[发明专利]一种双提升管沼气自热重整制备合成气的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及能源领域，尤其涉及一种双提升管沼气自热重整制备合成气的方法及设备。

背景技术

随着社会发展对能源需求的日益增长和化石能源的日益枯竭，发展可再生能源替代化石能源成为世界范围内的热点话题。生物质能源作为唯一可用于大规模制取液体燃料的含碳可再生资源成为当前研究的热点。

中国是一个农业生产大国，拥有丰富的农业生物质资源，据统计，每年产生农作物秸秆7亿多吨，废弃林木1.6亿吨，畜禽粪便18亿吨，总计农业生物质资源超过30亿吨。沼气被认为是“当前生物质能行业最具产业化可行性的技术”，受到国家和各级地方政府的高度重视。2007年农业部颁发《全国农村沼气工程建设规划(2006-2010)》，国家发改委发布《可再生能源中长期发展规划》，2014年农业部产业政策与法规司制订《国家深化农村改革、支持粮食生产、促进农民增收政策措施》，其中都将沼气作为发展的重点。一系列相关鼓励政策的出台，使我国农村沼气建设项目得到了快速发展，2010年我国沼气年产量已达130多亿立方米，预计到2020年沼气年利用量将达440亿立方米。

2014年，农业部产业政策与法规司制订的《国家深化农村改革、支持粮食生产、促进农民增收政策措施》指出：“创新大中型沼气工程建设机制，建立产业化发展平台，引导社会力量参与沼气建设和运营，拓宽沼气使用出口。”因此，可以预见未来的几年内，浙江乃至全国的沼气工程及沼气利用技术都会迎来巨大的发展。

目前，沼气的利用途径主要有：①沼气传统利用和综合利用技术，将沼气用于农村家庭的炊事、照明和取暖等，后来发展到实现物质多层次利用、能量合理流动的综合利用模式；②沼气发电技术，将沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能；③沼气燃料电池技术，把燃料中的化学能直接转化为电能；④沼气重整制取合成气技术，沼气经过重整变成合成气，再经过分离、预处理和合成可以得到其它液体燃料。

对比各项技术发现，前三种沼气利用方法都只利用了沼气中的CH₄资源，沼气中含有大约30％的CO₂无法得到有效利用，只能排放到大气中，造成了C资源的严重浪费，加重了温室效应；而沼气重整技术理论上能够将沼气中的CH₄和CO₂资源共同转化成合成气，最大限度地实现C资源的合理利用,大大减少了温室效应。可见沼气重整生产合成气技术可能是沼气利用的最佳方式，也是当前研究的热点之一。

沼气的主要成分是CH₄和CO₂，因而沼气重整的实质是CH₄-CO₂重整。目前沼气重整工艺主要有沼气蒸汽重整、沼气干重整、沼气混合重整以及等离子体重整等。近年来，很多国家都对沼气重整技术的研究给予了大量的科研和工程投资，但除沼气蒸汽重整外，再无其它成熟的工业化生产案例。沼气蒸汽重整已经实现了工业化，但是由于水蒸气的参与导致产物中H₂/CO的体积比接近3，不利于下游产品的合成；沼气干重整的研究重点集中在基于固定床工艺提高催化剂的稳定性以及催化剂失活机理方面，由于该反应是一个强吸热反应，反应系统的供热问题必将成为未来该技术放大过程中的瓶颈；为了解决系统的供热问题，研究者开始致力于开发混合重整工艺，在反应体系中通入氧气，利用可燃组分的燃烧为重整反应提供热量，但是氧气的通入容易与产物中的H₂和CO反应，影响合成气组成，另外，重整与燃烧反应在一个反应器中进行，有爆炸的危险。近年来，等离子体被应用于沼气重整制合成气的工作，其中，热等离子体具有高焓、高温、高能粒子密度大等特点，相对冷等离子体更适宜工业上放大生产，但是该技术仍处于实验室研究起步阶段，如何提高热等离子体发生器的能量转化效率并合理设计适用于沼气重整的等离子体反应器结构是实现等离子体重整技术工业应用的关键。

通过分析在研的各项技术可以发现，沼气重整技术未能实现大规模工业化生产的主要技术原因是催化剂易积炭导致活性下降以及工艺过程能耗过高的问题。

发明内容

为了有效解决上述问题，本发明提供一种双提升管沼气自热重整制备合成气的方法及设备，通过双提升管构成的反应—再生系统实现催化剂反应和失活催化剂再生的循环，结焦催化剂在再生系统燃烧再生，解决了结焦带来的失活问题；同时，燃烧放出的热量可以加热催化剂为重整反应提供部分热量，维持重整反应所缺热量，从而解决工艺过程能耗的问题。

本发明的技术方案为：一种双提升管沼气自热重整制备合成气的方法，其包括步骤：