[发明专利]一种生物质粗燃气自热催化重整净化的方法与装置

说明书

技术领域：

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种生物质粗燃气自热催化重整净化的方法与装置。

技术背景：

我国是油气资源相对贫乏的国家，近年来国际能源资产价格的大幅度波动对我国经济发展产生了负面影响，对我国的能源安全与国家安全也带来了相当大的压力。生物质是可再生能源中唯一可以转化为液体燃料的碳资源，通过开发低成本的生物质高品位合成气制备技术，以废弃的生物质资源为原料合成洁净液体燃料，对于实现我国能源结构多元化、增强能源安全具有重要的意义。

以化石燃料为主的能源开发利用排放的大量温室气体、有毒有害气体和废渣、废水、废油等，是引起环境污染和气候变化的主要原因。随着中国正式履行加入《京都议定书》CO₂减排义务，中国的CO₂减排压力将越来越大。生物质合成液体燃料生产过程环境友好，因此，大规模发展生物质合成燃料产业，能大幅度减少CO₂的排放，是从根本上解决矿物质能源消费导致大气污染及温室效应的最有效途径之一，有利于生态环境的保护，实现社会可持续发展。

洁净的高品位生物质合成气制备技术是生物质合成液体燃料工艺中的核心技术，是技术上已经成熟的生物质气化工程技术与F-T合成技术的连接点。目前，世界各国正借鉴天然气造气工业的成果和经验，广泛开展生物质气重整净化制备高品位合成气的研究开发，以满足下游液体燃料合成系统的要求。由于生物质气化粗燃气中的焦油主要为组成十分复杂的稠环化合物，重整过程容易造成镍基催化剂积炭失活。

反应体系中添加一定氧量的自热反应技术已在许多易积炭的高温反应中，被证实是消除催化剂表面积炭十分有效的方法，近年来逐渐在工业生产技术中被广泛采用。将自热反应技术应用于生物质粗燃气的重整净化过程，生物质气中的焦油及CH₄、C₂、C₃等选择性地转化为H₂和CO而被除去，并可显著调变H₂/CO比，大大延长重整催化剂的再生周期和使用寿命，降低催化剂单耗，将成为先进重整工艺研究开发的重要方向之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质粗燃气自热催化重整的方法，解决生物质粗燃气重整净化过程中催化剂表面易结焦而导致催化活性迅速下降等问题，以达到净化生物质粗燃气、制备高品位合成气的目的。

本发明的另一个目的是提供使用上述生物质粗燃气自热催化重整方法的装置。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种生物质粗燃气自热催化重整净化的方法，包括如下步骤：

1)在重整炉内催化剂床层上填装蜂窝整体式镍镁固溶体催化剂；

2)经惯性沉降除去大颗粒后的生物质高温粗燃气，在进入重整装置前添加O₂，其中加入O₂的量为生物质粗燃气的体积百分比3％～15％；

3)部分粗燃气氧化产生的热量使重整炉升温至750～850℃，并在反应体系中产生了水蒸气；生物质粗燃气中的焦油及CH₄、C₂、C₃烃类化合物与CO₂、H₂O在催化剂床层上发生催化重整反应，定向转化为以H₂、CO为主要成分的不凝性可燃气体；不凝性可燃气体从重整炉顶部的净化气出口排出；

4)重整净化过程中产生的灰分收集于灰斗，定时从出灰口排出。

所述蜂窝整体式镍镁固溶体催化剂是由以下方法制备得到的：

(1)选用开放式孔道结构的堇青石作为催化剂载体，先采用30wt％的草酸溶液煮沸30min后用蒸馏水冲洗干净、干燥。然后重复操作如下工序3次：用超细γ-Al₂O₃的乙醇悬溶液浸渍载体，将浸渍处理后的载体抽真空1h，陈化24h，干燥、煅烧；

(2)将Ni(NO₃)₂·6H₂O、Mg(NO₃)₂·2H₂O晶体溶于蒸馏水中配制成Ni(NO₃)₂和Mg(NO₃)₂的混合溶液，混合溶液中Ni(NO₃)₂质量浓度在20.8wt％～22.3wt％之间，Mg(NO₃)₂的质量浓度在16.5wt％～18.2wt％之间；