[發明專利]一種竹子熱解耦合化學鏈氣化雙循環油氣聯產的方法

在審

• 申請號: 202310349970.1
• 申請日: 2023-04-04
• 公開（公告）號: CN116478715A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 張秋民;謝飛武;沈天澤;王刃;李強;何德民;關珺;洪雨
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;安吉龍緣生物科技有限公司
• 主分類號: C10G1/00
• 分類號: C10G1/00;C10B53/02;C10B47/20
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 王海波

一種竹子熱解耦合化學鏈氣化雙循環油氣聯產的方法，先將竹子進行熱解，收集得到的竹焦油和熱解氣，并將竹炭進行化學鏈氣化得到富CO合成氣，再把氣化后的還原態載氧體用于制氫，得到的產物通入熱解器催化熱解，完成主要循環。同時熱解所得的熱解氣用于分離熱解所得的竹炭及鐵鈣氧化物，將竹炭提升至化學鏈氣化反應器中，其也被載氧體轉化生成富CO的合成氣，從而實現第二套循環。鐵酸二鈣及其產物在整個反應循環中實現了傳質傳熱、選擇性氧化、制氫以及催化熱解，熱解氣在循環中實現了分離產物、傳遞產物以及提高氣化效果，竹子熱解耦合化學鏈氣化實現了竹材資源的梯級利用，具有清潔環保、低能耗、產物多樣化等諸多優勢，具有工業應用的前景。

技術領域

本發明屬于生物質利用技術領域，具體涉及一種竹子熱解耦合化學鏈氣化雙循環油氣聯產的方法。

背景技術

對化石燃料的過度依賴導致的二氧化碳等溫室氣體的排放，是全球氣候變暖的主要原因。為了應對氣候變暖問題，開發清潔能源成為了一大問題。從存在的全周期來說，生物質能源具有“零”碳排放、清潔、可再生和易于獲得等諸多優點，被認為可以代替部分的化石能源，竹子作為一種生物質，將其轉化為高品位的潔凈能源是代替部分的化石能源潛在途徑之一。化學鏈氣化技術是一種清潔高效的生物質資源利用方式，是一種基于化學鏈燃燒技術提出的一種適用于煤、生物質等含碳燃料的新興氣化技術。它是將空氣中的氧通過載氧體這一中間介質傳遞給生物質，使其分解出可以被捕集的H₂、CO、CO₂等小分子。載氧體在釋氧過程中放出熱量，可以為后續的工藝流程提供熱量，同時也可以起到熱載體的作用。還原態的載氧體可以經過空氣煅燒除去積碳，同時也可以完成載氧復原。載氧體煅燒過程釋放的熱量可以提供給化學鏈氣化反應器，因此理論上整套系統無需額外輸入能量，具有低碳環保、循環利用等優點。作為本課題組的研究成果，CN107325846A公布了一種基于低階煤梯級利用的煤熱解化學鏈氣化耦合工藝，主要是一套以載氧體完成化學鏈氣化反應且同時作為熱載體進行傳熱從而實現循環的系統，其優點是充分利用了載氧體傳質傳熱的特點，同時產出了多用途的煤焦油。

且相較于傳統的氣化系統，化學鏈氣化具有如下優勢：(1)因無氣相氧分子存在，因而避免了其在反應器中的返混現象，從而提高了反應的收率和選擇性；(2)產物氣體的濃度不受爆炸極限的限制，可提高反應產物的濃度，使反應產物容易分離回收；(3)可用空氣載氧代替純氧作為氧化劑，省去制備純氧的巨大能量消耗和操作費用；(4)傳統的氣化系統反應溫度在1000℃以上且氣化壓力高，例如IV型魯奇爐氣化溫度為1000-1150℃，氣化壓力為1.8-2.8MPa；Shell氣化法的氣化溫度為1500℃，壓力高達2.8MPa。化學鏈氣化一般要求的反應溫度和壓力較低，溫度一般集中在800-1000℃，壓力為常壓即可。(5)傳統的加壓氣化爐的產氣中H₂含量為40％-60％，CO含量為20％-30％，分離難度較高。而化學鏈氣化可以制備高CO濃度的合成氣。

生物質熱解是將干燥成型后的生物質在惰性氣體保護下加熱，制取生物質炭、生物質焦油和熱解氣等產品。與生物質氣化、液化等工藝相比，生物質熱解具有工藝簡單、條件溫和和成產成本低等優勢。近年來，紅外快速熱解和微波熱解技術迅速發展。如CN114763498A公布了一種用微波熱解氣化制氫聯產生物炭的方法和系統。

化學鏈制氫是將載氧體被化學鏈氣化還原后生成的單質鐵與蒸汽反應，生成氫氣的工藝，具有原料廉價、條件溫和等顯著優勢，且提供了一種氫能的可靠生產方式，對于新能源的開拓發展有一定意義。如CN113731419A公布了一種用浸漬法制備的Fe₂O₃載氧體，將其負載在凹凸棒上，在燃料中的反應溫度為750～950℃,與蒸汽中的反應溫度為750～950℃，獲得了較高的氫氣產量，循環性能良好。