CN102816613A - 一种均温的生物质粗燃气电催化辅助重整净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种均温的生物质粗燃气电催化辅助重整净化方法及装置。其特征在于电热丝激发热电子、中空多孔陶瓷管进行氧气渗透均布、催化剂与热电子协同作用深度转化焦油及甲烷制取H2和CO。装置包括燃气分布室、重整反应室、中空多孔陶瓷氧均布管、多孔催化介质和电热丝。本发明通过中空多孔陶瓷氧均布管将氧气均匀扩散至多孔催化介质内，与燃气分布室布风板进入的生物质粗燃气均匀混合，进行均温的自热重整反应，由电热丝激发的热电子深度裂解生物质焦油，有效提高了生物质粗燃气的重整净化性能和能效。

Description

一种均温的生物质粗燃气电催化辅助重整净化装置
技术领域
本发明涉及生物质技术领域，尤其是一种均温的生物质粗燃气电催化辅助重整净化装置。
背景技术
近年来，随着我国经济的飞速发展造成电力和燃料供应日趋紧张，能源问题已引起高度重视。生物质由于其产量巨大、可再生，被喻为循环利用的地表绿色煤炭，其大规模利用问题已引起全球的广泛关注。生物质粗燃气是含有一定有害物质（焦油、粉尘、硫化物）和H2/CO比较低的粗合成气，只有通过重整净化的合成气才能直接应用于高品质化工品的制备。而生物质粗燃气深度净化也是生物质气化高端应用的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种1）生物质粗燃气催化重整温度场均匀，深度裂解净化焦油，2）避免产生局部高温热点，3）减少催化剂积碳，4）降低过程能耗的方法及装置。
为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种均温的生物质粗燃气电催化辅助重整净化装置，包括重整反应室，在重整反应室外侧套有保温材料层，重整反应室顶端设有合成气出口，重整反应室底端设有燃气分布室，燃气分布室内充入生物质粗燃气，燃气分布室内设有水平布风板，生物质粗燃气经水平布风板向重整反应室内扩散；重整反应室内中轴位置竖直设有中空多孔陶瓷氧均布管，中空多孔陶瓷氧均布管底部连接氧气进口管，在中空多孔陶瓷氧均布管外表面缠绕有与外界电源电连接的电热丝；在中空多孔陶瓷氧均布管外侧与重整反应室内侧指间的间隙内填充有多孔介质催化剂。
本发明专利的第一特点是：利用中空多孔陶瓷氧均布管均匀渗透氧气，在重整反应室内部与生物质粗燃气混合发生自热重整反应，而使整个重整反应室温度场均匀。而传统的自热重整反应存在燃烧区的局部高温热点，且温度场分布陡峭导致大部分重整反应器区域重整反应效率低下。本专利是为解决上述问题而开发的中空多孔陶瓷氧均布管均匀渗透氧气的均温自热重整反应。
本发明专利的第二特点是：将电热丝缠绕在多孔陶瓷氧均布管的外表面，电热丝接通220V交流电激发热电子，将生物质焦油稠环芳烃开环成活性自由基，既促进了焦油的深度裂解，又抑制了重整催化剂的积炭失活。
本发明专利的第三特点是：在重整反应室内侧与中空多孔陶瓷氧均布管外侧的环隙空间内填装球状多孔催化介质，起到了将热电子促进生物质焦油稠环芳烃开环成活性自由基的催化重整反应，选择性地制取H2和CO，实现电催化辅助重整净化的协同效果。
燃气分布室为堆成的倒梯形圆锥结构，侧壁倾斜角为60~80°。
中空多孔陶瓷氧均布管进行氧气渗透均布，氧均布管为圆柱形多孔陶瓷，内径为10~15mm，外径为20~30mm，长度为500-2000mm。。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：自热重整反应温度均匀、能效高、抑制积碳、转化率高，可以对各种生物质气化的粗燃气进行深度净化。
附图说明
图1为本发明装置结构剖视图；
附图标记说明：1、多孔介质催化剂，2、电热丝，3、燃气分布室，4、中空多孔陶瓷氧均布管，5、重整反应室，6、保温材料层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例:
结合附图1，一种均温的生物质粗燃气电催化辅助重整净化装置，包括重整反应室5，在重整反应室5外侧套有保温材料层6，重整反应室5顶端设有合成气出口51，重整反应室5底端设有燃气分布室3，燃气分布室3内充入生物质粗燃气，燃气分布室3内设有水平布风板31，生物质粗燃气经水平布风板31向重整反应室5内扩散；重整反应室5内中轴位置竖直设有中空多孔陶瓷氧均布管4，中空多孔陶瓷氧均布管4底部连接氧气进口管7，在中空多孔陶瓷氧均布管4外表面缠绕有与外界电源电连接的电热丝2；在中空多孔陶瓷氧均布管4外侧与重整反应室5内侧指间的间隙内填充有3-8mm的球状多孔介质催化剂1。电热丝激发热电子、中空多孔陶瓷管进行氧气渗透均布、催化剂与热电子协同作用深度转化焦油及甲烷制取H2和CO。
燃气分布室3为堆成的倒梯形圆锥结构，侧壁倾斜角为60~80°。
中空多孔陶瓷氧均布管进行氧气渗透均布，氧均布管为圆柱形多孔陶瓷，内径为10mm，外径为20mm，长度为500mm，底部氧气进口管直径为3~5mm（建议删除）。
在侧壁靠近底部1/4~1/3处设有燃气进气口。
电热丝缠绕在多孔陶瓷氧均布管的外表面，电热丝接通220V交流电激发热电子。
氧气由中空多孔陶瓷氧均布管均匀渗透与生物质粗燃气混合，经缠绕在多孔陶瓷氧均布管外表面的电热丝点火，发生自热重整反应。
在重整反应室内侧与中空多孔陶瓷氧均布管外侧的环隙空间内填装球状多孔催化介质，电催化辅助的自热重整反应在多孔催化介质上进行，形成均一的反应温度场。
多孔介质催化和电热子协同作用深度转化生物质焦油。
将一路氧气通过中空多孔陶瓷氧均布管4在轴向上均匀分散；另一路生物质粗燃气通过燃气分布室3经水平布风板向上均匀分散，并与均匀分散的氧气均匀混合。连通220V交流电源，使缠绕在多孔陶瓷氧均布管4外表面的电热丝2激发热电子，混合气在多孔介质催化剂1发生自热重整反应，催化燃烧在多孔介质催化剂1表面发生，使多孔介质催化剂1温度继续上升，同时重整反应室5内部逐渐趋向均匀。当温度达到700℃时，通过调节O2含量（O/F=1：1）将温度稳定在设定温度750℃左右。生成的合成气从重整反应室5顶部排出，气体取样后用色谱分析。
流量L/h  加热功率(w)    两路流量比    温度(℃)    CH4转化率
  500        425            1：1        750          90.2%
粗燃气组分
CO(g)    CO2(g)    H2(g)    N2(g)    CH4(g)
16.4%     20.7%    17.9%    29.7%    15.3%
出口气体组分
H2    N2    CO    CH4    CO2
29.4% 20.9% 31.2% 1.1%   17.4%
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种均温的生物质粗燃气电催化辅助重整净化装置，其特征在于：包括重整反应室（5），在重整反应室（5）外侧套有保温材料层（6），重整反应室（5）顶端设有合成气出口（51），重整反应室（5）底端设有燃气分布室（3），燃气分布室（3）内充入生物质粗燃气，燃气分布室（3）内设有水平布风板（31），生物质粗燃气经水平布风板（31）向重整反应室（5）内扩散；重整反应室（5）内中轴位置竖直设有中空多孔陶瓷氧均布管（4），中空多孔陶瓷氧均布管（4）底部连接氧气进口管（7），在中空多孔陶瓷氧均布管（4）外表面缠绕有与外界电源电连接的电热丝（2）；在中空多孔陶瓷氧均布管（4）外侧与重整反应室（5）内侧之间的间隙内填充有多孔介质催化剂（1）。
2.如权利要求1所述的均温的生物质粗燃气电催化辅助重整净化装置，其特征在于：燃气分布室（3）为堆成的倒梯形圆锥结构，侧壁倾斜角为60~80°。
3.如权利要求1所述的均温的生物质粗燃气电催化辅助重整净化装置，其特征在于：中空多孔陶瓷氧均布管进行氧气渗透均布，氧均布管为圆柱形多孔陶瓷，内径为10~15mm，外径为20~30mm，长度为500-2000mm，底部氧气进口管直径为3～5mm。 
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