CN101445736A - 生物质制备合成醇醚用气的方法及装置 - Google Patents

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李在峰
何晓峰
朱金陵
白炜
刘军伟
杨树华
王志伟
韩刚
于显敬
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Abstract

本发明提供一种生物质制备合成醇醚用气的方法，生物质原料先经过干燥、粉碎预处理，然后进行热解气化和净化裂解重整，所述预处理后的生物质原料在生物质连续热解炉中进行热解气化，热解产生热解气和主要成分为固定炭的固体物质；热解气送入燃气高温催化裂解重整器，热解气经过燃气高温催化裂解重整器内的过滤材料净化和催化剂催化裂解重整，然后再经换热器降温即为合成醇醚用气。本发明的整个过程基本无废弃物的产生，实现了能源的循环利用，符合可持续发展战略。

Description

生物质制备合成醇醚用气的方法及装置
技术领域
本发明属于生物质能源利用技术领域，具体涉及一种利用农作物秸秆、木屑、树叶等植物类生物质原料制备合成醇醚用气的方法，同时涉及一种生物质制备合成醇醚用气的装置。
背景技术
能源是人类经济发展的动力和赖以生存的基础。随着经济的发展，常规化石燃料被过渡开采和使用，煤、石油、天然气等不可再生能源日益枯竭，环境保护也面临巨大压力。因而改变能源的生产方式和消费方式，对建立可持续发展的能源系统，促进经济社会发展和生态环境的改善，具有重大意义。我国是油气资源相对贫乏的国家，近年来国际油价的不断上涨对我国经济产生了重要影响，对我国的能源安全也带来了相当大的压力。通过开发低成本的生物质合成气生产技术，以废弃的生物质资源合成高品质的液体燃料，对于实现我国能源结构多元化、增强能源安全具有重要的意义。
生物质是可再生能源中唯一可以转化为液体燃料的碳资源，其转化为液体燃料的途径有多种，其中经气化合成高度洁净醇醚燃料技术不仅可避免与粮争地问题，且可将生物质原料综合利用，并可实现电、热和肥料联产。植物类生物质热解重整制备合成醇醚用气工艺技术，其适用于生物质气化合成醇醚燃料的合成气制备过程，可以使用于农作物秸秆及林业废弃物等植物类生物质丰富或运输方便的地方，优化农村自然资源的开发利用，合理利用大量农林废弃物，节省煤炭、石油、天然气等不可再生能源；推进生物质能气化合成高品质的液态燃料，替代瓶装液化石油气等，实现节能减排，为能源事业的发展做出积极的贡献，具有广阔的推广前景。其广泛应用有利于我国能源建设，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展。
以植物类生物质为原料生产醇醚燃料一般要经过预处理、气化、高温净化、焦油裂解与气体重整，最后通过合成反应生产醇醚，具体过程为：
1、原料的预处理，预处理过程中要调节生物质中的水分，所生物质原料进行干燥，并对较大的原料进行粉碎，以便于气化；
2、生物质气化，生物质一定温度下裂解，可生成小分子的气体(H2，CO，CH4等)和大分子的液体(焦油等)，根据提供的热源方式不同，可分为内热式气化与外热式气化。内热式气化是以生物质部分燃烧提供热量使生物质裂解，根据气化剂的种类不同可分为空气气化、富氧气化、空气——水蒸气气化及水蒸气气化等方式。外热式气化是生物质热解所需的能量不是通过部分生物质燃烧而取得，而是由外部提供。
3、燃气的高温催化裂解重整，本过程主要有燃气高温过滤、焦油的催化裂解与燃气重整。高温过滤是除去气中的固体颗粒，焦油的催化裂解是使大分子物质进一步裂解，提高燃气中的H2与CO含量，重整是在催化剂的作用下降低燃气中CO2与CH4的含量，同时提高有用成分H2与CO含量，所得合成气可用于制备醇醚燃料；
4、醇醚燃料的合成，合成反应一般分为一步法和二步法，一步法即合成气在同一反应器中，在复合催化剂作用下，同时进行甲醇合成和甲醇脱水反应，直接生成醇醚；两步法即合成气在不同反应器中进行，生物质气首先合成甲醇，甲醇脱水生成醇醚。
但是目前的技术中还存在一些方面的问题，采用生物质原料直接燃烧气化的方式，气化的转化率只有60％左右，生物质原料在气化过程的转化率还有待提高，另外生产过程中的资源浪费较严重，没有实现资源的重复利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用农作物秸秆、木屑、树叶等植物类生物质原料制备合成醇醚用气的方法，提高了生物质的气化率，并实现了资源的循环利用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：生物质制备合成醇醚用气的方法，生物质原料先经过干燥、粉碎预处理，然后进行热解气化和催化化裂解重整，所述预处理后的生物质原料在生物质连续热解炉中进行热解气化，热解产生热解气和主要成分为固定炭的固体物质；热解气送入燃气高温催化裂解重整器，热解气经过燃气高温催化裂解重整器内的过滤材料净化和催化剂催化裂解重整，然后再经换热器降温即为合成醇醚用气；所述生物质连续热解炉和燃气高温催化裂解重整器由生物质沸腾气化燃烧装置中燃料燃烧产生的烟气供热，生物质沸腾气化燃烧装置产生的烟气先送入燃气高温催化裂解重整器供热，然后再送入生物质连续热解炉供热。
所述生物质连续热解炉内生物质热解后产生的主要成分为固定炭的固体物质送入生物质沸腾气化燃烧装置作为燃料供热。
控制生物质连续热解炉的温度为700～750℃，控制燃气高温催化裂解重整器的温度为850～900℃。
所述燃气高温催化裂解重整器内的过滤材料为陶瓷，催化剂为镍基催化剂。
所述生物质原料为农林废弃物。
本发明的另一目的是提供一种生物质合成醇醚用气的装置，所采用的技术方案如下：
生物质制备合成醇醚用气的装置，生物质连续热解炉与燃气高温催化裂解重整器连接，燃气高温催化裂解重整器的热气源进口与生物质沸腾气化燃烧装置的烟气出气口连接，燃气高温催化裂解重整器的出气口与换热器的进气口连接，合成醇醚用气由换热器的出气口排出。
所述生物质连续热解炉的燃气出管与燃气高温催化裂解重整器的进气口连接，生物质连续热解炉热气源进口与燃气高温催化裂解重整器的热气源出口连接。
本发明中，生物质原料经干燥、粉碎(制粒成型)预处理后进入生物质连续热解炉，在热解温度700～750℃下对生物质粉碎物进行连续高温热解，在此温度下，生物质中占总重量约70％的成分可挥发析出，并同时裂解为小分子类的高温热解气，其主要成分为CH4、H2、CO、CO2、H2O等，还有一小部分大分子烃类(焦油)等常温下为液态的物质。生物质连续热解炉内产生的高温热解气进入燃气高温催化裂解重整器进行过滤净化、催化裂解重整，包含了高温陶瓷的过滤和镍基催化剂的催化裂解重整，高温陶瓷过滤主要是对高温燃气中的固体颗粒进行净化，以延长催化剂的使用效果与寿命，催化裂解重整过程是在850～900℃的温度下，使高温裂解燃气发生复杂的催化裂解重整过程，其完成的主要反应如下：
焦油的催化裂解，生成CnHm、CO、CO2与H2等；
烃类与CO2的反应：2CnHm+2nCO2＝4nCO+mH2。
以上反应过程的进行，生物质燃气中H2与CO的体积含量和可达到70％，H2与CO体积比约为2:1，再经换热器降温后即为合成醇醚用气，完全满足合成醇醚用气的要求，可用于制备醇醚燃料。
在生物质热解过程中，除了产生高温裂解气外，还产生了质量重量约30％的固体物质，其主要成分为固定炭，该固体物质直接送入生物质沸腾气化燃烧装置作为燃料沸腾燃烧，产生的高温烟气温度可达1300℃以上，此高温烟气先对燃气高温催化裂解重整器提供热量，从而为生物质热解气的催化裂解提供能量，使之温度保持在850℃以上，然后再对生物质连续热解炉进行加热，使温度维持在700℃以上，使反应过程能够顺利进行，同时高温烟气也得到了充分地利用。生物质原料所产生的不能气化的主要成分为固定炭的固体物质也得到了充分利用，整个过程基本无废弃物的产生，实现了能源的循环利用，符合可持续发展战略。
本发明所采用的装置简便，采用生物质沸腾气化燃烧装置供热的方式，生物质沸腾气化燃烧装置产生的高温烟气先对燃气高温催化裂解重整器供热，然后再对生物质连续热解炉供热，实现了热量的循环利用，节约了资源。
附图说明
图1为生物质制备合成醇醚用气的装置流程图。
具体实施方式
生物质制备合成醇醚用气的方法，农林废弃物的生物质原料先经过干燥、粉碎预处理，然后进行热解气化和净化裂解重整，所述预处理后的生物质原料在生物质连续热解炉中进行高温热解气化，控制生物质连续热解炉的温度为700～750℃，高温热解产生热解气和主要成分为固定炭的固体物质；热解气送入燃气高温催化裂解重整器，控制燃气高温催化裂解重整器的温度为850～900℃；生物质连续热解炉和燃气高温催化裂解重整器由生物质沸腾气化燃烧装置中燃料燃烧产生的烟气供热，该烟气的温度可达1300℃以上，生物质沸腾气化燃烧装置产生的烟气先送入燃气高温催化裂解重整器供热，然后再送入生物质连续热解炉供热；生物质连续热解炉内生物质高温热解产生的主要成分为固定炭的固体物质送入生物质沸腾气化燃烧装置作为燃料供热；热解气经过燃气高温催化裂解重整器内的陶瓷过滤净化和镍基催化剂催化裂解重整，然后再经换热器降温即为合成醇醚用气。合成醇醚用气可用于制备醇醚液态燃料。
生物质制备合成醇醚用气的装置，生物质连续热解炉1的燃气出管3与燃气高温催化裂解重整器6的进气口4连接，生物质连续热解炉1的热气源进口2与燃气高温催化裂解重整器6的热气源出口5连接，燃气高温催化裂解重整器6的热气源进口12与生物质沸腾气化燃烧装置9的烟气出口13连接，燃气高温催化裂解重整器6的出气口10与换热器7的进气口11连接，合成醇醚用气由换热器7的出气口8排出。
本发明中的生物质连续热解炉1可采用常规的连续热解炉，也可采用本发明申请人已申报专利的生物质连续热解炉，申请人已申报的生物质连续热解炉的专利号为ZL200620135283.1；同样，生物质沸腾气化燃烧装置9可采用常规的气化燃烧装置，也可采用本发明申请已申报的专利号为ZL200720307169.7的生物质沸腾气化燃烧装置。

Claims (7)

1、生物质制备合成醇醚用气的方法，生物质原料先经过干燥、粉碎预处理，然后进行热解气化和催化化裂解重整，其特征在于：所述预处理后的生物质原料在生物质连续热解炉中进行热解气化，热解产生热解气和主要成分为固定炭的固体物质；热解气送入燃气高温催化裂解重整器，热解气经过燃气高温催化裂解重整器内的过滤材料净化和催化剂催化裂解重整，然后再经换热器降温即为合成醇醚用气；所述生物质连续热解炉和燃气高温催化裂解重整器由生物质沸腾气化燃烧装置中燃料燃烧产生的烟气供热，生物质沸腾气化燃烧装置产生的烟气先送入燃气高温催化裂解重整器供热，然后再送入生物质连续热解炉供热。
2、如权利要求1所述的生物质制备合成醇醚用气的方法，其特征在于：所述生物质连续热解炉内生物质热解后产生的主要成分为固定炭的固体物质送入生物质沸腾气化燃烧装置作为燃料供热。
3、如权利要求1或2所述的生物质制备合成醇醚用气的方法，其特征在于：控制生物质连续热解炉的温度为700～750℃，控制燃气高温催化裂解重整器的温度为850～900℃。
4、如权利要求3所述的生物质制备合成醇醚用气的方法，其特征在于：所述燃气高温催化裂解重整器内的过滤材料为陶瓷，催化剂为镍基催化剂。
5、如权利要求4所述的生物质制备合成醇醚用气的方法，其特征在于：所述生物质原料为农林废弃物。
6、生物质制备合成醇醚用气的装置，其特征在于：生物质连续热解炉与燃气高温催化裂解重整器连接，燃气高温催化裂解重整器的热气源进口与生物质沸腾气化燃烧装置的烟气出气口连接，燃气高温催化裂解重整器的出气口与换热器的进气口连接，合成醇醚用气由换热器的出气口排出。
7、如权利要求6所述的生物质制备合成醇醚用气的装置，其特征在于：所述生物质连续热解炉的燃气出管与燃气高温催化裂解重整器的进气口连接，生物质连续热解炉热气源进口与燃气高温催化裂解重整器的热气源出口连接。
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