一种连续式生物质原料原位催化裂解气、炭联产的方法与设备技术

本发明专利技术公开了一种连续新型外热式生物质原位催化裂解气、炭联产的方法与设备。该方法将裂解重整催化剂与生物质原料混合后加入到移动床反应器中，在外部反应器提供热源的情况下，将生物质无氧热解产生生物质气，生物质气化过程中伴随产生的焦油在催化剂的作用下被原位催化裂解产生小分子气体，此外，部分CO也被催化重整为H2，发生催化作用后的催化剂与生物质炭一起从移动床反应器排出，经磁力分离获得催化剂与生物质炭，催化剂循环使用，生物质炭作为催化剂的载体或吸附剂或作为土壤的改良剂使用。本发明专利技术解决目前生物质气化过程中气体有效气体成分低、焦油的存在影响过程连续稳定运行、生物质炭品质不高以及生物质能利用效率低等缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质能
，具体涉及一种连续式生物质原料原位催化裂解气、炭联产的方法与设备。
技术介绍
生物质原料是指通过光合作用将太阳能转化为化学能储存在植物中的一种能量，生物质能的利用过程中因对大气中CO2的净排放为零，得到人们的广泛关注。目前，生物质能大规模的利用大多采用空气气化的方式加以利用，由于空气中氮气的稀释作用(N2在出口气体中的体积百分比浓度60％左右)导致生物质气化产生出的气体热值低，有效气体的体积比浓度不高(H2：10％左右；CO：18％左右)，限制了它的利用，再加上生物质气化后的生物质灰中残炭量质量百分比含量在20％左右，以及生物质气化过程中产生的焦油，与飞灰粘附在一起堵塞运输管道，影响其连续稳定运行的同时，生物质能利用效率低。本专利技术所提供的一种连续外热式生物质原位催化裂解气、炭联产的方法与设备正是在这一背景下产生的。尽管目前关于生物质气、炭联产的技术已有研究，如CN101967386A、CN1721503A等技术均涉及利用生物质生产生物质炭产品，但这些技术存在以下问题：大多采用间歇式生产方法；对生物质气化过程中产生的焦油并没有加以处理；产生的气体中有效气体成份有待进一步提高。CN2723837Y利用气化出来的燃气所带的显热为后序的生物质热解炭化供热，因气化出来的燃气温度低(380-420℃)，生物质热解炭的产量与质量难以保证；CN103614151A虽然解决了连续性问题，但气化过程中伴随产生的焦油却又没有到很好的解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前生物质气化过程中气体有效成分低、焦油的存在影响过程的连续稳定运行、生物质炭品质不高以及生物质能利用效率低等缺点，开发了一种连续外热式生物质原位催化裂解气、炭联产的方法与设备，该方法将具有催化裂解活性的裂解重整催化剂与生物质原料均匀地加入到移动床反应器中进行气化，并将生物质气化过程与外部燃烧供热过程集成在一起，通过外部燃料的燃烧为生物质无氧热解气化与气化过程中伴随产生的焦油的催化裂解提供热能，由于生物质是在隔绝外界环境无氧条件下的热解气化，气化过程中伴随产生的焦油在裂解重整催化剂的作用下，焦油可被原位催化裂解为小分子有效气体成份，同时CO也可经催化重整发生变换反应生成H2，由此可使产生的气体有效成分中的H2含量得到明显提高。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：提供一种连续外热式生物质原位催化裂解气、炭联产的设备，其包括用于生物质原位催化裂解的移动床反应器2与外部燃烧反应器6，移动床反应器设于外部燃烧反应器中，移动床反应器一端的上方设有料仓1，另一端的上方设有生物质热解气出口4，下方设有生物质炭与裂解重整催化剂出口5，移动床反应器的内部设有旋转抄板3，旋转抄板在外力作用下将经料仓送入的生物质原料与裂解重整催化剂的混合物持续送入移动床反应器中进行生物质的无氧热解以及伴随产生焦油的催化裂解、CO的变换重整过程。按上述方案，外部燃烧反应器上设有燃料进口7和供应燃料燃烧助剂的风室9，外部燃烧反应器的上部还设有燃烧反应器烟气出口8。按上述方案，外部燃烧器所用的燃料为生物质、煤、以及天然气，燃烧助剂为空气，通过控制外部燃烧反应器中空气的鼓风量与燃料的加入量，使燃料完全燃烧的同时，保持外部燃烧反应器内的温度在650-800℃。按上述方案，通入的空气量为所加入燃料完全燃烧时所需空气量的1-1.2倍。提供一种连续外热式生物质原位催化裂解气、炭联产的方法，其特征在于：将生物质原料与裂解重整催化剂混合后送入到移动床反应器中，同时将燃料送入移动床反应器外部的外部燃反烧应器中充分燃烧，为移动床反应器中的生物质热解以及伴随产生的焦油原位催化裂解为小分子气体供给所需的热量，送入移动床反应器中的生物质原料与裂解重整催化剂的混合物在移动床反应器内部旋转抄板的作用下持续进入移动床反应器中进行生物质的无氧热解及伴随产生的焦油的催化裂解、CO的变换重整过程，生物质热解产生的热解气从移动床反应器的热解气出口流出供后续工序使用，生物质炭以及催化反应后的裂解重整催化剂在旋转抄板的作用下移动到生物质炭与裂解重整催化剂出口排出。按上述方案，从生物质炭与裂解重整催化剂出口排出的生物炭与裂解重整催化剂经磁力分离后得到生物质炭与裂解重整催化剂，裂解重整催化剂循环使用，生物质炭作为裂解重整催化剂的载体或吸附剂或作为土壤的改良剂使用。按上述方案，生物质的粒径在10mm以下，水份含量质量百分比在10％以下。按上述方案，所述的裂解重整催化剂由生物质炭载体和载体上负载的煅烧产生的铁的氧化物Fe2O3与镍的氧化物NiO组成，其中镍的氧化物NiO与铁的氧化物Fe2O3的质量百分比分别为20-30％、20-30％，余量为炭载体。按上述方案，所述的裂解重整催化剂中的生物质炭载体为本专利技术连续外热式生物质原位催化裂解气、炭联产的方法获得的生物质炭。按上述方案，所述的裂解重整催化剂为以生物质炭为载体，通过浸渍法负载硝酸铁与硝酸镍，再通过真空煅烧而成，真空煅烧的煅烧温度为350-400℃，其中：硝酸铁以Fe2O3计量，硝酸镍以NiO计量，各组分的质量百分比为：硝酸铁20-30％，硝酸镍20-30％，余量为炭载体。按上述方案，所述生物质原料与裂解重整催化剂中裂解重整催化剂的质量百分比为6.25-12.5wt％。按上述方案，生物质原位催化裂解气化在移动床反应器中的反应时间为6-8min，外部燃烧反应器内的温度在650-800℃。本专利技术的有益效果：1.该方法是将裂解重整催化剂与生物质原料混合后加入到移动床反应器中，在反应器外部燃料燃烧提供热源的情况下，将生物质无氧热解产生生物质气，生物质气化过程中伴随产生的焦油也在催化剂的作用下被原位催化裂解产生小分子气体，此外，在此过程中，部分CO也被催化重整发生变换反应生成H2，发生催化作用后的催化剂与生物质热解产生的生物质炭一起从移动床反应器尾部排出，经磁力分离获得裂解重整催化剂与生物质炭，裂解重整催化剂循环使用，生物质炭作为裂解重整催化剂的载体或吸附剂或作为土壤的改良剂使用。该方法与现有方法相比，具有以下优点；(1)本专利技术所提出的一种连续式生物质原料原位催化裂解气、炭联产的方法克服了目前利用生物质采用间歇的方式生产生物质炭所存在的不足，且通过焦油的原位催化裂解解决了对于连续生产时产生的焦油影响连续稳定运行的问题，再辅以CO的变换催化重整，提高了热解气体产物中有效气体组分H2的同时，使产生出的气体的应用更广；此外，该操作过程简单、连续、稳定，避免了热解过程中产生的焦油与飞灰粘附在一起影响连续稳定运行，提高了生物质的利用效率。(2)本专利技术所提出的一种连续式生物质原料原位催化裂解气、炭联产的方法利用丰富的生物质资源，将生物质气化过程与外部燃烧供热过程集成在一起，通过外部燃料的燃烧为生物质热解无氧气化与气化过程中伴随产生的焦油的催化裂解和CO重整提供热能，由于生物质是在隔绝外界环境条件下的无氧热解气化，以及气化过程中伴随进行的裂解重整过程，避免了产生出的一次焦油向二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续外热式生物质原位催化裂解气、炭联产的设备，其特征在于：其包括用于生物质原位催化裂解的移动床反应器与外部燃烧反应器，移动床反应器设于外部燃烧反应器中，移动床反应器一端的上方设有料仓，另一端的上方设有生物质热解气出口，下方设有生物质炭与裂解重整催化剂出口，移动床反应器的内部设有旋转抄板，旋转抄板在外力作用下将经料仓送入的生物质原料与裂解重整催化剂的混合物持续送入移动床反应器中进行生物质的无氧热解以及伴随产生焦油的催化裂解、CO的变换重整过程。

【技术特征摘要】
1.一种连续外热式生物质原位催化裂解气、炭联产的设备，其特征在于：其包括用于
生物质原位催化裂解的移动床反应器与外部燃烧反应器，移动床反应器设于外部燃烧反应器
中，移动床反应器一端的上方设有料仓，另一端的上方设有生物质热解气出口，下方设有生
物质炭与裂解重整催化剂出口，移动床反应器的内部设有旋转抄板，旋转抄板在外力作用下
将经料仓送入的生物质原料与裂解重整催化剂的混合物持续送入移动床反应器中进行生物质
的无氧热解以及伴随产生焦油的催化裂解、CO的变换重整过程。
2.根据权利要求1所述的连续外热式生物质原位催化裂解气、炭联产的设备，其特征
在于：外部燃烧反应器上设有燃料进口和供应燃料燃烧助剂的风室，外部燃烧反应器的上部
还设有燃烧反应器烟气出口。
3.根据权利要求1所述的连续外热式生物质原位催化裂解气、炭联产的设备，其特征
在于：外部燃烧器所用的燃料为生物质、煤、以及天然气，燃烧助剂为空气，通过控制外部
燃烧反应器中空气的鼓风量以及燃料的加入量，使燃料完全燃烧的同时，保持外部燃烧反应
器内的温度在650-800℃。
4.一种连续外热式生物质原位催化裂解气、炭联产的方法，其特征在于：将生物质原
料与裂解重整催化剂混合后送入到移动床反应器中，同时将燃料送入移动床反应器外部的外
部燃反烧应器中充分燃烧，为移动床反应器中的生物质热解以及伴随产生的焦油原位催化裂
解为小分子气体供给所需的热量，送入移动床反应器中的生物质原料与裂解重整催化剂的混
合物在移动床反应器内部旋转抄板的作用下持续进入移动床反应器中进行生物质的无氧热解
及伴随产生的焦油的催化裂解、CO的变换重整过程，生物质热解产生的热解气从移动床反
应器的热解气出口流出供后续工序使用，生物质炭以及催化反应后的裂解重整催化剂在旋转<...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正舜，田江，吴海波，彭乔，姜晓敏，张如月，汪俊时，
申请(专利权)人：华中师范大学，中钢集团武汉安全环保研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42