專利名稱：生物質氣化-活化聯用及活性多孔炭材料的制備方法
技術領域：
本發屬于生物質能源熱轉化技術領域，具體涉及生物質氣化-活化聯用除焦及活性多孔材料的制備方法。
背景技術：
目前生物質氣化技術的主要設備有固定床氣化爐和流化床氣化爐，在中試和工程化過程中暴露了現行氣化設備的結構、可燃氣凈化技術、凈化設備的結構諸多問題，使生物質氣化技術在推廣過程中遇到了阻礙。主要有三個問題一是氣化設備雖多種多樣，但適應性不強，不同的氣化爐對原料的種類、原料的顆粒度、原料的含水率要求不一樣，未能真正實現工程化；二是可燃氣中焦油的去除是生物質氣化技術的最大瓶頸，目前可燃氣中焦油去除的通用方法是物理和機械方法相結合，通過噴淋、水浴、冷凝、分離等設備凈化可燃氣， 傳統的這種方法只能將可燃氣中部分焦油去除，仍有相當一部分焦油殘余在可燃氣中，用這種方法最大問題是浪費大量的水源，容易產生大量的焦油黑水污染；三是生物質氣化得到的可燃氣體的熱值不高，一般只有4. 2-5. 5 MJ/Nm3，屬于低熱值氣體，而且生物質氣化過程中容易產生搭橋、燒穿、出料不連續，甚至有暴爐等問題。這三個問題使得目前很多生物質氣化爐都已經停產，或者成了形象工程。因此生物質氣化技術要想真正的工程化運行，必須改變收集黑水廢液和焦油的傳統思路，創新氣化工藝是生物質氣化技術的出路。
發明內容
本發明目的在于針對現用技術的不足，提供了生物質氣化-活化爐，解決了生物質氣化產物-可燃氣中焦油含量高問題，同時利用黑水廢液和含氧氣體作為活化劑與生物質炭發生活化反應，產生純凈的可燃氣，并獲得了活性炭。為了實現這一目的，本發明結合生物質本身特性，氣化特性以及活化特性，以及在氣化過程中產生的黑水廢液和焦油的特性，發明了生物質氣化-活化聯用除焦及活性多孔炭材料的制備方法。本發明采用氣化與活化相結合的方式，首先將原料通過自動上料裝置送入氣化爐中氣化，根據原料的高度和干燥層、熱解層和氣化層的高度控制氣化劑——空氣的進量，一般干燥層溫度控制在100-160 V，熱解層溫度控制在450-600 V，氣化層溫度控制在700-85(TC左右。氣化產生的生物質炭通過活動爐篩和自身重力進入活化爐，氣化產生的黑水廢液和焦油在氣體狀態下通過活化爐爐頭風機抽入活化爐，活化爐的溫度控制在800-100(TC，在此溫度下生物質炭具有雙重作用，一是作為原料與黑水蒸汽進行活化反應，進行活化造孔反應；二是作為催化裂解劑與焦油進行蒸汽催化重整反應，將大分子焦油裂解成小分子化合物，且在活化爐中，生物質炭與黑水廢液蒸汽反應會產生大量的氫氣、甲烷、一氧化碳，同時也會消耗大量的二氧化碳，增加了氣體中的可燃組分的含量，提高可燃氣熱值。產生的可燃氣靠風機的抽力進入余熱鍋爐進行熱交換，降溫后得到純凈的可燃氣。本發明的技術方案
(1)用自動上料機構將生物質(包括木片、秸稈、果殼、稻殼和林業加工剩余物)送入氣化爐，根據原料的總高度和干燥、熱解、氣化層的反應溫度控制活化爐爐頭引風機的抽風量；
(2)氣化產生的生物質炭靠活動爐篩的動力和自身的重力緩慢下降進入活化爐。(3)氣化產生的焦油、黑水廢液在高溫下以氣體的形式和可燃氣體靠活化爐頭風機的抽力進入活化爐中。(4)在活化爐中生物質炭與黑水廢液蒸汽發生活化反應，同時生物質炭作為催化裂解劑又與焦油在黑水廢液蒸汽下進行催化重整反應。(5)活化爐爐體是雙層結構，黑水廢液蒸汽、焦油與生物質炭接觸時間長，活化反應和催化重整反應完全，很好的去除了焦油和利用了黑水廢液。( 6 )活化產物高溫可燃氣和余熱鍋爐進行熱交換，產生水蒸氣，經降溫后的可燃氣可以帶動內燃機組平穩發電。為實現上述方法，本發明采用了氣化和活化聯用裝置。首先將生物質經過自動加料器送入氣化爐中氣化，生物質在氣化爐中經過干燥、熱解和氣化三個過程后，氣化產品通過活動爐篩和活化爐頭風機進入活化爐，氣化產物生物質炭、焦油、黑水廢液蒸汽在高溫下發生活化反應和催化重整反應，將焦油裂解成小分子氣體，從而解決了氣化過程中焦油和黑水廢液的污染，而且直接獲得高附加值的活性炭，提高了可燃氣的熱值，可燃氣經過余熱鍋爐產生水蒸汽，降溫后直接輸送到內燃發電機組或用戶。
本發明與現有技術相比具有以下幾點優勢
1.本發明生物質氣化-活化聯用技術方法為生物質能源熱轉化提供了新的思路和發
展方向。2.本發明氣化-活化聯用解決了生物質氣化中可燃氣中焦油含量高，充分利用了黑水廢液，解決了生物質氣化的二次污染。3.本發明利用黑水廢液蒸汽作為活化劑、生物質炭為原料制備了附加值更高的活性炭，同時生物質炭與水蒸氣在反應產生了一氧化碳和氫氣，增加了可燃氣組分含量，提高了可燃氣熱值。黑水廢液從氣化爐爐口出來為過熱蒸汽，活化效果更好。4.本發明利用生物質炭作為催化裂解劑，活化轉爐作為催化裂解設備，延長裂解時間，將焦油裂解為小分子化合物，并有部分為可燃性氣體，增加了可燃氣熱值。5.本發明與活化技術相比，充分利用并節省了熱源，高溫生物質炭、過熱蒸汽從氣化爐直接進入活化爐，減少了活化反應所需提供的熱量。
圖1是本發明生物質氣化-活化聯用裝置的簡圖。1.氣化爐爐體，2.進料口，3.爐體上錐體觀察口，4.勻料器，5.勻料升降裝置， 6.測溫口，7.保溫層，8.活動爐篩，9.爐篩驅動器，10.生物質炭進口和水蒸氣補給口， 11.活化爐爐體，12.導向板，13.齒輪，14.托輪，15.熱源補充室，16.冷卻出料裝置，17.活性炭出口，18.可燃氣出口，19.余熱鍋爐，20.抽風機。
具體實施方式
實施例1
以木片為原料，用自動上料機構將原料送入進料口(2)，開啟勻料器(4)，撥平料面，啟動抽風機(20)，開始點火，待氣化層溫度達到600°C時，啟動活動爐篩(8)，同時轉動活化爐(11)，生物質炭、焦油和醋液蒸汽通過進口(10)進入活化爐，產生的可燃氣通過余熱鍋爐(19)后，通入熱源補充室(15)提高活化爐的溫度，活性炭由出口(17)得到，使整個系統先循環起來，待熱解層溫度達到550°C，氣化層溫度達到800°C，活化爐溫度達到900°C時系統達到正常生產的狀態。得到的可燃氣體的成分為0)2 10. 2%, CO 24. 6%, H2 22.5%， CH4 4. 6%，燃氣的熱值為7. 7MJ/Nm3 ；焦油含量為7mg/Nm3，活性炭的亞甲基藍吸附值為 9-13ml/0. lg，碘吸附值為 800-1100mg/g, BET 比表面積 1053 m2/ g。實施例2:
以鋸末、刨花為原料，控制熱解層溫度為550°C左右，氣化層溫度達到750°C左右， 活化爐溫度為900°C左右，其余步驟及方法同實施例一。得到的可燃氣體的成分為C02 9. 8%，CO 23. 2%，H2 18. 9%，CH4 5. 2%，燃氣的熱值為 7. 4MJ/Nm3 ；焦油含量為 5mg/Nm3，活性
炭的亞甲基藍吸附值為ll_15ml/0. lg，碘吸附值為800-1000mg/g，BET比表面積1086 m2/
g°實施例3
以果樹枝條原料，控制熱解層溫度為600°C左右，氣化層溫度達到850°C左右，活化爐溫度為900°C左右，其余步驟及方法同實施例一。得到的可燃氣體的成分為0)2 10. 9%,CO
26.7%，H2 20. 3%，CH4 3. 9%，燃氣的熱值為7. 6MJ/Nm3 ；焦油含量為9mg/Nm3，活性炭的亞甲基藍吸附值為10-13ml/0. lg，碘吸附值為800-1000mg/g, BET比表面積987 m2/ g。實施例4:
以稻殼為原料，控制熱解層溫度為550°C左右，氣化層溫度達到800°C左右，活化爐溫度為900°C左右，其余步驟及方法同實施例一。得到的可燃氣體的成分為ω2 8.2%，CO 20. 9%，H2 16. 1%，CH4 3. 6%，燃氣的熱值為6. 2MJ/Nm3 ；焦油含量為5mg/Nm3’，活性炭的亞甲基藍吸附值為5-8ml/0. lg，碘吸附值為600-800mg/g，BET比表面積762 m2/ g。實施例5
以果殼為原料，控制熱解層溫度為600°C左右，氣化層溫度達到850°C左右，活化爐溫度為900°C左右，其余步驟及方法同實施例一。得到的可燃氣體的成分為0)2 10.9%，CO
27.2%，H2 22. 4%，CH4 3. 7%，燃氣的熱值為7. 7MJ/Nm3 ；焦油含量為iang/Nm3，活性炭的亞甲基藍吸附值為10-13ml/0. lg，碘吸附值為1000-1200mg/g, BET比表面積1123 m2/ g。
權利要求
1.一種生物質氣化-活化聯用除焦及活性多孔炭材料的制備方法，其特征在于氣化和活化兩個過程相結合，解決了可燃氣中焦油含量高和黑水廢液污染問題，提高了可燃氣熱值并產出了活性炭，具體由以下幾個步驟構成(1)用自動上料機構將木片或秸稈或果殼或稻殼或林業加工剩余物送入氣化爐，根據原料的總高度和干燥層、熱解層、氣化層的反應溫度控制活化爐爐頭引風機的抽風量；(2)氣化產物焦油、黑水廢液和可燃氣以高溫氣體形態進入活化爐中，利用黑水廢液過熱蒸汽為活化劑，在高溫下，生物質炭作為原料與黑水廢液過熱蒸汽進行活化反應，生物質炭同時作為催化裂解劑，在高溫和水蒸氣同時存在的情況下與焦油發生催化裂解重整反應；(3)活化產物高溫可燃氣和余熱鍋爐進行熱交換，產生水蒸氣，經降溫后獲得純凈的氣體，可燃氣用來帶動內燃機組發電或供熱、供氣；(4)活化的另一個產物是活性多孔炭材料——活性炭，廣泛的用于石化工業、環保、醫藥、食品、國防行業。
2.根據權利要求1所述一種生物質氣化-活化聯用除焦及活性多孔炭材料的制備方法，其特征是自動上料機構為風力輸送或皮帶輸送或斗式提升機輸送三種，干燥層溫度控制在100-160°C，熱解層溫度控制在450-600°C，氣化層溫度控制在700-850°C，引風機的風量通過變頻器來控制。
3.根據權利要求1所述一種生物質氣化-活化聯用除焦及活性多孔炭材料的制備方法，其特征是氣化產生的生物質炭靠活動爐篩動力和自身重力緩慢的從氣化爐進入活化爐，氣化爐出口的氣體的溫度為450-700°C，此時焦油和黑水廢液是以過熱蒸汽的狀態存在，通過活化爐爐頭的風機的抽力，將可燃氣和黑水廢液蒸汽送入活化爐和生物質炭進行活化反應，而焦油則在高溫下與生物質炭進行水蒸氣催化裂解重整反應，活化爐的溫度控制在 800-1000°C。
4.根據權利要求1所述一種生物質氣化-活化聯用除焦及活性多孔炭材料的制備方法，其特征是從活化爐中出來的可燃氣體的溫度為700-800°C，直接通入余熱鍋爐，產生的水蒸氣一部分用來補給到活化爐中參加活化反應，另一部分用來廠區供熱或干燥原料，經降溫后得到純凈的可燃氣。
5.一種權利要求1所述生物質氣化-活化聯用除焦及活性多孔炭材料的制備方法使用的氣化-活化爐，其特征是由氣化爐爐體(1)，進料口(2)，爐體上錐體觀察口(3)，勻料器 (4)，勻料升降裝置(5)，測溫口(6)，保溫層(7)，活動爐篩(8)，爐篩驅動器(9)，生物質炭進口和水蒸氣補給口(10)，活化爐爐體(11)，導向板(12)，齒輪(13)，托輪(14)，熱源補充室 (15)，冷卻出料裝置(16)，活性炭出口(17)，可燃氣出口(18)，余熱鍋爐(19)，抽風機(20) 構成，他們之間用管道相連接，實現連續進料、連續產生可燃氣和活性炭，形成一個連續的生產過程。
6.根據權利要求5所述一種生物質氣化-活化爐，其特征是活動爐篩(8)具有雙重作用，其一防止氣化層原料搭橋，其二作為生物質炭向下運動的主動力；勻料器(4)能上下升降，用于撥平料層，防止料層燒穿；水蒸氣補給口(10)用于添加水蒸氣，可以根據用戶要求調整水蒸氣的量，提高活性炭品質；活化爐爐體(11)采用雙層結構，延長活化時間和焦油催化裂解時間，提高可燃氣組分含量和熱值。
7.權利要求1所述方法在木片或秸稈或果殼或稻殼或林業加工剩余物制備活性炭中的應用。
全文摘要
本發明屬于生物質能源熱轉化技術領域，具體涉及一種生物質氣化-活化聯用除焦及活性多孔炭材料的制備方法，特別是一種不產生焦油和黑水廢液的氣化-活化爐和活性多孔炭材料的制備方法。與傳統的氣化過程相比不產生焦油和黑水廢液，最終產品是可燃氣和活性炭，解決了傳統氣化技術中存在黑色液體污染水源、可燃氣中焦油含量高、凈化難、管道堵塞、發電機組不能連續正常運轉和氣化產品附加值低等問題。
文檔編號C10J3/60GK102391893SQ20111030343
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月10日 優先權日2011年10月10日
發明者秦恒飛, 闕明華 申請人:丹陽市新騰機械制造廠, 秦恒飛