技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)熱解脫焦脫碳制備高品質(zhì)燃?xì)夥椒ǎ瑢儆谏镔|(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化領(lǐng)域。

背景技術(shù)

相比于化石能源，生物質(zhì)能具有清潔、環(huán)保和可再生等特點(diǎn)，生物質(zhì)能的利用將對緩解能源供應(yīng)緊張和環(huán)境日益惡化具有重要意義。生物質(zhì)熱解氣化制取燃?xì)饧夹g(shù)是一種重要生物質(zhì)能熱轉(zhuǎn)化利用方式，傳統(tǒng)的生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)，所產(chǎn)燃?xì)庵饕糜隍?qū)動燃機(jī)產(chǎn)生動力、電力，或者用于民用炊事、工業(yè)爐窯燃燒，但這些用途受到生物質(zhì)熱解過程中的副產(chǎn)物焦油和CO₂的限制，焦油的存在不僅降低熱解效率，而且對設(shè)備損害嚴(yán)重，而CO₂的存在將會降低氣體產(chǎn)品的能量密度，并且會增加其后續(xù)處理的能耗，同時也導(dǎo)致過程經(jīng)濟(jì)性難以同傳統(tǒng)燃料氣競爭。通過生物質(zhì)的定向熱解氣化脫焦脫碳生產(chǎn)高品質(zhì)、組成理想的燃?xì)猓岣邿峤鈿饣^程的經(jīng)濟(jì)性是該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

生物質(zhì)熱解氣化制取燃?xì)饧夹g(shù)中熱解氣化過程需要高溫，而副產(chǎn)物焦油的脫除也多需要高溫催化，現(xiàn)有的大多數(shù)技術(shù)采用電加熱或其他熱源提供熱量，如專利“一種生物質(zhì)高溫?zé)峤鈿饣案邷責(zé)峤鈿獯呋瘍艋到y(tǒng)”（200810137286）采用液化石油氣或天然氣高溫低氧燃燒后的高溫?zé)煔猓ǜ哌_(dá)2000℃）作為熱解爐的內(nèi)熱源，熱解后生物質(zhì)熱解氣所含焦油量少，并且熱解爐出口的熱解氣溫度達(dá)1200℃，在催化裂解器中噴入白云石粉進(jìn)行催化裂解進(jìn)一步減少焦油。從工藝上來說，大量外加熱源損失了整體的能量利用效率，減少了工藝的經(jīng)濟(jì)性。焦油的去除方法有機(jī)械方法、催化裂解和熱裂解等方法，其中催化裂解脫除焦油方法是國內(nèi)外研究較多的技術(shù)，專利“一種生物質(zhì)熱解氣化脫焦油催化劑及其制備方法”（CN?100434162C）發(fā)明了一種由白云石凹凸棒石粘土經(jīng)粉碎、成型和活化得到的顆粒狀或柱狀或環(huán)狀催化劑，焦油去除率達(dá)90%以上，催化裂解的效果很好，但該方法同其他催化裂解方法一樣都面臨著催化劑易失活、壽命短和造價(jià)高等問題。專利“一種生物質(zhì)熱解氣化焦油清除方法及裝置”（CN?1821346A）利用氧氣和氣化/熱解爐出來的熱煤氣局部燃燒提供裂解焦油所需的熱量，在極短的時間內(nèi)焦油裂解為小分子的碳?xì)浠衔镆约癏₂、CO、CH₄等，焦油含量顯著降低。該方法避免了催化劑易失活和成本高的問題，但制氧過程費(fèi)用較高減少了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。同時，傳統(tǒng)生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)獲得的燃?xì)庵蠧O₂的含量較高，如專利“一種生物質(zhì)分布式富氧氣化制備合成氣的方法和裝置”（CN?101164866A）獲得的合成氣中CO₂的含量達(dá)到20%左右，大量CO₂的存在降低了氣體產(chǎn)品的能量密度，并且會增加其后續(xù)處理的能耗。

綜上所述，現(xiàn)有生物質(zhì)氣化熱解制氣技術(shù)在某些方面還存在著一定的不足，工藝的經(jīng)濟(jì)性還需提高。進(jìn)一步探索在生物質(zhì)熱解中實(shí)現(xiàn)自熱式供能以及同時實(shí)現(xiàn)焦油和CO₂的脫除，形成經(jīng)濟(jì)性較好的工藝方法，將有利于提高能量利用效率，獲得高品質(zhì)燃?xì)猓M(jìn)一步推動生物質(zhì)能利用技術(shù)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是采用自熱式生物質(zhì)熱解及氧化鈣脫焦脫碳技術(shù)，在熱解的同時實(shí)現(xiàn)焦油及CO₂的脫除，得到高品質(zhì)中熱值氣體。

本發(fā)明可用于樹、矮樹叢、灌木、非木質(zhì)莖桿和季節(jié)性生長植物等為主的農(nóng)林廢棄物生物質(zhì)原料，適用范圍廣。其工藝特點(diǎn)是生物質(zhì)熱解、CO₂吸收和焦油催化裂解等反應(yīng)在同一個過程中進(jìn)行，氧化鈣吸收劑同步吸收產(chǎn)生的CO₂并促進(jìn)焦油催化轉(zhuǎn)化，能夠有效降低獲得的燃?xì)庵薪褂秃虲O₂的含量，不僅消除了焦油對設(shè)備的損害以及環(huán)境的污染，而且大大提高了熱解氣后續(xù)使用中的燃?xì)庑剩瑫r該技術(shù)能夠通過調(diào)節(jié)生物質(zhì)與氧化鈣的比例獲取組分不同的燃?xì)猓m用于醇醚合成和燃料電池等不同的用途，更為重要的是系統(tǒng)能夠進(jìn)行自熱式熱解，無需外部熱源。