CN1686606A - 生物质气化炉催化剂及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质气化炉催化剂及生产方法，其技术方案的要点是，生物质气化炉催化剂由凹凸棒石粘土、高铝矾土、氧化铁、氧化镁、氧化钙和无烟煤组成，经配料、搅拌、磨粉、造粒、烘干、筛分检测和包装为成品。用于各种生物质气化炉或煤气炉中的热裂解除焦，也可以单独使用，在净化系统中，建立一个独立的焦油催化器。本发明的生物质气化炉催化剂，焦油裂解率在75％以上，气化率提高了15％，燃气热值提高了20％，还能起到过滤未裂解焦油和碱金属的作用，提高热交换效率。使用后的催化剂，可以重复再生，生产成本低廉、使用方便，不会造成环境污染。

Description

生物质气化炉催化剂及生产方法
技术领域：
本发明涉及催化剂，具体涉及一种生物质气化炉催化剂及生产方法。
背景技术：
20世纪80年代初，我国就开始对生物质热分解气化技术进行了研究，研制出多种形式的气化炉。生物质是一种可再生能源，储量非常丰富，作为替代能源利用，可实现CO2零的排放，且其中的S、N含量低，大大减轻温室效应和环境污染。
目前国内生物质气化技术存在的主要问题是燃气热值较低，气化过程产生的焦油较多，造成燃气净化困难，影响气化炉的正常工作。燃气净化系统通常采取简单的水洗处理，不仅造成洗涤水的严重污染，而且不利于气化系统的高效运行，并浪费能量和资源。焦油裂解是解决焦油污染问题的有效方法，只有当焦油量大幅度降低后，含焦油废水问题才能解决。但在目前的工艺水平下，很难保证焦油能够完全裂解，或使焦油达标排放，有的用户为了降低成本，经常直接排放，废水中有害物质高于环保的要求，带来了二次污染。
中国专利授权公告号CN1098910C，授权公告日为2003年1月15日，名称为“热裂解除焦生物质气化炉”，公开了“一种热裂解除焦生物质气化炉”，在专利文件中阐明“在炉底上设置裂解催化反应床，……，所述催化剂是常用的热裂解催化剂，例如颗粒状的白云石、氧化铁、活性碳等。在设置催化反应床的情况下，由于催化剂的作用，其裂解反应更加充分，进一步提高了焦油裂解率、气化率和燃气热值。”
上述催化剂裂解虽可裂解60％以上的焦油，但催化剂本身的颗粒度分布，值得重新设计，在专利文件中“参见图3，本实施例是在炉底上增设了充满催化剂的催化反应床，(11)为颗粒状催化剂，颗粒直径约为1～3cm，如颗粒状白云石。”成品氧化铁、活性碳的颗粒直径将小于1～3cm，在颗粒直径并不相同的情况下，白云石、氧化铁、活性碳很难分布均匀，这样将直接影响到催化剂的实际催化效果，活性碳的价格比较高，不仅加大了气化的成本，而且使用也不方便。
生物质热化学转化利用中，都必须经过热解阶段，碱金属在热解阶段挥发析出，蒸汽冷凝在气化炉和输送燃气管道及热交换器表面，呈粘稠状熔融态，不断捕集燃气气体中的固体颗粒，使得颗粒聚团，导致沉积的形成和反应器腐蚀，对生物质热转化系统产生严重的影响，阻碍热交换，降低热交换效率，因此，有必要对碱金属的浓度进行控制。
发明内容：
本发明的目的是克服现有技术中不足之处，提供一种生产成本低廉、使用方便、焦油裂解率、气化率和燃气热值都比较高的生物质气化炉催化剂及生产方法。
本发明的生物质气化炉催化剂由凹凸棒石粘土、高铝矾土、氧化铁、氧化镁、氧化钙和无烟煤组成，经配料、搅拌、磨粉、造粒、烘干、筛分检测和包装为成品。
凹凸棒石粘土，又名坡缕石或坡缕缟石，是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，凹凸棒石粘土的化学式为：Mg5(H2O)4[Si4O10]2(OH)2。
凹凸棒石粘土主要氧化物含量：
成份 SiO2 Al2O3 MgO   Fe2O3   Na2O   K2O   CaO
含量 50.2-62.5 9.2-14.5 8.8-12.3   3.0-7.2   0.1-1.1   0.9-1.3   0.4-7.2
凹凸棒石粘土的颜色呈现白色、浅灰色、浅绿色或浅褐色。凹凸棒石粘土在含水的情况下具高的可塑性，在高温和盐水中稳定性良好，密度小，一般为2.05～2.30g/cm3，硬度2～3(莫氏硬度)。由于凹凸棒石独特的晶体结构，使之具有许多特殊的物化及工艺性能，主要物化性能和工艺性能有：阳离子可交换性、吸水性、粘结性和吸附脱色性，大的比表面积等。凹凸棒石粘土中的氧化镁含量接近白云石中的氧化镁含量，而Fe2O3的含量却大于白云石中Fe2O3的含量，凹凸棒石粘土在本发明中主要性能是起到粘结、吸附和催化作用；高铝矾土中Al2O3≥75％，经高温活化后是很好的催化剂，加之凹凸棒石粘土的作用，能共同吸附大量的碱金属；氧化铁是良好的氧化反应，氧化铁与其它氧化物共同烧结后，可进一步提高它的活性，加大催化剂性能；氧化镁和氧化钙在气化过程中，可加强整体催化效果，促进焦油裂解和半焦气化，同时，氧化钙也是一种比较好的脱硫剂；无烟煤在缺氧条件下燃烧，其部分生成活性碳，共同参预催化和吸附作用。
本发明通过下述技术方案予以实现：
1、配料(重量百分比)：
凹凸棒石粘土10％～50％、氧化铁5％～45％、高铝矾土5％～25％、氧化镁5％～20％、氧化钙5％～15％和无烟煤2％～10％。
2、搅拌：上述配料经搅拌机搅拌均匀后输入磨机中磨粉。
3、磨粉：磨粉细度≤0.074mm。
4、造粒：用圆盘造粒机和糖衣机进行造粒，颗粒度控制在4.5～10mm。
5、烘干：烘干温度控制在500～750℃，颗粒含水分≤1％。
6、筛分检测：成品颗粒度控制在4.0～10mm，要求催化剂的颗粒强度高、耐磨擦、不脱粉，耐水和焦油的侵蚀，在含有80％焦油的焦油废水中浸泡不应产生崩解，取30粒催化剂进行颗粒强度测试，平均值应≥45牛顿/粒。
7、包装：合格产品用内塑外编密封包装。
8、使用方法：
(1)、用于各种生物质气化炉或煤气炉中的热裂解除焦，可以将本催化剂加在炉口燃气迂回通道内，或将本催化剂加在炉排下部的迂回通道内。由于催化剂增加了燃气气流的阻力，燃气气流在通过催化剂时，能产生催化裂解和吸附的作用，同时也延缓了燃气气流在炉内的停留时间，促使燃气气流能在高温的环境条件下进一步产生热裂解反应，以加速燃气气流中的焦油被裂解。
(2)、用于独立的焦油催化器，设计一个焦油催化器，内装入本催化剂，当气化炉或煤气炉输出的燃气气流通过催化剂时，燃气气流中的焦油被裂解，被裂解后的焦油分解为可以燃烧的气体，被输送到燃烧室，未能裂解后的焦油，则被迷宫式的众多颗粒催化剂所阻挡，加之重力的作用，未能裂解后的焦油滴在焦油室内，通过U型管加以收集，起到过滤未裂解焦油的作用；燃气气流中的碱金属，在通过颗粒催化剂时，将被颗粒催化剂吸附和过滤，以减少燃气气流中的碱金属，提高热交换效率。
经过多次实验，当生物质气化炉使用本催化剂后，燃气气流中的焦油明显减少，焦油裂解率在75％以上，气化率提高了15％，燃气热值提高了20％。
本发明的生物质气化炉催化剂，用于各种生物质气化炉中的热裂解除焦，也可以单独使用，在气化炉的净化系统中，建立一个独立的焦油催化器。
本发明的生物质气化炉催化剂可以进一步提高焦油裂解率、气化率和燃气热值，还能起到过滤未裂解焦油的作用，使用后的催化剂，可以重复再生，生产成本低廉、使用方便，未裂解的焦油，可以加以收集，经过处理后，创造新的经济价值，因此也不会造成环境污染。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的描述：
1、配料(重量百分比)：凹凸棒石粘土30％、氧化铁25％、高铝矾土15％、氧化镁12％、氧化钙10％和无烟煤8％。
2、搅拌：上述配料经搅拌机搅拌均匀后输入磨机中磨粉。
3、磨粉：磨粉细度≤0.074mm。
4、造粒：用圆盘造粒机和糖衣机进行造粒，颗粒度控制在6.5～7.5mm。
5、烘干：烘干温度控制在650℃，颗粒含水分≤1％。
6、筛分：成品颗粒度控制在6.0～7.0mm。
7、包装：用内塑外编密封包装。

Claims (5)

1、一种生物质气化炉催化剂及生产方法，其特征在于，由凹凸棒石粘土、高铝矾土、氧化铁、氧化镁、氧化钙和无烟煤组成，经配料、搅拌、磨粉、造粒、烘干、筛分检测和包装为成品。
2、根据权利要求1所述的一种生物质气化炉催化剂及生产方法，其特征在于，配料(重量百分比)：凹凸棒石粘土10％～50％、氧化铁5％～45％、高铝矾土5％～25％、氧化镁5％～20％、氧化钙5％～15％和无烟煤2％～10％。
3、根据权利要求1所述的一种生物质气化炉催化剂及生产方法，其特征在于，上述配料经搅拌机搅拌均匀后输入磨机中磨粉，磨粉细度≤0.074mm。
4、根据权利要求1所述的一种生物质气化炉催化剂及生产方法，其特征在于，用圆盘造粒机和糖衣机进行造粒，颗粒度控制在4.5～10mm，烘干温度控制在500～750℃，颗粒含水分≤1％。
5、根据权利要求1所述的一种生物质气化炉催化剂及生产方法，其特征在于，成品颗粒度控制在4.0～10mm，要求催化剂的颗粒强度高、耐磨擦、不脱粉，耐水和焦油的侵蚀，在含有80％焦油的焦油废水中浸泡不应产生崩解，取30粒催化剂进行颗粒强度测试，平均值应≥45牛顿/粒，合格产品用内塑外编密封包装。
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