CN102391893B - 生物质气化-活化联用及活性多孔炭材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物质能源热转化技术领域，具体涉及一种生物质气化-活化联用除焦及活性多孔炭材料的制备方法，特别是一种不产生焦油和黑水废液的气化-活化炉和活性多孔炭材料的制备方法。与传统的气化过程相比不产生焦油和黑水废液，最终产品是可燃气和活性炭，解决了传统气化技术中存在黑色液体污染水源、可燃气中焦油含量高、净化难、管道堵塞、发电机组不能连续正常运转和气化产品附加值低等问题。
Description
技术领域
本发属于生物质能源热转化技术领域，具体涉及生物质气化-活化联用除焦及活性多孔材料的制备方法。
背景技术
目前生物质气化技术的主要设备有固定床气化炉和流化床气化炉，在中试和工程化过程中暴露了现行气化设备的结构、可燃气净化技术、净化设备的结构诸多问题，使生物质气化技术在推广过程中遇到了阻碍。主要有三个问题：一是气化设备虽多种多样，但适应性不强，不同的气化炉对原料的种类、原料的颗粒度、原料的含水率要求不一样，未能真正实现工程化；二是可燃气中焦油的去除是生物质气化技术的最大瓶颈，目前可燃气中焦油去除的通用方法是物理和机械方法相结合，通过喷淋、水浴、冷凝、分离等设备净化可燃气，传统的这种方法只能将可燃气中部分焦油去除，仍有相当一部分焦油残余在可燃气中，用这种方法最大问题是浪费大量的水源，容易产生大量的焦油黑水污染；三是生物质气化得到的可燃气体的热值不高，一般只有4.2-5.5MJ/Nm3，属于低热值气体，而且生物质气化过程中容易产生搭桥、烧穿、出料不连续，甚至有暴炉等问题。这三个问题使得目前很多生物质气化炉都已经停产，或者成了形象工程。因此生物质气化技术要想真正的工程化运行，必须改变收集黑水废液和焦油的传统思路，创新气化工艺是生物质气化技术的出路。
发明内容
本发明目的在于针对现用技术的不足，提供了生物质气化-活化炉，解决了生物质气化产物-可燃气中焦油含量高问题，同时利用黑水废液和含氧气体作为活化剂与生物质炭发生活化反应，产生纯净的可燃气，并获得了活性炭。
为了实现这一目的，本发明结合生物质本身特性，气化特性以及活化特性，以及在气化过程中产生的黑水废液和焦油的特性，发明了生物质气化-活化联用除焦及活性多孔炭材料的制备方法。本发明采用气化与活化相结合的方式，首先将原料通过自动上料装置送入气化炉中气化，根据原料的高度和干燥层、热解层和气化层的高度控制气化剂——空气的进量，一般干燥层温度控制在100-160℃，热解层温度控制在450-600℃，气化层温度控制在700-850℃左右。气化产生的生物质炭通过活动炉筛和自身重力进入活化炉，气化产生的黑水废液和焦油在气体状态下通过活化炉炉头风机抽入活化炉，活化炉的温度控制在800-1000℃，在此温度下生物质炭具有双重作用，一是作为原料与黑水蒸汽进行活化反应，进行活化造孔反应；二是作为催化裂解剂与焦油进行蒸汽催化重整反应，将大分子焦油裂解成小分子化合物，且在活化炉中，生物质炭与黑水废液蒸汽反应会产生大量的氢气、甲烷、一氧化碳，同时也会消耗大量的二氧化碳，增加了气体中的可燃组分的含量，提高可燃气热值。产生的可燃气靠引风机的抽力进入余热锅炉进行热交换，降温后得到纯净的可燃气。可燃气用来带动内燃机组发电或供热、供气；活化的另一个产物是活性多孔炭材料——活性炭。
本发明的技术方案：
（1）用自动上料机构将生物质（包括木片、秸秆、果壳、稻壳和林业加工剩余物）送入气化炉，根据原料的总高度和干燥、热解、气化层的反应温度控制活化炉炉头引风机的抽风量；
（2）气化产生的生物质炭靠活动炉筛的动力和自身的重力缓慢下降进入活化炉。
（3）气化产生的焦油、黑水废液在高温下以气体的形式和可燃气体靠活化炉头引风机的抽力进入活化炉中。
（4）在活化炉中生物质炭与黑水废液蒸汽发生活化反应，同时生物质炭作为催化裂解剂又与焦油在黑水废液蒸汽下进行催化重整反应。
（5）活化炉炉体是双层结构，黑水废液蒸汽、焦油与生物质炭接触时间长，活化反应和催化重整反应完全，很好的去除了焦油和利用了黑水废液。
（6）活化产物高温可燃气和余热锅炉进行热交换，产生水蒸气，经降温后的可燃气可以带动内燃机组平稳发电。
为实现上述方法，本发明采用了气化和活化联用装置。首先将生物质经过自动加料器送入气化炉中气化，生物质在气化炉中经过干燥、热解和气化三个过程后，气化产品通过活动炉筛和活化炉头引风机进入活化炉，气化产物生物质炭、焦油、黑水废液蒸汽在高温下发生活化反应和催化重整反应，将焦油裂解成小分子气体，从而解决了气化过程中焦油和黑水废液的污染，而且直接获得高附加值的活性炭，提高了可燃气的热值，可燃气经过余热锅炉产生水蒸汽，降温后直接输送到内燃发电机组或用户。
本发明与现有技术相比具有以下几点优势：
1.本发明生物质气化-活化联用技术方法为生物质能源热转化提供了新的思路和发展方向。
2.本发明气化-活化联用解决了生物质气化中可燃气中焦油含量高，充分利用了黑水废液，解决了生物质气化的二次污染。
3.本发明利用黑水废液蒸汽作为活化剂、生物质炭为原料制备了附加值更高的活性炭，同时生物质炭与水蒸气在反应产生了一氧化碳和氢气，增加了可燃气组分含量，提高了可燃气热值。黑水废液从气化炉炉口出来为过热蒸汽，活化效果更好。
4.本发明利用生物质炭作为催化裂解剂，活化转炉作为催化裂解设备，延长裂解时间，将焦油裂解为小分子化合物，并有部分为可燃性气体，增加了可燃气热值。
5.本发明与活化技术相比，充分利用并节省了热源，高温生物质炭、过热蒸汽从气化炉直接进入活化炉，减少了活化反应所需提供的热量。
附图说明
图1是本发明生物质气化-活化联用装置的简图。
1.气化炉炉体，2.进料口，3.炉体上锥体观察口，4.匀料器，5.匀料升降装置，6.测温口，7.保温层，8.活动炉筛，9.炉筛驱动器，10.生物质炭进口和水蒸气补给口，11.活化炉炉体，12.导向板，13.齿轮，14.托轮，15.热源补充室，16.冷却出料装置，17.活性炭出口，18.可燃气出口，19.余热锅炉，20.引风机
具体实施方式
实施例1：
以木片为原料，用皮带输送将原料送入进料口（2），开启匀料器（4），拨平料面，启动活化炉炉头引风机（20），开始点火，待气化层温度达到600℃时，启动活动炉筛（8），同时转动活化炉（11），通过变频器调整引风机的风量，控制气化炉气体出口温度在450-700℃，此时焦油和黑水废液以过热蒸汽的形式存在，再将生物质炭、焦油和黑水废液蒸汽通过进口（10）进入活化炉，活化的温度控制在800-1000℃，反应得到的可燃气温度为700-800℃，产生的可燃气通过余热锅炉（19），利用高温燃气和余热锅炉换热得到的水蒸气一部分用来补给到活化炉中参加活化反应，另一部分用来厂区供热或干燥原料，活性炭由出口（17）得到，使整个系统形成一个连续的生产过程，待热解层温度达到550℃，气化层温度达到800℃，活化炉温度达到900℃时系统达到正常生产的状态。得到的可燃气体的成分为：CO210.2%，CO24.6%，H222.5%，CH44.6%，燃气的热值为7.7MJ/Nm3；焦油含量为7mg/Nm3，活性炭的亚甲基蓝吸附值为9-13ml/0.1g，碘吸附值为800-1100mg/g，BET比表面积1053m2/g。
实施例2：
以锯末、刨花为原料，用风力输送将原料送入进料口（2），开启匀料器（4），拨平料面，启动活化炉炉头引风机（20），开始点火，控制热解层温度为550℃左右，气化层温度达到750℃左右，活化炉温度为900℃左右，其余步骤及方法同实施例一。得到的可燃气体的成分为：CO29.8%，CO23.2%，H218.9%，CH45.2%，燃气的热值为7.4MJ/Nm3；焦油含量为5mg/Nm3，活性炭的亚甲基蓝吸附值为11-15ml/0.1g，碘吸附值为800-1000mg/g，BET比表面积1086m2/g。
实施例3：
以果树枝条原料，用皮带输送将原料送入进料口（2），开启匀料器（4），拨平料面，启动活化炉炉头引风机（20），开始点火，控制热解层温度为600℃左右，气化层温度达到850℃左右，活化炉温度为900℃左右，其余步骤及方法同实施例一。得到的可燃气体的成分为：CO210.9%，CO26.7%，H220.3%，CH43.9%，燃气的热值为7.6MJ/Nm3；焦油含量为9mg/Nm3，活性炭的亚甲基蓝吸附值为10-13ml/0.1g，碘吸附值为800-1000mg/g，BET比表面积987m2/g。
实施例4：
以稻壳为原料，用斗式提升机将原料送入进料口（2），开启匀料器（4），拨平料面，启动活化炉炉头引风机（20），开始点火，控制热解层温度为550℃左右，气化层温度达到800℃左右，活化炉温度为900℃左右，其余步骤及方法同实施例一。得到的可燃气体的成分为：CO28.2%，CO20.9%，H216.1%，CH43.6%，燃气的热值为6.2MJ/Nm3；焦油含量为5mg/Nm3,，活性炭的亚甲基蓝吸附值为5-8ml/0.1g，碘吸附值为600-800mg/g，BET比表面积762m2/g。
实施例5：
以果壳为原料，用斗式提升机将原料送入进料口（2），开启匀料器（4），拨平料面，启动活化炉炉头引风机（20），开始点火，控制热解层温度为600℃左右，气化层温度达到850℃左右，活化炉温度为900℃左右，其余步骤及方法同实施例一。得到的可燃气体的成分为：CO210.9%，CO27.2%，H222.4%，CH43.7%，燃气的热值为7.7MJ/Nm3；焦油含量为12mg/Nm3，活性炭的亚甲基蓝吸附值为10-13ml/0.1g，碘吸附值为1000-1200mg/g，BET比表面积1123m2/g。
Claims (4)
1.一种生物质气化-活化联用除焦及活性多孔炭材料的制备方法，其特征在于气化和活化两个过程相结合，具体由以下几个步骤构成：
（1）用自动上料机构将木片或秸秆或果壳或稻壳或林业加工剩余物送入气化炉，根据原料的总高度和干燥层、热解层、气化层的反应温度控制活化炉炉头引风机的抽风量；
（2）气化产物焦油、黑水废液和可燃气以高温气体形态进入活化炉中，利用黑水废液过热蒸汽为活化剂，在高温下，生物质炭作为原料与黑水废液过热蒸汽进行活化反应，生物质炭同时作为催化裂解剂，在高温和水蒸气同时存在的情况下与焦油发生催化裂解重整反应；
（3）活化产物高温可燃气和余热锅炉进行热交换，产生水蒸气，经降温后获得纯净的气体，可燃气用来带动内燃机组发电或供热、供气；活化的另一个产物是活性多孔炭材料——活性炭。
2.根据权利要求1所述一种生物质气化-活化联用除焦及活性多孔炭材料的制备方法，其特征是自动上料机构为风力输送或皮带输送或斗式提升机输送三种之一，干燥层温度控制在100-160℃，热解层温度控制在450-600℃，气化层温度控制在700-850℃，引风机的风量通过变频器来控制。
3.根据权利要求1所述一种生物质气化-活化联用除焦及活性多孔炭材料的制备方法，其特征是气化产生的生物质炭靠活动炉筛动力和自身重力缓慢的从气化炉进入活化炉，气化炉出口的气体的温度为450-700℃，此时焦油和黑水废液是以过热蒸汽的状态存在，通过活化炉炉头的引风机的抽力，将可燃气和黑水废液蒸汽送入活化炉和生物质炭进行活化反应，而焦油则在高温下与生物质炭进行水蒸气催化裂解重整反应，活化炉的温度控制在800-1000℃。
4.根据权利要求1所述一种生物质气化-活化联用除焦及活性多孔炭材料的制备方法，其特征是从活化炉中出来的可燃气体的温度为700-800℃，直接通入余热锅炉，产生的水蒸气一部分用来补给到活化炉中参加活化反应，另一部分用来厂区供热或干燥原料，经降温后得到纯净的可燃气。
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