一種連續式生物質原料原位催化裂解氣、炭聯產的方法與設備技術

本發明專利技術公開了一種連續新型外熱式生物質原位催化裂解氣、炭聯產的方法與設備。該方法將裂解重整催化劑與生物質原料混合后加入到移動床反應器中，在外部反應器提供熱源的情況下，將生物質無氧熱解產生生物質氣，生物質氣化過程中伴隨產生的焦油在催化劑的作用下被原位催化裂解產生小分子氣體，此外，部分CO也被催化重整為H2，發生催化作用后的催化劑與生物質炭一起從移動床反應器排出，經磁力分離獲得催化劑與生物質炭，催化劑循環使用，生物質炭作為催化劑的載體或吸附劑或作為土壤的改良劑使用。本發明專利技術解決目前生物質氣化過程中氣體有效氣體成分低、焦油的存在影響過程連續穩定運行、生物質炭品質不高以及生物質能利用效率低等缺點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物質能
，具體涉及一種連續式生物質原料原位催化裂解氣、炭聯產的方法與設備。
技術介紹
生物質原料是指通過光合作用將太陽能轉化為化學能儲存在植物中的一種能量，生物質能的利用過程中因對大氣中CO2的凈排放為零，得到人們的廣泛關注。目前，生物質能大規模的利用大多采用空氣氣化的方式加以利用，由于空氣中氮氣的稀釋作用(N2在出口氣體中的體積百分比濃度60％左右)導致生物質氣化產生出的氣體熱值低，有效氣體的體積比濃度不高(H2：10％左右；CO：18％左右)，限制了它的利用，再加上生物質氣化后的生物質灰中殘炭量質量百分比含量在20％左右，以及生物質氣化過程中產生的焦油，與飛灰粘附在一起堵塞運輸管道，影響其連續穩定運行的同時，生物質能利用效率低。本專利技術所提供的一種連續外熱式生物質原位催化裂解氣、炭聯產的方法與設備正是在這一背景下產生的。盡管目前關于生物質氣、炭聯產的技術已有研究，如CN101967386A、CN1721503A等技術均涉及利用生物質生產生物質炭產品，但這些技術存在以下問題：大多采用間歇式生產方法；對生物質氣化過程中產生的焦油并沒有加以處理；產生的氣體中有效氣體成份有待進一步提高。CN2723837Y利用氣化出來的燃氣所帶的顯熱為后序的生物質熱解炭化供熱，因氣化出來的燃氣溫度低(380-420℃)，生物質熱解炭的產量與質量難以保證；CN103614151A雖然解決了連續性問題，但氣化過程中伴隨產生的焦油卻又沒有到很好的解決。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決目前生物質氣化過程中氣體有效成分低、焦油的存在影響過程的連續穩定運行、生物質炭品質不高以及生物質能利用效率低等缺點，開發了一種連續外熱式生物質原位催化裂解氣、炭聯產的方法與設備，該方法將具有催化裂解活性的裂解重整催化劑與生物質原料均勻地加入到移動床反應器中進行氣化，并將生物質氣化過程與外部燃燒供熱過程集成在一起，通過外部燃料的燃燒為生物質無氧熱解氣化與氣化過程中伴隨產生的焦油的催化裂解提供熱能，由于生物質是在隔絕外界環境無氧條件下的熱解氣化，氣化過程中伴隨產生的焦油在裂解重整催化劑的作用下，焦油可被原位催化裂解為小分子有效氣體成份，同時CO也可經催化重整發生變換反應生成H2，由此可使產生的氣體有效成分中的H2含量得到明顯提高。為了實現上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案如下：提供一種連續外熱式生物質原位催化裂解氣、炭聯產的設備，其包括用于生物質原位催化裂解的移動床反應器2與外部燃燒反應器6，移動床反應器設于外部燃燒反應器中，移動床反應器一端的上方設有料倉1，另一端的上方設有生物質熱解氣出口4，下方設有生物質炭與裂解重整催化劑出口5，移動床反應器的內部設有旋轉抄板3，旋轉抄板在外力作用下將經料倉送入的生物質原料與裂解重整催化劑的混合物持續送入移動床反應器中進行生物質的無氧熱解以及伴隨產生焦油的催化裂解、CO的變換重整過程。按上述方案，外部燃燒反應器上設有燃料進口7和供應燃料燃燒助劑的風室9，外部燃燒反應器的上部還設有燃燒反應器煙氣出口8。按上述方案，外部燃燒器所用的燃料為生物質、煤、以及天然氣，燃燒助劑為空氣，通過控制外部燃燒反應器中空氣的鼓風量與燃料的加入量，使燃料完全燃燒的同時，保持外部燃燒反應器內的溫度在650-800℃。按上述方案，通入的空氣量為所加入燃料完全燃燒時所需空氣量的1-1.2倍。提供一種連續外熱式生物質原位催化裂解氣、炭聯產的方法，其特征在于：將生物質原料與裂解重整催化劑混合后送入到移動床反應器中，同時將燃料送入移動床反應器外部的外部燃反燒應器中充分燃燒，為移動床反應器中的生物質熱解以及伴隨產生的焦油原位催化裂解為小分子氣體供給所需的熱量，送入移動床反應器中的生物質原料與裂解重整催化劑的混合物在移動床反應器內部旋轉抄板的作用下持續進入移動床反應器中進行生物質的無氧熱解及伴隨產生的焦油的催化裂解、CO的變換重整過程，生物質熱解產生的熱解氣從移動床反應器的熱解氣出口流出供后續工序使用，生物質炭以及催化反應后的裂解重整催化劑在旋轉抄板的作用下移動到生物質炭與裂解重整催化劑出口排出。按上述方案，從生物質炭與裂解重整催化劑出口排出的生物炭與裂解重整催化劑經磁力分離后得到生物質炭與裂解重整催化劑，裂解重整催化劑循環使用，生物質炭作為裂解重整催化劑的載體或吸附劑或作為土壤的改良劑使用。按上述方案，生物質的粒徑在10mm以下，水份含量質量百分比在10％以下。按上述方案，所述的裂解重整催化劑由生物質炭載體和載體上負載的煅燒產生的鐵的氧化物Fe2O3與鎳的氧化物NiO組成，其中鎳的氧化物NiO與鐵的氧化物Fe2O3的質量百分比分別為20-30％、20-30％，余量為炭載體。按上述方案，所述的裂解重整催化劑中的生物質炭載體為本專利技術連續外熱式生物質原位催化裂解氣、炭聯產的方法獲得的生物質炭。按上述方案，所述的裂解重整催化劑為以生物質炭為載體，通過浸漬法負載硝酸鐵與硝酸鎳，再通過真空煅燒而成，真空煅燒的煅燒溫度為350-400℃，其中：硝酸鐵以Fe2O3計量，硝酸鎳以NiO計量，各組分的質量百分比為：硝酸鐵20-30％，硝酸鎳20-30％，余量為炭載體。按上述方案，所述生物質原料與裂解重整催化劑中裂解重整催化劑的質量百分比為6.25-12.5wt％。按上述方案，生物質原位催化裂解氣化在移動床反應器中的反應時間為6-8min，外部燃燒反應器內的溫度在650-800℃。本專利技術的有益效果：1.該方法是將裂解重整催化劑與生物質原料混合后加入到移動床反應器中，在反應器外部燃料燃燒提供熱源的情況下，將生物質無氧熱解產生生物質氣，生物質氣化過程中伴隨產生的焦油也在催化劑的作用下被原位催化裂解產生小分子氣體，此外，在此過程中，部分CO也被催化重整發生變換反應生成H2，發生催化作用后的催化劑與生物質熱解產生的生物質炭一起從移動床反應器尾部排出，經磁力分離獲得裂解重整催化劑與生物質炭，裂解重整催化劑循環使用，生物質炭作為裂解重整催化劑的載體或吸附劑或作為土壤的改良劑使用。該方法與現有方法相比，具有以下優點；(1)本專利技術所提出的一種連續式生物質原料原位催化裂解氣、炭聯產的方法克服了目前利用生物質采用間歇的方式生產生物質炭所存在的不足，且通過焦油的原位催化裂解解決了對于連續生產時產生的焦油影響連續穩定運行的問題，再輔以CO的變換催化重整，提高了熱解氣體產物中有效氣體組分H2的同時，使產生出的氣體的應用更廣；此外，該操作過程簡單、連續、穩定，避免了熱解過程中產生的焦油與飛灰粘附在一起影響連續穩定運行，提高了生物質的利用效率。(2)本專利技術所提出的一種連續式生物質原料原位催化裂解氣、炭聯產的方法利用豐富的生物質資源，將生物質氣化過程與外部燃燒供熱過程集成在一起，通過外部燃料的燃燒為生物質熱解無氧氣化與氣化過程中伴隨產生的焦油的催化裂解和CO重整提供熱能，由于生物質是在隔絕外界環境條件下的無氧熱解氣化，以及氣化過程中伴隨進行的裂解重整過程，避免了產生出的一次焦油向二次本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種連續外熱式生物質原位催化裂解氣、炭聯產的設備，其特征在于：其包括用于生物質原位催化裂解的移動床反應器與外部燃燒反應器，移動床反應器設于外部燃燒反應器中，移動床反應器一端的上方設有料倉，另一端的上方設有生物質熱解氣出口，下方設有生物質炭與裂解重整催化劑出口，移動床反應器的內部設有旋轉抄板，旋轉抄板在外力作用下將經料倉送入的生物質原料與裂解重整催化劑的混合物持續送入移動床反應器中進行生物質的無氧熱解以及伴隨產生焦油的催化裂解、CO的變換重整過程。

【技術特征摘要】
1.一種連續外熱式生物質原位催化裂解氣、炭聯產的設備，其特征在于：其包括用于
生物質原位催化裂解的移動床反應器與外部燃燒反應器，移動床反應器設于外部燃燒反應器
中，移動床反應器一端的上方設有料倉，另一端的上方設有生物質熱解氣出口，下方設有生
物質炭與裂解重整催化劑出口，移動床反應器的內部設有旋轉抄板，旋轉抄板在外力作用下
將經料倉送入的生物質原料與裂解重整催化劑的混合物持續送入移動床反應器中進行生物質
的無氧熱解以及伴隨產生焦油的催化裂解、CO的變換重整過程。
2.根據權利要求1所述的連續外熱式生物質原位催化裂解氣、炭聯產的設備，其特征
在于：外部燃燒反應器上設有燃料進口和供應燃料燃燒助劑的風室，外部燃燒反應器的上部
還設有燃燒反應器煙氣出口。
3.根據權利要求1所述的連續外熱式生物質原位催化裂解氣、炭聯產的設備，其特征
在于：外部燃燒器所用的燃料為生物質、煤、以及天然氣，燃燒助劑為空氣，通過控制外部
燃燒反應器中空氣的鼓風量以及燃料的加入量，使燃料完全燃燒的同時，保持外部燃燒反應
器內的溫度在650-800℃。
4.一種連續外熱式生物質原位催化裂解氣、炭聯產的方法，其特征在于：將生物質原
料與裂解重整催化劑混合后送入到移動床反應器中，同時將燃料送入移動床反應器外部的外
部燃反燒應器中充分燃燒，為移動床反應器中的生物質熱解以及伴隨產生的焦油原位催化裂
解為小分子氣體供給所需的熱量，送入移動床反應器中的生物質原料與裂解重整催化劑的混
合物在移動床反應器內部旋轉抄板的作用下持續進入移動床反應器中進行生物質的無氧熱解
及伴隨產生的焦油的催化裂解、CO的變換重整過程，生物質熱解產生的熱解氣從移動床反
應器的熱解氣出口流出供后續工序使用，生物質炭以及催化反應后的裂解重整催化劑在旋轉<...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳正舜，田江，吳海波，彭喬，姜曉敏，張如月，汪俊時，
申請(專利權)人：華中師范大學，中鋼集團武漢安全環保研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42