本发明属于固体废弃物资源处理制备气体燃料领域，具体涉及一种利用中药残渣通过水蒸气气化制取可燃气体的方法。
背景技术：
：中药残渣是中药生产过程中产生的一种典型工业生物质废弃物，中国作为世界上最大的中药生产大国，每年产生近0.12亿吨的药渣。中药残渣具有产量大、排放比较集中等特点，因此具有集中化、规模化的利用潜力。中药残渣大多采用直接填埋的方式进行处理,这不仅消耗大量的资金,而且会造成了资源浪费以及环境污染问题。将中药残渣作为燃料、用于生产食用菌、有机肥料等综合利用技术，不仅可以提高中药残渣的利用率，而且可以降低对环境的影响。中药残渣中含有大量丰富的蛋白质、纤维素和氨基酸等有机物质，通过热化学转化技术可以将中药渣转化为清洁的生物质可燃气。近年来，有学者研究了以两面针药渣为原料，对木质中药渣进行工业分析、元素分析、灰渣特性分析以及TG‐DTA分析，结果验证了木质中药渣通过热解气化法制备洁净燃气体的可行性。还有学者以感冒清热颗粒中药渣为原料，在双回路循环流化床中试设备中进行热解气化实验，研究原料含水率、粒径以及空气当量比ER对其气化特性的影响，得到了中药渣气化的理想条件。诸多研究表明中药残渣可作为热解气化原料进行高效利用，但是如何提高中药渣气化产气品质及气化效率成为当今研究亟待解决的问题。气化反应根据气化剂的不同可以分为空气气化、富氧气化、水蒸气气化、富氧水蒸气气化等。其中空气气化技术所用的气化剂空气较为易得，因此在工业中应用较为广泛，但是空气气化产气热值(4000‐6000KJ/m3)和氢气含量(8‐14vol％)都比较低。富氧气化和富氧水蒸气气化技术可以在一定程度上提高产气热值，但是需要制氧设备，因此投资比较大，限制了该技术的广泛应用。水蒸气气化技术利用廉价易得的水蒸气作为气化剂，产气中氢气含量可以达到40％左右。因此该技术比较适用于工业化推广。很少有学者提出利用水蒸气作为气化剂对中药渣进行再利用研究，因此中药渣水蒸气气化技术的可行性尚未得到验证。本发明提出对中药渣进行水蒸气气化研究，考察了不同气化温度和水蒸气与生物质之比(S/B)对气化效果的影响。研究结果表明，中药残渣水蒸气气化方式可以得到品质较高的可燃气体(H2和CO的含量分别为41.3％和34.1％)。该发明中，水蒸气廉价易得，同时该技术可以获得较高品质的产气、产气热值以及气化效率，对气化装置没有特殊要求，适合工业化应用，为中药残渣的有效利用和气化技术的推广奠定基础。技术实现要素：本发明的目的在于发明一种中药残渣高效制备可燃气体的方法，利用水蒸气作为气化剂，不仅可以提高可燃气体品质及热值，而且该方法对于气化装置没有特殊要求，操作简单，气化剂廉价易得，适合大规模工业化应用。为了提高气化可燃气体的品质、产气热值和气化效率，发明了一种利用中药残渣制取可燃气体的方法，包括步骤：(1)将中药残渣经过自然晾晒后、粉碎、烘干，筛选出粒径为0.2‐0.4mm的颗粒作为气化原料；(2)打开气化炉进行逐步升温，向气化炉内通入供给速率为0.8‐1.2L/min氮气以排出炉内空气；同时将作为气化剂的水蒸气通入气化炉内，水蒸气供给速率为0.4‐2.2g/min；待炉温度达到气化温度600‐800℃时，将制备的中药残渣原料加入到炉内；(3)气化过程中产生的气体产物通过气化炉底部出气孔排出，经过净化处理，得到气体产物。其中，步骤1所述的中药残渣对药渣类型无特殊要求。其中，步骤2中气化剂水蒸气是通过将蒸馏水加热汽化制得，水蒸气温度恒定为140‐160℃。其中，步骤3通过一系列净化装置脱除气化气内的焦油、灰分以及水分，将净化后的产气收集在集气袋中，后进行气相色谱GC测试，可得到产气中气体组分数据。水蒸气是将蒸馏水通过蠕动泵控制蒸馏水的流量，将蒸馏水加压送到水蒸气发生器中进行汽化。本发明和现有技术相比，具有明显的技术特点和有益效果。根据以上技术方案，本发明具有以下优点：1、本发明适用于常见的气化炉类型，对装置没有特殊要求，仅需要在装置上添加水蒸气发生器即可，因此适用于大规模推广应用。2、本发明所用的气化剂为水蒸气，廉价易得。相比富氧气化、富氧/水蒸气气化方式需要制氧设备、成本高等特点，该方法更适用于工业化应用。3、在气化温度为600‐800℃，通过改变水蒸气与生物质之比可得，在水蒸气与生物质之比为0.8‐1.2时气化效果较好，产气组分中H2和CO的含量可以达到75％左右，具有良好的产气品质；气化效率可达73％左右，产气热值接近10000KJ/Nm3，明显高于空气气化产气热值(4000‐6000KJ/m3)。该结果进一步验证了中药残渣水蒸气气化制取可燃气体方法的可行性。该方法气化效果显著，产气中H2与CO较高，具有较强的工业实用性，对中药残渣的高效循环利用提供技术支持。附图说明图1为本发明利用中药残渣制取可燃气体的下吸式固定床水蒸气气化系统结构图；其中：1‐固定床气化炉；2‐给料器；3‐蒸馏水；4‐蠕动泵；5‐水蒸气发生器；6‐氮气瓶；7‐流量计；8‐加热器；9‐冷凝器；10‐过滤器；11‐流量计；12‐取样口；13‐集气袋。具体实施方式现以以下实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中使用的手段，如无特别说明，均使用本领域常规手段。实施例1：本发明提出的方法，采用图1所示的下吸式固定床水蒸气气化系统，主要包括五个部分：固定床气化炉主体、给料器、氮气供给系统、水蒸气供给系统以及集气系统。原料通过给料器加到固定床气化炉内，与氮气供给系统和水蒸气供给系统产生的氮气和混合在气化炉内发生水蒸气气化反应，产气经过集气系统排出收集。其中蒸馏水通过蠕动泵加压送到水蒸汽发生器中汽化成为水蒸气，构成了水蒸气供给系统；氮气通过流量计控制流量并预热通入气化炉内，构成了氮气供给系统；气化炉产生的产气通过气化炉底部的排气孔排出，经过泠凝器、过滤器、流量计等一系列净化装置收集在集气袋中，即为集气系统。其中：1‐固定床气化炉；2‐给料器；3‐蒸馏水；4‐蠕动泵；5‐水蒸汽发生器；6‐氮气瓶；7‐流量计；8‐加热器；9‐冷凝器；10‐过滤器；11‐流量计；12‐取样口；13‐集气袋。由于该发明的方法不受中药残渣原料类型的限制，故本实例以河南省宛西制药厂的六味地黄丸中药残渣作为原料进行实施例说明。首先将原料经过自然晾晒后进行粉碎，粉碎后的中药残渣在烘干机中进行烘干，烘干后的含水率为4.66％，筛选出筛选粒径0.2‐0.4mm的颗粒作为实施例原料。中药残渣的工业分析和元素分析如表1所示：表1中药残渣的工业分析与元素分析a由差减法计算，其余为仪器测得干燥基数据。本实施例采用了图1所示的下吸式固定床气化系统。本实施中设置气化温度为600℃，添加中药残渣10g，水蒸气供给速率为0.4g/min，对应的S/B为0.4。具体实施步骤如下：(1)打开下吸式固定床气化炉进行逐步升温；(2)打开氮气气瓶，调节氮气供给速率至0.8L/min；(3)打开水蒸汽发生器，温度设置为140℃，待温度升至设定温度，打开蠕动泵，设定水蒸气供给速率为0.4g/min；(4)待气化炉温度升至600℃，将10g中药残渣原料通过给料器加入到气化炉内；(5)水蒸气气化产生的气体通过冷凝器、流量计等装置收集在集气袋中。在该实施方式下，气化效果如下表2所示：表2实施例1气化效果产气组分中H2和CO的含量之和49％碳转化率57.70％气化效率30.42％产气热值4773KJ/Nm3实施例2：本实施例所用的系统及原料同实施例1，不予赘述。本实施例采用了图1所示的下吸式固定床气化系统。本实施中设置气化温度为700℃，添加中药残渣10g，水蒸气供给速率为2.2g/min，对应的S/B为2.2。具体实施步骤如下：(1)打开下吸式固定床气化炉进行逐步升温；(2)打开氮气气瓶，调节氮气供给速率至1.0L/min；(3)打开水蒸汽发生器，温度设置为160℃，待温度升至设定温度，打开蠕动泵，设定水蒸气供给速率为2.2g/min；(4)待气化炉温度升至700℃，将10g中药残渣原料通过给料器加入到气化炉内；(5)水蒸气气化产生的气体通过冷凝器、流量计等装置收集在集气袋中。在该实施方式下，气化效果如下表3所示：表3实施例2气化效果产气组分中H2和CO的含量之和61％碳转化率70.85％气化效率58.64％产气热值7058KJ/Nm3实施例3：本实施例采用了图1所示的下吸式固定床气化系统。本实施中设置气化温度为800℃，添加中药残渣10g，水蒸气供给速率为1.0g/min，对应的S/B为1.0。具体实施步骤如下：(1)打开下吸式固定床气化炉进行逐步升温；(2)打开氮气气瓶，调节氮气供给速率至1.2L/min；(3)打开水蒸汽发生器，温度设置为150℃，待温度升至设定温度，打开蠕动泵，设定水蒸气供给速率为1.0g/min；(4)待气化炉温度升至800℃，将10g中药残渣原料通过给料器加入到气化炉内；(5)水蒸气气化产生的气体通过冷凝器、流量计等装置收集在集气袋中。在该实施方式下，气化效果如下表4所示：表4实施例3气化效果本发明公开和提出的一种利用中药残渣制取可燃气体的方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本
发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。当前第1页1 2 3