[发明专利]生物质气化-活化联用及活性多孔炭材料的制备方法

说明书

技术领域

本发属于生物质能源热转化技术领域，具体涉及生物质气化-活化联用除焦及活性多孔材料的制备方法。

背景技术

目前生物质气化技术的主要设备有固定床气化炉和流化床气化炉，在中试和工程化过程中暴露了现行气化设备的结构、可燃气净化技术、净化设备的结构诸多问题，使生物质气化技术在推广过程中遇到了阻碍。主要有三个问题：一是气化设备虽多种多样，但适应性不强，不同的气化炉对原料的种类、原料的颗粒度、原料的含水率要求不一样，未能真正实现工程化；二是可燃气中焦油的去除是生物质气化技术的最大瓶颈，目前可燃气中焦油去除的通用方法是物理和机械方法相结合，通过喷淋、水浴、冷凝、分离等设备净化可燃气，传统的这种方法只能将可燃气中部分焦油去除，仍有相当一部分焦油残余在可燃气中，用这种方法最大问题是浪费大量的水源，容易产生大量的焦油黑水污染；三是生物质气化得到的可燃气体的热值不高，一般只有4.2-5.5 MJ/Nm³，属于低热值气体，而且生物质气化过程中容易产生搭桥、烧穿、出料不连续，甚至有暴炉等问题。这三个问题使得目前很多生物质气化炉都已经停产，或者成了形象工程。因此生物质气化技术要想真正的工程化运行，必须改变收集黑水废液和焦油的传统思路，创新气化工艺是生物质气化技术的出路。

发明内容

本发明目的在于针对现用技术的不足，提供了生物质气化-活化炉，解决了生物质气化产物-可燃气中焦油含量高问题，同时利用黑水废液和含氧气体作为活化剂与生物质炭发生活化反应，产生纯净的可燃气，并获得了活性炭。

为了实现这一目的，本发明结合生物质本身特性，气化特性以及活化特性，以及在气化过程中产生的黑水废液和焦油的特性，发明了生物质气化-活化联用除焦及活性多孔炭材料的制备方法。本发明采用气化与活化相结合的方式，首先将原料通过自动上料装置送入气化炉中气化，根据原料的高度和干燥层、热解层和气化层的高度控制气化剂——空气的进量，一般干燥层温度控制在100-160℃，热解层温度控制在450-600℃，气化层温度控制在700-850℃左右。气化产生的生物质炭通过活动炉筛和自身重力进入活化炉，气化产生的黑水废液和焦油在气体状态下通过活化炉炉头风机抽入活化炉，活化炉的温度控制在800-1000℃，在此温度下生物质炭具有双重作用，一是作为原料与黑水蒸汽进行活化反应，进行活化造孔反应；二是作为催化裂解剂与焦油进行蒸汽催化重整反应，将大分子焦油裂解成小分子化合物，且在活化炉中，生物质炭与黑水废液蒸汽反应会产生大量的氢气、甲烷、一氧化碳，同时也会消耗大量的二氧化碳，增加了气体中的可燃组分的含量，提高可燃气热值。产生的可燃气靠风机的抽力进入余热锅炉进行热交换，降温后得到纯净的可燃气。

本发明的技术方案：

（1）用自动上料机构将生物质（包括木片、秸秆、果壳、稻壳和林业加工剩余物）送入气化炉，根据原料的总高度和干燥、热解、气化层的反应温度控制活化炉炉头引风机的抽风量；

（2）气化产生的生物质炭靠活动炉筛的动力和自身的重力缓慢下降进入活化炉。

（3）气化产生的焦油、黑水废液在高温下以气体的形式和可燃气体靠活化炉头风机的抽力进入活化炉中。

（4）在活化炉中生物质炭与黑水废液蒸汽发生活化反应，同时生物质炭作为催化裂解剂又与焦油在黑水废液蒸汽下进行催化重整反应。

（5）活化炉炉体是双层结构，黑水废液蒸汽、焦油与生物质炭接触时间长，活化反应和催化重整反应完全，很好的去除了焦油和利用了黑水废液。

（6）活化产物高温可燃气和余热锅炉进行热交换，产生水蒸气，经降温后的可燃气可以带动内燃机组平稳发电。

为实现上述方法，本发明采用了气化和活化联用装置。首先将生物质经过自动加料器送入气化炉中气化，生物质在气化炉中经过干燥、热解和气化三个过程后，气化产品通过活动炉筛和活化炉头风机进入活化炉，气化产物生物质炭、焦油、黑水废液蒸汽在高温下发生活化反应和催化重整反应，将焦油裂解成小分子气体，从而解决了气化过程中焦油和黑水废液的污染，而且直接获得高附加值的活性炭，提高了可燃气的热值，可燃气经过余热锅炉产生水蒸汽，降温后直接输送到内燃发电机组或用户。

 

本发明与现有技术相比具有以下几点优势：

1.本发明生物质气化-活化联用技术方法为生物质能源热转化提供了新的思路和发展方向。

2. 本发明气化-活化联用解决了生物质气化中可燃气中焦油含量高，充分利用了黑水废液，解决了生物质气化的二次污染。