一种生物质催化气化综合利用系统及其使用方法

1.本发明属于能源化工生物质催化气化技术领域，具体涉及一种生物质催化气化综合利用系统及其使用方法。


背景技术：

2.生物质与煤间接掺烧因具有不受生物质原料特性的影响，应用范围广，机组灵活性高等优点，已成为目前最有前景的生物质能利用方式。生物质间接掺烧的关键在于气化，然而生物质气化的过程中会产生大量焦油，从而降低了合成气的品质，焦油凝结还会导致管路以及后续合成气燃烧设备的堵塞，这些都限制了生物质气化的大规模应用。在生物质气化过程中加入催化剂，在一定程度上可以降低焦油的产生，提高合成气的品质。碱金属是生物质气化中广泛存在且价格低廉的催化剂，自身具有催化效果良好、化学性质稳定、能够重复利用等优点，适于大规模利用，但是碱金属的存在会造成锅炉积灰、结渣、腐蚀和scr催化剂失活问题。也就是说，当在生物质气化过程中不加入碱金属催化剂时，合成气中会存在大量焦油，不仅会降低合成气的品质，还会对后续设备造成影响；当在生物质气化过程中加入碱金属催化剂时，又会使得合成气中携带的碱金属催化剂进入锅炉进而对后续设备造成不利影响，且还会造成碱金属催化剂的浪费，增加生产成本。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种生物质催化气化综合利用系统及其使用方法，能够有效降低并去除生物质气化合成气中的焦油，提高生物质气化合成气的品质，防止因焦油凝结而导致的管路等后续设备的堵塞，同时，能够有效的去除生物质气化合成气中携带的碱金属催化剂，防止因碱金属进入锅炉而对后续设备造成不利影响，对碱金属催化剂进行回收利用，降低生产成本。
4.为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
5.一种生物质催化气化综合利用系统，包括气化炉、气固分离器、合成气净化系统、催化剂第一回收器和催化剂负载器，所述合成气净化系统用于去除合成气中的焦油，所述催化剂第一回收器用于回收合成气中的碱金属催化剂，所述催化剂负载器用于将碱金属催化剂负载到生物质中；所述催化剂负载器的生物质输出端与所述气化炉的第一输入端连接，所述气化炉的合成气输出端与所述气固分离器的输入端连接，所述气固分离器的固体颗粒输出端与所述气化炉的第二输入端连接，所述气固分离器的合成气输出端与所述合成气净化系统的输入端连接，所述合成气净化系统的输出端与所述催化剂第一回收器的第一输入端连接，所述催化剂第一回收器的回收介质输出端与所述催化剂负载器的输入端连接，所述催化剂第一回收器的合成气输出端用于连接合成气燃烧设备。
6.进一步地，所述合成气净化系统包括冷凝器、一级焦油吸收器和二级焦油吸收器，所述二级焦油吸收器中设置有用于吸收焦油的焦炭，所述冷凝器的输入端与所述气固分离器的合成气输出端连接，所述冷凝器的输出端与所述一级焦油吸收器的输入端连接，所述
一级焦油吸收器的输出端与所述二级焦油吸收器的输入端连接，所述二级焦油吸收器的输出端与所述催化剂第一回收器的第一输入端连接。
7.进一步地，还包括催化剂第二回收器，所述催化剂第二回收器用于回收焦炭中的碱金属催化剂；所述气化炉的焦炭输出端与所述催化剂第二回收器的第一输入端连接，所述催化剂第二回收器的回收介质输出端与所述催化剂负载器的输入端连接，所述催化剂第二回收器的焦炭输出端与所述二级焦油吸收器的输入端连接。
8.进一步地，还包括第一干燥器和第二干燥器，所述第一干燥器的第一输入端与所述催化剂第二回收器的焦炭输出端连接，所述第一干燥器的焦炭输出端与所述二级焦油吸收器的输入端连接；所述第二干燥器的第一输入端与所述催化剂负载器的生物质输出端连接，所述第二干燥器的生物质输出端与所述气化炉的第一输入端连接。
9.进一步地，还包括电机、储料斗和螺旋进料管，所述电机与所述储料斗连接，所述第二干燥器的生物质输出端与所述储料斗的输入端连接，所述螺旋进料管的一端与所述储料斗的输出端连接，另一端与所述气化炉的第一输入端连接。
10.进一步地，还包括烟气换热器、气体分离器和送风机，所述烟气换热器的第一输入端用于连接所述合成气燃烧设备的尾部烟道，所述烟气换热器的第一输出端与所述气体分离器的输入端连接，所述气体分离器用于分离得到co2气体，所述气体分离器的输出端与所述送风机的输入端连接，所述送风机的输出端分别与所述催化剂第一回收器的第二输入端、所述气化炉的第三输入端以及所述催化剂第二回收器的第二输入端连接。
11.进一步地，所述烟气换热器的载热介质输出端分别与所述第一干燥器的载热介质输入端以及所述第二干燥器的载热介质输入端连接，所述第一干燥器和所述第二干燥器的载热介质输出端均与所述烟气换热器的载热介质输入端连接。
12.进一步地，还包括真空泵，所述真空泵通过连接管与所述催化剂负载器连接，所述催化剂负载器内还匹配设置有可移动金属网，所述可移动金属网的孔径小于生物质的粒径。
13.一种生物质催化气化综合利用系统的使用方法，包括：将所述催化剂第一回收器的合成气输出端与所述合成气燃烧设备的输入端连接，所述催化剂负载器将负载有碱金属催化剂的生物质输入到所述气化炉中进行气化反应产生合成气，所述气化炉产生的合成气输入到所述气固分离器中进行气固分离，所述气固分离器分离出的固体颗粒输入到所述气化炉中继续进行气化反应产生合成气，所述气固分离器分离出的合成气输入到所述合成气净化系统中去除焦油，所述合成气净化系统输出的合成气输入到所述催化剂第一回收器中回收合成气中的碱金属催化剂，所述催化剂第一回收器输出的合成气输入到所述合成气燃烧设备燃烧，所述催化剂第一回收器中回收的含有碱金属催化剂的回收介质输入到所述催化剂负载器中进行循环利用。
14.进一步地，还包括：将所述气化炉排出的焦炭输入到所述催化剂第二回收器中回收焦炭中的碱金属催化剂，将所述催化剂第二回收器排出的焦炭输入到所述二级焦油吸收器中用于吸收合成气中的焦油，将所述催化剂第二回收器回收的含有碱金属催化剂的回收介质输入到所述催化剂负载器中进行循环利用；
15.将所述烟气换热器的第一输入端与所述合成气燃烧设备的尾部烟道连接，所述合成气燃烧设备的尾气中的热量通过所述烟气换热器吸收后输入所述第一干燥器以及所述
第二干燥器，所述合成气燃烧设备的尾气中的co2气体通过所述气体分离器分离后输入到所述催化剂第一回收器和所述催化剂第二回收器中，促进碱金属催化剂的吸收，还输入到所述气化炉中作为气化剂参与气化反应。
16.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
17.本发明提供的一种生物质催化气化综合利用系统，在使用时，将催化剂第一回收器的合成气输出端与合成气燃烧设备的输入端连接，利用催化剂负载器将碱金属催化剂负载到生物质中，催化剂负载器将负载有碱金属催化剂的生物质输入到气化炉中进行气化反应产生合成气，在碱金属催化剂的催化作用下，生物质气化反应效率大大提高，有效的降低了焦油的产生，提高了生物质气化合成气的品质，同时，将气化炉产生的合成气输入到气固分离器中进行气固分离，气固分离器分离出的固体颗粒输入到气化炉中继续进行气化反应产生合成气，将气固分离器分离出的合成气输入到合成气净化系统中去除焦油，再次对合成气中的焦油进行吸收去除，进而防止因焦油凝结而导致的管路等后续设备的堵塞。同时，将合成气净化系统输出的合成气输入到催化剂第一回收器中，利用催化剂第一回收器中的回收介质对合成气中的碱金属催化剂进行回收，使得催化剂第一回收器输出的合成气中不携带碱金属催化剂，也就是说，在合成气进入燃烧设备燃烧之前，去除了其中的碱金属催化剂，避免碱金属催化剂对后续设备造成不利影响。另外，将催化剂第一回收器中回收的含有碱金属催化剂的回收介质输入到催化剂负载器中，碱金属催化剂再次负载到生物质中，实现对碱金属催化剂的继续进行循环利用。综上所述，本发明能够有效降低并去除生物质气化合成气中的焦油，提高生物质气化合成气的品质，防止因焦油凝结而导致的管路等后续设备的堵塞，同时，能够有效的去除生物质气化合成气中携带的碱金属催化剂，防止因碱金属进入锅炉而对后续设备造成不利影响，对碱金属催化剂进行回收利用，降低生产成本。
18.进一步地，本发明设计的合成气净化系统包括冷凝器、一级焦油吸收器和二级焦油吸收器，首先利用冷凝器将合成气降低到设定温度后，将大分子的焦油直接冷凝去除，接着，利用一级焦油吸收器吸收未冷凝下来的焦油，再次去除焦油，最后，利用二级焦油吸收器中的焦炭将一级焦油吸收器中未去除的存在于合成气中的少量轻质焦油吸收去除，最终达到净化合成气的目的，有效的确保了焦油的去除，防止焦油进入后续设备造成堵塞等问题。
19.进一步地，本发明利用催化剂第二回收器将气化炉输出的焦炭中携带的碱金属催化剂进行回收，然后将回收的碱金属催化剂再次输入到催化剂负载器实现对碱金属催化剂的继续进行循环利用。同时，还将焦炭输入到二级焦油吸收器进行焦油的吸收，有效的实现了系统资源的利用。
20.进一步地，本发明利用第一干燥器对催化剂第二回收器的输出的焦炭进行干燥后提供给二级焦油吸收器，干燥的焦炭有效增强了其对焦油的吸收效果。同理，利用第二干燥器对催化剂负载器输出的生物质颗粒进行干燥后，提高了气化效率。
21.进一步地，利用储料斗对生物质进行存储，并利用电机将生物质颗粒通过螺旋进料管输送给气化炉，螺旋进料管能够使得进料均匀，有利于生物质气化反应的持续均匀进行。
22.进一步地，本发明将烟气换热器的第一输入端与合成气燃烧设备的尾部烟道连接，将合成气燃烧设备的部分尾气中的co2气体通过气体分离器分离后输入到催化剂第一
回收器和催化剂第二回收器中，创造酸性环境，有利于促进萃取出合成气以及焦炭中的碱金属催化剂，同时，将合成气燃烧设备的尾气中的co2气体输入到气化炉中作为气化剂，参与气化反应，提高了气化反应的效率，减少了co2排放，从而实现环境保护和经济效益的双赢。
23.进一步地，将烟气换热器的第一输入端与合成气燃烧设备的尾部烟道连接，合成气燃烧设备的尾气中的热量通过烟气换热器吸收后输入第一干燥器以及第二干燥器，分别用于给第一干燥器以及第二干燥器提供热量，实现了烟气余热的利用。
24.进一步地，利用真空泵对催化剂负载器创造负压条件，有利于催化剂负载器内的碱金属催化剂负载到生物质中。另外，利用可移动金属网将生物质颗粒浸没于碱金属催化剂中，提高碱金属催化剂的负载效率。
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明一种生物质催化气化综合利用系统的结构示意图；
28.图2为本发明一种生物质催化气化综合利用系统中合成气净化系统的结构图示意图。
29.图中：1-电机；2-储料斗；3-螺旋进料管；4-气化炉；5-气固分离器；6-第一阀门；7-合成气净化系统；701-冷凝器；702-一级焦油吸收器；703-二级焦油吸收器；8-催化剂第一回收器；9-合成气燃烧设备；10-烟气换热器；11-气体分离器；12-送风机；13-第三阀门；14-第四阀门；15-第五阀门；16-第一干燥器；17-第二干燥器；18-第二阀门；19-催化剂第二回收器；20-催化剂负载器；21-连接管；22-可移动金属网；23-真空泵；24-生物质颗粒。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.作为本发明的某一具体实施方式，如图1和图2所示，一种生物质催化气化综合利用系统，包括气化炉4、气固分离器5、合成气净化系统7、催化剂第一回收器8和催化剂负载器20。合成气净化系统7用于去除合成气中的焦油，优选的，在合成气净化系统7中设置了三个吸收装置来去除合成气中的焦油，具体地说，合成气净化系统7包括冷凝器701、一级焦油吸收器702和二级焦油吸收器703，冷凝器701的输出端与一级焦油吸收器702的输入端连接，一级焦油吸收器702的输出端与二级焦油吸收器703的输入端连接，其中，冷凝器701用于将合成气降低到50℃左右，此时大分子的焦油会直接冷凝，进而将合成气中的焦油去除；
一级焦油吸收器702采用植物油吸收器，用于吸收未冷凝下来的焦油，将合成气通入装有植物油的容器，中量级的焦油就会与植物油相结合，从而达到去除焦油的效果；二级焦油吸收器703采用固定床过滤器，用于将一级焦油吸收器702中未去除的存在于合成气中的少量轻质焦油吸收去除，固定床过滤器上铺设有焦炭，利用焦炭吸收轻质焦油达到净化合成气的目的。催化剂第一回收器8用于回收合成气中的碱金属催化剂，即对合成气中含有的aaems(碱和碱土金属)进行回收利用。催化剂负载器20用于将碱金属催化剂负载到生物质中，优选的，如图1所示，在催化剂负载器20上通过连接管21连接有真空泵23，利用真空泵23给催化剂负载器20创造真空环境，使得碱金属催化剂更好的负载到生物质颗粒24中；在催化剂负载器20内还匹配设置有可移动金属网22，生物质颗粒无法透过可移动金属网22，利用可移动金属网22使生物质颗粒浸没到碱金属催化剂溶液中，实现碱金属催化剂均匀负载到生物质颗粒中。
32.具体地说，如图1所示，催化剂负载器20的生物质输出端与气化炉4的第一输入端连接，气化炉4的合成气输出端与气固分离器5的输入端连接，气固分离器5的固体颗粒输出端与气化炉4的第二输入端连接，气固分离器5的合成气输出端与合成气净化系统7的输入端连接，合成气净化系统7的输出端与催化剂第一回收器8的第一输入端连接，也就是说，气固分离器5的合成气输出端与冷凝器701的输入端连接，二级焦油吸收器703的输出端与催化剂第一回收器8的第一输入端连接，催化剂第一回收器8的回收介质输出端与催化剂负载器20的输入端连接，催化剂第一回收器8的合成气输出端用于连接合成气燃烧设备9的输入端。优选的，如图1所示，在催化剂第一回收器8的回收介质输出端与催化剂负载器20的输入端之间设置有第一阀门6，通过第一阀门6控制催化剂第一回收器8的回收介质输入到催化剂负载器20中的时机以及输入流量，提高催化剂第一回收器8中的回收介质的利用率。
33.也就是说，在使用时，将催化剂第一回收器8的合成气输出端与合成气燃烧设备9的输入端连接，本实施例中，合成气燃烧设备9为锅炉。向催化剂负载器20中加入生物质颗粒以及碱金属催化剂溶液后，启动真空泵23，同时利用可移动金属网22使生物质颗粒浸没到碱金属催化剂溶液中，使得生物质颗粒中充分接触碱金属催化剂溶液，从而实现均匀的碱金属催化剂负载。然后将催化剂负载器20中负载有碱金属催化剂的生物质颗粒输入到气化炉4中进行气化反应产生合成气，气化炉4产生的合成气输入到气固分离器5中进行气固分离，气固分离器5将分离出的固体颗粒输入到气化炉4中继续进行气化反应产生合成气，气固分离器5将分离出的合成气输入到合成气净化系统7中去除焦油，合成气净化系统7将输出的合成气输入到催化剂第一回收器8中回收合成气中的碱金属催化剂，催化剂第一回收器8将输出的合成气输入到合成气燃烧设备9燃烧，通过控制第一阀门6将催化剂第一回收器8回收的含有碱金属催化剂的回收介质输入到催化剂负载器20中，实现对碱金属催化剂的循环利用。
34.在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，如图1所示，本发明一种生物质催化气化综合利用系统，还包括催化剂第二回收器19，催化剂第二回收器19用于回收焦炭中的碱金属催化剂。具体地说，气化炉4的焦炭输出端与催化剂第二回收器19的第一输入端连接，催化剂第二回收器19的回收介质输出端与催化剂负载器20的输入端连接，催化剂第二回收器19的焦炭输出端与二级焦油吸收器703的输出端连接。优选的，如图1所示，在催化剂第二回收器19的回收介质输出端与催化剂负载器20的输入端之间设置有第二阀门
18，通过第二阀门18控制催化剂第二回收器19的回收介质输入到催化剂负载器20中的时机以及输入流量，提高催化剂第二回收器19中的回收介质的利用率。
35.也就是说，将气化炉4排出的焦炭输入到催化剂第二回收器19中回收焦炭中的碱金属催化剂，催化剂第二回收器19对焦炭中的碱金属催化剂进行回收利用，然后将催化剂第二回收器19排出的焦炭输入到二级焦油吸收器703中用于吸收合成气中的焦油，同时实现对焦炭的回收利用，通过控制第二阀门18将催化剂第二回收器19回收的含有碱金属催化剂的回收介质输入到催化剂负载器20中，实现对碱金属催化剂的循环利用。
36.在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，如图1所示，本发明一种生物质催化气化综合利用系统，还包括第一干燥器16，第一干燥器16的第一输入端与催化剂第二回收器19的焦炭输出端连接，第一干燥器16的焦炭输出端d1与二级焦油吸收器703的输入端连接。
37.也就是说，利用第一干燥器16对催化剂第二回收器19的输出的焦炭进行干燥后提供给二级焦油吸收器703，用于对合成气中的焦油进行吸收，有效增强了吸收效果。
38.在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，如图1所示，本发明一种生物质催化气化综合利用系统，还包括电机1、储料斗2、螺旋进料管3以及第二干燥器17，第二干燥器17的第一输入端与催化剂负载器20的生物质输出端连接，第二干燥器17的生物质输出端a1与储料斗2的输入端a2连接，电机1与储料斗2连接，螺旋进料管3的一端与储料斗2的输出端连接，另一端与气化炉4的第一输入端连接。
39.也就是说，利用第二干燥器17对催化剂负载器20输出的生物质颗粒进行干燥后，输入到储料斗2进行储存，并通过电机1将生物质颗粒通过螺旋进料管3输送给气化炉4。
40.在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，如图1所示，本发明一种生物质催化气化综合利用系统，还包括烟气换热器10、气体分离器11和送风机12，烟气换热器10的第一输入端用于连接合成气燃烧设备9的尾部烟道，烟气换热器10的第一输出端与气体分离器11的输入端连接，气体分离器11用于分离得到co2气体，气体分离器11的输出端与送风机12的输入端连接，送风机12的输出端分别与催化剂第一回收器8的第二输入端、气化炉4的第三输入端以及催化剂第二回收器19的第二输入端连接。优选的，如图1所示，在送风机12的输出端与催化剂第一回收器8的第二输入端之间设置有第三阀门13，通过控制第三阀门13进而控制co2气体进入催化剂第一回收器8的含量以及流量；同理，在送风机12的输出端与气化炉4的第三输入端以及催化剂第二回收器19的第二输入端之间分别设置有第五阀门15和第四阀门14，通过控制第五阀门15和第四阀门14进而控制co2气体进入气化炉4以及催化剂第二回收器19的含量以及流量。
41.更加优选的，如图1所示，将烟气换热器10的载热介质输出端c1分别与第一干燥器16的载热介质输入端c2以及第二干燥器17的载热介质输入端c3连接，将第一干燥器16的载热介质输出端b2以及第二干燥器17的载热介质输出端b3均与烟气换热器10的载热介质输入端b1连接，实现烟气余热的利用。
42.也就是说，在使用时，将烟气换热器10的第一输入端与合成气燃烧设备9的尾部烟道连接，合成气燃烧设备9部分尾气中的热量通过烟气换热器10吸收后输入第一干燥器16以及第二干燥器17，分别用于给第一干燥器16以及第二干燥器17提供热量，合成气燃烧设备9的尾气中的co2气体通过气体分离器11分离后输入到催化剂第一回收器8和催化剂第二
回收器19中创造酸性环境，促进碱金属催化剂的吸收，还输入到气化炉4中作为气化剂参与气化反应。
43.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。