CN211713021U - 一种等离子气化-费托合成式生物质固废连续处理装置 - Google Patents

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李志合
付鹏
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Abstract

本实用新型涉及化学反应装置，具体涉及一种等离子气化‑费托合成式生物质固废连续处理装置，包括反应器、冷凝系统和储油罐，所述反应器的出料口与冷凝系统的入料口连接，冷凝系统的出料口与储油罐连接，还包括等离子气化炉，所述等离子气化炉的出料口与反应器的进料口连接，等离子气化炉的进料口与螺旋进料装置连接。本实用新型设计合理，通过等离子气化炉与费托反应器的联合使用，减少了气化产物的储存装置和费托合成的原料气储存装置，提高了生物质通过合成制备生物柴油的效率，简化了常规的生物质经气化、费托合成分步制取液体燃料的生产工艺。

Description

一种等离子气化-费托合成式生物质固废连续处理装置
技术领域
本实用新型涉及化学反应装置，具体涉及一种等离子气化-费托合成式生物质固废连续处理装置。
背景技术
与化石燃料相比，生物质作为一种可再生能源，具有温室气体(如CO2)中性排放的优点。近年来，随着化石燃料资源的枯竭以及全球变暖问题，生物质作为可再生能源的潜在来源，其利用受到广泛关注。据估计，2050年生物质能潜力在50-1100EJ/年，而同年全球总能耗估计在600-1000EJ/年。基于此，可再生能源的能源开发尤为重要，从而延迟化石资源的消耗。目前，固体生物质包括农林废弃物(秸秆类、木材残渣等)、畜禽粪便、城市垃圾，污泥等产量巨大。初步统计，我国每年仅秸秆产量有9亿吨，具有丰富的原料来源。生物质可以通过热、生物或物理过程有效利用。热化学转化技术对于生产高能效的燃料、化学品等具有显著优势。生物质气化生产合成气可作为化石燃料的替代品之一。其中，生物质气化通过生产富含H2和CO的气体引起了科研工作者的极大兴趣。在某些情况下，这种气体可以成为许多有机合成技术(甲醇，氨，油品燃料等的生产)的原料。生物柴油是一种具有低硫、低芳、燃烧性能优越、无腐蚀性和可再生等特点的环境友好型清洁燃料，被认为是解决能源危机的理想途径之一。因此，大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力具有重要的实际意义。
等离子气化被认为是一种极具前景的处理固体废物转化为能源的有效途径，用于生产合成气的等离子体热解和气化是传统生物质处理方法的替代方案。常规的生物质气化技术基于加热的碳源与有限量的氧气之间的反应。等离子体提供了在无氧条件下通过纯热解或通过化学计量的氧气(气化)分解生物质以产生高质量合成气，具有高含量的H2和CO以及存在极少其他组分的可能性。目前等离子气化应用于生物质气化作为一种新的转化途径，其优点是高反应环境(焓、停留时间、温度)，有利于改善气化条件，易于控制反应产物的组成，获得所需的H2/CO比，以及防止或减少不需要的污染物产生，如焦油、CO2、高级烃等。固体燃料的液化油两种不同的技术路线，一种是直接液化，另一种是间接液化。直接液化反应条件苛刻，对原料的依赖性强。间接液化即费托合成(Fischer-Tropsch Synthesis)，是以合成气(主要成分是H2和CO)为原料在催化剂(铁基、钴基或铁钴基催化剂等)和适当条件下合成以液态烃或碳氢化合物的工艺。间接液化对原料的适用性强，产品种类多，所产油品质量高。现有技术中通常是将等离子气化步骤与费托合成步骤分为两步工艺进行，原料经等离子气化后合成气存入储存装置进行储存，再将储存的合成气运输至费托合成装置的原料气储存装置作为原料进行费托合成，储存和运输过程均存在一定危险，且增加了成本。同时费托合成所使用的催化剂在反应进行一定时间后会失活，需要暂停反应进行催化剂的更换，影响反应效率。
实用新型内容
根据以上情况，本实用新型提供了一种等离子气化-费托合成一体式集成装置，通过等离子气化炉与费托反应器的联合使用，减少了气化产物的储存装置和费托合成的原料气储存装置，提高了生物质通过合成制备生物柴油的效率，简化了常规的生物质经气化、费托合成分步制取液体燃料的生产工艺，提高了设备的功能化。同时设计了可切换的多个并联反应器，使得在催化剂失活时可以直接切换至新的反应器进行反应，无需中断反应，可以使设备连续运行，提高了生产效率。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种等离子气化-费托合成式生物质固废连续处理装置，包括反应器、冷凝系统和储油罐，所述反应器的出料口与冷凝系统的入料口连接，冷凝系统的出料口与储油罐连接，还包括等离子气化炉，所述等离子气化炉的出料口与反应器的进料口连接，等离子气化炉的进料口与螺旋进料装置连接；
其中，所述等离子气化炉与反应器之间设有气体净化装置，所述气体净化装置的进料口与等离子气化炉的出料口连接，气体净化装置的出料口与反应器的进料口连接；
其中，所述气体净化装置与反应器之间设有预热器；
其中，所述反应器为固定床反应器；
其中，所述反应器的数量不少于2个，所有反应器的进料口并联，所有反应器的出料口并联；
其中，每个反应器的进料口和出料口均设有阀门；
其中，所述阀门为电磁阀门。
本实用新型的有益效果是：(1)等离子气化炉与费托反应器的联合使用，减少了气化产物的储存装置和费托合成的原料气储存装置，提高了生物质通过合成制备生物柴油的效率，简化了常规的生物质经气化、费托合成分步制取液体燃料的生产工艺；(2)可切换的多个并联反应器，使得在催化剂失活时可以直接切换至新的反应器进行反应，无需中断反应，可以使设备连续运行，提高了生产效率；(3)电磁阀门可以进行设定控制，无需人工控制，提高了设备使用安全性。
附图说明
图1是实施例1结构图。
图2是实施例2结构图。
图中，1、电机，2、料仓，3、螺旋进料器，4、等离子气化炉，5、压力表，6、流量计，7、稳压阀，8、预热器，9、固定床反应器，10、背压阀，11、过滤器，12、冷凝装置，13、电磁阀门，14、储油罐，15、气体净化装置。
具体实施方式
下面是结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种等离子气化-费托合成式生物质固废连续处理装置，包括螺旋进料器3，螺旋进料器3的进料口与渐宽漏斗式料仓2焊接相连，用于投喂生物质原料，螺旋进料器3的一端连接有电机1，用于提供动力。螺旋进料器3的出料口通过管道连接至等离子气化炉4的进料口，生物质原料投入等离子气化炉4后进行等离子气化，所生成的合成气通过等离子气化炉4的出料口导出，反应的残渣落入等离子气化炉4的底部，通过灰渣出口排出。
等离子气化炉4的出料口通过管道连接至气体净化装置15的进料口，用于使生成的合成气导入气体净化装置15进行杂质、水蒸气等过滤，连接可采用卡套连接。气体净化装置15的出料口通过管道连接至预热器8，预热器8用于将合成气进行费托合成的预热，气体净化装置15与预热器8之间的管道上依次安装压力表5、流量计6和稳压阀7。预热器8另一端通过管道与固定床反应器9的进料口相连，合成气导入固定床反应器9后在催化剂的催化下进行费托合成，固定床反应器9一般连接有控制系统，对反应的温度与时间进行控制。固定床反应器9的出料口通过管道连接至冷凝装置12，费托反应的产物在冷凝装置12中冷凝，得到生物柴油，冷凝装置12的底部液体出口通过螺纹连接有储油罐14，用于收集冷凝后的生物柴油，冷凝装置12底部设有电磁阀门13；冷凝装置12的气体出口通过管道连接至过滤器11，不可冷凝的气体通过过滤器11的过滤后进行排放，管道上通常设有压力表5与背压阀10，帮助调节系统压力。
工作时，以固体生物质作为气化的原料，原料经料仓2，通过螺旋进料器3喂入到等离子气化炉4，生物质在设定的工艺条件下转化为一定比例的合成气，该合成气通过气体净化装置15达到与下游费托合成相容的气体特性(H2/CO＝1.0-4.0)，同时调节稳压阀7和背压阀10，使整个系统的压力高于反应压力0.3-0.5MPa，合成气原料然后依次经预热器8，实现合成气的混合和预热，合成气最后进入固定床反应器9，经费托合成得到气相目标产物，气相目标产物经冷凝装置12，到达储油罐14，收集得到生物柴油，反应生成的副产物经滤器11排空。当固定床反应器9的催化剂失活时，关闭装置，对催化剂进行更换，更换完成后再进行生产。
实施例2
如图2所示，螺旋进料器3、等离子气化炉4、气体净化装置15、预热器8的连接方式与实施例1相同。两个固定床反应器9通过管道并联设置，每个固定床反应器9的进料口和出料口均单独设置有电磁阀门13，可以单独控制开关。固定床反应器9的进料口并联后与预热器8通过管道连接，出料口并联后通过管道与冷凝装置12连接，连接点处均可以使用三通管道进行并联。
工作时，打开一个固定床反应器9的进料口和出料口的电磁阀门13，关闭另一个进料口和出料口的电磁阀门13，使管道只与一个固定床反应器9连通。以固体生物质作为气化的原料，原料经料仓2，通过螺旋进料器3喂入到等离子气化炉4，生物质在设定的工艺条件下转化为一定比例的合成气，该合成气通过气体净化装置15达到与下游费托合成相容的气体特性(H2/CO＝1.0-4.0)，同时调节稳压阀7和背压阀10，使整个系统的压力高于反应压力0.3-0.5MPa，合成气原料然后依次经预热器8，实现合成气的混合和预热，合成气最后进入连通的固定床反应器9，经费托合成得到气相目标产物，气相目标产物经冷凝装置12，到达储油罐14，收集得到生物柴油，反应生成的副产物经滤器11排空。当所连通的固定床反应器9中催化剂即将失活时，打开另一个固定床反应器的进料口和出料口电磁阀门13，使另一个固定床反应器9连通，同时关闭正在连通的固定床反应器的进料口和出料口电磁阀门13，使当前失活的固定床反应器9关闭，合成气切换至含有新鲜催化剂的固定床反应器继续进行生产，对失活的固定床反应器9进行催化剂更换。按此步骤交替切换固定床反应器9进行生产和催化剂的更换，可以实现设备的连续运行，无需中断装置，提高了生产效率。

Claims (7)

1.一种等离子气化-费托合成式生物质固废连续处理装置，包括反应器、冷凝系统和储油罐，所述反应器的出料口与冷凝系统的入料口连接，冷凝系统的出料口与储油罐连接，其特征在于，还包括等离子气化炉，所述等离子气化炉的出料口与反应器的进料口连接，等离子气化炉的进料口与螺旋进料装置连接。
2.根据权利要求1所述一种等离子气化-费托合成式生物质固废连续处理装置，其特征在于，所述等离子气化炉与反应器之间设有气体净化装置，所述气体净化装置的进料口与等离子气化炉的出料口连接，气体净化装置的出料口与反应器的进料口连接。
3.根据权利要求2所述一种等离子气化-费托合成式生物质固废连续处理装置，其特征在于，所述气体净化装置与反应器之间设有预热器。
4.根据权利要求1所述一种等离子气化-费托合成式生物质固废连续处理装置，其特征在于，所述反应器为固定床反应器。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述一种等离子气化-费托合成式生物质固废连续处理装置，其特征在于，所述反应器的数量不少于2个，所有反应器的进料口并联，所有反应器的出料口并联。
6.根据权利要求5所述一种等离子气化-费托合成式生物质固废连续处理装置，其特征在于，每个反应器的进料口和出料口均设有阀门。
7.根据权利要求6所述一种等离子气化-费托合成式生物质固废连续处理装置，其特征在于，所述阀门为电磁阀门。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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