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一種連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置及方法

文檔序號:5121572閱讀:314來源:國知局
一種連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料能源化的【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置及方法。本發(fā)明裝置由雙閥門密閉進料裝置、一級螺旋輸送電機、一段中溫?zé)峤鉅t、雙閥門出料裝置、二級螺旋輸送電機、二段高溫催化熱解爐、催化劑模塊、氣液分離器、水冷凝器、水洗箱、引風(fēng)機、凈化器、氣體儲存箱構(gòu)成。本發(fā)明方法通過中溫?zé)峤鈱⒑杏袡C質(zhì)的反應(yīng)原料轉(zhuǎn)化為生物炭和粗燃氣,再通過高溫催化重整將粗燃氣轉(zhuǎn)化為合成氣,解決熱解液的利用和危害,減少燃氣凈化投資和二次污染。本發(fā)明利用含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料自身熱解產(chǎn)生的水、CO2、有機質(zhì)之間發(fā)生重整反應(yīng)生成合成氣,解決熱解液的能量利用及危害問題,減少燃氣凈化投資和二次污染。
【專利說明】一種連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料能源化的【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種連續(xù)式二段 催化熱解制合成氣的裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料中的有機質(zhì)在低中溫?zé)峤膺^程中主要轉(zhuǎn)化為具有一定能 量的液相燃料,其是由數(shù)百種有機物組成的復(fù)雜混合物質(zhì)。熱解產(chǎn)生的這種液體燃料含氧 量高、含水量高,熱值約為石油制品的50%左右,而且穩(wěn)定性不好,難以作為燃料直接利用。 同時,這種焦油是一種酸性粘稠液體物質(zhì),在實際工程運行中,極易附著在管道和設(shè)備內(nèi) 壁,造成管路的堵塞和設(shè)備的腐蝕,影響系統(tǒng)的正常運行,甚至?xí)斐煽扇夹詺怏w泄漏污染 現(xiàn)場環(huán)境或氣體不能及時排出發(fā)生爆炸危險事故。另外,由于城市污泥中含有大量N、S元 素組成的有機物,產(chǎn)生的熱解液具有難聞的刺激性氣味,給現(xiàn)場環(huán)境造成污染??偟膩碚f, 生物質(zhì)廢物熱解產(chǎn)生的熱解液在品質(zhì)上與實際使用的石油還存在較大差距,目前還不能稱 為真正意義上的液體燃料。但熱解焦油中含有大量的大分子烴類化合物,是一種有用的寶 貴能源。
[0003] 目前,對生物油精制研究還存在許多的問題和瓶頸,把這種含有有機質(zhì)的反應(yīng)原 料熱解液提煉為真正意義上的液體石油進行產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用,還需要一定的距離。同時生物 質(zhì)廢物熱解對設(shè)備的要求比較嚴格,同時在高溫?zé)峤膺^程中容易產(chǎn)生熔融狀態(tài),對設(shè)備和 工況的運行造成一定的影響。同時高溫?zé)峤庖惨捉档凸滔喈a(chǎn)物的利用特性以及產(chǎn)生的揮發(fā) 性產(chǎn)物中會含有更多的污染性物質(zhì)如污泥中的重金屬,造成后續(xù)處理的難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述存在的問題,促進含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料熱解技術(shù)的應(yīng)用推廣,本 發(fā)明提供了一種連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置及方法,首先通過中溫?zé)峤鈱⒑杏?機質(zhì)的反應(yīng)原料轉(zhuǎn)化為固相產(chǎn)物和粗燃氣(非冷凝性和冷凝性混合氣體),再通過高溫催 化重整將粗燃氣轉(zhuǎn)化為合成氣,解決熱解液的利用和危害,減少燃氣凈化投資和二次污染。
[0005] -種連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置,其中雙閥門密閉進料裝置、一段中溫 熱解爐、二段高溫催化熱解爐、氣液分離器、水冷凝器、水洗箱、引風(fēng)機、凈化器和氣體儲存 箱順次相連;一段中溫?zé)峤鉅t分別與一級螺旋輸送電機和雙閥門出料裝置相連;一段中溫 熱解爐通過二級螺旋輸送電機與二段高溫催化熱解爐相連;二段高溫催化熱解爐內(nèi)設(shè)置催 化劑模塊。
[0006] 所述一段中溫?zé)峤鉅t采用管道熱解爐,物料依靠螺旋輸送。
[0007] 所述催化劑模塊采用Ni-分子篩復(fù)合催化劑。
[0008] -種使用連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置制備合成氣的方法,包括如下步 驟:
[0009] a.將含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料通過連續(xù)密閉輸送裝置輸送入一段中溫?zé)峤鉅t進行 中溫?zé)o氧熱解,得到氣相產(chǎn)物(冷凝性和非冷性氣體)及固相產(chǎn)物;
[0010] b.將步驟a中所得固相產(chǎn)物外排作為土壤改良劑,而氣相產(chǎn)物直接通入填充有催 化劑的二段高溫催化熱解爐,氣相產(chǎn)物中的CO2、水蒸氣與有機質(zhì)在催化劑表面發(fā)生干式或 濕式重整反應(yīng)轉(zhuǎn)化為合成氣。
[0011] 所述含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料為城市垃圾、污水污泥和秸桿中的一種或多種。
[0012] 所述步驟a中一段中溫?zé)峤鉅t溫度為450°C?550°C。
[0013] 所述步驟b中二段高溫催化熱解爐的溫度為800°C?1000°C。
[0014] 所述催化劑為Ni-分子篩復(fù)合催化劑。
[0015] 所述合成氣為H2和CO。
[0016] 本發(fā)明固相的進出料采用雙閥門密閉裝置,滿足工藝的連續(xù)進料和密閉的雙重要 求。
[0017] 本發(fā)明所得合成氣經(jīng)過氣液分離、冷凝、堿洗、干燥等系列的凈化裝置,達到較純 凈的合成氣組分。
[0018] 本發(fā)明的有益效果為:
[0019] 本發(fā)明利用含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料自身熱解產(chǎn)生的水、C02、有機質(zhì)之間發(fā)生重整 反應(yīng)生成合成氣,解決熱解液的能量利用及危害問題,減少燃氣凈化投資和二次污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明城市污泥中溫?zé)峤獾娜喈a(chǎn)率隨熱解溫度的變化曲線;
[0021] 圖2為本發(fā)明不同催化劑對城市污泥二段催化熱解的氣體組分含量圖;
[0022] 圖3為本發(fā)明連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置結(jié)構(gòu)示意圖;
[0023] 圖中標號:1_雙閥門密閉進料裝置、2--級螺旋輸送電機、3--段中溫?zé)峤鉅t、 4_雙閥門出料裝置、5-二級螺旋輸送電機、6-二段高溫催化熱解爐、7-催化劑模塊、8-氣液 分離器、9-水冷凝器、10-水洗箱、11-引風(fēng)機、12-凈化器、13-氣體儲存箱。

【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明提供了一種連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置及方法,下面結(jié)合附圖和

【具體實施方式】對本發(fā)明的具體技術(shù)方法和裝置進行詳細、完整的描述說明,所描述的具體 實施方式僅是本發(fā)明的部分事例,而不是全部實例。本領(lǐng)域技術(shù)人員沒有做出創(chuàng)造性勞動 前提下所獲得的所有其他實例,都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0025] -種連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置,雙閥門密閉進料裝置1、一段中溫?zé)峤?爐3、二段高溫催化熱解爐6、氣液分離器8、水冷凝器9、水洗箱10、引風(fēng)機11、凈化器12和 氣體儲存箱13順次相連;一段中溫?zé)峤鉅t3分別與一級螺旋輸送電機2和雙閥門出料裝置 4相連;一段中溫?zé)峤鉅t3通過二級螺旋輸送電機5與二段高溫催化熱解爐6相連;二段高 溫催化熱解爐6內(nèi)設(shè)置催化劑模塊7。
[0026] 所述一段中溫?zé)峤鉅t3采用管道熱解爐,物料依靠螺旋輸送。
[0027] 所述催化劑模塊7采用Ni-分子篩復(fù)合催化劑。
[0028] 本發(fā)明提供了 一種連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置及方法,可以實現(xiàn)密閉狀 態(tài)下連續(xù)進出料,把含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料中的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化合成氣和生物炭,圖3所示為 本發(fā)明連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置結(jié)構(gòu)示意圖,本發(fā)明制備合成氣方法的主要步 驟為:
[0029] 1)取Ni-分子篩復(fù)合催化劑,適量填充在二段高溫催化熱解爐6內(nèi),調(diào)節(jié)使二段高 溫催化熱解爐6處于優(yōu)化后的穩(wěn)定狀態(tài);
[0030] 2)當一段中溫?zé)峤鉅t3溫度達到450°C?550°C及二段高溫催化熱解爐6爐溫到 800°C?900°C時,取干化含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料(含水率10%?20%)進入雙閥門密閉進 料裝置1的進料箱;
[0031] 3)打開進料箱的上端閥門,含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料進入進料儲備箱,打開下端閥 門,關(guān)閉上端閥門,保證進料箱處于密封狀態(tài);
[0032] 4)通過調(diào)節(jié)溫控儀和輸送電機,控制一段中溫?zé)峤鉅t3的爐溫處于中溫狀態(tài) (<600°C )和合適的物料停留時間,如城市污泥的一段中溫?zé)峤鉁囟仍?50°C?550°C,停留 時間為30min?40min ;
[0033] 5) -段中溫?zé)峤鉅t3內(nèi)的固相產(chǎn)物通過雙閥門的方式在密閉狀態(tài)下直接排出,進 入冷卻水體后儲存作為生物炭;
[0034] 6) -段中溫?zé)峤猱a(chǎn)生的熱解氣體(冷凝和非冷凝性氣體)直接進入二段高溫催化 熱解爐6,通過二段溫控儀控制二段高溫催化熱解爐6爐溫在800°C?900°C ;
[0035] 7)通過調(diào)節(jié)含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料含水率,使一段中溫?zé)峤猱a(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物中 的水蒸氣、CO 2和有機質(zhì)的比例適合重整為所需要的合成氣;
[0036] 8)二段催化熱解產(chǎn)生的合成氣通過氣液分離器8、水冷凝器9、水洗箱10、引風(fēng)機 11、凈化器12進入氣體儲存箱13 ;
[0037] 9)以城市污泥作為物料為例,取含水率10%左右的干化污泥,干化污泥在一段中 溫?zé)峤鉅t3內(nèi)的在不同溫度下的三相產(chǎn)物產(chǎn)出率的變化如圖2,城市污泥中溫?zé)峤鉁囟仍?450°C?550°C,揮發(fā)性產(chǎn)物達到最大值,固相產(chǎn)物產(chǎn)率基本穩(wěn)定;
[0038] 10)城市污泥中溫?zé)峤鈸]發(fā)性產(chǎn)物在二段高溫催化熱解爐6爐溫為900°C,不同催 化劑作用下,產(chǎn)生的合成氣的比例不同,以Ni-分子篩復(fù)合催化劑的催化效果較好,見圖2 及表2 ;
[0039] 表2不同催化劑的城市污泥二段催化熱解的氣體組分數(shù)據(jù)表

【權(quán)利要求】
1. 一種連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置,其特征在于:雙閥門密閉進料裝置(1)、 一段中溫?zé)峤鉅t(3)、二段高溫催化熱解爐¢)、氣液分離器(8)、水冷凝器(9)、水洗箱 (10)、引風(fēng)機(11)、凈化器(12)和氣體儲存箱(13)順次相連;一段中溫?zé)峤鉅t⑶分別與 一級螺旋輸送電機(2)和雙閥門出料裝置(4)相連;一段中溫?zé)峤鉅t(3)通過二級螺旋輸 送電機(5)與二段高溫催化熱解爐(6)相連;二段高溫催化熱解爐(6)內(nèi)設(shè)置催化劑模塊 ⑵。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置,其特征在于:所 述一段中溫?zé)峤鉅t(3)采用管道熱解爐。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的裝置,其特征在于:所 述催化劑模塊(7)采用Ni-分子篩復(fù)合催化劑。
4. 一種使用權(quán)利要求1?3任意一項權(quán)利要求所述的連續(xù)式二段催化熱解制合成氣的 裝置制備合成氣的方法,其特征在于,包括如下步驟: a. 將含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料通過連續(xù)密閉輸送裝置輸送入一段中溫?zé)峤鉅t(3)進行 中溫?zé)o氧熱解,得到氣相產(chǎn)物及固相產(chǎn)物; b. 將步驟a中所得氣相產(chǎn)物直接通入填充有催化劑的二段高溫催化熱解爐¢),氣相 產(chǎn)物中的C02、水蒸氣與有機質(zhì)在催化劑表面發(fā)生干式或濕式重整反應(yīng)轉(zhuǎn)化為合成氣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于:所述含有有機質(zhì)的反應(yīng)原料為城市垃圾、 污水污泥和秸桿中的一種或多種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于:所述步驟a中一段中溫?zé)峤鉅t(3)溫度 為 450°C?550°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于:所述步驟b中二段高溫催化熱解爐(6)的 溫度為800°C?1000°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于:所述催化劑為Ni-分子篩復(fù)合催化劑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于:所述合成氣為H2和CO。
【文檔編號】C10B53/02GK104388105SQ201410637783
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】王凱軍, 常風(fēng)民, 林華, 汪翠萍 申請人:清華大學(xué)
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