CN108865282A - 一种生物质气化重整产品提质试验系统及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质气化重整产品提质试验系统及其试验方法，包括第一电热炉、蒸汽发生器、第二电热炉、制冷机以及依次连通的气瓶、热解反应器、伴热管、裂解反应器、焦油瓶组和气袋，所述气瓶内装有惰性气体，所述热解反应器密封设置于所述第一电热炉内，所述蒸汽发生器与所述伴热管连通，所述裂解反应器密封设置于所述第二电热炉内，所述热解反应器内设有生物质，所述裂解反应器内设有催化剂，所述焦油瓶组设置于所述制冷机内。本发明结构简单，操作方便，大大提高了生物质气化重整产品的提质效果。
Description
技术领域
本发明涉及生物质气化重整技术领域，特别是涉及一种生物质气化重整产品提质试验系统及其试验方法。
背景技术
秸秆作为一种典型的农业残余物在我国十分丰富，大部分采用堆肥、焚烧等传统方法对其进行处理。由于秸秆含有少量的氮以及大量的固体颗粒，在焚烧过程中会产生烟雾，利用热解、气化等各种热化技术将生物质转化为高价值产品势在必行。
在所有的生物质转化过程中，气化是最有前途的过程之一，气体阳离子的能量效率高于燃烧的能量效率。生物质气化的一个主要问题是处理在气化过程中形成的焦油。焦油是碳氢化合物的集合体，在高温下呈气态，占热解气能量的有5～15％，难以与可燃性气体一起被燃烧利用，浪费能源。当温度在200℃以下时，大部分焦油会凝结成黑褐色黏稠状的液体，易附着在管道和相关设备的内壁上，对管道造成堵塞，阻碍设备的正常运行，同时焦油中的有毒物质对人的身体健康也会造成极大伤害。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质气化重整产品提质试验系统及其试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，结构简单，操作方便，提高生物质气化重整产品的提质效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种生物质气化重整产品提质试验系统，包括第一电热炉、蒸汽发生器、第二电热炉、制冷机以及依次连通的气瓶、热解反应器、伴热管、裂解反应器、焦油瓶组和气袋，所述气瓶内装有惰性气体，所述热解反应器密封设置于所述第一电热炉内，所述蒸汽发生器与所述伴热管连通，所述裂解反应器密封设置于所述第二电热炉内，所述热解反应器内设有生物质，所述裂解反应器内设有催化剂，所述焦油瓶组设置于所述制冷机内。
优选地，所述热解反应器包括自内而外依次设置的第一内管和第一外管，所述第一内管的下部设有第一筛板，所述生物质设置于所述第一筛板上；所述第一内管的上端设有第一通气口和第二通气口，所述第一通气口与所述气瓶连接，所述第二通气口与第一压力表连接，所述气瓶与所述第一通气口之间设有开关阀和气体质量流量计，所述第一外管的下端与所述伴热管的上端连通。
优选地，所述裂解反应器包括自内而外依次设置的第二内管和第二外管，所述第二内管的下部设有第二筛板，所述催化剂设置于所述第二筛板上，所述第二外管的上端与所述伴热管的下端连通。
优选地，所述第一内管、所述第一外管、所述第二内管、所述第二外管和所述伴热管均为石英管。
优选地，所述焦油瓶组包括依次连接的第一焦油瓶、第二焦油瓶、第三焦油瓶和第四焦油瓶，所述第一焦油瓶为空瓶，所述第二焦油瓶和所述第三焦油瓶内均设有玻璃珠，所述第四焦油瓶内设有焦油吸附介质。
优选地，所述第一焦油瓶、所述第二焦油瓶、所述第三焦油瓶和所述第四焦油瓶均设有入口、第一出口和第二出口，所述第一焦油瓶的入口与所述第二外管的下端连通，所述第一焦油瓶的第一出口延伸至所述第一焦油瓶的底部，所述第一焦油瓶的第二出口与所述第二焦油瓶的入口连通，所述第二焦油瓶的第一出口延伸至所述第二焦油瓶内的所述玻璃珠中，所述第二焦油瓶的第二出口与所述第三焦油瓶的入口连通，所述第三焦油瓶的第一出口延伸至所述第三焦油瓶内的所述玻璃珠中，所述第三焦油瓶的第二出口与所述第四焦油瓶的入口连通，所述第四焦油瓶的第一出口延伸至所述第四焦油瓶内的所述焦油吸附介质中，所述第四焦油瓶的第二出口与所述气袋连通。
优选地，所述伴热管的外侧设有伴热带和保温棉，所述第一外管和所述伴热管之间设有一测温热电偶，所述测温热电偶与第一温度控制仪连接，所述伴热管上设有水蒸气喷入口和气压口，所述水蒸气喷入口与所述蒸汽发生器连接，所述气压口与第二压力表连接。
优选地，所述第一电热炉设有第二温度控制仪，所述第二电热炉设有第三温度控制仪。
优选地，所述催化剂为生物炭或白云石。
本发明还提供了一种基于生物质气化重整产品提质试验系统的试验方法，包括以下步骤，
将制冷机启动2h，达到实验所需制冷温度条件，制冷机的温度设定为-8℃，取适量催化剂加入到裂解反应器的第二内管内，将裂解反应器放入第二电热炉内，在伴热管的外侧缠绕伴热带和保温棉，伴热带和第一外管之间设置测温热电偶，设定伴热带的加热温度为300-350℃，第一电热炉的热解温度为500-600℃，第二电热炉的催化裂解温度为750-850℃，待第一电热炉和第二电热炉的炉温升至设定温度后，由热解反应器上端的第一通气口通入N2，N2的通入流量为300ml/min，将第一焦油瓶、第二焦油瓶、第三焦油瓶和第四焦油瓶放入到制冷机中并连接好管路，在第二焦油瓶和第三焦油瓶内放入玻璃珠，在第四焦油瓶内放入硅胶，继续通入N210min，取适量生物质加入热解反应器的第一内管的第一筛板上，将带有生物质的热解反应器放入第一电热炉内，开始气体取气采样，热解反应器内生物质产生的热解气首先与蒸汽发生器喷入的过热水蒸汽进行混合，过热水蒸汽的S/C为4，发生水蒸汽重整反应，反应化学式为CnHx+nH2O→H2+nCO，混合后的气体经过裂解反应器，混合后的气体中的焦油与第二内管内的催化剂发生裂解反应，进一步对焦油进行消减，消减后的气体依次通入制冷机内的第一焦油瓶、第二焦油瓶、第三焦油瓶和第四焦油瓶内，对气体中的剩余焦油进行吸附，最后气体进入气袋进行回收再利用。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：生物质气化重整产品提质试验系统通过将电热炉分为两段，并在第一电热炉和第二电热炉内分别设置热解反应器和裂解反应器，并通过水蒸气发生器引入水蒸气，使得生物质依次在热解反应器和裂解反应器内分别进行热解反应和裂解反应，实现生物质燃烧产生的焦油的快速、充分裂解，大大提高了生物质气化重整产品的提质效果，同时增加了生物质热解气的产量，有利于热量的回收再利用，还可以对不同条件下的热解气的提质效果进行研究，有利于生物质气化重整产品提质试验系统的进一步优化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明生物质气化重整产品提质试验系统的结构示意图；
图2为图1中I处的局部放大图；
图3为图1中II处的局部放大图；
其中：1-气瓶，2-开关阀，3-气体质量流量计，4-第一压力表，5-第一通气口，6-第二通气口，7-热解反应器，8-第一内管，9-第一电热炉，10-第一外管，11-第二温度控制仪，12-第一温度控制仪，13-测温热电偶，14-伴热管，15-蒸汽发生器，16-第二压力表，17-伴热带，18-裂解反应器，19-第二内管，20-第二电热炉，21-第三温度控制仪，22-第二外管，23-第一焦油瓶，24-第二焦油瓶，25-第三焦油瓶，26-第四焦油瓶，27-制冷机，28-气袋，29-生物质，30-第一筛板，31-催化剂，32-第二筛板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”和“右”指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位和位置关系，仅仅是为了方便描述的结构和操作方式，而不是指示或者暗示所指的部分必须具有特定的方位、以特定的方位操作，因而不能理解为对本发明的限制。
本发明的目的是提供一种生物质气化重整产品提质试验系统及其试验方法，以解决现有技术存在的问题，结构简单，操作方便，提高生物质气化重整产品的提质效果。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-图3所示：本实施例提供了一种生物质气化重整产品提质试验系统，包括第一电热炉9、蒸汽发生器15、第二电热炉20、制冷机27以及依次连通的气瓶1、热解反应器7、伴热管14、裂解反应器18、焦油瓶组和气袋28。气瓶1内装有惰性气体，惰性气体优选为氮气。热解反应器7密封设置于第一电热炉9内，蒸汽发生器15与伴热管14连通，裂解反应器18密封设置于第二电热炉20内，通过蒸汽发生器15向伴热管14内引入水蒸气，在实现焦油催化裂解的同时，增加了生物质热解气的产量。热解反应器7内设有生物质29，生物质29优选为玉米秸秆。裂解反应器18内设有催化剂，催化剂优选为生物炭。焦油瓶组设置于制冷机27内。热解反应器7的热解温度优选为500-600℃，裂解反应器18的催化裂解温度优选为750-850℃，测温热电偶13测量的伴热带17和伴热管14内水蒸气的温度优选为300-350℃，惰性气体的通入流量优选为90-110ml/min，蒸汽发生器15内水蒸气的S/C的值优选为4。
具体地，热解反应器7包括自内而外依次设置的第一内管8和第一外管10。第一内管8的下部设有第一筛板30，第一筛板30起到过滤焦油的作用，生物质29设置于第一筛板30上。第一内管8的上端设有第一通气口5和第二通气口6，第一通气口5与气瓶1连接，第二通气口6与第一压力表4连接，气瓶1与第一通气口5之间设有开关阀2和气体质量流量计3，第一外管10的下端与伴热管14的上端连通。
裂解反应器18包括自内而外依次设置的第二内管19和第二外管22。第二内管19的下部设有第二筛板32，第二筛板32也起到过滤焦油的作用，催化剂31设置于第二筛板32上。第二外管22的上端与伴热管14的下端连通。第一内管8、第一外管10、第二内管19、第二外管22和伴热管14均为石英管。
伴热管14的外侧自内而外依次缠绕有伴热带17和保温棉，第一外管10和伴热管14之间设有一测温热电偶13，测温热电偶13与第一温度控制仪12连接。伴热管14上设有水蒸气喷入口和气压口，水蒸气喷入口与蒸汽发生器15连接，气压口与第二压力表16连接。第一电热炉9设有第二温度控制仪11，第二电热炉20设有第三温度控制仪21。测温热电偶13的测量温度由第一温度控制仪12控制，第一电热炉9的温度由第二温度控制仪11控制，第二电热炉20的温度由第三温度控制仪21控制。
焦油瓶组包括依次连接的第一焦油瓶23、第二焦油瓶24、第三焦油瓶25和第四焦油瓶26。第一焦油瓶23、第二焦油瓶24、第三焦油瓶25和第四焦油瓶26均设置在制冷机27内，使得大部分焦油凝结成黑褐色粘稠状液体，便于第一焦油瓶23、第二焦油瓶24、第三焦油瓶25和第四焦油瓶26对焦油的收集。其中，第一焦油瓶23为空瓶，主要用于收集焦油。第二焦油瓶24和第三焦油瓶25内均设有玻璃珠，扩大反应接触面积。第四焦油瓶26内设有焦油吸附介质，焦油吸附介质优选为硅胶，起到吸附焦油的作用。第一焦油瓶23、第二焦油瓶24、第三焦油瓶25和第四焦油瓶26均设有入口、第一出口和第二出口，第一焦油瓶23的入口与第二外管22的下端连通，第一焦油瓶23的第一出口延伸至第一焦油瓶23的底部，第一焦油瓶23的第二出口与第二焦油瓶24的入口连通，第二焦油瓶24的第一出口延伸至第二焦油瓶24内的玻璃珠中，第二焦油瓶24的第二出口与第三焦油瓶25的入口连通，第三焦油瓶25的第一出口延伸至第三焦油瓶25内的玻璃珠中，第三焦油瓶25的第二出口与第四焦油瓶26的入口连通，第四焦油瓶26的第一出口延伸至第四焦油瓶26内的焦油吸附介质中，第四焦油瓶26的第二出口与气袋28连通，对充分反应后的气体进行收集，实现热解气的回收再利用。
本实施例还提供了一种基于生物质气化重整产品提质试验系统的试验方法，包括以下步骤，将制冷机27启动2h，达到实验所需制冷温度条件，制冷机27的温度设定为-8℃，取适量催化剂31加入到裂解反应器18的第二内管19内，将裂解反应器18放入第二电热炉20内，在伴热管14的外侧缠绕伴热带17和保温棉，伴热带17和第一外管10之间设置测温热电偶13，设定测温热电偶13测量的伴热带17和伴热管14内水蒸气的温度优选为300-350℃，第一电热炉9的热解温度优选为500-600℃，第二电热炉20的催化裂解温度优选为750-850℃，待第一电热炉9和第二电热炉20的炉温升至设定温度后，由热解反应器7上端的第一通气口5通入N2，N2的通入流量优选为300ml/min，将第一焦油瓶23、第二焦油瓶24、第三焦油瓶25和第四焦油瓶26放入到制冷机27中并连接好管路，在第二焦油瓶24和第三焦油瓶25内放入玻璃珠，在第四焦油瓶26内放入硅胶，继续通入N210min，取适量生物质29加入热解反应器7的第一内管8的第一筛板30上，将带有生物质29的热解反应器7放入第一电热炉9内，开始气体取气采样，热解反应器7内生物质29产生的热解气首先与蒸汽发生器15喷入的过热水蒸汽进行混合，过热水蒸汽的S/C为4，发生水蒸汽重整反应，反应化学式为CnHx+nH2O→H2+nCO，混合后的气体经过裂解反应器18，混合后的气体中的焦油与第二内管19内的催化剂31发生裂解反应，进一步对焦油进行消减，消减后的气体依次通入制冷机27内的第一焦油瓶23、第二焦油瓶24、第三焦油瓶25和第四焦油瓶26内，对气体中的剩余焦油进行吸附，最后气体进入气袋28进行回收再利用。
本实施例取10g玉米秸秆放入气化重整装置内，由热解反应器7上端的第一通气口5通入N2，通入N2的流量为100ml/min，以生物炭为催化剂31，水蒸气S/C为4，热解温度为550℃，催化裂解温度为800℃，测温热电偶13测量的伴热带17和伴热管14内水蒸气的温度为320℃，对焦油进行催化裂解，取气时间为70min，焦油转化率由72％升到96％，气体产量从35.5％升到60.2％。
本实施例通过将电热炉分为两段，并在第一电热炉9和第二电热炉20内分别设置热解反应器7和裂解反应器18，并通过水蒸气发生器15引入水蒸气，使得生物质29依次在热解反应器7和裂解反应器18内分别进行热解反应和裂解反应，实现生物质29燃烧产生的焦油的快速、充分裂解，大大提高了生物质气化重整产品的提质效果，同时增加了生物质29热解气的产量，有利于热量的回收再利用，还可以对不同条件下的热解气的提质效果进行研究，有利于生物质气化重整产品提质试验系统的进一步优化。
实施例二
取10g玉米秸秆放入气化重整装置内，由热解反应器7上端的第一通气口5通入N2，通入N2的流量流量为100ml/min，以白云石为催化剂31，水蒸气S/C为4，热解温度为550℃，催化裂解温度为800℃，测温热电偶13测量的伴热带17和伴热管14内水蒸气的温度为320℃，对焦油进行催化裂解，取气时间为70min，焦油转化率由63％升到92％，气体产量从27.3％升到49.8％。
本实施例的技术效果参见实施例一即可。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种生物质气化重整产品提质试验系统，其特征在于：包括第一电热炉、蒸汽发生器、第二电热炉、制冷机以及依次连通的气瓶、热解反应器、伴热管、裂解反应器、焦油瓶组和气袋，所述气瓶内装有惰性气体，所述热解反应器密封设置于所述第一电热炉内，所述蒸汽发生器与所述伴热管连通，所述裂解反应器密封设置于所述第二电热炉内，所述热解反应器内设有生物质，所述裂解反应器内设有催化剂，所述焦油瓶组设置于所述制冷机内。
2.根据权利要求1所述的生物质气化重整产品提质试验系统，其特征在于：所述热解反应器包括自内而外依次设置的第一内管和第一外管，所述第一内管的下部设有第一筛板，所述生物质设置于所述第一筛板上；所述第一内管的上端设有第一通气口和第二通气口，所述第一通气口与所述气瓶连接，所述第二通气口与第一压力表连接，所述气瓶与所述第一通气口之间设有开关阀和气体质量流量计，所述第一外管的下端与所述伴热管的上端连通。
3.根据权利要求2所述的生物质气化重整产品提质试验系统，其特征在于：所述裂解反应器包括自内而外依次设置的第二内管和第二外管，所述第二内管的下部设有第二筛板，所述催化剂设置于所述第二筛板上，所述第二外管的上端与所述伴热管的下端连通。
4.根据权利要求3所述的生物质气化重整产品提质试验系统，其特征在于：所述第一内管、所述第一外管、所述第二内管、所述第二外管和所述伴热管均为石英管。
5.根据权利要求3所述的生物质气化重整产品提质试验系统，其特征在于：所述焦油瓶组包括依次连接的第一焦油瓶、第二焦油瓶、第三焦油瓶和第四焦油瓶，所述第一焦油瓶为空瓶，所述第二焦油瓶和所述第三焦油瓶内均设有玻璃珠，所述第四焦油瓶内设有焦油吸附介质。
6.根据权利要求5所述的生物质气化重整产品提质试验系统，其特征在于：所述第一焦油瓶、所述第二焦油瓶、所述第三焦油瓶和所述第四焦油瓶均设有入口、第一出口和第二出口，所述第一焦油瓶的入口与所述第二外管的下端连通，所述第一焦油瓶的第一出口延伸至所述第一焦油瓶的底部，所述第一焦油瓶的第二出口与所述第二焦油瓶的入口连通，所述第二焦油瓶的第一出口延伸至所述第二焦油瓶内的所述玻璃珠中，所述第二焦油瓶的第二出口与所述第三焦油瓶的入口连通，所述第三焦油瓶的第一出口延伸至所述第三焦油瓶内的所述玻璃珠中，所述第三焦油瓶的第二出口与所述第四焦油瓶的入口连通，所述第四焦油瓶的第一出口延伸至所述第四焦油瓶内的所述焦油吸附介质中，所述第四焦油瓶的第二出口与所述气袋连通。
7.根据权利要求3所述的生物质气化重整产品提质试验系统，其特征在于：所述伴热管的外侧设有伴热带和保温棉，所述第一外管和所述伴热管之间设有一测温热电偶，所述测温热电偶与第一温度控制仪连接，所述伴热管上设有水蒸气喷入口和气压口，所述水蒸气喷入口与所述蒸汽发生器连接，所述气压口与第二压力表连接。
8.根据权利要求1所述的生物质气化重整产品提质试验系统，其特征在于：所述第一电热炉设有第二温度控制仪，所述第二电热炉设有第三温度控制仪。
9.根据权利要求1所述的生物质气化重整产品提质试验系统，其特征在于：所述催化剂为生物炭或白云石。
10.一种基于权利要求1-9中任意一项所述的生物质气化重整产品提质试验系统的试验方法，其特征在于：包括以下步骤，
将制冷机启动2h，达到实验所需制冷温度条件，制冷机的温度设定为-8℃，取适量催化剂加入到裂解反应器的第二内管内，将裂解反应器放入第二电热炉内，在伴热管的外侧缠绕伴热带和保温棉，伴热带和第一外管之间设置测温热电偶，设定伴热带的加热温度为300-350℃，第一电热炉的热解温度为500-600℃，第二电热炉的催化裂解温度为750-850℃，待第一电热炉和第二电热炉的炉温升至设定温度后，由热解反应器上端的第一通气口通入N2，N2的通入流量为300ml/min，将第一焦油瓶、第二焦油瓶、第三焦油瓶和第四焦油瓶放入到制冷机中并连接好管路，在第二焦油瓶和第三焦油瓶内放入玻璃珠，在第四焦油瓶内放入硅胶，继续通入N210min，取适量生物质加入热解反应器的第一内管的第一筛板上，将带有生物质的热解反应器放入第一电热炉内，开始气体取气采样，热解反应器内生物质产生的热解气首先与蒸汽发生器喷入的过热水蒸汽进行混合，过热水蒸汽的S/C为4，发生水蒸汽重整反应，反应化学式为CnHx+nH2O→H2+nCO，混合后的气体经过裂解反应器，混合后的气体中的焦油与第二内管内的催化剂发生裂解反应，进一步对焦油进行消减，消减后的气体依次通入制冷机内的第一焦油瓶、第二焦油瓶、第三焦油瓶和第四焦油瓶内，对气体中的剩余焦油进行吸附，最后气体进入气袋进行回收再利用。
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