CN108018086A - 一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及生物发电技术领域，特别是涉及一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，所述深度净化生物秸秆可燃气体的方法，包括以下步骤：（1）将秸秆干燥后粉碎，得到秸秆颗粒；（2）将秸秆颗粒在密闭条件下，在800~1100℃的汽化炉中气化，得到混合气体和秸秆废料，然后将秸秆废料投入沉降室中进行沉降；（3）将混合气在1~5MPa下，经交变电磁场和激光处理，得到可燃气。本发明通过交变电磁场和激光束的可调性，使秸秆气化过程中产生的焦油变为可燃气体，不但净化了可燃气，而且消除焦油对燃烧设备的腐蚀，提升了可燃气的燃烧品质。
Description
技术领域
本发明具体涉及生物发电技术领域，特别是涉及一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法。
背景技术
随着经济的快速发展，电力消耗也在呈现上升趋势，而我国主要采用水力发电、核发电和燃煤火力发电，水力发电受到雨水的制约，核发电造价成本太高，燃煤发电比较普及，但会造成一系列的环境问题，因此，需要寻找一种可以替代燃煤火力发电，生物质燃料发电营运而生。目前生物质能秸秆发电技术的开发和应用，已引起世界各国政府和科学家的关注。它们都将生物质能秸秆发电技术作为21世纪发展可再生能源战略的重点工程。根据我国新能源和可再生能源发展纲要提出的目标，至2010年，我国生物质能发电装机容量要超过：300万kw。因此，从中央到地方政府都制定了一系列补贴政策支持生物质能技术的发展，加快了技术商业化的进程。
随着我国国民经济的高速发展和城乡人民生活水平的不断提高，既有经济、社会效益，又能保护环境的秸秆发电技术的利用前景将会越来越广阔。根据国家对可再生能源发电的一系列优惠政策，秸秆发电厂所发电量由电网全额收购；上网电价经当地省政府价格主管部门按现行电价政策提出上报国家发展和改革委员会核批后，一般在0.50～0.60元左右；进口设备的关税和进口环节增值税全免，同时，各地方省市还因地制宜地制定了其它的补贴政策。这些政策的出台为秸秆发电在农村的推广利用提供了有力的保障。可以预见，在我国农村推广生物质能秸秆发电技术市场广阔，前景光明。目前生物质秸秆发电秸秆燃烧方式有秸秆直接燃烧发电、秸秆混燃发电和气化发电，其中秸秆直接燃烧发电直接燃烧发电的过程是：生物质与过量空气在锅炉中燃烧，产生的热烟气和锅炉的热交换部件换热，产生出的高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功发出电能。秸秆直接燃烧发电技术已基本成熟，进入推广阶段，这种技术在规模化情况下，效率较高，单位投资也较合理；但受原料供应及工艺限制，发电规模不宜过大，一般不超过30MW。秸秆混燃发电包括：直接混合燃烧发电、间接混合燃烧发电和并联混合燃烧发电，其中直接混合燃烧发电是主要的应用方式。直接混合燃烧发电是将秸秆燃料与化石燃烧在同一锅炉内混合燃烧产生蒸汽，带动汽轮机发电。气化是在气化炉中将秸秆原料气化，生成可燃气体，经过净化，供给内燃机或小型燃气轮机，带动发电机发电。
生物质秸秆用于发电，较佳的选择是将秸秆气化形成可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。因此，如何将秸秆形成性能优异的可燃气成为关键。目前已有报道，主要是通过高温汽化炉将固体生物质秸秆转化为气体燃料。一方面现有高温汽化炉气化工艺复杂，另一方面，得到的可燃气体燃烧值显著降低，气体需要净化，限制了生物质气化发电技术的应用。生物质气化过程中在产生可燃气体的同时，还产生以芳香族碳氢化合物为主的焦油，焦油的存在不仅导致产气率降低，还会堵塞和腐蚀设备，而现有通过水洗和冷凝除脱的效率较低。
发明内容
针对现有技术中，生物质气化过程中在产生可燃气体的同时，还产生以芳香族碳氢化合物为主的焦油，焦油的存在不仅导致产气率降低，还会堵塞和腐蚀设备，而现有通过水洗和冷凝除脱的效率较低的缺点，本发明提出一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，通过交变电磁场和激光束的可调性，使秸秆气化过程中产生的焦油变为可燃气体，不但净化了可燃气，而且消除焦油对燃烧设备的腐蚀，提升了可燃气的燃烧品质。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，包括以下步骤：
（1）将秸秆干燥后粉碎，得到秸秆颗粒；
（2）将秸秆颗粒在密闭条件下，在800~1100℃的汽化炉中气化，然后进入沉降室，去除无机不纯物和颗粒；
（3）将沉降后的气体在1~5MPa下，经交变电磁场和激光处理，得到净化可燃气。
本发明中，首先对秸秆进行粉碎细化，以提高秸秆的发电效率，然后将粉碎后的秸秆在密闭隔绝空气的条件下进行气化，产生多种气体，接着进入沉降室，进行纯化处理，以除去无机物和其他杂质，最后在高压条件下，通过交变电磁场和激光束处理，可以使大分子焦油有机气体发生裂解，变成可燃性气体，并且可以使气体在燃烧发电过程中，燃烧的更加充分，不但净化了可燃气，而且消除焦油对燃烧设备的腐蚀，提升了可燃气的燃烧品质，保证发电设备的正常运行。
根据本发明，本发明对秸秆的种类没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员所常知的秸秆，优选条件下，所述秸秆选自小麦秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆中的至少一种。
根据本发明，为了提高秸秆的气化效率，提高秸秆的利用率，本发明对秸秆进行了粉碎处理，本发明对秸秆的粉碎处理工艺没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员常知的常用粉碎方法，优选条件下，在步骤（1）中，通过气流粉碎机对秸秆进行粉碎，进一步优选的，所述粉碎工艺为：工质压力0.6～0.7Mpa，分选频率25～30Hz。
根据本发明，为了进一步提高秸秆的气化效率，提高秸秆的利用率，优选条件下，所述秸秆颗粒的粒径为3~10微米。
根据本发明，秸秆在气化后形成气体和无机废弃物，所述气化后的气体主要为CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油。
根据本发明，为了提高气化后的气体的纯度，避免无机杂质对后续气化发电的影响，本发明还对气化后的秸秆进行沉降，以除去秸秆气化后产生的杂质，为了进一步提高气体的纯度，优选条件下，所述沉降室中还含有吸附剂，以除去气体中夹杂的粉尘。
根据本发明，本发明对吸附剂的种类没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员所常知的秸秆，优选条件下，所述吸附剂选自活性炭、腐植酸、海泡石和聚糖树脂中的至少一种。
根据本发明，为了提高可燃气体的燃烧效率，本发明将可燃气体在高压条件下进行交变磁场裂解和激光分解，对气体中的大分子焦油有机气体进行裂解，以生成小分子的有机可燃气体，优选条件下，在步骤（3）中，所述交变电磁场的频率为20Hz～10000Hz，磁场强度为1000~2000v/m。
根据本发明，为了提高可燃气体的燃烧效率，本发明将可燃气体在高压条件下进行交变磁场裂解和激光分解，对气体中的大分子有机气体进行裂解，以生成小分子的有机可燃气体，优选条件下，在步骤（3）中，所述激光处理的激光能量密度为20～100mJ/cm2，激光功率为1500~2000W。
在步骤（3）中，交变电磁场和激光处理处理时间为1~5min。
本发明一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
本发明中，首先对秸秆进行粉碎细化，以提高秸秆的发电效率，然后将粉碎后的秸秆在密闭隔绝空气的条件下进行气化，产生多种气体，接着进入沉降室，进行纯化处理，以除去无机物和其他杂质，最后在高压条件下，通过交变电磁场和激光束处理，可以使大分子有机气体发生裂解，变成可燃性气体，并且可以使气体在燃烧发电过程中，燃烧的更加充分，不但净化了可燃气，而且消除焦油对燃烧设备的腐蚀，提升了可燃气的燃烧品质，保证发电设备的正常运行。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，包括以下步骤：
（1）将小麦秸秆在85℃下干燥2h，然后通过气流粉碎机对秸秆进行粉碎，所述气流粉碎机的粉碎工艺为工质压力0.7Mpa，分选频率30Hz，得到粒径为5微米的秸秆颗粒；
（2）将秸秆颗粒在密闭条件下，在900℃的汽化炉中气化，得到CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气和废料的混合物，然后将气化后的秸秆颗粒投入含有活性炭、腐植酸、海泡石和聚糖树脂的沉降室中进行沉降，沉降时间为75min；
（3）将CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气在3MPa下，经交变电磁场和激光处理1min，得到可燃气，其中，所述交变电磁场的频率为5000Hz，磁场强度为1500v/m；所述激光处理的激光能量密度为80mJ/cm2，激光功率为1800W。
实施例2
一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，包括以下步骤：
（1）将水稻秸秆在90℃下干燥2h，然后通过气流粉碎机对秸秆进行粉碎，所述气流粉碎机的粉碎工艺为工质压力0.6Mpa，分选频率25Hz，得到粒径为8微米的秸秆颗粒；
（2）将秸秆颗粒在密闭条件下，在1000℃的汽化炉中气化，得到CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气和废料的混合物，然后将气化后的秸秆颗粒投入含有活性炭、腐植酸、海泡石和聚糖树脂的沉降室中进行沉降，沉降时间为45min；
（3）将CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气在2MPa下，经交变电磁场和激光处理2min，得到可燃气，其中，所述交变电磁场的频率为2000Hz，磁场强度为1800v/m；所述激光处理的激光能量密度为50mJ/cm2，激光功率为1600W。
实施例3
一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，包括以下步骤：
（1）将玉米秸秆在100℃下干燥2h，然后通过气流粉碎机对秸秆进行粉碎，所述气流粉碎机的粉碎工艺为工质压力0.7Mpa，分选频率25Hz，得到粒径为10微米的秸秆颗粒；
（2）将秸秆颗粒在密闭条件下，在1000℃的汽化炉中气化，得到CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气和废料的混合物，然后将气化后的秸秆颗粒投入含有活性炭、腐植酸、海泡石和聚糖树脂的沉降室中进行沉降，沉降时间为60min；
（3）将CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气在1MPa下，经交变电磁场和激光处理3min，得到可燃气，其中，所述交变电磁场的频率为1000Hz，磁场强度为1200v/m；所述激光处理的激光能量密度为100mJ/cm2，激光功率为1500W。
实施例4
一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，包括以下步骤：
（1）将玉米秸秆和水稻秸秆在95℃下干燥1h，然后通过气流粉碎机对秸秆进行粉碎，所述气流粉碎机的粉碎工艺为工质压力0.6Mpa，分选频率25Hz，得到粒径为3微米的秸秆颗粒；
（2）将秸秆颗粒在密闭条件下，在1100℃的汽化炉中气化，得到CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气和废料的混合物，然后将气化后的秸秆颗粒投入含有活性炭、腐植酸、海泡石和聚糖树脂的沉降室中进行沉降，沉降时间为30min；
（3）将CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气在4MPa下，经交变电磁场和激光处理4min，得到可燃气，其中，所述交变电磁场的频率为500Hz，磁场强度为1500v/m；所述激光处理的激光能量密度为20mJ/cm2，激光功率为2000W。
实施例5
一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，包括以下步骤：
（1）将小麦秸秆、水稻秸秆在80℃下干燥3h，然后通过气流粉碎机对秸秆进行粉碎，所述气流粉碎机的粉碎工艺为工质压力0.7Mpa，分选频率25Hz，得到粒径为3微米的秸秆颗粒；
（2）将秸秆颗粒在密闭条件下，在800℃的汽化炉中气化，得到CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气和废料的混合物，然后将气化后的秸秆颗粒投入含有活性炭、腐植酸、海泡石和聚糖树脂的沉降室中进行沉降，沉降时间为90min；
（3）将CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气在4.5MPa下，经交变电磁场和激光处理5min，得到可燃气，其中，所述交变电磁场的频率为20Hz，磁场强度为2000v/m；所述激光处理的激光能量密度为40mJ/cm2，激光功率为1500W。
对比例1
（1）将小麦秸秆、水稻秸秆在80℃下干燥3h，然后通过气流粉碎机对秸秆进行粉碎，所述气流粉碎机的粉碎工艺为工质压力0.7Mpa，分选频率25Hz，得到粒径为3微米的秸秆颗粒；
（2）将秸秆颗粒在密闭条件下，在800℃的汽化炉中气化，得到CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气和废料的混合物，然后将气化后的秸秆颗粒投入含有活性炭、腐植酸、海泡石和聚糖树脂的沉降室中进行沉降，沉降时间为90min；
（3）将CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气在4.5MPa下，经交变电磁场处理5min，得到可燃气，其中，所述交变电磁场的频率为20Hz，磁场强度为2000v/m。
对比例2
（1）将小麦秸秆、水稻秸秆在80℃下干燥3h，然后通过气流粉碎机对秸秆进行粉碎，所述气流粉碎机的粉碎工艺为工质压力0.7Mpa，分选频率25Hz，得到粒径为3微米的秸秆颗粒；
（2）将秸秆颗粒在密闭条件下，在800℃的汽化炉中气化，得到CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气和废料的混合物，然后将气化后的秸秆颗粒投入含有活性炭、腐植酸、海泡石和聚糖树脂的沉降室中进行沉降，沉降时间为90min；
（3）将CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2和焦油组成的混合气在4.5MPa下，经激光处理5min，得到可燃气，其中，所述激光处理的激光能量密度为40mJ/cm2，激光功率为1500W。
将实施例1-5、对比例1-2得到的可燃气冷却后收集用于燃气发电，测试可燃气燃烧值以及对燃烧设备的腐蚀情况，如表1.
表1:
| 样品 | 气体热值（kJ/Nm3） | 30天后供气管路积垢情况 | 30天后燃烧室内表面腐蚀情况 |
| 实施例1 | 5100 | 无积垢 | 无腐蚀 |
| 实施例2 | 5580 | 无积垢 | 无腐蚀 |
| 实施例3 | 5240 | 无积垢 | 无腐蚀 |
| 实施例4 | 5300 | 无积垢 | 无腐蚀 |
| 实施例5 | 5050 | 无积垢 | 无腐蚀 |
| 对比例1 | 3927 | 明显积垢 | 腐蚀成片 |
| 对比例2 | 4560 | 少量积垢 | 腐蚀成点 |
Claims (8)
1.一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，包括以下步骤：
（1）将秸秆干燥后粉碎，得到秸秆颗粒；
（2）将秸秆颗粒在密闭条件下，在800~1100℃的汽化炉中气化，然后进入沉降室，去除无机不纯物和颗粒；
（3）将沉降后的气体在1~5MPa下，经交变电磁场和激光处理，得到净化可燃气。
2.根据权利要求1所述一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，其特征在于：所述秸秆选自小麦秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，其特征在于：在步骤（1）中，通过气流粉碎机对秸秆进行粉碎，所述粉碎工艺为：工质压力0.6～0.7Mpa，分选频率25～30Hz。
4.根据权利要求1所述一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，其特征在于：所述秸秆颗粒的粒径为3~10微米。
5.根据权利要求1所述一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，其特征在于：所述沉降室中含有吸附剂，以除去气体中夹杂的粉尘；所述吸附剂选自活性炭、腐植酸、海泡石和聚糖树脂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，其特征在于：在步骤（3）中，所述交变电磁场的频率为20Hz～10000Hz，磁场强度为1000~2000v/m。
7.根据权利要求1所述一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，其特征在于：在步骤（3）中，所述激光处理的激光能量密度为20～100mJ/cm2，激光功率为1500~2000W。
8.根据权利要求1所述一种深度净化生物秸秆可燃气体的方法，其特征在于：在步骤（3）中，交变电磁场和激光处理处理时间为1~5min。
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