CN104830358B - 一种生物质分级气化制取富氢气体的装置及方法 - Google Patents
一种生物质分级气化制取富氢气体的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104830358B CN104830358B CN201510218684.7A CN201510218684A CN104830358B CN 104830358 B CN104830358 B CN 104830358B CN 201510218684 A CN201510218684 A CN 201510218684A CN 104830358 B CN104830358 B CN 104830358B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reactor
- gasification
- gas
- regeneration
- pyrolysis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 146
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims abstract description 131
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 62
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 61
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 91
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 75
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 72
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 66
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 66
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 51
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 38
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 18
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 17
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 4
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 claims description 3
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GEYXPJBPASPPLI-UHFFFAOYSA-N manganese(III) oxide Inorganic materials O=[Mn]O[Mn]=O GEYXPJBPASPPLI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 3
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000032258 transport Effects 0.000 claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 4
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 abstract description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 210000000952 spleen Anatomy 0.000 description 2
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001672694 Citrus reticulata Species 0.000 description 1
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010828 animal waste Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000001833 catalytic reforming Methods 0.000 description 1
- 239000007805 chemical reaction reactant Substances 0.000 description 1
- 235000019504 cigarettes Nutrition 0.000 description 1
- 235000019628 coolness Nutrition 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 230000009719 regenerative response Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Industrial Gases (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种生物质分级气化制取富氢气体的装置及其方法，该系统装置主要包括热解反应器，氧化反应器，再生反应器、气化反应器，旋风分离器，烟气冷却器和蒸汽发生器，其中热解反应器与氧化反应器直接连接，气化反应器置于载氧体的再生反应器中。工艺过程中将生物质的热解过程、热解气/焦油燃烧和焦炭的气化过程分开。本发明充分利用生物质中的固定碳置换水蒸气中的氢，获得的富氢气体中主要为H2和CO2和少量CO，避免了常规气化的富氢气体产物中混有低碳烃气体，使得后续的提纯、利用简便；利用复合载氧体催化氧化焦油，实现焦油的完全转化利用，避免焦油转化过程的积碳，解决了热解气体中焦油冷凝带来的下游设备故障，并有利于CO2的捕集。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质分级气化制取富氢体的方法及其装置系统，属于生物质资源利用领域。
背景技术
氢能是一种清洁的二次能源，虽然自然界存在大量的氢原子，但是氢作为能量载体必须经过一次能源的转化获得。目前氢气主要是通过天然气、煤、石油等化石燃料的热化学转化制取，但是随着化石能源的紧缺，生态环境的日益严峻，利用可再生的生物质，寻求清洁、经济、可持续发展的制氢新技术已引起世界广泛关注。
生物质气化制氢是生物质热化学转化利用的重要途径之一，也是最具发展前景有望实现大规模生产的一种绿色制氢技术。生物质的气化过程包括生物质的干燥、挥发分析出、挥发分的二次裂解和重整以及焦炭气化等反应步骤。常规气化通常在一个反应器内完成整个气化过程，目前生物质常规气化制氢存在的主要问题是：(1)合成气中氢气浓度低，不仅含有CO2、CO，还含有低碳烃类化合物；(2)气化产物中存在焦油，不仅影响气体品质，而且影响下游设备的正常运行，因此严重制约了生物质气化制氢技术的应用。
生物质热化学转化制氢主要是通过碳转换H2O中的氢获得，因此水蒸气是最有利的气化介质。为了获得高浓度的富氢气体，既避免空气中惰性气体氮掺混到气体产物中影响气体品质，又可提供水蒸气气化所需的热量，近年来化学链气化技术与分级气化技术日益引起研究者的关注。
基于化学链技术的气化制氢主要包括基于钙基的化学链气化技术(CLG-CaO)和基于循环载氧体的化学链气化技术(CLG-MeO)，通过载氧体的载热循环为生物质的气化提供热量。最近的报道(Udomsirichakorn J.,Basu P.Salama A.,Acharya B.,CaO-basedchemical looping gasification of biomass for hydrogen-enriched gas productionwith in situ CO2capture and tarreduction[J].Fuel Processing Technology,2014,127:7-12.)显示松木屑气化的氢产率达到20mol/kg，氢浓度达到78％，但是其中焦油含量较高2.48g/Nm3，另外一个主要问题是CaO循环煅烧易烧结失活，从而制约了其工业化应用。
在He F,Galinsky N,Li FX.Chemical looping gasification of solid fuelsusing bimetallic oxygen carrier particles-Feasibility assessment and processsimulations[J].International Journal of Hydrogen Energy,2013,38(19):7839-7854.和Guo Q,Cheng Y,Liu YZ,Jia WH,et al.Coal Chemical Looping Gasificationfor Syngas Generation Using an Iron-Based Oxygen Carrier[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,2014,53(1):78-86.中提出：循环载氧体的化学链气化技术(CLG-MeO)则是利用载氧体中的晶格氧在气化反应器内实现燃料的部分氧化，而且还原后的载氧体可起到催化气化的作用，从而加速了焦炭的转化。
在Hamel S,Hasselbach H,Weil S,and Krumm W.Autothermal two-stagegasification of low-density waste-derived fuels[J].Energy,2007,32(2):95-107.和Xiao XB,Le D,Morishita K,Zhang SY,et al.Multi-stage biomass gasification inInternally Circulating Fluidized-bed Gasifier(ICFG):Test operation of animal-waste-derived biomass and parametric investigation at low temperature[J].FuelProcessing Technology,2010,91(18):895-902.中提出：当前分级气化工艺路线则是将生物质热解后的热解气/焦油进行水蒸气气化和重整获得富氢气体，而热解后的焦炭进入流化床反应器进行燃烧，通过惰性或者催化剂床料为生物质的热解和气化提供热量。可见生物质气化制氢主要利用的是热解产生的CO、轻质碳氢化合物和焦油转化获得，而焦炭以燃烧方式消耗供热。这种气化方式特点是通过分别调节各反应阶段的运行参数，优化工艺过程，但是焦油的不完全转化导致产物气中仍含有较多的碳氢化合物，影响产物气的氢浓度，另外焦油催化重整易导致催化剂积碳失活，从而制约了其工业应用。
为了克服生物质气化制氢过程中焦油转化不完全以及重整催化剂积碳失活，本发明提出了一种新的分级气化制氢装置和方法。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种生物质分级气化制取富氢气体的装置及其方法，以解决现有生物质气化产物中组分多，以及焦油含量高、转化脱除困难的问题，提出一种通过生物质热化学转化制取无焦油、易提纯富氢气体的生物质气化装置及其方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明的生物质分级气化制取富氢气体的方法是将生物质的热解过程、热解气/焦油燃烧和焦炭的气化过程分开。将生物质首先在热解反应器中发生热裂解，其中得到的热解气/焦油在氧化反应器中利用复合载氧体进行催化氧化，被还原的复合载氧体在再生反应器中氧化再生；通过载氧体的循环实现向氧化反应器的供热。而热解焦炭进入内置于再生反应器中的气化反应器与气化介质水蒸气发生气化反应。气化反应所需的热量来自再生反应器的直接传热，通过气化反应器与热解反应器的床料循环提供热解所需热量。
一种生物质分级气化制取富氢气体的装置，由包括热解反应器、氧化反应器、再生反应器、气化反应器依次相互连接形成的循环装置；
所述热解反应器置于所述氧化反应器的下部，位于所述氧化反应器中部或下部的载氧体出口与所述再生反应器中部或下部的载氧体进口连接；所述再生反应器上部的烟气出口与所述氧化反应器顶部的进料口连接；
所述气化反应器包括若干反应管，所述反应管竖直设置在所述再生反应器中，所述气化反应器和所述再生反应器中的反应物相互隔离；所述热解反应器的焦炭/床料出口与所述气化反应器的焦炭/床料进口连接。
进一步的，在本发明中，所述热解反应器与所述氧化反应器之间用布风板隔开，所述布风板上设有风帽，所述风帽的进口为所述热解反应器的顶部的热解气出口，所述风帽的出口为所述氧化反应器的底部的热解气进口。
进一步的，在本发明中，所述再生反应器的烟气出口通过再生-旋风分离器与所述氧化反应器顶部的进料口连接，所述烟气出口连接所述再生-旋风分离器的再生-旋风分离器进口，所述再生-旋风分离器的再生-旋风分离器下料口贯穿所述氧化反应器顶部的进料口，伸入所述氧化反应器的中部或下部；
所述再生-旋风分离器的再生-旋风分离器气体出口连接有一号烟气冷却器，所述一号烟气冷却器的预热空气出口连接所述再生反应器的预热空气进口。
进一步的，在本发明中，设置于所述氧化反应器顶部的烟气出口连接有二号烟气冷却器，所述二号烟气冷却器的预热空气出口连接所述再生反应器的预热空气进口；所述二号烟气冷却器的烟气出口连接有分支管路与所述热解反应器底部的气体进口连接。
进一步的，在本发明中，所述再生反应器的下部设有布风板，上部设有隔离板，所述气化反应器的反应管贯穿所述布风板和隔离板，所述布风板和隔离板将所述再生反应器与所述气化反应器隔离；
所述再生反应器的送风管横向布置在布风板中；所述预热空气进口与再生反应器的送风管连接，所述的送风管与布风板上的风帽相通，与气化反应器的反应管隔离。
进一步的，在本发明中，所述气化反应器顶部的产物气/床料出口连接有气化-旋风分离器，所述气化-旋风分离器的固体下料口连接所述热解反应器的床料进口；
所述气化-旋风分离器的顶部的气化-旋风分离器气体出口连接有蒸汽发生器，所述蒸汽发生器的水蒸气出口连接位于所述气化反应器的底部的水蒸气进口。
一种生物质分级气化制取富氢气体的装置的方法，分开进行生物质热解过程、热解气/焦油燃烧过程和焦炭气化过程，具体包括以下步骤：
1)生物质热解：生物质进入所述热解反应器，热解产生的热解气/焦油进入所述氧化反应器，热解产生的固体焦炭进入所述气化反应器；
2)热解气/焦油燃烧：氧化反应器内的氧化态载氧体与所述热解气/焦油发生催化燃烧，生成CO2/H2O和还原态载氧体，所述还原态载氧体进入所述再生反应器中，与进入再生反应器的预热空气进行氧化反应后，氧化生成氧化态载氧体，再经所述烟气出口返回所述氧化反应器中，进行下一轮氧化态－还原态两种载氧体在氧化反应器与再生反应器之间的循环过程，并将再生反应器中的热量带入氧化反应器中；
3)烟气循环：氧化反应器内经所述步骤2)热解气/焦油燃烧生成的的烟气，经二号烟气冷却器冷却后，直接排出或经烟气出口的分支管路进入所述热解反应器底部的气体进口；
4)焦炭气化：所述步骤1)生成的固体焦炭进入所述气化反应器，与从所述水蒸气进口进入的水蒸气反应生成富氢气体排出，所需反应热由再生反应器向内置的气化反应器直接提供。
进一步的，在本发明中，所述热解反应器的温度为400-650℃，所述氧化反应器的温度为500-900℃；所述再生反应器的温度为700-1000℃，所述气化反应器的温度在600-800℃；所述热解反应器与所述氧化反应器为移动床或者鼓泡流化床，所述再生反应器与所述气化反应器为循环流化床或输运床；
所述生物质为经过自然干燥后的含碳废弃物包括农业废弃物、林业废弃物和干化污泥中的任一种或两种以上的组合，破碎后的生物质粒径为1mm～10mm。
进一步的，在本发明中，在步骤2)中，所述载氧体是一种复合载氧体，为NiO/CoO/Fe2O3与CuO/Mn2O3任意2种组合的复合氧化物；
进入所述再生反应器的预热空气来自于：进入所述一号烟气冷却器和/或二号烟气冷却器中的空气，与烟气进行热交换后得到的预热空气。
进一步的，在本发明中，在步骤4)中，与所述固体焦炭同时进入所述气化反应器的还有床料，所述床料与所述富氢气体一起经所述气化反应器顶部的产物气/床料出口排出，进入气化-旋风分离器进行气固分离，所述床料经所述气化-旋风分离器的固体下料口进入所述热解反应器的床料进口；利用床料在热解反应器与气化反应器中循环，作为载热体为热解反应器供热；所述床料包括惰性床料与催化剂，其中惰性床料为Al2O3、SiO2、灰渣中的任一种，催化剂为K2CO3、NiO、MgO、CaO、Fe2O3中的任意一种或者任意几种的组合；
在步骤4)中，所述富氢气体的主要成分为60％～85％的H2、10％～35％的CO2、5％～10％CO与极少量的CH4；
所述富氢气体从所述气化-旋风分离器的顶部的气化-旋风分离器气体出口排出，进入所述蒸汽发生器与供给水热交换冷却后排出，生成的水蒸气送至位于所述气化反应器4的底部的水蒸气进口。
有益效果：本发明提供的方法将生物质热解过程、热解气/焦油燃烧过程和焦炭的气化过程分开，充分利用生物质中的固定碳置换水蒸气中的氢，获得的富氢气体中主要为H2和CO2，和少量CO，避免了常规气化的富氢气体产物中混有低碳烃气体，使得后续的提纯、利用简便。
本发明的生物质热解气/焦油直接进入氧化反应器，避免了热解气在热解反应器和燃烧反应器连接管路中的冷却凝结，而且利用具有催化性能和氧解耦性能的载氧体与热解气/焦油反应，既实现了焦油的完全转化利用，又避免了焦油转化过程的积碳，解决了热解气体中焦油冷凝带来的下游设备故障。另外，热解气/焦油通过载氧体氧化燃烧，实现了生物质转化过程CO2的富集，从而有利于CO2的捕集。
本发明的焦炭气化反应器置于载氧体的再生反应器中，利用载氧体的再生放热为焦炭的气化提供了热量。与此同时，通过气化反应器与热解反应器之间床料的循环为热解反应器提供热量，实现了热量的梯级传递。
附图说明
图1为本发明的工艺过程及系统装置示意图。
其中：1-热解反应器；2-氧化反应器；3-再生反应器；4-气化反应器；5-再生-旋风分离器；6-气化-旋风分离器；7-一号烟气冷却器；8-蒸汽发生器；9—二号烟气冷却器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种生物质分级气化制取富氢气体的装置，由包括热解反应器1、氧化反应器2、再生反应器3、气化反应器4依次相互连接形成的循环装置；还有再生-旋风分离器5、气化-旋风分离器6、一号烟气冷却器7和二号烟气冷却器9、蒸汽发生器8以及若干连接管路。其中，热解反应器1与氧化反应器2采用移动床或者鼓泡流化床，再生反应器3与气化反应器4采用循环流化床或者输运床。
热解反应器1置于所述氧化反应器2的上部，直接连接；热解反应器1与氧化反应器2之间用布风板f1隔开，布风板f1上设有风帽，风帽的进口为热解反应器1的顶部的热解气出口1c，风帽的出口为氧化反应器2的底部的热解气进口2a；位于氧化反应器2中部或下部的载氧体出口2c与再生反应器3中部或下部的载氧体进口3a连接；再生反应器3上部的烟气出口3c与氧化反应器2顶部的进料口连接。
烟气出口3c通过再生-旋风分离器5与所述氧化反应器2顶部的进料口连接，烟气出口3c连接所述再生-旋风分离器5的再生-旋风分离器进口5a，再生-旋风分离器5的再生-旋风分离器下料口5c贯穿氧化反应器2顶部的进料口，伸入所述氧化反应器2的中部或下部的反应物料中，充分让载氧体与热解气/焦油接触反应；
再生反应器3的下部设有布风板f2，上部设有隔离板f3，所述气化反应器4的反应管贯穿所述布风板f2和隔离板f3，所述布风板f2和隔离板f3将所述再生反应器3与所述气化反应器4隔离，二者的反应物不发生掺混；
再生反应器3的送风管横向布置在布风板f2中；且预热空气进口3b与再生反应器3的送风管连接，所述的送风管与布风板f2的风帽相通，与气化反应器4的反应管隔离，通过送风管将预热空气经风帽送入再生反应器3中。
气化反应器4包括若干反应管，反应管竖直设置在所述再生反应器3中，气化反应器4和再生反应器3中的反应物相互隔离；热解反应器1的焦炭/床料出口1d与气化反应器4的焦炭/床料进口4a连接；气化反应器4顶部的产物气/床料出口4c连接由气化-旋风分离器6，气化-旋风分离器6的固体下料口6c连接热解反应器1的床料进口1e；
气化-旋风分离器6的顶部的气化-旋风分离器气体出口6b连接有蒸汽发生器8，蒸汽发生器8的水蒸气出口连接位于气化反应器4的底部的水蒸气进口4b。
再生-旋风分离器5的再生-旋风分离器气体出口5b连接有一号烟气冷却器7，一号烟气冷却器7的预热空气出口连接再生反应器3的预热空气进口3b；设置于氧化反应器2顶部的烟气出口2b连接有二号烟气冷却器9，二号烟气冷却器9的预热空气出口连接再生反应器3的预热空气进口3b；二号烟气冷却器9的烟气出口连接有分支管路与热解反应器1底部的气体进口1b连接。
上述的生物质分级气化制取富氢气体的装置的方法，分开进行生物质热解过程、热解气/焦油燃烧过程和焦炭气化过程，具体包括以下工艺步骤：
1)生物质热解：经过自然干燥后的农业废弃物、林业废弃物和干化污泥等其它含碳废弃物中的任一种或其任意组合的生物质，经破碎粒径到1mm～10mm后，首先经生物质进料口1a进入热解反应器1，生物质在400-650℃发生热裂解，热解产生的热解气/焦油由布风板f1的风帽直接进入氧化反应器2；固体焦炭从焦炭/床料出口1d通过连接管，再经焦炭/床料进口4a直接进入气化反应器4。
2)热解气/焦油燃烧：氧化反应器2内，热解气/焦油在氧化反应器2中，在500-900℃温度范围与氧化态载氧体发生催化燃烧，完全转化为CO2/H2O；被还原的载氧体即还原态载氧体进入700-1000℃的再生反应器3，与来自预热空气进口3b经送风管进入再生反应器3的预热空气进行氧化反应后，氧化生成氧化态载氧体，再经烟气出口3c返回氧化反应器2中，进行下一轮氧化态－还原态两种载氧体在氧化反应器2与再生反应器3之间的循环过程，并将再生反应器3中的热量带入氧化反应器2中；
3)烟气循环：氧化反应器2内经所述步骤2)热解气/焦油燃烧生成的烟气，经二号烟气冷却器9冷却后，一部分经烟气出口的分支管路进入所述热解反应器1底部的气体进口1b，为热解反应器1提供流化风和载气并调节反应气氛；一部分经冷却净化排向大气；烟气主要成分为CO2和H2O。
4)焦炭气化：步骤1)生成的固体焦炭进入所述气化反应器4，600-800℃条件下与从水蒸气进口4b进入的水蒸气进行温和气化反应生成富氢气体排出，所需反应热由再生反应器3向内置的气化反应器4直接提供；利用床料在热解反应器1与气化反应器4中循环,作为载热体为热解反应器1供热。
进入再生反应器3的预热空气来自于：进入一号烟气冷却器7和/或二号烟气冷却器9中的空气，与由氧化反应器2或再生反应器3的烟气进行热交换后得到的预热空气；水蒸气由富氢气体在蒸汽发生器8中加热给水产生。
在步骤4)中，与固体焦炭同时进入所述气化反应器4的还有床料，该床料与富氢气体一起经气化反应器4顶部的产物气/床料出口4c排出，经气化-旋风分离器气体进口6a进入气化-旋风分离器6进行气固分离，该床料经固体下料口6c进入热解反应器1的床料进口1e；利用床料在热解反应器1与气化反应器4中循环，作为载热体为热解反应器1供热。
富氢气体从气化-旋风分离器6的顶部的气化-旋风分离器气体出口6b排出，进入蒸汽发生器8与供给水热交换冷却后排出，生成的水蒸气送至位于气化反应器4的底部的水蒸气进口4b。
为了焦油的完全转化，并避免焦油转化过程在载氧体表面积碳和以及形成碳黑粒子，复合载氧体为NiO/CoO/Fe2O3与CuO/Mn2O3任意2种的组合。
为了降低焦炭的气化反应温度，提高气化反应速率以及焦炭气化转化率，所采用的床料不仅有惰性热载体Al2O3、SiO2和灰渣，而且混合有一定比例的催化剂，催化剂为K2CO3/Al2O3、NiO/Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3中的任意一种或者任意几种的组合。
经上述生物质分级气化方法获得的富氢气体主要成分为：H2：60％～85％、CO2：10％～35％的、CO：5％～10％与极少量的CH4，焦油含量小于200mg/Nm3。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种生物质分级气化制取富氢气体的装置，其特征在于：由包括热解反应器(1)、氧化反应器(2)、再生反应器(3)、气化反应器(4)依次相互连接形成的循环装置；
所述热解反应器(1)置于所述氧化反应器(2)的下部，位于所述氧化反应器(2)中部或下部的载氧体出口(2c)与所述再生反应器(3)中部或下部的载氧体进口(3a)连接；所述再生反应器(3)上部的烟气出口(3c)与所述氧化反应器(2)顶部的进料口连接；
所述气化反应器(4)包括若干反应管，所述反应管竖直设置在所述再生反应器(3)中，所述气化反应器(4)和所述再生反应器(3)中的反应物相互隔离；所述热解反应器(1)的焦炭/床料出口(1d)与所述气化反应器(4)的焦炭/床料进口(4a)连接。
2.根据权利要求1所述的生物质分级气化制取富氢气体的装置，其特征在于：所述热解反应器(1)与所述氧化反应器(2)之间用布风板(f1)隔开，所述布风板(f1)上设有风帽，所述风帽的进口为所述热解反应器(1)的顶部的热解气出口(1c)，所述风帽的出口为所述氧化反应器(2)的底部的热解气进口(2a)。
3.根据权利要求1所述的生物质分级气化制取富氢气体的装置，其特征在于：所述烟气出口(3c)通过再生-旋风分离器(5)与所述氧化反应器(2)顶部的进料口连接，所述烟气出口(3c)连接所述再生-旋风分离器(5)的再生-旋风分离器进口(5a)，所述再生-旋风分离器(5)的再生-旋风分离器下料口(5c)贯穿所述氧化反应器(2)顶部的进料口，伸入所述氧化反应器(2)的中部或下部；
所述再生-旋风分离器(5)的再生-旋风分离器气体出口(5b)连接有一号烟气冷却器(7)，所述一号烟气冷却器(7)的预热空气出口连接所述再生反应器(3)的预热空气进口(3b)。
4.根据权利要求1所述的生物质分级气化制取富氢气体的装置，其特征在于：设置于所述氧化反应器(2)顶部的烟气出口(2b)连接有二号烟气冷却器(9)，所述二号烟气冷却器(9)的预热空气出口连接所述再生反应器(3)的预热空气进口(3b)；所述二号烟气冷却器(9)的烟气出口连接有分支管路与所述热解反应器(1)底部的气体进口(1b)连接。
5.根据权利要求3所述的生物质分级气化制取富氢气体的装置，其特征在于：所述再生反应器(3)的下部设有布风板(f2)，上部设有隔离板(f3)，所述气化反应器(4)的反应管贯穿所述布风板(f2)和隔离板(f3)，所述布风板(f2)和隔离板(f3)将所述再生反应器(3)与所述气化反应器(4)隔离；
所述再生反应器(3)的送风管横向布置在布风板(f2)中；所述预热空气进口(3b)与再生反应器(3)的送风管连接，所述的送风管与布风板(f2)上的风帽相通，与气化反应器(4)的反应管隔离。
6.根据权利要求1所述的生物质分级气化制取富氢气体的装置，其特征在于：所述气化反应器(4)顶部的产物气/床料出口(4c)连接有气化-旋风分离器(6)，所述气化-旋风分离器(6)的固体下料口(6c)连接所述热解反应器(1)的床料进口(1e)；
所述气化-旋风分离器(6)的顶部的气化-旋风分离器气体出口(6b)连接有蒸汽发生器(8)，所述蒸汽发生器(8)的水蒸气出口连接位于所述气化反应器(4)的底部的水蒸气进口(4b)。
7.如权利要求1-6任一所述的生物质分级气化制取富氢气体的装置的方法，其特征在于：分开进行生物质热解过程、热解气/焦油燃烧过程和焦炭气化过程，具体包括以下步骤：
1)生物质热解：生物质进入所述热解反应器(1)，热解产生的热解气/焦油进入所述氧化反应器(2)，热解产生的固体焦炭进入所述气化反应器(4)；
2)热解气/焦油燃烧：氧化反应器(2)内的氧化态载氧体与所述热解气/焦油发生催化燃烧，生成CO2/H2O和还原态载氧体，所述还原态载氧体进入所述再生反应器(3)中，与进入再生反应器(3)的预热空气进行氧化反应后，氧化生成氧化态载氧体，再经所述再生反应器(3)的烟气出口(3c)返回所述氧化反应器(2)中，进行下一轮氧化态－还原态两种载氧体在氧化反应器(2)与再生反应器(3)之间的循环过程，并将再生反应器(3)中的热量带入氧化反应器(2)中；
3)烟气循环：氧化反应器(2)内经所述步骤2)热解气/焦油燃烧生成的的烟气，经二号烟气冷却器(9)冷却后，直接排出或经烟气出口的分支管路进入所述热解反应器(1)底部的气体进口(1b)；
4)焦炭气化：所述步骤1)生成的固体焦炭进入所述气化反应器(4)，与从所述气化反应器(4)底部的水蒸气进口(4b)进入的水蒸气反应生成富氢气体排出，所需反应热由再生反应器(3)向内置的气化反应器(4)直接提供。
8.根据权利要求7所述的生物质分级气化制取富氢气体的装置的方法，其特征在于：所述热解反应器(1)的温度为400-650℃，所述氧化反应器(2)的温度为500-900℃；所述再生反应器(3)的温度为700-1000℃，所述气化反应器(4)的温度在600-800℃；所述热解反应器(1)与所述氧化反应器(2)为移动床或者鼓泡流化床，所述再生反应器(3)与所述气化反应器(4)为循环流化床或输运床；
所述生物质为经过自然干燥后的含碳废弃物包括农业废弃物、林业废弃物和干化污泥中的任一种或两种以上的组合，破碎后的生物质粒径为1mm～10mm。
9.根据权利要求7所述的生物质分级气化制取富氢气体的装置的方法，其特征在于：在步骤2)中，所述载氧体是一种复合载氧体，为由NiO/CoO/Fe2O3中的任意一种与CuO/Mn2O3中的任意一种共2种组合而成的复合氧化物；
进入所述再生反应器(3)的预热空气来自于：进入所述一号烟气冷却器(7)和/或二号烟气冷却器(9)中的空气与烟气进行热交换后得到的预热空气。
10.根据权利要求7所述的生物质分级气化制取富氢气体的装置的方法，其特征在于：在步骤4)中，与所述固体焦炭同时进入所述气化反应器(4)的还有床料，所述床料与所述富氢气体一起经所述气化反应器(4)顶部的产物气/床料出口(4c)排出，进入气化-旋风分离器(6)进行气固分离，所述床料经所述气化-旋风分离器(6)的固体下料口(6c)进入所述热解反应器(1)的床料进口(1e)；利用床料在热解反应器(1)与气化反应器(4)中循环，作为载热体为热解反应器(1)供热；所述床料包括惰性床料与催化剂，其中惰性床料为Al2O3、SiO2、灰渣中的任一种，催化剂为K2CO3、NiO、MgO、CaO、Fe2O3中的任意一种或者任意几种的组合；
在步骤4)中，所述富氢气体的主要成分为60％～85％的H2、10％～35％的CO2、5％～10％CO与极少量的CH4；
所述富氢气体从所述气化-旋风分离器(6)的顶部的气化-旋风分离器气体出口(6b)排出，进入所述蒸汽发生器(8)与供给水热交换冷却后排出，生成的水蒸气送至位于所述气化反应器(4)的底部的水蒸气进口(4b)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510218684.7A CN104830358B (zh) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | 一种生物质分级气化制取富氢气体的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510218684.7A CN104830358B (zh) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | 一种生物质分级气化制取富氢气体的装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104830358A CN104830358A (zh) | 2015-08-12 |
| CN104830358B true CN104830358B (zh) | 2017-03-15 |
Family
ID=53808564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510218684.7A Expired - Fee Related CN104830358B (zh) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | 一种生物质分级气化制取富氢气体的装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104830358B (zh) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105174679A (zh) * | 2015-10-13 | 2015-12-23 | 中国石油化工股份有限公司 | 含油污泥催化气化制氢的方法 |
| CN105907430B (zh) * | 2016-06-21 | 2018-08-21 | 东南大学 | 一种生物质气化制取合成气的装置及其方法 |
| CN106315578B (zh) * | 2016-08-19 | 2018-08-03 | 华中科技大学 | 一种联产超级活性炭和液体产品的系统及方法 |
| CN108218160A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-06-29 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种高压水热及循环流化床热解辅助的污泥快速无害化处理工艺 |
| CN109704278A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-03 | 合肥德博生物能源科技有限公司 | 一种双流化床生物质热解气化制备氢气的装置和方法 |
| CN110255499A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-09-20 | 中蓝能源（深圳）有限公司 | 生物质裂解气制氢方法、装置及其控制系统 |
| CN110437884B (zh) * | 2019-09-10 | 2020-09-01 | 吉林大学 | 一种生物质炭催化制氢发电的方法 |
| CN110510578A (zh) * | 2019-09-21 | 2019-11-29 | 贵州丝域环能科技有限公司 | 一种城市污泥资源化高效制氢设备 |
| CN110643382A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-03 | 华南理工大学 | 一种基于化学链的生物质油气联产装置及方法 |
| CN111498806B (zh) * | 2020-04-10 | 2023-04-07 | 大连海洋大学 | 一种生物质制取高纯氢气的方法及其所采用的系统 |
| CN111423085A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-07-17 | 青岛理工大学 | 一种利用冶金渣余热分级处理污泥制备富氢合成气的方法 |
| CN113845088B (zh) * | 2020-06-28 | 2023-07-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 氧载体煤催化气化制氢反应装置及反应方法 |
| CN112011377B (zh) * | 2020-07-23 | 2021-10-22 | 桂林电子科技大学 | 一种用于含碳燃料的钙基化学链气化制备高热值合成气的系统及制气方法 |
| CN113321182B (zh) * | 2021-04-13 | 2023-08-22 | 昆明明书科技有限公司 | 一种污泥耦合制氢的系统和方法 |
| CN113322102A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-31 | 江苏大学 | 一种生物质分级气化制富氢合成气的系统 |
| CN114735644A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-07-12 | 上海电气集团股份有限公司 | 一种固体有机物的制氢系统 |
| CN114958446A (zh) * | 2022-06-07 | 2022-08-30 | 上海电气集团股份有限公司 | 一种生物质气化制液化石油气的系统及其方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001042132A1 (en) * | 1999-12-09 | 2001-06-14 | The Regents Of The University Of California | Hydrogen production from carbonaceous material |
| EP1281747A2 (en) * | 2001-07-31 | 2003-02-05 | General Electric Company | A process for converting coal into fuel cell quality hydrogen |
| CN101638590A (zh) * | 2009-08-24 | 2010-02-03 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种可燃固体废弃物化学链气化制合成气的方法及串行流化床反应器 |
| CN101699187A (zh) * | 2009-10-21 | 2010-04-28 | 东南大学 | 一种可分离二氧化碳的煤燃烧装置及分离方法 |
| CN102786994A (zh) * | 2012-07-25 | 2012-11-21 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种生物质自催化气化制备富甲烷气体的方法 |
| CN103062910A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-04-24 | 东南大学 | 一种集成化学链燃烧与co2捕集的方法和装置 |
| CN103923705A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-07-16 | 东南大学 | 生物质气化制取富氢气体的装置及方法 |
-
2015
- 2015-04-30 CN CN201510218684.7A patent/CN104830358B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001042132A1 (en) * | 1999-12-09 | 2001-06-14 | The Regents Of The University Of California | Hydrogen production from carbonaceous material |
| EP1281747A2 (en) * | 2001-07-31 | 2003-02-05 | General Electric Company | A process for converting coal into fuel cell quality hydrogen |
| CN101638590A (zh) * | 2009-08-24 | 2010-02-03 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种可燃固体废弃物化学链气化制合成气的方法及串行流化床反应器 |
| CN101699187A (zh) * | 2009-10-21 | 2010-04-28 | 东南大学 | 一种可分离二氧化碳的煤燃烧装置及分离方法 |
| CN102786994A (zh) * | 2012-07-25 | 2012-11-21 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种生物质自催化气化制备富甲烷气体的方法 |
| CN103062910A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-04-24 | 东南大学 | 一种集成化学链燃烧与co2捕集的方法和装置 |
| CN103923705A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-07-16 | 东南大学 | 生物质气化制取富氢气体的装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 《串行流化床稻秸气化合成甲醇的模拟》;张亚男等;《中国电机工程学报》;20091115;第29卷(第32期);第103-111页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104830358A (zh) | 2015-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104830358B (zh) | 一种生物质分级气化制取富氢气体的装置及方法 | |
| US10577242B2 (en) | Device and method for generating high-purity hydrogen by biomass pyrolysis-chemical looping combustion | |
| CN103923705B (zh) | 生物质气化制取富氢气体的装置及方法 | |
| CN103045307B (zh) | 一种制备无焦油富氢气体的热解气化方法及热解气化装置 | |
| CN102977927A (zh) | 基于双流化床生物质气化制备合成气的装置及其制备方法 | |
| KR101609809B1 (ko) | 산소없이 이산화탄소의 사이클링에 의한 바이오매스 가스화용 방법 및 장치 | |
| CN103060012B (zh) | 一种煤炭的碳氢组分分级转化的气化方法 | |
| CN104498117B (zh) | 含碳原料制富甲烷气体的方法和装置 | |
| US10023820B2 (en) | Device and method for producing substitute natural gas and network comprising same | |
| CN108048140B (zh) | 一种热解与气化耦合联产油气的方法和装置 | |
| CN103045308B (zh) | 一种基于煤炭的碳氢组分分级转化的发电方法及系统 | |
| CN112624039B (zh) | 一种基于化学链制氢的有机固废处理装置及其使用方法 | |
| CN110643382A (zh) | 一种基于化学链的生物质油气联产装置及方法 | |
| CN111378512A (zh) | 一种生物质热解气化制合成气的方法及系统 | |
| CA2602783C (en) | Combustion device producing hydrogen with collected co2 reuse | |
| CN114044490B (zh) | 基于双流化床热解气转化制取富氢气体的装置及方法 | |
| CN211111863U (zh) | 一种基于化学链的生物质油气联产装置 | |
| US9631553B2 (en) | Process and equipment for coal gasification, and power generation system and power generation process thereof | |
| CN205687869U (zh) | 一种高一氧化碳浓度气化气的制备系统 | |
| CN104987891A (zh) | 一种“煤炭碳氢组分分级气化”的替代燃料/化工产品生产系统 | |
| CN104962316B (zh) | 一种捕集co2的分级气化适度循环型化工‑动力多联产系统 | |
| CN203096004U (zh) | 一种基于煤炭的碳氢组分分级转化的发电系统 | |
| CN114752418A (zh) | 一种实现零碳排放的煤分质利用系统和工艺 | |
| CN110819392B (zh) | 气化炉及部分气化方法 | |
| CN106635165A (zh) | 含碳原料气化制清洁合成气的方法和装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170315 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |