[发明专利]烟草秸秆废弃物与煤共转化催化气化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及烟草废弃物的利用，尤其涉及一种烟草秸秆废弃物与煤共转化催化气化的方法。

背景技术

作为CO2零排放的生物质能是中国最重要的可再生能源之一，约占可再生能源总量的67% （《中国可再生能源产业发展报告(2006)》）。由于生物质的组成是碳氢化合物，与煤、石油等常规的化石燃料组成类似，其特性和利用方式和矿物燃料有很大的相似性，用生物质部分替代矿物燃料，是减少CO2排放的理想方式（吴创之，阴秀丽. 欧洲生物质能利用的研究现状及特点. 生物能技术，1999（21））。我国每年产出的可利用的烟草生物质资源丰富，每年产出烟叶近300万t的同时，会伴随产出与烟叶产量相当的烟草秸秆资源。目前，烟草秸秆资源大都直接作为固体废弃物被弃置在田间地头，或焚烧、填埋，造成了极大的资源浪费，也容易污染环境。将废弃烟草生物质资源能源化利用，不仅可产生显著的经济效益，也可对我国的CO2减排作出一定贡献。然而，资源的分散性及其低的能量密度一定程度上限制了生物质作为单一或主要燃料的规模化利用。利用现已发展的煤炭转化利用技术与设备，将生物质与煤共转化，是解决废弃生物质资源低成本规模化利用的有效途径。

作为喜钾作物，烟草生物质中钾等碱（土）金属含量尤为丰富，是典型的富钾生物质。烤烟秸秆中灰分中K2O达到了45％，CaO的含量也近17％，灰分中的K2O、CaO合计占干基生物质的7％-8％，含量极为可观。碱（土）金属，尤其是钾，是煤气化反应最有效的催化剂（Mochida I, Sakanishi K. Catalysts for coal conversions of the next generation. Fuel, 2000, 79(3-4):221-228）。催化气化由于可显著提高气化速率、降低气化温度、定向调节产品气的组成，是洁净煤利用关键技术－煤气化技术的重要发展方向，但催化剂的添加成本、贵金属催化剂的回收以及灰处理可能带来的二次污染等因素一直制约着煤炭催化气化技术的工业化应用（廖洪强, 邓德敏，李保庆. 煤催化气化研究进展与煤-纸浆黑液共气化. 煤炭转化，2000，23(3)：1-5）。基于烟草生物质富钾的特点，将烟草秸秆与煤共转化，不仅可以使生物质资源能够部分替代化石燃料的使用以减少CO2排放，同时若在共利用过程中利用烟草秸秆中富含的钾催化煤焦气化反应，则使得烟草生物质成为煤气化高效、廉价而无需回收的催化剂来源。将烟草秸秆与煤共转化利用来催化煤焦气化反应的方法，目前尚未见公开文献报道。

发明内容

本发明的目的正是针对现有技术的不足而提供一种烟草秸秆废弃物与煤共转化的利用方法与工艺。该方法基于烟草秸秆废弃物富钾及生物质高挥发分、低炭的特点，先将烟草秸秆中具有高催化活性的钾富集于生物质焦中，进而将富集钾的固相与煤充分混合后进行共气化，利用钾催化煤气化反应。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

烟草秸秆废弃物与煤共转化催化气化的方法，包括以下工艺步骤：

1）首先将收集的烟草秸秆进行晾干、粉碎处理；

2）将处理后的烟草秸秆定量送入一热解装置，秸秆颗粒经低温热解转化为热解气、焦油和固相生物质焦；

3）将固相生物质焦进行粉碎；

4）将粉碎后的生物质焦和煤送入混合装置，该装置中通过加入定量的水将生物质焦与煤进行湿法混合；

5）湿法混合后的物料送入一干燥装置，物料经干燥至含水率低于10％；

6）干燥后的物料送入气化炉中进行气化，气化产物可作为燃料气或合成气使用。

步骤1）中的烟草秸秆经自然晾干，并初步破碎为小于5cm的秸秆颗粒。

步骤2）中所述的热解装置是移动床热解装置或流化床热解装置，热解温度在450-750^oC。

步骤3）中粉碎处理是将固相生物质焦送入一粉碎装置，粉碎至粒度小于40目。

步骤4）中的生物质焦、煤的重量比为1:5～1:10，加水比例为固相的30％－80％。

步骤5）中所述干燥装置是带式、厢式或滚筒干燥装置，干燥温度低于200 ^oC。

步骤6）中所述的气化炉是流化床气化装置或气流床气化装置，以空气（或氧气）、蒸汽为气化剂，气化温度700-1200 ^oC。

本发明的优点在于：

1、           将烟草秸秆与煤共转化的同时，利用烟草秸秆中富含的钾催化煤焦气化反应，则使得烟草生物质成为煤气化高效、廉价而无需回收的催化剂。