[发明专利]一种废弃生物质气化生产富氢合成气的方法

说明书

本发明针对目前生物质直接气化过程中原料含水率高、气化效率低、合成气品质低等问题，提出一种生物质气化生产富氢合成气的新方法。该方法首先通过水热处理将生物质提质为水热炭，然后水热炭进行两段式非贵金属催化气化反应，从而得到高品质富氢合成气。本发明中水热炭制备操作简单、反应温和、能耗较低；水热炭与原生物质相比，气化反应活性增强；添加催化剂后的气化反应气化效率提升，产物中焦油含量降低，合成气品质提高。因此，本发明提供了一种生物质制备高品质富氢合成气的新方法，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种以废弃生物质气化生产富氢合成气的新方法，属于生物质能源领域中废弃生物质资源化的新技术。

技术背景

氢气作为高效、清洁的能源载体，有替代化石能源的潜在价值。氢气的燃烧产物为水，对环境无污染，并且能量密度高达122kJ/kg，大约是其他碳氢化合物的2.75倍。目前，96％的氢气是通过不可再生资源生产的，使用最多的工艺是天然气(48％)和石油(30％)重整。为了减少化石燃料的消耗和降低二氧化碳的排放，开发新的可再生资源来满足氢能需求迫在眉睫。生物质能源具有储量丰富、分布广泛等特点，且利用过程可视为二氧化碳“零排放”，能够有效缓解二氧化碳排放带来的温室效应。每年地球上约有2×10¹²t碳的能量通过光合作用固定在绿色植物中，但其中仅约1/10被人类作为燃料进行利用，其余都被自然分解。因此，开发利用生物质能源，逐步用生物质能替代化石燃料能源产氢，以氢能为桥梁实现能源体系从化石燃料向可再生能源的平稳过渡具有重要意义。

目前生物质制氢气主要以气化技术为主，主要存在以下几个问题：其一，能量转化效率低，合成气品质低；其二，生物质原料含水量高，不适合直接气化；其三，焦油含量高，焦油的凝结会导致管道堵，增加运行和维护成本。因此，对生物质原料进行科学预处理和在反应中加入催化剂以提高气化工艺的效率以及合成气品质是必要的。水热法处理是以水或其他溶液为溶剂与生物质混合后于密闭容器中，通过升温使容器内部产生自生压力，使生物质在该流体中发生水解、芳香化、脱水脱羧及缩聚等反应生成水热炭的过程。与热解炭化相比，水热炭化法具有反应条件更温和、操作更简便、能耗更低等优点，且制备的水热炭产物具有表面含氧官能团含量较高和丰富的孔隙结构等特点，更适合后续气化工艺。水热炭气化反应中加入非贵金属催化剂具有以下三方面作用：一是降低气化反应温度，减少能耗；二是减少焦油产生；三是提高定向产物产率。

本发明首次提出在水热法制得的生物炭的水蒸气气化反应中，添加非贵金属催化剂，进行两段式固定床反应器上的催化气化反应，从而达到较高的能量转换效率，并得到具有应用价值的高品质富氢合成气。水热炭化法总体流程简单，能耗成本较低，产物具有优异的燃料性能。水热法处理与后续气化相结合，整个过程的能量回收效率较高。非贵金属催化剂的添加，可以进一步较少能耗，提高合成气品质。因此，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为解决目前生物质直接水蒸气气化过程中生物质原料含水率高，气化效率低，合成气品质低等问题，从反应原料和反应过程两个方面考虑，提出一种生物质制取水热炭进行非贵金属催化剂催化气化生产富氢合成气的新方法。本发明中水热炭制备操作简单、反应温和、能耗较低且制得的水热炭与原生物质以及热解炭相比更适合水蒸气气化产富氢合成气工艺。与简单气化相比，本发明中非贵金属催化剂的添加，使反应能耗降低，焦油产物减少，合成气品质提升。

为此，本发明解决上述问题所采用的技术方案如下：

一种废弃生物质预处理的方法，包括以下步骤：

(1)将废弃生物质粉碎后与水溶液按一定比例混合；

(2)将步骤(1)中得到的混合物置于水热釜进行水热炭化处理；

(3)将步骤(2)中得到的水热炭化后的混合物进行固液分离得到水热炭，并进行干燥，研磨，过筛；