[发明专利]一种基于卡门涡流的热解气提质方法

说明书

本发明属于热解气提质技术领域，公开了一种基于卡门涡流的热解气提质方法，包括S1、生物质热解，生物质经过粉碎后热解，得到挥发性物质；S2、挥发性物质在载流气作用下进入热解气催化重整反应器，在涡流发生片背面形成涡流，涡流在催化剂承载床和涡流发生器之间呈旋涡状流动，促进中大分子物质转化为小分子物质；S3、热解气气化重整：小分子物质随着载流气进入热解气气化重整区，再次经过涡流发生器，增加小分子之间的碰撞；本发明利用卡门涡流效应，增加热解挥发性大分子物质与催化剂充分接触，促进大分子物质向小分子物质的转化，提高热解气与催化剂混合的均匀性和接触时间，提高催化剂的使用效率，为生物质气化重整提供了新思路、新方法。

技术领域

本发明涉及热解气提质技术领域，具体为一种基于卡门涡流的热解气提质方法。

背景技术

热解是解决秸秆等生物质的最优方法之一，可将其转化为气、液、固三相产物，热解产物经过提质、改性后可实现产品的高值利用。热解技术具有原料适用范围广、工艺成熟等优势。其中，热解气是热解的主要产物之一，热解气的主要成分有CO、CO₂、CH₄和H₂等，可作为燃气当作日常用能。然而，目前在利用热解技术热解秸秆等生物质时，会产生约20~30%的热解油，即人们常说的焦油，焦油的化学成分包括苯酚类化合物、酸类、糖类等。因此热解得到的热解油具有腐蚀性大、高黏度等特点，极大程度影响了热解油的输送及存储，限制了热解油被进一步的应用。

研究表明，催化重整技术可将生物质热解油转化为热解气，实现了油向气的转化，即可使得热解油能够通过催化方式完成向高值化学品的转化。但现阶段对热解油的转化效率低、催化剂使用寿命短、提纯和精炼工序复杂等问题。此外，在催化重整的过程中，热解的气态物质与催化剂接触不充分、不均匀或接触时间短也是影响其催化重整效果的主要因素之一。

发明内容

本发明意在提供一种基于卡门涡流的热解气提质方法，利用卡门涡流效应，增加热解挥发性大分子物质与催化剂充分接触，促进大分子物质向小分子物质的转化，提高焦油转化率；而且能够增加热解气在恒定温度场的滞留时间，使得热解气各组分与催化剂之间的碰撞效率提高，提高了热解气与催化剂混合的均匀性和接触时间，提高了催化剂的使用效率，为生物质气化重整技术提供了新思路、新方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于卡门涡流的热解气提质方法，包括以下步骤：

S1、生物质热解，将粉碎后的生物质在550~600 ℃条件下热解，热解得到挥发性物质；

S2、热解气催化重整：将S1得到的挥发性物质，在载流气作用下沿着螺旋管进入热解气催化重整反应器内，热解气催化重整区温度为700~800℃，在催化重整反应器中的内侧设有涡流发生器和催化剂承载床，涡流发生器上设有涡流发生片；催化剂承载床可使得挥发分子自由通过；涡流发生器和催化剂承载床间隔设置，保证两者之间留有足够孔隙，能够产生涡流，挥发性物质在涡流发生器的作用下，在涡流发生器和催化剂承载床之间形成涡流，增加挥发性物质和催化剂的有效接触面积，提高催化剂的催化效果，同时将挥发性物质中的焦油大分子物质转化为小分子物质，小分子物质在载流气的作用下，进入下一反应阶段；

S3、热解气气化重整：将S2得到的小分子物质，在载流气作用下进入热解气气化重整反应器，气化重整反应器温度为850~950℃，热解气气化重整器为环状盘管结构，螺旋管内部设有多个均布的涡流发生器，外部设有气化剂入口，气化剂和小分子物质被载流气带入热解气重整器的挥发性物质在涡流发生器的作用下，在涡流发生片背面形成气流旋涡，在气流旋涡的作用下，小分子物质各组分碰撞加聚，促进水煤气变换、甲烷CO₂重整以及甲烷蒸汽重整化学反应，从而促进CO、H₂的生成，实现对热解气的提质。