一種沼氣重整制備合成氣的設(shè)備的制造方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本實用新型涉及能源領(lǐng)域，尤其涉及一種沼氣重整制備合成氣的設(shè)備。
[0002]【背景技術(shù)】隨著社會發(fā)展對能源需求的日益增長和化石能源的日益枯竭，發(fā)展可再生能源替代化石能源成為世界范圍內(nèi)的熱點話題。生物質(zhì)能源作為唯一可用于大規(guī)模制取液體燃料的含碳可再生資源成為當(dāng)前研究的熱點。
[0003]中國是一個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，擁有豐富的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源，據(jù)統(tǒng)計，每年產(chǎn)生農(nóng)作物秸桿7億多噸，廢棄林木1.6億噸，畜禽糞便18億噸，總計農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源超過30億噸。沼氣被認為是“當(dāng)前生物質(zhì)能行業(yè)最具產(chǎn)業(yè)化可行性的技術(shù)”，受到國家和各級地方政府的高度重視。2007年農(nóng)業(yè)部頒發(fā)《全國農(nóng)村沼氣工程建設(shè)規(guī)劃(2006-2010)》，國家發(fā)改委發(fā)布《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，2014年農(nóng)業(yè)部產(chǎn)業(yè)政策與法規(guī)司制訂《國家深化農(nóng)村改革、支持糧食生產(chǎn)、促進農(nóng)民增收政策措施》，其中都將沼氣作為發(fā)展的重點。一系列相關(guān)鼓勵政策的出臺，使我國農(nóng)村沼氣建設(shè)項目得到了快速發(fā)展，2010年我國沼氣年產(chǎn)量已達130多億立方米，預(yù)計到2020年沼氣年利用量將達440億立方米。
[0004]2014年，農(nóng)業(yè)部產(chǎn)業(yè)政策與法規(guī)司制訂的《國家深化農(nóng)村改革、支持糧食生產(chǎn)、促進農(nóng)民增收政策措施》指出創(chuàng)新大中型沼氣工程建設(shè)機制，建立產(chǎn)業(yè)化發(fā)展平臺，引導(dǎo)社會力量參與沼氣建設(shè)和運營，拓寬沼氣使用出口?！币虼?，可以預(yù)見未來的幾年內(nèi)，浙江乃至全國的沼氣工程及沼氣利用技術(shù)都會迎來巨大的發(fā)展。
[0005]目前，沼氣的利用途徑主要有:①沼氣傳統(tǒng)利用和綜合利用技術(shù)，將沼氣用于農(nóng)村家庭的炊事、照明和取暖等，后來發(fā)展到實現(xiàn)物質(zhì)多層次利用、能量合理流動的綜合利用模式?’②沼氣發(fā)電技術(shù)，將沼氣用于發(fā)動機上，并裝有綜合發(fā)電裝置，以產(chǎn)生電能和熱能；③沼氣燃料電池技術(shù)，把燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能；④沼氣重整制取合成氣技術(shù)，沼氣經(jīng)過重整變成合成氣，再經(jīng)過分離、預(yù)處理和合成可以得到其它液體燃料。
[0006]對比各項技術(shù)發(fā)現(xiàn)，前三種沼氣利用方法都只利用了沼氣中的CH4資源，沼氣中含有大約30%的CO2無法得到有效利用，只能排放到大氣中，造成了 C資源的嚴重浪費，加重了溫室效應(yīng)；而沼氣重整技術(shù)理論上能夠?qū)⒄託庵械腃HjP CO 2資源共同轉(zhuǎn)化成合成氣，最大限度地實現(xiàn)C資源的合理利用，，大大減少了溫室效應(yīng)?？梢娬託庵卣a(chǎn)合成氣技術(shù)可能是沼氣利用的最佳方式，也是當(dāng)前研究的熱點之一。
[0007]沼氣的主要成分是014和CO 2，因而沼氣重整的實質(zhì)是CH4-CO2重整。目前沼氣重整工藝主要有沼氣蒸汽重整、沼氣干重整、沼氣混合重整以及等離子體重整等。近年來，很多國家都對沼氣重整技術(shù)的研究給予了大量的科研和工程投資，但除沼氣蒸汽重整外，再無其它成熟的工業(yè)化生產(chǎn)案例。沼氣蒸汽重整已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化，但是由于水蒸氣的參與導(dǎo)致產(chǎn)物中H2/C0的體積比接近3，不利于下游產(chǎn)品的合成；沼氣干重整的研究重點集中在基于固定床工藝提高催化劑的穩(wěn)定性以及催化劑失活機理方面，由于該反應(yīng)是一個強吸熱反應(yīng)，反應(yīng)系統(tǒng)的供熱問題必將成為未來該技術(shù)放大過程中的瓶頸；為了解決系統(tǒng)的供熱問題，研究者開始致力于開發(fā)混合重整工藝，在反應(yīng)體系中通入氧氣，利用可燃組分的燃燒為重整反應(yīng)提供熱量，但是氧氣的通入容易與產(chǎn)物中的HjP CO反應(yīng)，影響合成氣組成，另夕卜，重整與燃燒反應(yīng)在一個反應(yīng)器中進行，有爆炸的危險。近年來，等離子體被應(yīng)用于沼氣重整制合成氣的工作，其中，熱等離子體具有高焓、高溫、高能粒子密度大等特點，相對冷等離子體更適宜工業(yè)上放大生產(chǎn)，但是該技術(shù)仍處于實驗室研究起步階段，如何提高熱等離子體發(fā)生器的能量轉(zhuǎn)化效率并合理設(shè)計適用于沼氣重整的等離子體反應(yīng)器結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)等離子體重整技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0008]通過分析在研的各項技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)，沼氣重整技術(shù)未能實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的主要技術(shù)原因是催化劑易積炭導(dǎo)致活性下降以及工藝過程能耗過高的問題。
[0009]
【發(fā)明內(nèi)容】
為了有效解決上述問題，本實用新型提供一種沼氣重整制備合成氣的設(shè)備，通過雙提升管構(gòu)成的反應(yīng)一再生系統(tǒng)實現(xiàn)催化劑反應(yīng)和失活催化劑再生的循環(huán)，結(jié)焦催化劑在再生系統(tǒng)燃燒再生，解決了結(jié)焦帶來的失活問題；同時，燃燒放出的熱量可以加熱催化劑為重整反應(yīng)提供部分熱量，維持重整反應(yīng)所缺熱量，從而解決工藝過程能耗的問題。
[0010]本實用新型的技術(shù)方案為:一種沼氣重整制備合成氣的設(shè)備，所述設(shè)備包括脫硫池、提升管重整反應(yīng)器、提升管再生器、第一旋風(fēng)分離器、第一控制閥、第二旋風(fēng)分離器和第二控制閥；
[0011]所述脫硫池一端設(shè)有沼氣輸入口，另一端設(shè)有沼氣輸出口與提升管重整反應(yīng)器底部的一進氣口連接。沼氣經(jīng)輸入口進入脫硫池，經(jīng)脫硫池脫硫后進入提升管重整反應(yīng)器。提升管重整反應(yīng)器底部還設(shè)有另一進氣口，供提升管再生器出口的氣體輸入；沼氣與提升管再生器出口的氣體在提升管重整反應(yīng)器內(nèi)混合，并在催化劑作用下進行重整反應(yīng)得到合成氣。
[0012]第一旋風(fēng)分離器設(shè)置于提升管重整反應(yīng)器頂部的出口處，第一旋風(fēng)分離器設(shè)有一合成氣輸出口，第一旋風(fēng)分離器還設(shè)有另一輸出口通過第一控制閥與提升管再生器底部的一輸入口連接。合成氣與失活的催化劑在提升管重整反應(yīng)器的出口處，經(jīng)第一旋風(fēng)分離器進行氣固分離，合成氣經(jīng)第一旋風(fēng)分離器的合成氣輸出口輸出，失活的催化劑經(jīng)第一旋風(fēng)分離器另一輸出口通過第一控制閥進入提升管再生器。
[0013]提升管再生器底部還設(shè)有一氣體輸入口，提升管再生器頂部的出口處設(shè)有第二旋風(fēng)分離器，第二旋風(fēng)分離器一輸出口與提升管重整反應(yīng)器底部另一進氣口連接，第二旋風(fēng)分離器另一輸出口通過第二控制閥與提升管重整反應(yīng)器底部一催化劑輸入口連接。提升管再生器底部設(shè)有氧氣輸入口，失活的催化劑在提升管再生器內(nèi)經(jīng)燃燒進行再生反應(yīng)，得到再生催化劑；再生催化劑經(jīng)與提升管再生器內(nèi)的氣體經(jīng)第二旋風(fēng)分離器進行氣固分離，提升管再生器內(nèi)的氣體經(jīng)第二旋風(fēng)分離器的輸出口進入提升管重整反應(yīng)器內(nèi)；再生催化劑經(jīng)第二旋風(fēng)分離器另一輸出口通過第二控制閥進入提升管重整反應(yīng)器內(nèi)。
[0014]本實用新型采用上述設(shè)備結(jié)構(gòu)，通過提升管重整反應(yīng)器-提升管再生器構(gòu)成的反應(yīng)一再生系統(tǒng)，實現(xiàn)催化劑反應(yīng)和失活催化劑再生的循環(huán)，解決了催化劑結(jié)焦帶來的失活問題。同時，本實用新型的設(shè)備還具有調(diào)節(jié)靈活，運行安全，原料氣轉(zhuǎn)化率高，處理量大，適宜工業(yè)化放大等優(yōu)點。
[0015]進一步，所述提升管再生器頂部在出口下方設(shè)有測氧儀，通過測氧儀測量提升管再生器內(nèi)的含氧量，避免提升管再生器內(nèi)的含氧量超過爆炸的臨界值，保證催化劑再生反應(yīng)的安全性。
[0016]進一步，所述設(shè)備還包括第一催化劑儲罐和第一返料閥；所述第一旋風(fēng)分離器還設(shè)有另一輸出口依次通過第一催化劑儲罐、第一控制閥、第一返料閥與提升管再生器底部的一輸入口連接。失活的催化劑依次通過第一催化劑儲罐、第一控制閥、第一返料閥進入提升管再生器內(nèi)。
[0017]進一步，所述設(shè)備還包括引風(fēng)機，所述第二旋風(fēng)分離器一輸出口通過引風(fēng)機與提升管重整反應(yīng)器底部另一進氣口連接，提升管