CN112048342B - 用于处理生物质的反应器及生物质处理方法 - Google Patents

用于处理生物质的反应器及生物质处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112048342B
CN112048342B CN201910491705.0A CN201910491705A CN112048342B CN 112048342 B CN112048342 B CN 112048342B CN 201910491705 A CN201910491705 A CN 201910491705A CN 112048342 B CN112048342 B CN 112048342B
Authority
CN
China
Prior art keywords
biomass
reactor
filler
zone
reaction
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.)
Active
Application number
CN201910491705.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112048342A (zh
Inventor
赵丽萍
宋永一
王鑫
张彪
吴斯侃
刘继华
张长安
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sinopec Dalian Petrochemical Research Institute Co ltd
China Petroleum and Chemical Corp
Original Assignee
China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Petroleum and Chemical Corp, Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals filed Critical China Petroleum and Chemical Corp
Priority to CN201910491705.0A priority Critical patent/CN112048342B/zh
Publication of CN112048342A publication Critical patent/CN112048342A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112048342B publication Critical patent/CN112048342B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06—Continuous processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
    • C10J3/64—Processes with decomposition of the distillation products
    • C10J3/66—Processes with decomposition of the distillation products by introducing them into the gasification zone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/721—Multistage gasification, e.g. plural parallel or serial gasification stages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/82—Gas withdrawal means
    • C10J3/84—Gas withdrawal means with means for removing dust or tar from the gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C10J2300/092—Wood, cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0956—Air or oxygen enriched air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0959—Oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0966—Hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C10J2300/0976—Water as steam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0983—Additives
    • C10J2300/0986—Catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1603—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with gas treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于处理生物质的反应器及生物质处理方法，所述反应器内设置有隔板，隔板将反应器内部分成第一反应区和第二反应区，且第一反应区的顶部和第二反应区的顶部彼此连通，其中第一反应区内下部设置有气体分布板，第二反应区内下部设置有炉篦。所述生物质处理方法为生物质原料进入反应器，在生物质裂解区内进行反应，反应后得到高温烟气经反应器顶部自上而下进入焦油转化区，与焦油转化区中装填的填充物接触进行反应。本发明所述用于处理生物质的反应器及生物质处理方法能够降低燃气的焦油和粉尘含量并提高原料的气化效率。

Description

用于处理生物质的反应器及生物质处理方法
技术领域
本发明属于生物质处理技术领域，具体涉及一种生物质处理设备及生物质处理方法。
背景技术
生物质气化是清洁高效利用生物质能的有效途径之一，随着能够将松散的生物质原料压缩为成型颗粒的生物质固化技术的发展，使生物质气化的大规模应用成为可能。气化反应器能量转化效率的高低是整个气化系统的关键所在，作为气化系统的核心部件，气化反应器的选择非常重要，常见的反应器类型包括固定床、鼓泡床、流化床、循环流化床、喷动床、气流床等，其中固定床反应器结构简单、造价低、操作容易，在中小规模生物质燃气生产领域应用广泛。
生物焦油有含氧高、黏附性大、性质不稳定、污染高、难加氢难利用的特点。焦油对气化系统、用气设备、环境健康等会产生十分不利的影响。焦油存在于生物质气中，为气流所携带，在管道内输送过程中将逐渐冷凝下来，形成粘稠的液体物质，附着于管道内壁和有关设备的壁面上，会对燃气管道产生腐蚀，对系统的安全运行造成威胁，不利于系统长期稳定运行。焦油如进入下游用气设备中，会因气流夹带液滴等影响内燃机、燃气轮机、压缩机等的安全运行。凝结为细小液滴的焦油比燃气难于燃尽，焦油的不完全燃烧会引起多环芳香烃和焦炭的产生，从而导致磨损和腐蚀的问题，造成污染并对燃气利用设备损害相当严重。焦油还会与颗粒物等其它的污染物发生相互作用，吸附于这些颗粒物质上并在管道内累积起来，严重时将造成管道的堵塞，甚至腐蚀。焦油的产生降低了气化效率，气化中焦油产物的能量一般占总能量的5%~l5%，这部分能量在低温时难于与可燃气体一起被利用，大部分被浪费。焦油中含有大量溶于水的有机物，例如醛、甲醇、酚等，如果直接排入农田，则会对土壤和水源造成严重的污染。焦油中含有许多挥发性的致癌物质，如果直接排到大气中，会造成严重的环境污染，威胁人们的身体健康。燃气带灰量高，不仅会给燃气的输送带来极大的困难，还会使燃气的燃烧效率下降，燃烧设备使用寿命降低。在低温时（<200℃以下）焦油凝结为液态，容易和水、灰分等结合在一起，堵塞输气管道。
目前，大多数的研究都集中于生物焦油的二次利用上，不仅步骤繁琐，而且在二次利用过程中还存在着引入二次污染的问题，如湿法脱除焦油工艺中需要设置多级喷淋洗涤，导致产生大量污水问题，在气化过程中通入空气或氧气等氧化介质发生燃烧反应，采用高温方式脱除焦油，需要1300℃甚至更高的反应温度，能耗较高。因此，在源头上降低甚至消灭焦油才是最根本有效的方法。专利CN203462012U提出一种能够彻底清除焦油的气化炉，采用的方法是把焦炉气与空气混合燃烧掉。CN101580739B中公开了一种带焦油回燃的固定床秸秆气化工艺，先对可燃气体除尘，再用惯性与冷却结合的方法捕集燃气中的焦油，捕集下来的焦油回流到气化炉高温氧化区进行燃烧。这些方法虽然能解决焦油脱除的问题，但焦油更多被转化成二氧化碳，实际上碳的有效转化率非常低。CN100543116C将贫氧流化床与下吸式固定床串联使用，燃料在贫氧流化床中燃烧生成半焦和含焦油的半成气在高温状态下被输送至下游的下吸式固定床气化炉，进行焦油脱除，但高温状态下气体的输送过程热损耗大，串联工艺复杂。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于处理生物质的反应器及生物质处理方法，从根源上最大化地降低燃气的焦油及粉尘携带量，在提高生物质原料气化效率的同时，将焦油和粉尘的危害降至最低，简化繁琐的燃气后续净化工艺过程，用最短的工艺路线生产最洁净的可燃气或合成气产品。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于处理生物质的反应器，所述反应器内设置有隔板，隔板将反应器内部分成第一反应区和第二反应区，且第一反应区的顶部和第二反应区的顶部彼此连通，其中第一反应区内下部设置有气体分布板，第二反应区内下部设置有炉篦。
本发明所述用于处理生物质的反应器中，所述第一反应区经气体分布板分为位于气体分布板上方的生物质裂解区和位于气体分布板下方的第一储灰室，第二反应区经炉篦分为位于炉篦上方的焦油转化区和位于炉篦下方的第二储灰室。
本发明所述用于处理生物质的反应器中，所述隔板垂直于反应器底部设置，隔板下端与反应器底部内壁固定连接，隔板上端与反应器顶部内壁之间留有一定间隙。
本发明所述用于处理生物质的反应器中，所述气体分布板与炉篦进一步优选平齐设置。
本发明所述用于处理生物质的反应器中，所述第一反应区设置有第一进料器、第一排渣机和第一排灰机，其中，第一进料器设置于第一反应区上部，第一排渣机设置于气体分布板上方，第一排灰机设置有第一储灰室底部。根据第一反应区的生物质堆积情况控制进料速率和排渣速率，在确保物料充分反应的同时，提高整个系统的生物质处理量。进一步所述第一进料器优选为螺旋进料器，所述第一排渣机优选为螺旋排渣机，所述第一排灰机优选为螺旋排灰机。
本发明所述用于处理生物质的反应器中，所述第二反应区设置有第二进料器、第二排渣机和第二排灰机，其中，第二进料器设置于第二反应区上部，第二排渣机设置于炉篦上方，第二排灰机设置有第二储灰室底部。在焦油转化区，经第二进料器加入填充物，反应结束后由炉篦上方的第二排渣机排出，装填新的催化剂和炭化料。进一步所述第二进料器优选为螺旋进料器，所述第二排渣机优选为螺旋排渣机，所述第二排灰机优选为螺旋排灰机。
本发明所述用于处理生物质的反应器中，所述第一反应区的气体分布板下方的反应器壳体上设置有气体入口，所述第二反应区炉篦下方的反应器壳体上设置有气体出口。所述用于处理生物质的反应器内采取微负压操作，真空度为400～600Pa，进行干馏气化时，仅在装置启动前打开气体入口用氮气将反应器内的空气置换掉，反应过程中气体入口关闭，在气体出口处通过泵保持反应器内的真空度，所述泵可以是水环式真空泵。当采用气化介质进行气化反应时，气化介质由气体入口进入通过气体分布板自下而上通过第一反应区，经过顶部再自上而下穿过第二反应区到达气体出口，所述气化介质可以是空气、氧气、水蒸气、氢气中的一种或几种。
本发明所述用于处理生物质的反应器中，所述气体分布板上均匀开设若干孔，孔的直径为2～5mm，生物质裂解区用的气化剂通过具有气体分布功能的气体分布板自下而上穿过生物质热解区。同时，气体分布板可以对生物半焦、灰分进行粗分离，具有较大尺寸的生物半焦通过第一排渣机及时排出生物质裂解区，而大部分的灰分和生物半焦碎渣等小体积颗粒则通过气体分布板的气孔进入第一储灰室。
本发明所述用于处理生物质的反应器中，焦油转化区与第二储灰室之间通过炉篦的分隔作用进行燃气、填充物、灰分的气固粗分离，炉篦的筛分范围为2~6mm×2~6mm，填充物碎渣和灰分落入第二储灰室，燃气从气体出口排出后进行储存。
本发明所述用于处理生物质的反应器中，所述生物质裂解区与焦油转化区的体积比为1:1～5:1，优选为1:1～3:1。通过调节隔板横向位置可以实现调节生物质裂解区与焦油转化区的比例。
本发明所述用于处理生物质的反应器中，通过隔板、炉篦、气体分布板共同将用于处理生物质的反应器分为生物质裂解区、焦油转化区、第一储灰室、第二储灰室、顶部五部分，调节隔板横向位置可调节生物质裂解区与焦油转化区的比例。
本发明所述用于处理生物质的反应器中，第一储灰室和第二储灰室分别位于第一反应区和第二反应区的底部，生物质裂解过程中产生的灰分和第一反应区的物料碎渣落入第一储灰室，随后由第一排灰机及时排出；高温烟气携带的灰分及第二反应区的物料碎渣落入第二储灰室，然后由第二排灰机及时排出。
本发明第二方面提供一种生物质处理方法，所述生物质处理方法包括如下内容：
（1）生物质原料进入反应器，在生物质裂解区内进行反应，反应后得到高温烟气和生物半焦；
（2）步骤（1）中的高温烟气经反应器顶部自上而下进入焦油转化区，与焦油转化区中装填的填充物接触进行反应。
本发明所述生物质处理方法中，步骤（1）中所述生物质原料为林业剩余物或农业剩余物等任何含有木质纤维素的生物质，原料形状可以是包括片材、圆形、圆柱、锥形、方形、不规则形状等任何形状的生物质，原料最大的方向尺寸不超过20mm，优选为1～20mm。
本发明所述生物质处理方法中，步骤（1）中所述的生物质裂解区的反应温度为300～900℃，优选为400～800℃。
本发明所述生物质处理方法中，步骤（1）所述中高温烟气包括气固两相，主要由生物质裂解区的热解挥发分及携带的粉碎生物焦炭粒子或其它颗粒物组成。
本发明所述生物质处理方法中，步骤（1）中经过充分裂解得到高温烟气和生物半焦，其中半焦占1wt%～30wt%，高温烟气占70wt%～99wt%，高温烟气中包括约5wt%～20wt%可冷凝组分及1wt%～5wt%的可沉降组分。
本发明所述生物质处理方法中，步骤（2）中所述高温烟气自上而下穿过焦油转化区的过程中，高温烟气与焦油转化区内装填的填充物接触，伴随着高温烟气的流动，烟气中携带的焦油与填充物不断发生裂化反应、重整反应和缩合反应，烟气的焦油携带量大大降低。烟气中携带的固体颗粒则在与填充物的不断碰撞中逐渐沉降，落入第二储灰室，烟气中的固体颗粒携带量大大降低。
本发明所述生物质处理方法中，步骤（2）中所述焦油转化区反应温度为500～900℃，优选为600～900℃。
本发明所述生物质处理方法中，步骤（2）中所述填充物可以是单一的炭化料，也可以是由炭化料和催化剂组成的混合物，优选为炭化料和催化剂的均匀混合物，所述均匀混合是指炭化料和催化剂以一定比例通过物理或化学的方式混合在一起，其中物理方式包括研磨、机械混合等方式中的任一种，化学方式包括浸渍、沉淀等方式中的任一种。进一步地，所述炭化料是生物质半焦、石油焦、煤热解焦炭和活性炭等碳基材料中的一种或几种，优选生物半焦和/或活性炭。所述催化剂可以是天然矿石、金属负载型催化剂中的一种或几种；所述天然矿石可以为石灰石、白云石、凹凸棒石、铁矿石、黏土矿石和橄榄石中的一种或几种；金属负载型催化剂以生物质半焦、氧化铝、活性炭、碳化硅、多孔陶瓷中的一种或几种为载体，负载活性组分可以是金属单质、金属盐、金属氧化物、金属过氧化物等形式中的一种或几种，优选为金属氧化物和/或金属盐。所述金属可以为碱金属、碱土金属和过渡金属中的一种或几种，优选碱金属和/或过渡金属。所述碱金属为锂、钠、钾、铷、铯、钫中的一种或几种，优选为钠和钾中的一种或几种；所述过渡金属为铁、钴、镍、铜、锌中的一种或几种，优选为铁和镍中的一种或几种。
本发明所述生物质处理方法中，步骤（2）中所述焦油转化区内的填充物进一步优选分层装填，设置N层（N=2-6，优选N=2-4，进一步优选N=2），按照气体物料流动方向，依次为第一填充物层、第二填充物层、……，第N-1填充物层、第N填充物层。当设置两层时，依次设置第一填充物层和第二填充物层，其中，第一填充物层装填第一填充物，第二填充物层装填第二填充物，其中，第一填充物为白云石催化剂与炭化料的均匀混合物，第二填充物为镍基催化剂与炭化料的均匀混合物。
本发明所述生物质处理方法中，所述焦油转化区内第一填充物中的炭化料和与第二填充物中的炭化料的重量比为10：1～1：10，优选10:1～1:1。
本发明所述生物质处理方法中，步骤（2）中所述焦油转化区反应温度为500～900℃，优选为600～900℃。
本发明所述生物质处理方法中，第一填充物层的床层温度为600～900℃，优选700～900℃；第二填充物层的床层温度为500～800℃，优选600～700℃，进一步优选第一填充物层的床层温度比第二填充物层的床层温度高20～300℃。
与现有技术相比，本发明所述用于处理生物质的反应器及生物质处理方法具有如下优点：
1、本发明所述反应器可以实现在一个反应器内将生物质分区气化，生物质热解反应和焦油转化反应分别在不同的反应区内进行，反应系统集成度高，与目前热解气化-焦油裂解-烟气净化的多段串联工艺相比，不仅大大简化了工艺流程，而且气化效率和碳有效转化率更高，还有效避免了现有串联工艺中高温烟气传输过程中的热量耗散，更有利于热量集成。高温烟气自生物质裂解区经顶部进入焦油转化区，输送过程能量耗散少，生物质裂解区反应温度与第一填充物层的反应温度接近，体系温度波动小，而且第二填充物层所需的反应温度较低，利用高温烟气自身携带的热量基本可以满足反应所需，仅需少量的加热辅助。解决了高温烟气在输送过程中颗粒沉积并堵塞传输管道的问题，在源头上消灭了焦油，气体得到深度净化，通过对焦油裂解过程工艺参数的调控，可以有效调节燃气的H2/CO比，燃气产品品位高。
2、本发明所述生物质处理方法，在焦油转化区内设置填充物级配装填方案，并在不同的填充物层匹配适宜的操作条件，采用多床层填充物分级催化转化焦油。高温烟气携带的焦油首先与第一填充物接触进行催化转化，第一填充物中的以天然矿石为主要活性组分的催化剂在焦油转化过程中吸附并促进大量焦油的转化，且容易破坏焦油成分中的“软焦油”，如酚类及其衍生物等，通过第一填充物的作用，高温烟气中携带的焦油转化率可以达到90%～95%。经过第一填充物的处理后，烟气中残余的焦油为以难转化的多环芳烃，如萘、茚等为主要成分的“硬焦油”，第二填充物中的以过渡金属元素为活性组分的催化剂活性较高，大大提高了残余焦油的去除率和原料的碳转化率，最终从气体出口得到的燃气的焦油含量降低至5mg/Nm3以下，较传统裂解过程中对高温烟气进行多级喷淋洗涤除焦油除尘的复杂后处理过程优势显著。
3、本发明所述生物质处理方法，所述填充物中使用的炭化料具有发达的空隙结构，这种多孔结构为其吸附焦油提供了有利条件，相当于不同程度地延长了焦油在高温区的停留时间，促进了焦油的裂解反应。另外生物半焦的灰分含量高，灰分中含有大量的氧化钙、氧化镁、氧化钾等成分，在适当的温度条件下，对焦油的裂解也起到催化作用。
附图说明
图1为本发明所述用于处理生物质的反应器结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的具体情况，但不限于下述的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“置于”、“相连”、“连接”、“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种用于处理生物质的反应器，所述反应器设置隔板4，所述隔板4垂直于反应器底部，隔板4下端与反应器底部内壁固定连接，隔板4上端与反应器顶部内壁之间留有一定间隙。所述隔板4将反应器内部分成第一反应区1和第二反应区2，且第一反应区1的顶部和第二反应区2的顶部彼此连通，其中第一反应区1内下部设置有气体分布板9，第二反应区内下部设置有炉篦10，所述气体分布板9与炉篦10平齐设置。所述第一反应区1的气体分布板9下方的反应器壳体上设置有气体入口11，所述第二反应区2炉篦10下方的反应器壳体上设置有气体出口12。所述第一反应区1经气体分布板9分别位于气体分布板9上方的生物质裂解区5和位于气体分布板9下方的第一储灰室7，第二反应区2经炉篦10分为位于炉篦10上方的焦油转化区6和位于炉篦10下方的第二储灰室8。通过隔板4、炉篦10、气体分布板9共同将用于处理生物质的反应器分为生物质裂解区5、焦油转化区6、第一储灰室7、第二储灰室8、顶部五部分，调节隔板4横向位置可调节生物质裂解区5与焦油转化区6的比例。所述第一反应区1设置有第一进料器13、第一排渣机14和第一排灰机17，其中，第一进料器13设置于第一反应区1上部，第一排渣机14设置于气体分布板9上方，第一排灰机17设置有第一储灰室7底部。所述第二反应区2设置有第二进料器15、第二排渣机16和第二排灰机18，其中，第二进料器15设置于第二反应区2上部，第二排渣机16设置于炉篦10上方，第二排灰机18设置有第二储灰室8底部。在焦油转化区6，经第二进料器15加入填充物，反应结束后由炉篦10上方的第二排渣机16排出，装填新的催化剂和炭化料。
本发明生物质处理过程具体包括如下内容：生物质原料经第一进料器13推送进入生物质裂解区5进行热裂解反应得到高温烟气和生物半焦，具有较大尺寸的生物半焦留于气体分布板9上方，通过第一排渣机14及时排出生物质裂解区5，而大部分的灰分和生物半焦碎渣等小体积颗粒则通过气体分布板9进入第一储灰室7，由第一排灰机17及时排出。高温烟气从生物质裂解区5出来经反应器顶部区域进入焦油转化区6，所述焦油转化区6内装填有填充物，高温烟气按照接触顺序依次与焦油转化区6内的填充物接触进行反应，反应后的气体从气体出口12引出。高温烟气携带的灰分在气体自上而下流动的过程中与焦油转化区6内的填充物触碰，在自身重力和气流携带双重作用下落入第二储灰室8，焦油转化区的炭化料碎渣及灰分均由第二排灰机18排出。第二进料器15用于焦油转化区内填充物的装填，第二排渣机16用于焦油转化区内装填物的排出，两者相互配合用于在催化剂活性明显降低时更换焦油转化区内的填充物。
所述用于处理生物质的反应器在使用前，需要先用氮气进行置换处理，具体操作步骤为在保证用于处理生物质的反应器气密性良好的状态下，首先从气体入口11通入氮气，将用于处理生物质的反应器的空气置换出，并从气体出口12排出，置换时间为3～5min，然后关闭气体入口，用于处理生物质的反应器采取微负压操作，真空度保持在400～600Pa之间，在气体出口处通过泵保持反应器内的真空度。当采用气化介质进行气化反应时，气化介质由气体入口自下而上经过生物质裂解区，然后经反应器顶部区域后再自上而下穿过焦油转化区到达气体出口，所述气化介质可以是空气、氧气、水蒸气、氢气中的一种或几种。
本发明实施例和比较例中气化效率和碳转化率的定义：
气化效率：单位重量生物质原料转化成气体燃料完全燃烧时放出的热量与该单位重量生物质原料的热量之比。它是衡量气化过程的主要指标。具体计算公式如下：气化效率（%）=[冷气体热值（kJ/m3）*干冷气体率（m3/kg）]/原料热值（kJ/kg）。
碳转化率：生物质燃料中的碳转化为气体燃料中的碳的份额，即气体中含碳量与原料中含碳量之比。
实施例1
采用上述用于处理生物质的反应器，选取林业剩余物竹柳（成长期一年）为原料，装置进料为竹柳（成长期一年）粉碎料经过成型加工后的颗粒料，为柱状颗粒，长度为20mm，断面直径10mm，含水量6.2wt%，热值17.41MJ/kg。竹柳（成长期一年）颗粒料经螺旋给料机推送装填于生物质裂解区，反应后的固体产物生物半焦作为焦油转化区的填充物由螺旋给料机装填于焦油转化区。反应器气密性良好的状态下，氮气从气体入口进入，反应器内被置换掉的空气从气体出口排出，置换3～5min后关闭气体入口。反应过程中采取微负压操作，反应器内的真空度维持在400～600Pa之间。生物质热解区的反应温度保持在760℃，焦油转化区的反应温度为700℃，反应器出口的燃气焦油携带量为164mg/Nm3，粉尘携带量为150mg/Nm3，整个过程生物质的气化效率达到54%，碳转化率达到69%。
实施例2
采用上述用于处理生物质的反应器，选取林业剩余物红皮云杉为原料，装置进料为红皮云杉粉碎料经过成型加工后的颗粒料，为柱状颗粒，长度30mm，断面直径10mm，含水量10wt%，热值18.88MJ/kg。红皮云杉颗粒料经螺旋给料机推送装填于生物质热解区，所述焦油转化区填充物包括两层，其中生物质半焦作为第一填充层，碳酸钾负载量为5wt%的生物半焦作为第二填充层。反应器气密性良好的状态下，氮气从气体进口进入，反应器内被置换掉的空气从气体出口排出，置换3～5min后关闭气体入口。反应过程中采取微负压操作，反应器内的真空度维持在400～600Pa之间。生物质热解区的反应温度保持在900℃，焦油转化区第一填充层的反应温度为820℃，第二填充层的反应温度为720℃。反应器出口的燃气焦油携带量为59mg/Nm3，粉尘携带量为143 mg/Nm3，整个过程生物质的气化效率达到75%，碳转化率达到78%。
实施例3
采用上述用于处理生物质的反应器，选取林业剩余物柳木为原料，装置进料为柳木粉碎料经过成型加工后的颗粒料，为柱状颗粒，长度15mm，断面直径12mm，含水量6wt%，热值16.74MJ/kg。柳木颗粒料经螺旋给料机推送装填于生物质热解区，生物质半焦和白云石按照质量比8:1机械混合后作为第一填充层，氧化镍负载量为2wt%的生物半焦作为第二填充层。反应器气密性良好的状态下，氮气从气体进口进入，反应器内被置换掉的空气从气体出口排出，置换3～5min后关闭气体入口。反应过程中采取微负压操作，反应器内的真空度维持在400～600Pa之间。生物质热解区的反应温度保持在700℃，焦油转化区第一填充层的反应温度为720℃，第二填充层的反应温度为680℃。反应器出口的燃气焦油携带量为36mg/Nm3，粉尘携带量为159mg/Nm3，整个过程生物质的气化效率达到82%，碳转化率达到83%。
对比例1
选取林业剩余物落叶松为原料，装置进料为落叶松粉碎料经过成型加工后的颗粒料，为柱状颗粒，长度30mm，断面直径10mm，含水量10wt%，热值为18.63MJ/kg。在两个串联立式固定床反应器上分别进行生物质热解反应和焦油转化反应，热解固定床温度为850℃，焦油转化催化剂采用氧化镍负载量为2wt%的生物半焦作为催化剂，焦油转化固定床温度为680℃，反应器出口燃气焦油携带量为213mg/Nm3，粉尘携带量为357 mg/Nm3，生物质气化效率为47%，碳转化率为62%。

Claims (20)

1.一种用于处理生物质的反应器，所述反应器内设置有隔板，隔板将反应器内部分成第一反应区和第二反应区，且第一反应区的顶部和第二反应区的顶部彼此连通，其中第一反应区内下部设置有气体分布板，第二反应区内下部设置有炉篦；所述第一反应区经气体分布板分为位于气体分布板上方的生物质裂解区和位于气体分布板下方的第一储灰室，第二反应区经炉篦分为位于炉篦上方的焦油转化区和位于炉篦下方的第二储灰室；
其中，所述焦油转化区内的填充物设置两层，依次设置第一填充物层和第二填充物层，其中，第一填充物层装填第一填充物，第二填充物层装填第二填充物，其中，第一填充物为天然矿石催化剂与炭化料的均匀混合物，第二填充物为金属负载型催化剂与炭化料的均匀混合物。
2.按照权利要求1所述的用于处理生物质的反应器，其特征在于：所述隔板垂直于反应器底部，隔板下端与反应器底部内壁固定连接，隔板上端与反应器顶部内壁之间留有一定间隙。
3.按照权利要求1所述的用于处理生物质的反应器，其特征在于：所述气体分布板与炉篦平齐设置。
4.按照权利要求1所述的用于处理生物质的反应器，其特征在于：所述第一反应区设置有第一进料器、第一排渣机和第一排灰机，其中，第一进料器设置于第一反应区上部，第一排渣机设置于气体分布板上方，第一排灰机设置有第一储灰室底部。
5.按照权利要求1所述的用于处理生物质的反应器，其特征在于：所述第二反应区设置有第二进料器、第二排渣机和第二排灰机，其中，第二进料器设置于第二反应区上部，第二排渣机设置于炉篦上方，第二排灰机设置有第二储灰室底部。
6.按照权利要求1所述的用于处理生物质的反应器，其特征在于：所述第一反应区的气体分布板下方的反应器壳体上设置有气体入口，所述第二反应区炉篦下方的反应器壳体上设置有气体出口。
7.按照权利要求6所述的用于处理生物质的反应器，其特征在于：所述用于处理生物质的反应器内采取微负压操作，真空度为400～600Pa，进行干馏气化时，仅在装置启动前打开气体入口用氮气将反应器内的空气置换掉，反应过程中气体入口关闭，在气体出口处通过泵保持反应器内的真空度。
8.按照权利要求1所述的用于处理生物质的反应器，其特征在于：所述生物质裂解区与焦油转化区的体积比为1:1～5:1。
9.按照权利要求1所述的用于处理生物质的反应器，其特征在于：所述生物质裂解区与焦油转化区的体积比为1:1～3:1。
10.一种生物质处理方法，所述生物质处理方法包括如下内容：
（1）生物质原料进入反应器，在生物质裂解区内进行反应，反应后得到高温烟气和生物半焦；
（2）步骤（1）中的高温烟气经反应器顶部自上而下进入焦油转化区，与焦油转化区中装填的填充物接触进行反应；
其中，所述焦油转化区内的填充物设置两层，依次设置第一填充物层和第二填充物层，其中，第一填充物层装填第一填充物，第二填充物层装填第二填充物，其中，第一填充物为天然矿石催化剂与炭化料的均匀混合物，第二填充物为金属负载型催化剂和炭化料的均匀混合物，第一填充物层的床层温度为600～900℃；第二填充物层的床层温度为500～800℃，且第一填充物层的床层温度比第二填充物层的床层温度高20～300℃。
11.按照权利要求10所述的生物质处理方法，其特征在于：步骤（1）中所述生物质原料为含有木质纤维素的生物质。
12.按照权利要求10所述的生物质处理方法，其特征在于：步骤（1）中所述的生物质裂解区的反应温度为300～900℃。
13.按照权利要求12所述的生物质处理方法，其特征在于：步骤（1）中所述的生物质裂解区的反应温度为400～800℃。
14.按照权利要求10所述的生物质处理方法，其特征在于：步骤（1）中经过充分裂解得到高温烟气和生物半焦，其中半焦占1wt%～30wt%，高温烟气占70wt%～99wt%，高温烟气中包括5wt%～20wt%可冷凝组分及1wt%～5wt%的可沉降组分。
15.按照权利要求10所述的生物质处理方法，其特征在于：所述炭化料是生物质半焦、石油焦、煤热解焦炭和活性炭中的一种或几种。
16.按照权利要求10所述的生物质处理方法，其特征在于：所述天然矿石为石灰石、白云石、凹凸棒石、铁矿石、黏土矿石和橄榄石中的一种或几种；金属负载型催化剂以生物质半焦、氧化铝、活性炭、碳化硅、多孔陶瓷中的一种或几种为载体，负载活性组分是金属单质、金属盐、金属氧化物、金属过氧化物等形式中的一种或几种；所述金属为碱金属、碱土金属和过渡金属中的一种或几种。
17.按照权利要求16所述的生物质处理方法，其特征在于：所述碱金属为锂、钠、钾、铷、铯、钫中的一种或几种；所述过渡金属为铁、钴、镍、铜、锌中的一种或几种。
18.按照权利要求10所述的生物质处理方法，其特征在于：所述焦油转化区内第一填充物中的炭化料和与第二填充物中的炭化料的重量比为10：1～1：10。
19.按照权利要求18所述的生物质处理方法，其特征在于：所述焦油转化区内第一填充物中的炭化料和与第二填充物中的炭化料的重量比为10:1～1:1。
20.按照权利要求10所述的生物质处理方法，其特征在于：第一填充物层的床层温度为700～900℃；第二填充物层的床层温度为600～700℃。
CN201910491705.0A 2019-06-06 2019-06-06 用于处理生物质的反应器及生物质处理方法 Active CN112048342B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910491705.0A CN112048342B (zh) 2019-06-06 2019-06-06 用于处理生物质的反应器及生物质处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910491705.0A CN112048342B (zh) 2019-06-06 2019-06-06 用于处理生物质的反应器及生物质处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112048342A CN112048342A (zh) 2020-12-08
CN112048342B true CN112048342B (zh) 2021-10-08

Family

ID=73609028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910491705.0A Active CN112048342B (zh) 2019-06-06 2019-06-06 用于处理生物质的反应器及生物质处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112048342B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101560409A (zh) * 2009-05-14 2009-10-21 安徽喜阳阳新能源科技有限公司 焦油炉内裂解式生物质气化炉
CN201694994U (zh) * 2009-06-23 2011-01-05 北京联合创业环保工程有限公司 钟式生物质热裂解一体化设备
CN105586095A (zh) * 2014-10-22 2016-05-18 中国石油化工股份有限公司 一种生物质微波热解气化反应装置
CN105841159A (zh) * 2016-05-19 2016-08-10 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 一种垃圾热解和催化裂解系统
CN106833693A (zh) * 2017-02-28 2017-06-13 中国环境科学研究院 半焦催化裂解焦油装置及方法
CN106987261A (zh) * 2017-04-28 2017-07-28 神雾科技集团股份有限公司 一种煤粉和生物质热解制备还原气和活性炭的系统和方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9453170B2 (en) * 2013-03-15 2016-09-27 All Power Labs, Inc. Hybrid fixed-kinetic bed gasifier for fuel flexible gasification

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101560409A (zh) * 2009-05-14 2009-10-21 安徽喜阳阳新能源科技有限公司 焦油炉内裂解式生物质气化炉
CN201694994U (zh) * 2009-06-23 2011-01-05 北京联合创业环保工程有限公司 钟式生物质热裂解一体化设备
CN105586095A (zh) * 2014-10-22 2016-05-18 中国石油化工股份有限公司 一种生物质微波热解气化反应装置
CN105841159A (zh) * 2016-05-19 2016-08-10 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 一种垃圾热解和催化裂解系统
CN106833693A (zh) * 2017-02-28 2017-06-13 中国环境科学研究院 半焦催化裂解焦油装置及方法
CN106987261A (zh) * 2017-04-28 2017-07-28 神雾科技集团股份有限公司 一种煤粉和生物质热解制备还原气和活性炭的系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112048342A (zh) 2020-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3026098B1 (en) Method for preparing hydrogen-rich gas by gasification of solid organic substance and steam
CN111218291B (zh) 一种热解炭化催化一体化方法
CN102341485B (zh) 用于生物质的热化学转化的方法和系统
AU2013261467B2 (en) Biomass gasifier device
CN105848755B (zh) 用于净化粗制产品气的工艺和装置
JP2007229548A (ja) バイオマス熱分解ガス化過程で使用する改質用触媒とその製造方法、及びその改質用触媒を用いた改質方法とバイオマス熱分解ガス化装置、並びに触媒再生方法
RU2544669C1 (ru) Способ переработки горючих углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов и реактор для его осуществления
CN102329654B (zh) 生物质气化装备及其气化工艺
CN100543116C (zh) 制备无焦油产品气的贫氧流化燃烧下吸式气化方法及装置
CN112048342B (zh) 用于处理生物质的反应器及生物质处理方法
Kim et al. Bubbling fluidized bed biomass gasification using a two-stage process at 600° C: A way to avoid bed agglomeration
CN112048343B (zh) 一种生物质气化处理器及生物质气化方法
CN111548811A (zh) 一种垃圾气化炉内三级催化剂系统及催化裂解焦油的方法
TWI397580B (zh) 具有原位焦油移除作用的氣化方法及系統
CN214830114U (zh) 一种基于原位重整的秸秆内加热移动床热解设备
WO2020145903A1 (en) Device for gasification of solid carbonaceous materials with a pronounced concentration of tars and their catalytic conversion into carbon monoxide and hydrogen
CN112696686A (zh) 有机固废气化焚烧系统及方法
CN113214851A (zh) 一种基于原位重整的秸秆内加热移动床热解设备及方法
CN111253973A (zh) 一种气化还原制备合成气的方法和系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20231019

Address after: 100728 No. 22 North Main Street, Chaoyang District, Beijing, Chaoyangmen

Patentee after: CHINA PETROLEUM & CHEMICAL Corp.

Patentee after: Sinopec (Dalian) Petrochemical Research Institute Co.,Ltd.

Address before: 100728 No. 22 North Main Street, Chaoyang District, Beijing, Chaoyangmen

Patentee before: CHINA PETROLEUM & CHEMICAL Corp.

Patentee before: DALIAN RESEARCH INSTITUTE OF PETROLEUM AND PETROCHEMICALS, SINOPEC Corp.