专利名称：一种在生物质气化炉内催化裂解焦油的方法
技术领域：
本发明涉及能源化工领域，具体是一种在生物质气化炉内催化裂解焦油的方法。
背景技术：
生物质资源作为一种可再生能源，因具有来源广，储量丰富，S、 N含量低，可实现0)2零的排放，可大大减轻温室效应和环境污染等特点，而备受人们的关注。从而使得以高新技术开发和利用生物质能源已成为代替石油、煤炭等矿物质能源，解决能源与环境问题的重要途径之一。目前从研究进展来看，生物质热解气化技术具有效率较高、原料适应性强、设备简单、投资较低的优点，比较适合于我国农村现阶段以及未来一定时期的技术、经济水平，并且不受地域、气候限制。在众多的生物质利用技术中，生物质热解气化最有发展前途，通过这种工艺可以生产出有价值的燃气供民用和工业使用以及燃气发电。 目前生物质气化技术应用存在的主要问题就是热解产气中焦油净化的难题。热解气中存在焦油会在管路系统凝结，堵塞管道，也影响气化-发电系统的正常运转，还会污染环境。目前降低产气中焦油含量有很多不同的方法，包括研制设计高效节能的气化炉；水洗涤法去除焦油；催化裂解法去除焦油。其中催化裂解是解决焦油问题最有效的方法，国内外对催化剂已经作了很多研究，但实际应用均存在一定的问题。其中最大的问题是，催化裂解焦油时催化剂表面会产生大量积炭，包覆在催化剂表面，导致催化剂很快失活。矿物催化剂价格低廉，但催化剂寿命较短，负载金属催化剂寿命稍长，但价格昂贵，所以实现工业化较难。使用水洗法除焦油，易造成严重的环境污染。自从对生物质气化关注以来，国内外也研制了多种形式的气化炉，以便提高焦油裂解率、气化率和燃气热值，中国专利公开号CN2556203 "高效生物质气化炉"、中国专利公开号CN201190148 "—种双流化床水冷生物质气化炉"等。 中国专利公开号CN1686606A的生物质气化炉催化剂及生产方法，在专利文件中阐明"用于各种生物质气化炉或煤气炉中的热裂解除焦，以加速燃气气流中的焦油被裂解，用于独立的焦油催化剂以减少燃气气流中的碱金属，提高热交换效率"。阐明了将催化剂置于气化炉内或独立的焦油催化反应器，上述发明的焦油裂解率在75%以上，气化率提高了15%，燃气热值提高了20%，但该种气化炉设计较为复杂，还有受催化剂粒径以及吸附过滤物影响，导致产气气流阻力增大，严重时还会堵塞管路，且吸附物如硫化物、碱金属钠等易覆盖催化剂活性中心，从而加速催化剂的失活，所以需经常更换催化剂，使用不方便。
发明内容
本发明提供了一种在生物质气化炉内催化裂解焦油的方法，将生物质气化炉内气化后的生物质热解气与脱焦油催化剂在高温下接触进行催化裂解焦油，从而降低气化炉产气中焦油的含量，提高了产率。
本发明的技术方案为 —种在生物质气化炉内催化裂解焦油的方法，其特征在于是将脱焦油催化剂和生物质按0.1-5 : IOO的重量份比投加到生物质气化炉内，气化炉内的热解温度为700-1000°C，生物质气化的同时，脱焦油催化剂高温下与生物质热解气接触催化裂解焦油；所述的脱焦油催化剂选用凹凸棒石粘土、白云石凹凸棒石粘土、煅烧菱镁矿、煅烧白云石、煅烧石灰石、铁氧化物矿石、锰氧化物矿石、碱性物质中的一种或多种；生物质气化炉内的生物质热解气输出使用。 所述的在生物质气化炉内催化裂解焦油的方法，其特征在于所述的生物质选用秸秆、山核桃蒲、稻壳或树枝。 所述的在生物质气化炉内催化裂解焦油的方法，其特征在于所述的凹凸棒石粘土中凹凸棒石的重量百分比大于50% ;所述的白云石凹凸棒石粘土中白云石和凹凸棒石的重量百分比大于85% ;所述的煅烧菱镁矿中氧化镁的重量百分比大于80% ;所述的煅烧白云石中氧化镁的重量百分比大于18% ;所述的煅烧石灰石中氧化钙的重量百分比大于80% ;所述的铁氧化物矿石中铁的重量百分比大于30% ;锰氧化物矿石中锰的重量百分比大于10%;所述的碱性物质选用含重量百分比大于5%的游离氧化钙、氧化钠、氧化钾的碱性物质。 所述的在生物质气化炉内催化裂解焦油的方法，其特征在于所述的凹凸棒石粘土、白云石凹凸棒石粘土、煅烧菱镁矿、煅烧白云石、煅烧石灰石、铁氧化物矿石或
锰氧化物矿石被粉碎成粒径小于0.075mm的粉末，投入生物质气化炉内进行催化裂解焦油反应；所述的碱性物质是制成悬浮液或水溶液喷洒到生物质上，进行催化裂解焦油反应。 投加的矿物催化剂(凹凸棒石粘土、白云石凹凸棒石粘土、煅烧菱镁矿、煅烧白云石、煅烧石灰石、铁氧化物矿石和锰氧化物矿石)在进行催化裂解焦油后， 一部分直接进入生物质热解灰渣中，随灰渣排出； 一部分随生物质热解气一起进入气体分离、净化系统，被旋风分离器、洗涤器、袋式收尘器等分离出来。矿物催化剂与气体直接接触温度高、时间长，有助于发挥催化作用。
本发明的优点 1、将生物质气化炉内气化后的生物质热解气与脱焦油催化剂在高温下接触进行催化裂解焦油，大大提高了催化剂催化裂解焦油的效率，且温度越高催化裂解焦油的效率越高； 2、将凹凸棒石粘土、白云石凹凸棒石粘土、煅烧菱镁矿、煅烧白云石、煅烧石灰石、铁氧化物矿石和锰氧化物矿石粉碎成粒径小于0.075mm的粉末，加入到气化炉系统中，催化剂分散度高，能够与生物质热解气充分接触，提高催化效率；
3、投加的矿物催化剂在进行催化裂解焦油后， 一部分直接进入生物质热解灰渣中，随灰渣排出，对环境无污染； 一部分随生物质热解气一起进入气体分离、净化系统，被旋风分离器、洗涤器、袋式收尘器等分离出来，矿物催化剂与气体接触时间长，有助于发挥催化作用； 4、本发明采用生物质气化、焦油催化裂解同时、同地进行，不需要另外专门的催化反应装置和催化剂再生、回用装置，简化了系统操作流程； 5、脱焦油催化剂在气化炉中发挥原位的催化作用，并随灰渣、热解气一起排
出，这就克服了固定床催化剂、循环流化床催化剂所出现的积炭和失活的问题； 6、选用的脱焦油催化剂包括凹凸棒石粘土、煅烧菱镁矿、铁氧化物矿石、锰氧
化物矿石或含氧化钙、氧化钠、氧化钾的碱性物质，降低了催化剂的成本，克服了技术
经济的瓶颈。
图1是本发明选用凹凸棒石粘土作为脱焦油催化剂得到的焦油产率随温度变化的图。 图2是本发明选用白云石凹凸棒石粘土作为脱焦油催化剂得到的焦油产率随温度变化的图。 图3是本发明选用煅烧菱镁矿作为脱焦油催化剂得到的焦油产率随温度变化的图。 图4是本发明选用铁氧化物矿石作为脱焦油催化剂得到的焦油产率随温度变化的图。 图5是本发明选用锰氧化物矿石作为脱焦油催化剂得到的焦油产率随温度变化的图。
具体实施方式
实施例1 : (1)、将凹凸棒石粘土预先堆存、均化，然后加入水，水与凹凸棒石粘土的重量百分比为30-50%: 50-70%，经对辊、多辊挤压机剪切挤压成为凹凸棒石粘土片状物，促使凹凸棒石晶束解聚分散； (2)、将凹凸棒石型粘土片状物干燥后粉碎成为通过200目筛(即粒径小于0.075mm)的凹凸棒石粘土粉体； (3)、将凹凸棒石粘土粉体和生物质按5 : 100的重量份比均匀混合，经螺旋进料器进入移动床生物质气化炉进行催化裂解焦油反应，气化炉内的热解温度为900-1000°C。凹凸棒石粘土催化裂解焦油的模拟实验结果见图1。
实施例2 : (1)、将白云石凹凸棒石粘土粉碎成为通过200目筛(即粒径小于0.075mm)的白云石凹凸棒石粘土粉体； (2)、将白云石凹凸棒石粘土粉体与生物质按3 : 100的重量份比均匀混合，经螺旋进料器进入移动床生物质气化炉进行催化裂解焦油反应，气化炉内的热解温度为900-1000°C。白云石凹凸棒石粘土催化裂解焦油的模拟实验结果见图2。
实施例3: (1)、将煅烧菱镁矿粉碎成为通过200目筛(即粒径小于0.075mm)的煅烧菱镁矿粉体； (2)、将煅烧菱镁矿粉体与生物质按3 : IOO的重量份比均匀混合，经螺旋进料器
5进入移动床生物质气化炉进行催化裂解焦油反应，气化炉内的热解温度为900-1000°C。 煅烧菱镁矿催化裂解焦油的模拟实验结果见图3。
实施例4 : (1)、将铁氧化物矿石粉碎成为通过200目筛(即粒径小于0.075mm)的铁氧化物 矿石粉体； (2)、将铁氧化物矿石粉体与生物质按3 : 100的重量份比均匀混合，经螺 旋进料器进入移动床生物质气化炉进行催化裂解焦油反应，气化炉内的热解温度为 900-1000°C。铁氧化物矿石催化裂解焦油的模拟实验结果见图4。
实施例5 : (1)、将锰氧化物矿石粉碎成为通过200目筛(即粒径小于0.075mm)的锰氧化物 矿石粉体； (2)、将锰氧化物矿石粉体与生物质按3 : 100的重量份比均匀混合，经螺 旋进料器进入移动床生物质气化炉进行催化裂解焦油反应，气化炉内的热解温度为 700-1000°C。锰氧化物矿石催化裂解焦油的模拟实验结果见图5。
权利要求
一种在生物质气化炉内催化裂解焦油的方法，其特征在于是将脱焦油催化剂和生物质按0.1-5∶100的重量份比投加到生物质气化炉内，气化炉内的热解温度为700-1000℃，生物质气化的同时，脱焦油催化剂高温下与生物质热解气接触催化裂解、吸附其中的焦油；所述的脱焦油催化剂选用凹凸棒石粘土、白云石凹凸棒石粘土、煅烧菱镁矿、煅烧白云石、煅烧石灰石、铁氧化物矿石、锰氧化物矿石、碱性物质中的一种或多种；生物质气化炉内的生物质热解气输出使用。
2. 根据权利要求1所述的在生物质气化炉内催化裂解焦油的方法，其特征在于所 述的生物质选用秸秆、山核桃蒲、稻壳或树枝。
3. 根据权利要求1所述的在生物质气化炉内催化裂解焦油的方法，其特征在于所述的凹凸棒石粘土中凹凸棒石的重量百分比大于50% ;所述的白云石凹凸棒石粘土中白 云石和凹凸棒石的重量百分比大于85% ;所述的煅烧菱镁矿中氧化镁的重量百分比大于 80%;所述的煅烧白云石中氧化镁的重量百分比大于18% ;所述的煅烧石灰石中氧化钙 的重量百分比大于80%;所述的铁氧化物矿石中铁的重量百分比大于30% ;锰氧化物矿 石中锰的重量百分比大于10% ;所述的碱性物质选用含重量百分比大于5%的游离氧化 钙、氧化钠、氧化钾的碱性物质。
4. 根据权利要求1所述的在生物质气化炉内催化裂解焦油的方法，其特征在于所 述的凹凸棒石粘土、白云石凹凸棒石粘土、煅烧菱镁矿、煅烧白云石、煅烧石灰石、铁氧化物矿石或锰氧化物矿石被粉碎成粒径小于0.075mm的粉末，投入生物质气化炉内进 行催化裂解焦油反应；所述的碱性物质是制成悬浮液或水溶液喷洒到生物质上，进行催 化裂解焦油反应。
全文摘要
本发明公开了一种在生物质气化炉内催化裂解焦油的方法，是将脱焦油催化剂和生物质按0.1-5∶100的重量份比投加到生物质气化炉内进行催化裂解焦油反应，生物质气化炉内热解温度为700-1000℃。将生物质气化炉内气化后的生物质热解气与脱焦油催化剂在高温下接触进行催化裂解焦油，从而降低气化炉产气中焦油的含量，提高了产率，降低了成本，且操作步骤简单，环保。
文档编号B01J21/16GK101691500SQ20091018515
公开日2010年4月7日 申请日期2009年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者刘海波, 宋磊, 张先龙, 李金虎, 陈冬, 陈天虎 申请人:合肥工业大学