[发明专利]一种利用废弃生物质制备生物燃气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物燃气的制备方法，特别涉及一种利用废弃生物质制备生物燃气的方法。

背景技术

生物质是利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质，包括植物、动物和微生物。广义上的生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物，通常包括木材及森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市生活垃圾及工业废弃物及排泄物，具有可再生，污染低以及分布广泛等特点。生物质的构成主要包括木质素、纤维素和半纤维素，主要含有碳、氢、氧及少量的氮、硫等元素，此外还含有一定的灰分和水分。

生物质能是一种以生物质为载体的能量，是人类赖以生存的重要能源，是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。生物质能的利用主要包括直接燃烧、物化转换和生化转换等途径。生物质的物化学转换是在一定的温度和条件下，使生物质气化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质。生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等，沼气转化是有机物质在厌氧环境中通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体(即沼气)，乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。

生物质气化是将固体或液体燃料转化成气体燃料的热化学过程，近年来已经有了长足的发展，特别是在发电供热等领域。由富含木质纤维素生物质制备合成气主要有两条技术路线，一是由生物质气化气经重整、变换制备合成气；二是由生物质经快速裂解制得生物油，再由生物油气化制备合成气。第一条技术路线将成熟的生物质气化技术和可借鉴石油化工的气体重整变换技术相结合，其技术难度小，发展较为成熟，适合于生物质小规模就地转化制合成气。第二条技术路线可以将资源分散的生物质加工成生物油后集中运输到一地，从而实现生物质合成气的规模化生产。

然而，在生物质的气化过程中会产生较多的焦油及常温下会冷凝成液态的有机化合物，这些物质的积聚会堵塞、腐蚀管道，降低气化效率，因此在生物质气化过程中常使用催化剂，用以降低反应活化能，减少气化介质的投入，降低焦油产生量，调整气体组成，提高小分子可燃气体的品位，提高生物质利用效率。生物质气化过程中常用的催化剂包括天然矿石，碱金属以及镍基催化剂，这些催化剂虽然具有一定的催化作用，但仍然存在各种缺点，如天然矿石如白云石等会使焦油中多环芳烃类有机物增加，导致催化裂解后的焦油更加难以去除，碱金属对甲烷的重整性能较差，难以满足以生成富H₂和CO合成气为目的的生物质气化工艺，镍催化剂使用条件苛刻，价格昂贵等。

授权公告号为CN101239317B的发明公开了一种用于焦炉煤气湿组分干气化的催化剂及其制备方法，此发明的催化剂以锰铈复合氧化物为载体，以镍、钴和铁中的一种或两种为活性组分，以碱(土)金属或稀土元素作为助剂，制得的催化剂其比表面积大，活性金属分散性好，且具有使用寿命长、抗积碳能力强和开环能力优良等特点，然而此发明的催化剂成分复杂，制备工艺繁琐。

与常压气化过程相比，超临界水气化具有介质均匀、高固体转化率等优点。公布号为CN102092681A的发明公开了一种超临界水中生物质气化制氢的CO₂脱除工艺，该工艺首先配制催化剂溶液和生物质浆料，分别注入各自的料桶中；开启高压反应器，装入CO₂脱除剂；利用双柱塞高压泵，将体积比为1∶10-20的催化剂溶液和生物质浆料送入各自的换热器进行预热，再送入混合器充分混合；混合之后的流体，被压入高压反应器中进行反应；气液混合产物进入气液分离器分离，制备的气体中氢气含量可达60.8％，一氧化碳含量为23.7％，甲烷含量为12.2％，二氧化碳含量为0％。然而此方法仅采用超临界水气化处理，反应温度高、压力大、时间长，工艺能耗大，同时也无法较好地解决焦油积炭堵塞等问题。

发明内容

本发明的首要目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种两步气化法从废弃生物质制备生物燃气，两步气化法先将生物质转化成粗油，再将粗油气化制备生物燃气，采用两步气化法不仅能耗低，而且可以有较地解决焦油积炭堵塞，从而实现连续进料，有利于工业化大规模制备。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种利用废弃生物质制备生物燃气的方法，包括如下顺序进行的步骤：

A)将废弃生物质加工成半流体浆料；

B)将半流体浆料进行水蒸汽气化处理制得粗油；

C)将粗油进行超临界水气化处理制得粗生物燃气。