一种高温热解制备高热值生物质燃气的方法与流程

1.本发明属于生物质热解技术领域，具体涉及一种高温热解制备高热值生物质燃气的方法。

背景技术：

2.能源是社会发展的必要条件，随着社会进步和工业的飞速发展，能源短缺和环境污染的问题也随之而来。积极调整能源结构，寻求可持续发展道路，减少化石能源的依赖，开发和利用可再生能源成为解决温室气体排放、缓解气候恶化和保障能源安全的重要手段。
3.气态燃料比固态燃料在使用上具有许多优良性能：燃烧过程易于控制，不需要大比例的过量空气，燃烧器具比较简单，燃烧时没有颗粒物排放。因此，生物质热解可将低品位的固态生物质转换成高品位的可燃气体和生物质炭，广泛应用于工农业生产的各个领域，如集中供气、供热、发电等。
4.生物质热解是指在隔绝空气或提供有限的氧的情况下的生物质热分解反应，产生固体炭、液体焦油和以h2、co、ch4等可燃气体为主要成分的可燃气。热解反应为吸热反应，需要提供热源形成温度场，热解所得的可燃气通常用于燃料、供热与发电。
5.我国有丰富的竹子资源，竹子生长速度快，每年产生的生物量很大，而且竹子可以作为一种能源植物进行栽培利用，特别是产量高而利用率低的丛生竹。然而我国竹材资源虽较为丰富，但从利用效果来看还有很大的提升空间。目前我国对于竹材的利用方式有一定的局限性，导致竹材的利用率不高，多集中于食品、建材以及生活用品等附加值较低的行业，不仅经济价值低，生产过程中也会造成加工剩余物的废弃。由于竹子的工业化利用率不高，加工剩余物或废弃物高达50％～70％，成为可以能源化利用的资源之一。生物质热解技术作为现阶段有效开发生物质能、提高生物质燃料品质的技术，将竹材热解获得燃气得以充分利用同时能够获得品质优良的生物炭，并在此基础上加以活化可得到性能良好的活性炭，技术应用前景十分广阔。
6.常规热解工艺制备的生物质燃气热值相对较低，燃气中ch4的体积分数也不高。“不同作物秸秆热解及其差异性分析(史训旺，辛馨，刘照，等.太阳能学报.2020，41(1)：166-171)”中对5种秸秆(水稻秸、小麦秸、棉花秸、玉米秸、油菜秸)进行了热解制备燃气的热值研究，研究表明油菜秸热解产气热值最高，可达10.21mj/m3，燃气中ch4约为10％。“温度对竹屑热解多联产产物特性的影响(陈伟，杨海平，刘标，等.农业工程学报.2014，30(22)：245-252)”中，对竹屑进行了热解研究，在950℃时，热解气有最大值11.44mj/m3，燃气中ch4约为10％。

技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种高温热解制备高热值生物质燃气的方法，以竹屑为原料，通过调控热解温度有效提高生物质燃气热值，降低生物质燃
气成本。
8.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
9.一种高温热解制备高热值生物质燃气的方法，生物质原料在固定床热解反应器进行热解反应；热解反应温度为600-900℃。
10.所述高温热解制备高热值生物质燃气的方法，固定床热解反应器燃气出口处设置二次热解区。
11.所述高温热解制备高热值生物质燃气的方法，生物质原料由固定床反应器上方进入反应区，生物质原料在反应区发生热化学反应，并将燃气和焦油混合物通过二次热解区，使可凝性有机物二次高温裂解，产生可燃气体；反应后的气体产物经冷凝净化装置去除水分后，收集得到。
12.所述高温热解制备高热值生物质燃气的方法，二次热解区反应温度为800℃。
13.所述高温热解制备高热值生物质燃气的方法，生物质原料为竹子。
14.所述高温热解制备高热值生物质燃气的方法，包括以下步骤：
15.第一步，选取40～60目的生物质为原料；
16.第二步，对固定床热解反应器升温到预设温度值；第三步，生物质原料由固定床反应器上方进入反应区，生物质原料在反应区发生热化学反应，并将燃气和焦油混合物通过二次热解区，使可凝性有机物二次高温裂解，产生可燃气体；反应后的气体产物经冷凝净化装置去除水分后，收集得到产物气。
17.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
18.本发明的生物质热解和燃气焦油二次热解的两级工艺，以制备高热值的生物质燃气为目标，在技术先进性和经济性上都具有明显的优势，是竹类生物质热解工艺规模化、产业化发展的重要方向之一。
19.采用小型固定床热解反应器进行竹屑热解和二次热解，使得燃气中焦油分解生成更多的可燃气体组分，特别是燃气中ch4组分的体积分数得到提高，最终可以得到以h2、co、ch4、co2等为主要成分的可燃气体，其中ch4组份的体积分数占比较高，利于生成高热值生物质燃气。二次热解后燃气中的甲烷组分体积分数达到20％，燃气低位热值达到17.85mj/nm3，与常规生物质热解工艺相比，本发明技术大幅提高了生物质燃气热值及燃气中ch4的体积分数。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
21.实施例1
22.一种高温热解制备高热值生物质燃气的方法，包括以下步骤：
23.第一步，原料预处理：选取40～60目的竹屑；
24.第二步，竹屑热解：采用小型固定床热解反应器进行热解反应，实验开始前对固定床热解反应器升温到预设温度值600℃；
25.第三步，称取10g竹屑原料由固定床反应器上方进入反应区，发生热化学反应，反应时间为30min；并将燃气和焦油混合物通过二次热解区，使焦油等可凝性有机物二次高温裂解，产生可燃气体，二次热解区温度为800℃，反应时间为60s；反应后的气体产物经冷凝
净化装置去除水分后，使用铝箔收集袋收集产物气。热解气采用岛津gc-2014气相谱进行分析。实施例1燃气评价结果如表1所示。
26.实施例2
27.采用小型固定床热解反应器，以竹屑为原料，反应温度700℃进行热解反应，二次热解区温度为800℃。热解气采用岛津gc-2014气相谱进行分析。燃气评价结果如表1所示。具体实施过程同实施例1。
28.实施例3
29.采用小型固定床热解反应器，以竹屑为原料，反应温度800℃进行热解反应，二次热解区温度为800℃，燃气采用岛津gc-2014气相谱进行分析。燃气评价结果如表1所示。具体实施过程同实施例1。
30.实施例4
31.采用小型固定床热解反应器，以竹屑为原料，反应温度900℃进行热解反应，二次热解区温度为800℃，燃气采用岛津gc-2014气相谱进行分析。燃气评价结果如表1所示。具体实施过程同实施例1。
32.表1实施例1～4的燃气组份和热值
[0033][0034]

技术特征：

1.一种高温热解制备高热值生物质燃气的方法，其特征在于，生物质原料在固定床热解反应器进行热解反应；热解反应温度为600-900℃。2.根据权利要求1所述高温热解制备高热值生物质燃气的方法，其特征在于，固定床热解反应器燃气出口处设置二次热解区。3.根据权利要求1所述高温热解制备高热值生物质燃气的方法，其特征在于，生物质原料由固定床反应器上方进入反应区，生物质原料在反应区发生热化学反应，并将燃气和焦油混合物通过二次热解区，使可凝性有机物二次高温裂解，产生可燃气体；反应后的气体产物经冷凝净化装置去除水分后，收集得到。4.根据权利要求2或3所述高温热解制备高热值生物质燃气的方法，其特征在于，二次热解区反应温度为800℃。5.根据权利要求1所述高温热解制备高热值生物质燃气的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，选取生物质为原料；第二步，对固定床热解反应器升温到预设温度值；第三步，生物质原料由固定床反应器上方进入反应区，生物质原料在反应区发生热化学反应，并将燃气和焦油混合物通过二次热解区，使可凝性有机物二次高温裂解，产生可燃气体；反应后的气体产物经冷凝净化装置去除水分后，收集得到产物气。

技术总结

本发明公开了一种高温热解制备高热值生物质燃气的方法，属于生物质热解技术领域。该方法为采用固定床热解反应器，对生物质原料进行热解反应制备高热值生物质燃气，反应过程包括竹屑热解、二次热解、生物质燃气净化和燃气冷凝。本发明通过在热解反应器燃气出口设置二次热解区、调控反应温度制备出高热值生物质燃气。此方法具有工艺合理、反应装置简单、所得燃气热值高等优点。该燃气可用于供气、供热、输入区域管网和合成燃料等。区域管网和合成燃料等。