CN110982555A - 一种催化热解生物质焦油的重整反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种催化热解生物质焦油的重整反应装置，包括进料机构、气液炭联产混床气化炉主体机构和挥发份循环和出料机构；进料机构包括密闭加料器和进料管，气液炭联产混床气化炉主体机构包括喷动床、固定床、第一布气装置、第二布气装置、拨片、催化剂层、温度压力表、炉排、旋转轴承、固定床出口、第一排炭口、燃气出口、燃气进口和炉体，挥发份循环和出料机构包括分离器、排气管、出炭螺旋、驱动电机、第二排炭口和进气管；本发明可以通过炉排与喷动床的相连从而增加物质间的传热效率，减少反应时间，而且在固定床生物质气化过程中，炉中的氧化区温度能够达到900℃左右，可为喷动床提供热，达到自供热效果。
Description
技术领域
本发明属于农林废弃物安全处置和利用技术领域，具体为一种催化热解生物质焦油的重整反应装置。
背景技术
近年来随着经济发展，能源危机和环境问题的日趋严重，生物质作为化石能源的可替代品，逐渐成为人们研究的热点。而每年产生的农作物秸秆等农林废弃物不计其数，然而这些农作物秸秆等农林废弃物并没有得到很好的利用，大多数都被直接燃烧处理，这不仅极大地浪费了生物质能源，还对环境造成了严重污染，如何有效回收利用农作物秸秆等农林废弃物，防止对环境造成污染，成为了再生资源回收利用面临的一个新课题。
生物质气化技术是一种生物质能源利用方式。农作物秸秆经过气化(空气作为气化剂)后能产生生物质燃气，这些生物质燃气可作为直接满足供热、集中供气、发电等的需求。然而，在生物质气化过程中不可避免的会产生副产物焦油，生物质焦油在高于300℃时是气态，在低于这个温度是会冷凝成液态，并与灰分等杂质混合在一起，造成气路的堵塞和腐蚀管道，并会污染环境。
去除生物质焦油的方法主要有物理和化学两类方法，物理法通过冷凝的方法将生物质焦油从气相变为液相达到分离去除的目的；化学方法主要有热裂解和催化热解，热裂解法需要较高温度，不仅能耗较高，还对设备的材质要求很高，技术经济可行性低，而催化热解是指催化剂和温度(600-900℃)的条件下让生物质焦油与H2O或者CO2进行还原反应生成以H2和CO为主的生物质燃气，催化热解采用高效的催化剂不仅能够降低反应温度，还可以提高热裂解效率。
中国发明专利CN103896210B公开一种CH4-CO2催化重整反应装置及其工艺，具体涉及一种带有负离子发生器的多筒式CH4-CO2催化重整反应装置以及有负离子参与反应的制备合成气工艺，属于催化合成技术领域。该发明是在多筒式重整反应器上面板、下底板和进料主管上设有负离子发生器；甲烷和二氧化碳与负离子发生器产生的负离子通入气体混合器，混合均匀后送入重整反应器中进行反应；重整反应器的上面板和下底板处所设有负离子发生器，用于补充前期消耗掉的负离子，合成气出口设在重整反应器外壁的上部分。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明提供一种催化热解生物质焦油的重整反应装置。
本发明所要解决的技术问题：
农作物秸秆等农林废弃物被直接燃烧处理，这不仅极大地浪费了生物质能源，还对环境造成了严重污染，而且现有的焦油的重整反应装置结构复杂，无法自供热，综合热效率低。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种催化热解生物质焦油的重整反应装置，包括进料机构、气液炭联产混床气化炉主体机构和挥发份循环和出料机构；
进料机构包括密闭加料器和进料管，密闭加料器安装在进料管上方，密闭加料器底端与进料管上表面连通，进料管横向贯穿炉体侧表面，进料管与炉体连通；
气液炭联产混床气化炉主体机构包括喷动床、固定床、第一布气装置、第二布气装置、拨片、催化剂层、温度压力表、炉排、旋转轴承、固定床出口、第一排炭口、燃气出口、燃气进口和炉体，固定床上设置第一布气装置和第二布气装置，第二布气装置安装在第一布气装置下方，炉排安装在固定床上，喷动床焊接在炉排上，喷动床上下部分安装两个拨片，炉体侧表面安装温度压力表，温度压力表位于第二布气装置下方，旋转轴承安装在喷动床底端表面，旋转轴承安装在炉排下方，炉体底端侧表面设有固定床出口，炉体底端设有两个第一排炭口，喷动床顶端设有燃气出口，喷动床底端设有燃气进口；
挥发份循环和出料机构包括分离器、排气管、出炭螺旋、驱动电机、第二排炭口和进气管，排气管一端与分离器顶端连接，排气管另一端与喷动床底端的燃气进口连接，两个出炭螺旋安装在第一排炭口下方，第一排炭口与出炭螺旋连接且连通，出炭螺旋一端设有驱动电机，出炭螺旋下表面设有第二排炭口，进气管一端与分离器侧表面连接，进气管另一端与固定床出口连接。
进一步地，进料机构、气液炭联产混床气化炉主体机构和挥发份循环和出料机构从上往下依次设置，进料机构安装在气液炭联产混床气化炉主体机构一侧，挥发份循环和出料机构安装在气液炭联产混床气化炉主体机构另一侧。
进一步地，分离器采用二级旋风分离，并与喷动床的底部连接形成混合床气化炉。
进一步地，喷动床内安放有催化剂层，所述催化剂层为镍基催化剂。
进一步地，该反应装置工作过程如下所示：
通过密闭加料器投入生物质燃料，点火后关闭进料管，并通入空气和水蒸气，生物质燃料经过拨片搅拌，再经过第一布气装置和第二布气装置的布气过程，通过催化热解得到的生物质炭经由下端的出炭螺旋排出，挥发份则经由固定床出口进入分离器中，通过旋风分离分离出灰分进入到喷动床内，再向喷动床内通入水蒸气，使水蒸气和挥发份在镍基催化剂的催化作用下得到高品质生物质燃气。
本发明的有益效果：
(1)本发明装置结构简单，操作简单，能够连续化生产高品质产品，经济效益好，不但可以通过炉排与喷动床的相连从而增加物质间的传热效率，减少反应时间，而且在固定床生物质气化过程中，炉中的氧化区温度能够达到900℃左右，可为喷动床提供热，达到自供热效果；
(2)本发明装置中，喷动床安装在固定床中间，固定床汽化炉产生的优质生物质块状炭经出炭螺旋排出，可燃气则经由分离器送入喷动床中，在固定床炉内加热和通入少量空气后，喷动床炉内温度可达到800℃以上，可燃气中的部分焦油与水蒸气在催化剂作用下催化裂解得到焦油含量低的可燃气，本发明将排出生物质热解产品进行分离，高品质块状炭可直接利用，而生物质可燃气则经过进一步处理降低焦油含量，提高综合热效率，解决了农作物秸秆等农林废弃物被直接燃烧处理，这不仅极大地浪费了生物质能源，还对环境造成了严重污染，而且现有的焦油的重整反应装置结构复杂，无法自供热，综合热效率低的技术问题。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种催化热解生物质焦油的重整反应装置结构示意图。
图中：1、进料机构；11、密闭加料器；12、进料管；2、气液炭联产混床气化炉主体机构；21、喷动床；22、固定床；23、第一布气装置；24、第二布气装置；25、拨片；26、催化剂层；27、温度压力表；28、炉排；29、旋转轴承；210、固定床出口；211、第一排炭口；212、燃气出口；213、燃气进口；214、炉体；3、挥发份循环和出料机构；31、分离器；32、排气管；33、出炭螺旋；34、驱动电机；35、第二排炭口；36、进气管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明一种催化热解生物质焦油的重整反应装置包括进料机构1、气液炭联产混床气化炉主体机构2和挥发份循环和出料机构3，从上往下进料机构1、气液炭联产混床气化炉主体机构2和挥发份循环和出料机构3依次设置，进料机构1安装在气液炭联产混床气化炉主体机构2一侧，挥发份循环和出料机构3安装在气液炭联产混床气化炉主体机构2另一侧；
如图1所示，进料机构1包括密闭加料器11和进料管12，密闭加料器11安装在进料管12上方，密闭加料器11底端与进料管12上表面连通，进料管12横向贯穿炉体214侧表面，进料管12与炉体214连通；
气液炭联产混床气化炉主体机构2包括喷动床21、固定床22、第一布气装置23、第二布气装置24、拨片25、催化剂层26、温度压力表27、炉排28、旋转轴承29、固定床出口210、第一排炭口211、燃气出口212、燃气进口213和炉体214，固定床22上设置第一布气装置23和第二布气装置24，第二布气装置24安装在第一布气装置23下方，炉排28安装在固定床22上，喷动床21焊接在炉排28上，喷动床21能够随着炉排28的转动而转动，喷动床21上下部分安装两个拨片25，上部分拨片25用于拨料用，下部分拨片25在氧化区用于防止生物质气化过程架桥，喷动床21内安放有催化剂层26，该催化剂层26为镍基催化剂，炉体214侧表面安装温度压力表27，温度压力表27位于第二布气装置24下方，旋转轴承29安装在喷动床21底端表面，旋转轴承29安装在炉排28下方，炉体214底端侧表面设有固定床出口210，炉体214底端设有两个第一排炭口211，喷动床21顶端设有燃气出口212，喷动床21底端设有燃气进口213；
挥发份循环和出料机构3包括分离器31、排气管32、出炭螺旋33、驱动电机34、第二排炭口35和进气管36，排气管32一端与分离器31顶端连接，排气管32另一端与喷动床21底端的燃气进口213连接，两个出炭螺旋33安装在第一排炭口211下方，第一排炭口211与出炭螺旋33连接且连通，出炭螺旋33一端设有驱动电机34，出炭螺旋33下表面设有第二排炭口35，进气管36一端与分离器31侧表面连接，进气管36另一端与固定床出口210连接。
本发明一种催化热解生物质焦油的重整反应装置工作过程及原理如下所示：
第一步、固定床22上设置第一布气装置23和第二布气装置24，第二布气装置24安装在第一布气装置23下方，炉排28安装在固定床22上，喷动床21焊接在炉排28上，喷动床21能够随着炉排28的转动而转动，喷动床21上下部分安装两个拨片25，上部分拨片25用于拨料用，下部分拨片25在氧化区用于防止生物质气化过程架桥，喷动床21内安放有催化剂层26，该催化剂层26为镍基催化剂；
第二步、通过密闭加料器11投入生物质燃料，点火后关闭进料管12，并通入空气和水蒸气，生物质燃料经过拨片25搅拌，再经过第一布气装置23和第二布气装置24的布气过程，通过催化热解得到的生物质炭经由下端的出炭螺旋33排出，挥发份则经由固定床出口210进入分离器31中，通过旋风分离分离出灰分进入到喷动床21内，再向喷动床21内通入水蒸气，使水蒸气和挥发份在镍基催化剂的催化作用下得到高品质生物质燃气。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种催化热解生物质焦油的重整反应装置，其特征在于，包括进料机构(1)、气液炭联产混床气化炉主体机构(2)和挥发份循环和出料机构(3)；
进料机构(1)包括密闭加料器(11)和进料管(12)，密闭加料器(11)安装在进料管(12)上方，密闭加料器(11)底端与进料管(12)上表面连通，进料管(12)横向贯穿炉体(214)侧表面，进料管(12)与炉体(214)连通；
气液炭联产混床气化炉主体机构(2)包括喷动床(21)、固定床(22)、第一布气装置(23)、第二布气装置(24)、拨片(25)、催化剂层(26)、温度压力表(27)、炉排(28)、旋转轴承(29)、固定床出口(210)、第一排炭口(211)、燃气出口(212)、燃气进口(213)和炉体(214)，固定床(22)上设置第一布气装置(23)和第二布气装置(24)，第二布气装置(24)安装在第一布气装置(23)下方，炉排(28)安装在固定床(22)上，喷动床(21)焊接在炉排(28)上，喷动床(21)上下部分安装两个拨片(25)，炉体(214)侧表面安装温度压力表(27)，温度压力表(27)位于第二布气装置(24)下方，旋转轴承(29)安装在喷动床(21)底端表面，旋转轴承(29)安装在炉排(28)下方，炉体(214)底端侧表面设有固定床出口(210)，炉体(214)底端设有两个第一排炭口(211)，喷动床(21)顶端设有燃气出口(212)，喷动床(21)底端设有燃气进口(213)；
挥发份循环和出料机构(3)包括分离器(31)、排气管(32)、出炭螺旋(33)、驱动电机(34)、第二排炭口(35)和进气管(36)，排气管(32)一端与分离器(31)顶端连接，排气管(32)另一端与喷动床(21)底端的燃气进口(213)连接，两个出炭螺旋(33)安装在第一排炭口(211)下方，第一排炭口(211)与出炭螺旋(33)连接且连通，出炭螺旋(33)一端设有驱动电机(34)，出炭螺旋(33)下表面设有第二排炭口(35)，进气管(36)一端与分离器(31)侧表面连接，进气管(36)另一端与固定床出口(210)连接。
2.根据权利要求1所述的一种催化热解生物质焦油的重整反应装置，其特征在于，进料机构(1)、气液炭联产混床气化炉主体机构(2)和挥发份循环和出料机构(3)从上往下依次设置，进料机构(1)安装在气液炭联产混床气化炉主体机构(2)一侧，挥发份循环和出料机构(3)安装在气液炭联产混床气化炉主体机构(2)另一侧。
3.根据权利要求1所述的一种催化热解生物质焦油的重整反应装置，其特征在于，分离器(31)采用二级旋风分离，并与喷动床(21)的底部连接形成混合床气化炉。
4.根据权利要求1所述的一种催化热解生物质焦油的重整反应装置，其特征在于，喷动床(21)内安放有催化剂层(26)，所述催化剂层(26)为镍基催化剂。
5.根据权利要求1所述的一种催化热解生物质焦油的重整反应装置，其特征在于，该反应装置工作过程如下所示：
通过密闭加料器(11)投入生物质燃料，点火后关闭进料管(12)，并通入空气和水蒸气，生物质燃料经过拨片(25)搅拌，再经过第一布气装置(23)和第二布气装置(24)的布气过程，通过催化热解得到的生物质炭经由下端的出炭螺旋(33)排出，挥发份则经由固定床出口(210)进入分离器(31)中，通过旋风分离分离出灰分进入到喷动床(21)内，再向喷动床(21)内通入水蒸气，使水蒸气和挥发份在镍基催化剂的催化作用下得到高品质生物质燃气。
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