技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的裝置及轉(zhuǎn)化方法，屬于生物質(zhì)資源利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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生物質(zhì)氣化制取合成氣或富氫氣體是生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化利用的重要途徑之一，目前實(shí)際應(yīng)用中面臨的關(guān)鍵問(wèn)題是氣體產(chǎn)物中存在焦油容易導(dǎo)致管路堵塞，影響下游設(shè)備的正常運(yùn)行，而且降低了生物質(zhì)的有效利用率。

目前焦油脫除凈化的主要技術(shù)有物理方法和化學(xué)方法。物理方法主要包括氣體濕法洗滌，氣體干法過(guò)濾和靜電去除等。濕法水洗或者液體吸收劑脫除焦油雖然去除能力較好，但是凈化過(guò)程不僅浪費(fèi)水資源，而且容易帶來(lái)二次污染；氣體干法過(guò)濾通常采用活性炭，泡沫陶瓷等吸附劑，但是長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致堵塞，難以再生等問(wèn)題；靜電去除也存在類似的問(wèn)題?；瘜W(xué)方法則主要是采用催化裂解和催化重整方法，但是通常反應(yīng)溫度高，催化劑易積碳失活。

為了克服生物質(zhì)合成氣中殘存焦油不易脫除凈化的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種新的焦油脫除轉(zhuǎn)化的裝置和方法。不僅能有效去除合成氣中的焦油，而且可回收其中的能量，從而提高生物質(zhì)的利用率，并使吸附劑再生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中焦油脫除困難，吸附劑易堵塞難以再生的問(wèn)題，提出一種生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的裝置及轉(zhuǎn)化方法，將焦油通過(guò)干法吸附進(jìn)行合成氣的凈化，再將焦油原位催化氧化使吸附劑再生，同時(shí)焦油釋放出的能量用于生產(chǎn)水蒸氣，實(shí)現(xiàn)焦油能量的利用。不僅能有效去除合成氣中的焦油，而且可回收其中的能量，從而提高生物質(zhì)的利用率，并使吸附劑再生。

上述的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的裝置，包括焦油脫除反應(yīng)器，所述的焦油脫除反應(yīng)器分別連接合成氣進(jìn)口管路、凈化合成氣出口管路、空氣進(jìn)口管路、煙氣出口管路、冷卻水進(jìn)口管路和冷卻水出口管路，所述的空氣進(jìn)口管路連接空氣預(yù)熱器，所述的焦油脫除反應(yīng)器里面設(shè)置有一組套管式反應(yīng)管，所述的套管式反應(yīng)管由內(nèi)管和外管組成，所述的內(nèi)管連通所述的冷卻水進(jìn)口管路和所述的冷卻水出口管路，所述的外管是氣體可透過(guò)式的過(guò)濾管，過(guò)濾管上負(fù)載有催化焦油氧化的催化劑，所述的內(nèi)管和外管形成的環(huán)形空間連通所述的合成氣進(jìn)口管路、煙氣出口管路。

所述的生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的裝置，所述的焦油脫除反應(yīng)器采用兩個(gè)成對(duì)設(shè)置的第一焦油脫除反應(yīng)器和第二焦油脫除反應(yīng)器，所述的合成氣進(jìn)口管路通過(guò)第一切換閥分別連接所述的第一焦油脫除反應(yīng)器和第二焦油脫除反應(yīng)器，所述的空氣預(yù)熱器通過(guò)第二切換閥分別連接所述的第一焦油脫除反應(yīng)器和第二焦油脫除反應(yīng)器，所述的第一焦油脫除反應(yīng)器的合成氣出口連接第一控制閥，所述的第二焦油脫除反應(yīng)器的合成氣出口連接第二控制閥，所述的第一焦油脫除反應(yīng)器的煙氣出口管路通過(guò)第三切換閥連接所述的空氣預(yù)熱器的煙氣進(jìn)口/出口管路，所述的第二焦油脫除反應(yīng)器的煙氣出口管路通過(guò)第四切換閥連接所述的空氣預(yù)熱器的煙氣進(jìn)口/出口管路。

所述的生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的裝置，所述的外管以活性al2o3、sio2為載體的過(guò)濾管或金屬絲網(wǎng)過(guò)濾管，過(guò)濾管上負(fù)載的催化劑為金屬cu、mn、ni、co以及fe等中的一種或幾種氧化物為活性組分的混合物。

用上述生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的裝置進(jìn)行生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的方法，該方法包括如下步驟：

（1）含有焦油的生物質(zhì)合成氣通入焦油脫除反應(yīng)器，由反應(yīng)管頂部進(jìn)口沿軸向進(jìn)入內(nèi)外套管的環(huán)形空間；

（2）冷卻水由焦油脫除反應(yīng)器的冷卻水進(jìn)口管路進(jìn)入反應(yīng)套管的內(nèi)管，冷卻進(jìn)入的合成氣；環(huán)形空間內(nèi)經(jīng)冷卻的合成氣，側(cè)向流入外側(cè)套管；氣體中冷凝的焦油經(jīng)過(guò)濾管被吸附脫除，凈化后的合成氣通過(guò)合成氣出口管路排出；

（3）當(dāng)過(guò)濾管上的吸附劑飽和，焦油脫除反應(yīng)器的合成氣進(jìn)口和合成氣出口的壓差達(dá)到20kpa~80kpa時(shí)，停止合成氣進(jìn)入；

（4）空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱后，由空氣進(jìn)口管路側(cè)向進(jìn)入焦油脫除反應(yīng)器，與吸附在過(guò)濾管上的焦油在催化劑作用下發(fā)生催化氧化反應(yīng)并放熱，反應(yīng)后生成的煙氣由側(cè)向進(jìn)入套管的環(huán)形空間；

（5）進(jìn)入套管環(huán)形空間的煙氣通過(guò)內(nèi)管冷卻水冷卻，沿軸向流出反應(yīng)管，由煙氣出口管路離開(kāi)焦油脫除反應(yīng)器；

（6）從焦油脫除反應(yīng)器中出來(lái)的煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器加熱進(jìn)口空氣，冷卻后的煙氣從空氣預(yù)熱器中排出；

（7）當(dāng)焦油脫除反應(yīng)器的出口煙氣無(wú)co2氣體時(shí)，重復(fù)上述步驟（1）到步驟（6）。

所述的生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的方法，該方法還包括采用兩個(gè)焦油脫除反應(yīng)器成對(duì)設(shè)計(jì)，使得焦油脫除反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，具體包括如下步驟：

（1）將第一切換閥切換到第一焦油脫除反應(yīng)器通道打開(kāi)，第二焦油脫除反應(yīng)器通道關(guān)閉的位置；第二切換閥切換到通向第二焦油脫除反應(yīng)器的通道打開(kāi)，通向第一焦油脫除反應(yīng)器的通道關(guān)閉的位置；第三切換閥處于排出系統(tǒng)的通道打開(kāi)，通向第一焦油脫除反應(yīng)器通道關(guān)閉；第四切換閥處于排出系統(tǒng)的通道關(guān)閉，通向第二焦油脫除反應(yīng)器的通道打開(kāi)；同時(shí)第一控制閥打開(kāi)，第二控制閥關(guān)閉，第一焦油脫除反應(yīng)器進(jìn)行合成氣中焦油的冷卻、吸附脫除過(guò)程，第二焦油脫除反應(yīng)器進(jìn)行焦油的催化氧化過(guò)程；

（2）當(dāng)經(jīng)過(guò)焦油吸附脫除過(guò)程的第一焦油脫除反應(yīng)器的合成氣進(jìn)口和合成氣出口壓差達(dá)到20kpa~80kpa時(shí)，由壓差信號(hào)控制，同時(shí)轉(zhuǎn)換4個(gè)切換閥通道的打開(kāi)和關(guān)閉位置，和2個(gè)控制閥的打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)使第一焦油脫除反應(yīng)器轉(zhuǎn)換到焦油催化氧化過(guò)程，而第二焦油脫除反應(yīng)器轉(zhuǎn)換到焦油吸附脫除過(guò)程，第一焦油脫除反應(yīng)器和第二焦油脫除反應(yīng)器周期性交替進(jìn)行上述過(guò)程。

所述的生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的方法，所述的焦油脫除反應(yīng)器進(jìn)行合成氣焦油脫除吸附過(guò)程時(shí)，凈化合成氣出口溫度控制在50℃以下；所述的焦油脫除反應(yīng)器進(jìn)行焦油催化氧化過(guò)程時(shí)，煙氣出口溫度控制在400-600℃之間。

所述的生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的方法，所述的從焦油脫除反應(yīng)器中出來(lái)的煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器加熱進(jìn)口空氣，冷卻后的煙氣從空氣預(yù)熱器中排出后繼續(xù)加熱給水，將煙氣溫度控制在100℃以下。

所述的生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的方法，所述的空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱的溫度在300~600℃。

有益效果：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明將生物質(zhì)合成氣通過(guò)干法吸附方式對(duì)焦油進(jìn)行脫除，當(dāng)吸附劑飽和后，利用吸附劑上負(fù)載的催化劑，在吸附劑上原位催化焦油氧化，將焦油轉(zhuǎn)化為co2和h2o并釋放能量，同時(shí)使吸附劑獲得再生，釋放的能量可加熱給水，為系統(tǒng)或系統(tǒng)外部提供水蒸氣。

本發(fā)明采用的金屬氧化物催化劑，可使焦油在較低溫度下氧化，并避免焦油高溫裂解導(dǎo)致的催化劑積碳失活。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明采用兩個(gè)成對(duì)設(shè)置的第一焦油脫除反應(yīng)器和第二焦油脫除反應(yīng)器時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中標(biāo)號(hào)為：1、第一焦油脫除反應(yīng)器；2、第二焦油脫除反應(yīng)器；3、空氣預(yù)熱器；4、第一切換閥；5、第二切換閥；6、第三切換閥；7、第四切換閥；8、第一控制閥；9、第二控制閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1：

一種生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的裝置，包括焦油脫除反應(yīng)器，所述的焦油脫除反應(yīng)器分別連接合成氣進(jìn)口管路、凈化合成氣出口管路、空氣進(jìn)口管路、煙氣出口管路、冷卻水進(jìn)口管路和冷卻水出口管路，所述的空氣進(jìn)口管路連接空氣預(yù)熱器，所述的焦油脫除反應(yīng)器里面設(shè)置有一組套管式反應(yīng)管，所述的套管式反應(yīng)管由內(nèi)管和外管組成，所述的內(nèi)管連通所述的冷卻水進(jìn)口管路和所述的冷卻水出口管路，所述的外管是氣體可透過(guò)式的過(guò)濾管，過(guò)濾管上負(fù)載有催化焦油氧化的催化劑，所述的內(nèi)管和外管形成的環(huán)形空間連通所述的合成氣進(jìn)口管路、煙氣出口管路。

所述的生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的裝置，所述的外管以活性al2o3、sio2為載體的過(guò)濾管或金屬絲網(wǎng)過(guò)濾管，過(guò)濾管上負(fù)載的催化劑為金屬cu、mn、ni、co以及fe等中的一種或幾種氧化物為活性組分的混合物。

用上述生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的裝置進(jìn)行生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的方法，該方法包括如下步驟：

（1）含有焦油的生物質(zhì)合成氣通入焦油脫除反應(yīng)器，由反應(yīng)管頂部進(jìn)口沿軸向進(jìn)入內(nèi)外套管的環(huán)形空間；

（2）冷卻水由焦油脫除反應(yīng)器的冷卻水進(jìn)口管路進(jìn)入反應(yīng)套管的內(nèi)管，冷卻進(jìn)入的合成氣；環(huán)形空間內(nèi)經(jīng)冷卻的合成氣，側(cè)向流入外側(cè)套管；氣體中冷凝的焦油經(jīng)過(guò)濾管被吸附脫除，凈化后的合成氣通過(guò)合成氣出口管路排出；

（3）當(dāng)焦油脫除反應(yīng)器的合成氣進(jìn)口和合成氣出口的壓差達(dá)到20kpa~80kpa時(shí)，停止合成氣進(jìn)入；

（4）空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱后，由空氣進(jìn)口管路側(cè)向進(jìn)入焦油脫除反應(yīng)器，與吸附在過(guò)濾管上的焦油在催化劑作用下發(fā)生催化氧化反應(yīng)并放熱，反應(yīng)后生成的煙氣由側(cè)向進(jìn)入套管的環(huán)形空間；

（5）進(jìn)入套管環(huán)形空間的煙氣通過(guò)內(nèi)管冷卻水冷卻，沿軸向流出反應(yīng)管，由煙氣出口管路離開(kāi)焦油脫除反應(yīng)器；

（6）從焦油脫除反應(yīng)器中出來(lái)的煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器加熱進(jìn)口空氣，冷卻后的煙氣從空氣預(yù)熱器中排出；

（7）當(dāng)焦油脫除反應(yīng)器的出口煙氣無(wú)co2氣體時(shí)，重復(fù)上述步驟（1）到步驟（6）。

所述的生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的方法，所述的焦油脫除反應(yīng)器進(jìn)行合成氣焦油脫除吸附過(guò)程時(shí)，凈化合成氣出口溫度控制在50℃以下；所述的焦油脫除反應(yīng)器進(jìn)行焦油催化氧化過(guò)程時(shí)，煙氣出口溫度控制在400-600℃之間。

所述的生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的方法，所述的從焦油脫除反應(yīng)器中出來(lái)的煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器加熱進(jìn)口空氣，冷卻后的煙氣從空氣預(yù)熱器中排出后繼續(xù)加熱給水，將煙氣溫度控制在100℃以下。

所述的生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的方法，所述的空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱的溫度在300~600℃。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于：本實(shí)施例中所述的生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的裝置，所述的焦油脫除反應(yīng)器采用兩個(gè)成對(duì)設(shè)置的第一焦油脫除反應(yīng)器1和第二焦油脫除反應(yīng)器2，第一焦油脫除反應(yīng)器1的合成氣進(jìn)口1-a和第二焦油脫除反應(yīng)器2的合成氣進(jìn)口2-a通過(guò)帶有第一切換閥的合成氣進(jìn)口管路連接，第一焦油脫除反應(yīng)器1的空氣進(jìn)口2-a和第二焦油脫除反應(yīng)器2的空氣進(jìn)口2-b通過(guò)帶有第二切換閥的空氣進(jìn)口管路連接；第一焦油脫除反應(yīng)器1的合成氣出口1-c連接第一控制閥，第二焦油脫除反應(yīng)器2的合成氣出口2-c連接第二控制閥；第一焦油脫除反應(yīng)器1的煙氣出口1-d連接第三切換閥，第二焦油脫除反應(yīng)器2的煙氣出口2-d連接第四切換閥；第二切換閥的進(jìn)口與空氣預(yù)熱器空氣出口3-b連接，空氣預(yù)熱器的煙氣進(jìn)口/出口3-c與第三切換閥連接，空氣預(yù)熱器的煙氣進(jìn)口/出口3-d與第四切換閥連接。

所述的合成氣進(jìn)口管路通過(guò)第一切換閥分別連接所述的第一焦油脫除反應(yīng)器和第二焦油脫除反應(yīng)器，所述的空氣預(yù)熱器通過(guò)第二切換閥分別連接所述的第一焦油脫除反應(yīng)器和第二焦油脫除反應(yīng)器，所述的第一焦油脫除反應(yīng)器的合成氣出口連接第一控制閥，所述的第二焦油脫除反應(yīng)器的合成氣出口連接第二控制閥，所述的第一焦油脫除反應(yīng)器的煙氣出口管路通過(guò)第三切換閥連接所述的空氣預(yù)熱器的煙氣進(jìn)口管路，所述的第二焦油脫除反應(yīng)器的煙氣出口管路通過(guò)第四切換閥連接所述的空氣預(yù)熱器的煙氣進(jìn)口管路。

所述的生物質(zhì)合成氣中焦油脫除轉(zhuǎn)化的方法，該方法包括采用兩個(gè)焦油脫除反應(yīng)器成對(duì)設(shè)計(jì)，使得焦油脫除反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，具體包括如下步驟：

（1）將第一切換閥切換到第一焦油脫除反應(yīng)器通道打開(kāi)，第二焦油脫除反應(yīng)器通道關(guān)閉的位置；第二切換閥切換到通向第二焦油脫除反應(yīng)器的通道打開(kāi)，通向第一焦油脫除反應(yīng)器的通道關(guān)閉的位置；第三切換閥處于排出系統(tǒng)的通道打開(kāi)，通向第一焦油脫除反應(yīng)器通道關(guān)閉；第四切換閥處于排出系統(tǒng)的通道關(guān)閉，通向第二焦油脫除反應(yīng)器的通道打開(kāi)；同時(shí)第一控制閥打開(kāi)，第二控制閥關(guān)閉，第一焦油脫除反應(yīng)器進(jìn)行合成氣中焦油的冷卻、吸附脫除過(guò)程，第二焦油脫除反應(yīng)器進(jìn)行焦油的催化氧化過(guò)程；

（2）當(dāng)經(jīng)過(guò)焦油吸附脫除過(guò)程的第一焦油脫除反應(yīng)器的合成氣進(jìn)口和合成氣出口壓差達(dá)到20kpa~80kpa時(shí)，由壓差信號(hào)控制，同時(shí)轉(zhuǎn)換4個(gè)切換閥通道的打開(kāi)和關(guān)閉位置，和2個(gè)控制閥的打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)使第一焦油脫除反應(yīng)器轉(zhuǎn)換到焦油催化氧化過(guò)程，而第二焦油脫除反應(yīng)器轉(zhuǎn)換到焦油吸附脫除過(guò)程，第一焦油脫除反應(yīng)器和第二焦油脫除反應(yīng)器周期性交替進(jìn)行上述過(guò)程。