一種沼氣重整制備合成氣的設備的制造方法
【專利說明】
[0001]技術領域本實用新型涉及能源領域，尤其涉及一種沼氣重整制備合成氣的設備。
[0002]【背景技術】隨著社會發展對能源需求的日益增長和化石能源的日益枯竭，發展可再生能源替代化石能源成為世界范圍內的熱點話題。生物質能源作為唯一可用于大規模制取液體燃料的含碳可再生資源成為當前研究的熱點。
[0003]中國是一個農業生產大國，擁有豐富的農業生物質資源，據統計，每年產生農作物秸桿7億多噸，廢棄林木1.6億噸，畜禽糞便18億噸，總計農業生物質資源超過30億噸。沼氣被認為是“當前生物質能行業最具產業化可行性的技術”，受到國家和各級地方政府的高度重視。2007年農業部頒發《全國農村沼氣工程建設規劃(2006-2010)》，國家發改委發布《可再生能源中長期發展規劃》，2014年農業部產業政策與法規司制訂《國家深化農村改革、支持糧食生產、促進農民增收政策措施》，其中都將沼氣作為發展的重點。一系列相關鼓勵政策的出臺，使我國農村沼氣建設項目得到了快速發展，2010年我國沼氣年產量已達130多億立方米，預計到2020年沼氣年利用量將達440億立方米。
[0004]2014年，農業部產業政策與法規司制訂的《國家深化農村改革、支持糧食生產、促進農民增收政策措施》指出創新大中型沼氣工程建設機制，建立產業化發展平臺，引導社會力量參與沼氣建設和運營，拓寬沼氣使用出口。”因此，可以預見未來的幾年內，浙江乃至全國的沼氣工程及沼氣利用技術都會迎來巨大的發展。
[0005]目前，沼氣的利用途徑主要有:①沼氣傳統利用和綜合利用技術，將沼氣用于農村家庭的炊事、照明和取暖等，后來發展到實現物質多層次利用、能量合理流動的綜合利用模式?’②沼氣發電技術，將沼氣用于發動機上，并裝有綜合發電裝置，以產生電能和熱能；③沼氣燃料電池技術，把燃料中的化學能直接轉化為電能；④沼氣重整制取合成氣技術，沼氣經過重整變成合成氣，再經過分離、預處理和合成可以得到其它液體燃料。
[0006]對比各項技術發現，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；而沼氣重整技術理論上能夠將沼氣中的CHjP CO 2資源共同轉化成合成氣，最大限度地實現C資源的合理利用，，大大減少了溫室效應。可見沼氣重整生產合成氣技術可能是沼氣利用的最佳方式，也是當前研究的熱點之一。
[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化生產案例。沼氣蒸汽重整已經實現了工業化，但是由于水蒸氣的參與導致產物中H2/C0的體積比接近3，不利于下游產品的合成；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定性以及催化劑失活機理方面，由于該反應是一個強吸熱反應，反應系統的供熱問題必將成為未來該技術放大過程中的瓶頸；為了解決系統的供熱問題，研究者開始致力于開發混合重整工藝，在反應體系中通入氧氣，利用可燃組分的燃燒為重整反應提供熱量，但是氧氣的通入容易與產物中的HjP CO反應，影響合成氣組成，另夕卜，重整與燃燒反應在一個反應器中進行，有爆炸的危險。近年來，等離子體被應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上放大生產，但是該技術仍處于實驗室研究起步階段，如何提高熱等離子體發生器的能量轉化效率并合理設計適用于沼氣重整的等離子體反應器結構是實現等離子體重整技術工業應用的關鍵。
[0008]通過分析在研的各項技術可以發現，沼氣重整技術未能實現大規模工業化生產的主要技術原因是催化劑易積炭導致活性下降以及工藝過程能耗過高的問題。
[0009]
【發明內容】
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備，通過雙提升管構成的反應一再生系統實現催化劑反應和失活催化劑再生的循環，結焦催化劑在再生系統燃燒再生，解決了結焦帶來的失活問題；同時，燃燒放出的熱量可以加熱催化劑為重整反應提供部分熱量，維持重整反應所缺熱量，從而解決工藝過程能耗的問題。
[0010]本實用新型的技術方案為:一種沼氣重整制備合成氣的設備，所述設備包括脫硫池、提升管重整反應器、提升管再生器、第一旋風分離器、第一控制閥、第二旋風分離器和第二控制閥；
[0011]所述脫硫池一端設有沼氣輸入口，另一端設有沼氣輸出口與提升管重整反應器底部的一進氣口連接。沼氣經輸入口進入脫硫池，經脫硫池脫硫后進入提升管重整反應器。提升管重整反應器底部還設有另一進氣口，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器內混合，并在催化劑作用下進行重整反應得到合成氣。
[0012]第一旋風分離器設置于提升管重整反應器頂部的出口處，第一旋風分離器設有一合成氣輸出口，第一旋風分離器還設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器的出口處，經第一旋風分離器進行氣固分離，合成氣經第一旋風分離器的合成氣輸出口輸出，失活的催化劑經第一旋風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有一氣體輸入口，提升管再生器頂部的出口處設有第二旋風分離器，第二旋風分離器一輸出口與提升管重整反應器底部另一進氣口連接，第二旋風分離器另一輸出口通過第二控制閥與提升管重整反應器底部一催化劑輸入口連接。提升管再生器底部設有氧氣輸入口，失活的催化劑在提升管再生器內經燃燒進行再生反應，得到再生催化劑；再生催化劑經與提升管再生器內的氣體經第二旋風分離器進行氣固分離，提升管再生器內的氣體經第二旋風分離器的輸出口進入提升管重整反應器內；再生催化劑經第二旋風分離器另一輸出口通過第二控制閥進入提升管重整反應器內。
[0014]本實用新型采用上述設備結構，通過提升管重整反應器-提升管再生器構成的反應一再生系統，實現催化劑反應和失活催化劑再生的循環，解決了催化劑結焦帶來的失活問題。同時，本實用新型的設備還具有調節靈活，運行安全，原料氣轉化率高，處理量大，適宜工業化放大等優點。
[0015]進一步，所述提升管再生器頂部在出口下方設有測氧儀，通過測氧儀測量提升管再生器內的含氧量，避免提升管再生器內的含氧量超過爆炸的臨界值，保證催化劑再生反應的安全性。
[0016]進一步，所述設備還包括第一催化劑儲罐和第一返料閥；所述第一旋風分離器還設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。
[0017]進一步，所述設備還包括引風機，所述第二旋風分離器一輸出口通過引風機與提升管重整反應器底部另一進氣口連接，提升管