[发明专利]一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置及方法

说明书

本发明公开一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置及方法，其中，包括依次连接的用于对生物质气化粗燃气进行分离除尘的第一旋风分离器、用于对生物质气化粗燃气进行预热的预热器、用于将预热后的生物质气化粗燃气与氧载体进行重整反应的重整反应器与用于将重整反应后的氧载体与空气进行燃烧反应的空气燃烧反应器，所述空气燃烧反应器与重整反应器间连接有用于对经氧化后的氧载体进行分离除尘的第二旋风分离器，所述重整反应器还连接有用于对反应后的燃气进行分离除尘的第三旋风分离器。本发明利用氧载体的晶格氧及催化作用将焦油大分子部分氧化为CO、H₂等小分子物质；氧载体在重整反应器与燃烧反应器间循环再生，氧载体再生简单。

技术领域

本发明涉及能源与化工技术领域，尤其涉及一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置及方法。

背景技术

生物质是资源丰富的可再生能源。生物质高挥发分（约70%）含量的特点决定了其气化利用方式具有经济与技术优势。生物质气化技术可与后续合成液体燃料、发电、供热以及生产化工产品等单元相衔接，从而实现生物质资源的清洁高效与多样化利用。但目前无论是采用空气、水蒸汽或氧气以及固定床或流化床反应器的生物质气化技术，因生物质的高挥发分而导致燃气中含有较多焦油副产物，焦油在高温时为气态，而低于约200℃时会凝结为液态。焦油的存在对生物质气化及其利用产生严重的影响，如降低气化效率、堵塞管道、毒害后续合成催化剂、损害燃气利用设备等，同时也将增大燃气净化难度，造成环境污染。因此，燃气中焦油含量是制约生物质气化技术大规模应用的决定性因素之一，如何消除气化过程中的焦油是当前生物质气化技术最亟待解决的问题。虽然采取提高运行温度等措施可在一定程度上降低生物质气化时焦油的产生量，但即使如此，燃气中焦油含量仍相对较高，需要进一步脱除才能满足下游利用要求。燃气中焦油的脱除技术包括物理法和化学法。物理法是通过水洗或吸收剂将燃气中焦油脱除，方法简单却极易造成二次污染。化学法是通过催化裂解将焦油分解为小分子气体，没有二次污染且同时转化利用了焦油，是目前研究较多的焦油脱除方法。传统的催化裂解分两种方式：一种是白云石、碱土金属化合物与生物质在气化炉内一起催化气化从而降低焦油的产生；一种是镍基催化剂炉外分解气化后燃气中的焦油。焦炭和白云石等存在用量大、催化效率低的不足。镍基催化剂活性高，焦油裂解效果较好，但其表面易结焦而失活；镍基催化剂一般由镍、助剂和载体构成，使用前需将催化剂还原，单质镍是催化剂的活性位点。专利（CN104549450A）公开的Ni-MgO/HZSM-5、专利（CN102145292A）公开的NiO-MgO-CeO₂-WO₃-橄榄石、专利（CN101693204B）公开的NiO-La₂O₃-CeO₂-MgO-γAl₂O₃、专利（CN100404135C）公开的整体式NiO-γAl₂O₃-堇青石等生物质气化焦油催化裂解催化剂，在使用时都需要先用H₂进行还原。上述镍基催化剂积碳失活后，要经过除碳、还原两步再生过程，工艺复杂、费用较高，利用镍基催化剂裂解焦油在工业应用中受成本的严重制约。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置及方法，旨在解决现有焦油脱除技术存在易积碳、需要预还原及再生困难的问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于化学链重整脱除生物质气化焦油的装置，其中，包括依次连接的用于对生物质气化粗燃气进行分离除尘的第一旋风分离器、用于对生物质气化粗燃气进行预热的预热器、用于将预热后的生物质气化粗燃气与氧载体进行重整反应的重整反应器与用于将重整反应后的氧载体与空气进行燃烧反应的空气燃烧反应器，所述空气燃烧反应器与重整反应器间连接有用于对经氧化后的氧载体进行分离除尘的第二旋风分离器，所述重整反应器还连接有用于对反应后的燃气进行分离除尘的第三旋风分离器。