一種風冷式生物質催化熱解反應方法
2023-10-23 19:15:42
一種風冷式生物質催化熱解反應方法
【專利摘要】本發明公開了一種風冷式生物質催化熱解反應方法，包括以下步驟：（1）將生物質原料作脫水處理；（2）熱解反應；（3）以恆定流量輸入氧氣對固體產物進行再分解；（4）對氣體產物增加第一裂解催化劑和第二催化劑進行再分解反應；（5）循環送水進行冷卻降溫。通過上述方式，本發明風冷式生物質催化熱解反應方法具有原料適應範圍寬、轉化過程僅產生少量生物質灰、零汙染、低碳、無煙無塵、燃燒率高、避免了高成本的一次能源使用、提高了能量利用經濟性等優點，在風冷式生物質催化熱解反應方法的普及上有著廣泛的市場前景。
【專利說明】一種風冷式生物質催化熱解反應方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及能源領域，特別是涉及一種風冷式生物質催化熱解反應方法。
【背景技術】
[0002] 能源是現代社會賴以生存和發展的基礎，能源的供給能力密切關係著國民經濟的 可持續性發展，是國家戰略安全保障的基礎之一。中國目前能源供給形勢嚴峻，環境質量包 褓沉重。由於化石能源儲量日益減少、油價波動較大、對能源安全問題的擔憂以及對全球變 暖的關注，發展清潔可再生能源已成為緊迫的課題，新能源行業呈現高成長性。根據廣泛論 證的可再生能源的產業背景及發展概況，以生物質能為代表的生物質氣化發電、生物質氫 能、生物質綠色液體燃料將成為未來重要的替代能源。生物質能屬於清潔能源，中國的生物 質再生能源的資源非常豐富，生物質再生能源大規模普及應用，有助於改善生態環境和C0 2 減排。
[0003] 全球每年通過光合作用儲藏在生物圈的生物質能約為2. 3ZJ(相當於固定了 60Gt 的碳），生物質能未來的發展潛力巨大。目前亞洲、非洲的大多數發展中國家，生物質能的消 費量佔全國能源消費總量的40%以上。有關專家估計，生物質能極有可能成為未來可持續 能源系統的組成部分，到下世紀中葉，採用新技術生產的各種生物質替代燃料將佔全球總 能耗的40%以上。隨著世界能源結構呈現多元化發展趨勢。預計到2025年生物質能將會 增加35?95EJ，在世界能源中將佔有重要的地位。
[0004] 據預測到2050年，生物質將為世界提供五分之一的電力和五分之二直接使用的 燃料。採用先進技術來利用生物質能資源，部分地代替石油、煤炭等礦物能源，以減輕人類 所面臨的能源和環境兩大壓力，己成為世界各國的共識。
[0005] 然而在實際使用過程中，仍然存在著如下缺陷： 一、 燃燒煤、柴油、天然氣，能源消耗量大，且不利於環保； 二、 燃燒後的煙氣經餘熱利用管返回爐膛，煙氣不利於生物質的充分、均勻燃燒，產生 的熱量不均勻，合金錠的熔化速度慢，導致生產成本增加； 三、 不能準確控制爐膛內的溫度； 四、 生物質直燃會產生焦油等汙染環境。
【發明內容】
[0006] 本發明主要解決的技術問題是提供一種風冷式生物質催化熱解反應方法，通過使 用對生物質原料多次熱解的方法，從而實現了一種原料適應性強的可連續、穩定的風冷式 生物質催化熱解反應方法，並使用催化劑增加裂解的反應程度、使用循環送水進行冷卻，提 高了能源利用經濟性和環保性，在風冷式生物質催化熱解反應方法的普及上有著廣泛的市 場前景。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明提供一種風冷式生物質催化熱解反應方法，包括以 下步驟： (1) 將生物質原料作脫水處理，使得總含水量小於30%，所述生物質原料包括柴草、木 材、沼氣、稻殼、玉米秸、稻杆、麥杆和有機廢棄物等等； (2) 使用含水量小於30%的生物質原料在常壓、550-650°C條件下熱解反應，將生物質 原料轉化為氣體產物和固體產物； (3) 將固相產物從氣體產物中分離後移出反應系統，以恆定流量輸入氧氣對固體產物 進行再分解，並將反應的熱量用於補充氣體產物的再分解反應的熱量損耗； (4) 對氣體產物增加第一裂解催化劑和第二催化劑，並在常壓、800-120(TC下進行再分 解反應，從而消除焦油並降低甲烷等烴類含量，提高氣體產物中氫的含量和產量，形成合成 氣體； (5) 將合成氣體密封並隔離設備，循環送水進行冷卻降溫。
[0008] 在本發明一個較佳實施例中，步驟（1)中的所述脫水處理包括人工烘乾和自然曬 幹。
[0009] 在本發明一個較佳實施例中，步驟（2)中的熱解反應時間為5-15min。
[0010] 在本發明一個較佳實施例中，步驟（2)中的所述氣體產物包括氫氣、一氧化碳、二 氧化碳、甲烷等常溫下不凝結的氣體和焦油等常溫下凝結為液體的大分子化合物。
[0011] 在本發明一個較佳實施例中，步驟（2)中的所述固體產物為殘碳。
[0012] 在本發明一個較佳實施例中，步驟（4)中的第一催化劑為焦油裂解催化劑。
[0013] 在本發明一個較佳實施例中，步驟（4)中的第二催化劑為鎳基催化劑。
[0014] 本發明的有益效果是：本發明風冷式生物質催化熱解反應方法具有原料適應範圍 寬、轉化過程僅產生少量生物質灰、零汙染、低碳、無煙無塵、燃燒率高、避免了高成本的一 次能源使用、提高了能量利用經濟性等優點，在風冷式生物質催化熱解反應方法的普及上 有著廣泛的市場前景。
【具體實施方式】
[0015] 下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範 圍。
[0016] 一種風冷式生物質催化熱解反應方法，包括以下步驟： (1) 將生物質原料作脫水處理，使得總含水量小於30%，所述生物質原料包括柴草、木 材、沼氣、稻殼、玉米秸、稻杆、麥杆和有機廢棄物等等，原料適應範圍寬，且轉化過程僅產生 少量生物質灰，避免了高成本的一次能源使用，提高了能量利用經濟性； (2) 使用含水量小於30%的生物質原料在常壓、550-650°C條件下熱解反應，將生物質 原料轉化為氣體產物和固體產物； (3) 將固相產物從氣體產物中分離後移出反應系統，以恆定流量輸入氧氣對固體產物 進行再分解，並將反應的熱量用於補充氣體產物的再分解反應的熱量損耗，既實現了無煙 無塵、低碳無汙染的燃燒功能，又實現了肥料殘渣的再次利用、提高了原料的燃燒率和能源 的利用率； (4) 對氣體產物增加第一裂解催化劑和第二催化劑，並在常壓、800-120(TC下進行再分 解反應，從而消除焦油並降低甲烷等烴類含量，提高氣體產物中氫的含量和產量，形成合成 氣體； (5)將合成氣體密封並隔離設備，循環送水進行冷卻降溫，水的來源廣泛、成本低、容易 獲得。
[0017] 優選地，步驟（1)中的所述脫水處理包括人工烘乾和自然曬乾。
[0018] 優選地，步驟（2)中的熱解反應時間為5-15min。
[0019] 優選地，步驟（2 )中的所述氣體產物包括氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等常溫下 不凝結的氣體和焦油等常溫下凝結為液體的大分子化合物。
[0020] 優選地，步驟（2)中的所述固體產物為殘碳。
[0021] 優選地，步驟（4)中的第一催化劑為焦油裂解催化劑。
[0022] 優選地，步驟（4)中的第二催化劑為鎳基催化劑。
[0023] 熱解加劇，生物質原料轉化為氣相和固相產物，氣相熱解產物中包括氫、一氧化 碳、二氧化碳、甲烷等常溫下不凝結的氣體和焦油等常溫下凝結為液體的大分子烴類。
[0024] 本發明風冷式生物質催化熱解反應方法的有益效果是： 一、 本發明的方法採用生物質資源為原料，通過熱解結合裂解方法轉化為可直接利用 的高熱值氣體，能源利用率高、環保無汙染； 二、 熱解結合裂解製取富氫氧燃氣的方法，可以使用稻殼、玉米秸、稻杆、麥杆等多種農 林廢棄物，原料適應範圍寬，且轉化過程僅產生少量生物質灰，避免了高成本的一次能源使 用，提高了能量利用經濟性； 三、 相對於一般的生物質熱解反應方法，這裡的風冷式生物質催化熱解反應方法使用 水的循環來實現降溫，水的來源廣泛、成本低。
[0025] 以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發 明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領 域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
【權利要求】
1. 一種風冷式生物質催化熱解反應方法，其特徵在於，包括以下步驟： (1) 將生物質原料作脫水處理，使得總含水量小於30%，所述生物質原料包括柴草、木 材、沼氣、稻殼、玉米秸、稻杆、麥杆和有機廢棄物等等； (2) 使用含水量小於30%的生物質原料在常壓、550-650°C條件下熱解反應，將生物質 原料轉化為氣體產物和固體產物； (3) 將固相產物從氣體產物中分離後移出反應系統，以恆定流量輸入氧氣對固體產物 進行再分解，並將反應的熱量用於補充氣體產物的再分解反應的熱量損耗； (4) 對氣體產物增加第一裂解催化劑和第二催化劑，並在常壓、800-120(TC下進行再分 解反應，從而消除焦油並降低甲烷等烴類含量，提高氣體產物中氫的含量和產量，形成合成 氣體； (5) 將合成氣體密封並隔離設備，循環送水進行冷卻降溫。
2. 根據權利要求1所述的風冷式生物質催化熱解反應方法，其特徵在於，步驟（1)中的 所述脫水處理包括人工烘乾和自然曬乾。
3. 根據權利要求1所述的風冷式生物質催化熱解反應方法，其特徵在於，步驟（2)中的 熱解反應時間為5-15min。
4. 根據權利要求1所述的風冷式生物質催化熱解反應方法，其特徵在於，步驟（2)中的 所述氣體產物包括氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等常溫下不凝結的氣體和焦油等常溫下 凝結為液體的大分子化合物。
5. 根據權利要求1所述的風冷式生物質催化熱解反應方法，其特徵在於，步驟（2)中的 所述固體產物為殘碳。
6. 根據權利要求1所述的風冷式生物質催化熱解反應方法，其特徵在於，步驟（4)中的 第一催化劑為焦油裂解催化劑。
7. 根據權利要求1所述的風冷式生物質催化熱解反應方法，其特徵在於，步驟（4)中的 第二催化劑為鎳基催化劑。
【文檔編號】C10B53/02GK104152161SQ201410405279
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】王玉南 申請人:蘇州新協力環保科技有限公司