[发明专利]一种生物质气化燃气焦油催化裂解净化工艺及其装置

说明书

本发明公开了一种生物质气化燃气焦油催化裂解净化工艺及其装置，该工艺包括焦油催化裂解过程和催化剂氧化再生过程，焦油催化裂解过程为：粗气化气经再生烟气换热器进入第一鼓泡流化床或第二鼓泡流化床进行焦油催化裂解，经催化裂解净化后的焦油净化后气化气经除尘、降温处理后送入喷淋塔进行激冷；催化剂氧化再生过程为：将空气通入第二鼓泡流化床或第一鼓泡流化床以除去催化剂上的积碳，生成的高温催化剂再生烟气通过再生烟气换热器加热粗气化气。本发明的净化工艺及其装置，采用双鼓泡流化床交替进行焦油催化裂解和催化剂氧化再生的方案，实现了焦油催化裂解的连续运行并通过热量内部梯级利用提高了系统的热效率。

技术领域

本发明涉及一种生物质能技术领域，尤其涉及一种生物质气化燃气焦油催化裂解净化工艺及其装置。

背景技术

生物质气化发电技术具有规模灵活，可实现分布式就地消纳生物质原料的优点。且由于采用燃气内燃机(往复式和涡轮式均可)，生物质气化发电即使是在小规模下也能达到较高的发电效率。因此尤其适合于我国生物质原料种植分散，附加在原料价格上的运输成本过高的问题。因此，生物质气化发电有望成为大规模应用的生物质发电技术。

然而，由于生物质本身具有较高的挥发分(50％以上)，因此在热化学转化过程中不可避免的存在焦油问题。焦油成分极为复杂，包含酚、醛、酮等复杂结构的含氧化合物，以及苯类衍生物和多环芳烃等。焦油组分的沸点分布极宽，当燃气温度在450℃以下时极易在系统管路中冷凝析出，造成管路堵塞、阀门卡死等非预期结果。焦油本身同时保留了部分的能量，根据气化方式的不同，约可占到气化气热值的5～15％。焦油的存在会极大地影响内燃机的稳定运行，造成火花塞污染，同时缩短内燃机连续稳定运行的时间，需要频繁的停机清理和维护。因此，生物质气化电站必须配备燃气净化系统，除去焦油，使得在进内燃机前的气化气焦油含量降低到100mg/Nm3以下。

目前绝大多数生物质气化电站所配备的燃气净化系统采用水喷淋洗涤，在脱除飞灰的同时，起到冷却燃气的主要作用，从而冷凝捕集大分子焦油，以及溶解部分极性较强的焦油组分，如酚类等。南京工业大学开发了基于有机溶剂的冷却——吸收耦合系统(专利公开号CN 102585917 B)用以湿法洗涤脱除焦油，由于有机溶剂在极性上与焦油组分更为近似，因此对弱极性的焦油组分也具有较好的溶解脱除作用，如苯系物和杂环化合物等。焦油也可在高温下发生热降解生成小分子气体保留在气化气中，从而实现无害化的回收利用。为降低焦油裂解的温度，可进一步采用催化裂解和催化重整。华北电力大学公开了一种通过焦油催化裂解除去焦油的方法(专利公开号CN 202543155 U)，同时可以回收焦油的能量，进一步提高生物质气化效率(冷煤气效率)。

然而，上述现有技术中依然存在以下缺陷：1.水喷淋燃气净化方案具有较多缺点，例如形成皂化反应，析出脂肪酸盐，堆积、沉淀在系统管路中；水溶剂对焦油中常见的碳氢化合物等弱极性组分溶解度较低；废水的净化处理较为昂贵，可能额外增加污水排放；焦油难以回收资源化利用，造成气化效率的降低；2.有机溶剂洗涤在对弱极性焦油的脱除方面具有较好的效果，然而有机溶剂通常较为昂贵，且不易再生；3.焦油高温裂解所需温度较高，需1000℃以上，而通常生物质气化系统出口气体温度在850℃以下；4.传统的焦油催化裂解工艺中，存在两大问题，一是焦油催化通常需要较高的温度，约800℃以上，需要额外供热；二是催化剂易积碳失活，需要再生，因此大多数工艺难以实现连续稳定运行，且热效率通常较低。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种生物质气化燃气焦油催化裂解净化工艺及其装置，以实现生物质气化气焦油催化裂解的连续稳定运行和催化剂的连续再生重复利用。

本发明提供的生物质气化燃气焦油催化裂解净化工艺及其装置，在除去气化气焦油，并将其转化为可燃小分子气体组分的同时，采用催化剂氧化再生所释放的热量进一步加热气化气，促进其热降解。本发明所提出的净化工艺及其装置可同时提高气化效率和系统热利用率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：