一种生物质热解气化与焦油催化裂解的装置与方法属于生物质能利用技术领域。该装置包括料斗、进料系统、生物质热解气化系统、焦油催化裂解系统、流化床焦炭燃烧系统、热砂子分离系统、流化床催化剂再生系统、催化剂分离系统；其中生物质热解气化系统包含多个旋风反应分离器，用于生物质原料在气化介质下的高效气化反应获得富氢合成气，并使生物质原料充分反应；另外，焦油催化裂解系统包含多个旋风反应分离器，用于焦油的高效催化裂解，使焦油充分反应从而获得极低焦油含量的富氢合成气，并使失活催化剂及时排出催化反应系统。该装置通过引入多级旋风反应分离器，可实现生物质高效气化以及焦油的高效转化，从而获得低级焦油含量的富氢合成气。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物质能的高效利用
，具体涉及。
技术介绍
随着化石资源的日益枯竭，生物质资源的开发利用获得了全球的广泛关注。在众多的生物质转化利用技术中，气化是一种非常重要的技术；根据使用气化介质、反应工况、反应装置等的不同，生物质气化有多种不同的形式，并可获得不同的气化产物分布。现阶段，生物质常规气化技术(空气气化)已经发展较为成熟，但在工业化应用过程中面临着一大技术瓶颈——焦油的处理。生物质气化过程中不可避免会产生焦油，焦油的存在具有多种不利影响:(1)焦油占可燃气能量的5% 10%，在低温下难以与可燃气一起被燃烧利用，因此大部分焦油的能量被浪费掉；(2)焦油在低温下冷凝成粘稠状液体，容易和水、炭粒等结合在一起，堵塞输气管道，卡住阀门、抽风机转子，腐蚀金属；(3)焦油难以完全燃烧,并产生炭黑等颗粒，对燃气利用设备如内燃机、燃气轮机等损害相当严重；(4)焦油及其燃烧后产生的气味对人体是有害的。因此，如何实现焦油的高效转化是生物质气化技术大规模应用必须解决的关键技术难题。现阶段，催化裂解是实现焦油高效转化的最有效技术途径，其工业实施的关键技术包括催化剂的选择以及催化反应设备的开发。除了常规的空气气化技术以外，以水蒸气、CO2、气化混合气等为气化介质的生物质气化技术也获得了较多的关注；然而，这些气化技术在工业应用中存在的一个重要问题是生物质与气化介质的反应相对较为缓慢，使得生物质在有限的反应器空间以及反应时间内难以充分反应；因此如何实现生物质在特定气化介质下的高效气化反应是目前亟待解决的另一个重要技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供。本专利技术所述的生物质热解气化与焦油催化裂解装置采用的技术方案为:该装置包括料斗、进料系统、生物质热解气化系统、焦油催化裂解系统、流化床焦炭燃烧系统、热砂子分离系统、流化床催化剂再生系统、催化剂分离系统:所述料斗的出口与进料系统的入口相连；流化床焦炭燃烧系统的底部与鼓风机相连，直接供入过量空气，其侧壁下端还有一个入口用于补充新砂子；热砂子分离系统包括两级旋风分离器，其中第一级旋风分离器的进口与流化床焦炭燃烧系统的出口相连，排气口与第二级旋风分离器的进口相连，第二级旋风分离器的出气口与流化床催化剂再生系统的底部气体入口相连，排料口与集灰箱相连，直接收集飞灰；流化床催化剂再生系统的侧壁下端设有一个入口用于补充新催化剂；催化剂分离系统为单级旋风分离器，其进口与流化床催化剂再生系统的出口相连；所述生物质热解气化系统包括多个旋风反应分离器；所述的多个旋风反应分离器自上而下串联，定义最上面的旋风反应分离器为旋风反应分离器第一组第一单元，向下依次为旋风反应分离器第一组第二单元，......，旋风反应分离器第一组最末单元，其中，N为不小于2的整数；所述焦油催化裂解系统包括多个旋风反应分离器；所述的多个旋风反应分离器自下而上串联，定义最下面的旋风反应分离器为旋风反应分离器第二组第一单元，向上依次为旋风反应分离器第二组第二单元，......，旋风反应分离器第二组最末单元，其中，η为不小于2的整数；所述旋风反应分离器第一组第一单元的排料口与旋风反应分离器第一组第二单元的进料口相连，旋风反应分离器第一组第二单元的排气口与旋风反应分离器第一组第一单元的进气口相连；旋风反应分离器第一组第二单元的排料口与旋风反应分离器第一组第三单元的进料口相连，旋风反应分离器第一组第三单元的排气口与旋风反应分离器第一组第二单元的进气口相连，依次类推至旋风反应分离器第一组最末单元；其中，旋风反应分离器第一组第一单元的侧部还有两个进料口，其中一个进料口与进料系统的出口相连，另一个进料口与热砂子分离系统中第一级旋风分离器的排料口相连，旋风反应分离器第一组第一单元的排气口与焦油催化裂解系统中旋风反应分离器第二组第一单元的进气口相连；旋风反应分离器第一组最末单元的排料口和进气口分别与流化床焦炭燃烧系统的侧壁下端开口、旋风反应分离器第二组最末单位的出气口相连；旋风反应分离器第二组第一单元的排气口与旋风反应分离器第二组第二单元的进气口相连，旋风反应分离器第二组第二单元的排料口与旋风反应分离器第二组第一单元的进料口相连；旋风反应分离器第二组第二单元的排气口与旋风反应分离器第二组第三单元的进气口相连，旋风反应分离器第二组第三单元的排料口与旋风反应分离器第二组第二单元的进料口相连，依次类推至旋风反应分离`器第二组最末单元；其中，旋风反应分离器第二组第一单元的进气口和排料口分别与生物质热解气化系统中旋风反应分离器第一组第一单元的排气口和流化床催化剂再生系统的侧壁下端开口相连；旋风反应分离器第二组最末单元的进料口与催化剂分离系统的排料口相连，旋风反应分离器第二组最末单元的排气口分为两路，一路与生物质热解气化系统中旋风反应分离器第一组最末单元的进气口相连，另一路直接收集极低焦油含量的富氢合成气。所述进料系统为螺旋进料器。一种基于所述装置的生物质热解气化与焦油催化裂解方法，具有以下步骤:将生物质原料经料斗和进料系统送入生物质热解气化系统的旋风反应分离器第一组第一单元；同时，来自热砂子分离系统中第一级旋风燃烧分离器的高温砂子、旋风反应分离器第一组第二单元的高温气体一起进入旋风反应分离器第一组第一单元中；生物质原料在受热以及气化介质作用下气化生成固体焦炭、不可冷凝气体、水蒸气与焦油，其中固体焦炭和热砂子在生物质热解气化系统的多级旋风反应分离器中，自上而下运动并在气化介质作用下发生气化反应，最后获得的固体焦炭、灰分和砂子的混合物进入流化床焦炭燃烧系统中；生物质热解气化系统中旋风反应分离器第一组第一单元排气口排出的不可冷凝气体、水蒸气和焦油的混合气进入焦油催化裂解系统中旋风反应分离器第二组第一单元，同时，来自旋风反应分离器第二组第二单元的催化剂也一起进入旋风反应分离器第二组第一单元；混合气在焦油催化裂解系统的多级旋风反应分离器中自下而上运行，其中的焦油在自上而下的催化剂作用下发生催化裂解反应，最后获得不可冷凝气体和水蒸气的混合气，其中部分作为气化介质送入生物质热解气化系统中旋风反应分离器第一组最末单元循环使用，另外部分则经冷却后获得极低焦油含量的富氢合成气；生物质热解气化系统中旋风反应分离器第一组最末单元获得的固体焦炭、砂子和灰分的混合物送入流化床焦炭燃烧系统，并供入过量空气燃烧焦炭加热砂子；流化床焦炭燃烧系统的燃烧产物进入热砂子分离系统中，第一级旋风分离器分离获得的热砂子送入生物质热解气化系统的旋风反应分离器第一组第一单元中，作为热载体提供生物质热解所需的热量；热砂子分离系统中第二级旋风分离器出口获得的富氧烟气通入流化床催化剂再生系统中，积碳失活的催化剂与富氧烟气中的高温O2反应，实现催化剂的再生；流化床催化剂再生系统的产物进入催化剂分离系统中，单级旋风分离器分离获得的再生催化剂送入焦油催化裂解系统中旋风反应分离器第二组最末单元，用于焦油的催化裂解。所述催化剂为天然矿石、炭或镍基催化剂。所述天然矿石为白云石、石灰石或橄榄石。所述流化床焦炭燃烧系统的过量空气系数为1.2-2.0。 所述流化床焦炭燃烧系统的反应温度为800-1000°C。本专利技术的有益效果为:本专利技术所述的生物质热解气化工艺，是以生物质气化获得的气体产物本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物质热解气化与焦油催化裂解的装置，包括料斗（1）、进料系统（2）、生物质热解气化系统（3）、焦油催化裂解系统（4）、流化床焦炭燃烧系统（5）、热砂子分离系统（6）、流化床催化剂再生系统（7）、催化剂分离系统（8），其特征在于：所述料斗（1）的出口与进料系统（2）的入口相连；流化床焦炭燃烧系统（5）的底部与鼓风机相连，直接供入过量空气，其侧壁下端还有一个入口用于补充新砂子；热砂子分离系统（6）包括两级旋风分离器，其中第一级旋风分离器（a）的进口与流化床焦炭燃烧系统（5）的出口相连，排气口与第二级旋风分离器（b）的进口相连，第二级旋风分离器（b）的出气口与流化床催化剂再生系统（7）的底部气体入口相连，排料口与集灰箱相连，直接收集飞灰；流化床催化剂再生系统（7）的侧壁下端设有一个入口用于补充新催化剂；催化剂分离系统（8）为单级旋风分离器，其进口与流化床催化剂再生系统（7）的出口相连；所述生物质热解气化系统（3）包括多个旋风反应分离器；所述的多个旋风反应分离器自上而下串联，定义最上面的旋风反应分离器为旋风反应分离器第一组第一单元（I），向下依次为旋风反应分离器第一组第二单元（II），······，旋风反应分离器第一组最末单元（N），其中，N为不小于2的整数；所述焦油催化裂解系统（4）包括多个旋风反应分离器；所述的多个旋风反应分离器自下而上串联，定义最下面的旋风反应分离器为旋风反应分离器第二组第一单元（i），向上依次为旋风反应分离器第二组第二单元（ii），······，旋风反应分离器第二组最末单元（n），其中，n为不小于2的整数；所述旋风反应分离器第一组第一单元（I）的排料口与旋风反应分离器第一组第二单元（II）的进料口相连，旋风反应分离器第一组第二单元（II）的排气 口与旋风反应分离器第一组第一单元（I）的进气口相连；旋风反应分离器第一组第二单元（II）的排料口与旋风反应分离器第一组第三单元（III）的进料口相连，旋风反应分离器第一组第三单元（III）的排气口与旋风反应分离器第一组第二单元（II）的进气口相连，依次类推至旋风反应分离器第一组最末单元（N）；其中，旋风反应分离器第一组第一单元（I）的侧部还有两个进料口，其中一个进料口与进料系统（2）的出口相连，另一个进料口与热砂子分离系统（6）中第一级旋风分离器（a）的排料口相连，旋风反应分离器第一组第一单元（I）的排气口与焦油催化裂解系统（4）中旋风反应分离器第二组第一单元（i）的进气口相连；旋风反应分离器第一组最末单元（N）的排料口和进气口分别与流化床焦炭燃烧系统（5）的侧壁下端开口、旋风反应分离器第二组最末单位（n）的出气口相连；旋风反应分离器第二组第一单元（i）的排气口与旋风反应分离器第二组第二单元（ii）的进气口相连，旋风反应分离器第二组第二单元（ii）的排料口与旋风反应分离器第二组第一单元（i）的进料口相连；旋风反应分离器第二组第二单元（ii）的排气口与旋风反应分离器第二组第三单元（iii）的进气口相连，旋风反应分离器第二组第三单元（iii）的排料口与旋风反应分离器第二组第二单元（ii）的进料口相连，依次类推至旋风反应分离器第二组最末单元（n）；其中，旋风反应分离器第二组第一单元（i）的进气口和排料口分别与生物质热解气化系统（3）中旋风反应分离器第一组第一单元（I）的排气口和流化床催化剂再生系统（7）的侧壁下端开口相连；旋风反应分离器第二组最末单元（n）的进料口与催化剂分离系统（8）的排料口相连，旋风反应分离器第二组最末单元（n）的排气口分为两路，一路与生物质热解气化系统（3）中旋风反应分离器第一组最末单元（N）的进气口相连，另一路直接收集极低焦油含量的富氢合成气。...
【技术特征摘要】
1.一种生物质热解气化与焦油催化裂解的装置，包括料斗(I)、进料系统(2)、生物质热解气化系统(3)、焦油催化裂解系统(4)、流化床焦炭燃烧系统(5)、热砂子分离系统(6)、流化床催化剂再生系统(7)、催化剂分离系统(8)，其特征在于: 所述料斗(I)的出口与进料系统(2)的入口相连；流化床焦炭燃烧系统(5)的底部与鼓风机相连，直接供入过量空气，其侧壁下端还有一个入口用于补充新砂子；热砂子分离系统(6)包括两级旋风分离器，其中第一级旋风分离器(a)的进口与流化床焦炭燃烧系统(5)的出口相连，排气口与第二级旋风分离器(b)的进口相连，第二级旋风分离器(b)的出气口与流化床催化剂再生系统(7)的底部气体入口相连，排料口与集灰箱相连，直接收集飞灰；流化床催化剂再生系统(7)的侧壁下端设有一个入口用于补充新催化剂；催化剂分离系统(8)为单级旋风分离器，其进口与流化床催化剂再生系统(7)的出口相连； 所述生物质热解气化系统(3)包括多个旋风反应分离器；所述的多个旋风反应分离器自上而下串联，定义最上面的旋风反应分离器为旋风反应分离器第一组第一单元(I)，向下依次为旋风反应分离器第一组第二单元(II)，......，旋风反应分离器第一组最末单元(N)，其中，N为不小于2的整数； 所述焦油催化裂解系统(4)包括多个旋风反应分离器；所述的多个旋风反应分离器自下而上串联，定义最下面的旋风反应分离器为旋风反应分离器第二组第一单元(i )，向上依次为旋风反应分离器第二组第二单元(ii)，......，旋风反应分离器第二组最末单元(n)，其中，η为不小于2的整数； 所述旋风反应分离器第一组第一单元(I)的排料口与旋风反应分离器第一组第二单元 (II)的进料口相连，旋风反应分离器第一组第二单元(II)的排气口与旋风反应分离器第一组第一单元(I)的进气口相连；旋风反应分离器第一组第二单元(II)的排料口与旋风反应分离器第一组第三单元(III)的进料口相连，旋风反应分离器第一组第三单元(III)的排气口与旋风反应分离器第一组第二单元(II)的进气口相连，依次类推至旋风反应分离器第一组最末单元(N);其中，旋风反应分离器第一组第一单元(I)的侧部还有两个进料口，其中一个进料口与进料系统(2)的出口相连，另一个进料口与热砂子分离系统(6)中第一级旋风分离器(a)的排料口相连，旋风反应分离器第一组第一单元(I)的排气口与焦油催化裂解系统(4)中旋风反应分离器第二组第一单元(i)的进气口相连；旋风反应分离器第一组最末单元(N)的排料口和进气口分别与流化床焦炭燃烧系统(5)的侧壁下端开口、旋风反应分离器第二组最末单位(η)的出气口相连； 旋风反应分离器第二组第一单元(i)的排气口与旋风反应分离器第二组第二单元( )的进气口相连，旋风反应分离器第二组第二单元(ii)的排料口与旋风反应分离器第二组第一单元(i )的进料口相连；旋风反应分离器第二组第二单元(ii )的排气口与旋风反应分离器第二组第三单元(iii)的进气口相连，旋风反应分离器第二组第三单元(iii)的排料口与旋风反应分离器第二组第二单元(i i )的进料口相连，依次类推至旋风反应分离器第二组最末单元(η);其中，旋风反应分离器第二组第一单元(i)的进气口和排料口分别与生物质热解气化系统(3)中旋风反应分离器第一组第一单元(I)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆强，廖航涛，张俊姣，董长青，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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