一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置及方法，其中，包括依次连接的用于对生物质气化粗燃气进行分离除尘的第一旋风分离器、用于对生物质气化粗燃气进行预热的预热器、用于将预热后的生物质气化粗燃气与氧载体进行重整反应的重整反应器与用于将重整反应后的氧载体与空气进行燃烧反应的空气燃烧反应器，所述空气燃烧反应器与重整反应器间连接有用于对经氧化后的氧载体进行分离除尘的第二旋风分离器，所述重整反应器还连接有用于对反应后的燃气进行分离除尘的第三旋风分离器。本发明专利技术利用氧载体的晶格氧及催化作用将焦油大分子部分氧化为CO、H

【技术实现步骤摘要】
一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置及方法
本专利技术涉及能源与化工
，尤其涉及一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置及方法。
技术介绍
生物质是资源丰富的可再生能源。生物质高挥发分（约70%）含量的特点决定了其气化利用方式具有经济与技术优势。生物质气化技术可与后续合成液体燃料、发电、供热以及生产化工产品等单元相衔接，从而实现生物质资源的清洁高效与多样化利用。但目前无论是采用空气、水蒸汽或氧气以及固定床或流化床反应器的生物质气化技术，因生物质的高挥发分而导致燃气中含有较多焦油副产物，焦油在高温时为气态，而低于约200℃时会凝结为液态。焦油的存在对生物质气化及其利用产生严重的影响，如降低气化效率、堵塞管道、毒害后续合成催化剂、损害燃气利用设备等，同时也将增大燃气净化难度，造成环境污染。因此，燃气中焦油含量是制约生物质气化技术大规模应用的决定性因素之一，如何消除气化过程中的焦油是当前生物质气化技术最亟待解决的问题。虽然采取提高运行温度等措施可在一定程度上降低生物质气化时焦油的产生量，但即使如此，燃气中焦油含量仍相对较高，需要进一步脱除才能满足下游利用要求。燃气中焦油的脱除技术包括物理法和化学法。物理法是通过水洗或吸收剂将燃气中焦油脱除，方法简单却极易造成二次污染。化学法是通过催化裂解将焦油分解为小分子气体，没有二次污染且同时转化利用了焦油，是目前研究较多的焦油脱除方法。传统的催化裂解分两种方式：一种是白云石、碱土金属化合物与生物质在气化炉内一起催化气化从而降低焦油的产生；一种是镍基催化剂炉外分解气化后燃气中的焦油。焦炭和白云石等存在用量大、催化效率低的不足。镍基催化剂活性高，焦油裂解效果较好，但其表面易结焦而失活；镍基催化剂一般由镍、助剂和载体构成，使用前需将催化剂还原，单质镍是催化剂的活性位点。专利（CN104549450A）公开的Ni-MgO/HZSM-5、专利（CN102145292A）公开的NiO-MgO-CeO2-WO3-橄榄石、专利（CN101693204B）公开的NiO-La2O3-CeO2-MgO-γAl2O3、专利（CN100404135C）公开的整体式NiO-γAl2O3-堇青石等生物质气化焦油催化裂解催化剂，在使用时都需要先用H2进行还原。上述镍基催化剂积碳失活后，要经过除碳、还原两步再生过程，工艺复杂、费用较高，利用镍基催化剂裂解焦油在工业应用中受成本的严重制约。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置及方法，旨在解决现有焦油脱除技术存在易积碳、需要预还原及再生困难的问题。本专利技术的技术方案如下：一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置，其中，包括依次连接的用于对生物质气化粗燃气进行分离除尘的第一旋风分离器、用于对生物质气化粗燃气进行预热的预热器、用于将预热后的生物质气化粗燃气与氧载体进行重整反应的重整反应器与用于将重整反应后的氧载体与空气进行燃烧反应的空气燃烧反应器，所述空气燃烧反应器与重整反应器间连接有用于对经氧化后的氧载体进行分离除尘的第二旋风分离器，所述重整反应器还连接有用于对反应后的燃气进行分离除尘的第三旋风分离器。一种利用如上所述装置脱除生物质气化焦油的方法，其中，包括如下步骤：步骤A、生物质气化粗燃气经第一旋风分离器分离除尘和预热器预热后，进入重整反应器中与氧载体进行重整反应，反应后的燃气经第三旋风分离器分离除尘后，获得洁净燃气；步骤B、重整反应后的氧载体进入空气燃烧反应器，与空气进行燃烧反应，所述氧载体被氧化后，然后经第二旋风分离器分离除尘后进入所述重整反应器循环利用。所述的方法，其中，所述空气燃烧反应器中燃烧反应产生的贫氧空气经第二旋风分离器分离除尘后进入预热器预热粗燃气。所述的方法，其中，所述步骤A中，所述粗燃气中焦油含量与所述重整反应器中氧载体的晶格氧质量比为1:0.5-5。所述的方法，其中，所述步骤B中，所述空气燃烧反应器中空气燃烧过剩系数为0.5-1.5。所述的方法，其中，所述步骤A中，所述重整反应器的操作温度为550-950℃、操作压力为0.1MPa。所述的方法，其中，所述空气燃烧反应器的操作温度为850-1050℃、操作压力为0.1MPa。所述的方法，其中，所述氧载体的活性组分为Fe氧化物、Cu氧化物、Ni氧化物、Ce氧化物、Mn氧化物、Ca氧化物中的一种或多种，所述氧载体的惰性组分为Al2O3、MgO、ZrO中的一种或多种。所述的方法，其中，所述活性组分的含量为30-80wt%，所述惰性组分的含量为20-70wt%。所述的方法，其中，所述氧载体的粒径范围为0.1-5mm。有益效果：本专利技术利用氧载体的晶格氧在高温下将焦油大分子部分氧化为CO、H2等小分子物质而脱除，同时又能部分保留和利用焦油的能量，经本装置脱除后燃气的焦油含量低于1g/Nm3，焦油脱除率超过90%；另外，氧载体的循环集传递氧、载热和催化于一体，能够充分利用氧载体的氧化反应热以及粗燃气显热；此外，氧载体通过在重整反应器与空气燃烧反应器之间循环再生和消除可能的积碳，氧载体再生和消除积碳简单，利于维持系统的连续运行。附图说明图1为本专利技术的一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置示意图。具体实施方式本专利技术提供一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置及方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。结合图1所示，本专利技术的一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置示意图，如图所示，包括依次连接的用于对生物质气化粗燃气进行分离除尘的第一旋风分离器、用于对生物质气化粗燃气进行预热的预热器、用于将预热后的生物质气化粗燃气与氧载体进行重整反应的重整反应器与用于将重整反应后的氧载体与空气进行燃烧反应的空气燃烧反应器，所述空气燃烧反应器与重整反应器间连接有用于对经氧化后的氧载体进行分离除尘的第二旋风分离器，所述重整反应器还连接有用于对重整反应后的燃气进行分离除尘的第三旋风分离器。基于上述装置，本专利技术提供一种利用如上所述装置脱除生物质气化焦油的方法，其中，包括如下步骤：步骤A、生物质气化粗燃气经第一旋风分离器分离除尘和预热器预热后，进入重整反应器中与氧载体进行重整反应，重整反应后的燃气经第三旋风分离器分离除尘后，获得洁净燃气；步骤B、重整反应后的氧载体进入空气燃烧反应器，与空气进行燃烧反应，所述氧载体被氧化后，然后经第二旋风分离器分离除尘后进入所述重整反应器循环利用。结合图1所示，下面对本专利技术上述脱除生物质气化焦油的方法进行详细说明。步骤A中，来自生物质气化系统含有焦油的粗燃气经过第一旋风分离器分离除尘，再与来自空气燃烧反应器的高温尾气（贫氧尾气）在预热器预热后，进入装有金属氧化物（氧载体）的重整反应器，粗燃气中的大分子焦油物质与高温氧载体的晶格氧发生部分氧化反应转化后CO、H2等小分子物质，氧载体被还原，反应后的燃气经过第三旋风分离器分离除尘后，获得洁净燃气。本专利技术利用氧载体的晶格氧把生物质粗燃气中的焦油部分氧化为CO、H2等小分子物质而脱除，同时又能部分保留和利用焦油的能量。步骤A中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置，其特征在于，包括依次连接的用于对生物质气化粗燃气进行分离除尘的第一旋风分离器、用于对生物质气化粗燃气进行预热的预热器、用于将预热后的生物质气化粗燃气与氧载体进行重整反应的重整反应器与用于将重整反应后的氧载体与空气进行燃烧反应的空气燃烧反应器，所述空气燃烧反应器与重整反应器间连接有用于对经氧化后的氧载体进行分离除尘的第二旋风分离器，所述重整反应器还连接有用于对反应后的燃气进行分离除尘的第三旋风分离器。

【技术特征摘要】
1.一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置，其特征在于，包括依次连接的用于对生物质气化粗燃气进行分离除尘的第一旋风分离器、用于对生物质气化粗燃气进行预热的预热器、用于将预热后的生物质气化粗燃气与氧载体进行重整反应的重整反应器与用于将重整反应后的氧载体与空气进行燃烧反应的空气燃烧反应器，所述空气燃烧反应器与重整反应器间连接有用于对经氧化后的氧载体进行分离除尘的第二旋风分离器，所述重整反应器还连接有用于对反应后的燃气进行分离除尘的第三旋风分离器。2.一种利用如权利要求1所述装置脱除生物质气化焦油的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A、生物质气化粗燃气经第一旋风分离器分离除尘和预热器预热后，进入重整反应器中与氧载体进行重整反应，反应后的燃气经第三旋风分离器分离除尘后，获得洁净燃气；步骤B、重整反应后的氧载体进入空气燃烧反应器，与空气进行燃烧反应，所述氧载体被氧化后，然后经第二旋风分离器分离除尘后进入所述重整反应器循环利用。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述空气燃烧反应器中燃烧反应产生的贫氧空气经第二旋风分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志奇，朱敏，吴晋沪，何涛，张金芝，武景丽，杨静，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37