CN105419829A - 一种热解菊苣残渣制备生物质气的方法 - Google Patents

一种热解菊苣残渣制备生物质气的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热解菊苣残渣制备生物质气的方法，包括如下步骤：(1)对菊苣渣干燥处理；(2)将干燥后的菊苣渣与热解催化剂混合，得到反应混合物，所述的热解催化剂为氧化铁与碳酸钠的混合物；(3)将反应混合物置于反应釜中，以20～50℃/min的升温至400～700℃，热解0.1～3h；(4)从固相产物中分离生物质炭，从气相产物中分离生物质气。本发明有效减少了菊粉生产过程中的废物排放，保护了自然环境，降低了菊苣渣热解的能耗，生产的生物质气热值高，适合推广应用。

Description

一种热解菊苣残渣制备生物质气的方法
技术领域
本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种热解菊苣残渣制备生物质气的方法。
背景技术
随着世界经济的快速发展，能源资源的消耗速度也迅速增长，而煤、石油、天然气等传统化石能源资源日益枯竭，人类迫切需要开发可再生的能源资源以补充和替代现有的化石能源。生物质能作为重要的环境友好的可再生能源，受到国内外的重视，被视为继煤炭、石油和天然气之后的第四大能源。
生物质热解气化可将生物质原料转化为以CO和H为主的气体燃料，可直接转换实现燃气、热能和电能的供给。同时燃气可以通过甲烷化，进而制备高品质生物质合成天然气(Bio—SNG)，是生物质能开发的重要技术途径。我国生物质能资源储量巨大，仅农作物秸秆约7亿t/a，折合标准煤约为3亿t/a；全国每年可提供3.3亿t林木生物，相当于2亿t的标准煤。如能将这些生物质资源通过热解气化转化为气体燃，可以取代大量的化石能源，缓解我国对常规能源的依存度。同时，生物质能利用是自然界的碳循环的一部分，过程中实现CO的零排放，属于可再生清洁燃料。
20世纪70年代开始，生物质能的开发利用研究已成为世界性的热门研究课题，国外尤其是发达国家的科研人员在相关领域做了大量的工作。美国有生物质发电站350多座，分布在纸浆、纸产品加工厂和其他林产品加工厂，主要研究采用生物质联合循环发电(B/IGCC)，生物质能发电的总装机容量已超过10000M，单机容量达10～25MW，发电总量已达到美国可再生能源发电装机的40％以上、一次能源消耗量的4％。德国目前拥有140多个区域热电联产的生物质，此外有近80个处于规划设计或建设阶，茵贝尔特能源公司(ImbertEnergietechnikGMBH)设计制造的下吸式气化炉一内燃机发电机组系统，气化效率可达60％-90％，燃气热值为1.7万～2.5万Kj/m。芬兰是世界上利用林业废料、造纸废弃物等生物质发电最成功的国家之一，福斯特威勒公司是芬兰最大的能源公司，主要利用木材加工业、造纸业的废弃物为燃料，废弃物的最高含水量可达60％，机组的热效率可达88％，所制造的燃烧生物质的循环流化床锅炉技术先，可提供的生物质发电机组功率为3－47M。瑞典和丹麦正在实行利用其丰富的生物质进行热电联产的规划，使生物质能在提供高品位电能的同时，满足供热的要求，瑞典地区供热和热电联产所消耗的能源中，生物质能比例已经超过26％E5J。
由于菊芋、菊苣残渣的主要成分为生物质，通过热解或气化的方法将其转化为可燃气体将使有效成分得到利用，同时也能有效解决腐烂造所成的环境污染。但菊芋、菊苣残渣含水率较高，以传统热解工艺对其进行深度干燥，能耗过大。为此，需要提供一种新热解工艺有效处理掉菊芋、菊苣生物质残渣实现节能环保。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种热解菊苣残渣制备生物质气的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种热解菊苣残渣制备生物质气的方法，包括如下步骤：
(1)对菊苣渣干燥处理；
(2)将干燥后的菊苣渣与热解催化剂混合，得到反应混合物，所述的热解催化剂为氧化铁与碳酸钠的混合物；
(3)将反应混合物置于反应釜中，以20～50℃/min的升温至400～700℃，热解0.1～3h；
(4)从固相产物中分离生物质炭，从气相产物中分离生物质气。
步骤(1)中，所述的菊苣渣为利用菊苣提取菊粉后所剩的富含生物质的工业废料。
步骤(1)中，所述的干燥处理分为两个阶段，第一阶段先对菊苣渣进行挤压，使菊苣渣水分减少至70％以下，第二阶段利用过热蒸汽干燥，使菊苣渣的水分将至50％以下。
步骤(2)中，菊苣渣与热解催化剂的混合比例为10:0.1～2，菊苣渣与热解催化剂的混合比例优选10:0.5～1，最优选10:0.5。
步骤(2)中，所述氧化铁与碳酸钠的混合物中氧化铁与碳酸钠的比例为3:1。
步骤(3)中，反应釜中的压力为1.5～2MPa。
步骤(3)中，以35℃/min升温至450℃，热解30min。
将步骤(3)反应釜中产生的中温烟气用作步骤(1)中对菊苣渣的干燥处理的热源。
有益效果：
(1)本发明中通过对菊粉生产过程中所剩的菊苣渣进行热解处理，有效减少了废物排放，保护了自然环境。
(2)本发明通过两步干燥法有效降低了菊苣渣干燥过程中能源消耗。
(3)本发明在菊苣渣热解过程中加入了氧化铁与碳酸钠两种催化剂，有效提高了菊苣渣的热解效率。
(4)本发明还提出将反应釜中的中温烟气循环利用，进一步降低热解过程中的能源消耗，有利于节能减排。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
由于菊芋、菊苣残渣的主要成分为生物质，通过热解或气化的方法将其转化为可燃气体将使有效成分得到利用，同时也能有效解决腐烂造所成的环境污染。
实施例1：热解催化剂对热解效率的影响。
(1)利用菊苣提取菊粉，得到的菊苣渣，先利用板框压滤机对其挤压，使菊苣渣的水分含量减少到70％以下，然后利用过热蒸汽干燥，时菊苣渣的水分将至50％以下。
(2)将干燥后的菊苣渣与热解催化剂混合，热解催化剂为氧化铁与碳酸钠的混合物按1:3混合，菊苣渣与热解催化剂的混合比例如表1所示。
(3)在反应釜中，以35℃/min升温至450℃，热解0.5h，反应釜中的压力为1.5MPa，得到的生物质炭与生物质气的性能检测如下表所示：
表1热解催化剂对热解效率的影响
实施例2：热解温度对热解效率的影响。
(1)利用菊苣提取菊粉，得到的菊苣渣，先利用板框压滤机对其挤压，使菊苣渣的水分含量减少到70％以下，然后利用过热蒸汽干燥，时菊苣渣的水分将至50％以下。
(2)将干燥后的菊苣渣与热解催化剂按10:0.5混合，热解催化剂为氧化铁与碳酸钠的按1:3，。
(3)在反应釜中，以35℃/min升温至400～700℃，热解0.5h，反应釜中的压力为1.5MPa得到的生物质炭与生物质气的性能检测如下表所示：
表2热解温度对热解效率的影响
实施例3：热解时间对热解效率的影响。
(1)利用菊苣提取菊粉，得到的菊苣渣，先利用板框压滤机对其挤压，使菊苣渣的水分含量减少到70％以下，然后利用过热蒸汽干燥，时菊苣渣的水分将至50％以下。
(2)将干燥后的菊苣渣与热解催化剂按10:0.5混合，热解催化剂为氧化铁与碳酸钠的按1:3，。
(3)在反应釜中，以35℃/min升温至450℃，热解0.5～3h，反应釜中的压力为1.5MPa得到的生物质炭与生物质气的性能检测如下表所示：
表3热解温度对热解效率的影响
实施例4：热解压力对热解效率的影响。
(1)利用菊苣提取菊粉，得到的菊苣渣，先利用板框压滤机对其挤压，使菊苣渣的水分含量减少到70％以下，然后利用过热蒸汽干燥，时菊苣渣的水分将至50％以下。
(2)将干燥后的菊苣渣与热解催化剂按10:0.5混合，热解催化剂为氧化铁与碳酸钠的按1:3，。
(3)在反应釜中，以35℃/min升温至450℃，热解0.5～3h，反应釜中的压力为1.5～2MPa得到的生物质炭与生物质气的性能检测如下表所示：
表4热解压力对热解效率的影响

Claims (8)

1.一种热解菊苣残渣制备生物质气的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对菊苣渣干燥处理；
(2)将干燥后的菊苣渣与热解催化剂混合，得到反应混合物，所述的热解催化剂为氧化铁与碳酸钠的混合物；
(3)将反应混合物置于反应釜中，以20～50℃/min的升温至400～700℃，热解0.1～3h；
(4)从固相产物中分离生物质炭，从气相产物中分离生物质气。
2.根据权利要求1所述的热解菊苣残渣制备生物质气的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的菊苣渣为利用菊苣提取菊粉后所剩的富含生物质的工业废料。
3.根据权利要求1所述的热解菊苣残渣制备生物质气的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的干燥处理分为两个阶段，第一阶段先对菊苣渣进行挤压，使菊苣渣水分减少至70％以下，第二阶段利用过热蒸汽干燥，使菊苣渣的水分降至50％以下。
4.根据权利要求1所述的热解菊苣残渣制备生物质气的方法，其特征在于，步骤(2)中，菊苣渣与热解催化剂的混合比例为10:0.1～2。
5.根据权利要求1所述的热解菊苣残渣制备生物质气的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氧化铁与碳酸钠的混合物中氧化铁与碳酸钠的比例为3:1。
6.根据权利要求1所述的热解菊苣残渣制备生物质气的方法，其特征在于，步骤(3)中，反应釜中的压力为1.5～2MPa。
7.根据权利要求1所述的热解菊苣残渣制备生物质气的方法，其特征在于，步骤(3)中，以35℃/min升温至450℃，热解30min。
8.根据权利要求1所述的热解菊苣残渣制备生物质气的方法，其特征在于，将步骤(3)反应釜中产生的中温烟气用作步骤(1)中对菊苣渣的干燥处理的热源。
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