一种由生物质制备高品质燃气的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及生物质能源利用技术领域，提供了一种由生物质制备高品质燃气的方法及装置。本发明专利技术在生物质热解的同时进行焦油的裂解，将焦油转化为小分子永久性气体，使得燃气中焦油含量大大降低，避免了热解气态物质由气化反应器出口出来时由高温状态先降温再升温的冷热病问题，使工艺流程温度分布更合理，反应器设备成本得到降低，提高能效。本发明专利技术将水气变换和甲烷化反应耦合到一步反应中，使得两反应互为辅助，有利于推动反应的平衡转化率，且水气变换可直接利用CO甲烷化的产物H2O，降低了外供蒸汽消耗，成本更低。本发明专利技术提供的装置结构包括上游的移动床反应器和下游的固定床反应器，结构简单，容易操作，能够实现高品质燃气的高效制备。高效制备。高效制备。

【技术实现步骤摘要】
一种由生物质制备高品质燃气的方法及装置


[0001]本专利技术涉及生物质能源利用
，特别涉及一种由生物质制备高品质燃气的方法及装置。

技术介绍

[0002]生物质是历史上利用最早也最为广泛的清洁能源，在当前世界能源消费中也占据相当比重。在风能、太阳能等清洁能源面临发展瓶颈，核能安全受到质疑的大环境下，生物质资源的开发和利用必将在能源升级和结构调整中起到重要作用。
[0003]生物质气化是一种重要的生物质资源利用方式，是指固态生物质，在高温条件下与气化介质作用，经热化学反应转化为含CH4、CO和H2等成分的可燃气。生物质气化所得到的可燃气有很多用途，可用于集中供气，驱动内燃机或燃气轮机发电，用于化学产品合成等。
[0004]生物质燃气是混合物，通常包含CH4、CO、H2、CO2、H2O等组分。但由于生物质气化燃气由于原料种类(包括稻壳、秸秆、木屑等)、气化介质(水蒸气、氧气、空气等)以及操作条件(温度、压力、反应器类型等)的不同导致在组成和热值方面存在差异。CO含量一般为15～40％而低位热值普遍低于10MJ/Nm3。按现今执行的人工煤气国家标准来说，以低位热值为考察指标，规定城镇燃气需要满足下列条件：一类燃气的低位热值须大于14MJ/Nm3，二类燃气的低位热值须超过10MJ/Nm3。对于城镇集中供气而言，参照相关标准可见上述生物质可燃气热值偏低，无法保障城镇居民的正常使用，因此很有必要采取技术手段对生物质可燃气进行提质即对生物质可燃气进行热值提升。
[0005]目前常用的技术手段是将热解气化得到的生物质粗燃气进一步甲烷化，以降低其CO含量，提高CH4含量，从而提升燃气品质。由于甲烷化反应需要参与反应的合成气有较高的氢碳比，因此需要进行水气变换反应调整氢碳比(H2/CO)，目前绝大部分工艺均是采用水气变换单元与CO甲烷化单元分步串联的方式，即生物质可燃气先通过水气变换单元调节氢碳比后进入甲烷化单元合成甲烷。但这样在甲烷化反应器上游加入的一道水气变换反应工序不仅会增加系统能耗，还会增加装置成本及操作、维修费用等。
[0006]此外，目前商业的煤/生物质制天然气或高品质燃气的工艺中，焦油的难脱除是一个技术障碍，目前的做法是通过在甲烷化反应之前使用低温净化手段来脱除部分焦油，即高温粗合成气冷却洗后净化进行焦油分离，净化后得到的低温合成气再次升温并掺入水蒸气调变后参与甲烷化反应。这种由高温先降温再升温过程，降低了整个系统的热效率，增加了换热投资，也就是常说的“冷热病”。且由于是采用低温净化洗的手段来脱除焦油，焦油的脱除效果并不理想，一方面威胁着下游管路设备的稳定高效运行，另一方面所得天然气或燃气品质不高。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于提供一种由生物质制备高品质燃气的方法及装置。本专利技术提供的方法在生物质热解的同时进行焦油裂解，避免了冷热病的问题，并且本专利技术将水气变换和
甲烷化反应进行耦合，无需额外的水气变换工序，省略了外供蒸汽的消耗，降低了成本。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0009]一种由生物质制备高品质燃气的方法，包括以下步骤：
[0010]将生物质原料和焦油裂解催化剂混合进行生物质热解
‑
焦油裂解反应，得到气态混合物；
[0011]在水气变换
‑
甲烷化双功能催化剂的作用下，将所述气态混合物进行水气变换耦合甲烷化反应，得到高品质燃气；所述高品质燃气的热值为14MJ/Nm3以上。
[0012]优选的，所述生物质热解
‑
焦油裂解反应的温度为500～800℃；所述水气变换耦合甲烷化反应的温度为300～500℃。
[0013]优选的，所述水气变换
‑
甲烷化双功能催化剂包括ZSM
‑
5分子筛载体和包覆在所述ZSM
‑
5分子筛载体内部的金属Ni颗粒。
[0014]优选的，所述水气变换
‑
甲烷化双功能催化剂的制备方法包括以下步骤：
[0015]将ZSM
‑
5分子筛在镍盐水溶液中浸渍后依次进行干燥和焙烧，得到中间产物；
[0016]将所述中间产物和四丙基氢氧化铵溶液混合后进行水热反应，得到催化剂前体；
[0017]将所述催化剂前体在氢气气氛下进行还原，得到所述水气变换
‑
甲烷化双功能催化剂。
[0018]优选的，所述水气变换耦合甲烷化反应完成后，还包括将所得气体冷凝后干燥。
[0019]本专利技术还提供了一种由生物质制备高品质燃气的装置，包括：
[0020]惰性气体储罐1；
[0021]上游加热炉4，所述上游加热炉4内部为移动床反应器16；所述上移动床反应器16的顶部设置有料仓6，底部设置有灰斗7；所述上移动床反应器16侧壁设置有气态混合物出口8和载气入口18，所述载气入口18和所述惰性气体储罐1的出口连通；
[0022]下游加热炉10；所述下游加热炉10内部为固定床反应器17，所述固定床反应器17内设置有多孔床层9；所述固定床反应器17的气体入口与所述气态混合物出口8连通；
[0023]冷阱12；所述冷阱12的入口与所述固定床反应器17的出口连通；
[0024]燃气储罐15；所述燃气储罐15的入口与所述冷阱12的出口连通，且燃气储罐15与所述冷阱12连通的管路上设置有干燥器13。
[0025]优选的，所述上游加热炉4与第一程序升温控制器3通过电信号连接；所述下游加热炉与第二程序升温控制器11通过电信号连接；
[0026]所述惰性气体储罐1和所述载气入口18连通的管路上设置有第一节流阀2，且靠近载气入口的一端设置有鼓风机5；
[0027]所述燃气储罐15的出口和所述载气入口18连通，且连通的管路上设置有第二节流阀14。
[0028]优选的，所述冷阱12为三级冷阱。
[0029]本专利技术还提供了一种利用上述方案所述的装置生产高品质燃气的方法，包括以下步骤：
[0030]将水气变换
‑
甲烷化双功能催化剂装填在多孔床层9中；将惰性气体自载气入口18通入；
[0031]将生物质和焦油裂解催化剂混合，将所得混合料置于料仓6中，待上游加热炉4加
热至生物质热解
‑
焦油裂解反应的温度、下游加热炉10加热至水气变换耦合甲烷化反应的温度后，将所述混合料进料至移动床反应器16中进行生物质热解
‑
焦油裂解反应，产生的气态混合物在惰性气体的作用下自气态混合物出口8进入固定床反应器17中，进行水气变换耦合甲烷化反应，所得气体产物进入冷阱12中进行冷凝，然后通过干燥器13干燥，之后进入燃气储罐15中。
[0032]优选的，所述装置运行20～40min后，通过切换第一节流阀2和第二节流阀14，使用燃气储罐内的燃气替代惰性气体作为载气。
[0033]本专利技术提供了一种由生物质制备高品质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由生物质制备高品质燃气的方法，其特征在于，包括以下步骤：将生物质原料和焦油裂解催化剂混合进行生物质热解
‑
焦油裂解反应，得到气态混合物；在水气变换
‑
甲烷化双功能催化剂的作用下，将所述气态混合物进行水气变换耦合甲烷化反应，得到高品质燃气；所述高品质燃气的热值为14MJ/Nm3以上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质热解
‑
焦油裂解反应的温度为500～800℃；所述水气变换耦合甲烷化反应的温度为300～500℃。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水气变换
‑
甲烷化双功能催化剂包括ZSM
‑
5分子筛载体和包覆在所述ZSM
‑
5分子筛载体内部的金属Ni颗粒。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述水气变换
‑
甲烷化双功能催化剂的制备方法包括以下步骤：将ZSM
‑
5分子筛在镍盐水溶液中浸渍后依次进行干燥和焙烧，得到中间产物；将所述中间产物和四丙基氢氧化铵溶液混合后进行水热反应，得到催化剂前体；将所述催化剂前体在氢气气氛下进行还原，得到所述水气变换
‑
甲烷化双功能催化剂。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水气变换耦合甲烷化反应完成后，还包括将所得气体冷凝后干燥。6.一种由生物质制备高品质燃气的装置，其特征在于，包括：惰性气体储罐(1)；上游加热炉(4)，所述上游加热炉(4)内部为移动床反应器(16)；所述上移动床反应器(16)的顶部设置有料仓(6)，底部设置有灰斗(7)；所述上移动床反应器(16)侧壁设置有气态混合物出口(8)和载气入口(18)，所述载气入口(18)和所述惰性气体储罐(1)的出口连通；下游加热炉(10)；所述下游加热炉(10)内部为固定床反应器(17)，所述固...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊源泉，石磊，张平，
申请(专利权)人：江西金糠新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：