CN101805647A

CN101805647A - 生物质物料热裂解制备天然气的方法及所使用的热裂解炉

Info

Publication number: CN101805647A
Application number: CN201010154750A
Authority: CN
Inventors: 倪建辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2010-08-18

Abstract

本发明涉及利用生物质物料热裂解制备天然气的方法，包括物料粉碎、物料烘干、无氧状态下进行热裂解、冷却分离和压缩分离等步骤，本发明还提供了一种在热裂解过程中所使用的热裂解炉装置。利用无氧的热裂解环境，可以减化热裂解炉的构造，仅使用电加热器便足以满足热裂解的能量需要，与现有技术相比以相同质量的生物质物料尤其是农林废弃物为基础，使用本法可以制得更多的天然气，获得更多的热值。

Description

生物质物料热裂解制备天然气的方法及所使用的热裂解炉

技术领域

本发明涉及能源领域，具体涉及利用生物质物料热裂解制备天然气的方法，以及该方法中所使用的热裂解装置。

背景技术

能源问题作为当今世界难题，备受各国高度关注。我国的石油、煤炭、天然气人均可采储量只有世界平均水平的11％、55％、4.3％；在能源效率、单位产品能耗等方面比世界先进水平低40％，差距十分明显。如何在提高能效的基础上，实现能源结构的优化已成为我国能否实现可持续发展的关键。为此，国家大力鼓励可再生能源的发展，制定了《可再生能源法》及一系列相关政策予以扶持。针对生物质能，更是指出“充分利用沼气和农林废弃物气化技术提高农村地区生活用能的燃气比例，并把生物质气化裂解作为解决农村废弃物和工业有机废弃物环境治理的重要措施”。

但是目前我国的生物质物料利用，尤其是农村废弃物的利用形势不容乐观，大部分使用气化炉，在有氧状态下点燃农村废弃物进而采集产生的可燃气体。此种方式所投入的气化成本普遍较低，大多是直接燃烧，虽然有可燃气体产生，但是热值较低，不能满足民用和工业的要求。

生物质热裂解技术则是使生物质在基本无氧气(与空气隔绝)的情形下，通过热化学转换，生成液体和气体产物的过程。根据气相滞留期、升温速度、最高温度的不同，产物中气、油、液的组成比例也不同。现有的生物质物料热裂解制备天然气的方法主要包括以下步骤：物料的粉碎----烘干成型----热裂解，其中热裂解是在热裂解炉中进行的，热裂解后会得到气液两类形态的产物，气态产物冷却后通过净化分离分别得到生物质燃气、焦油和醋液。

以上制备方法在热裂解过程中还是会通入一定量的空气，使物料在少量有氧环境下进行热裂解反应，氧气的存在在一定程序上影响到热裂解的效率，从而影响热值的释放。

发明内容

本发明针对以上现有技术的不足，提供了一种在完全无氧的情况下对生物质物料进行热裂解的方法，极大地提高了热裂解效率，极大地增加了热值的释放率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

生物质物料热裂解制备天然气的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)物料粉碎——通过粉碎使物料达到所要求的颗粒尺寸；

(2)物料烘干——通过烘干使物料含水率在0～12％；

(3)热裂解——物料进入热裂解装置在无氧状态下进行热裂解，热裂解的上限温度为400～1000℃，通过热裂解得到气态生成物；

(4)冷却分离——气态生成物经过冷却分离后得到可燃性气体和液体。

(5)压缩分离——可燃性气体经过压缩分离后得到可以直接利用的天然气。

所述步骤(2)的物料含水率为0～7％。

所述步骤(3)是在抽成真空的热裂解炉中进行。

所述步骤(3)中当温度超过200℃时，将热裂解炉内的水蒸气排出。

本发明的另一方案是提供一种在上述无氧热裂解过程中所使用的热裂解炉，包括炉体，进料口设于炉体上部，出气口设于炉体的顶端，所述炉体底端设有电加热器。

所述电加热装置上方设搅拌叶，所述搅拌叶通过搅拌杆连接炉体顶端的动力装置。

所述进料口处设进料斗。

本发明的反应原理为：生物质经热化学处理，即生物质在隔绝或少量氧气的条件下，热解反应获得可燃气体、固体木炭和液体生物油三类产品，又称生物质热裂解(生物质热解)。生物质热解分低温慢速热解(＜400℃)，产物以木炭为主；中温快速热解(400～650℃)，产物以生物油为主；高温闪速热解(700～1000℃)，产物以可燃气体为主。

本发明的有益效果为：利用无氧的热裂解环境，可以减化热裂解炉的构造，仅使用电加热器便足以满足热裂解的能量需要，与现有技术相比以相同质量的生物质物料尤其是农林废弃物为基础，使用本法可以制得更多的天然气，获得更多的热值。

通过以上方法制得的天然气，通过分析报告可知其中氢气为16.2％；甲烷为42.2％；乙烷为31.6％；丙烷为0.4％；二氧化碳为9.3％；丙烯为0.3％以及还包括2.0ppm的一氧化碳。以上成分完全符合天然气的含量需求，而且其中的可燃性气体甲烷、乙烷和氢气的含量尤其偏高，故通过本法制备的相同立方的天然气可以产生更多热值。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明的具体实施工艺图。

图3为本发明热裂解炉的结构示意图。

图中：1为热裂解炉；2为冷凝器；3为缓冲罐；4为低压压缩机；5为低压储罐；6为高压压缩机；7为水蒸气排空阀；8为液体收集罐；9为减压阀；10为炉体；11为进料口；12为出气口；13为动力装置；14为搅拌棒；15为搅拌叶；16为电加热器；17为进料斗。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

由图1和图2所示，生物质物料热裂解制备天然气的方法包括如下步骤：

(1)物料粉碎——通过粉碎使物料达到所要求的颗粒尺寸，若经数次粉碎仍达不到尺寸的要求，则可以使用筛网滤除较大的颗粒以达到要求的尺寸；但如果颗粒本身尺寸较小且均匀，则无需再粉碎，比如稻壳、锯末等。

(2)物料烘干——通过烘干使物料含水率在0～12％，较优的含水量为0～7％，这样可以极大地降低热裂解步骤所产生的水蒸气，不但有利于缩短后续冷却的时间，同时也提高了所收集气体的纯度。

(3)热裂解——物料进入抽成真空的热裂解炉1，在无氧状态下进行热裂解。热裂解炉1通过逐步升温的方式进行裂解反应，在超过200℃时，将热裂解炉内的水蒸气通过水蒸气排空阀7排出，并最终使温度保持在400～1000℃，通过热裂解得到气态生成物。上限温度依据所使用的生物质物料尤其是农林废弃物的不同而有所差别，如秸杆在达到500～600℃时，即可产生气态生成物，而杂木则到达到900～1000℃时才产生气态生成物。如图3所示，热裂解所需要的热量来源于电加热器16。

(4)冷却分离——热裂解炉1中所产生的气态生成物进入冷却系统，一般采用的是冷凝器2，气态生成物经过冷却后可以分出气体部分和液体部分，气体部分即为生物质燃气，通过冷凝器2的顶端输出，液体部分经由冷凝器3的下部排至液体收集罐8中，再净化分离可得到焦油和醋液。

(5)压缩分离——可燃性气体可经由高压压缩机6进行气体的二次分离。但在生产中为了保证所收集气体的稳定性，一般由冷凝器2中输出的气体先经由缓冲罐3进行气体的缓冲，极大地降低可燃性气体的危险性，再由低压压缩机4将气体储存于低压储罐5了，使用时气体经由减压阀9进入高压压缩机6将可燃性气体按照不同的压力：5MPa时，乙烷等液化析出；7.5MPa时，二氧化碳液化析出；20MPa时，甲烷和氢气液化析出，这样便可以得到压缩的天然气。

通过以上方法制得的天然气，通过分析报告可知其中氢气为16.2％；甲烷为42.2％；乙烷为31.6％；丙烷为0.4％；二氧化碳为9.3％；丙烯为0.3％以及还包括2.0ppm的一氧化碳。以上成分完全符合天然气的含量需求，而且其中的可燃性气体甲烷和氢气的含量尤其偏高，故通过本法制备的相同立方的天然气可以产生更多热值。

本方法可处理的生物质物料来源广阔、非常易得，尤其是农林废弃物，包括稻壳、花生壳、果壳、棉花杆、黄豆秆、芝麻杆、玉米杆、麦秆、玉米棒、玉米芯等，利用此方法不仅得到了非常宝贵的能源，还解决了目前广大农村的废弃物处理难的问题，一举两得，既提高了农业产出，增加了农民收入，减轻了农民劳动强度，又可减少污染，促进生态的良性循环。

为配合以上方法的实施，本发明还提供一种在上述无氧热裂解过程中所使用的热裂解炉1，包括炉体10，炉体10上部设有进料口11，进料斗17设于进料口11上。炉体10顶端设有出气口12，底端加设了电加热器16，而且炉体顶端设有的动力装置13通过搅拌棒14连接了一个搅拌叶15，搅拌叶15设在电加热器16的上方便于对加入热裂解炉1内的物料进行搅拌，以便于物料均匀受热，提高热裂解的效率。

本发明利用无氧的热裂解环境，可以减化热裂解炉的构造，仅使用电加热器便足以满足热裂解的能量需要，与现有技术相比以相同质量的生物质物料尤其是农林废弃物为基础，使用本法可以制得更多的天然气，获得更多的热值。

Claims

1.生物质物料热裂解制备天然气的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

(1)物料粉碎——通过粉碎使物料达到所要求的颗粒尺寸；

(2)物料烘干——通过烘干使物料含水率在0～12％；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)的物料含水率为0～7％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)在抽成真空的热裂解炉中进行。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中当温度超过200℃时，将热裂解炉内的水蒸气排出。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(5)中将可燃性气体导入缓冲罐进行缓冲后再行压缩。

6.生物质物料热裂解制备天然气所使用的热裂解炉，包括炉体，进料口设于炉体上部，出气口设于炉体的顶端，其特征在于所述炉体底端设有电加热器。

7.根据权利要求6所述的热裂解炉，其特征在于所述电加热装置上方设搅拌叶，所述搅拌叶通过搅拌杆连接炉体顶端的动力装置。

8.根据权利要求6所述的热裂解炉，其特征在于所述进料口处设进料斗。