CN105602628B - 生物质/煤干馏气化生产高热值合成气装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了生物质/煤干馏气化生产高热值合成气装置及方法，生物质/煤原料粉碎加入第一储料罐，被引风机输送至提升管干燥器、第一旋风分离器，实现干燥和气固分离；然后经螺旋进料器输送至干馏气化反应器顶部，第二旋风分离器分离出高温催化剂通过催化剂储罐进入干馏气化反应器顶部，原料与高温催化剂混合发生干馏气化反应；反应后产物经过第三分离器被分成高温油气、掺少量半焦的催化剂和掺少量催化剂的半焦三部分；被第四旋风分离器、重整反应器、气化反应器分离下的细颗粒均被第一返料器输送至燃烧炉；在第二旋风分离器被气固分离，催化剂通过催化剂储罐返回干馏气化反应器、重整反应器和气化反应器循环使用。生产周期短，适合工业化应用。

Description

生物质/煤干馏气化生产高热值合成气装置及方法
技术领域
本发明属于能源技术领域，涉及一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气装置，本发明还设计一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气的方法。
背景技术
随着全球经济发展对能源需求的日益增长和对环境污染的关注，开展煤的清洁转化技术和开发生物质能源利用技术逐渐成为研究的热点。生物质/煤的气化技术是研究者备受关注的关键技术之一。
气化技术按照燃气生产机理可分为干馏气化和反应性气化，其中反应性气化可根据反应气氛的不同分为空气气化、水蒸气气化、氧气气化和氢气气化等，与反应性气化相比，干馏气化研究较少。干馏气化一般以为中热值的干馏气为主要产品，同时副产生物焦/煤焦，目前，现有的干馏技术一般都生产周期比较长，且规模较小，限制了该技术的大规模应用。因此，开发新型的生物质/煤热解气化工艺具有重要的研究价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气装置，解决了现有技术中存在的问题，生产周期短，适合工业化应用。
本发明的另一目的是提供一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气的方法。
本发明所采用的技术方案是，一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气装置，包括依次连接的粉碎机、第一储料罐、星型进料器、引风机、提升管干燥器、第一旋风分离器、第二储料罐、螺旋进料器、干馏气化反应器、第三分离器，第三分离器输出三路，第一路通过第二返料器与燃烧炉连接，第二路通过半焦返料器与气化反应器连接，水蒸气锅炉与气化反应器连接；第三路通过第四旋风分离器依次连接重整反应器、罗茨风机，第四旋风分离器、重整反应器别与第一返料器连接；气化反应器输出两路，一路与水洗塔连接，另一路与第一返料器连接；第一返料器与燃烧炉连通；燃烧炉与第二旋风分离器连接；第二旋风分离器输出两路，一路通过催化剂储罐、阀门分别与干馏气化反应器、重整反应器、气化反应器连接，另一路与换热器连接，鼓风机与换热器连接，换热器输出两路，一路通过第五旋风分离器与引风机连接，另一路直接与燃烧炉连接。
进一步的，干馏气化反应器为下行式流化床反应器。
进一步的，重整反应器为鼓泡流化床反应器、沸腾流化床反应器或喷动床反应器中的一种。
进一步的，气化反应器为鼓泡流化床反应器、沸腾流化床反应器或喷动床反应器中的一种。
进一步的，所述第三分离器为利用重力和惯性力的分离器。
本发明所采用的另一技术方案是，一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气的方法，按照以下步骤进行：
生物质/煤原料被粉碎机粉碎至粒径小于3mm后加入第一储料罐，通过星型进料器控制进料量与烟气混合，被引风机输送至提升管干燥器，经过干燥去除水分，水含量低于10％，然后进入第一旋风分离器，实现气固分离；其中，烟气外排，原料进入第二储料罐；然后经螺旋进料器输送至干馏气化反应器顶部，第二旋风分离器分离出高温催化剂通过催化剂储罐进入干馏气化反应器顶部，原料与高温催化剂混合，并在干馏气化反应器发生干馏气化反应；反应后产物经过第三分离器被分成高温油气、掺少量半焦的催化剂和掺少量催化剂的半焦三部分；其中，高温油气被罗茨风机吸引，通过第四旋风分离器分离出细颗粒后进入重整反应器，发生高温油气重整反应，生成高热值合成气，合成气热值大于20MJ/Kg，作为产品外排；被第三分离器分离出的掺少量半焦的催化剂被第二返料器输送至燃烧炉；被第三分离器分离出的掺少量催化剂的半焦被半焦返料器输送至气化反应器与水蒸气锅炉产生的高温蒸汽发生气化反应，气化反应温度为900℃，生成热值大于20MJ/Kg的高热值合成气，合成气经水洗塔冷凝后作为产品外排；重整反应器和气化反应器热源均来自催化剂储罐内从第二旋风分离器分离下的高温催化剂；被第四旋风分离器、重整反应器、气化反应器分离下的细颗粒均被第一返料器输送至燃烧炉；在燃烧炉内催化剂与半焦发生燃烧反应，为催化剂加热，并在第二旋风分离器被气固分离，催化剂通过催化剂储罐返回干馏气化反应器、重整反应器和气化反应器循环使用，高温烟气进入换热器与鼓风机吹来的冷空气进行换热，冷空气被加热后进入燃烧炉，高温烟气被冷却至300℃-450℃的中温烟气后进入第五旋风分离器，分离出磨损后的催化剂外排，中温烟气被引风机吸引进入提升管干燥器干燥原料。
进一步的，所述干馏气化反应器发生干馏气化反应的温度为750℃-1000℃。
进一步的，所述重整反应器发生重整反应的温度为750℃-850℃。
进一步的，所述半焦返料器内的反应温度为800℃-1000℃。
本发明的有益效果是，1.从装置结构上，工艺中采用的干馏气化反应器为下行式流化床反应器，利用重力实现催化剂与原料的混合反应，具有能耗低、易于工业放大和产物气体热值高的显著优点；采用的重整反应器和气化反应器为鼓泡流化床反应器、沸腾流化床反应器或喷动床反应器中的一种，具有温度均匀、容易控制和易于工业放大的特性。2.从工艺流程的设计上，将生物质/煤的干馏气化与生成气体的重整相结合，气体经过重整反应提高了二氧化碳的利用率，能够明显提高产物气体热值；将干馏气化生成的半焦进行气化和部分燃烧，一方面，解决了生物质气化过程中焦油的危害，另一方面实现了工艺的能耗自给，具有明显的技术优势。3.从工艺参数的选择上，能够保证各步反应的充分进行，如果温度低不利用反应的充分进行，如果温度过高，则可能对催化剂的结构性质造成影响。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图中，1-粉碎机，2-第一储料罐，3-星型进料器，4-引风机，5-提升管干燥器，6-第一旋风分离器，7-第二储料罐，8-螺旋进料器，9-干馏气化反应器，10-第二旋风分离器，11-第三分离器，12-半焦返料器，13-罗茨风机，14-第四旋风分离器，15-重整反应器，16-第一返料器，17-燃烧炉，18-第二返料器，19-气化反应器，20-换热器，21-鼓风机，22-第五旋风分离器，23-催化剂储罐，24-阀门，25-水蒸气锅炉，26-水洗塔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气装置，结构如图1所示，包括依次连接的粉碎机1、第一储料罐2、星型进料器3、引风机4、提升管干燥器5、第一旋风分离器6、第二储料罐7、螺旋进料器8、干馏气化反应器9、第三分离器11，第三分离器11输出三路，第一路通过第二返料器18与燃烧炉17连接，第二路通过半焦返料器12与气化反应器19连接，水蒸气锅炉25与气化反应器19连接；第三路通过第四旋风分离器14依次连接重整反应器15、罗茨风机13，第四旋风分离器14、重整反应器15分别与第一返料器16连接；气化反应器19输出两路，一路与水洗塔26连接，另一路与第一返料器16连接；第一返料器16与燃烧炉17连通；燃烧炉17与第二旋风分离器10连接；第二旋风分离器10输出两路，一路通过催化剂储罐23、阀门24分别与干馏气化反应器9、重整反应器15、气化反应器19连接，另一路与换热器20连接，鼓风机21与换热器20连接，换热器20输出两路，一路通过第五旋风分离器22与引风机4连接，另一路直接与燃烧炉17连接。
干馏气化反应器9为下行式流化床反应器。
重整反应器15为鼓泡流化床反应器、沸腾流化床反应器或喷动床反应器。
气化反应器19为鼓泡流化床反应器、沸腾流化床反应器或喷动床反应器中的一种。
一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气的方法，采用上述的装置，具体来说包括以下步骤：
生物质/煤原料被粉碎机1粉碎至粒径小于3mm后加入第一储料罐2，通过星型进料器3控制进料量与烟气混合，被引风机4输送至提升管干燥器5，经过干燥去除水分，水含量低于10％，然后进入第一旋风分离器6，实现气固分离；其中，烟气外排，原料进入第二储料罐7；然后经螺旋进料器8输送至干馏气化反应器9顶部，第二旋风分离器10分离出高温催化剂通过催化剂储罐23进入干馏气化反应器9顶部，原料与高温催化剂混合，并在干馏气化反应器9发生干馏气化反应，反应温度为750-1000℃；反应后产物经过第三分离器11被分成高温油气、掺少量半焦的催化剂和掺少量催化剂的半焦三部分；其中，高温油气被罗茨风机13吸引，通过第四旋风分离器14分离出细颗粒后进入重整反应器15，发生高温油气重整反应，重整反应温度为750-850℃，生成高热值合成气，合成气热值大于20MJ/Kg，作为产品外排。被第三分离器11分离出的掺少量半焦的催化剂被第二返料器18输送至燃烧炉17；被第三分离器11分离出的掺少量催化剂的半焦被半焦返料器12输送至气化反应器19与水蒸气锅炉25产生的高温蒸汽发生气化反应，半焦返料器12内的反应温度为800-1000℃，气化反应温度为900℃，生成热值大于20MJ/Kg的高热值合成气，合成气经水洗塔26冷凝后作为产品外排；重整反应器15和气化反应器19热源均来自催化剂储罐23内从第二旋风分离器10分离下的高温催化剂；被第四旋风分离器14、重整反应器15、气化反应器19分离下的细颗粒均被第一返料器16输送至燃烧炉17；在燃烧炉17内催化剂与半焦发生燃烧反应，为催化剂加热，并在第二旋风分离器10被气固分离，催化剂通过催化剂储罐23返回干馏气化反应器9、重整反应器15和气化反应器19循环使用，高温烟气进入换热器20与鼓风机21吹来的冷空气进行换热，冷空气被加热后进入燃烧炉17，高温烟气被冷却至300℃-450℃的中温烟气后进入第五旋风分离器22，分离出磨损后的催化剂外排，中温烟气被引风机4吸引进入提升管干燥器5干燥原料。
实施例1
生物质/煤原料被粉碎机1粉碎至粒径小于3mm后加入第一储料罐2，通过星型进料器3控制进料量与烟气混合，被引风机4输送至提升管干燥器5，经过干燥去除水分，水含量低于10％，然后进入第一旋风分离器6，实现气固分离；其中，烟气外排，原料进入第二储料罐7；然后经螺旋进料器8输送至干馏气化反应器9顶部，第二旋风分离器10分离出高温催化剂通过催化剂储罐23进入干馏气化反应器9顶部，原料与高温催化剂混合，并在干馏气化反应器9发生干馏气化反应，反应温度为750℃；反应后产物经过第三分离器11被分成高温油气、掺少量半焦的催化剂和掺少量催化剂的半焦三部分；其中，高温油气被罗茨风机13吸引，通过第四旋风分离器14分离出细颗粒后进入重整反应器15，发生高温油气重整反应，重整反应温度为750℃，生成高热值合成气，合成气热值大于20MJ/Kg，作为产品外排。被第三分离器11分离出的掺少量半焦的催化剂被第二返料器18输送至燃烧炉17；被第三分离器11分离出的掺少量催化剂的半焦被半焦返料器12输送至气化反应器19与水蒸气锅炉25产生的高温蒸汽发生气化反应，半焦返料器12内的反应温度为800℃，气化反应温度为900℃，生成热值大于20MJ/Kg的高热值合成气，合成气经水洗塔26冷凝后作为产品外排；重整反应器15和气化反应器19热源均来自从催化剂储罐23内从第二旋风分离器10分离下的高温催化剂；被第四旋风分离器14、重整反应器15、气化反应器19分离下的细颗粒均被第一返料器16输送至燃烧炉17；在燃烧炉17内催化剂与半焦发生燃烧反应，为催化剂加热，并在第二旋风分离器10被气固分离，催化剂通过催化剂储罐23返回干馏气化反应器9、重整反应器15和气化反应器19循环使用，高温烟气进入换热器20与鼓风机21吹来的冷空气进行换热，冷空气被加热后进入燃烧炉17，高温烟气被冷却至300℃的中温烟气后进入第五旋风分离器22，分离出磨损后的催化剂外排，中温烟气被引风机4吸引进入提升管干燥器5干燥原料。
实施例2
生物质/煤原料被粉碎机1粉碎至粒径小于3mm后加入第一储料罐2，通过星型进料器3控制进料量与烟气混合，被引风机4输送至提升管干燥器5，经过干燥去除水分，水含量低于8％，然后进入第一旋风分离器6，实现气固分离；其中，烟气外排，原料进入第二储料罐7；然后经螺旋进料器8输送至干馏气化反应器9顶部，第二旋风分离器10分离出高温催化剂通过催化剂储罐23进入干馏气化反应器9顶部，原料与高温催化剂混合，并在干馏气化反应器9发生干馏气化反应，反应温度为1000℃；反应后产物经过第三分离器11被分成高温油气、掺少量半焦的催化剂和掺少量催化剂的半焦三部分；其中，高温油气被罗茨风机13吸引，通过第四旋风分离器14分离出细颗粒后进入重整反应器15，发生高温油气重整反应，重整反应温度为850℃，生成高热值合成气，合成气热值大于20MJ/Kg，作为产品外排。被第三分离器11分离出的掺少量半焦的催化剂被第二返料器18输送至燃烧炉17；被第三分离器11分离出的掺少量催化剂的半焦被半焦返料器12输送至气化反应器19与水蒸气锅炉25产生的高温蒸汽发生气化反应，半焦返料器12内的反应温度为1000℃，气化反应温度为900℃，生成热值大于20MJ/Kg的高热值合成气，合成气经水洗塔26冷凝后作为产品外排；重整反应器15和气化反应器19热源均来自从催化剂储罐23内从第二旋风分离器10分离下的高温催化剂；被第四旋风分离器14、重整反应器15、气化反应器19分离下的细颗粒均被第一返料器16输送至燃烧炉17；在燃烧炉17内催化剂与半焦发生燃烧反应，为催化剂加热，并在第二旋风分离器10被气固分离，催化剂通过催化剂储罐23返回干馏气化反应器9、重整反应器15和气化反应器19循环使用，高温烟气进入换热器20与鼓风机21吹来的冷空气进行换热，冷空气被加热后进入燃烧炉17，高温烟气被冷却至450℃的中温烟气后进入第五旋风分离器22，分离出磨损后的催化剂外排，中温烟气被引风机4吸引进入提升管干燥器5干燥原料。
实施例3
生物质/煤原料被粉碎机1粉碎至粒径小于3mm后加入第一储料罐2，通过星型进料器3控制进料量与烟气混合，被引风机4输送至提升管干燥器5，经过干燥去除水分，水含量低于9％，然后进入第一旋风分离器6，实现气固分离；其中，烟气外排，原料进入第二储料罐7；然后经螺旋进料器8输送至干馏气化反应器9顶部，第二旋风分离器10分离出高温催化剂通过催化剂储罐23进入干馏气化反应器9顶部，原料与高温催化剂混合，并在干馏气化反应器9发生干馏气化反应，反应温度为800℃；反应后产物经过第三分离器11被分成高温油气、掺少量半焦的催化剂和掺少量催化剂的半焦三部分；其中，高温油气被罗茨风机13吸引，通过第四旋风分离器14分离出细颗粒后进入重整反应器15，发生高温油气重整反应，重整反应温度为800℃，生成高热值合成气，合成气热值大于20MJ/Kg，作为产品外排。被第三分离器11分离出的掺少量半焦的催化剂被第二返料器18输送至燃烧炉17；被第三分离器11分离出的掺少量催化剂的半焦被半焦返料器12输送至气化反应器19与水蒸气锅炉25产生的高温蒸汽发生气化反应，半焦返料器12内的反应温度为900℃，气化反应温度为900℃，生成热值大于20MJ/Kg的高热值合成气，合成气经水洗塔26冷凝后作为产品外排；重整反应器15和气化反应器19热源均来自从催化剂储罐23内从第二旋风分离器10分离下的高温催化剂；被第四旋风分离器14、重整反应器15、气化反应器19分离下的细颗粒均被第一返料器16输送至燃烧炉17；在燃烧炉17内催化剂与半焦发生燃烧反应，为催化剂加热，并在第二旋风分离器10被气固分离，催化剂通过催化剂储罐23返回干馏气化反应器9、重整反应器15和气化反应器19循环使用，高温烟气进入换热器20与鼓风机21吹来的冷空气进行换热，冷空气被加热后进入燃烧炉17，高温烟气被冷却至350℃的中温烟气后进入第五旋风分离器22，分离出磨损后的催化剂外排，中温烟气被引风机4吸引进入提升管干燥器5干燥原料。

Claims (9)

1.一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气装置，其特征在于，包括依次连接的粉碎机(1)、第一储料罐(2)、星型进料器(3)、引风机(4)、提升管干燥器(5)、第一旋风分离器(6)、第二储料罐(7)、螺旋进料器(8)、干馏气化反应器(9)、第三分离器(11)，第三分离器(11)输出三路，第一路通过第二返料器(18)与燃烧炉(17)连接，第二路通过半焦返料器(12)与气化反应器(19)连接，水蒸气锅炉(25)与气化反应器(19)连接；第三路通过第四旋风分离器(14)依次连接重整反应器(15)、罗茨风机(13)，第四旋风分离器(14)、重整反应器(15)分别与第一返料器(16)连接；气化反应器(19)输出两路，一路与水洗塔(26)连接，另一路与第一返料器(16)连接；第一返料器(16)与燃烧炉(17)连通；燃烧炉(17)与第二旋风分离器(10)连接；第二旋风分离器(10)输出两路，一路通过催化剂储罐(23)、阀门(24)分别与干馏气化反应器(9)、重整反应器(15)、气化反应器(19)连接，另一路与换热器(20)连接，鼓风机(21)与换热器(20)连接，换热器(20)输出两路，一路通过第五旋风分离器(22)与引风机(4)连接，另一路直接与燃烧炉(17)连接。
2.根据权利要求1所述的一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气装置，其特征在于，所述干馏气化反应器(9)为下行式流化床反应器。
3.根据权利要求1所述的一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气装置，其特征在于，所述重整反应器(15)为鼓泡流化床反应器、沸腾流化床反应器或喷动床反应器中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气装置，其特征在于，所述气化反应器(19)为鼓泡流化床反应器、沸腾流化床反应器或喷动床反应器中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气装置，其特征在于，所述第三分离器(11)为利用重力和惯性力的分离器。
6.一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
生物质/煤原料被粉碎机(1)粉碎至粒径小于3mm后加入第一储料罐(2)，通过星型进料器(3)控制进料量与烟气混合，被引风机(4)输送至提升管干燥器(5)，经过干燥去除水分，水含量低于10％，然后进入第一旋风分离器(6)，实现气固分离；其中，烟气外排，原料进入第二储料罐(7)；然后经螺旋进料器(8)输送至干馏气化反应器(9)顶部，第二旋风分离器(10)分离出高温催化剂通过催化剂储罐(23)进入干馏气化反应器(9)顶部，原料与高温催化剂混合，并在干馏气化反应器(9)发生干馏气化反应；反应后产物经过第三分离器(11)被分成高温油气、掺少量半焦的催化剂和掺少量催化剂的半焦三部分；其中，高温油气被罗茨风机(13)吸引，通过第四旋风分离器(14)分离出细颗粒后进入重整反应器(15)，发生高温油气重整反应，生成高热值合成气，合成气热值大于20MJ/Kg，作为产品外排；被第三分离器(11)分离出的掺少量半焦的催化剂被第二返料器(18)输送至燃烧炉(17)；被第三分离器(11)分离出的掺少量催化剂的半焦被半焦返料器(12)输送至气化反应器(19)与水蒸气锅炉(25)产生的高温蒸汽发生气化反应，气化反应温度为900℃，生成热值大于20MJ/Kg的高热值合成气，合成气经水洗塔(26)冷凝后作为产品外排；重整反应器(15)和气化反应器(19)热源均来自催化剂储罐(23)内从第二旋风分离器(10)分离下的高温催化剂；被第四旋风分离器(14)、重整反应器(15)、气化反应器(19)分离下的细颗粒均被第一返料器(16)输送至燃烧炉(17)；在燃烧炉(17)内催化剂与半焦发生燃烧反应，为催化剂加热，并在第二旋风分离器(10)被气固分离，催化剂通过催化剂储罐(23)返回干馏气化反应器(9)、重整反应器(15)和气化反应器(19)循环使用，高温烟气进入换热器(20)与鼓风机(21)吹来的冷空气进行换热，冷空气被加热后进入燃烧炉(17)，高温烟气被冷却至300℃-450℃的中温烟气后进入第五旋风分离器(22)，分离出磨损后的催化剂外排，中温烟气被引风机(4)吸引进入提升管干燥器(5)干燥原料。
7.根据权利要求6所述的一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气的方法，其特征在于，所述干馏气化反应器(9)发生干馏气化反应的温度为750℃-1000℃。
8.根据权利要求6所述的一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气的方法，其特征在于，所述重整反应器(15)发生重整反应的温度为750℃-850℃。
9.根据权利要求6所述的一种生物质/煤干馏气化生产高热值合成气的方法，其特征在于，所述半焦返料器(12)内的反应温度为800℃-1000℃。
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