【技术实现步骤摘要】
本技术专利属于生物质/有机固废资源化利用，特别涉及一种集成式生物质/有机固废转化制合成燃料系统及方法。
技术介绍
1、我国能源消费主要以煤、石油、天然气等化石能源为主，是co2排放的主要来源。调整能源结构、发展可再生生物质固废资源化利用是实现co2减排目标的重要途径。我国生物质储量丰富，但整体利用率不高(<10％)。如何发展经济有效的低劣生物质(如：秸秆、木屑等)高值化利用技术，是提高我国生物质利用率的关键。
2、生物质主要利用途径为直接燃烧和生物转化。直接燃烧发电和供热，过程简单、易实现，但生物质能利用率偏低。生物转化制生物燃料和化学品，主要采用淀粉类生物质原料；而采用秸秆等纤维素类生物质原料，发酵效率低、产物分离难，其产业化进程较为缓慢。生物质热化学转化原料适应性强、转化效率高，被认为是21世纪最具产业化发展前景的技术途径。生物质热化学转化包括直接液化和间接液化两种路线。其中，间接液化路线将生物质先高温气化为合成气(主要成分h2和co)，再催化转化为高值液体燃料，具有过程易于控制，产品纯度高，几乎不含s、n杂质等特点。该路线能否推向实际应用，关键在于研制结构紧凑的反应系统和装备。
3、生物质高温气化制合成气过程极为复杂，涉及干燥、热解、氧化和还原等四个重叠过程。生物质气化产物粗燃气不但包含h2、co和co2，同时伴有焦油、小分子碳氢化合物、以及颗粒残余物等杂质。粗燃气组成与生物质原料、气化环境、气化介质组成(co2/o2/h2o)等密切相关，揭示生物质气化机理，对气化产物组成的调控至关重要。粗燃
4、合成气可通过催化技术制备具有高附加值的合成燃料(如甲烷、醇类、二甲醚、生物航油等)，但生物质/有机固废热解气化得到的合成气中包含部分co2，需要研制多功能催化剂实现co/co2共加氢。此外，如何消除副产物水对加氢反应的抑制作用是提高反应效率的关键。因此，构筑以高性能催化剂为基础的新型膜反应器，反应过程中实现副产物水的原位脱除，是一条值得探索的研究方向。
技术实现思路
1、本专利所要实际解决的技术问题是：当前生物质热解气化过程中各单元(气化、净化、催化重整等)相对独立，具有系统集成度低、占地面积大等瓶颈，且热解气化过程存在着反应过程复杂、集成设备较难满足反应分离一体化连续进行，同时存在着反应、传质、传热过程，导致较难将反应和分离进行耦合。本专利提出一种基于膜分离强化的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料系统及方法，能满足多点分散式布置要求，减小生物质/有机固废收集半径。本技术将热解气化膜反应器和脱水催化膜反应器集成于单一系统内，实现生物质热解气化重整和合成气转化制合成燃料之间的协同，成功地实现了将反应和分离耦合，具有反应效率高、分离效果好的优点。其中，热解气化膜反应器将多孔碳化硅膜用于粗燃气净化，并与生物质气化过程集成，同时将整体式催化剂用于粗燃气中焦油等杂质的重整脱除，从而整体提升生物质气化和重整反应效率。脱水催化膜反应器耦合加氢催化剂与脱水分子筛膜，实现加氢反应与副产物水原位移除的协同强化，提升反应效率和产物收率。
2、一种基于膜分离强化的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，包括：
3、透氧膜，用于从原料气中分离出氧气；
4、热解气化膜反应器，内部安装有多孔膜，且多孔膜的截留侧分别与生物质原料进料装置和透氧膜的渗透侧连接；多孔膜的截留侧用于进行生物质原料热解气化反应，多孔膜用于对热解气化反应的得到混合物中的颗粒杂质进行净化处理；
5、催化重整催化剂层，安装于热解气化膜反应器中的多孔膜的渗透侧，用于对净化处理后的气体进行重整反应，得到合成气；
6、脱水催化膜反应器，其中安装有由加氢催化剂层和脱水分子筛膜所构成的一体式催化反应膜，用于对重整反应得到的合成气进行加氢和脱水处理，加氢催化剂层与热解气化膜反应器的合成气出口一端连通。
7、所述的基于膜分离强化的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，所述的生物质原料是生物质、废弃塑料、生活垃圾、城市污泥、地沟油、工业废油的一种或多种；还包括co2和h2o供入装置，用于透氧膜分离出氧气与co2和h2o混合。
8、所述的热解气化膜反应器为管式；多孔膜为管式，管内侧为截留侧，管外侧为渗透侧；所述的多孔膜的材质是碳化硅膜；多孔膜长度0.1-2m，壁厚0.2-5cm，内径1-10cm，平均孔径1-20μm；催化重整催化剂层截面厚度0.5-5cm，床层高度与多孔膜的长度差值不大于0.05-0.2m。
9、所述的催化重整催化剂中的催化剂表面涂覆有沸石分子筛限域纳米金属催化剂涂层，沸石分子筛是mfi、sba-15、mcm-41中的任意一种，催化剂活性组分是ni、co、mo等廉价金属中的任意一种或多种，而助剂是mg、sr、ba、ca等碱性金属中的任意一种或多种；
10、所述的催化重整催化剂中的催化剂活性组分与分子筛的质量比为0.01:1～0.10:1；所述的生物质原料进料装置是流化态颗粒输送器；
11、还包括气化剂输送装置，连接于所述的多孔膜的截留侧，用于向催化重整反应的原料中混合气化剂；
12、所述的气化剂选自二氧化碳、氧气、水蒸气中的任意一种或多种。
13、所述的加氢催化剂层和脱水分子筛膜所构成的一体式催化反应膜中，催化剂是rh、cu、co、mo、in、zn、zr、ni等金属中的任意一种或多种，而脱水分子筛膜是naa、ddr等分子筛中的任意一种；一体式催化反应膜中包括有呈管式的脱水催化膜反应器，管身为脱水分子筛膜层，管外壁上覆有厚度约0.1-2mm的加氢催化剂层，管长度0.1-2m，管外径4-50mm，脱水分子筛膜层的膜厚5-50μm；所述的加氢是指将合成气加氢反应得到醇类；
14、一种基于膜分离强化的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的方法，包括如下步骤：
15、步骤1，通过透氧膜从原料气中分离出氧气；
16、步骤2，将氧气与氧化剂混合后供入热解气化膜反应器，向热解气本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，还包括CO2和H2O供入装置，用于透氧膜分离出氧气与CO2和H2O混合。
3.根据权利要求1所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，所述的热解气化膜反应器为管式。
4.根据权利要求1所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，多孔膜为管式，管内侧为截留侧，管外侧为渗透侧。
5.根据权利要求4所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，所述的多孔膜的材质是碳化硅膜。
6.根据权利要求4所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，多孔膜长度0.1-2m，壁厚0.2-5cm，内径1-10cm，平均孔径1-20μm。
7.根据权利要求1所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，催化重整催化剂层截面厚度0.5-5cm，床层高度与多孔膜的长度差值不大于0.05-0.2m。>
8.根据权利要求1所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，所述的生物质原料进料装置是流化态颗粒输送器。
9.根据权利要求4所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，还包括气化剂输送装置，连接于所述的多孔膜的截留侧，用于向催化重整反应的原料中混合气化剂。
10.根据权利要求1所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，一体式催化反应膜中包括有呈管式的脱水催化膜反应器，管身为脱水分子筛膜层，管外壁上覆有厚度0.1-2mm的加氢催化剂层，管长度0.1-2m，管外径4-50mm，脱水分子筛膜层的膜厚5-50μm。
...【技术特征摘要】
1.一种集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，还包括co2和h2o供入装置，用于透氧膜分离出氧气与co2和h2o混合。
3.根据权利要求1所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，所述的热解气化膜反应器为管式。
4.根据权利要求1所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，多孔膜为管式，管内侧为截留侧，管外侧为渗透侧。
5.根据权利要求4所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，所述的多孔膜的材质是碳化硅膜。
6.根据权利要求4所述的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料的装置，其特征在于，多孔膜长度0.1-2m，壁厚0.2-5cm，内径1-10cm，平均孔径1-20μ...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾学红，陈焕浩，曾丰，王学瑞，张广儒，金万勤，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：新型
国别省市：
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