一種高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法與流程
2023-09-11 20:46:47 1
1.本發明屬於生物質熱解技術領域，具體涉及一種高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法。
背景技術：
2.能源是社會發展的必要條件，隨著社會進步和工業的飛速發展，能源短缺和環境汙染的問題也隨之而來。積極調整能源結構，尋求可持續發展道路，減少化石能源的依賴，開發和利用可再生能源成為解決溫室氣體排放、緩解氣候惡化和保障能源安全的重要手段。
3.氣態燃料比固態燃料在使用上具有許多優良性能：燃燒過程易於控制，不需要大比例的過量空氣，燃燒器具比較簡單，燃燒時沒有顆粒物排放。因此，生物質熱解可將低品位的固態生物質轉換成高品位的可燃氣體和生物質炭，廣泛應用於工農業生產的各個領域，如集中供氣、供熱、發電等。
4.生物質熱解是指在隔絕空氣或提供有限的氧的情況下的生物質熱分解反應，產生固體炭、液體焦油和以h2、co、ch4等可燃氣體為主要成分的可燃氣。熱解反應為吸熱反應，需要提供熱源形成溫度場，熱解所得的可燃氣通常用於燃料、供熱與發電。
5.我國有豐富的竹子資源，竹子生長速度快，每年產生的生物量很大，而且竹子可以作為一種能源植物進行栽培利用，特別是產量高而利用率低的叢生竹。然而我國竹材資源雖較為豐富，但從利用效果來看還有很大的提升空間。目前我國對於竹材的利用方式有一定的局限性，導致竹材的利用率不高，多集中於食品、建材以及生活用品等附加值較低的行業，不僅經濟價值低，生產過程中也會造成加工剩餘物的廢棄。由於竹子的工業化利用率不高，加工剩餘物或廢棄物高達50％～70％，成為可以能源化利用的資源之一。生物質熱解技術作為現階段有效開發生物質能、提高生物質燃料品質的技術，將竹材熱解獲得燃氣得以充分利用同時能夠獲得品質優良的生物炭，並在此基礎上加以活化可得到性能良好的活性炭，技術應用前景十分廣闊。
6.常規熱解工藝製備的生物質燃氣熱值相對較低，燃氣中ch4的體積分數也不高。「不同作物秸稈熱解及其差異性分析(史訓旺，辛馨，劉照，等.太陽能學報.2020，41(1)：166-171)」中對5種秸稈(水稻秸、小麥秸、棉花秸、玉米秸、油菜秸)進行了熱解製備燃氣的熱值研究，研究表明油菜秸熱解產氣熱值最高，可達10.21mj/m3，燃氣中ch4約為10％。「溫度對竹屑熱解多聯產產物特性的影響(陳偉，楊海平，劉標，等.農業工程學報.2014，30(22)：245-252)」中，對竹屑進行了熱解研究，在950℃時，熱解氣有最大值11.44mj/m3，燃氣中ch4約為10％。
技術實現要素：
7.本發明的目的在於克服現有技術的不足之處，提供一種高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，以竹屑為原料，通過調控熱解溫度有效提高生物質燃氣熱值，降低生物質燃
氣成本。
8.為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案如下：
9.一種高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，生物質原料在固定床熱解反應器進行熱解反應；熱解反應溫度為600-900℃。
10.所述高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，固定床熱解反應器燃氣出口處設置二次熱解區。
11.所述高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，生物質原料由固定床反應器上方進入反應區，生物質原料在反應區發生熱化學反應，並將燃氣和焦油混合物通過二次熱解區，使可凝性有機物二次高溫裂解，產生可燃氣體；反應後的氣體產物經冷凝淨化裝置去除水分後，收集得到。
12.所述高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，二次熱解區反應溫度為800℃。
13.所述高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，生物質原料為竹子。
14.所述高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，包括以下步驟：
15.第一步，選取40～60目的生物質為原料；
16.第二步，對固定床熱解反應器升溫到預設溫度值；第三步，生物質原料由固定床反應器上方進入反應區，生物質原料在反應區發生熱化學反應，並將燃氣和焦油混合物通過二次熱解區，使可凝性有機物二次高溫裂解，產生可燃氣體；反應後的氣體產物經冷凝淨化裝置去除水分後，收集得到產物氣。
17.相比於現有技術，本發明的有益效果為：
18.本發明的生物質熱解和燃氣焦油二次熱解的兩級工藝，以製備高熱值的生物質燃氣為目標，在技術先進性和經濟性上都具有明顯的優勢，是竹類生物質熱解工藝規模化、產業化發展的重要方向之一。
19.採用小型固定床熱解反應器進行竹屑熱解和二次熱解，使得燃氣中焦油分解生成更多的可燃氣體組分，特別是燃氣中ch4組分的體積分數得到提高，最終可以得到以h2、co、ch4、co2等為主要成分的可燃氣體，其中ch4組份的體積分數佔比較高，利於生成高熱值生物質燃氣。二次熱解後燃氣中的甲烷組分體積分數達到20％，燃氣低位熱值達到17.85mj/nm3，與常規生物質熱解工藝相比，本發明技術大幅提高了生物質燃氣熱值及燃氣中ch4的體積分數。
具體實施方式
20.下面結合具體實施例對本發明進一步進行描述。
21.實施例1
22.一種高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，包括以下步驟：
23.第一步，原料預處理：選取40～60目的竹屑；
24.第二步，竹屑熱解：採用小型固定床熱解反應器進行熱解反應，實驗開始前對固定床熱解反應器升溫到預設溫度值600℃；
25.第三步，稱取10g竹屑原料由固定床反應器上方進入反應區，發生熱化學反應，反應時間為30min；並將燃氣和焦油混合物通過二次熱解區，使焦油等可凝性有機物二次高溫裂解，產生可燃氣體，二次熱解區溫度為800℃，反應時間為60s；反應後的氣體產物經冷凝
淨化裝置去除水分後，使用鋁箔收集袋收集產物氣。熱解氣採用島津gc-2014氣相色譜進行分析。實施例1燃氣評價結果如表1所示。
26.實施例2
27.採用小型固定床熱解反應器，以竹屑為原料，反應溫度700℃進行熱解反應，二次熱解區溫度為800℃。熱解氣採用島津gc-2014氣相色譜進行分析。燃氣評價結果如表1所示。具體實施過程同實施例1。
28.實施例3
29.採用小型固定床熱解反應器，以竹屑為原料，反應溫度800℃進行熱解反應，二次熱解區溫度為800℃，燃氣採用島津gc-2014氣相色譜進行分析。燃氣評價結果如表1所示。具體實施過程同實施例1。
30.實施例4
31.採用小型固定床熱解反應器，以竹屑為原料，反應溫度900℃進行熱解反應，二次熱解區溫度為800℃，燃氣採用島津gc-2014氣相色譜進行分析。燃氣評價結果如表1所示。具體實施過程同實施例1。
32.表1實施例1～4的燃氣組份和熱值
[0033][0034]
技術特徵：
1.一種高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，其特徵在於，生物質原料在固定床熱解反應器進行熱解反應；熱解反應溫度為600-900℃。2.根據權利要求1所述高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，其特徵在於，固定床熱解反應器燃氣出口處設置二次熱解區。3.根據權利要求1所述高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，其特徵在於，生物質原料由固定床反應器上方進入反應區，生物質原料在反應區發生熱化學反應，並將燃氣和焦油混合物通過二次熱解區，使可凝性有機物二次高溫裂解，產生可燃氣體；反應後的氣體產物經冷凝淨化裝置去除水分後，收集得到。4.根據權利要求2或3所述高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，其特徵在於，二次熱解區反應溫度為800℃。5.根據權利要求1所述高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，其特徵在於，包括以下步驟：第一步，選取生物質為原料；第二步，對固定床熱解反應器升溫到預設溫度值；第三步，生物質原料由固定床反應器上方進入反應區，生物質原料在反應區發生熱化學反應，並將燃氣和焦油混合物通過二次熱解區，使可凝性有機物二次高溫裂解，產生可燃氣體；反應後的氣體產物經冷凝淨化裝置去除水分後，收集得到產物氣。
技術總結
本發明公開了一種高溫熱解製備高熱值生物質燃氣的方法，屬於生物質熱解技術領域。該方法為採用固定床熱解反應器，對生物質原料進行熱解反應製備高熱值生物質燃氣，反應過程包括竹屑熱解、二次熱解、生物質燃氣淨化和燃氣冷凝。本發明通過在熱解反應器燃氣出口設置二次熱解區、調控反應溫度製備出高熱值生物質燃氣。此方法具有工藝合理、反應裝置簡單、所得燃氣熱值高等優點。該燃氣可用於供氣、供熱、輸入區域管網和合成燃料等。區域管網和合成燃料等。
技術研發人員：應浩 任菊榮 徐衛 孫昊 蔣劍春 孫雲娟 許玉 許偉
受保護的技術使用者：中國林業科學研究院林產化學工業研究所
技術研發日：2022.12.08
技術公布日：2023/3/28