CN103923705B - 生物质气化制取富氢气体的装置及方法 - Google Patents
生物质气化制取富氢气体的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103923705B CN103923705B CN201410112624.2A CN201410112624A CN103923705B CN 103923705 B CN103923705 B CN 103923705B CN 201410112624 A CN201410112624 A CN 201410112624A CN 103923705 B CN103923705 B CN 103923705B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reactor
- gasification
- outlet
- gas
- pyrolysis
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 66
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims abstract description 150
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 88
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 81
- 239000000571 coke Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 43
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 101
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 19
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 16
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical group [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 11
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 10
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 claims description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 21
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 7
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 6
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001833 catalytic reforming Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
Abstract
本发明公开了一种生物质气化制取富氢气体的装置及其方法，该装置主要包括热解反应器，燃烧反应器，气化反应器，气固分离器，气体冷却器以及余热锅炉，热解反应器内置于燃烧反应器中。工艺过程中生物质首先在热解反应器中热解产生热解气体和焦炭，热解气直接燃烧为生物质热解和气化提供热量，而焦炭与水蒸气进行气化反应获得富氢气体。本发明实现了生物质的热解过程和焦炭气化过程分开，充分利用了生物质中的固定碳置换水蒸气中的氢，获得的富氢气体中主要为H2和CO2和少量CO，避免了常规气化的富氢气体产物中混有低碳烃气体和焦油，使得后续的净化和提纯利用简便经济。
Description
技术领域
本发明公开了一种生物质制取富氢体的方法及其装置系统，涉及生物质资源利用领域。
背景技术
氢能是一种高品质的清洁能源，在能量转化过程中的产物是水，可真正实现污染物的零排放。由于氢能是一种二次能源，必须经过一次能源的转化获得。目前氢气主要是通过天然气、煤、石油等化石燃料的热化学转化制取，虽然技术成熟，但是转化过程能量消耗大，转换效率低，成本高，且转换过程伴随着大量CO2排放。随着化石能源的紧缺，生态环境的日益严峻，因此利用可再生的生物质，寻求清洁、经济、可持续发展的制氢新技术已引起世界广泛关注。
生物质热化学转化制氢是生物质制氢最具发展前景的技术途径之一，其中主要包括生物质气化制氢、生物质热解催化重整制氢、生物质超临界水气化制氢几种方式。而常规的生物质气化制氢气体产物中焦油含量高，易导致设备堵塞，为了促进焦炭气化，促进焦油裂解和重整反应的进行，通常采用催化气化和催化焦油重整以提高生物质制氢的转化效率和氢产率，但是不论热解催化重整制氢还是催化气化制氢都面临催化剂易积碳失活，以及焦油难以完全转化问题，而且获得的富氢产物气体中含有较多的CO、CO2、CH4以及小分子CnHm等多种组分，后续提纯复杂。生物质超临界水气化工艺其优势在于具有高的气化效率和氢选择性，但是也易发生焦油、焦炭的沉积，且投资大、反应条件苛刻、设备易腐蚀等缺点。近年来，研究者基于化学链技术分别提出了基于循环载氧体和载碳体的化学链气化制氢新技术。基于循环载氧体的气化技术主要是以金属氧化物为载热体和载氧体在不同的反应器之间循环实现生物质的气化制氢和化学链的燃烧，使得系统制取富氢气体的同时实现CO2的近零排放。而基于循环载碳体的化学链气化则以CaO为载热体和CO2的吸收剂，从而实现系统近零排放的生物质气化制氢。这些新工艺制备的富氢气体虽然将生物质的气化和燃烧过程分开，但是富氢气体中仍含有多种气体组分，仍存在进一步去除焦油和提纯的问题，且载氧体的制备以及操作运行的控制仍需长时间的运行验证。
基于上述生物质气化制氢仍存在的问题，而且考虑到生物质中自身H含量仅6wt.％左右，生物质热化学转化制氢主要是通过碳转换H2O中的氢获得，因此水蒸气是最有利的气化介质。由于生物质的水蒸气气化是吸热过程，因此为了提供气化所需的热量，又避免空气中惰性气体氮掺混到气体产物中影响气体品质，本发明提出了一种新的装置和方法。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种生物质制取富氢气体的装置及其方法，以解决现有生物质气化产物中组分多，提纯复杂，以及焦油含量高、转化脱除困难的问题，提出一种通过生物质热化学转化制取无焦油、易提纯富氢气体的生物质气化装置及其方法。
发明内容：为解决上述技术问题，本发明提供了一种生物质气化制取富氢气体的装置，该装置包括热解反应器，燃烧反应器，气化反应器，第一旋风分离器，第二旋风分离器，气体冷却器，余热锅炉，给料器，床料贮仓，调节阀以及连接管路，热解反应器内置于燃烧反应器中；其中，
热解反应器包括进料口、热解气出口和焦炭出口；燃烧反应器包括空气/循环床料进口，二次风进口和烟气/循环床料出口；气化反应器包括焦炭进口，水蒸气进口，气化产物出口，第一循环床料/灰渣出口，第二循环床料/灰渣出口；
其中，燃烧反应器烟气/循环床料出口与第一旋风分离器进口相连，燃烧反应器的焦炭出口与给料器进口连接，给料器出口与气化反应器焦炭进口直接连接，第一旋风分离器的料腿直接插入气化反应器中，第一旋风分离器烟气出口与余热锅炉的热烟气进口相连；
气化反应器的气体产物出口连接第二旋风分离器进口，第二旋风分离器气体出口与气体冷却器的热气体进口连接，第二旋风分离器的固态灰渣出口与气化反应器的返料口连接，气化反应器的第一循环床料/灰渣出口和第二循环床料/灰渣出口由连接管路与床料贮仓进口连接，床料贮仓出口由输料管与燃烧反应器空气/循环床料进口连接；
气体冷却器给水出口与余热锅炉的给水进口连接，余热锅炉的过热蒸汽出口通过管路连接气化反应器的水蒸气进口。
优选的，热解反应器为下吸式移动床，进料口位于热解反应器的上部，热解气出口和焦炭出口均位于热解反应器下部；热解反应器置于燃烧反应器内部且两个反应器的反应物不发生掺混；
燃烧反应器为输运床，燃烧反应器空气/循环床料进口位于燃烧反应器的底部，二次风进口位于燃烧反应器的中下部；
气化反应器为鼓泡床或者喷动床，水蒸气进口位于气化反应器的底部，第一循环床料/灰渣出口位于气化反应器下部，第二循环床料/灰渣出口位于气化反应器底部，气化反应器的第一循环床料/灰渣出口，第二循环床料/灰渣出口与床料贮仓之间的连接管路上分别装有调节阀。
本发明还提供了一种生物质气化制取富氢气体的方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：将经破碎、自然干燥的生物质由热解反应器上部的进料口送入热解反应器，在反应温度500℃～750℃，惰性/还原性气氛下发生热解，生物质转化生成热解气和焦炭；
步骤2：热解反应器产生的热解气由热解气出口直接进入燃烧反应器下部，焦炭由焦炭出口直接进入给料器，通过给料器送入气化反应器；
步骤3：热解气体进入燃烧反应器与送入的空气发生燃烧，加热燃烧反应器中的床料，并向内置热解反应器提供热量，通过一次风、二次风量调整，控制床料的循环量以及燃烧反应器温度在800℃～1000℃；高温床料由燃烧烟气携带经第一旋风分离器的料腿送入气化反应器为焦炭气化提供热量；
步骤4：焦炭在气化反应器内与水蒸气发生气化反应，气化反应温度控制在650℃～800℃之间，气化反应器出口的富氢气体经第二旋风分离器除尘后进入气体冷却器将其中水蒸气冷凝分离后得到干燥的富氢气体；
步骤5：气化反应器的固体灰渣和床料由下部的第一循环床料/灰渣出口和底部的第二循环床料/灰渣出口排出，通过输送管路返回床料贮仓,第二旋风分离器分离的固体灰分由出口排出后通过气化反应器的返料口返回气化反应器或排出装置；
步骤6：空气携带床料贮仓的床料由燃烧反应器下部一起进入燃烧反应器；
步骤7：气化给水先进入气体冷却器初步加热后，进入余热锅炉进一步加热成为过热蒸汽；过热水蒸气一部分送入气化反应器，一部分向装置外供汽/供热；
步骤8：第一旋风分离器出口的高温烟气进入余热锅炉，加热给水后排出装置。
优选的，制取的富氢气体成分：H2：60～85％、CO2:10％～35％和CO:5％～10％。
优选的，经气体冷却器和余热锅炉加热出口水蒸气温度在400℃～600℃。
优选的，反应器的操作压力为常压，且热解反应器>燃烧反应器>气化反应器。
优选的，通过返料阀控制焦炭在气化反应器中的停留时间。
优选的，所述生物质为经过自然干燥后的农业废弃物、林业废弃物和干化污泥等其它含碳废弃物中的任一种或其任意组合，破碎后的生物质粒径在1mm～10mm。
优选的，所述的床料为惰性热载体和催化剂的混合物，在气化反应过程中为气化反应供热的作用，以及促进焦炭与水蒸气的气化反应。
优选的，所述的惰性热载体是Al2O3、SiO2、灰渣中的任一种，所述的催化剂为K2CO3、NiO、CaO、Fe2O3中的任意一种或者任意几种的组合。
有益效果：
本发明的方法将生物质热解过程和焦炭的气化过程分开，充分利用生物质中的固定碳置换水蒸气中的氢，获得的富氢气体中主要为H2和CO2，和少量CO，避免了常规气化的富氢气体产物中混有低碳烃气体，使得后续的提纯、利用简便。
本发明的生物质热解反应器内置于燃烧反应器中，热解气体在高温下直接进入燃烧反应器燃烧，燃烧放热又直接为热解过程提供热量，而且无需对热解气体中焦油成分进行特殊的二次处理，既充分利用了焦油的能量，又解决了热解气体中焦油冷凝带来的下游设备故障。
本发明的焦炭气化通过床料的循环将热解气体的燃烧放热提供给焦炭气化，既实现了生物质气化的自供热，又避免了生物质燃烧过程的惰性气体混入气化产物中。
附图说明
图1为本发明的工艺过程及系统装置示意图。
图中说明：1-热解反应器；2-燃烧反应器；3-气化反应器；4-第一旋风分离器；5-第二旋风分离器；6-气体冷却器；7-余热锅炉；8-给料器；9-床料贮仓；10-调节阀。
具体实施方式
下面结合附图及实施方式对本发明专利作进一步详细的说明：
本发明的生物质气化制取富氢气体的方法是将生物质的热解过程和焦炭的气化过程分开，生物质首先在内置于燃烧反应器的热解反应器中发生热裂解，其中得到的热解气体通过燃烧为生物质热解过程和焦炭的气化过程提供热量，而热解焦炭进入气化反应器中与气化介质水蒸气发生气化反应(C+H2O→CO+H2，CO+H2O→H2+CO2，C+2H2O→H2+2CO2)，同时利用在燃烧反应器中加热的床料为气化反应提供热量。
本发明的生物质气化装置包括热解反应器1，燃烧反应器2，气化反应器3，第一旋风分离器4和第二旋风分离器5，气体冷却器6，余热锅炉7，给料器8，床料贮仓9，调节阀10以及连接管路。其中，热解反应器1包括进料口1A、热解气出口1B和焦炭出口1C，且热解反应器1内置于燃烧反应器2中；燃烧反应器2包括空气/床料进口2A，二次风进口2B和烟气/床料出口2C；气化反应器3包括焦炭进口3A，水蒸气进口3B，气化产物出口3C，第一循环床料/灰渣出口3D1，第二循环床料/灰渣出口3D2，返料口3E；其中燃烧反应器2烟气/床料出口2C与第一旋风分离器4进口4A相连，热解反应器1的焦炭出口1C与给料器8进口8A连接，给料器8出口8B与气化反应器3进口3A直接连接，第一旋风分离器4的料腿4B直接插入气化反应器3中，第一旋风分离器4烟气出口4C与余热锅炉7的热烟气进口7A相连；气化反应器3的富氢气体产物出口3C连接第二旋风分离器5进口5A，第二旋风分离器出口5B与冷却器6的热气体进口6A连接，第二旋风分离器出口5C与气化反应器返料口3E相连，气化反应器3的固体床料经排渣口3D1和3D2由连接管路与床料贮仓9进口9A连接，床料贮仓9出口9B由输料管与燃烧反应器2进口2A连接。
另外，热解反应器1为下吸式移动床，生物质进料口1A位于热解反应器1的上部，热解气出口1B和焦炭出口均位于热解反应器1下部；热解反应器1置于燃烧反应器2内部且两个反应器的反应物不发生掺混；燃烧反应器2为输运床，燃烧反应器2的空气/床料进口2A位于燃烧反应器2的底部，二次风进口2B位于燃烧反应器2的中下部。气化反应器3为鼓泡床或者喷动床，气化介质水蒸气进口3B位于气化反应器3的底部，第一循环床料/灰渣出口3D1位于气化反应器3下部，第二循环床料/灰渣出口3D2位于气化反应器3底部，气化反应器3的排渣出口3D1、3D2与床料贮仓9之间的连接管路上装有调节阀10。
本发明提供的生物质气化制取富氢气体的方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：将经破碎、自然干燥的生物质由热解反应器1上部的进料口1A送入热解反应器1，在反应温度500℃～750℃，惰性/还原性气氛下发生热解，生物质转化生成热解气和焦炭；
步骤2：热解反应器1产生的热解气由热解气出口1B直接进入燃烧反应器2下部，焦炭由焦炭出口1C直接进入给料器8，通过给料器8送入气化反应器3；
步骤3：热解气体进入燃烧反应器2与送入的空气发生燃烧，加热燃烧反应器3中的床料，并向内置热解反应器1提供热量，通过一次风、二次风量调整，控制床料的循环量以及燃烧反应器2温度在800℃～1000℃；高温床料由燃烧烟气携带经第一旋风分离器4的料腿4B送入气化反应器3为焦炭气化提供热量；
步骤4：焦炭在气化反应器3内与水蒸气发生气化反应，气化反应温度控制在650℃～800℃之间，气化反应器3出口的富氢气体经第二旋风分离器5除尘后进入气体冷却器6将其中水蒸气冷凝分离后得到干燥的富氢气体；
步骤5：气化反应器3的固体灰渣和床料由下部的第一循环床料/灰渣出口3D1和底部的第二循环床料/灰渣出口3D2排出，通过输送管路返回床料贮仓9,第二旋风分离器5分离的固体灰分由出口5C排出后通过气化反应器3的返料口3E返回气化反应器3或排出装置；
步骤6：空气携带床料贮仓9的床料由燃烧反应器2下部一起进入燃烧反应器2；
步骤7：气化给水先进入气体冷却器6初步加热后，进入余热锅炉7进一步加热成为过热蒸汽；过热水蒸气一部分送入气化反应器，一部分向装置外供汽/供热；
步骤8：第一旋风分离器4出口4C的高温烟气进入余热锅炉7，加热给水后排出装置。
制取的富氢气体成分：H2：60～85％、CO2:10％～35％和CO:5％～10％。
经气体冷却器6和余热锅炉加热出口水蒸气温度在400℃～600℃。
反应器的操作压力为常压，且热解反应器1>燃烧反应器2>气化反应器3。
通过返料阀10控制焦炭在气化反应器3中的停留时间。
所述生物质为经过自然干燥后的农业废弃物、林业废弃物和干化污泥等其它含碳废弃物中的任一种或其任意组合，破碎后的生物质粒径在1mm～10mm。
所述的床料为惰性热载体和催化剂的混合物，在气化反应过程中为气化反应供热的作用，以及促进焦炭与水蒸气的气化反应。
所述的惰性热载体是Al2O3、SiO2、灰渣中的任一种，所述的催化剂为K2CO3、NiO、CaO、Fe2O3中的任意一种或者任意几种的组合。
具体的，在上述的装置中，生物质气化制取富氢气体的工艺步骤如下：首先经破碎、自然干燥的生物质由热解反应器1上部进口1A送入热解反应器1，在惰性/还原性气氛，反应温度500℃～750℃发生热裂解，生物质转化生成热解气和焦炭；其中热解气由下部出口1B直接进入燃烧反应器2下部，和底部2A送入的空气(一次风)，中下部2B送入的空气(二次风)发生燃烧反应，通过一次风、二次风量调整，控制床料的循环量以及燃烧反应器2温度在800℃～1000℃，由此加热燃烧反应器3中的床料，并向内置热解反应器1提供热量，显著减少热解、燃烧过程的热损失。另外热解反应器1的焦炭由下部出口1C通过螺旋给料器8送入气化反应器3与预热到400～600℃水蒸气发生气化反应，与此同时，高温床料由燃烧烟气携带经第一旋风分离器4气固分离后，通过料腿4B送入气化反应器3为焦炭气化提供热量，通过床料循环量大小控制气化反应器3的温度在650℃～800℃之间，气化产生的富氢气体经第二旋风分离器5除尘后进入气体冷却器6将其中水蒸气冷凝分离后得到干燥的富氢气体，气体成分：H2：60～85％、CO2:10％～35％和CO:5％～10％。气体携带的部分灰渣经第二旋风分离器5后返回气化反应器3或排出装置；气化反应器3的另一部分固体灰渣和床料由下部出口3D1或底部出口3D2排出，通过返料阀10控制气化反应器3密相床层的高度，调节焦炭气化的停留时间；床料和部分灰渣由输送管路返回床料贮仓9，然后再进入燃烧反应器3。生物质气化运行中为常压气化，反应器的操作压力保持：热解反应器1>燃烧反应器2>气化反应器3。
为了降低焦炭的气化反应温度，提高气化反应速率以及焦炭气化转化率，所采用的床料不仅有惰性热载体Al2O3、SiO2和灰渣，而且混合有一定比例的催化剂，催化剂为K2CO3/Al2O3、NiO/Al2O3、CaO/Al2O3、Fe2O3/Al2O3中的任意一种或者任意几种的组合，催化剂与惰性床料质量比在0.2～1。通过床料在燃烧反应器2与气化反应器3之间的循环不仅实现两个反应器之间热量的传递，而且实现催化剂的煅烧和再生，并可消除积碳。
为了充分利用生物质气化过程中高温烟气和富氢气体的高温显热，通过富氢气体冷却器6和余热锅炉7将给水加热到400～600℃，其中部分水蒸气作为气化介质送入气化反应器3，剩余部分的过热蒸汽用于向外供热。
实施例1
农业废弃物玉米秆为原料，气化工艺如上所述：玉米秆破碎到1mm左右，含水率<10％,常压下热解反应温度750℃，燃烧反应温度950℃，气化温度750℃，水蒸气/玉米秆质量比2.5，循环床料为Al2O3和K2CO3，二者配比4:1,气化富氢气体经冷凝后的成分H2：63.9％，CO：8.3％，CO2：27.7％，CH4<0.1％，气体产率：1.35Nm3/kg玉米秆。
实施例2
农业废弃物麦秆为原料，气化工艺如上所述：麦秆破碎到1mm左右，含水率<10％,常压下热解反应温度700℃，燃烧反应温度950℃，气化温度700℃，水蒸气/麦秆质量比2，循环床料为Al2O3和K2CO3，二者配比4:1,气化富氢气体经冷凝后的成分H2：63.1％，CO：5.8％，CO2：30.9％，CH4<0.2％，气体产率：1.01Nm3/kg。
实施例3
农业废弃物麦秆为原料，气化工艺如上所述：麦秆破碎到1mm左右，含水率<10％,常压下热解反应温度700℃，燃烧反应温度950℃，气化温度700℃，水蒸气/麦秆质量比2，循环床料为Al2O3、K2CO3和CaO混合物，三者配比3:1:1,气化富氢气体经冷凝后的成分H2：80.6％，CO：3.8％，CO2：15.5％，CH4<0.1％，气体产率：0.9Nm3/kg麦秆。
应理解上述实施例仅用于说明本发明技术方案的具体实施方式，而不用于限制本发明的范围。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改和替换均落于本申请权利要求所限定的保护范围。
Claims (7)
1.一种生物质气化制取富氢气体的装置，其特征在于：该装置包括热解反应器(1)，燃烧反应器(2)，气化反应器(3)，第一旋风分离器(4)，第二旋风分离器(5)，气体冷却器(6)，余热锅炉(7)，给料器(8)，床料贮仓(9)，调节阀(10)以及连接管路，热解反应器(1)内置于燃烧反应器(2)中；其中，
热解反应器(1)包括进料口(1A)、热解气出口(1B)和焦炭出口(1C)；燃烧反应器(2)包括空气/循环床料进口(2A)，二次风进口(2B)和烟气/循环床料出口(2C)；气化反应器(3)包括焦炭进口(3A)，水蒸气进口(3B)，气化产物出口(3C)，第一循环床料/灰渣出口(3D1)，第二循环床料/灰渣出口(3D2)；
其中，燃烧反应器(2)烟气/循环床料出口(2C)与第一旋风分离器(4)进口(4A)相连，燃烧反应器(2)的焦炭出口(1C)与给料器(8)进口(8A)连接，给料器(8)出口(8B)与气化反应器(3)焦炭进口(3A)直接连接，第一旋风分离器(4)的料腿(4B)直接插入气化反应器(3)中，第一旋风分离器(4)烟气出口(4C)与余热锅炉(7)的热烟气进口(7A)相连；
气化反应器(3)的气体产物出口(3C)连接第二旋风分离器(5)进口(5A)，第二旋风分离器出口(5B)与气体冷却器(6)的热气体进口(6A)连接，第二旋风分离器(5)的出口(5C)与气化反应器(3)的返料口(3E)连接，气化反应器(3)的第一循环床料/灰渣出口(3D1)，第二循环床料/灰渣出口(3D2)分别由连接管路与床料贮仓(9)进口(9A)连接，床料贮仓(9)出口(9B)由输料管与燃烧反应器(2)空气/循环床料进口(2A)连接；
气体冷却器(6)给水出口(6D)与余热锅炉(7)的给水进口(7B)连接，余热锅炉(7)的过热蒸汽出口通过管路连接气化反应器(3)的水蒸气进口(3B)；
其中：
热解反应器(1)为下吸式移动床，进料口(1A)位于热解反应器(1)的上部，热解气出口(1B)和焦炭出口(1C)均位于热解反应器(1)下部；热解反应器(1)置于燃烧反应器(2)内部且两个反应器的反应物不发生掺混；
燃烧反应器(2)为输运床，燃烧反应器(2)空气/循环床料进口(2A)位于燃烧反应器(2)的底部，二次风进口(2B)位于燃烧反应器(2)的中下部；
气化反应器(3)为鼓泡床或者喷动床，水蒸气进口(3B)位于气化反应器(3)的底部，第一循环床料/灰渣出口(3D1)和第二循环床料/灰渣出口(3D2)分别位于气化反应器(3)的下部和底部，且两个出口与床料贮仓(9)之间的连接管路上分别装有调节阀(10)。
2.一种生物质气化制取富氢气体的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：将经破碎、自然干燥的生物质由热解反应器(1)上部的进料口(1A)送入热解反应器(1)，在反应温度500℃～750℃，惰性/还原性气氛下发生热解，生物质转化生成热解气和焦炭；
步骤2：热解反应器(1)产生的热解气由热解气出口(1B)直接进入燃烧反应器(2)下部，焦炭由焦炭出口(1C)直接进入给料器(8)，通过给料器(8)送入气化反应器(3)；
步骤3：热解气体进入燃烧反应器(2)与送入的空气发生燃烧，加热燃烧反应器(3)中的床料，并向内置热解反应器(1)提供热量，通过一次风、二次风量调整，控制床料的循环量以及燃烧反应器(2)温度在800℃～1000℃；高温床料由燃烧烟气携带经第一旋风分离器(4)的料腿(4B)送入气化反应器(3)为焦炭气化提供热量；
步骤4：焦炭在气化反应器(3)内与水蒸气发生气化反应，气化反应温度控制在650℃～800℃之间，气化反应器(3)出口的富氢气体经第二旋风分离器(5)除尘后进入气体冷却器(6)将其中水蒸气冷凝分离后得到干燥的富氢气体；
步骤5：气化反应器(3)的固体灰渣和床料由第一循环床料/灰渣出口(3D1)和第二循环床料/灰渣出口(3D2)排出，通过输送管路返回床料贮仓(9),第二旋风分离器(5)分离的固体灰分由出口(5C)排出后通过气化反应器(3)的返料口(3E)返回气化反应器(3)或排出装置；
步骤6：空气携带床料贮仓(9)的床料由燃烧反应器(2)下部一起进入燃烧反应器(2)；
步骤7：气化给水先进入气体冷却器(6)初步加热后，进入余热锅炉(7)进一步加热成为过热蒸汽；过热水蒸气一部分送入气化反应器，一部分向装置外供汽/供热；
步骤8：第一旋风分离器(4)出口(4C)的高温烟气进入余热锅炉(7)，加热给水后排出装置；
经气体冷却器(6)和余热锅炉加热出口水蒸气温度在400℃～600℃；
反应器的操作压力为常压，且热解反应器(1)>燃烧反应器(2)>气化反应器(3)。
3.根据权利要求2所述的生物质气化制取富氢气体的方法，其特征在于，制取的富氢气体成分：H2：60～85％、CO2:10％～35％和CO:5％～10％。
4.根据权利要求2所述的生物质气化制取富氢气体的方法，其特征在于，通过返料阀(10)控制焦炭在气化反应器(3)中的停留时间。
5.根据权利要求2所述的生物质气化制取富氢气体的方法，其特征在于，所述生物质为经过自然干燥后的农业废弃物、林业废弃物和干化污泥等其它含碳废弃物中的任一种或其任意组合，破碎后的生物质粒径在1mm～10mm。
6.根据权利要求2所述的生物质气化制取富氢气体的方法，其特征在于，所述的床料为惰性热载体和催化剂的混合物，在气化反应过程中为气化反应供热的作用，以及促进焦炭与水蒸气的气化反应。
7.根据权利要求6所述的生物质气化制取富氢气体的方法，其特征在于，所述的惰性热载体是Al2O3、SiO2、灰渣中的任一种，所述的催化剂为K2CO3、NiO、CaO、Fe2O3中的任意一种或者任意几种的组合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410112624.2A CN103923705B (zh) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | 生物质气化制取富氢气体的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410112624.2A CN103923705B (zh) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | 生物质气化制取富氢气体的装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103923705A CN103923705A (zh) | 2014-07-16 |
| CN103923705B true CN103923705B (zh) | 2016-01-06 |
Family
ID=51142107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410112624.2A Expired - Fee Related CN103923705B (zh) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | 生物质气化制取富氢气体的装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103923705B (zh) |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104830358B (zh) * | 2015-04-30 | 2017-03-15 | 东南大学 | 一种生物质分级气化制取富氢气体的装置及方法 |
| CN105129730A (zh) * | 2015-07-15 | 2015-12-09 | 江苏振宇环保科技有限公司 | 一种秸秆资源化利用方法 |
| CN106694002B (zh) * | 2015-11-12 | 2019-04-12 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种生物质制氢催化剂及其制备方法 |
| CN106544057A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-29 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 一种木屑炭高温水蒸气气化制取富氢燃气的方法及装置 |
| CN106398768B (zh) * | 2016-11-04 | 2021-10-08 | 河南农业大学 | 一种化学链燃烧制备合成气的装置和方法 |
| CN106494908A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-03-15 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | 一种电子垃圾热解的进出料系统及方法 |
| CN108485718A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-09-04 | 张波 | 两段联排式垃圾热解气化炉 |
| CN108424791B (zh) * | 2018-04-04 | 2021-02-09 | 东南大学 | 合成气制备工艺及装置 |
| CN108504388A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-09-07 | 太原锅炉集团有限公司 | 一种低品位燃料气化系统及其运行方法 |
| JP6590359B1 (ja) * | 2018-07-06 | 2019-10-16 | 株式会社翼エンジニアリングサービス | バイオマスを原料とする水素製造方法 |
| CN110938471B (zh) * | 2018-11-06 | 2021-06-29 | 杨岚岚 | 用于氢气制取的自动化系统 |
| CN109368591B (zh) * | 2018-11-13 | 2022-09-02 | 宜昌金猇和远气体有限公司 | 一种氢气的高效制取系统 |
| CN109852429B (zh) * | 2019-01-24 | 2023-11-28 | 浙江工业大学 | 一种煤燃烧耦合垃圾水蒸气气化的制氢系统及方法 |
| CN109704278A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-03 | 合肥德博生物能源科技有限公司 | 一种双流化床生物质热解气化制备氢气的装置和方法 |
| CN110510578A (zh) * | 2019-09-21 | 2019-11-29 | 贵州丝域环能科技有限公司 | 一种城市污泥资源化高效制氢设备 |
| CN110643382B (zh) * | 2019-10-28 | 2024-09-03 | 华南理工大学 | 一种基于化学链的生物质油气联产装置及方法 |
| CN111777309A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-10-16 | 华中师范大学 | 一种减少排放的污泥处理方法 |
| CN114433139A (zh) * | 2020-10-30 | 2022-05-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种生物焦气化催化剂和生物焦催化原料 |
| CN114433141B (zh) * | 2020-10-30 | 2024-07-02 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种用于生物焦气化反应的催化剂和气化原料 |
| CN114437833B (zh) * | 2020-10-30 | 2023-05-05 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种生物质制氢方法和系统 |
| CN114433140A (zh) * | 2020-10-30 | 2022-05-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 生物焦气化催化剂和生物焦催化原料 |
| CN112831350A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-25 | 清华大学 | 一种由生活垃圾制备富氢合成气的装置及方法 |
| CN113322102A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-08-31 | 江苏大学 | 一种生物质分级气化制富氢合成气的系统 |
| CN113025357B (zh) * | 2021-05-28 | 2021-08-20 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 一种热解油回用的生物质热解联产方法 |
| CN114618388B (zh) * | 2022-03-16 | 2023-02-07 | 东北电力大学 | 一种利用生物质制氨的装置及工艺 |
| CN114752720B (zh) * | 2022-05-18 | 2022-11-04 | 北京高创智信冶金科技有限公司 | 一种富氢热还原喷吹气体及其制备方法和在高炉炼铁中的应用 |
| CN115386400B (zh) * | 2022-09-19 | 2023-08-29 | 光大环境科技（中国）有限公司 | 一种有机垃圾制取氢气的系统及方法 |
| CN115772421B (zh) * | 2022-12-27 | 2024-04-19 | 华中科技大学 | 一种生物质分级气化制富氢气的系统及方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1095093A (zh) * | 1993-04-21 | 1994-11-16 | 张凡佳 | 粉煤热载体加氢汽化工艺 |
| WO2000006671A1 (en) * | 1998-07-27 | 2000-02-10 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Method and device for forming synthesis gas from biomass and residual materials |
| EP1606370A1 (en) * | 2003-02-17 | 2005-12-21 | Fortum OYJ | Method for producing synthesis gas |
| CN102250629A (zh) * | 2011-06-13 | 2011-11-23 | 山西利华新科技开发有限公司 | 一种热能循环利用的焦化炉及炼焦方法 |
| CN102260507A (zh) * | 2011-06-23 | 2011-11-30 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 外热式生物质热解气化炉及连续热解气化制备木炭的方法 |
| CN102433165A (zh) * | 2011-10-19 | 2012-05-02 | 青岛科技大学 | 一种废旧汽车破碎残渣催化气化装置 |
| CN102703098A (zh) * | 2012-05-29 | 2012-10-03 | 东南大学 | 生物质制取生物油的装置及其方法 |
| CN103361087A (zh) * | 2012-05-04 | 2013-10-23 | 张荣光 | 一种热解耦合燃烧循环反应方法及装置 |
| CN103468322A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-12-25 | 易高环保能源研究院有限公司 | 一种由固体有机物水蒸气气化制取富氢气体的方法 |
-
2014
- 2014-03-25 CN CN201410112624.2A patent/CN103923705B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1095093A (zh) * | 1993-04-21 | 1994-11-16 | 张凡佳 | 粉煤热载体加氢汽化工艺 |
| WO2000006671A1 (en) * | 1998-07-27 | 2000-02-10 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Method and device for forming synthesis gas from biomass and residual materials |
| EP1606370A1 (en) * | 2003-02-17 | 2005-12-21 | Fortum OYJ | Method for producing synthesis gas |
| CN102250629A (zh) * | 2011-06-13 | 2011-11-23 | 山西利华新科技开发有限公司 | 一种热能循环利用的焦化炉及炼焦方法 |
| CN102260507A (zh) * | 2011-06-23 | 2011-11-30 | 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 | 外热式生物质热解气化炉及连续热解气化制备木炭的方法 |
| CN102433165A (zh) * | 2011-10-19 | 2012-05-02 | 青岛科技大学 | 一种废旧汽车破碎残渣催化气化装置 |
| CN103361087A (zh) * | 2012-05-04 | 2013-10-23 | 张荣光 | 一种热解耦合燃烧循环反应方法及装置 |
| CN102703098A (zh) * | 2012-05-29 | 2012-10-03 | 东南大学 | 生物质制取生物油的装置及其方法 |
| CN103468322A (zh) * | 2013-07-25 | 2013-12-25 | 易高环保能源研究院有限公司 | 一种由固体有机物水蒸气气化制取富氢气体的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103923705A (zh) | 2014-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103923705B (zh) | 生物质气化制取富氢气体的装置及方法 | |
| JP5114412B2 (ja) | 固体燃料の分離型流動層ガス化方法およびガス化装置 | |
| TWI410487B (zh) | 自生質生產低焦油合成氣的方法與裝置 | |
| CN106318417B (zh) | 用于制造生物甲烷和生态甲烷的方法和系统 | |
| CN102329651B (zh) | 一种三段式生物质热解气化制取合成气的气化装置 | |
| CN101245264B (zh) | 单床自热式热解气化燃烧反应器及热解气化燃烧方法 | |
| CN101781583B (zh) | 煤热解气化高值利用的方法及其装置 | |
| CN102977927A (zh) | 基于双流化床生物质气化制备合成气的装置及其制备方法 | |
| CN103045307B (zh) | 一种制备无焦油富氢气体的热解气化方法及热解气化装置 | |
| CN101100621A (zh) | 生物质富氢燃气制备方法及装置 | |
| CN103011072B (zh) | 利用生物质制取高纯度氢气的方法及装置 | |
| WO2011116690A1 (zh) | 一种通过炭化将生物质制造合成气的工艺方法及系统 | |
| CN104974799A (zh) | 煤与生物质共气化制备富甲烷气的方法及系统 | |
| CN110643382B (zh) | 一种基于化学链的生物质油气联产装置及方法 | |
| CN111378512A (zh) | 一种生物质热解气化制合成气的方法及系统 | |
| CN108048140A (zh) | 一种热解与气化耦合联产油气的方法和装置 | |
| CN201241071Y (zh) | 单床自热式热解气化燃烧反应器 | |
| CN107474859B (zh) | 一种煤热解气化工艺耦合装置及其方法 | |
| CN106221817A (zh) | 基于双流化床生物质热解制备高热值煤气的装置及方法 | |
| CN102234545B (zh) | 一种含炭质材料气化制合成气的方法 | |
| CN103740411B (zh) | 一种新型褐煤气化反应器和气化系统 | |
| CN103045308A (zh) | 一种基于煤炭的碳氢组分分级转化的发电方法及系统 | |
| CN211111863U (zh) | 一种基于化学链的生物质油气联产装置 | |
| CN205687869U (zh) | 一种高一氧化碳浓度气化气的制备系统 | |
| CN107163989A (zh) | 一种中高温含焦油/烃类原料气甲烷化方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160106 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |