[發明專利]一種生物質氣化催化裂解工藝及整體式氣化催化反應器

無效

• 申請號: 201210236630.X
• 申請日: 2012-07-10
• 公開（公告）號: CN102807901A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 吳正舜;肖少飛;陳漢平;孫婷婷;秦麗;劉曉燕
• 申請（專利權）人: 華中師范大學;華中科技大學
• 主分類號: C10J3/54
• 分類號: C10J3/54;C10J3/56
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張安國;伍見

技術領域

本發明涉及生物質能源利用技術。具體涉及生物質氣化與焦油催化裂解在一個整體式反應器中進行的工藝及反應器。

技術背景

生物質氣化是生物質能大規模利用中最有前景的方法之一，然而，生物質氣化過程中產生的焦油嚴重阻礙了它大規模應用。如何開發出低焦油或無焦油的生物質氣化催化反應器是目前解決上述問題的關鍵。

目前生物質氣化按照使用的氣化爐類型不同分為固定床氣化爐反應器和流化床氣化爐反應器兩種，其中固定床氣化爐反應器又分為下吸式、上吸式、橫吸式和開心式四種類型；流化床氣化爐反應器又分為單流化床、循環流化床、雙流化床、攜帶流化床四種。在上面的氣化爐中，氣化爐產生的燃氣中夾帶的焦油在向后續工藝輸送過程中，燃氣中夾帶的焦油會冷凝成液體，凝結下來的焦油與夾帶的飛灰粘附在一起，容易堵塞輸氣管道、閥門以及氣體輸送設備，影響系統的正常穩定運行，同時焦油的存在還降低了生物質的氣化效率。

盡管針對生物質氣化過程中產生的焦油有許多人開展了相關研究，并開發了一些脫除焦油的工藝。中國專利申請200710032675.4介紹了一種生物質復合氣化方法及裝置，其方法將生物質燃料與焦油催化劑混在一起催化氣化。這種方法生物質催化氣化時是焦油裂解催化劑與生物質混合在一起共同氣化，一方面，由于催化劑與生物質及其灰密度不一樣，導致分層流化，實際運行操作困難；另一方面，催化劑與灰混在一起不利于催化劑的分離與循環使用，且生物質氣化后的炭灰粒度小，比重輕，難以從燃氣中完全分離。中國專利申請02134678.X公開的一種生物質催化裂解制取氫氣的方法及其裝置中，將變換催化劑與生物質混在一起共同氣化，以調整燃氣的成份，而對于氣化過程中產生的焦油則是在氣化爐后增加焦油催化裂解床來解決，由于氣化爐產生的夾帶焦油的燃氣在向后面焦油催化裂解床輸送的過程中，因顯熱的損失導致部分焦油被冷凝下來，與夾帶的飛灰粘附在一起，堵塞管道；焦油的裂解是一吸熱反應，依靠燃氣自身夾帶的顯熱難以保證焦油裂解過程中所需的熱量，雖然可以采用外供熱的方式來解決，但使得工藝路線復雜，且工藝參數不好控制。CN101845328A介紹的一種生物質復合氣化方法及裝置，要使氣化爐下段溫度達1000-1300℃，致使大量生物質氣化所產生的燃氣被燃燒以維持其溫度，且實際過程中如何控制氣化劑中的氧量是一個難題。本發明的一種整體式生物質氣化催化反應器正是在上述背景下提出的，它在克服上述問題的同時，較好地解決了生物質氣化過程中產生的焦油與飛灰分離的問題。

發明內容

本發明目的旨在提供一種生物質氣化催化裂解工藝及整體式氣化催化反應器。克服現有工藝方法容易堵塞輸氣管道，大量生物質氣化所產生的燃氣被燃燒的問題，同時提高燃氣中有效成份H₂。

本發明目的是采用下述技術方案實現的：一種生物質氣化催化裂解工藝，采用下部為生物質氣化段，上部為焦油催化裂解段的整體式反應器，生物質氣化段為流化床，從下部通入空氣作為一次氣化劑，生物質從該段中下部進入反應器與氣化劑發生氧化還原氣化反應，生成燃氣并伴有焦油產生，其反應溫度為600-750℃；燃氣夾帶產生的焦油進入上部焦油催化裂解段，焦油催化裂解段為裝填有焦油裂解催化劑固定床，從裝填焦油裂解催化劑的下側部通入二次氣化劑，焦油在此段裂解轉化為小分子可燃氣體，催化裂解溫度為750-800℃；生成的灰分從反應器下部排灰口排出，氣體從反應器頂部氣體出口去下續工序。

???本發明的上述工藝中，生物質氣化段的高徑比為6-8；焦油催化裂解段的高徑比為1-1.5，生物質為大于0至10mm的粒料，生物質氣化段中一次氣化劑標態下的空塔截面速度為0.3-0.5m/s，夾帶焦油的燃氣在焦油裂解催化劑固定床中的體積停留時間為1.5-2s。

??本發明的上述工藝中，其催化劑質量百分比組成為Co：20%，CaO：80%。

???本發明的上述工藝中，所述的一次氣化劑的加入量控制在空燃比0.23下運行，其空燃比是指加入的空氣質量與生物質完全氧化反應所需的空氣質量之比。

??本發明的上述工藝中，所述的二次氣化劑為水蒸汽與空氣的混合氣，其中，水蒸汽用量與生物質碳量之質量比為0.3-0.8，空氣用量為一次氣化劑空氣用量的1%-5%。