CN104130789A - 一种水冷式生物质催化热解反应方法 - Google Patents

一种水冷式生物质催化热解反应方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水冷式生物质催化热解反应方法。本发明水冷式生物质催化热解反应方法具有原料适应范围宽、转化过程仅产生少量生物质灰、零污染、低碳、无烟无尘、燃烧率高、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，在水冷式生物质催化热解反应方法的普及上有着广泛的市场前景。

Description

一种水冷式生物质催化热解反应方法
技术领域
本发明涉及能源领域，特别是涉及一种水冷式生物质催化热解反应方法。
背景技术
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，环境质量包袱沉重。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。
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。
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。
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
本发明主要解决的技术问题是提供一种水冷式生物质催化热解反应方法，通过使用对生物质原料多次热解的方法，从而实现了一种原料适应性强的可连续、稳定的水冷式生物质催化热解反应方法，并使用循环送水进行冷却，提高了能源利用经济性和环保性，在水冷式生物质催化热解反应方法的普及上有着广泛的市场前景。
为解决上述技术问题，本发明提供一种水冷式生物质催化热解反应方法，包括以下步骤：
（1）将生物质原料作脱水处理，使得总含水量小于30%，所述生物质原料包括柴草、木材、沼气、稻壳、玉米秸、稻秆、麦秆和有机废弃物等等；
（2）使用含水量小于30%的生物质原料在常压、550-800℃条件下热解转化为低中热值气体和固体残渣；
（3）将固相残渣从低中热值气体中分离后移出反应系统，再次燃烧固相残渣提供能量；
（4）对热解后产生的低中热值气体在1000-1500℃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，形成高热值气体；
（5）将高热值气体密封并隔离设备，循环送水进行冷却降温。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中的所述脱水处理包括人工烘干和自然晒干。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中的热解反应时间为8-15min。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中的所述低中热值气体包括氢气、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。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中的所述固体残渣为残碳。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（3）中的燃烧反应温度为500-800℃、反应时间为5-8min。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（5）中降温至150℃以下后再停止循环送水。
本发明的有益效果是：本发明水冷式生物质催化热解反应方法具有原料适应范围宽、转化过程仅产生少量生物质灰、零污染、低碳、无烟无尘、燃烧率高、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，在水冷式生物质催化热解反应方法的普及上有着广泛的市场前景。
具体实施方式
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。
一种水冷式生物质催化热解反应方法，包括以下步骤：
（1）将生物质原料作脱水处理，使得总含水量小于30%，所述生物质原料包括柴草、木材、沼气、稻壳、玉米秸、稻秆、麦秆和有机废弃物等等，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；
（2）使用含水量小于30%的生物质原料在常压、550-800℃条件下热解转化为低中热值气体和固体残渣；
（3）将固相残渣从低中热值气体中分离后移出反应系统，再次燃烧固相残渣提供能量，既实现了无烟无尘、低碳无污染的燃烧功能，又实现了肥料残渣的再次利用、提高了原料的燃烧率和能源的利用率；
（4）对热解后产生的低中热值气体在1000-1500℃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，形成高热值气体；
（5）将高热值气体密封并隔离设备，循环送水进行冷却降温，这里利用空气的循环来实现降温，空气的来源广泛、成本低，这里的高热值气体可作为燃料进一步利用。
优选地，步骤（1）中的所述脱水处理包括人工烘干和自然晒干。
优选地，步骤（2）中的热解反应时间为8-15min。
优选地，步骤（2）中的所述低中热值气体包括氢气、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。
优选地，步骤（2）中的所述固体残渣为残碳。
优选地，步骤（3）中的燃烧反应温度为500-800℃、反应时间为5-8min。
优选地，步骤（5）中降温至150℃以下后再停止循环送水。
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。 
本发明水冷式生物质催化热解反应方法的有益效果是：
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可直接利用的高热值气体，能源利用率高、环保无污染；
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、稻秆、麦秆等多种农林废弃物，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、相对于一般的生物质热解反应方法，这里的水冷式生物质催化热解反应方法使用空气的循环来实现降温，空气的来源广泛、成本低。
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 (7)

1.一种水冷式生物质催化热解反应方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将生物质原料作脱水处理，使得总含水量小于30%，所述生物质原料包括柴草、木材、沼气、稻壳、玉米秸、稻秆、麦秆和有机废弃物等等；
（2）使用含水量小于30%的生物质原料在常压、550-800℃条件下热解转化为低中热值气体和固体残渣；
（3）将固相残渣从低中热值气体中分离后移出反应系统，再次燃烧固相残渣提供能量；
（4）对热解后产生的低中热值气体在1000-1500℃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，形成高热值气体；
（5）将高热值气体密封并隔离设备，循环送水进行冷却降温。
2.根据权利要求1所述的水冷式生物质催化热解反应方法，其特征在于，步骤（1）中的所述脱水处理包括人工烘干和自然晒干。
3.根据权利要求1所述的水冷式生物质催化热解反应方法，其特征在于，步骤（2）中的热解反应时间为8-15min。
4.根据权利要求1所述的水冷式生物质催化热解反应方法，其特征在于，步骤（2）中的所述低中热值气体包括氢气、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。
5.根据权利要求1所述的水冷式生物质催化热解反应方法，其特征在于，步骤（2）中的所述固体残渣为残碳。
6.根据权利要求1所述的水冷式生物质催化热解反应方法，其特征在于，步骤（3）中的燃烧反应温度为500-800℃、反应时间为5-8min。
7.根据权利要求1所述的水冷式生物质催化热解反应方法，其特征在于，步骤（5）中降温至150℃以下后再停止循环送水。
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