本发明提供一种生物质合成气中焦油脱除转化的装置及转化方法。本发明包括焦油脱除反应器，焦油脱除反应器分别连接合成气进口管路、净化合成气出口管路、空气进口管路、烟气出口管路、冷却水进口管路和冷却水出口管路，空气进口管路连接空气预热器，所述的焦油脱除反应器里面设置有一组套管式反应管，所述的套管式反应管由内管和外管组成，所述的内管连通所述的冷却水进口管路和所述的冷却水出口管路，所述的外管是气体可透过式的过滤管，过滤管上负载有催化焦油氧化的催化剂，所述的内管和外管形成的环形空间连通所述的合成气进口管路、烟气出口管路。本发明实现合成气的脱除净化以及焦油能量利用，并使吸附剂再生，能够提高生物质的利用率。
1.一种生物质合成气中焦油脱除转化的装置，其特征在于：包括焦油脱除反应器，所述的焦油脱除反应器分别连接合成气进口管路、净化合成气出口管路、空气进口管路、烟气出口管路、冷却水进口管路和冷却水出口管路，所述的空气进口管路连接空气预热器，所述的焦油脱除反应器里面设置有一组套管式反应管，所述的套管式反应管由内管和外管组成，所述的内管连通所述的冷却水进口管路和所述的冷却水出口管路，所述的外管是气体可透过式的过滤管，过滤管上负载有催化焦油氧化的催化剂，所述的内管和外管形成的环形空间连通所述的合成气进口管路、烟气出口管路。
2.根据权利要求1所述的生物质合成气中焦油脱除转化的装置，其特征在于：所述的焦油脱除反应器采用两个成对设置的第一焦油脱除反应器和第二焦油脱除反应器，所述的合成气进口管路通过第一切换阀分别连接所述的第一焦油脱除反应器和第二焦油脱除反应器，所述的空气预热器通过第二切换阀分别连接所述的第一焦油脱除反应器和第二焦油脱除反应器，所述的第一焦油脱除反应器的净化合成气出口连接第一控制阀，所述的第二焦油脱除反应器的净化合成气出口连接第二控制阀，所述的第一焦油脱除反应器的烟气出口管路通过第三切换阀连接所述的空气预热器的烟气进口/出口管路，所述的第二焦油脱除反应器的烟气出口管路通过第四切换阀连接所述的空气预热器的烟气进口/出口管路。
3.根据权利要求1或2所述的生物质合成气中焦油脱除转化的装置，其特征在于：所述的外管以活性Al2O3、SiO2为载体的过滤管或金属丝网过滤管，过滤管上负载的催化剂为金属Cu、Mn、Ni、Co以及Fe中的一种或几种氧化物为活性组分的混合物。
4.一种用权利要求1-3之一所述的生物质合成气中焦油脱除转化的装置进行生物质合成气中焦油脱除转化的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：（1）含有焦油的生物质合成气通入焦油脱除反应器，由反应管顶部进口沿轴向进入内外套管的环形空间；
（2）冷却水由焦油脱除反应器的冷却水进口管路进入反应套管的内管，冷却进入的合成气；环形空间内经冷却的合成气，侧向流入外侧套管；气体中冷凝的焦油经过滤管被吸附脱除，净化后的合成气通过合成气出口管路排出；
（3）当过滤管上的吸附剂饱和时，焦油脱除反应器的合成气进口和合成气出口的压差达到20kPa 80kPa，停止合成气进入；
（4）空气经空气预热器加热后，由空气进口管路侧向进入焦油脱除反应器，与吸附在过滤管上的焦油在催化剂作用下发生催化氧化反应并放热，反应后生成的烟气由侧向进入套管的环形空间；
（5）进入套管环形空间的烟气通过内管冷却水冷却，沿轴向流出反应管，由烟气出口管路离开焦油脱除反应器；
（6）从焦油脱除反应器中出来的烟气进入空气预热器加热进口空气，冷却后的烟气从空气预热器中排出；
（7）当焦油脱除反应器的出口烟气无CO2气体时，重复上述步骤（1）到步骤（6）。
5.根据权利要求4所述的生物质合成气中焦油脱除转化的方法，其特征在于：该方法还包括采用两个焦油脱除反应器成对设计，使得焦油脱除反应连续进行，具体包括如下步骤：（1）将第一切换阀切换到第一焦油脱除反应器通道打开，第二焦油脱除反应器通道关闭的位置；第二切换阀切换到通向第二焦油脱除反应器的通道打开，通向第一焦油脱除反应器的通道关闭的位置；第三切换阀处于排出系统的通道打开，通向第一焦油脱除反应器通道关闭；第四切换阀处于排出系统的通道关闭，通向第二焦油脱除反应器的通道打开；同时第一控制阀打开，第二控制阀关闭，第一焦油脱除反应器进行合成气中焦油的冷却、吸附脱除过程，第二焦油脱除反应器进行焦油的催化氧化过程；
（2）当经过焦油吸附脱除过程的第一焦油脱除反应器的合成气进口和合成气出口压差达到20kPa 80kPa时，由压差信号控制，同时转换4个切换阀通道的打开和关闭位置，和2个~控制阀的打开和关闭状态使第一焦油脱除反应器转换到焦油催化氧化过程，而第二焦油脱除反应器转换到焦油吸附脱除过程，第一焦油脱除反应器和第二焦油脱除反应器周期性交替进行上述过程。
6.根据权利要求4或5所述的生物质合成气中焦油脱除转化的方法，其特征在于：所述的焦油脱除反应器进行合成气焦油脱除吸附过程时，净化合成气出口温度控制在50℃以下；所述的焦油脱除反应器进行焦油催化氧化过程时，烟气出口温度控制在400-600℃之间。
7.根据权利要求4或5所述的生物质合成气中焦油脱除转化的方法，其特征在于：所述的从焦油脱除反应器中出来的烟气进入空气预热器加热进口空气，冷却后的烟气从空气预热器中排出后继续加热给水，将烟气温度控制在100℃以下。
8.根据权利要求4或5所述的生物质合成气中焦油脱除转化的方法，其特征在于：所述的空气经空气预热器加热的温度在300 600℃。
一种生物质合成气中焦油脱除转化的装置及转化方法
[0001] 技术领域：
[0002] 本发明涉及一种生物质合成气中焦油脱除转化的装置及转化方法，属于生物质资源利用技术领域。
[0003] 背景技术：
[0004] 生物质气化制取合成气或富氢气体是生物质热化学转化利用的重要途径之一，目前实际应用中面临的关键问题是气体产物中存在焦油容易导致管路堵塞，影响下游设备的正常运行，而且降低了生物质的有效利用率。
[0005] 目前焦油脱除净化的主要技术有物理方法和化学方法。物理方法主要包括气体湿法洗涤，气体干法过滤和静电去除等。湿法水洗或者液体吸收剂脱除焦油虽然去除能力较好，但是净化过程不仅浪费水资源，而且容易带来二次污染；气体干法过滤通常采用活性炭，泡沫陶瓷等吸附剂，但是长期运行会导致堵塞，难以再生等问题；静电去除也存在类似的问题。化学方法则主要是采用催化裂解和催化重整方法，但是通常反应温度高，催化剂易积碳失活。
[0006] 为了克服生物质合成气中残存焦油不易脱除净化的问题，本发明提出了一种新的焦油脱除转化的装置和方法。不仅能有效去除合成气中的焦油，而且可回收其中的能量，从而提高生物质的利用率，并使吸附剂再生。
发明内容
[0007] 本发明的目的是针对现有技术中焦油脱除困难，吸附剂易堵塞难以再生的问题，提出一种生物质合成气中焦油脱除转化的装置及转化方法，将焦油通过干法吸附进行合成气的净化，再将焦油原位催化氧化使吸附剂再生，同时焦油释放出的能量用于生产水蒸气，实现焦油能量的利用。不仅能有效去除合成气中的焦油，而且可回收其中的能量，从而提高生物质的利用率，并使吸附剂再生。
[0008] 上述的目的通过以下技术方案实现：
[0009] 一种生物质合成气中焦油脱除转化的装置，包括焦油脱除反应器，所述的焦油脱除反应器分别连接合成气进口管路、净化合成气出口管路、空气进口管路、烟气出口管路、冷却水进口管路和冷却水出口管路，所述的空气进口管路连接空气预热器，所述的焦油脱除反应器里面设置有一组套管式反应管，所述的套管式反应管由内管和外管组成，所述的内管连通所述的冷却水进口管路和所述的冷却水出口管路，所述的外管是气体可透过式的过滤管，过滤管上负载有催化焦油氧化的催化剂，所述的内管和外管形成的环形空间连通所述的合成气进口管路、烟气出口管路。
[0010] 所述的生物质合成气中焦油脱除转化的装置，所述的焦油脱除反应器采用两个成对设置的第一焦油脱除反应器和第二焦油脱除反应器，所述的合成气进口管路通过第一切换阀分别连接所述的第一焦油脱除反应器和第二焦油脱除反应器，所述的空气预热器通过第二切换阀分别连接所述的第一焦油脱除反应器和第二焦油脱除反应器，所述的第一焦油脱除反应器的合成气出口连接第一控制阀，所述的第二焦油脱除反应器的合成气出口连接第二控制阀，所述的第一焦油脱除反应器的烟气出口管路通过第三切换阀连接所述的空气预热器的烟气进口/出口管路，所述的第二焦油脱除反应器的烟气出口管路通过第四切换阀连接所述的空气预热器的烟气进口/出口管路。
[0011] 所述的生物质合成气中焦油脱除转化的装置，所述的外管以活性Al2O3、SiO2为载体的过滤管或金属丝网过滤管，过滤管上负载的催化剂为金属Cu、Mn、Ni、Co以及Fe等中的一种或几种氧化物为活性组分的混合物。
[0012] 用上述生物质合成气中焦油脱除转化的装置进行生物质合成气中焦油脱除转化的方法，该方法包括如下步骤：
[0013] （1）含有焦油的生物质合成气通入焦油脱除反应器，由反应管顶部进口沿轴向进入内外套管的环形空间；
[0014] （2）冷却水由焦油脱除反应器的冷却水进口管路进入反应套管的内管，冷却进入的合成气；环形空间内经冷却的合成气，侧向流入外侧套管；气体中冷凝的焦油经过滤管被吸附脱除，净化后的合成气通过合成气出口管路排出；
[0015] （3）当过滤管上的吸附剂饱和，焦油脱除反应器的合成气进口和合成气出口的压差达到20kPa 80kPa时，停止合成气进入；~
[0016] （4）空气经空气预热器加热后，由空气进口管路侧向进入焦油脱除反应器，与吸附在过滤管上的焦油在催化剂作用下发生催化氧化反应并放热，反应后生成的烟气由侧向进入套管的环形空间；
[0017] （5）进入套管环形空间的烟气通过内管冷却水冷却，沿轴向流出反应管，由烟气出口管路离开焦油脱除反应器；
[0018] （6）从焦油脱除反应器中出来的烟气进入空气预热器加热进口空气，冷却后的烟气从空气预热器中排出；
[0019] （7）当焦油脱除反应器的出口烟气无CO2气体时，重复上述步骤（1）到步骤（6）。
[0020] 所述的生物质合成气中焦油脱除转化的方法，该方法还包括采用两个焦油脱除反应器成对设计，使得焦油脱除反应连续进行，具体包括如下步骤：
[0021] （1）将第一切换阀切换到第一焦油脱除反应器通道打开，第二焦油脱除反应器通道关闭的位置；第二切换阀切换到通向第二焦油脱除反应器的通道打开，通向第一焦油脱除反应器的通道关闭的位置；第三切换阀处于排出系统的通道打开，通向第一焦油脱除反应器通道关闭；第四切换阀处于排出系统的通道关闭，通向第二焦油脱除反应器的通道打开；同时第一控制阀打开，第二控制阀关闭，第一焦油脱除反应器进行合成气中焦油的冷却、吸附脱除过程，第二焦油脱除反应器进行焦油的催化氧化过程；
[0022] （2）当经过焦油吸附脱除过程的第一焦油脱除反应器的合成气进口和合成气出口压差达到20kPa 80kPa时，由压差信号控制，同时转换4个切换阀通道的打开和关闭位置，和~2个控制阀的打开和关闭状态使第一焦油脱除反应器转换到焦油催化氧化过程，而第二焦油脱除反应器转换到焦油吸附脱除过程，第一焦油脱除反应器和第二焦油脱除反应器周期性交替进行上述过程。
[0023] 所述的生物质合成气中焦油脱除转化的方法，所述的焦油脱除反应器进行合成气焦油脱除吸附过程时，净化合成气出口温度控制在50℃以下；所述的焦油脱除反应器进行焦油催化氧化过程时，烟气出口温度控制在400-600℃之间。
[0024] 所述的生物质合成气中焦油脱除转化的方法，所述的从焦油脱除反应器中出来的烟气进入空气预热器加热进口空气，冷却后的烟气从空气预热器中排出后继续加热给水，将烟气温度控制在100℃以下。
[0025] 所述的生物质合成气中焦油脱除转化的方法，所述的空气经空气预热器加热的温度在300 600℃。~
[0026] 有益效果：
[0027] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0028] 本发明将生物质合成气通过干法吸附方式对焦油进行脱除，当吸附剂饱和后，利用吸附剂上负载的催化剂，在吸附剂上原位催化焦油氧化，将焦油转化为CO2和H2O并释放能量，同时使吸附剂获得再生，释放的能量可加热给水，为系统或系统外部提供水蒸气。
[0029] 本发明采用的金属氧化物催化剂，可使焦油在较低温度下氧化，并避免焦油高温裂解导致的催化剂积碳失活。
附图说明
[0030] 图1为本发明采用两个成对设置的第一焦油脱除反应器和第二焦油脱除反应器时的结构示意图；
[0031] 附图中标号为：1、第一焦油脱除反应器； 2、第二焦油脱除反应器； 3、 空气预热器；4、第一切换阀； 5、第二切换阀；6、第三切换阀；7、第四切换阀；8、第一控制阀；9、第二控制阀。
具体实施方式
[0032] 下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0033] 实施例1：
[0034] 一种生物质合成气中焦油脱除转化的装置，包括焦油脱除反应器，所述的焦油脱除反应器分别连接合成气进口管路、净化合成气出口管路、空气进口管路、烟气出口管路、冷却水进口管路和冷却水出口管路，所述的空气进口管路连接空气预热器，所述的焦油脱除反应器里面设置有一组套管式反应管，所述的套管式反应管由内管和外管组成，所述的内管连通所述的冷却水进口管路和所述的冷却水出口管路，所述的外管是气体可透过式的过滤管，过滤管上负载有催化焦油氧化的催化剂，所述的内管和外管形成的环形空间连通所述的合成气进口管路、烟气出口管路。
[0035] 所述的生物质合成气中焦油脱除转化的装置，所述的外管以活性Al2O3、SiO2为载体的过滤管或金属丝网过滤管，过滤管上负载的催化剂为金属Cu、Mn、Ni、Co以及Fe等中的一种或几种氧化物为活性组分的混合物。
[0036] 用上述生物质合成气中焦油脱除转化的装置进行生物质合成气中焦油脱除转化的方法，该方法包括如下步骤：
[0037] （1）含有焦油的生物质合成气通入焦油脱除反应器，由反应管顶部进口沿轴向进入内外套管的环形空间；
[0038] （2）冷却水由焦油脱除反应器的冷却水进口管路进入反应套管的内管，冷却进入的合成气；环形空间内经冷却的合成气，侧向流入外侧套管；气体中冷凝的焦油经过滤管被吸附脱除，净化后的合成气通过合成气出口管路排出；
[0039] （3）当焦油脱除反应器的合成气进口和合成气出口的压差达到20kPa 80kPa时，停~止合成气进入；
[0040] （4）空气经空气预热器加热后，由空气进口管路侧向进入焦油脱除反应器，与吸附在过滤管上的焦油在催化剂作用下发生催化氧化反应并放热，反应后生成的烟气由侧向进入套管的环形空间；
[0041] （5）进入套管环形空间的烟气通过内管冷却水冷却，沿轴向流出反应管，由烟气出口管路离开焦油脱除反应器；
[0042] （6）从焦油脱除反应器中出来的烟气进入空气预热器加热进口空气，冷却后的烟气从空气预热器中排出；
[0043] （7）当焦油脱除反应器的出口烟气无CO2气体时，重复上述步骤（1）到步骤（6）。
[0044] 所述的生物质合成气中焦油脱除转化的方法，所述的焦油脱除反应器进行合成气焦油脱除吸附过程时，净化合成气出口温度控制在50℃以下；所述的焦油脱除反应器进行焦油催化氧化过程时，烟气出口温度控制在400-600℃之间。
[0045] 所述的生物质合成气中焦油脱除转化的方法，所述的从焦油脱除反应器中出来的烟气进入空气预热器加热进口空气，冷却后的烟气从空气预热器中排出后继续加热给水，将烟气温度控制在100℃以下。
[0046] 所述的生物质合成气中焦油脱除转化的方法，所述的空气经空气预热器加热的温度在300 600℃。~
[0047] 实施例2：
[0048] 本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中所述的生物质合成气中焦油脱除转化的装置，所述的焦油脱除反应器采用两个成对设置的第一焦油脱除反应器1和第二焦油脱除反应器2，第一焦油脱除反应器1的合成气进口1-A和第二焦油脱除反应器2的合成气进口2-A通过带有第一切换阀的合成气进口管路连接，第一焦油脱除反应器1的空气进口2-A和第二焦油脱除反应器2的空气进口2-B通过带有第二切换阀的空气进口管路连接；第一焦油脱除反应器1的合成气出口1-C连接第一控制阀，第二焦油脱除反应器2的合成气出口2-C连接第二控制阀；第一焦油脱除反应器1的烟气出口1-D连接第三切换阀，第二焦油脱除反应器2的烟气出口2-D连接第四切换阀；第二切换阀的进口与空气预热器空气出口3-B连接，空气预热器的烟气进口/出口3-C与第三切换阀连接，空气预热器的烟气进口/出口3-D与第四切换阀连接。
[0049] 所述的合成气进口管路通过第一切换阀分别连接所述的第一焦油脱除反应器和第二焦油脱除反应器，所述的空气预热器通过第二切换阀分别连接所述的第一焦油脱除反应器和第二焦油脱除反应器，所述的第一焦油脱除反应器的合成气出口连接第一控制阀，所述的第二焦油脱除反应器的合成气出口连接第二控制阀，所述的第一焦油脱除反应器的烟气出口管路通过第三切换阀连接所述的空气预热器的烟气进口管路，所述的第二焦油脱除反应器的烟气出口管路通过第四切换阀连接所述的空气预热器的烟气进口管路。
[0050] 所述的生物质合成气中焦油脱除转化的方法，该方法包括采用两个焦油脱除反应器成对设计，使得焦油脱除反应连续进行，具体包括如下步骤：
[0051] （1）将第一切换阀切换到第一焦油脱除反应器通道打开，第二焦油脱除反应器通道关闭的位置；第二切换阀切换到通向第二焦油脱除反应器的通道打开，通向第一焦油脱除反应器的通道关闭的位置；第三切换阀处于排出系统的通道打开，通向第一焦油脱除反应器通道关闭；第四切换阀处于排出系统的通道关闭，通向第二焦油脱除反应器的通道打开；同时第一控制阀打开，第二控制阀关闭，第一焦油脱除反应器进行合成气中焦油的冷却、吸附脱除过程，第二焦油脱除反应器进行焦油的催化氧化过程；
[0052] （2）当经过焦油吸附脱除过程的第一焦油脱除反应器的合成气进口和合成气出口压差达到20kPa 80kPa时，由压差信号控制，同时转换4个切换阀通道的打开和关闭位置，和~2个控制阀的打开和关闭状态使第一焦油脱除反应器转换到焦油催化氧化过程，而第二焦油脱除反应器转换到焦油吸附脱除过程，第一焦油脱除反应器和第二焦油脱除反应器周期性交替进行上述过程。
