一种碳基固体燃料化学链重整制备富氢合成气方法及系统技术方案

本发明专利技术属于固体燃料热转化利用领域，具体涉及一种碳基固体燃料化学链重整制备富氢合成气方法及系统。碳基固体燃料在热解反应器发生热解反应，生成挥发份以及焦炭，挥发份包括小分子热解气及大分子焦油，挥发份进入重整反应器，焦炭送入再生反应器；进入重整反应器的挥发份中，焦油在载氧体的催化作用下催化裂解生成小分子热解气，小分子热解气与载氧体中的晶格氧反应生成富氢合成气；通入再生反应器中的焦炭与空气发生燃烧反应放出热量，已反应的载氧体送入再生反应器中与空气反应补充晶格氧；载氧体携带热量送入重整反应器中，提供晶格氧和热量以及发挥催化作用。实现热解反应与重整过程的分离，提高了气化效率以及产品合成气质量。气质量。气质量。

【技术实现步骤摘要】
一种碳基固体燃料化学链重整制备富氢合成气方法及系统


[0001]本专利技术属于固体燃料热转化利用领域，具体涉及一种碳基固体燃料化学链重整制备富氢合成气方法及系统。

技术介绍

[0002]随着现代化工业的飞速发展，对于能源的需求日益增加，随之而来的是能源问题的日益严峻。碳基固体燃料作为我国最主要的，分布最广泛的能量来源，高质量的合理利用对于缓解我国能源问题有着重要意义。碳基固体燃料种类众多，如生物质，煤炭，油页岩等。以分布最广泛的生物质为例，我国每年有大量生物质资源没有得到充分利用，生物质作为可再生碳源，可通过气化转化为气体可再生燃料使用，使用生物质作为原料制备富氢合成气是对于生物质能源充分利用的一个重要途径。生物质能源作为一种理想可再生能源，具有低污染，可再生性，来源广等特点，不仅可以高效利用生物质资源并且对于我国碳达峰，碳中和等战略目标起着重要贡献。
[0003]传统碳基固体燃料气化技术作为关键的碳基固体燃料转化技术之一，通过连续的反应将低能量密度的碳基固体燃料转化为高能量密度的燃料气，提高碳基固体燃料能的利用效率，在碳基固体燃料利用方面发挥重要作用。但是，以生物质为例，传统的生物质气化技术存在产物中焦油含量高，过高的焦油含量会带来堵塞管路，腐蚀设备，影响气化效率等影响，以及难以控制H/C比影响合成气质量等问题。
[0004]化学链气化技术是对于传统生物质气化技术的一种改进，化学链气化技术与化学链燃烧原理相同。化学链气化技术又可分为原位化学链气化技术，以及化学链氧解耦技术。原位化学链气化技术中以载氧体作为反应体系中的核心，载氧体起到提供晶格氧的作用，生物质通过与载氧体反应后转化为以CO，H2为主的合成气。以空气\CO2\水蒸气作为氧化气体通入再生反应器中为载氧体补充氧，载氧体返回重整反应器中循环使用。化学链氧解耦技术利用载氧体释放出的气态分子氧与燃料发生燃烧反应，其主要产物为H2O和CO2。化学链技术作为一种符合环境友好，可持续发展理念的生物质能源转化技术，具有很好的应用前景。
[0005]传统化学链气化技术中载氧体的加入在一定程度上促进了焦油的裂解以及小分子的选择性氧化。但是，因在化学链气化反应器中，发生的化学反应繁多，生物质的热解、气化、燃烧等反应均在一个反应器内发生，反应体系复杂，产物难以调控。并且生物质直接与载氧体接触反应为固固反应，相比于气固反应反应速率慢，气化效率低，合成气产量受到影响。因此基于常规生物质气化技术以及传统化学链气化技术存在的的如焦油含量高，氢碳比难以调控，气化效率低等问题，本专利技术提出基于解耦策略的生物质化学链重整方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的单一反应器内发生化学反应繁多，产物难以调控的问题，本专利技术提供一种碳基固体燃料化学链重整制备富氢合成气方法及系统。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种碳基固体燃料化学链重整制备富氢合成气方法，包括以下步骤：
[0009]S1、碳基固体燃料在热解反应器中发生热解反应，生成挥发份以及焦炭，挥发份包括小分子热解气及大分子的焦油，大分子的焦油和小分子热解气一起进入重整反应器，焦炭送入再生反应器；
[0010]S2、进入重整反应器的挥发份中，焦油在载氧体的催化作用下催化裂解生成小分子热解气，小分子热解气与载氧体中的晶格氧反应生成富氢合成气；
[0011]S3、进入再生反应器中的焦炭与空气发生燃烧反应放出热量，已反应的载氧体送入再生反应器中与空气反应补充晶格氧进行再生，对再生后的载氧体与气体进行分离；
[0012]S4、再生后的载氧体携带热量送入重整反应器中循环使用。
[0013]进一步的，包括：
[0014]所述步骤S2中，向重整反应器中加入高温水蒸气；
[0015]所述步骤S3中，对分离出的气体进行再次分离，分离出的CO与富氢合成气混合，分离出的CO2送回再生反应器。
[0016]进一步的，所述步骤S3包括：
[0017]已反应的载氧体通入到再生反应器，再生反应器通入CO2，对已反应的载氧体进行初步氧化；
[0018]初步氧化的载氧体自再生反应器进入第三旋风分离器中进行分离，第三旋风分离器分离的初步氧化的载氧体经U型回料阀进入提升管反应器；
[0019]提升管反应器底部通入空气，对初步氧化的载氧体进行深度氧化，深度氧化的载氧体通过空气流从提升管反应器顶部吹出；
[0020]从提升管反应器顶部吹出的深度氧化的载氧体经过管道通入第四旋风分离器中进行分离，完成再生。
[0021]进一步的，所述步骤S3包括：
[0022]从再生反应器的底部、中部和上部，分别通入若干股氧气气流；
[0023]已反应的载氧体与焦炭一起进入再生反应器，同时与氧气接触并完全氧化；
[0024]完全氧化的载氧体随气流从再生反应器顶部吹出；
[0025]从再生反应器顶部吹出完全氧化的载氧体，通入旋风分离器进行分离。
[0026]第二方面，本专利技术提供一种碳基固体燃料化学链重整制备富氢合成气系统，包括热解装置、重整装置、再生装置、蒸汽发生装置和储气装置，其中：
[0027]热解装置包括热解反应器和第一旋风分离器，热解反应器设有挥发份出口、固体颗粒入口和焦炭出口，重整装置包括重整反应器和第二旋风分离器，重整反应器设有合成气出口、载氧体出口、挥发份水蒸气入口和载氧体入口，再生装置包括再生反应器和第三旋风分离器，再生反应器设有载氧体出口、载氧体入口、焦炭入口和若干气流入口，储气装置包括洗气装置和产品气储存罐；
[0028]热解装置中热解反应器的挥发份出口连接第一旋风分离器入口，第一旋风分离器的固体颗粒出口连接热解反应器的固体颗粒入口，第一旋风分离器的气体出口与蒸汽发生装置一同连接重整反应器的挥发份水蒸气入口，热解反应器的焦炭出口经管道连接再生反
应器的焦炭入口；
[0029]重整装置中重整反应器的合成气出口连接第二旋风分离器入口，第二旋风分离器的气体出口经洗气装置连接产品气储存罐，第二旋风分离器的固体出口连接再生反应器的载氧体入口；
[0030]再生装置中再生反应器的载氧体出口连接第三旋风分离器的入口。
[0031]进一步的，所述重整反应器为移动床重整反应器，包括底部缩口角度为60
°
到80
°
的筒体，筒体的内壁上交叉设置有至少两个挡板，挡板与水平面的角度为50
°
到70
°
，上一层挡板的末端延伸至下一挡板1/2到3/4处，所述载氧体入口和合成气出口设于筒体顶部，挥发份水蒸气入口设于筒体侧壁，所述挥发份水蒸气入口设有两个或以上，所述载氧体出口设于筒体底部，且所述载氧体出口与第二旋风分离器的固体出口共同连接再生反应器的载氧体入口。
[0032]进一步的，所述重整反应器为流化床重整反应器，包括上部筒体、中部缩口、下部筒体和底部缩口，其中上部筒体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳基固体燃料化学链重整制备富氢合成气方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、碳基固体燃料在热解反应器(1)中发生热解反应，生成挥发份以及焦炭，挥发份包括小分子热解气及大分子的焦油，大分子的焦油和小分子热解气一起进入重整反应器(3)，焦炭送入再生反应器(2)；S2、进入重整反应器(3)的挥发份中，焦油在载氧体的催化作用下催化裂解生成小分子热解气，小分子热解气与载氧体中的晶格氧反应生成富氢合成气；S3、进入再生反应器(2)中的焦炭与空气发生燃烧反应放出热量，已反应的载氧体送入再生反应器(2)中与空气反应补充晶格氧进行再生，对再生后的载氧体与气体进行分离；S4、再生后的载氧体携带热量送入重整反应器(3)中循环使用。2.根据权利要求1所述的碳基固体燃料化学链重整制备富氢合成气方法，其特征在于，包括：所述步骤S2中，向重整反应器(3)中加入高温水蒸气；所述步骤S3中，对分离出的气体进行再次分离，分离出的CO与富氢合成气混合，分离出的CO2送回再生反应器(2)。3.根据权利要求1所述的碳基固体燃料化学链重整制备富氢合成气方法，其特征在于，所述步骤S3包括：已反应的载氧体通入到再生反应器(2)，再生反应器(2)通入CO2，对已反应的载氧体进行初步氧化；初步氧化的载氧体自再生反应器(2)进入第三旋风分离器(8)中进行分离，第三旋风分离器(8)分离的初步氧化的载氧体经U型回料阀进入提升管反应器(9)；提升管反应器(9)底部通入空气，对初步氧化的载氧体进行深度氧化，深度氧化的载氧体通过空气流从提升管反应器(9)顶部吹出；从提升管反应器(9)顶部吹出的深度氧化的载氧体经过管道通入第四旋风分离器(11)中进行分离，完成再生。4.根据权利要求1所述的碳基固体燃料化学链重整制备富氢合成气方法，其特征在于，所述步骤S3包括：从再生反应器的底部、中部和上部，分别通入若干股氧气气流；已反应的载氧体与焦炭一起进入再生反应器，同时与氧气接触并完全氧化；完全氧化的载氧体随气流从再生反应器顶部吹出；从再生反应器顶部吹出完全氧化的载氧体，通入旋风分离器进行分离。5.一种碳基固体燃料化学链重整制备富氢合成气系统，其特征在于，包括热解装置、重整装置、再生装置、蒸汽发生装置(12)和储气装置，其中：热解装置包括热解反应器(1)和第一旋风分离器(4)，热解反应器(1)设有挥发份出口、固体颗粒入口和焦炭出口，重整装置包括重整反应器(3)和第二旋风分离器(5)，重整反应器(3)设有合成气出口、载氧体出口、挥发份水蒸气入口和载氧体入口，再生装置包括再生反应器(2)和第三旋风分离器(8)，再生反应器(2)设有载氧体出口、载氧体入口、焦炭入口和若干气流入口，储气装置包括洗气装置(6)和产品气储存罐(7)；热解装置中热解反应器(1)的挥发份出口连接第一旋风分离器(4)入口，第一旋风分离器(4)的固体颗粒出口连接热解反应器(1)的固体颗粒入口，第一旋风分离器(4)的气体出
口与蒸汽发生装置(12)一同连接重整反应器(3)的挥发份水蒸气入口，热解反应器(1)的焦炭出口经管...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志强，李运昌，杨伯伦，张博，张榕江，毛向阳，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：