CN111676066A - 一种生物秸秆制备合成气的方法 - Google Patents

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Abstract

一种生物秸秆制备合成气的方法，包括以下步骤：(1)生物秸秆预处理；(2)碳化；(3)气化；(4)净化；和(5)纯化。本发明公开的方法，在碳化过程中通入空气可使得生物秸秆中的S元素形成SO2，而加入氧化钙可在高温的条件中与O2和SO2反应生成硫酸钙，在气化之前直接去除了气化过程中形成的杂质；在净化过程中去除气化过程所产生的二氧化碳，也能够沉降气体中所带的灰分，起到除杂的作用，提高产物合成气的纯度。本发明使用生物秸秆为原料，原料来源广泛易得，并且所制备的合成气纯度高、用途广泛，是重要的基础化工原料，进一步扩展了生物质的用途和价值。

Description

一种生物秸秆制备合成气的方法
技术领域
本发明属于合成气的制备方法，具体涉及一种生物秸秆制备合成气的方法。
背景技术
随着我们严重依赖的化石资源和化学品的需求增加，导致现在全球面临两大重要挑战：燃料供应下降和温室气体排放的大幅增加。生物质资源转化为燃料和化学品可成为解决能源危机和低碳排放的重要组成部分。生物质作为一种储量丰富，可再生能源，其主要由碳，氢，氧元素组成，硫，氮和灰分可以忽略不计，具有广泛的研究价值。随着人们对生物质资源的不断研究和探索。目前，对生物质资源的转化利用以及研究主要集中在以下四个领域，主要包括生物转化技术(厌氧菌发酵)，直接燃烧技术(生物质燃烧发电)，生物质超临界流体转化技术，生物质热化学转化技术(生物质热裂解，热气化)等。然而现在的生物质热化学转化技术是利用生物质组元木质素、纤维素以及半纤维素具有不同的组成结构以及化学性质，通过改变其特性从而形成的新的生物质能源的技术，对于利用生物质制备合成气很少有人研究。
合成气主要是由天然气蒸汽转化法、轻质油蒸汽转化法、天然气部分氧化法、重油部分氧化法、新型煤化工等方法制备而成，利用生物质制备合成气的研究还较为热门。然而以上方法在生产过程中极易产生大量的硫化氢、煤焦油和酚水等污染物，对环境和人体存在较大损害。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种生物秸秆制备水煤气的方法。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种生物秸秆制备合成气的方法，包括以下步骤：
(1)生物秸秆预处理：将生物秸秆洗净，并将洗净后的生物秸秆投入到酸池中浸泡降解，使得生物秸秆中的镁、钾和钙等元素形成可溶性盐溶解，而后将生物秸秆取出，并用水淋洗、晾干后粉碎；
(2)碳化：将粉碎后的生物秸秆加入到气化炉中，然后加入生物秸秆质量0.2倍的氧化钙，搅拌使其混合均匀，通入氮气和空气的混合气体，控制温度在200-300℃，进行碳化；其中氮气和空气按气体流速的速率比为100:1；
(3)气化：碳化后，将气化炉升温到1000-1500℃，并通入水蒸气和0.02bar的氧气，得到粗合成气和残留固体；
(4)净化：将步骤(3)中得到的合成气通过净化室中喷淋溶液进行净化，得到较纯的合成气；
(5)纯化：将步骤(4)得到的水煤气通过干燥室的干燥剂进一步纯化，得到CO和H2总含量在95％的合成气。
优选地，所述步骤(1)中，生物秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆、水稻秸秆、甘蔗秸秆中的一种或多种；酸池中为稀硫酸溶液。
优选地，所述步骤(1)中，生物秸秆粉碎到100-200目。
优选地，所述步骤(2)中，氮气的速率为500-700mL/min。
优选地，所述步骤(3)中，保持炉内水蒸气的压力为0.1～0.2MPa。
优选地，所述步骤(4)中，净化室中喷淋溶液为碳酸钠或碳酸钾饱和溶液。
优选地，所述步骤(5)中，干燥剂包括碱石灰、生石灰、无水氯化钙中的一种。
碳化过程使得秸秆失去水分以及其他易分解的物质，形成焦炭，有利于合成气的制备；通入空气可使得生物秸秆中的S元素形成SO2，而加入的氧化钙可在高温的条件中与O2和SO2反应生成硫酸钙，在气化之前直接去除了气化过程中形成的杂质。
气化过程所发生的主要反应如下：H2O(g)+C(s)→CO(g)+H2(g)；
副反应：C(s)+O2(g)→CO2(g)；CO2(g)+C(s)→CO(g)
通入的氧气有利于气化过程，有效缩短气化时间；并且在气化过程得到的残余固体，可用于酸性土壤改性。
通过喷淋碳酸钠或碳酸钾等溶液，可以有效去除气化过程所产生的二氧化碳，也能够沉降气体中所带的灰分，起到除杂的作用。
本发明的有益效果如下：
本发明使用生物秸秆为原料，制备合成气。原料来源广泛易得，并且所制备的合成气用途广泛，是基础化工原料，进一步扩展了生物质的用途。本发明的一种生物秸秆制备合成气的方法，能够有效去除二氧化硫以及其他有毒气体，并且操作过程简单。
具体实施方式
实施例1
一种生物秸秆制备水煤气的方法，包括以下步骤：
(1)生物秸秆预处理：将玉米秸秆洗净，并将洗净后的生物秸秆投入到酸池中浸泡降解，使得秸秆中的镁、钾和钙等元素形成可溶性盐溶解，而后将秸秆取出，并用水淋洗、晾干后粉碎到100目；
(2)碳化：将粉碎后的玉米秸秆加入到气化炉中，然后加入玉米秸秆质量0.2倍的氧化钙，搅拌使其混合均匀，通入速率为500mL/min的氮气和5mL/min的空气，控制温度在200℃，进行碳化；
(3)气化：碳化后，将气化炉升温到1000℃，并通入0.1MPa的水蒸气和0.02bar的氧气，反应得到合成气；
(4)净化：将步骤(3)中得到的合成气通过净化室中喷淋碳酸钠饱和溶液进行净化，得到较纯的合成气；
(5)纯化：将步骤(4)得到的合成气通过装有碱石灰的干燥室进一步纯化，得到到CO和H2总含量95％的合成气。
实施例2
一种生物秸秆制备水煤气的方法，包括以下步骤：
(1)生物秸秆预处理：将小麦秸秆洗净，并将洗净后的生物秸秆投入到酸池中浸泡降解，使得秸秆中的镁、钾和钙等元素形成可溶性盐溶解，而后将秸秆取出，并用水淋洗、晾干后粉碎到120目；
(2)碳化：将粉碎后的生物秸秆加入到气化炉中，首先然后加入玉米秸秆质量0.2倍的氧化钙，搅拌使其混合均匀，然后通入速率为700mL/min的氮气和7mL/min的空气，并控制温度在220℃，进行碳化；
(3)气化：碳化后，将气化炉升温到1100℃，并通入0.12MPa的水蒸气和0.02bar的氧气，反应得到合成气；
(4)净化：将步骤(3)中得到的合成气通过净化室中喷淋碳酸钠饱和溶液进行净化，得到较纯的合成气；
(5)纯化：将步骤(4)得到的合成气通过干燥室的碱石灰进一步纯化，得到CO和H2总含量96％的合成气。
实施例3
一种生物秸秆制备水煤气的方法，包括以下步骤：
(1)生物秸秆预处理：将玉米秸秆、小麦秸秆和油菜秸秆洗净，并将洗净后的秸秆投入到酸池中浸泡降解，使得秸秆中的镁、钾和钙等元素形成可溶性盐溶解，而后将生物秸秆取出，并用水淋洗、晾干后粉碎到150目；
(2)碳化：将粉碎后的生物秸秆加入到气化炉中，首先然后加入玉米秸秆质量0.2倍的氧化钙，搅拌使其混合均匀，然后通入速率为600mL/min的氮气和5mL/min的空气，并控制温度在240℃，进行碳化；
(3)气化：碳化后，将气化炉升温到1200℃，并通入0.14MPa的水蒸气和0.02bar的氧气，反应得到合成气；
(4)净化：将步骤(3)中得到的合成气通过净化室中喷淋碳酸钠或碳酸钾饱和溶液进行净化，得到较纯的合成气；
(5)纯化：将步骤(4)得到的合成气通过干燥室的碱石灰进一步纯化，得到到CO和H2总含量98％的合成气。
实施例4
一种生物秸秆制备水煤气的方法，包括以下步骤：
(1)生物秸秆预处理：将玉米秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆、水稻秸秆和甘蔗秸秆洗净，并将洗净后的秸秆投入到酸池中浸泡降解，使得生物秸秆中的镁、钾和钙等元素形成可溶性盐溶解，而后将秸秆取出，并用水淋洗、晾干后粉碎到170目；
(2)碳化：将粉碎后的秸秆加入到气化炉中，首先然后加入玉米秸秆质量0.2倍的氧化钙，搅拌使其混合均匀，然后通入速率为550mL/min的氮气和5mL/min的空气，并控制温度在280℃，进行碳化；
(3)气化：碳化后，将气化炉升温到1400℃，并通入0.16MPa的水蒸气和0.02bar的氧气，反应得到合成气；
(4)净化：将步骤(3)中得到的合成气通过净化室中喷淋碳酸钠或碳酸钾饱和溶液进行净化，得到较纯的合成气；
(5)纯化：将步骤(4)得到的水煤气通过干燥室的碱石灰进一步纯化，得到到CO和H2总含量95％的合成气。
实施例5
一种生物秸秆制备水煤气的方法，包括以下步骤：
(1)生物秸秆预处理：将水稻秸秆和甘蔗秸秆洗净，并将洗净后的秸秆投入到酸池中浸泡降解，使得秸秆中的镁、钾和钙等元素形成可溶性盐溶解，而后将秸秆取出，并用水淋洗、晾干后粉碎到200目；
(2)碳化：将粉碎后的生物秸秆加入到气化炉中，首先然后加入玉米秸秆质量0.2倍的氧化钙，搅拌使其混合均匀，然后通入速率为650mL/min的氮气和5mL/min的空气，并控制温度在300℃，进行碳化；
(3)气化：碳化后，将气化炉升温到1500℃，并通入0.2MPa的水蒸气和0.02bar的氧气，反应得到合成气；
(4)净化：将步骤(3)中得到的合成气通过净化室中喷淋碳酸钠或碳酸钾饱和溶液进行净化，得到较纯的合成气；
(5)纯化：将步骤(4)得到的水煤气通过干燥室的碱石灰进一步纯化，得到到CO和H2总含量97％的合成气。

Claims (6)

1.一种生物秸秆制备合成气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)生物秸秆预处理：将生物秸秆洗净，并将洗净后的生物秸秆投入到酸池中浸泡降解，而后将生物秸秆取出，并用水淋洗、晾干后粉碎到100-200目；
(2)碳化：将粉碎后的生物秸秆加入到气化炉中，然后加入生物秸秆质量0.2倍的氧化钙，搅拌使其混合均匀，通入氮气和空气的混合气体，控制温度在200-300℃，进行碳化；其中氮气和空气按气体流速的速率比为100:1；
(3)气化：碳化后的生物秸秆运送到气化炉，将气化炉升温到1000-1500℃，并通入水蒸气和0.02bar的氧气，反应得到合成气；
(4)净化：将步骤(3)中得到的合成气通过净化室中喷淋溶液进行净化，得到较纯的合成气；
(5)纯化：将步骤(4)得到的合成气通过干燥室的干燥剂进一步纯化，得到CO和H2总含量高达95％的合成气。
2.根据权利要求1所述的一种生物秸秆制备合成气的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，生物秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆、水稻秸秆、甘蔗秸秆中的一种或多种；酸池中为稀硫酸溶液。
3.根据权利要求1所述的一种生物秸秆制备合成气的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，氮气的速率为500-700mL/min。
4.根据权利要求1所述的一种生物秸秆制备合成气的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，保持炉内水蒸气的压力为0.1～0.2MPa。
5.根据权利要求1所述的一种生物秸秆制备合成气的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，净化室中喷淋溶液为碳酸钠或碳酸钾饱和溶液。
6.根据权利要求1所述的一种生物秸秆制备合成气的方法，其特征在于：所述步骤(5)中，干燥剂为碱石灰、生石灰、无水氯化钙中的一种。
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