[發明專利]一種由固體有機物水蒸氣氣化制取富氫氣體的方法

有效

• 申請號: 201310316605.7
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103468322A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 徐紹平;肖亞輝;王超;王光永;亞力昆江吐爾遜;蕭錦誠;徐彬;周曉瑩
• 申請（專利權）人: 易高環保能源研究院有限公司;大連理工大學
• 主分類號: C10J3/60
• 分類號: C10J3/60;C10J3/62;C10J3/66;C10J3/84;C10J3/72
• 代理公司: 北京嘉和天工知識產權代理事務所(普通合伙) 11269
• 代理人: 甘玲

技術領域

本發明屬于能源化工技術領域，涉及一種利用循環的固體熱載體兼作為加熱介質、催化劑和過濾除塵濾料，由固體有機物原料及其混合物的水蒸氣氣化制取富氫氣體的方法。

背景技術

固體有機物的水蒸氣氣化是制取富氫氣體的理想模式，實現這一過程至少需要解決兩個問題：提供水蒸氣氣化所需熱量和消除或減少產氣中焦油。

中國發明專利ZL200610113063.3公開了一種解耦流化床氣化方法和裝置，將流化床反應器分割為相互連通的兩室，其中一室主要進行固體燃料的干燥、熱解，而另一室進行半焦氣化及焦油和烴的改質。其中，熱解和氣化反應所需熱量是由通入同一反應空間的空氣或氧氣與原料和半焦發生燃燒反應而提供的。該專利還提供了利用固體熱載體循環的雙流化床反應裝置和方法，其中熱解和氣化反應所需的熱量有一部分是由未反應的半焦在另一個流化床反應器中的燃燒提供的。由于采用內部燃燒供熱方法，除非采用純氧氣化劑，否則氣化產品氣必然含惰性氮氣。流化床氣化反應器的局限性還表現在：反應溫度低，停留時間短，因此焦油和烴的轉化不充分；產氣含塵高。此外，部分原料直接燃燒供熱，其中的氫主要生成水，而不能有效進入富氫產品氣中，從元素利用的角度看這并不合理。

奧地利維也納理工大學開發了快速內循環流化床（FICFB）生物質氣化工藝（參考文獻：http://www.ficfb.at/）。FICFB氣化爐結構主要由兩個反應空間構成：鼓泡流化床熱解、氣化區和流化床提升燃燒區，固體熱載體在兩區域內循環，在燃燒區通過燃燒半焦使熱載體被加熱并循環回熱解區和氣化區，為熱解區和氣化區的生物質熱解和水蒸氣氣化反應提供所需熱量，之后再進入燃燒區開始下一輪循環。兩區域間氣體相互分離，因此可生產不含氮氣的富氫氣體。FICFB技術的熱解和氣化在同一反應空間進行，難以實現對熱解和氣化的分別獨立控制，對不同原料的適應性有局限；流化床氣化反應器中生物質熱解揮發分的停留時間短，和固體熱載體的接觸時間短，焦油轉化不充分，因此，產氣中焦油含量高，影響了氣化效率的提高；當以生物質、年輕褐煤等為原料時，由于原料熱解氣化過程易粉化，所生成的氣態產物中含大量粉塵，如果這些粉塵不能在熱態條件下有效脫除，則這些粉塵與氣體產物中的焦油在后續冷凝凈化過程中會形成粘稠的混合物，影響系統的正常運行。

中國發明專利ZL200710011214.9提供了一種分別獨立控制固體燃料原料的熱解、進一步分解轉化熱解產生的氣態產物中的焦油和烴以及燃燒熱解的半焦供熱反應的方法。該方法通過固體熱載體在三個串聯的反應器中的循環而實現，這三個反應器是移動床熱解反應器，移動床氣化反應器，和提升管燃燒反應器，在此三個反應器中分別發生固體燃料原料的熱解，熱解產生的氣態產物（含焦油和低碳烴）的水蒸氣氣化，以及半焦燃燒和固體熱載體的再加熱和提升。該方法的局限是，熱解反應器和氣化反應器串聯聯接，來自提升管燃燒反應器的固體熱載體依次經過氣化反應器和熱解反應器，然后再回到提升管燃燒反應器，因此，熱解反應器和氣化反應器的運行條件相互制約，進入熱解反應器的固體熱載體的溫度完全取決于氣化反應器中反應進行的程度，進入熱解反應器和進入氣化反應器的固體熱載體的種類和數量也不能分別獨立控制，因此難以分別實現熱解反應器和氣化反應器的最優化運行。

發明內容

本發明針對上述問題，提供一種由固體有機物的水蒸氣氣化制取富氫氣體的方法和裝置，利用固體熱載體的循環，實現固體有機物原料的快速熱解和熱解產生的氣態產物中焦油及低碳烴的催化水蒸氣分解轉化過程的獨立和優化控制。

本發明的技術方案如下：

一種由固體有機物原料的水蒸氣氣化來制取富氫氣體的方法，利用固體熱載體的循環，分別實現固體有機物原料的快速熱解和熱解產生的氣態產物的催化水蒸氣氣化。本方法中的熱解反應裝置和移動床氣化反應裝置為并列設置。所述熱解反應裝置包括一個熱解反應器或并聯的至少兩個熱解反應器，所述移動床氣化反應裝置包括一個移動床氣化反應器或并聯的至少兩個移動床氣化反應器，其中每個熱解反應器與至少一個移動床氣化反應器互相對應，或者每個移動床氣化反應器與至少一個熱解反應器互相對應，其中每個熱解反應器的氣態產物分別送入對應的移動床氣化反應器。該熱解反應器可以是移動床熱解反應器或者流化床熱解反應器，優選為移動床熱解反應器。