[发明专利]一种固体燃料催化气化制富氢气体的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属能源化工技术领域，涉及到一种利用固体热载体加热方式由固体燃料水蒸气催化气化制富氢气体或合成气的方法及装置。

背景技术

本发明是现有技术ZL200710011214.9的改进。200710011214.9提供了一种固体热载体加热法由固体燃料通过水蒸气催化气化制取富氢气体的方法。在该技术中，采用了气/固逆流移动床或鼓泡流化床形式的催化重整反应器，用于将来自热解反应器的固体燃料的挥发性热解产物，包括焦油和低碳烃(主要是甲烷)水蒸气分解和重整为富氢气体。该方法的局限是：气体通过床层的速度受流通面积即床层直径的限制，不能太高，否则会造成重整反应器中气体流通阻力(压降)较大。同时，气/固接触时间也受到床层高度的限制，因此影响到焦油和低碳烃的转化程度。此外，在固体热载体或催化剂的强度较低时，由于机械磨损而产生较多固体粉尘，在通过床层的气体的线速度较高情况下固体带出物增多，加大下游除尘设备负荷。上述不足在装置大型化时表现地更加突出。

发明内容

本发明提出了一种固体燃料催化气化制富氢气体或合成气的方法及装置，特别是通过采用径向移动床催化重整反应器，以实现最大限度地降低产气中的焦油和低碳烃含量，获得富氢高热值燃气或合成气。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

固体燃料催化气化制富氢气体或合成气的方法，反应系统包括固体热载体料仓、催化重整反应器、热解反应器和提升管燃烧反应器等。采用固体热载体循环加热方式，固体热载体依次经过固体热载体料仓、催化重整反应器、热解反应器、提升管燃烧反应器，再回到固体热载体料仓，如此循环往复。

在热解反应器中，来自进料机构的固体燃料与来自催化重整反应器的固体热载体混合，并流下行，同时发生快速热解反应，生成挥发性热解产物和固体产物半焦；挥发性热解产物与从热解反应器底部进入的水蒸气一起上行进入催化重整反应器，在此，热解气态产物和水蒸气径向流过催化剂床层，发生焦油水蒸气催化分解和重整反应，生成富氢气体产物，由催化重整反应器上端的产物出口引出，反应后的固体热载体经物料分配和料位控制系统进入热解器；热解反应器中的热解固体产物半焦与固体热载体一起下行，然后进入提升管燃烧反应器中，在此，半焦及固体热载体表面的积碳和从提升管燃烧反应器底部通入的空气发生燃烧反应，半焦及固体热载体表面的积碳完全燃烧，释放出热量，使固体热载体积蓄了足够用于支持焦油水蒸气催化分解和重整反应及固体燃料热解反应所需的热量，同时，固体热载体被热空气和燃烧烟气快速流化提升输送到固体热载体料仓；在固体热载体料仓内，热烟气和固体热载体分离，离开固体热载体料仓，经进一步除尘和热量回收后放空，固体热载体随后进入催化重整反应器。

上述热解反应器的温度为500-750℃，催化重整反应器温度为750-850℃，提升管燃烧反应器温度为850-1000℃，固体热载体与固体燃料的质量比为5-35，水蒸气与固体燃料的质量比为0.2-1.2。

催化重整反应器采用气/固错流径向移动床反应器，主要由壳体、沿壳体轴向由内向外依次布置的内网和外网组成，内网内空间为来自热解器的挥发性热解产物的通道和分流流道，内网与外网之间的环形空间充满热载体催化剂，形成向下移动的环形热载体催化剂床层，外网和壳体之间的环形空间为气体产物集流通道，壳体上端设有气体产物出口。内、外网最好采用约翰逊网，其孔径小于热载体颗粒直径，以避免热载体催化剂颗粒漏出，同时，其孔径大小应保证气流畅通、阻力小。挥发性热解产物与从热解反应器底部进入的水蒸气一起上行进入催化重整反应器，在反应器分流流道内沿轴向均匀分布后径向进入环形热载体催化剂床层，在催化剂作用下发生焦油水蒸气催化分解和重整反应，生成富氢气体产物，气体产物进入集流流道，由催化重整反应器上端的产物出口引出，反应后的固体热载体经物料分配和料位控制系统进入热解器。固体热载体催化剂在催化重整反应器内下行过程中依次发生自还原(镍基催化剂)、参与水蒸气催化重整反应、积碳失活等过程。

热解反应器可以采用常压固/固并流移动床、提升管燃烧反应器可以采用常压快速流化床。

固体燃料为经过破碎烘干或自然风干处理的粒度＜10mm的农作物秸秆、林产废弃物、褐煤、不粘煤、长焰煤，或它们的混合物。其中作为固体热载体的是一种具有催化活性的细颗粒耐高温固体催化剂，其粒度＜6mm。固体热载体为橄榄石或橄榄石负载Ni基催化剂、钙钛矿结构Ni基催化剂、工业负载型Ni基催化剂等，或上述镍基催化剂与橄榄石、菱镁矿等的混合物。作为辅助催化剂的可以是白云石、石灰石，其作用是催化分解焦油、脱硫和增加产气中氢含量等。