CN103980947A - 一种生物质热解气化方法 - Google Patents

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王玉南
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Abstract

本发明公开了一种生物质热解气化方法,包括以下步骤:(1)使生物质原料热解转化;(2)将固相产物从气相产物中分离;(3)对热解后产生的气相产物在800-950℃条件下进行裂解;(4)将气体点燃使用。通过上述方式,本发明生物质热解气化方法具有原料适应范围宽、转化过程仅产生少量生物质灰、避免了高成本的一次能源使用、提高了能量利用经济性等优点,在生物质热解气化方法的普及上有着广泛的市场前景。

Description

一种生物质热解气化方法
技术领域
[0001] 本发明涉及能源领域,特别是涉及一种生物质热解气化方法。
背景技术
[0002] 能源是现代社会赖以生存和发展的基础,能源的供给能力密切关系着国民经济的可持续性发展,是国家战略安全保障的基础之一。中国目前能源供给形势严峻,环境质量包褓沉重。由于化石能源储量日益减少、油价波动较大、对能源安全问题的担忧以及对全球变暖的关注,发展清洁可再生能源已成为紧迫的课题,新能源行业呈现高成长性。根据广泛论证的可再生能源的产业背景及发展概况,以生物质能为代表的生物质气化发电、生物质氢能、生物质绿色液体燃料将成为未来重要的替代能源。生物质能属于清洁能源,中国的生物质再生能源的资源非常丰富,生物质再生能源大规模普及应用,有助于改善生态环境和CO2减排。
[0003] 全球每年通过光合作用储藏在生物圈的生物质能约为2.3ZJ(相当于固定了 60Gt的碳),生物质能未来的发展潜力巨大。目前亚洲、非洲的大多数发展中国家,生物质能的消费量占全国能源消费总量的40%以上。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。随着世界能源结构呈现多元化发展趋势。预计到2025年生物质能将会增加35~95EJ,在世界能源中将占有重要的地位。
[0004] 据预测到2050年,生物质将为世界提供五分之一的电力和五分之二直接使用的燃料。采用先进技术来利用生物质能资源,部分地代替石油、煤炭等矿物能源,以减轻人类所面临的能源和环境两大压力,己成为世界各国的共识。
[0005] 然而在实际使用过程中,仍然存在着如下缺陷:
一、燃烧煤、柴油、天然气,能源消耗量大,且不利于环保;
二、燃烧后的烟气经余热利用管返回炉膛,烟气不利于生物质的充分、均匀燃烧,产生的热量不均匀,合金锭的熔化速度慢,导致生产成本增加;
三、不能准确控制炉膛内的温度;
四、生物质直燃会产生焦油等污染环境。
发明内容
[0006] 本发明主要解决的技术问题是提供一种生物质热解气化方法,通过使用固相、气相产物分离燃烧的方法,从而实现了一种原料适应性强的可连续、稳定的生物质热解气化方法,提高了能源利用经济性和环保性,在生物质热解气化方法的普及上有着广泛的市场前景。
[0007] 为解决上述技术问题,本发明提供一种生物质热解气化方法,包括以下步骤: (1)使含水量为10-20%的生物质原料在常压、550-650°C条件下热解转化为气相产物和固相产物;(2)将固相产物从气相产物中分离后移出反应系统,通过燃烧获取热量用于生物质气化裂解过程的能量损耗;
(3)对热解后产生的气相产物在800-950°C条件下进行裂解,消除焦油并降低甲烷等烃类含量,提高气体产物中氢的含量和产量;
(4)将气体点燃使用。
[0008] 在本发明一个较佳实施例中,步骤(1)中的热解的反应时间至少为5分种,将占生物质原料重量60-75%的成分挥发分析出来成为气相产物。
[0009] 在本发明一个较佳实施例中,步骤(1)中的所述气相产物包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等常温下不凝结的气体和焦油等常温下凝结为液体的大分子化合物。
[0010] 在本发明一个较佳实施例中,步骤(1)中的固相产物为残碳。
[0011] 在本发明一个较佳实施例中,步骤(2 )中的所述固相产物进入炉排底,通过调整送风实现良好燃烧,获取高温烟气,用于维持热解反应、裂解反应部分温度水平以及生产过热水蒸气所需能量。
[0012] 在本发明一个较佳实施例中,步骤(4)中的气体点燃后产生的高温热气侧向旋转加热坩埚熔化有色金属,热气通过预热器回到坩埚中再次被利用加热。 [0013] 本发明的有益效果是:本发明生物质热解气化方法具有原料适应范围宽、转化过程仅产生少量生物质灰、避免了高成本的一次能源使用、提高了能量利用经济性等优点,在生物质热解气化方法的普及上有着广泛的市场前景。
具体实施方式
[0014] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0015] 一种生物质热解气化方法,包括以下步骤:
(O使含水量为10-20%的生物质原料在常压、550-650°C条件下热解转化为气相产物和固相产物;
(2)将固相产物从气相产物中分离后移出反应系统,通过燃烧获取热量用于生物质气化裂解过程的能量损耗;
(3)对热解后产生的气相产物在800-950°C条件下进行裂解,消除焦油并降低甲烷等烃类含量,提高气体产物中氢的含量和产量;
(4)将气体点燃使用。
[0016] 优选地,步骤(1)中的热解的反应时间至少为5分种,将占生物质原料重量60-75%的成分挥发分析出来成为气相产物。
[0017] 优选地,步骤(1)中的所述气相产物包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等常温下不凝结的气体和焦油等常温下凝结为液体的大分子化合物。
[0018] 优选地,步骤(1)中的固相产物为残碳。
[0019] 优选地,步骤(2)中的所述固相产物进入炉排底,通过调整送风实现良好燃烧,获取高温烟气,用于维持热解反应、裂解反应部分温度水平以及生产过热水蒸气所需能量。[0020] 优选地,步骤(4)中的气体点燃后产生的高温热气侧向旋转加热坩埚熔化有色金属,热气通过预热器回到坩埚中再次被利用加热。
[0021] 将含水量10-20%的生物质原料定量送入热解反应器,生物质原料在热解器内输送过程中发生常压空气条件下的热解反应,热解温度550-650°C,热解反应时间至少为5分种,通过监测温度并相应地调节烟气加热装置的负荷实现热解反应温度的调控。热解加剧,生物质原料转化为气相和固相产物,气相热解产物中包括氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等常温下不凝结的气体和焦油等常温下凝结为液体的大分子烃类。热解基本反应为:
生物质 2+H2+co+co2+ai;+c+灰
热解器上部,热解固相产物与气相产物分离,固相产物进入炉排底,通过调整配风实现良好燃烧,获取1000°C左右的高温烟气,加热坩埚,再通过烟道回收口回收热量。残碳燃烧过程仅产生占生物质原料质量5%的生物质灰,可用作肥料还田。
[0022] 本发明生物质热解气化方法的有益效果是:
一、本发明的方法采用生物质资源为原料,通过热解结合裂解方法转化为富氢氧燃气,并可结合坩埚,实现有色金属熔化;
二、热解结合裂解制取富氢氧燃气的方法,可以使用稻壳、玉米秸、稻杆、麦杆等多种农林废弃物,原料适应范围宽,且转化过程仅产生少量生物质灰,避免了高成本的一次能源使用,提高了能量利用经济性;
三、生物质熔化炉方便灵活,便于布置在用户周围,避免了生物质资源大规模利用中原料收集储运方面的高成本,适宜于分布式,适合于广大农村、森林、边远山区、牧区、海岛以及一些远离电网,管道并有丰富生物质资源地区的能源开发。
[0023]以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种生物质热解气化方法,其特征在于,包括以下步骤: (O使含水量为10-20%的生物质原料在常压、550-650°C条件下热解转化为气相产物和固相产物; (2)将固相产物从气相产物中分离后移出反应系统,通过燃烧获取热量用于生物质气化裂解过程的能量损耗; (3)对热解后产生的气相产物在800-950°C条件下进行裂解,消除焦油并降低甲烷等烃类含量,提高气体产物中氢的含量和产量; (4)将气体点燃使用。
2.根据权利要求1所述的生物质热解气化方法,其特征在于,步骤(1)中的热解的反应时间至少为5分种,将占生物质原料重量60-75%的成分挥发分析出来成为气相产物。
3.根据权利要求1所述的生物质热解气化方法,其特征在于,步骤(1)中的所述气相产物包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等常温下不凝结的气体和焦油等常温下凝结为液体的大分子化合物。
4.根据权利要求1所述的生物质热解气化方法,其特征在于,步骤(1)中的所述固相产物为残碳。
5.根据权利要求1所述的生物质热解气化方法,其特征在于,步骤(2)中的所述固相产物进入炉排底,通过调整送风实现良好燃烧,获取高温烟气,用于维持热解反应、裂解反应部分温度水平以及生产过热水蒸气所需能量。
6.根据权利要求1所述的生物质热解气化方法,其特征在于,步骤(4)中的气体点燃后产生的高温热气侧向旋转加热坩埚熔化有色金属,热气通过预热器回到坩埚中再次被利用加热。
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