CN207828206U - 一种基于氧载体/碳载体的生物质化学链气化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于氧载体/碳载体的生物质化学链气化装置；包括依次连接的空气反应器、第二隔离器、煅烧反应器、第一隔离器、气化反应器；所述煅烧反应器顶部与第三旋风分离器的进气口连通，第三旋风分离器底部的固体颗粒排放口连通煅烧反应器；第三旋风分离器的排气管路通过一阀门连通煅烧反应器底部的进气口；气化反应器的排气口与第一旋风分离器的进气口连通；第一旋风分离器的固体颗粒排放口通过管路伸入气化反应器内底部；气化反应器排气口与第二旋风分离器进气口连通；本方法及装置的目的在于结合化学链气化与CaO吸收体法各自优势，优化现有的化学链气化工艺，以提高生物质的能源利用效率并有效分离反应生成的CO2。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物质化学链气化方法及装置，尤其涉及一种基于氧载体/碳载体的生物质化学链气化装置。
背景技术
通过气化制取以CO与H2为主的合成气是生物质能源利用的一个重要方向。传统的生物质气化技术是通过纯氧、水蒸汽作为气化剂，在1000～1200℃高温条件下使生物质中的可燃成分转化为可燃气。化学链技术为生物质气化提供了一条技术思路。化学链气化是化学链燃烧(CLC)的一种扩展应用，通过利用氧载体中的晶格氧使生物质燃料部分氧化成可燃气，反应后的氧载体可通过在空气中煅烧使晶格氧再生。因此，化学链气化技术可节省纯氧制备的成本。为提高固体燃料气化产物中H2的含量，近年来兴起了一种基于气体吸收体气化法的强化制氢工艺，该工艺在固体燃料水蒸汽气化过程中引入CO2吸收剂(CaO)，通过捕获和移出化学平衡中的CO2，提高H2的产量。同时，该技术通过CaO碳酸化-煅烧的循环过程，实现CO2的捕获，并实现CaO吸收剂的再生。
在化学链气化中，由于氧载体的氧化作用使得合成气中CO2含量较高，导致热值较低。通过引入CaO作为碳载体可有效降低CO2含量并提高H2的产量，有利于提高合成气的质量。同时氧载体的氧化作用也可提高CaO吸收体法中固体燃料的转化率。
发明内容
本实用新型目的在于结合化学链气化与CaO吸收体法各自优势，优化现有的化学链气化工艺，提供一种基于氧载体/碳载体的生物质化学链气化装置，以提高生物质的能源利用效率并有效分离反应生成的CO2。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种基于氧载体/碳载体的生物质化学链气化装置，包括空气反应器1、第二隔离器5-2、煅烧反应器3、第一隔离器5-1、气化反应器2、第三旋风分离器4-3、第二旋风分离器4-2、第一旋风分离器4-1；
所述空气反应器1、第二隔离器5-2、煅烧反应器3、第一隔离器5-1、气化反应器2通过管路按照顺序依次连通；
所述煅烧反应器3顶部与第三旋风分离器4-3的进气口连通，第三旋风分离器4-3底部的固体颗粒排放口连通煅烧反应器3；第三旋风分离器4-3的排气管路通过一阀门连通煅烧反应器3底部的进气口；
所述气化反应器2的排气口与第一旋风分离器4-1的进气口连通；第一旋风分离器4-1的固体颗粒排放口通过管路伸入气化反应器2内底部；气化反应器2排气口与第二旋风分离器4-2进气口连通；
所述第二隔离器5-2、煅烧反应器3和气化反应器2的底部，分别通过一带阀门的管路通入H2O；
所述空气反应器1的底部通入空气。
所述煅烧反应器3的底侧设有第二螺旋进料器6-2；气化反应器2的底侧设有第一螺旋进料器6-1。
所述气化反应器2与煅烧反应器3为鼓泡流化床；空气反应器1为快速流化床。
所述气化反应器2、煅烧反应器3、空气反应器1以及第二隔离器5-2和第一隔离器5-1的内底部分别设置有多孔布风板。
一种基于氧载体/碳载体的生物质化学链气化的方法，可通过如下步骤实现：
步骤一：将氧载体与碳载体颗粒预先送入气化反应器2中作为床料，将床料预热至目标反应温度；
步骤二：生物质燃料由第一螺旋进料器6-1送入气化反应器2，在650～750℃条件下与氧载体、碳载体与水蒸汽反应，在碳载体的吸收作用下，反应生成的CO2被吸收，并由于化学平衡作用在气化反应器2中生成高H2/CO比的合成气；所述合成气中H2与CO的体积比是5.0～6.9；
步骤三：气化反应器2生成的合成气经过第二旋风分离器4-2的分离，将生物质通过第二旋风分离器4-2底部的固体颗粒(灰)排放口排出，在第二旋风分离器4-2顶部的排气口得到步骤二所述合成气；反应后的固体颗粒(包括氧载体、碳载体以及残余生物质半焦)经第一隔离器5-1输送至煅烧反应器3；
步骤四：在煅烧反应器3中，煅烧温度设置在900～950℃，并从煅烧反应器3底部进气口通入CO2/H2O作为流化气，将气化反应后的碳载体分解，使其中的活性组分CaO得以再生；同时煅烧生成的气体进入第三旋风分离器4-3进行气固分离，使第三旋风分离器4-3的排气口得到H2O/CO2混合气；(纯CO2应在H2O/CO2混合气冷凝后得到)
将得到的CO2/H2O混合气一部分进行后续冷凝与封存，另一部分引至煅烧反应器3的底部进气口作为流化气；
步骤五：经煅烧的固体颗粒经第二隔离器5-2进入空气反应器1的底部，设置空气反应器1的温度为900～950℃，被还原的氧载体与空气反应使氧载体中的晶格氧得到恢复，并由空气带出空气反应器1送至第一旋风分离器4-1；经第一旋风分离器4-1的分离，贫氧空气从第一旋风分离器4-1顶部排气口排出，氧载体/碳载体颗粒从第一旋风分离器4-1底部返回到气化反应器2内，再次与生物质燃料反应。
上述步骤五所述氧载体颗粒为铁矿石，其活性组分为Fe2O3；碳载体颗粒为生石灰，其活性组分为CaO，在煅烧反应器3中煅烧石灰石获得。
上述步骤五所述气化反应器2内的氧载体可由第一螺旋进料器6-1补给；
上述步骤四所述煅烧反应器3中的碳载体可由第二螺旋进料器6-2送入石灰石补给。
本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
(1)通过化学链的方式对生物质燃料进行部分氧化，氧载体可循环使用，节省了传统气化方式中纯氧制备的成本；
(2)采用CaO吸收体法捕获气化中生成的CO2，可提高合成气中H2的浓度，克服了直接化学链气化中CO2含量较高的问题；CaO的碳酸化-煅烧循环可有效分离气化反应中生成的CO2与H2，节省了后续分离提纯合成气的成本；
(3)氧载体与碳载体有助于焦油催化分解，提高合成气产量，提高反应系统的稳定性；
(4)CaO的存在可抑制灰分中碱金属引起的氧载体烧结问题，提高循环反应的稳定性；
(5)采用廉价且环境友好的铁矿石/石灰石颗粒作为氧载体/碳载体，运行成本低，且清洁环保。
附图说明
图1为本实用新型基于氧载体/碳载体的生物质化学链气化装置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本实用新型公开了一种基于氧载体/碳载体的生物质化学链气化装置，包括空气反应器1、第二隔离器5-2、煅烧反应器3、第一隔离器5-1、气化反应器2、第三旋风分离器4-3、第二旋风分离器4-2、第一旋风分离器4-1；
所述空气反应器1、第二隔离器5-2、煅烧反应器3、第一隔离器5-1、气化反应器2通过管路按照顺序依次连通；
所述煅烧反应器3顶部与第三旋风分离器4-3的进气口连通，第三旋风分离器4-3底部的固体颗粒排放口连通煅烧反应器3；第三旋风分离器4-3的排气管路通过一阀门连通煅烧反应器3底部的进气口；
所述气化反应器2的排气口与第一旋风分离器4-1的进气口连通；第一旋风分离器4-1的固体颗粒排放口通过管路伸入气化反应器2内底部；气化反应器2排气口与第二旋风分离器4-2进气口连通；
所述第二隔离器5-2、煅烧反应器3和气化反应器2的底部，分别通过一带阀门的管路通入H2O；
所述空气反应器1的底部通入空气。
所述煅烧反应器3的底侧设有第二螺旋进料器6-2；气化反应器2的底侧设有第一螺旋进料器6-1。
所述气化反应器2与煅烧反应器3为鼓泡流化床；空气反应器1为快速流化床。
所述气化反应器2、煅烧反应器3、空气反应器1以及第二隔离器5-2和第一隔离器5-1的内底部分别设置有多孔布风板。
其实施步骤如下：
(1)设定气化反应器2恒温区温度为750℃，以赤铁矿/生石灰颗粒作为氧载体/碳载体，其活性组分为Fe2O3/CaO，并作为床料；
(2)将生物质燃料经第一螺旋进料器6-1送入气化反应器2，在设定温度条件下发生热解反应，生成半焦、焦油以及小分子气体，其中小分子气体包括CO、H2、CO2、H2O、CH4以及少量短链烃类；水蒸汽-氧载体作为气化介质，使其中的焦油与碳氢化合物发生部分氧化重整生成CO和H2，生物质半焦主要通过水煤气反应生成CO和H2，CO通过水气变换反应与氧载体的氧化生成CO2，水蒸汽气氛下氧载体较难将H2氧化为H2O；还原的氧载体在水蒸汽气氛下部分氧化为Fe3O4，并生成H2；
(3)床料中存在的CaO通过碳酸化反应将热解与气化反应中生成的CO2吸收，根据化学平衡原理，及时移除水煤气反应与水气反应中生成的CO2有助于平衡向生成H2的方向移动，从而促进合成气中CO向H2转化；气化反应器中的Fe2O3/CaO转化为Fe3O4/CaCO3，生物质热解产物在H2O、Fe2O3以及CaO共同作用下可生成高H2/CO比的合成气；
(4)气化反应器2生成的合成气经过第二旋风分离器4-2的分离，将生物质灰排出，在第二旋风分离器4-2排气口得到以H2为主的合成气；反应后的固体颗粒(包括氧载体、碳载体以及残余生物质半焦)经第一隔离器5-1输送至煅烧反应器3；
(5)在煅烧反应器3中，在CO2/H2O气氛、900～950℃条件下，Fe3O4/CaCO3颗粒煅烧分解，活性组分CaO得以再生；同时将气化反应中吸收的CO2输送到第三旋风分离器4-3进行气固分离，在第三旋风分离器4-3的排气出口得到CO2/H2O混合气，并将部分CO2/H2O混合气引至煅烧反应器3底部的进气口作为流化气；
(6)经煅烧生成的Fe3O4/CaO固体颗粒经第二隔离器5-2进入空气反应器1的底部，在900～950℃条件下与空气反应使氧载体中的晶格氧得到恢复，并由空气带出空气反应器1送至第一旋风分离器4-1；经第一旋风分离器4-1的分离，贫氧空气从第一旋风分离器(4-1)的顶部排气口排出，Fe2O3/CaO颗粒则从第一旋风分离器(4-1)底部返回到气化反应器2内，再次与生物质燃料反应。
如上所述，便可较好地实现本实用新型。
本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于氧载体/碳载体的生物质化学链气化装置，其特征在于：包括空气反应器(1)、第二隔离器(5-2)、煅烧反应器(3)、第一隔离器(5-1)、气化反应器(2)、第三旋风分离器(4-3)、第二旋风分离器(4-2)、第一旋风分离器(4-1)；
所述空气反应器(1)、第二隔离器(5-2)、煅烧反应器(3)、第一隔离器(5-1)、气化反应器(2)通过管路按照顺序依次连通；
所述煅烧反应器(3)顶部与第三旋风分离器(4-3)的进气口连通，第三旋风分离器(4-3)底部的固体颗粒排放口连通煅烧反应器(3)；第三旋风分离器(4-3)的排气管路通过一阀门连通煅烧反应器(3)底部的进气口；
所述气化反应器(2)的排气口与第一旋风分离器(4-1)的进气口连通；第一旋风分离器(4-1)的固体颗粒排放口通过管路伸入气化反应器(2)内底部；气化反应器(2)排气口与第二旋风分离器(4-2)进气口连通；
所述第二隔离器(5-2)、煅烧反应器(3)和气化反应器(2)的底部，分别通过一带阀门的管路通入H2O；
所述空气反应器(1)的底部通入空气。
2.根据权利要求1所述基于氧载体/碳载体的生物质化学链气化装置，其特征在于：所述煅烧反应器(3)的底侧设有第二螺旋进料器(6-2)；气化反应器(2)的底侧设有第一螺旋进料器(6-1)。
3.根据权利要求2所述基于氧载体/碳载体的生物质化学链气化装置，其特征在于：所述气化反应器(2)与煅烧反应器(3)为鼓泡流化床；空气反应器(1)为快速流化床。
4.根据权利要求3所述基于氧载体/碳载体的生物质化学链气化装置，其特征在于：所述气化反应器(2)、煅烧反应器(3)、空气反应器(1)以及第二隔离器(5-2)和第一隔离器(5-1)的内底部分别设置有多孔布风板。
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