[发明专利]基于生物质热解油气化制备合成气的方法和应用及其合成油系统

说明书

本发明公开了一种基于生物质热解油气化制备合成气的方法和应用及其合成油系统，该方法包括如下步骤：1)热解油气化：将预先收集好的生物质热解油送至热解油气化单元的气化转化反应器中，在其中转化催化剂的作用和高温条件下，与水蒸气进行催化转化反应生成合成气；2)催化剂再生：受到污染的转化催化剂送至热解油气化单元的催化剂再生反应器中，脱除有害物质后，再返回气化转化反应器中继续参与催化转化。该方法以生物质热解油为原料，在催化剂作用下与水蒸气反应生成高质量的合成气，被有害物质污染的催化剂通过催化剂再生反应器进行再生，保证了整套系统的连续稳定运行，所制备的高质量合成气可用于FT合成、制氢、发电等领域。

技术领域

本发明涉及一种合成气制备工艺，特别是指一种基于生物质热解油气化制备合成气的方法和应用及其合成油系统。

背景技术

为了减缓全球变暖，降低二氧化碳排放，以生物质为原料的可再生能源的利用技术得到了迅猛发展。除了已经产业化的以生物质为燃料的生物质发电外，生物质直接气化生产粗合成气，并通过合成气的转化生产液体燃料、化学品技术；以及通过生物质热解生产生物质热解油(简称生物油)，然后通过生物油的精炼生产液体燃料等工艺技术得到了广泛开发。

生物质气化是以生物质(包括农作物秸秆、畜牧业废料、木材及其加工废料、城市垃圾等)为原料，在高温条件下与氧化剂(例如氧气、空气等)，以及水蒸气反应生成以一氧化碳、氢气、甲烷、二氧化碳、氮气、水蒸气为主的粗合成气的过程。生物质气化通常在常压至40公斤压力、700～1300℃条件下，在固定床、移动床、流化床或循环流化床中进行。产物除了含有上述主要气体成份外，还含有C2以上的碳氢化合物、焦油(分子量大于苯的高聚物、多环/稠环芳烃等物质的统称)、生物焦、含硫/含氮化合物等杂质。该混合粗合成气经过气固分离、脱焦油、脱硫、脱氮后，通过类似于水蒸气变换反应等过程调整H₂/CO比例后，通过费托(FT)合成反应，生成C1～C80的碳氢化合物混合物。经过进一步的加氢精制、蒸馏，生产石脑油、汽油、航空煤油、柴油及石蜡等燃料和化工产品，实现生物质能源的高效利用。上述生物质气化制备合成油过程中，由于一部分生物质在气化时与氧化剂反应生成CO₂和水，导致生物质的利用效率下降，同时产生了大量的CO₂。同时，直接气化产物中H₂/CO一般在0.8～1.1之间。而合成油的H₂/CO消耗比例在2～2.1(摩尔比)。依据FT合成催化剂的种类，作为原料的合成气的H₂/CO比需要调整到1.6～2.0(摩尔比)左右，另外一种生物质转化技术是将生物质在相对较低温度(400～800℃)和没有氧化剂存在的情况下，进行热解。热解的主要产物为：以甲烷为主的含有少量氢气、一氧化碳、低碳烃等不凝气体，生物热解油(C5以上的碳氢化合物、含氧化合物、含氮化合物等复杂混合物，简称热解油)以及生物焦(含碳很高的、多孔炭)。产品的分布与裂解反应温度、反应时间、生物质原料种类有关。以干基生物质重量为基准，通常气体产率20～40％(重量，下同)，生物油产率40～60％，生物焦产率占10～20％。生物质热解油成分复杂、热值低、水分和酸性物质含量高，通过联合改性和精制工艺才能得到可供利用的燃料油产品，实现热解油价值最大化利用。

上述两种生物质转化技术，都是直接以生物质作为原料，生物质在其收集地完成收集后，通过车辆运送到生物质热解或气化工厂，再进行气化或热解处理。由于生物质一般密度较小，且含有较高的水分和灰分，直接运输生物质会导致运输成本偏高，限制了装置规模，降低了生物质合成油或发电的经济效益。

另一方面，现有由碳氢化合物制取合成气的技术，通常采用固定床反应器，以天然气、石脑油或炼油厂渣油为原料与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳为主的合成气。所采用的催化剂是以镍为主要活性组分、添加一种或多种助剂并负载于耐高温材料上。由于生物油组成复杂，且含有难于转化的焦油成份，如果采用上述成熟的催化水蒸气重整技术，很容易造成催化剂快速积炭，导致催化剂床层压降提高，影响装置的连续运行。

发明内容