本发明属于生物油催化重整制备富氢合成气的系统，具体涉及一种利用铁矿石催化重整生物油制备富氢合成气的系统。
背景技术：
生物油作为生物质热解液化的主要产物，具有能量密度高、运输储存方便、易于进一步加工及实现大规模集中利用等优点。生物油催化重整制氢是目前生物油高值化利用的一种重要途径。生物油催化重整制氢利用催化剂提高生物油裂解气化活性，从而大大降低裂解气化温度，是当前较为可行的生物油利用手段。目前研究较多的主要有以白云石为代表的碳酸盐类天然矿石催化剂和以镍为代表的过渡金属催化剂。白云石等矿石类催化剂价格低廉，但催化重整效果不是很显著。镍基催化剂的活性高，生物油气化裂解效果好，但使用成本高且有毒，还容易出现积碳和镍粒子长大，导致催化剂失活。近年来铁基催化剂(Fe、Fe2O3、Fe3O4等)因其廉价、无毒且具有较好的催化生物油裂解气化和重整制氢效果，而受到广泛关注。利用含铁量较高的铁矿石为催化剂，同样能对生物油进行有效转化，但铁矿石在该过程中积碳量可达4％，依然会面临其他催化剂遇到的积碳失活问题，虽然可以通过燃烧方式进行催化剂再生，但这样容易引起催化剂烧结，破坏内部结构，减少表面活性位，从而降低催化剂的催化能力。因此，探寻一条解决或利用铁矿石积碳的途径是当务之急。
我国钢铁产量连续多年居世界第一位，但由于我国超过90％的铁矿石的铁含量都在30％以下，因此每年需要进口大量优质铁矿石，尽可能提高铁矿石的铁含量并降低冶炼过程中焦炭的消耗对提高我国钢铁企业的经济效益具有十分重要的意义。在钢铁行业所使用的天然铁矿石中，脱水后形成的赤铁矿具有中孔结构，比表面积高达70m2/g，孔隙结构比较发达，具备作为生物油裂解气化重整催化剂的潜质。若将铁矿石应用于生物油催化重整气化过程，一方面通过生物油催化裂解和水蒸气重整制取富氢合成气，提高气体产物品质；另一方面，该过程的还原性气氛有利于铁矿石中铁氧化物的还原，提高铁含量；同时生物油重整过程中在铁矿石表面形成的积碳可以保护铁矿石不被氧化，并且减少后续炼铁过程中焦炭的消耗，提高铁矿石的品位，如此可以同时实现生物油和铁矿石的高质化，提高生物油催化重整产物的附加值。
技术实现要素：
本发明提供一种利用铁矿石催化重整生物油制备富氢合成气的系统，解决现有铁基催化剂重整生物油制备富氢合成气过程易导致催化剂失活的问题，同时解决目前我国铁矿石品位不高的问题，以同时实现生物油和铁矿石的高值化。
本发明所提供的一种利用铁矿石催化重整生物油制备富氢合成气的系统，包括预热装置、蒸汽发生器、重整反应器、加热炉、净化塔及空气冷却室，其特征在于：
生物油经由预热装置预热后送入重整反应器，所述蒸汽发生器将水蒸气送入重整反应器，铁矿石和氧化钙分别经由给料装置送入重整反应器，所述加热炉产生高温烟气为重整反应器提供热量；
生物油与铁矿石、水蒸气、氧化钙在重整反应器中进行催化重整反应，生成粗富氢合成气，同时生成高温镀碳铁矿石；
所述粗富氢合成气送入净化塔，冷凝净化去除水分和其他杂质得到富氢合成气；所述高温镀碳铁矿石进入空气冷却室内冷却至环境温度，得到高品位铁矿石。
所述的利用铁矿石催化重整生物油制备富氢合成气的系统，其特征在于：
所述重整反应器为由内外两层构成的两端密封筒体，内层包围的空间为生物油与铁矿石、水蒸气、氧化钙的重整反应区域，外层与内层间的环状空间用于引入加热炉产生的高温烟气为内层内的重整反应提供热量；
所述加热炉为工业燃油锅炉，可采用生物油为燃料产生高温烟气送入重整反应器外层与内层间的环状空间；所述加热炉产生的高温烟气余热可用于蒸气发生器和预热装置，实现余热利用。
所述的利用铁矿石催化重整生物油制备富氢合成气的系统，其特征在于：
所述净化塔为填料塔，粗富氢合成气通过填料塔的填料区除去其中的水分和其他杂质，得到洁净的富氢合成气；
所述空气冷却室内采用管束式换热器，管束内通入空气，管束外放置高温镀碳铁矿石，换热后管束内的热空气用于加热炉燃烧，实现能量回收利用。
使用本发明催化重整生物油制备富氢合成气时，重整反应器中参与重整反应的物料质量比为：以生物油为1，水蒸气为0.3～2，铁矿石为0.5～2，氧化钙为0.5～3；重整反应器内温度控制在650℃～850℃。
与现有技术相比较，本发明的优点在于：
1、本发明综合解决了生物油高值化中的催化剂问题及铁矿石品位普遍不高的问题，采用铁矿石来对生物油催化重整，制取富氢合成气，同时，铁矿石被部分还原及表面镀碳，无需考虑铁矿石的积碳失活问题，相反铁矿石表面的积碳还能提升其品位，降低后续炼铁过程中的焦比，从而达到获得两种高价值产品的目的。
2、本发明的工艺中在铁矿石催化重整生物油制取富氢气体过程中同时加入的氧化钙，不但能对生物油裂解气化产氢过程起到催化作用，还可以通过原位捕获重整过程中的CO2而强化制氢过程，从而同时发挥铁矿石和氧化钙对生物油催化重整制氢的双重促进作用，实现强化制氢的目的。
3、本发明的工艺中用作生物油催化重整制取富氢合成气的铁矿石和氧化钙在重整反应之后不需进行分离，所含氧化钙可在炼铁过程中作为熔剂除去铁矿石中二氧化硅等杂质。
4、本发明的工艺中将空气冷却室内的热空气用作加热炉内生物油燃烧的燃烧氧化剂，回收了部分热量，降低了系统能耗。
5、本发明的工艺中加热炉产生的高温烟气在实现了为重整反应器提供热量目的后，烟气余热可用于蒸气发生器和生物油加热装置，实现了余热再利用。
6、本发明的工艺的目标产物可以通过调整生物油给料速率、铁矿石给料速率、水蒸气供给速率、氧化钙供给速率、重整反应器温度等条件，来调控优化两种目标产物的品质，技术实用性强且适用性广，规模易于控制。
总之，本发明通过利用铁矿石催化重整生物油，在制取富氢合成气的同时，又获得品位得到提升的铁矿石，是一种同时联产两种高品质产物的有效系统。本发明把相较于生物质原料能量密度高、更易于储存运输的生物油作为制取富氢合成气的原料，更利于工业大规模应用，且有利于生物油的高值化利用。另一方面利用生物油重整过程中在铁矿石表面产生的积碳，降低了后续炼铁的焦铁比，提高了铁矿石的品位，对于钢铁行业节能降耗具有重要的意义。本发明构成简单、高效、节能、经济、工程实现性强、原料适用范围广，提高了铁矿石催化重整生物油工艺的产物附加值，适用于基于各类生物质的生物油产品的高值化利用及各种低品位铁矿石的品位提升工艺。
附图说明
图1为本发明的组成结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明包括预热装置、蒸汽发生器、重整反应器、加热炉、净化塔及空气冷却室；
生物油经由预热装置预热后送入重整反应器，所述蒸汽发生器将水蒸气送入重整反应器，铁矿石和氧化钙分别经由给料装置送入重整反应器，所述加热炉产生高温烟气为重整反应器提供热量；
生物油与铁矿石、水蒸气、氧化钙在重整反应器中进行催化重整反应，生成粗富氢合成气，同时生成高温镀碳铁矿石；
所述粗富氢合成气送入净化塔，冷凝净化去除水分和其他杂质得到富氢合成气；所述高温镀碳铁矿石进入空气冷却室内冷却至环境温度，得到高品位铁矿石。
作为一个实施例，预热装置和蒸汽发生器分别采用管壳式换热器；重整反应器采用内外两层构成的两端密封筒体，内层包围的空间为生物油与铁矿石、水蒸气、氧化钙的重整反应区域，外层与内层间的环状空间用于引入加热炉产生的高温烟气为内层内的重整反应提供热量；加热炉采用常用的工业燃油锅炉；净化塔采用工业常用的填料塔；空气冷却室采用管束式换热器，管束内通入空气，管束的密闭空间内放置高温镀碳铁矿石。
生物油与铁矿石、水蒸气、氧化钙在重整反应器中进行催化重整反应，参与重整反应的物料质量比例为：以生物油为1，水蒸气为0.3～2，铁矿石为0.5～2，氧化钙为0.5～3；重整反应器内温度控制在650℃～850℃。