制備生物合成氣的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物質(zhì)能利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備生物合成氣的生物質(zhì)氣化 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，大氣污染狀況日益嚴重，其中燃煤過程排放的污染物比例大，而且加重霧霾 的程度。天然氣是一種多元化的能量載體，有著較高的利用效率，能夠用于現(xiàn)有管網(wǎng)和已有 的高效的終端利用技術(shù)，促進區(qū)域能源安全，減少顆粒物和有害氣體的排放。隨著人民生活 水平的提高，對環(huán)保、生活舒適性的要求越來越高，對天然氣的需求量快速增加，但受限于 我國天然氣資源分布與開采速度及開采過程中的環(huán)境風(fēng)險，天然氣供應(yīng)緊張局勢越來越凸 顯。因此，尋求新的替代天然氣的能源已迫在眉睫。煤制氣已經(jīng)成為我國解決天然氣供應(yīng) 不足的一種解決途徑，但我國煤炭資源主要分布在華北、西北等北方地區(qū)，而北方地區(qū)水資 源短缺，煤制氣工藝過程中又需要消耗大量的水，同時也衍生出其他環(huán)境污染問題。因此， 能源問題已演變成了經(jīng)濟和社會發(fā)展中的重大問題。尋找可再生能源已成為必然的發(fā)展趨 勢。我國作為一個農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)資源豐富，生物質(zhì)能又是唯一可以轉(zhuǎn)化為氣、液、固三種 能源形態(tài)的可再生能源。我國生物質(zhì)資源量可達65億噸/年，以平均熱值為15, 000千焦 /公斤計算，折合理論資源為30億噸標(biāo)準煤，相當(dāng)于我國目前年總能耗的80-90%。因此， 合理有效開發(fā)生物質(zhì)資源能可以在一定程度上改變我國現(xiàn)有的能源格局。
[0003] 我國的生物質(zhì)資源以秸桿、稻殼、棉花桿等農(nóng)林廢棄物為主，通過一系列有效方 式，如發(fā)酵、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化可將生物質(zhì)有效轉(zhuǎn)化為生物燃氣，但是農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料的發(fā)酵過程 生產(chǎn)周期長，對原料的適應(yīng)性差，且占地面積大，工業(yè)化生產(chǎn)目前缺乏競爭力。而熱化學(xué)轉(zhuǎn) 化過程生產(chǎn)周期短，產(chǎn)氣率高，且適合多種原料。其中尤其以氣化技術(shù)為代表，生產(chǎn)生物合 成氣效率高，效果顯著。該技術(shù)是在氣化介質(zhì)中，通過外部熱能將預(yù)處理過的生物質(zhì)分解為 富含氫氣的粗合成氣的過程，分解生成的富含氫氣的粗合成氣經(jīng)冷凝凈化后可收集到純生 物合成氣。得到的純生物合成氣用途廣，可用于合成油品、化工產(chǎn)品及材料等，需求量大。尤 其在目前能源形勢下，開展生物合成氣的制備有重要的戰(zhàn)略意義與實際的現(xiàn)實應(yīng)用需求。
[0004] 生物合成氣由氣化反應(yīng)器（反應(yīng)爐）制備獲得，有文獻及相關(guān)資料表明，國內(nèi)外研 宄人員目前開發(fā)并利用的氣化反應(yīng)器有固定床氣化爐、流化床氣化爐等，這些氣化反應(yīng)器 都能完成生物質(zhì)氣化過程，但是都存在一定問題。主要原因是由于氣化爐結(jié)構(gòu)、傳熱方式以 及需要控制的反應(yīng)參數(shù)不同，導(dǎo)致其氣化性能、自身能耗及對原料粒徑的適應(yīng)性有所差異， 都有各自無法彌補的缺陷。目前只有流化床氣化爐具備連續(xù)生產(chǎn)能力，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗能 大，難以實現(xiàn)工業(yè)化放大生產(chǎn)。中國專利CN201634633U中公開的流化床反應(yīng)器就存在上述 問題，其進料裝置的連續(xù)性不能保證，另外，由于冷凝方式的不合理也帶了產(chǎn)物收集中額外 的耗電量。
[0005] 作為新能源及可再生能源的應(yīng)用領(lǐng)域，生物合成氣的生產(chǎn)工藝必須滿足節(jié)能減 排、安全環(huán)保、清潔高效的連續(xù)生產(chǎn)要求。目前生物質(zhì)熱解（快速熱解）制備生物合成氣過 程能耗高，且伴隨著二次污染，同時生物合成氣產(chǎn)品成分復(fù)雜，有效組分濃度過低，難以直 接應(yīng)用，需要很復(fù)雜的精致提質(zhì)過程，這又導(dǎo)致成本過高。
[0006] 目前，多以固態(tài)生物質(zhì)為原料，但固態(tài)生物質(zhì)能量密度低，運輸成本高，體積大，占 體面積大，因此，亟需一種以能量密度高的液態(tài)生物質(zhì)為原料制備生物合成氣的裝置及方 法，以解決上述不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備生物合成氣的裝置。
[0008] 本發(fā)明的第二個目的是提供一種制備生物合成氣的方法。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：
[0010] 制備生物合成氣的裝置，包括氣化爐12,在氣化爐內(nèi)的中部設(shè)置有催化床隔板 11，在氣化爐內(nèi)的中上部設(shè)置有氣體分布板10,在氣化爐的頂部設(shè)置有混合室7,儲水罐21 通過管道依次與第一泵22、第二預(yù)熱器8連接后與混合室7連接，液相類生物質(zhì)儲罐23通 過管道依次與第二泵24、第三預(yù)熱器9連接后與混合室7連接，氣化爐的底部通過管道與 氣液分離器14連接，氣液分離器與液體收集瓶15連接，液體收集瓶通過管道依次與洗氣瓶 16,濾氣管17,第二氣體流量計18,氣體取樣閥19連接后再與產(chǎn)品集氣容器20活動連接， 在氣化爐與氣液分離器14連接的管道外表面設(shè)置有加熱夾套13 ;載氣瓶1通過管道依次 與減壓閥2,第一截止閥3,背壓閥4,第一氣體流量計5,第一預(yù)熱器6連接后再與混合室7 的頂部連接。
[0011] 制備生物合成氣的方法，包括如下步驟：
[0012] (1)使用權(quán)利要求1的制備生物合成氣的裝置；將產(chǎn)品集氣容器與另一端連接有 氣體取樣閥19的管道斷開，在催化床隔板11上放置催化劑，調(diào)節(jié)第一預(yù)熱器6的溫度為 300?400°C ;調(diào)節(jié)氣化爐12內(nèi)的溫度為600?800°C ;調(diào)節(jié)第二預(yù)熱器8的溫度為300? 380°C ;調(diào)節(jié)第三預(yù)熱器9的溫度為300?450°C ;調(diào)節(jié)加熱夾套13的溫度為200?400°C ; 調(diào)節(jié)氣液分離器14的溫度為-10?0°C ;
[0013] (2)開啟減壓閥2,第一截止閥3,背壓閥4,通過調(diào)節(jié)第一氣體流量計5,使載氣瓶 1的載氣以200-1000ml/min的氣速經(jīng)第一預(yù)熱器6、混合室7后進入氣化爐12內(nèi)吹掃，排 盡氣化爐12中的空氣；
[0014] (3)將載氣流速降低為50-400ml/min，打開第一泵22,使儲水罐21中的水經(jīng)過第 二預(yù)熱器8汽化為水蒸汽后再經(jīng)混合室7后，經(jīng)氣化爐12內(nèi)的氣體分布板10使水蒸汽均 勻充滿氣化爐12,打開第二泵24,使液相類生物質(zhì)儲罐23中的液相類生物質(zhì)經(jīng)過第三預(yù)熱 器9汽化為氣相進入混合室7與水蒸汽混合成混合蒸汽后，經(jīng)氣化爐12內(nèi)的氣體分布板10 使混合蒸汽均勻充入氣化爐12,控制液相類生物質(zhì)與水的泵入質(zhì)量比為0. 5-10 :1 ;將產(chǎn)品 集氣容器與另一端連接有氣體取樣閥19的管道連接。
[0015] 催化劑優(yōu)選為鎳基催化劑、水滑石、氧化媽、三氧化二鋁、氧化鎂、Exxon、木炭、活 化鋁、沸石、高嶺石、蒙脫石、伊利石、三氧化二鐵、白云石、菱美石、方解石、橄欖石或鐵礦 石。
[0016] 載氣優(yōu)選為多99. 995%氮氣、多99. 995%的氬氣或多99. 995%的氦氣。
[0017] 液相類生物質(zhì)優(yōu)選為生物油、焦油、餐飲廢油、生物柴油和生物質(zhì)原油淤漿至少一 種。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)點：
[0019] 1、本發(fā)明的裝置可用于處理所有液相類生物質(zhì)，如生物油、焦油、餐飲廢油、生物 柴油、生物質(zhì)原油淤漿等，對原料的適應(yīng)性極強。
[0020] 2、本發(fā)明的方法氣化生物油水相制備富氫生物合成氣的收率可達到0. 17g H2/g 生物油，反應(yīng)的副產(chǎn)物為固體灰分。
[0021] 3、本發(fā)明氣化爐內(nèi)分布板的設(shè)置，可實現(xiàn)混合蒸汽在氣化爐內(nèi)均勻分布，提高原 料轉(zhuǎn)化效率。
[0022] 4、本發(fā)明的裝置具