专利名称：生物质热解脱焦脱碳制备高品质燃气的方法
技术领域：
本发明涉及一种生物质热解脱焦脱碳制备高品质燃气方法，属于生物质热化学转化领域。
背景技术：
相比于化石能源，生物质能具有清洁、环保和可再生等特点，生物质能的利用将对缓解能源供应紧张和环境日益恶化具有重要意义。生物质热解气化制取燃气技术是一种重要生物质能热转化利用方式，传统的生物质热解气化技术，所产燃气主要用于驱动燃机产生动力、电力，或者用于民用炊事、工业炉窑燃烧，但这些用途受到生物质热解过程中的副产物焦油和(X)2的限制，焦油的存在不仅降低热解效率，而且对设备损害严重，而(X)2的存在将会降低气体产品的能量密度，并且会增加其后续处理的能耗，同时也导致过程经济性难以同传统燃料气竞争。通过生物质的定向热解气化脱焦脱碳生产高品质、组成理想的燃气， 提高热解气化过程的经济性是该领域的发展趋势。生物质热解气化制取燃气技术中热解气化过程需要高温，而副产物焦油的脱除也多需要高温催化，现有的大多数技术采用电加热或其他热源提供热量，如专利“一种生物质高温热解气化及高温热解气催化净化系统”(200810137^6)采用液化石油气或天然气高温低氧燃烧后的高温烟气(高达2000°C)作为热解炉的内热源，热解后生物质热解气所含焦油量少，并且热解炉出口的热解气温度达1200°C，在催化裂解器中喷入白云石粉进行催化裂解进一步减少焦油。从工艺上来说，大量外加热源损失了整体的能量利用效率，减少了工艺的经济性。焦油的去除方法有机械方法、催化裂解和热裂解等方法，其中催化裂解脱除焦油方法是国内外研究较多的技术，专利“一种生物质热解气化脱焦油催化剂及其制备方法” (CN 100434162C)发明了一种由白云石凹凸棒石粘土经粉碎、成型和活化得到的颗粒状或柱状或环状催化剂，焦油去除率达90%以上，催化裂解的效果很好，但该方法同其他催化裂解方法一样都面临着催化剂易失活、寿命短和造价高等问题。专利“一种生物质热解气化焦油清除方法及装置”(CN 1821346A)利用氧气和气化/热解炉出来的热煤气局部燃烧提供裂解焦油所需的热量，在极短的时间内焦油裂解为小分子的碳氢化合物以及H2、C0、CH4等， 焦油含量显著降低。该方法避免了催化剂易失活和成本高的问题，但制氧过程费用较高减少了系统的经济性。同时，传统生物质热解气化技术获得的燃气中(X)2的含量较高，如专利 “一种生物质分布式富氧气化制备合成气的方法和装置”(CN 101164866A)获得的合成气中 CO2的含量达到20%左右，大量(X)2的存在降低了气体产品的能量密度，并且会增加其后续处理的能耗。综上所述，现有生物质气化热解制气技术在某些方面还存在着一定的不足，工艺的经济性还需提高。进一步探索在生物质热解中实现自热式供能以及同时实现焦油和(X)2 的脱除，形成经济性较好的工艺方法，将有利于提高能量利用效率，获得高品质燃气，进一步推动生物质能利用技术的发展。
发明内容
本发明的目的是采用自热式生物质热解及氧化钙脱焦脱碳技术，在热解的同时实现焦油及(X)2的脱除，得到高品质中热值气体。本发明可用于树、矮树丛、灌木、非木质茎杆和季节性生长植物等为主的农林废弃物生物质原料，适用范围广。其工艺特点是生物质热解、CO2吸收和焦油催化裂解等反应在同一个过程中进行，氧化钙吸收剂同步吸收产生的(X)2并促进焦油催化转化，能够有效降低获得的燃气中焦油和CO2的含量，不仅消除了焦油对设备的损害以及环境的污染，而且大大提高了热解气后续使用中的燃气效率，同时该技术能够通过调节生物质与氧化钙的比例获取组分不同的燃气，适用于醇醚合成和燃料电池等不同的用途，更为重要的是系统能够进行自热式热解，无需外部热源。—种生物质热解脱焦脱碳制备高品质燃气的方法，其特征是它由以下步骤组成 (1)将生物质原料与氧化钙按照1 (0. 2 1)的比例加入夹套式热解器中，在600 750°C 进行生物质热解、焦油催化裂解和氧化钙吸收(X)2反应；(2)热解产生的气相产物经过的管路贯穿燃烧室，在900 1000°C温度下被间接加热，焦油进一步裂解，从而获得高品质燃气；(3)热解产生的残炭和碳酸钙由输送装置输送至燃烧室燃烧，燃烧产生的热量供碳酸钙分解；(4)燃烧产生的烟气携带再生的氧化钙进入旋风分离器，气固分离后的高温烟气进入夹套式热解器夹层为热解和焦油裂解反应提供热量，而再生的氧化钙则输送回夹套式热解器循环利用。本方案的具体特点还有，生物质、残炭、氧化钙和碳酸钙全部由螺旋绞笼输送，增加了系统循环的稳定性。燃烧室由上部圆柱形炉膛和下部拔哨组成，二者法兰联接，拔哨结构见附图
2，该燃烧室结构有利于残炭和生物质粉体的燃烧。在燃烧室顶端烟气由引风机引出，底端采用鼓风机鼓入空气，二者相结合使燃烧室10中保持无压或微压状态，有利于残炭绞笼稳定加料。夹套式热解器的夹套内管外壁增加肋片有利于增强传热。本发明自热式生物质热解脱焦脱碳制备高品质燃气方法包括以下步骤(1)生物质粉体料与质量为其0. 2 1倍的氧化钙粉末由定量加料器被送入热解器，在600 750°C 温度条件下，生物质发生热裂解和部分气化反应，副产物焦油在氧化钙与碳酸钙的催化作用下裂解，CO2则被加入的CaO吸收固化，热解反应器的热量由碳酸化反应和热解残炭燃烧所释放的热量提供。热解器中所发生的主要反应如下
权利要求
1.一种生物质热解脱焦脱碳制备高品质燃气的方法，其特征是它由以下步骤组成(1)将生物质原料与氧化钙按照1 (0. 2 1)的比例加入夹套式热解器中，在600 750°C进行生物质热解、焦油催化裂解和氧化钙吸收(X)2反应；(2)热解产生的气相产物经过的管路贯穿燃烧室，在900 1000°C温度下被间接加热， 焦油进一步裂解，从而获得高品质燃气；(3)热解产生的残炭和碳酸钙由输送装置输送至燃烧室燃烧，燃烧产生的热量供碳酸钙分解；(4)燃烧产生的烟气携带再生的氧化钙进入旋风分离器，气固分离后的高温烟气进入夹套式热解器夹层为热解和焦油裂解反应提供热量，而再生的氧化钙则输送回夹套式热解器循环利用。
2.根据权利要求1所述的生物质热解脱焦脱碳制备高品质燃气的方法，其特征是生物质、残炭、氧化钙和碳酸钙全部由螺旋绞笼输送。
3.根据权利要求1所述的生物质热解脱焦脱碳制备高品质燃气的方法，其特征是燃烧室由上部圆柱形炉膛和下部拔哨组成，二者法兰联接。
4.根据权利要求1所述的生物质热解脱焦脱碳制备高品质燃气的方法，其特征是在燃烧室顶端烟气由引风机引出，底端采用鼓风机鼓入空气，二者相结合使燃烧室中保持无压或微压状态。
5.根据权利要求1所述的生物质热解脱焦脱碳制备高品质燃气的方法，其特征是夹套式热解器的夹套内管外壁增加肋片。
全文摘要
一种生物质热解脱焦脱碳制备高品质燃气的方法，其特征是它由以下步骤组成(1)将生物质原料与氧化钙按比例加入夹套式热解器中，进行生物质热解、焦油催化裂解和氧化钙吸收CO2反应；(2)热解产生的气相产物经过的管路贯穿燃烧室，在900～1000℃温度下被间接加热，焦油进一步裂解，从而获得高品质燃气；(3)热解产生的残炭和碳酸钙由输送装置输送至燃烧室燃烧，燃烧产生的热量供碳酸钙分解；(4)燃烧产生的烟气携带再生的氧化钙进入旋风分离器，气固分离后的高温烟气进入夹套式热解器夹层为热解和焦油裂解反应提供热量，而再生的氧化钙则输送回夹套式热解器循环利用。工艺简单，能够连续运行获得可用于多种用途的高品质燃气。
文档编号C10B57/06GK102220150SQ201110125529
公开日2011年10月19日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者伊晓路, 孙立, 孟光范, 张晓东, 赵保峰, 陈雷 申请人:山东省科学院能源研究所