一种生物质生产高品位合成气的装置制造方法及图纸

技术编号:18686439 阅读:28 留言:0更新日期:2018-08-15 00:25
本实用新型专利技术涉及一种生物质生产高品位合成气的装置,包括多功能气化反应器、流化床热载体升温器、热载体分离器、催化剂再生分级分离系统以及合成气收集器。该装置采用“W”型反应器将生物质热解气化、热解气重整和合成气过滤过程有机耦合,具有设备体积小、反应完全、合成气品位高且不含焦油和粉尘的显著优点。

Device for producing high-grade synthetic gas by biomass

The utility model relates to a device for producing high-grade syngas from biomass, which comprises a multifunctional gasification reactor, a fluidized bed heat carrier heater, a heat carrier separator, a catalyst regeneration and grading separation system and a syngas collector. The W-type reactor is used to organically couple biomass pyrolysis gasification, pyrolysis gas reforming and syngas filtration. It has the advantages of small volume, complete reaction, high syngas grade and no tar and dust.

【技术实现步骤摘要】
一种生物质生产高品位合成气的装置
本技术属于生物质能源利用领域,具体涉及一种生物质生产高品位合成气的装置。
技术介绍
能源问题在世界经济中具有重要的战略意义。煤炭、石油和天然气等化石燃料的长期使用,造成了严重的环境污染和温室效应。此外,化石燃料为不可再生能源,从长远看液体燃料短缺将是困扰人类发展的大问题。生物质液化技术包括间接转化法和直接液化法,相比直接液化技术,生物质间接液化技术具有两大优势:一是生产的液体燃料完全不含硫,可满足任何标准要求;二是可以根据国家战略需要和市场需求灵活开展化工生产,如甲醇合成、费托合成等。因此,生物质间接液化技术是未来最具有发展潜力技术之一,其中气化技术是间接液化的基础和关键。生物质气化按是否使用气化剂可分为使用气化剂和不使用气化剂两种。使用气化剂气化可分为空气气化、氧气气化、水蒸气气化、二氧化碳气化和混合气化等。研究发现,使用气化剂的气化反应过程是个复杂的多组分多类型的化学反应体系,包括氧化反应、还原反应以及固体物质的裂解等。由于气化反应总体是一个吸热反应,必须提供足够热量才能维持反应进行,因此,选择气化剂一般包括空气或者氧气。使用空气作气化剂,由于空气中含有大量的氮气,导致产品中合成气热值低,后续分离成本高。不用气化剂气化只有热解气化一种,它是在完全无氧的情况下进行的气化反应,具有产物热值高、反应过程简单的优点,但是如何提供外部热源、提高合成气品位成为了关键问题,因此,气化反应器和反应工艺的设计成为了重点。此外,目前限制生物质气化技术发展和工业化的主要障碍是副产物焦油的消除问题。焦油的存在容易导致气化系统的堵塞、腐蚀和设备的损坏,引起下游催化剂的失活以及严重的环境污染等。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的不足,提供一种生物质生产高品位合成气的装置,该装置采用“W”型反应器将生物质热解气化、热解气重整和合成气过滤过程有机耦合,具有设备体积小、反应完全、合成气品位高且不含焦油和粉尘的显著优点。本技术所提供的技术方案为:一种生物质生产高品位合成气的装置,包括多功能气化反应器、流化床热载体升温器、热载体分离器、催化剂再生分级分离系统以及合成气收集器;所述多功能气化反应器包括热解气化反应区、设置在热解气化反应区侧端的重整反应区以及重整过滤区;所述热解气化反应区顶部设有物料进口以及与热载体分离器的灰斗连接的热载体进口,底部设有第一返料阀,所述第一返料阀通过返料器与流化床热载体升温器进口连接;所述热解气化反应区与重整反应区之间上部通过隔板分离,下部通过格栅分离,所述隔板和格栅相互连接;所述重整反应区顶部分别设有气体产物出口和第一催化剂进口,底部设有第二返料阀,所述第二返料阀与催化剂再生分级分离系统进口连接,所述气体产物出口与合成气收集器连接;所述重整过滤区设置在重整反应区与气体产物出口之间,顶部设有第二催化剂进口,下部设有调节阀;所述流化床热载体升温器出口与热载体分离器进口连接;所述催化剂再生分级分离系统出口分别与第一催化剂进口和第二催化剂进口连接。上述技术方案中,原料生物质和水蒸气由物料进口进入,热载体由热载体进口进入,在热解气化反应区实现混合升温并反应,热解气化反应区生成的气相产物经过格栅进入重整反应区内,与重整反应区内的催化剂接触继续进行重整反应。重整反应后的气相产物继续经过重整过滤区,同时重整过滤区也起到了过滤气相产物中粉尘的作用。热解气化反应区中经过反应的热载体和未完全反应的半焦通过返料器进入流化床热载体升温器,之后通过载体分离器再次进入热解气化反应区。重整反应区中经过反应的催化剂通过第二返料阀进入流化床烧焦升温器,之后依次进入第一旋风分离器和第二旋风分离器,经过还原后分别进入重整过滤区和重整反应区。优选的,所述催化剂再生分级分离系统包括流化床烧焦升温器、第一旋风分离器、第二旋风分离器、第一固定床还原器以及第二固定床还原器;所述流化床烧焦升温器进口与重整反应区底部的第二返料阀连接,出口与第一旋风分离器进口连接,第一旋风分离器出口与第二旋风分离器进口连接,第二旋风分离器出口外排;所述第一旋风分离器的灰斗通过第一固定床还原器与第二催化剂进口连接;所述第二旋风分离器的灰斗通过第二固定床还原器与第一催化剂进口连接。通过催化剂再生分级分离系统,可以将催化剂按颗粒粒径分为2个区间分别投入不同工段,分别为:由第一旋风分离器分离下粒径大于0.5mm的催化剂经过第一固定床还原器进入重整过滤区,由第二级旋风分离器分离出小于0.5mm的催化剂经过第二固定床还原器进入重整反应区。优选的,所述重整过滤区与重整反应区和气体产物出口接触的壁面采用筛网;所述筛网的孔径小于重整过滤区内催化剂的粒径。优选的,所述重整过滤区内反应状态为移动床,催化剂下落速度通过调节调节阀来控制。优选的,所述热解气化反应区内设有若干物料混合板;所述物料混合板的形状为三菱柱,相互之间平行设置且分层错位排列,所述物料混合板的层数为8-30层。物料混合板能够增加固体有机质颗粒与热载体之间接触面积,促进反应完全。进一步优选为8~11层。优选的,所述重整反应区内设有若干物料混合板;所述物料混合板的形状为三菱柱,相互之间平行设置且分层错位排列,所述物料混合板的层数为3-10层。物料混合板能够增加气相产物与催化剂之间接触面积,促进反应完全。进一步优选为3~5层。优选的,所述物料混合板的横截面为等腰三角形,顶角范围为45-90°。优选的,所述热载体为Al2O3,所述催化剂为Ni基催化剂。优选的,所述热解气化反应区的反应温度为800-950℃,热载体靠重力下落到第一返料阀,第一返料阀应具有自密封功能。优选的,所述流化床热载体升温器的反应温度为850-1000℃;所述流化床烧焦升温器的反应温度为700-800℃。优选的,所述格栅由倒V字形格栅板间隔排列组成;所述倒V字形格栅板为不对称结构,位于热解气化反应区一侧板边与竖直方向的夹角小于位于重整反应区的一侧板边与竖直方向的夹角。优选的,位于热解气化反应区一侧板边与竖直方向的夹角范围为15-45°;位于重整反应区一侧板边与竖直方向的夹角范围为15-75°。优选的,所述倒V字形格栅板位于热解气化反应区一侧板边的底部位置低于下一层倒V字形格栅板的顶部位置;所述倒V字形格栅板位于重整反应区一侧板边的底部位置齐平于下一层倒V字形格栅板的顶部位置。优选的,所述倒V字形格栅板之间的间隔距离小于热解气化反应区中热载体的粒径。优选的,所述流化床热载体升温器内设有水蒸气气化器。该设置能够有效地利用由未完全反应的生物质半焦生成的热量,用于气化水蒸气,水蒸气则作为气化反应的原料投入使用。优选的,所述热载体进口竖直设置于热解气化反应区顶部;所述物料进口包括二个,分别倾斜设置于热解气化反应区顶部。优选的,二个所述物料进口对称设置在热解气化反应区顶部,且物料进口与热载体进口的夹角为15-75°。优选的,所述第一热载体进口和第二热载体进口并联竖直设置于重整反应区顶部。优选的,所述重整反应区包括两个,对称设置在热解气化反应区两侧。同现有技术相比,本技术的有益效果体现在:本技术所提供的生物质生产高品位合成气的装置,采用“W”型反应器将生物质热解气化、热解气重整和合成气过滤过程有机耦合,具有本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种生物质生产高品位合成气的装置,其特征在于,包括多功能气化反应器、流化床热载体升温器、热载体分离器、催化剂再生分级分离系统以及合成气收集器;所述多功能气化反应器包括热解气化反应区、设置在热解气化反应区侧端的重整反应区以及重整过滤区;所述热解气化反应区顶部设有物料进口以及与热载体分离器的灰斗连接的热载体进口,底部设有第一返料阀,所述第一返料阀通过返料器与流化床热载体升温器进口连接;所述热解气化反应区与重整反应区之间上部通过隔板分离,下部通过格栅分离,所述隔板和格栅相互连接;所述重整反应区顶部分别设有气体产物出口和第一催化剂进口,底部设有第二返料阀,所述第二返料阀与催化剂再生分级分离系统进口连接,所述气体产物出口与合成气收集器连接;所述重整过滤区设置在重整反应区与气体产物出口之间,顶部设有第二催化剂进口,下部设有调节阀;所述流化床热载体升温器出口与热载体分离器进口连接;所述催化剂再生分级分离系统出口分别与第一催化剂进口和第二催化剂进口连接。

【技术特征摘要】
1.一种生物质生产高品位合成气的装置,其特征在于,包括多功能气化反应器、流化床热载体升温器、热载体分离器、催化剂再生分级分离系统以及合成气收集器;所述多功能气化反应器包括热解气化反应区、设置在热解气化反应区侧端的重整反应区以及重整过滤区;所述热解气化反应区顶部设有物料进口以及与热载体分离器的灰斗连接的热载体进口,底部设有第一返料阀,所述第一返料阀通过返料器与流化床热载体升温器进口连接;所述热解气化反应区与重整反应区之间上部通过隔板分离,下部通过格栅分离,所述隔板和格栅相互连接;所述重整反应区顶部分别设有气体产物出口和第一催化剂进口,底部设有第二返料阀,所述第二返料阀与催化剂再生分级分离系统进口连接,所述气体产物出口与合成气收集器连接;所述重整过滤区设置在重整反应区与气体产物出口之间,顶部设有第二催化剂进口,下部设有调节阀;所述流化床热载体升温器出口与热载体分离器进口连接;所述催化剂再生分级分离系统出口分别与第一催化剂进口和第二催化剂进口连接。2.根据权利要求1所述的生物质生产高品位合成气的装置,其特征在于,所述催化剂再生分级分离系统包括流化床烧焦升温器、第一旋风分离器、第二旋风分离器、第一固定床还原器以及第二固定床还原器;所述流化床烧焦升温器进口与重整反应区底部的第二返料阀连接,出口与第一旋风分离器进口连接,第一旋风分离器出口与第二旋风分离器进口连接,第二旋风分离器出口外排;所述第一旋风分离器的灰斗通过第一固定床还原器与第二催化剂进口连...

【专利技术属性】
技术研发人员:卢艺盖希坤吕鹏张良佺于林凯
申请(专利权)人:浙江科技学院
类型:新型
国别省市:浙江,33

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