CN108439334B - 一种自农林废弃物生产合成氨粗原料气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种自农林废弃物生产合成氨粗原料气的方法。该方法依次遵循下列关键步骤：关键步骤①，农林废弃物干燥、粉碎为颗粒；关键步骤②，将农林废弃物颗粒通过快速热解反应转化为生物油；关键步骤③，生物油连同一定量的空气、甲烷共同发生气化反应，生成初级产品气；关键步骤④，初级产品气连同一定量的水蒸气共同发生水煤气变换反应，获得合成氨粗原料气。本专利提出的技术路线能够较好的实现农林废弃物的资源化利用，符合循环经济与社会可持续发展的理念。

Description

一种自农林废弃物生产合成氨粗原料气的方法

技术领域

本发明属于三废处理与综合利用技术领域。

背景技术

氨是一种重要的化工产品，氨自身不但能够用做制冷剂，而且从氨出发，可以合成各种氮肥、胺基化合物和其它含氮化合物(如硝酸、氨基酸)。氨能燃烧，可以作为飞机或者汽车的燃料。美国航空航天局的X-15空天飞机以氨作为其发动机燃料，创下了人类航空史上的最高时速记录；氨燃料汽车在1972年的美国汽车都市大赛中创下总分第二名的好成绩。氨易液化，易储运，可以作为优良的氢载体。以氨作为原料的氨燃料电池，可以有效的避免含碳燃料电池的积碳弊端。

众所周知，工业上生产氨的方法是将合成氨原料气(氢气与氮气的摩尔比为3:1，其它杂质气体如甲烷、一氧化碳等的摩尔分数介于0.1％～0.3％的气体)在高温高压和催化剂存在条件下直接合成为氨。制备合成氨原料气的原料通常是煤、重油、石脑油、天然气等化石燃料资源。

考虑到环境保护和人类社会可持续发展的目标，本发明专利提供一种以农林废弃物(如秸秆、木屑和废弃的树枝等生物质资源)为原料制备合成氨粗原料气的方法。所谓合成氨粗原料气，系指氢气与氮气的摩尔比为3:1，其它杂质气体如甲烷、一氧化碳的摩尔分数介于1％～5％的气体。由于业已存在各种成熟的化工技术实现粗原料气的进一步净化，脱除杂质，最终达到合成氨反应要求。因此，制备得到的合成氨粗原料气的进一步净化除杂不在本发明专利的叙述范围内。

发明内容

一种自农林废弃物生产合成氨粗原料气的方法包含以下步骤：

首先，将农林废弃物干燥，粉碎为直径3-6mm的颗粒。

然后，将获得的农林废弃物颗粒快速热解为液体产品——生物油。快速热解温度为450-550℃。

其次，使得生物油同一定量的空气、甲烷发生气化反应，制备出初级产品气。

最后，使得初级产品气同一定量的水蒸气发生水煤气变换反应，制得合成氨粗原料气。

上述步骤的工艺条件可取下列工艺条件组之一：

条件组1：气化反应温度866℃、甲烷与生物油的质量流量比0.11、气化反应过程的空气当量比0.11、水蒸气与生物油的质量流量比2.90。

条件组2：气化反应温度767℃、甲烷与生物油的质量流量比0.18、气化反应过程的空气当量比0.07、水蒸气与生物油的质量流量比2.68。

条件组3：气化反应温度835℃、甲烷与生物油的质量流量比0.13、气化反应过程的空气当量比0.09、水蒸气与生物油的质量流量比2.23。

条件组4：气化反应温度746℃、甲烷与生物油的质量流量比0.20、气化反应过程的空气当量比0.06、水蒸气与生物油的质量流量比2.00。

条件组5：气化反应温度1005℃、甲烷与生物油的质量流量比0.08、气化反应过程的空气当量比0.12、水蒸气与生物油的质量流量比1.78。

条件组6：气化反应温度821℃、甲烷与生物油的质量流量比0.15、气化反应过程的空气当量比0.08、水蒸气与生物油的质量流量比1.55。

其中气化反应过程的空气当量比系指输入气化反应器的实际空气量与理论上完全燃烧同时输入气化系统的生物油和甲烷所需空气量之比。

具体实施方式

实施例一：

[1]将农林废弃物干燥，粉碎为直径3mm的颗粒。

[2]将获得的农林废弃物颗粒快速热解为液体产品——生物油。快速热解器温度500℃。

[3]使得生物油同一定量的空气、甲烷发生气化反应，制备出初级产品气。气化反应温度866℃、甲烷与生物油的质量流量比0.11、气化反应过程的空气当量比0.11。

[4]使得初级产品气同一定量的水蒸气发生水煤气变换反应，制得合成氨粗原料气。水蒸气与生物油的质量流量比2.90。制得的合成氨粗原料气中氢气与氮气的摩尔比为3:1，其它杂质气体如甲烷的摩尔分数为2.2％、一氧化碳的摩尔分数为1.2％。

实施例二：

[1]将农林废弃物干燥，粉碎为直径4.5mm的颗粒。

[2]将获得的农林废弃物颗粒快速热解为液体产品——生物油。快速热解器温度450℃。

[3]使得生物油同一定量的空气、甲烷发生气化反应，制备出初级产品气。气化反应温度835℃、甲烷与生物油的质量流量比0.13、气化反应过程的空气当量比0.09。

[4]使得初级产品气同一定量的水蒸气发生水煤气变换反应，制得合成氨粗原料气。水蒸气与生物油的质量流量比2.23。制得的合成氨粗原料气中氢气与氮气的摩尔比为3:1，其它杂质气体如甲烷的摩尔分数为4.3％、一氧化碳的摩尔分数为2.2％。

实施例三：

[1]将农林废弃物干燥，粉碎为直径5mm的颗粒。

[2]将获得的农林废弃物颗粒快速热解为液体产品——生物油。快速热解器温度550℃。

[3]使得生物油同一定量的空气、甲烷发生气化反应，制备出初级产品气。气化反应温度1005℃、甲烷与生物油的质量流量比0.08、气化反应过程的空气当量比0.12。

[4]使得初级产品气同一定量的水蒸气发生水煤气变换反应，制得合成氨粗原料气。水蒸气与生物油的质量流量比1.55。制得合成氨粗原料气中氢气与氮气的摩尔比为3:1，其它杂质气体如甲烷的摩尔分数为0.38％、一氧化碳的摩尔分数为4.1％。

Claims (1)

1.一种自农林废弃物生产合成氨粗原料气的方法，其特征在于：

首先，将农林废弃物干燥，粉碎为直径3-6mm的颗粒，

然后，将获得的农林废弃物颗粒快速热解为液体产品——生物油，快速热解温度为450-550℃，

其次，使得生物油同一定量的空气、甲烷发生气化反应，制备出初级产品气，

最后，使得初级产品气同一定量的水蒸气发生水煤气变换反应，制得合成氨粗原料气；

上述步骤的工艺条件可取下列工艺条件组之一：

条件组1：气化反应温度866℃、甲烷与生物油的质量流量比0.11、气化反应过程的空气当量比0.11、水蒸气与生物油的质量流量比2.90；

条件组2：气化反应温度767℃、甲烷与生物油的质量流量比0.18、气化反应过程的空气当量比0.07、水蒸气与生物油的质量流量比2.68；

条件组3：气化反应温度835℃、甲烷与生物油的质量流量比0.13、气化反应过程的空气当量比0.09、水蒸气与生物油的质量流量比2.23；

条件组4：气化反应温度746℃、甲烷与生物油的质量流量比0.20、气化反应过程的空气当量比0.06、水蒸气与生物油的质量流量比2.00；

条件组5：气化反应温度1005℃、甲烷与生物油的质量流量比0.08、气化反应过程的空气当量比0.12、水蒸气与生物油的质量流量比1.78；

条件组6：气化反应温度821℃、甲烷与生物油的质量流量比0.15、气化反应过程的空气当量比0.08、水蒸气与生物油的质量流量比1.55。