(jìn)口 8A，第二氣固分離器8的固體出口 SC接氣化反應(yīng)器2的第一循環(huán)床料進(jìn)口 2B。
[0035]優(yōu)選的熱解反應(yīng)器I和重整反應(yīng)器3為固定床或移動(dòng)床反應(yīng)器，氣化反應(yīng)器2為鼓泡流化床或噴動(dòng)流化床，再生反應(yīng)器4為循環(huán)流化床或輸運(yùn)床;而且氣化反應(yīng)器2和再生反應(yīng)器4中裝填有循環(huán)床料，且循環(huán)床料在所述的2個(gè)反應(yīng)器中循環(huán);優(yōu)選的熱解反應(yīng)器I的出料管10的出口 1B伸入到氣化反應(yīng)器2的裝填床料中；優(yōu)選的重整反應(yīng)器3裝填有重整催化劑；
[0036]本發(fā)明提供的一種生物質(zhì)氣化方法，包括如下步驟:
[0037]步驟一，首先將自然干燥的生物質(zhì)包括農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物等破碎到Imm以下，利用鉀鹽溶液如KN03、K2C03等，按照鉀鹽與生物質(zhì)的質(zhì)量配比為8 %?30 %浸漬生物質(zhì)，浸漬后的生物質(zhì)烘焙干燥到含水率小于20%，獲得預(yù)處理生物質(zhì)；
[0038]步驟二，預(yù)處理的生物質(zhì)由進(jìn)料口IA進(jìn)入所述的熱解反應(yīng)器I發(fā)生熱解，經(jīng)熱解反應(yīng)后產(chǎn)生熱解氣體和焦炭，熱解氣體由氣體出口 IB經(jīng)重整反應(yīng)器3的氣體進(jìn)口3A進(jìn)入重整反應(yīng)器3，焦炭給料機(jī)9控制生物質(zhì)在熱解反應(yīng)器中的停留時(shí)間，然后固體物料焦炭通過出料管1進(jìn)入氣化反應(yīng)器2;
[0039]步驟三，焦炭在氣化反應(yīng)器2中與進(jìn)入氣化反應(yīng)器2的水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)，水蒸氣與生物質(zhì)的質(zhì)量比為:0.3?2，生成氣體產(chǎn)物H2、C0和⑶2，并且⑶2與循環(huán)床料中的MgO/CaO發(fā)生反應(yīng)，被固化為MgC03/CaC03 ；
[0040]步驟四，氣化反應(yīng)器2的氣體產(chǎn)物由出口 2C進(jìn)入第一氣固分離器7，將氣體攜帶的生物質(zhì)灰渣分離凈化后通過氣相出口 7B由重整反應(yīng)器3氣體入口 3A進(jìn)入重整反應(yīng)器3，分離出的生物質(zhì)灰渣由灰渣出口 7C排出裝置；
[0041]步驟五，進(jìn)入重整反應(yīng)器3的熱解氣體中大分子焦油在催化劑床料作用下，與來自氣化反應(yīng)器4的氣體H20、H2、C0和CO2進(jìn)行重整反應(yīng)和加氫裂解，最終轉(zhuǎn)化為H2、C0、C02、CH4的小分子氣體產(chǎn)物；
[0042]步驟六，生物質(zhì)與空氣/氧由再生反應(yīng)器4的物料進(jìn)口4A和空氣進(jìn)口 4C進(jìn)入再生反應(yīng)器4進(jìn)行燃燒，氣化反應(yīng)器2中的循環(huán)床料MgC03/CaC03由再生反應(yīng)器床料進(jìn)口 4B返回再生反應(yīng)器煅燒再生，其中的MgC03/CaC03分解為MgO/CaO和CO2，煅燒后的循環(huán)床料經(jīng)第二氣固分離器8后由氣化反應(yīng)器進(jìn)口 2B再進(jìn)入氣化反應(yīng)器2，由此循環(huán)床料在兩個(gè)反應(yīng)器中循環(huán)，且將再生反應(yīng)器4的熱量帶入氣化反應(yīng)器2;
[0043]步驟七，再生反應(yīng)器4生成的煙氣經(jīng)第二氣固分離器8后，進(jìn)入換熱器加熱供給氣化反應(yīng)器2的給水生成水蒸氣，煙氣冷卻后排出裝置。
[0044]其中，第一熱管5將氣化反應(yīng)器2中熱量傳遞給熱解反應(yīng)器I;第二熱管6將再生反應(yīng)器4的熱量傳遞給重整反應(yīng)器3。優(yōu)選的第一熱管5和第二熱管6中的傳熱介質(zhì)為Na或K及其混合物；
[0045]優(yōu)選的熱解反應(yīng)器I的溫度在400?600°C、氣化反應(yīng)器2在600?750°C，再生反應(yīng)器4在800?900°C，重整反應(yīng)器3在600?800°C ；
[0046]優(yōu)選的氣化反應(yīng)器2和再生反應(yīng)器4中的循環(huán)床料為MgC03/CaC03/Al203/Mg0/Ca0/Si〇2的混合物，粒徑為Imm?3mm;
[0047]優(yōu)選的重整反應(yīng)器3中的催化劑物料為N1-L1、N1-Mo、N1-MgSCo-L1、Co-Mo、Co-Mg為活性成分的復(fù)合催化劑；
[0048]優(yōu)選的條件下，氣體產(chǎn)物的合成氣主要成分為50 %?75 %的出、10 %?30 %的⑶、5%?25%CO2與極少量的CH4；焦油含量低于500mg/Nm3 ；生物質(zhì)灰渣的K2O含量大于40%，可作為農(nóng)業(yè)化肥副產(chǎn)品。
[0049]實(shí)例1:麥秸生物質(zhì)
[0050]農(nóng)業(yè)廢棄物麥桿為原料，氣化工藝如上所述:麥桿破碎到0.3-0.6mm左右，利用10g K2CO3配置溶液2000mL，常溫下浸漬100g破碎后的麥桿lh，然后送入干燥器干燥至含水10 %以下；預(yù)處理后的麥桿送入熱解反應(yīng)器，熱解反應(yīng)溫度600 V，氣化溫度700 V，重整反應(yīng)溫度750°C，燃燒反應(yīng)溫度900°C，氣化反應(yīng)器送入水蒸氣/麥桿質(zhì)量比0.5，循環(huán)床料為Al2O3和Ca⑶3/CaO，二者配比1:5，Ca⑶3/CaO循環(huán)量與生物質(zhì)質(zhì)量配比4:1，重整催化劑為15%N1-3%Li/Al203 ;氣化重整獲得的合成氣，經(jīng)過冷卻凈化的氣體成分H2:65.9%，C0:19.5%，CO2:14.I %，CH4<0.25 %，氣體產(chǎn)率:I.02Nm3/kg，焦油<500mg/Nm3，灰渣K2O含量?50%。
[0051]實(shí)例2:麥秸生物質(zhì)
[0052]農(nóng)業(yè)廢棄物麥桿為原料，氣化工藝如上所述:麥桿破碎到0.3-0.6mm左右，利用150g K2CO3配置溶液3000mL，常溫下浸漬100g破碎后的麥桿lh，然后送入干燥器干燥至含水10 %以下；預(yù)處理后的麥桿送入熱解反應(yīng)器，反應(yīng)溫度700 V，氣化溫度750 V，重整反應(yīng)溫度750°C，燃燒反應(yīng)溫度900°C，氣化反應(yīng)器送入水蒸氣/麥桿質(zhì)量比0.4，循環(huán)床料為Al2O3和CaC03/Ca0，二者配比2:1，CaC03/Ca0循環(huán)量與生物質(zhì)質(zhì)量配比2:1，重整催化劑為15%N1-10%Mg/Al203 ；氣化重整獲得的合成氣，經(jīng)過冷卻凈化的氣體成分H2:60.2%，CO: 24.2%，C02:15.2%,CH4<0.3%,氣體產(chǎn)率:I.03Nm3/kg，焦油 <400mg/Nm3，灰渣 K2O 含量?60 %。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生物質(zhì)氣化制取合成氣的裝置，其特征在于:該裝置包括熱解反應(yīng)器(I)，氣化反應(yīng)器(2)，重整反應(yīng)器(3)，再生反應(yīng)器(4)，第一傳熱管(5)，第二傳熱管(6)，第一氣固分離器(7)，第二氣固分離器(8)，焦炭給料機(jī)(9)，給料管(10)以及連接管路;在第一個(gè)反應(yīng)器中，熱解反應(yīng)器(I)置于氣化反應(yīng)器(2)上部，熱解反應(yīng)器(I)和氣化反應(yīng)器(2)之間由隔離板分隔，通過焦炭給料機(jī)(9)和給料管(10)連接，第一傳熱管(5)的兩端分別置于熱解反應(yīng)器(I)和氣化反應(yīng)器(2)中，在熱解反應(yīng)器(I)上設(shè)有進(jìn)料口(IA)，第一氣體出口( 1B);氣化反應(yīng)器(2)上設(shè)有氣化介質(zhì)進(jìn)口(2A)，第二氣體出口(2C)，第一循環(huán)床料進(jìn)口(2B)與循環(huán)床料出口(2D); 在第二個(gè)反應(yīng)器中，重整反應(yīng)器(3)置于再生反應(yīng)器(4)上部，重整反應(yīng)器(3)和再生反應(yīng)器(4)之間由隔離板分隔，第二傳熱管(6)的兩端分別置于重整反應(yīng)器(3)和再生反應(yīng)器(4)中，重整反應(yīng)器(3)上設(shè)有氣體進(jìn)口(3A)，第三氣體出口(3C)，催化劑的加料口(3B)和出料口(3D);再生反應(yīng)器(4)上設(shè)有物料進(jìn)口(4A)，第二循環(huán)床料進(jìn)口(4B)，以及空氣進(jìn)口(4C)和煙氣/物料出口(4D);重整反應(yīng)器(3)的氣體進(jìn)口(3A)位于重整反應(yīng)器(3)的下部； 氣化反應(yīng)器(2)的循環(huán)床料出口(2D)與再生反應(yīng)器(4)的第二循環(huán)床料進(jìn)口(4B)連接；氣化反應(yīng)器(2)的氣體出口(2C)連接第一氣固分離器(7)的進(jìn)口(7A)，熱解反應(yīng)器(I)的第一氣體出口(IB)與第一氣固分離器(7)的氣相出口(7B)連接重整反應(yīng)器(3)的氣體進(jìn)口(3A);再生反應(yīng)器(4)的煙氣/物料出口(4D)接第二氣固分離器(8)的進(jìn)口(8A)，第二氣固分離器(8)的固體出口(8C)接氣化反應(yīng)器(2)的第一循環(huán)床料進(jìn)口(2B)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化裝置，其特征在于:所述的出料管(10)，出料管進(jìn)口(1A)和出料管出口(1B)分別置于熱解反應(yīng)器(I)和氣化反應(yīng)器⑵中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化裝置，其特征在于:熱解反應(yīng)器(I)和重整反應(yīng)器(3)為固定床或移動(dòng)床反應(yīng)器，氣化反應(yīng)器(2)為鼓泡流化床或噴動(dòng)流化床，再生反應(yīng)器(4)為循環(huán)流化床或輸運(yùn)床。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化裝置，其特征在于:氣化反應(yīng)器(2)和再生反應(yīng)器(4)中裝填有循環(huán)床料，且循環(huán)床料在所述的2個(gè)反應(yīng)器中循環(huán);重整反應(yīng)器(3)裝填有重整催化劑。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)氣化裝置，其特征在于:給料管(10)的出口(1B)伸入到氣化反應(yīng)器(2)的裝填床料中。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)氣化裝置的氣化方法，其特征在于:該方法分步進(jìn)行生物質(zhì)熱解過程、熱解氣/焦油重整過程和焦炭氣化過程，該方法包括如下步驟: 1)首先將自然干燥的生物質(zhì)破碎到Imm以下，利用鉀鹽溶液浸漬生物質(zhì)后，烘焙干燥到含水率小于20%，獲得預(yù)處理生物質(zhì)； 2)預(yù)處理生物質(zhì)由進(jìn)料口(IA)進(jìn)入所述的熱解反應(yīng)器(I)發(fā)生熱解，經(jīng)熱解反應(yīng)后產(chǎn)生熱解氣體和焦炭，熱解氣體由第一氣體出口(IB)經(jīng)重整反應(yīng)器(3)的氣體進(jìn)口(3A)進(jìn)入重整反應(yīng)器(3)，固體物料焦炭通過焦炭給料機(jī)(9)控制經(jīng)過給料管(10)進(jìn)入氣化反應(yīng)器(2)； 3)焦炭在氣化反應(yīng)器(2)中與進(jìn)入氣化反應(yīng)器(2)的水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成氣體產(chǎn)物H2、CO和CO2，并且CO2與循環(huán)床料中的MgO/CaO發(fā)生反應(yīng)，被固化為MgC03/CaC03 ； 4)氣化反應(yīng)器(2)的氣體產(chǎn)物由第二氣體出口(2C)進(jìn)入第一氣固分離器(7)，將氣體攜帶的生物質(zhì)灰渣分離凈化后通過氣相出口(7B)由重整反應(yīng)器氣體入口(3A)進(jìn)入重整反應(yīng)器(3)，分離出的生物質(zhì)灰渣由灰渣出口(7C)排出裝置； 5)進(jìn)入重整反應(yīng)器(3)的熱解氣體中大分子焦油在催化劑床料作用下，與來自氣化反應(yīng)器的富氫氣體H20、H2、C0和⑶2進(jìn)行重整反應(yīng)和加氫裂解，最終轉(zhuǎn)化為H2、C0、C02、CH4的小分子氣體產(chǎn)物； 6)生物質(zhì)與空氣/氧由再生反應(yīng)器(4)的物料進(jìn)口(4A)和空氣進(jìn)口(4C)進(jìn)入再生反應(yīng)器(4)進(jìn)行燃燒，氣化反應(yīng)器(2)中的循環(huán)床料MgC03/CaC03由再生反應(yīng)器床料進(jìn)口( 4B)返回再生反應(yīng)器煅燒再生，其中的MgC03/CaC03分解為MgO/CaO和CO2，煅燒后的循環(huán)床料經(jīng)第二氣固分離器(8)后由氣化反應(yīng)器進(jìn)口(2B)再進(jìn)入氣化反應(yīng)器(2)，由此循環(huán)床料在兩個(gè)反應(yīng)器中循環(huán)，且將再生反應(yīng)器(4)的熱量帶入氣化反應(yīng)器(2); 7)再生反應(yīng)器(4)生成的煙氣經(jīng)第二氣固分離器(8)后，進(jìn)入換熱器加熱供給氣化反應(yīng)器(2)的給水，冷卻后排出裝置。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種生物質(zhì)氣化裝置的氣化方法，其特征在于:所述的預(yù)處理生物質(zhì)包括農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物;預(yù)處理使用的鉀鹽溶液包括KNO3、K2CO3，其中鉀鹽與生物質(zhì)的質(zhì)量配比為8%?30%。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種生物質(zhì)氣化裝置的氣化方法，其特征在于，氣化反應(yīng)器⑵和再生反應(yīng)器⑷中的循環(huán)床料為Mg⑶3/CaC03/Mg0/Ca0/Al203/Si02的混合物，粒徑為Imm ?3mm;重整反應(yīng)器(3)中的催化劑物料為 N1-L1、N1-Mo、N1-MgSCo-L1、Co-Mo、Co-MgS活性成分的復(fù)合催化劑。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種生物質(zhì)氣化裝置的氣化方法，其特征在于，所述的第一熱管(5)將氣化反應(yīng)器(2)中熱量傳遞給熱解反應(yīng)器(I);第二熱管(6)將再生反應(yīng)器(4)的熱量傳遞給重整反應(yīng)器(3)，第一熱管和第二熱管中的傳熱介質(zhì)為Na或K及其混合物。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種生物質(zhì)氣化裝置的氣化方法，其特征在于，所述的熱解反應(yīng)器(I)的溫度在400?600 °C、氣化反應(yīng)器(2)在600?750°C，再生反應(yīng)器(4)為800?900°C;重整反應(yīng)器600?800 °C。
【文檔編號(hào)】C10J3/72GK105907430SQ201610450149
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】肖軍, 呂瀟, 孫亭亭, 李巧, 沈來宏
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)