一种洁净生物燃气的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种洁净生物燃气的制备方法，即生物质催化裂解气化制备富含氢气和一氧化碳生物燃气的方法。其特征是采用镍钴钒三种金属组成的复合催化剂催化生物质裂解焦油二次裂解；采用水蒸气作为生物质中有机碳的氧化剂和系统的补充氢源；过程采用两段固定床进行反应，制备的洁净生物燃气收率高、有效气体氢气和一氧化碳总含量大于95％，燃气中杂质气体少，焦油含量极低，产品气体用途广泛。本发明专利技术工艺简单，易于实施，且只用一个反应器，设备成本低，能耗低，具有非常好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物燃气的制备方法，即以生物质为原料制备富含氢气和一氧化碳的生物燃气的方法。
技术介绍
目前能源和环境问题是全球关注的焦点。虽然煤炭、石油和天然气等化石能源仍然是世界能源的支柱和许多有机化工产品的来源，但是它们的储量都是有限的，属于不可再生能源和有机化工原料。另外，石化资源的大规模开发利用造成了碳排放会形成温室效应，对地球气候造成不可逆的影响，严重威胁人类的生存气候；另外，化石能源利用过程中排放的氮氧化物，硫氧化物以及颗粒物造成的雾霾等大气污染严重威胁人类的生存环境。氢气是一种非常清洁高效的能源，由于氢能利用的最终产物是水，不会对环境造成污染，因此，氢能是人类未来理想的清洁能源；另外，氢气作为合成其他液体燃料、化肥和医药以及无数化工产品的基本化工原料，其需求量越来越大。目前工业用氢气大部分采用化石燃料(煤炭和石油)气化得到，但是气化过程中同时产生大量温室气体二氧化碳，同时产生氮氧化物和硫氧化物，特别是气体中焦油含量高，后续处理净化需要予以脱除焦油、二氧化碳以及氮化物和硫化物，气体净化成本高昂。现有的快速裂解技术虽然可以得到含氢气体，但是其主要目的是得到液体产品生物油，副产物氢气产率低，而且其中二氧化碳含量高；目前的电解水技术虽然可以制备很纯的氢气，但是比能耗太高，不适合于大规模工业生产；目前的光解水技术虽然可以得到纯净的氢气，但是量子产率太低，远未达到工业化生产的需求。
技术实现思路
本专利技术是为了避免上述现有技术所存在的问题，提供一种生物质催化裂解制备富含氢气和一氧化碳的生物燃气的方法。以克服现有技术存在的环境污染、产品产率低、产品杂质气体含量高、焦油含量高或能量产率低的缺点。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：本专利技术制备生物燃气的方法是以一种三种金属镍Ni、钴Co和钒V复合催化剂催化生物质裂解产生的焦油，使之通过二次反应转化为氢气和一氧化碳。本专利技术的复合催化剂活性组分的配方组成是(按照三种金属的质量百分比)Ni：60％-70％、Co：25％-30％，V：10％-20％。本专利技术催化剂的制备方法是：采用定量硝酸镍置于适量蒸馏水中，加热到75℃至80℃搅拌至溶解完全；再加入定量硝酸钴，搅拌溶解完全；最后加入定量偏钒酸铵，搅拌溶解完全。 维持温度75℃至80℃，蒸去大部分水分，得到催化剂浆料，采用造粒机制成直径为5mm的球形颗粒，然后置于恒温在500±5℃的马弗炉中焙烧1.5-2.5小时，冷却后备用。本专利技术采用小型固定床作为反应器，固定床由两段不锈钢圆筒构成，下段为物料段，内径0.5m，高度0.8米；上段为催化剂段，内径0.5m，高度0.6米。两段独立控温，上段装填催化剂的温度控制在480℃-500℃，下段装填生物质物料的温度控制在660℃-690℃。其中的焦油蒸汽分布板和水蒸气分布板上均匀分布直径2.5mm的圆柱形筛孔，焦油蒸汽分布板既作为催化剂的承托部件，同时作为物料段裂解气化产生的焦油蒸汽进入催化剂床层的通道；水蒸气分布板同时作为物料的承托部件和气化剂水蒸气的进入物料的通道。本专利技术生物质物料为粒径1mm-3mm的锯末压缩成的密度为0.6-0.8g/cm3的饼块，固定床底部通入压力1.5atm的水蒸气，水蒸气的作用是作为生物质焦炭碳原的氧化剂，使之转化为一氧化碳，同时水蒸气还原为氢气，这样既实现了生物质中有机质的充分转化为气体，同时补充了氢源，提高了氢气的产率。本专利技术生物燃气的制备方法按照如下步骤进行：首先将锯末压缩成密度0.6-0.8g/cm3、直径与固定床内径相等(本专利技术小型固定床内径0.5m)的圆柱状物料，该圆柱状物料高度可取固定床物料段高度的2/3-3/4；将制备好的生物质物料装填在固定床物料段的水蒸气分布板上。将按照前述方法制备的复合催化剂颗粒物装填在固定床催化剂段的焦油蒸汽分布板上，催化剂装填高度可取催化剂段高度的1/4-3/4。物料和催化剂装填完成后，开启温控装置，设定固定床上、下段的温度到指定温度值，两段升温速率均控制在150℃-200℃/min，同时开启蒸汽发生器，从固定床底部的蒸汽入口输入1.5atm的水蒸气，蒸汽流量控制在0.05kg--.1kg/h。当固定床两段温度达到设定值后，收集固定床顶部冷凝器出口的产品即为洁净生物燃气。本专利技术取得的有益效果为：反应过程制备的洁净生物燃气中氢气和一氧化碳总含量大于95％，其中不含二氧化硫和氮的氧化物，焦油含量极低，小于10-4kg/m3，而且制备过程流程简单，比能耗低，生物燃气收率高，平均收率大于94％，所得生物燃气可以作为洁净能源直接应用，适当调整其中的氢气和一氧化碳比例也可以作为甲醇或费托合成的原料气。附图说明图1为本专利技术两段式固定床反应器，其中各部件名称为1：催化剂段；2：焦油蒸汽分布板；3：物料段，4：水蒸汽分布板。过程流程描述：在附图1所示的物料段装填定量物料，在催化剂段装填复合催化剂后，从反 应器底部通入压力1.5atm、流量为0.05kg--.1kg/h的水蒸气，同时开启加热装置，当温度达到预定温度后，收集固定床反应器顶部冷凝后的气体即为洁净生物燃气。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述：实施例1本实施例一种洁净燃气的制备方法，包括以下步骤：采用松木锯末为原料，压制成密度为0.8g/cm3、直径0.5m，高度0.5米的饼块，将饼块填放在固定床反应器物料段(3)的水蒸气分布板(4)上，将按照
技术实现思路
所述的方法制备的复合催化剂颗粒随机堆放固定床的催化剂段(1)下面的焦油蒸汽分布板(2)上，将催化剂段温度设置为490℃，将物料段温度设置为675℃，然后开始加热，同时从反应器底部以1.5atm的压力和以0.08kg/h的速率喷入水蒸气，2小时后生物质裂解气化基本结束。收集从固定床顶部冷凝器后排出的气体，气体组分和体积含量为氢气55.2％，一氧化碳40.6％，二氧化碳3.7％，其它0.5％。气体收率94.3％，得到的生物燃气中焦油含量小于10-4kg/m3，燃气中不含二氧化硫和氮的氧化物。实施例2采用杉木锯末为原料，其它参数与实施例1完全相同，得到的生物燃气组分和体积含量为氢气53.2％，一氧化碳42.6％，二氧化碳3.9％，其它0.3％。气体收率93.3％，得到的生物燃气中焦油含量小于10-4kg/m3，燃气中不含二氧化硫和氮的氧化物。实施例3采用棉秆锯末为原料，其它参数与实施例1完全相同，得到的生物燃气组分和体积含量为氢气53.5％，一氧化碳42.4％，二氧化碳3.5％，其它0.7％。气体收率93.3％，得到的生物燃气中焦油含量小于10-4kg/m3，燃气中不含二氧化硫和氮的氧化物。应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，在不脱离本专利技术精神实质的情况下，都属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
生物质催化裂解气化制备洁净生物燃气的方法，以镍钴钒三种金属组成的复合催化剂催化生物质裂解焦油二次裂解，以水蒸气为生物质中有机碳的氧化剂和系统的补充氢源，采用两段固定床反应器实现洁净生物燃气的制备，其特征按照如下过程操作：将锯末压缩成直径与固定床内径相等的圆柱状物料，将制备好的生物质物料装填在固定床物料段的水蒸气分布板上；将制备好的复合催化剂颗粒物装填在固定床催化剂段的焦油蒸汽分布板上；将水蒸气从固定床底部喷入，同时将两段固定床加热到指定温度，从固定床顶部冷凝器后收集得到洁净生物燃气。

【技术特征摘要】
1.生物质催化裂解气化制备洁净生物燃气的方法，以镍钴钒三种金属组成的复合催化剂催化生物质裂解焦油二次裂解，以水蒸气为生物质中有机碳的氧化剂和系统的补充氢源，采用两段固定床反应器实现洁净生物燃气的制备，其特征按照如下过程操作：将锯末压缩成直径与固定床内径相等的圆柱状物料，将制备好的生物质物料装填在固定床物料段的水蒸气分布板上；将制备好的复合催化剂颗粒物装填在固定床催化剂段的焦油蒸汽分布板上；将水蒸气从固定床底部喷入，同时将两段固定床加热到指定温度，从固定床顶部冷凝器后收集得到洁净生物燃气。2.根据权利要求1：其中所述的镍钴钒三种金属组成的复合催化剂质量百分比组成为Ni：60％-70％、Co：2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君，任小华，汤文，吴祥，李东，徐涛，左璐璐，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34