CN109628158A - 一种轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法，包括以下步骤：1)水热预处理；2)脱水干燥；3)热裂解；4)半焦催化气化；5)挥发分催化重整；6)半焦残炭燃烧供热。本发明以轻工有机固废为原料，通过分级热化学转化方法同时实现了燃料氮的源端减量和气相氮污染物转化的过程控制，可以得到氮污染物浓度很低的高值燃气。
Description
技术领域
本发明涉及生物质资源利用技术领域，具体涉及一种轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法。
背景技术
轻工有机固废是农产品加工成食品、饮料、医药、纸等过程中而产生的残渣，如酒槽、醋槽、茶渣、咖啡渣、中药渣、抗生素菌渣等。统计数据显示，我国轻工有机固废的年产生量达到数亿吨，且呈快速递增趋势。轻工有机固废具有以下特点：1)有机质含量高，富含综纤维素、木质素、蛋白质、多糖等成分，灰分含量不太高，干基热值和一般低阶煤相当，属于典型的生物质资源；2)初始含水率高，极易腐烂，传统的填埋、焚烧、固定区域堆放等处理方式会造成资源浪费和环境污染；3)轻工有机固废经过热化学转化技术可以转变为能源，如热、电、蒸汽、燃气等，是比较有前景的利用方式，但由于农产品生长过程中本身的固氮作用以及加工利用过程中外部添加氮，轻工有机固废的燃料氮含量比常规生物质要高很多，高达2wt％～9wt％(干基)，而生物质热化学转化温度低，过程产生的NOx基本来源于燃料氮的转化，随着热电行业对大气污染排放标准的日趋严格，轻工有机固废在热电行业的应用受到了很大限制。
热化学转化过程燃料氮的转化分为三个步骤：1)缺氧热解，燃料氮转化为半焦氮和焦油氮，同时会释放一定量气相NOx前驱物；2)欠氧气化，半焦氮和焦油氮继续向气相NOx前驱物转化；3)在空气充足的条件下，所形成的NOx前驱物随燃气一起燃烧，转化为NOx。燃料氮的初次反应和半焦氮/焦油氮的二次反应是形成NOx前驱物的主要因素，是决定NOx排放的关键。燃料氮到NOx的转化控制或减量手段可归纳为三种：源端减量燃料氮、过程控制燃料氮到NOx的转化和末端处理NOx。轻工有机固废无法直接热利用，需要通过源端减量和过程控制实现燃料氮的去除或者抑制燃料氮到NOx前驱物的转化，实现高氮到低氮的转变，这是轻工有机固废比较合适且经济的清洁资源化利用方式。
CN 105838453A公开了一种生物质气化炉内原位脱除生物质粗燃气中含氮污染物的方法，该方法利用生物质外源金属基催化剂和内源矿物组分的催化作用，使用热解产生的NOx前驱物(NH3、HCN)还原半焦氧化产生的NOx，生成N2，实现含氮污染物的脱除。然而，该方法忽略了以下两点：1)热解气化条件下O2是有限的，所提供的自由基也是有限的，所以燃料氮转化产生的气相含氮污染物中绝大部分是NOx前驱物，只有很小一部分是NOx，利用NOx前驱物来还原NOx，燃气中仍然会残留大量的NOx前驱物；2)常规炉内热解气化方式，半焦氮和焦油氮的二次反应处于同一时间和空间，会相互促进导致生成大量的NOx前驱物。可见，该方法在理论原理和实际操作上均存在实质性缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法，包括以下步骤：
1)水热预处理：将轻工有机固废、脱氮促进剂和水加入水热釜，120～250℃下进行30～60min水热预处理，得到有机固废水热焦；
2)脱水干燥：将有机固废水热焦加入离心脱水机进行离心脱水，再转入压滤机进行压滤脱水，再转入导热油干燥器进行干燥脱水，得到有机固废干水热焦；
3)热裂解：将有机固废干水热焦加入热裂解装置，450～550℃下进行20～30min热裂解，得到挥发分和半焦；
4)半焦催化气化：将热裂解产生的半焦、氮转化催化剂加入气流床，800～950℃下进行半焦催化气化，得到含尘气化气，再让含尘气化气通过两级旋风除尘器，第一级旋风除尘器分离出的高温尘返回气流床，第二级旋风除尘器分离出脱尘气化气和半焦残炭；
5)挥发分催化重整：将热裂解产生的挥发分和第二级旋风除尘器分离出的脱尘气化气通过催化重整床，催化重整床由多个贵金属催化剂层和多个天然矿石催化剂层组成，贵金属催化剂层在上层，700～850℃下让挥发分和脱尘气化气自下而上通过催化重整床，进行挥发分催化重整，脱除氮污染物，得到低氮高值燃气；
6)半焦残炭燃烧供热：将半焦催化气化产生的半焦残炭转入燃烧装置，通入空气和辅助燃料，进行燃烧，再将产生的含颗粒高温烟气通入烟气气固分离器，得到固体颗粒和脱颗粒高温烟气，将固体颗粒通入气流床，将脱颗粒高温烟气用于给气流床和催化重整床供热，脱颗粒高温烟气供热后转化成中高温烟气，再将中高温烟气一部分用于给热裂解装置供热，剩余部分用于给导热油加热器供热，导热油提供给导热油干燥器，使用后的导热油返回导热油加热器，中高温烟气供热后转化为中低温烟气，中低温烟气用于加热余热锅炉，余热锅炉产生的饱和蒸汽用于给水热釜供热，中低温烟气供热后转化为废烟气，废烟气直接排入空气。
优选的，步骤1)所述轻工有机固废为抗生素菌渣(燃料氮：7wt％～9wt％)、中药渣(燃料氮：2wt％～4wt％)、茶渣(燃料氮：2wt％～3wt％)、咖啡渣(燃料氮：3wt％～4wt％)、啤酒糟(燃料氮：3wt％～5wt％)、醋槽(燃料氮：3wt％～6wt％)中的至少一种，水分含量为60％～70％。
优选的，步骤1)所述脱氮促进剂为硫酸、醋酸、甲酸中的至少一种。
优选的，步骤1)所述脱氮促进剂的添加量为0.08～0.12mol/L(按水热釜内反应浆料总体积计)。
优选的，步骤1)所述水热预处理在170℃下进行，时间为45min。
优选的，步骤2)所述干燥脱水在240～300℃下进行，时间为20～30min。
优选的，步骤4)所述氮转化催化剂为CaO、MgO、Fe2O3中的至少一种。
进一步优选的，步骤4)所述氮转化催化剂为CaO。
优选的，步骤4)所述氮转化催化剂的添加量占半焦质量的5％～10％。
优选的，步骤4)所述气流床中通入的气流为CO2气流、CO2和O2混合气流中的一种。
进一步优选的，步骤4)所述气流床中通入的气流为CO2和O2(少量)混合气流。
优选的，步骤5)所述催化重整床由2个贵金属催化剂层和2个天然矿石催化剂层组成。
优选的，步骤5)所述贵金属催化剂为镍基催化剂、钌基催化剂中的至少一种。
优选的，步骤5)所述天然矿石催化剂为白云石、橄榄石、褐铁矿中的至少一种。
优选的，所述镍基催化剂中活性组分镍的含量为5％～10％。
优选的，所述钌基催化剂中活性组分钌的含量为5％～10％。
优选的，步骤5)中挥发分和脱尘气化气在催化重整床中的停留时间为10～15min。
优选的，所述气流床和催化重整床的外壁为蜂窝式蓄热材料，脱颗粒高温烟气从蜂窝式蓄热材料中通过，将热量传递给蓄热材料，进而为气流床和催化重整床供热。
本发明的有益效果是：本发明以轻工有机固废为原料，通过分级热化学转化方法同时实现了燃料氮的源端减量和气相氮污染物转化的过程控制，可以得到氮污染物浓度很低的高值燃气。
1)本发明通过特征水热预处理实现燃料氮源端去除，并将热裂解产生的半焦和挥发分完全分离，避免了两者间相互关联对气相氮污染物(NH3和HCN)的生成产生促进作用，再各自独立进行二次催化反应，实现了气相氮污染物的高效脱除转化；
2)本发明中的水热预处理可以减少有机固废的亲水基团，破坏结合水结构，可以提高脱水性能，有助于脱水干燥过程；
3)本发明中的挥发分催化重整可以裂解大分子焦油组分，形成小分子可燃组分，有助于所产燃气的高值化；
4)本发明中半焦残炭燃烧可以为前端各分级热化学转化(水热预处理、脱水干燥、热裂解、半焦催化气化和挥发分催化重整)提供维持特征反应温度所需的能量。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为半焦残炭燃烧供热示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：(抗生素菌渣、啤酒槽、醋槽)
一种轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法(工艺流程图如图1所示)，包括以下步骤：
1)水热预处理(燃料氮源端减量)：
将轻工有机固废、脱氮促进剂(添加量为0.08～0.12mol/L)和水加入水热釜，120～250℃下进行30～60min水热预处理，得到有机固废水热焦；
脱氮效果：干基水热焦中燃料氮减少40％～45％(相对于原料而言)；
2)脱水干燥：
将有机固废水热焦加入离心脱水机进行离心脱水，再转入压滤机进行压滤脱水，再转入导热油干燥器，240～300℃下进行20～30min干燥脱水，得到有机固废干水热焦；
脱水效果：有机固废水热焦中的水分含量降至15％～25％；
3)热裂解：
将有机固废干水热焦加入热裂解装置，450～550℃下进行20～30min热裂解，得到挥发分和半焦；
4)半焦催化气化：
将热裂解产生的半焦、氮转化催化剂加入气流床(气流为CO2和少量O2的混合气流)，800～950℃下进行半焦催化气化(挥发分和脱尘气化气在催化重整床中的停留时间为10～15min)，得到含尘气化气，再让含尘气化气通过两级旋风除尘器，第一级旋风除尘器分离出的高温尘返回气流床，第二级旋风除尘器分离出脱尘气化气和半焦残炭；
作用：
a)氧化性气氛CO2会快速消耗半焦中的氮活性位点，减弱半焦氮的加氢氢化反应，抑制半焦气化过程半焦氮向气相氮污染物(NH3)的转化；
b)纯碱性金属氧化剂(以CaO为例)经如下反应将半焦氮(吡啶氮、吡咯氮)和气相氮污染物(NH3)转化为无害的氮组分(N2)，反应机理如下：
CaO+吡啶N/吡咯N→CaCxNy+CO；
CaCxNy→CaCx+y/2N2；
CaCx+y NH3→CaCxNy+3y/2H2；
5)挥发分催化重整：
将热裂解产生的挥发分和第二级旋风除尘器分离出的脱尘气化气通过催化重整床，催化重整床由2个贵金属催化剂层和2个天然矿石催化剂层组成，贵金属催化剂层在上层，700～850℃下让挥发分和脱尘气化气自下而上通过催化重整床，进行挥发分催化重整，脱除氮污染物，得到低氮高值燃气(气相氮污染物含量：NH3低于25ppmv，HCN低于20ppmv)；
作用：
a)挥发分中的大分子焦油先经过天然矿石裂解，可有效避免与贵金属催化剂直接接触包裹，造成贵金属催化剂的失活；
b)天然矿石催化剂和贵金属催化剂对初次反应及二次反应生成的气相氮污染物(NH3)具有很好的分解效果，使其转化为无害的氮组分(N2)，贵金属催化剂效果高于天然矿石催化剂，此外，挥发分二次反应中，产生的HCN在H、O、OH自由基(源于物料的水分)作用下会转化为NH3，挥发分和脱尘气化气经过多级催化重整脱NH3，最终获得氮污染物含量很低的燃气；
c)天然矿石催化剂和贵金属催化剂还可以对焦油进行重整裂解，将其转化为小分子的可燃组分(CH4、H2、CO)，可以提高燃气的热值(热值可提高10％～20％)，得到高值燃气；
6)半焦残炭燃烧供热(供热示意图如图2所示)：
将半焦催化气化产生的半焦残炭转入燃烧装置，通入空气和辅助燃料，进行燃烧，再将产生的含颗粒高温烟气通入烟气气固分离器，得到固体颗粒和脱颗粒高温烟气，将固体颗粒通入气流床，将脱颗粒高温烟气用于给气流床和催化重整床供热，脱颗粒高温烟气供热后转化成中高温烟气，再将中高温烟气一部分用于给热裂解装置供热，剩余部分用于给导热油加热器供热，导热油提供给导热油干燥器，使用后的导热油返回导热油加热器，中高温烟气供热后转化为中低温烟气，中低温烟气用于加热余热锅炉，余热锅炉产生的饱和蒸汽用于给水热釜供热，中低温烟气供热后转化为废烟气，废烟气直接排入空气。
实施例2：(中药渣、茶渣、咖啡渣)
一种轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法(工艺流程图如图1所示)，包括以下步骤：
1)水热预处理(燃料氮源端减量)：
将轻工有机固废、脱氮促进剂(添加量为0.08～0.12mol/L)和水加入水热釜，120～250℃下进行30～60min水热预处理，得到有机固废水热焦；
脱氮效果：干基水热焦中燃料氮减少38％～42％(相对于原料而言)；
2)脱水干燥：
将有机固废水热焦加入离心脱水机进行离心脱水，再转入压滤机进行压滤脱水，再转入导热油干燥器，240～300℃下进行20～30min干燥脱水，得到有机固废干水热焦；
脱水效果：有机固废水热焦中的水分含量降至15％～25％；
3)热裂解：
将有机固废干水热焦加入热裂解装置，450～550℃下进行20～30min热裂解，得到挥发分和半焦；
4)半焦催化气化：
将热裂解产生的半焦、氮转化催化剂加入气流床(气流为CO2和少量O2的混合气流)，800～950℃下进行半焦催化气化(挥发分和脱尘气化气在催化重整床中的停留时间为10～15min)，得到含尘气化气，再让含尘气化气通过两级旋风除尘器，第一级旋风除尘器分离出的高温尘返回气流床，第二级旋风除尘器分离出脱尘气化气和半焦残炭；
5)挥发分催化重整：
将热裂解产生的挥发分和第二级旋风除尘器分离出的脱尘气化气通过催化重整床，催化重整床由2个贵金属催化剂层和2个天然矿石催化剂层组成，贵金属催化剂层在上层，700～850℃下让挥发分和脱尘气化气自下而上通过催化重整床，进行挥发分催化重整，脱除氮污染物，得到低氮高值燃气(气相氮污染物含量：NH3低于25ppmv，HCN低于15ppmv)；
6)半焦残炭燃烧供热(供热示意图如图2所示)：
将半焦催化气化产生的半焦残炭转入燃烧装置，通入空气和辅助燃料，进行燃烧，再将产生的含颗粒高温烟气通入烟气气固分离器，得到固体颗粒和脱颗粒高温烟气，将固体颗粒通入气流床，将脱颗粒高温烟气用于给气流床和催化重整床供热，脱颗粒高温烟气供热后转化成中高温烟气，再将中高温烟气一部分用于给热裂解装置供热，剩余部分用于给导热油加热器供热，导热油提供给导热油干燥器，使用后的导热油返回导热油加热器，中高温烟气供热后转化为中低温烟气，中低温烟气用于加热余热锅炉，余热锅炉产生的饱和蒸汽用于给水热釜供热，中低温烟气供热后转化为废烟气，废烟气直接排入空气。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)水热预处理：将轻工有机固废、脱氮促进剂和水加入水热釜，120～250℃下进行30～60min水热预处理，得到有机固废水热焦；
2)脱水干燥：将有机固废水热焦加入离心脱水机进行离心脱水，再转入压滤机进行压滤脱水，再转入导热油干燥器进行干燥脱水，得到有机固废干水热焦；
3)热裂解：将有机固废干水热焦加入热裂解装置，450～550℃下进行20～30min热裂解，得到挥发分和半焦；
4)半焦催化气化：将热裂解产生的半焦、氮转化催化剂加入气流床，800～950℃下进行半焦催化气化，得到含尘气化气，再让含尘气化气通过两级旋风除尘器，第一级旋风除尘器分离出的高温尘返回气流床，第二级旋风除尘器分离出脱尘气化气和半焦残炭；
5)挥发分催化重整：将热裂解产生的挥发分和第二级旋风除尘器分离出的脱尘气化气通过催化重整床，催化重整床由多个贵金属催化剂层和多个天然矿石催化剂层组成，贵金属催化剂层在上层，700～850℃下让挥发分和脱尘气化气自下而上通过催化重整床，进行挥发分催化重整，脱除氮污染物，得到低氮高值燃气；
6)半焦残炭燃烧供热：将半焦催化气化产生的半焦残炭转入燃烧装置，通入空气和辅助燃料，进行燃烧，再将产生的含颗粒高温烟气通入烟气气固分离器，得到固体颗粒和脱颗粒高温烟气，将固体颗粒通入气流床，将脱颗粒高温烟气用于给气流床和催化重整床供热，脱颗粒高温烟气供热后转化成中高温烟气，再将中高温烟气一部分用于给热裂解装置供热，剩余部分用于给导热油加热器供热，导热油提供给导热油干燥器，使用后的导热油返回导热油加热器，中高温烟气供热后转化为中低温烟气，中低温烟气用于加热余热锅炉，余热锅炉产生的饱和蒸汽用于给水热釜供热，中低温烟气供热后转化为废烟气，废烟气直接排入空气。
2.根据权利要求1所述的轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法，其特征在于：步骤1)所述轻工有机固废为抗生素菌渣、中药渣、茶渣、咖啡渣、啤酒糟、醋槽中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法，其特征在于：步骤1)所述脱氮促进剂为硫酸、醋酸、甲酸中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法，其特征在于：步骤1)所述脱氮促进剂的添加量为0.08～0.12mol/L。
5.根据权利要求1所述的轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法，其特征在于：步骤2)所述干燥脱水在240～300℃下进行，时间为20～30min。
6.根据权利要求1所述的轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法，其特征在于：步骤4)所述氮转化催化剂为CaO、MgO、Fe2O3中的至少一种。
7.根据权利要求1或6所述的轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法，其特征在于：步骤4)所述气流床中通入的气流为CO2气流、CO2和O2混合气流中的一种。
8.根据权利要求1所述的轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法，其特征在于：步骤5)所述贵金属催化剂为镍基催化剂、钌基催化剂中的至少一种；步骤5)所述天然矿石催化剂为白云石、橄榄石、褐铁矿中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法，其特征在于：所述镍基催化剂中活性组分镍的含量为5％～10％；所述钌基催化剂中活性组分钌的含量为5％～10％。
10.根据权利要求1或8或9所述的轻工有机固废分级热转化制备低氮高值燃气的方法，其特征在于：步骤5)中挥发分和脱尘气化气在催化重整床中的停留时间为10～15min。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070094929A1 (en) * | 2004-08-05 | 2007-05-03 | Sung-Kyu Kang | Apparatus of catalytic gasification for refined biomass fuel at low temperature and the method thereof |
| CN102382683A (zh) * | 2010-08-31 | 2012-03-21 | 北京金骄生物质化工有限公司 | 一种利用植物枝干制备生物质燃气的方法 |
| CN105838453A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-08-10 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种生物质气化炉内原位脱除生物质粗燃气中含氮污染物的方法 |
| CN209741078U (zh) * | 2019-01-21 | 2019-12-06 | 中国科学院广州地球化学研究所 | 一种轻工有机固废分级热转化系统 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070094929A1 (en) * | 2004-08-05 | 2007-05-03 | Sung-Kyu Kang | Apparatus of catalytic gasification for refined biomass fuel at low temperature and the method thereof |
| CN102382683A (zh) * | 2010-08-31 | 2012-03-21 | 北京金骄生物质化工有限公司 | 一种利用植物枝干制备生物质燃气的方法 |
| CN105838453A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-08-10 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种生物质气化炉内原位脱除生物质粗燃气中含氮污染物的方法 |
| CN209741078U (zh) * | 2019-01-21 | 2019-12-06 | 中国科学院广州地球化学研究所 | 一种轻工有机固废分级热转化系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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