[发明专利]一种由固体有机物水蒸气气化制取富氢气体的方法

说明书

技术领域

本发明属于能源化工技术领域，涉及一种利用循环的固体热载体兼作为加热介质、催化剂和过滤除尘滤料，由固体有机物原料及其混合物的水蒸气气化制取富氢气体的方法。

背景技术

固体有机物的水蒸气气化是制取富氢气体的理想模式，实现这一过程至少需要解决两个问题：提供水蒸气气化所需热量和消除或减少产气中焦油。

中国发明专利ZL200610113063.3公开了一种解耦流化床气化方法和装置，将流化床反应器分割为相互连通的两室，其中一室主要进行固体燃料的干燥、热解，而另一室进行半焦气化及焦油和烃的改质。其中，热解和气化反应所需热量是由通入同一反应空间的空气或氧气与原料和半焦发生燃烧反应而提供的。该专利还提供了利用固体热载体循环的双流化床反应装置和方法，其中热解和气化反应所需的热量有一部分是由未反应的半焦在另一个流化床反应器中的燃烧提供的。由于采用内部燃烧供热方法，除非采用纯氧气化剂，否则气化产品气必然含惰性氮气。流化床气化反应器的局限性还表现在：反应温度低，停留时间短，因此焦油和烃的转化不充分；产气含尘高。此外，部分原料直接燃烧供热，其中的氢主要生成水，而不能有效进入富氢产品气中，从元素利用的角度看这并不合理。

奥地利维也纳理工大学开发了快速内循环流化床（FICFB）生物质气化工艺（参考文献：http://www.ficfb.at/）。FICFB气化炉结构主要由两个反应空间构成：鼓泡流化床热解、气化区和流化床提升燃烧区，固体热载体在两区域内循环，在燃烧区通过燃烧半焦使热载体被加热并循环回热解区和气化区，为热解区和气化区的生物质热解和水蒸气气化反应提供所需热量，之后再进入燃烧区开始下一轮循环。两区域间气体相互分离，因此可生产不含氮气的富氢气体。FICFB技术的热解和气化在同一反应空间进行，难以实现对热解和气化的分别独立控制，对不同原料的适应性有局限；流化床气化反应器中生物质热解挥发分的停留时间短，和固体热载体的接触时间短，焦油转化不充分，因此，产气中焦油含量高，影响了气化效率的提高；当以生物质、年轻褐煤等为原料时，由于原料热解气化过程易粉化，所生成的气态产物中含大量粉尘，如果这些粉尘不能在热态条件下有效脱除，则这些粉尘与气体产物中的焦油在后续冷凝净化过程中会形成粘稠的混合物，影响系统的正常运行。

中国发明专利ZL200710011214.9提供了一种分别独立控制固体燃料原料的热解、进一步分解转化热解产生的气态产物中的焦油和烃以及燃烧热解的半焦供热反应的方法。该方法通过固体热载体在三个串联的反应器中的循环而实现，这三个反应器是移动床热解反应器，移动床气化反应器，和提升管燃烧反应器，在此三个反应器中分别发生固体燃料原料的热解，热解产生的气态产物（含焦油和低碳烃）的水蒸气气化，以及半焦燃烧和固体热载体的再加热和提升。该方法的局限是，热解反应器和气化反应器串联联接，来自提升管燃烧反应器的固体热载体依次经过气化反应器和热解反应器，然后再回到提升管燃烧反应器，因此，热解反应器和气化反应器的运行条件相互制约，进入热解反应器的固体热载体的温度完全取决于气化反应器中反应进行的程度，进入热解反应器和进入气化反应器的固体热载体的种类和数量也不能分别独立控制，因此难以分别实现热解反应器和气化反应器的最优化运行。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种由固体有机物的水蒸气气化制取富氢气体的方法和装置，利用固体热载体的循环，实现固体有机物原料的快速热解和热解产生的气态产物中焦油及低碳烃的催化水蒸气分解转化过程的独立和优化控制。

本发明的技术方案如下：

一种由固体有机物原料的水蒸气气化来制取富氢气体的方法，利用固体热载体的循环，分别实现固体有机物原料的快速热解和热解产生的气态产物的催化水蒸气气化。本方法中的热解反应装置和移动床气化反应装置为并列设置。所述热解反应装置包括一个热解反应器或并联的至少两个热解反应器，所述移动床气化反应装置包括一个移动床气化反应器或并联的至少两个移动床气化反应器，其中每个热解反应器与至少一个移动床气化反应器互相对应，或者每个移动床气化反应器与至少一个热解反应器互相对应，其中每个热解反应器的气态产物分别送入对应的移动床气化反应器。该热解反应器可以是移动床热解反应器或者流化床热解反应器，优选为移动床热解反应器。