專利名稱：超絕熱部分氧化焦油焦碳清除及氣體重整方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于焦油焦碳清除及氣體重整方法技術領域，涉及一種超絕熱部分 氧化焦油焦碳清除及氣體重整方法及裝置。特別涉及到將有機燃料包括煤、生 物質(zhì)、普通廢棄物、工業(yè)有機廢物、廢塑料、廢橡膠、垃圾衍生燃料等固體可 燃物在熱解、氣化裝置內(nèi)進行熱化學轉化，對過程中產(chǎn)生的焦油和焦碳進行清 除、對產(chǎn)生的粗可燃氣體進行重整的方法和裝置。
技術背景有機固體廢棄物產(chǎn)量巨大，儲量豐富，對其能源回收再利用具有重要意義。 焚燒、熱解及氣化等熱化學轉化技術是處理有機固體廢棄物的有效方法之一。 熱解、氣化技術是固體廢棄物熱化學轉化的主要方法。其原理是將有機固體廢 棄物在氣化介質(zhì)(空氣、氧氣、水蒸氣及其混合物)的參與下(熱解是在無氧 條件下)，通過熱化學的方法轉化為可燃氣體、焦油以及焦碳的過程，已經(jīng)成為 當前發(fā)展最為迅速的能源化利用技術之一。按照爐型分類主要有固定床、流化 床、鼓泡床等。但是在有機固體廢棄物的熱解、氣化等熱化學轉化過程中存在很多問題， 其主要表現(xiàn)為產(chǎn)生的可燃氣體熱值較低，可燃氣體中焦油和焦碳含量較高等問 題。燃氣熱值較低導致燃氣的高值利用降低，不能作為燃料大規(guī)模應用于工業(yè)生產(chǎn)、汽輪機、內(nèi)燃機等設備；而產(chǎn)生的焦油是一種大分子烴類有機物，低溫 時(200 °C以下)易凝結為液體或固體，易與水、灰以及碳黑結合形成固體粘狀或塊狀物，給過程設備、內(nèi)燃機和汽輪機的運行帶來嚴重問題。目前對焦油的解決方法主要有兩種 一是水洗脫除焦油方法。這種方法通 過將氣化、熱解產(chǎn)生的可燃氣體通過水溶液達到清除的目的，雖然對可燃氣體 的凈化有一定效果，但是造成了嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。二是焦油的催化 裂解方法。這種方法是利用不同的催化劑對焦油進行催化裂解達到消除焦油的 目的。這種方法具有處理成本低，清潔無污染以及改善可燃氣體產(chǎn)率和燃氣熱 值的優(yōu)點。但是，其存在的問題是燃氣中的焦油和碳黑對催化劑的表面覆蓋能 力較強，造成了催化劑活性喪失較快，催化效率下降等問題。近年來，雖然有 的學者利用貴金屬作為催化劑對焦油清除效果能有一定改善，但催化劑昂貴的 價格造成了生產(chǎn)成本的增加。另外由于實際的熱解、氣化產(chǎn)生的粗可燃氣體中 含帶有大量的碳黑，這些碳黑對催化劑表面具有較強的吸附性，而催化劑本身 對碳黑沒有清除功能，這就大大影響了催化劑的催化性能和催化效果。當前使 用的催化劑，在形態(tài)上絕大多數(shù)為顆粒狀或者粉體狀催化劑，這些催化劑比表 面積小，對環(huán)境要求高，分散不緊湊等問題，其受工藝條件以及催化效率的限 制，催化劑的實用性受到較大的限制。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供了一種超絕熱部分氧化焦油焦碳清除及氣體重整方法與 裝置。解決了基于多孔陶瓷重整催化的，廣泛應用于氣化、熱解熱化學轉化過 程的焦油、焦碳清除及可燃氣體重整方法和裝置。本發(fā)明的技術方案包括多孔陶瓷催化劑的制備方法和焦油焦碳清除方法及 裝置，以下分別敘述兩種方案的具體步驟。 方案一本發(fā)明的多孔陶瓷催化劑的制備方法主要有兩種(1) 在多孔陶瓷的最初生產(chǎn)加工過程中，通過在多孔陶瓷的基本組成成分，如 氧化鋁、堇青石或碳化硅中添加不同比例的金屬或金屬氧化物，如NiO、CeO、 MgO、 CaO、 ZnO、 Fe203、 Co、 Pt、 Rh、 Ru或Pd，從而實現(xiàn)對陶 瓷催化性能的改性，然后通過對多孔陶瓷進行燒制，制成具有催化劑性能 的多孔陶瓷體；(2) 以普通的商業(yè)多孔陶瓷作為催化劑載體，將多孔陶瓷浸泡于不同金屬鹽化 合物溶液中，如硝酸鹽化合物、碳酸鹽化合物、硫酸鹽化合物等，并對其 進行干燥處理，然后再將其在400-1200。C溫度下進行煅燒，從而達到將金 屬的氧化物均勻涂敷于多孔陶瓷空隙內(nèi)壁面以及陶瓷外表面上的目的，實 現(xiàn)多孔陶瓷的催化劑功用。方案二不同熱化學轉化過程中的焦油焦碳清除方法及裝置。從不同熱解、氣化反應爐排出的熱解、氣化可燃氣體，直接進入超絕熱部 分氧化清除焦油、焦碳裝置。該裝置為一段帶有噴嘴的多孔陶瓷重整裝置，熱 解、氣化氣體在通過多孔陶瓷體前，在多孔陶瓷前端或者陶瓷體內(nèi)部進行部分 燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫對多孔陶瓷體進行加熱，由于多孔陶瓷本身特有的蓄熱 性，充分吸收反應放出的熱量，通過熱電偶的溫度監(jiān)控，自動調(diào)解空氣、氧氣、 水蒸氣或者由這些氣體所組成的混合氣的供給量；由于供給的空氣或者氧氣量 很少，在高溫及氧化的條件下，局部形成一個高溫燃燒區(qū)，在氣體通過多孔陶 瓷體的過程中，實現(xiàn)多孔陶瓷體的蓄熱，使多孔陶瓷體的溫度保持恒定，溫度 恒定在500-1200 。C。以普通的商用多孔陶瓷或者以所述的多孔陶瓷催化劑為焦油催化裂解重整 載體，在500-1200 。C的溫度下，含有焦油的熱解、氣化氣體通過上述多孔陶瓷部分氧化高溫和催化作用下被裂解，焦油中的大分子碳氫化合物被迅速分解，形成H2、 CO、 C02、 CH4、 H20以及其它C2-C3氣體；通過設置于多孔陶瓷前端或多孔陶瓷體內(nèi)部的噴嘴，將氧氣或空氣輸入氣化、熱解 氣中，可燃氣體在流經(jīng)多孔陶瓷的過程中發(fā)生部分燃燒，多孔陶瓷體被加熱,可燃氣體中含有的焦碳被氧化為CO和C02;被多孔陶瓷中的細孔捕獲的焦油和焦碳附著于多孔陶瓷孔隙內(nèi)壁面，被多孔陶瓷管腔捕獲的焦油和焦碳在高溫陶瓷體的微小管徑中被氧化、分解，生成H2、 CO、 C02、 CH4， H20以及小分子碳 氫化合物等氣體，從而達到對焦油和焦碳脫除的目的。熱解、氣化產(chǎn)生的可燃氣體與氧氣、空氣、水蒸氣以及由這些氣體組成的 混合氣進行接觸反應，10-30%可燃氣體經(jīng)過氧化反應被消耗用以保持陶瓷體熱 量的穩(wěn)定，剩余70-90%可燃氣體以及氧化產(chǎn)物在水蒸氣的作用下發(fā)生重整反應， 可燃氣體中的烷烴類氣體成分在水蒸氣以及多孔陶瓷體催化劑的作用下，在多 孔陶瓷內(nèi)部發(fā)生重整反應生成H2、 CO、 C02和CH4。本發(fā)明的效果和益處是多孔陶瓷催化劑具有結構緊湊，安全高效，環(huán)境 友好，催化效率高、反應選擇性顯著，以及良好的蓄熱性，較大的比表面積， 焦油焦碳脫除率高等優(yōu)點。通過清除多孔陶瓷表面附著的焦油和焦碳，解決了 因焦油、焦碳吸附于多孔陶瓷表面而造成多孔陶瓷催化劑的催化性能下降的問 題，從而大大延長催化劑壽命，增強催化效果。


附圖是超絕熱部分氧化焦油焦碳清除及可燃氣體重整裝置示意圖。 圖中1熱解、氣化產(chǎn)氣；2進氣口管；3點火裝置；4保溫層；5普通 多孔陶瓷或多孔陶瓷催化劑；6耐火材料爐管；7出氣口管；8出口可燃氣流； 9氧氣或者重整介質(zhì)氣源；IO調(diào)節(jié)閥；ll氣體流量計；12燃燒噴嘴；13熱電偶；14溫度控制器；15不銹鋼管。
具體實施方式
以下結合技術方案和附圖詳細說明本發(fā)明的一種超絕熱部分氧化焦油焦碳 清除及可燃氣體重整裝置。本發(fā)明的超絕熱部分氧化焦油焦碳清除及可燃氣體重整裝置由普通多孔陶瓷體或由多孔陶瓷催化劑為不銹鋼管15的填充物、氣源供應裝置以及耐火材料 爐管裝置組成。不銹鋼管15內(nèi)置于耐火材料爐管6中，耐火材料爐管6外層由 保溫層4包裹保溫，將以普通多孔陶瓷或多孔陶瓷催化劑5作為填充物放置于 不銹鋼管15管道內(nèi)。在多孔陶瓷前端或者內(nèi)部設置一個燃燒噴嘴12，氧氣或者 重整介質(zhì)氣源9通過這個噴嘴進入不銹鋼管15內(nèi)；在噴嘴前端帶有一個用于啟 動反應的點火裝置3，在噴嘴附近處以及多孔陶瓷內(nèi)部各設置一只熱電偶13， 熱電偶與溫度控制器14連接；氧氣或者重整介質(zhì)氣源9的供氣量以及控制系統(tǒng) 由氣體流量計11和調(diào)節(jié)閥10組成；進氣口管2與產(chǎn)氣裝置連接，出氣口管7 與可燃氣體出口管道連接。根據(jù)溫度控制儀顯示的部分燃燒溫度自動調(diào)節(jié)氧氣加入量，保持多孔陶瓷 體溫度穩(wěn)定于在500-1200 °C范圍之間的某一溫度。多孔陶瓷或者多孔陶瓷催化 劑可耐受1400 °C以上的高溫。反應啟動時采用電子打火。整個重整器應具有良 好的保溫性能，防止熱量損失造成重整溫度下降。
權利要求
1.一種超絕熱部分氧化焦油焦碳清除及氣體重整方法，其中焦油焦碳清除以及可燃氣體重整多孔陶瓷催化劑的制備方法，其特征在于a)在多孔陶瓷的最初生產(chǎn)加工過程中，通過在多孔陶瓷的基本組成成分，如氧化鋁、堇青石或碳化硅中添加不同比例的金屬或金屬氧化物，如NiO、CeO、MgO、CaO、ZnO、Fe2O3、Co、Pt、Rh、Ru或Pd，從而實現(xiàn)對陶瓷催化性能的改性，然后通過對多孔陶瓷進行燒制，制成具有催化劑性能的多孔陶瓷體；b)以普通的商業(yè)多孔陶瓷作為催化劑載體，將多孔陶瓷浸泡于不同金屬鹽化合物溶液中，如硝酸鹽化合物、碳酸鹽化合物、硫酸鹽化合物，并對其進行干燥處理，然后再將其在400-1200℃溫度下進行煅燒，從而達到將金屬的氧化物均勻涂敷于多孔陶瓷空隙內(nèi)壁面以及陶瓷外表面上的目的，實現(xiàn)多孔陶瓷的催化劑功用。
2. —種超絕熱部分氧化焦油焦碳清除及氣體重整方法，其特征在于c) 以普通的商用多孔陶瓷或者以所述的多孔陶瓷催化劑為焦油催化裂解 重整載體，在500-1200 。C的溫度下，含有焦油的熱解、氣化氣體通過上述多 孔陶瓷體，氣體中的焦油在高溫和催化作用下被裂解，焦油中的大分子碳氫化 合物被迅速分解，形成H2、 CO、 C02、 CH4、 H20以及C2-CV氣體；d) 以普通的商ffl多孔陶瓷或者以所述的多孔陶瓷催化劑為重整載體，在 500-1200 °C的溫度下，含有焦碳的熱解、氣化氣體通過上述多孔陶瓷體，通 過設置在多孔陶瓷前端或多孔陶瓷體內(nèi)部的噴嘴，將氧氣或空氣輸入氣化、熱 解氣中，可燃氣休在流經(jīng)多孔陶瓷的過程中發(fā)生部分燃燒，多孔陶瓷體被加熱, 可燃氣體中含有的焦碳被氧化為CO和C02。
3. —種超絕熱部分氧化焦油焦碳清除及氣體重整方法，其特征在于熱解、 氣化產(chǎn)生的可燃氣體與氧氣、空氣、水蒸氣以及由這些氣體組成的混合氣進行接觸反應，10-30%可燃氣體經(jīng)過氧化反應被消耗用以保持陶瓷體熱量的穩(wěn)定， 剩余70-90%可燃氣體以及氧化產(chǎn)物在水蒸氣的作用下發(fā)生重整反應，可燃氣體中的烷烴類氣體成分在水蒸氣以及多孔陶瓷體催化劑的作用下，在多孔陶瓷內(nèi)部發(fā)生重整反應生成H2、 CO、 C02和CH4。
4. 一種超絕熱部分氧化焦油、焦碳清除及可燃氣體重整裝置，其特征在于 裝置由普通多孔陶瓷體或多孔陶瓷催化劑為不銹鋼管(15)的填充物、氣源供 應裝置以及耐火材料爐管裝置組成；不銹鋼管(15)內(nèi)置于耐火材料爐管(6) 中，耐火材料爐管(6)外層由保溫層(4)包裹保溫，將以普通多孔陶瓷或多 孔陶瓷催化劑(5)作為填充物放置于不銹鋼管(15)管道內(nèi)；在多孔陶瓷前端 或者內(nèi)部設置一個燃燒噴嘴(12)，氧氣或者重整介質(zhì)氣源(9)通過這個噴嘴 進入不銹鋼鋼管內(nèi)；在噴嘴前端帶有一個用于啟動反應的點火裝置(3)，在噴 嘴附近處以及多孔陶瓷內(nèi)部各設置一只熱電偶(13)，熱電偶與溫度控制器(14) 連接；氧氣或者重整介質(zhì)氣源(9)的供氣量以及控制系統(tǒng)由氣體流量計(11) 和調(diào)節(jié)閥(10)組成；進氣口管(2)與產(chǎn)氣裝置連接，出氣口管(7)與可燃 氣體出口管道連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱解及氣化過程中焦油焦碳的清除方法及可燃氣體重整方法與裝置。其特征是熱解、氣化氣體進入一段帶有噴嘴的多孔陶瓷超絕熱部分氧化清除焦油、焦碳裝置，在多孔陶瓷前端或者陶瓷體內(nèi)部進行部分燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫對多孔陶瓷體進行蓄熱。在這個過程中，可燃氣體中的焦油在多孔陶瓷的超絕熱環(huán)境中被裂解形成小分子氣體；可燃氣體中的烷烴類氣體成分在多孔陶瓷內(nèi)部發(fā)生重整反應。焦碳在多孔陶瓷中被完全氧化，從而達到清除焦碳的目的。本發(fā)明的效果和益處是多孔陶瓷或者多孔陶瓷催化劑表面無焦油和焦碳附著，不會發(fā)生因焦碳以及焦油的附著而失活的現(xiàn)象，重整后氣體的中焦油和焦碳含量幾乎為零，燃氣熱值提高。
文檔編號B01J35/00GK101328423SQ20081001260
公開日2008年12月24日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權日2008年8月1日
發(fā)明者李愛民, 高寧博 申請人:大連理工大學