生物质与煤共制燃气的方法技术

本发明专利技术公开了一种生物质与煤共制燃气的方法，该方法以生物质为主要原料，添加一定量的煤制备生物质燃气，制备过程包括预热干燥、一次中温气化、二次高温气化及燃气净化等程序，通过本发明专利技术方法制得的燃气热值较高，能达到燃气使用的标准，本发明专利技术方法既获得新能源，使废物资源化，且工艺中充分合理利用中间产物、余热，减少污染物质排放和能源消耗，符合清洁生产的理念。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用农业产生的生物质废弃物与煤共同制备燃气的方法，充分利用生物质在煤的协同作用下制取燃气，属于废物资源化、新能源领域。
技术介绍
地球上的生物质净增产量巨大，相当于目前世界总能耗的10倍，有极大的开发、利用潜力。我国农林业生产占有重要地位，农林业生产及农副产品加工过程中产生大量的生物质废弃物，包括各种秸杆、稻壳、牲畜粪便、豆渣、木屑等等，生物质废弃物处理不当常常造成环境污染，包括大气、水体、土壤等。每年我国稻壳产量3000多万吨，可收集的秸杆量超过7亿吨。稻壳、秸杆的低位热值约为1200(Tl7000 kj/kg，农作物秸杆是一个潜在的、巨大的能源库。《“十二五”资源利用指导意见》之《大宗固体废弃物综合利用实施方案》提出，2015年秸杆利用率的目标为80%，探寻低成本、高效、便捷的秸杆利用途径，是秸杆利用关键所在。牲畜粪便的低位热值约为14000 kj/kg，豆渣的低位热值约为15000 kj/kg，木屑的低位热值则更高，基本高于18000 kj/kg。我国生物质废弃物产量大，加之其较高的热值特征，生物质废弃物形成了一个潜在的巨型能量库。我国是一个能源消耗大国，石油储量较少，对进口石油依赖性大；天然气储量也有限；国内主要的能源物质是煤，煤矿储量较大，但煤矿是不可再生资源。从长远发展来看，不得不考虑时时刻刻存在的能源危机。生物质能源是可再生资源，充分利用生物质废弃物能一方面可以减少废弃物对环境的污染，另一方面可以缓解能源危机。目前，利用生物质制备燃气得到很多关注和研究。公开号为CN101774542 A公开了一种生物质气化制氢的系统和方法，采用生物质气化制氢与化学键燃烧相结合，以金属氧化物为热载体和氧载体在三床之间循环的系统实现低CO2排放制氢。公开号为CN101747945 A公开了一种两段式生物质制备合成气的方法，该方法将生物质裂解，获得木炭和生物原油，利用输送泵将生物原油或者木炭与生物原油混合制备的油碳浆送入气化炉制备合成气。这些方法制气过程中或需要外部系统提供水蒸气，或需要催化剂，或对裂解过程中产生的焦油的处理有限。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种，该方法以生物质为主要原料，添加一定量的煤制备生物质燃气，制备方法主要包括预热干燥、一次中温气化、二次高温气化及燃气净化等程序，其中利用燃气的余热预热干燥生物质，预热干燥步骤产生的水蒸气用作一次中温气化的气化剂，一次气化产生的生物碳用于去除燃气中的焦油，除焦油后的木炭经过粉碎与一次气化产生的燃气进行二次高温气化，二次高温气化后的燃气去除焦油、进一步净化后制得所需燃气。 本专利技术通过如下技术方案实现:(1)对生物质进行初步破碎，使其粒径小于2cm，利用后续工序余热进对物料进行预热和干燥，干燥后的含水率低于5%。干燥过程产生的水蒸气输送到一次中温气化装置； (2)将步骤(I)干燥后的物料送入粉磨设备，粉磨后物料粒径小于I_，得到粉末状生物质； (3)步骤(2)得到的粉末状生物质与煤粉送入一次中温气化装置，与步骤(I)产生的水蒸气在一次中温气化装置中进行一次气化，水蒸气的通入量以一次中温气化反应装置中的相对湿度为参照，一次中温气化反应装置中的相对湿度控制在7%~10%范围内，其中掺入的煤粉质量为粉末状生物质质量的59TlO% (以干基计)，一次中温气化的温度为300 ^500oC,制得燃气、生物碳及灰分； (4)一次中温气化后得到的燃气通往二次高温气化装置，一次气化得到的生物碳输送到二次高温气化燃气装置之后的除焦油装置，作为除焦油物质富集焦油，可连续更换； (5)对步骤(4)中除焦油后的生物碳进行粉磨，粉磨后物料的的粒径小于0.5mm，得到粉磨状含焦油生物碳； (6)将一次中温气化得到的燃气和粉磨状含焦油生物碳输送到二次高温气化装置进行二次高温气化(含焦油生物碳的添加量以生物碳的产生量和反应器的容积而定，控制在(T0.15 t/m3*h)，二次高温气化的温度控制在110(Tl30(TC，得到燃气； (7)二次高温气化得到的燃气输送到除焦油装置，去除燃气中的焦油等杂质，此步骤配有热交换器，降低温度以促进吸附净化，并利用燃气余热对初步破碎的生物质进行预热和干燥； (8)除焦油后的燃气输送到净化装置进一步净化，除去燃气中的灰尘等杂质，得到优质成品燃气。 本专利技术方法中步骤(I)原料的预热干燥过程产生的蒸气可以作为步骤(3)的气化齐U，既为气化过程提供了气化剂，又节能、减少废物排放；步骤(3) —次中温气化产生的生物碳作为气体中焦油的吸附剂，并在步骤(6) 二次高温气化过程中进一步气化。本专利技术原理如下:生物质的主要组成是C、H、O、N，在一定的热力学条件下生物分子可以发生热裂解、氧化还原反应，生成小分子气体、生物碳及灰分。生物质在300°C温度条件下开始气化，生成C0、C02、H2、CH4、焦油、生物碳等物质，当温度高于800°C时焦油开始裂解，温度为1100°C 1300°C时绝大部分焦油被裂解，主要的反应式有: 生物质+ 02/H20 — CO + CO2 + H2 + CH4 + CHX +大分子有机物+焦油+灰分+C (生物碳)+其它； 大分子有机物(烃、芳香化合物)一CO + H2O + H2 + CO2 +CH4 + O2 ；C + O2 — CO2 ;C + O2 — CO ;C + H2O — CO + H2 ;C + H2 — CH4 ；C +CO2 — CO ;焦油 + C + O2 — CO + CH4+C02 +H2O ； 本专利技术中生物质是指农林业生产及农副产品加工过程中产生大量的生物质废弃物，包括各种秸杆、稻壳、牲畜粪便、豆渣、木屑等等。本专利技术的优点: 本专利技术利用生物质废弃物制备生物质燃气，添加少量的煤促进和提高生物质热裂解及效率。生物质预热干燥过程利用的是工艺中产生的余热，干燥步骤产生的水蒸气作为一次中温气化的气化剂，即为工艺提供了气化剂，又减少了废物的排放。气化分两个阶段，一次中温气化和二次高温气化，可以减少气化过程能量的消耗。中温阶段使大部分生物质气化，得到部分生物碳，得到的生物碳可以作为燃气中焦油的去除物质。除焦油的生物碳经过粉磨返回到二次高温气化装置，与一次中温气化燃气在高温下进行裂解，使焦油充分裂解成为小分子燃气物质，减少了燃气中焦油的含量，提高了燃气的热值。燃气经过净化后用热交换器冷却，余热用于对初始生物质预热和干燥，充分利用余热、节约能源。整个工艺不仅实现了利用生物质废弃物制备燃气，燃气的热值较高，能达到燃气使用的标准。既获得新能源，使废物资源化，且工艺中充分合理利用中间产物、余热，减少污染物质排放和能源消耗，符合清洁生产的理念。附图说明图1为本专利技术生物质与煤共制燃气的工艺流程示意图。具体实施例方式下面通过附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术保护范围不局限于所述内容。实施例1:，具体操作如下: (1)以秸杆、牛粪为主要生物质原料，对秸杆进行破碎，使其粒径小于2cm，预热并干燥至含水率为3%，秸杆和牛粪质量比为1:1，用后续工序得到的余热对秸杆和牛粪预热干燥(初次启动时此步骤需要外源提供热)，干燥过程产生的水蒸气输送到一次中温气化装置； (2)将步骤(I)干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质与煤共制燃气的方法，其特征在于按如下步骤进行：（1）将生物质粉碎至粒径小于2cm，预热并干燥至含水率低于5%，干燥过程中产生的水蒸气输送到一次中温气化过程中；（2）干燥后物料粉碎至粒径小于1mm，得到粉状生物质；（3）将粉状生物质与煤粉送入一次中温气化装置中，在300?500℃下进行气化，其中煤粉的添加量为粉状生物质干基质量的5?10%，一次中温气化反应装置中的相对湿度控制在7%~10%范围内；一次中温气化后得到的生物渣放入除焦油装置中作为除焦油物质，富集焦油后的生物渣，粉磨至粒径小于0.5mm，制得含焦油生物碳；（4）将一次中温气化后得到的燃气和/或含焦油生物碳通入二次高温气化装置在1100?1300℃下进行二次高温气化，其中含焦油生物碳的添加量为0~0.15?t/m3?h；（5）二次高温气化得到的燃气输送到除焦油装置，去除燃气中的焦油，然后输送到净化装置中进一步净化，净化后燃气进行热交换，制得成品燃气和余热。

【技术特征摘要】
1.一种生物质与煤共制燃气的方法，其特征在于按如下步骤进行: (1)将生物质粉碎至粒径小于2cm，预热并干燥至含水率低于5%，干燥过程中产生的水蒸气输送到一次中温气化过程中； (2)干燥后物料粉碎至粒径小于1_，得到粉状生物质； (3)将粉状生物质与煤粉送入一次中温气化装置中，在300-500°C下进行气化，其中煤粉的添加量为粉状生物质干基质量的5-10%，一次中温气化反应装置中的相对湿度控制在79TlO%范围内；一次中温气化后得到的生物渣放入除焦油装置中作为除焦油物质，富集...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁平，马懿星，瞿广飞，曾金花，林奕璐，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：