一种生物质燃气制备方法与流程

本发明涉及生物质燃气制备，具体涉及一种生物质燃气制备方法。

背景技术：

1、

2、生物质气化是以生物质为原料，在气化剂作用下，通常以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气或氢气等作为气化剂(也称为气化质)，在高温条件下通过热化学反应，将生物质中可燃的部分转化为可燃气的过程。生物质气化时产生的气体成分主要包括h2、ch4和co等，通常将这种可燃气体称为生物质燃气。

3、现有技术对于生物质燃气制备的改进主要在于设备上，比如设置风壳用以预热空气、设置换热盘管和水套用以加热水蒸汽，充分提高了生物质能的利用率，采用三级工艺制备高纯度水蒸汽，充分提高了生物质气化炉的反应效率。采用二级过滤焦油工艺以及旋风除尘工艺，充分提高了清洁生物质燃料的品质。

4、而生物质原料在热解过程中产生的气体含量会随着热解温度的上升发生二次反应，h2、ch4和co的含量在气体所需要求的情况所决定不同，因此在装置改进的同时需要对生物质自身特性以及气体特性进行进一步优选。

技术实现思路

1、本发明提供一种生物质燃气制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种生物质燃气制备方法，包括以下步骤，

4、s1：采用农作物秸秆作为生物质燃气制备的生物质原料，农作物秸秆通过破碎机破碎至粉末状态，在通过机械振动筛选机选取粒径为177纳米以下的粉末原料；

5、其中由已知公开技术可得农作物秸秆粒径分布如下：

6、

7、s2：称取4g已经干燥4h的农作物秸秆物料，放入瓷舟内，再将其放置在处于加热电炉外非反应区的石英管内，检查整体制备装置的气密性，检查完毕后，设置电子温度控制器的温度和加热速率，管式炉开始升温，反应器达到理想温度后，打开氮气瓶，通入纯度为99.9％的氮气使热解反应在惰性气氛条件下进行。

8、s3：基于s2的基础上通入惰性气体后等到10min后停止通入气体，将瓷舟迅速推入管式炉高温反应区内并同时开始计时，此时计时过程中农作物秸秆在小型固定床反应器上发生热解，此时热解温度恒定控制有四个区间，分别为600℃、700℃、800℃和900℃，此时农作物秸秆热解蒸汽逸散出小型固定床反应器，蒸气中的可冷凝部分经过冷凝器变为生物油由焦油收集装置收集，不可冷凝气则经过水洗净化后通过集气袋来收集。

9、基于s3热解温度恒定控制四个区间，在600℃这一区间上发生热解时，锯屑快速热解反应产生的气体成分为h2、co、co2、ch4，在热解反应前2min前，随着热解反应的进行co量急剧上升，反应130s时co量达到最高点27.5vol％，这一过程中ch4和h2的量明显增长，反应130s时ch4和h2分别达到最高点13.5vol％和6.5vol％，所述600℃区间上发生热解时气体产物较为稳定，没有气体间明显相互反应特征。

10、基于s3热解温度恒定控制四个区间内700℃区间热解时，co、ch4和h2量随着时间增长而增长，反应80s后co、ch4和h2量达到最大的33.6vol％、18.3vol％和10.1vol％，80s后co、ch4和h2量大幅度下降。

11、基于s3热解温度恒定控制四个区间内800℃区间热解时，h2在60s时急剧增长至34.2vol％顶峰，之后开始下跌，在80s时保持13vol％平衡；co的量自60s开始增长，在100s保持29vol％不变；ch4在反应100s达到17vol％；

12、基于s3热解温度恒定控制四个区间内900℃℃区间热解时，co、ch4和h2随着时间增长而大幅度提高，在热解时间60s是气体量达到最大分别为34.5vol％、18.86vol％和21.23vol％，在60s后气体量开始明显下降，在热解时间100s时保持19.94vol％、10.77vol％和11.51vol％。

13、对于生物质燃气制备中所需h2最大时，需要在反应器上进行800℃恒定热解且反应热解时间控制为60s左右，对于生物质燃气制备中所需ch4最大时，需要在反应器进行700℃恒定热解且反应热解时间控制为80s左右。

14、s4；基于s3的基础上，每隔20-30s用注射器均匀抽取气体10ml，所采集气体与集气袋中的气体进行分析，结束后焦油收集装置用四氢呋喃反复清洗并在60℃真条件下回收焦油。

15、本发明技术方案的进一步改进在于：所述s1的基础上在制备前需要对农作物秸秆进行质量分析。称取农作物秸秆原料1g，将称取的农作物秸秆放入干燥过的称量瓶内，轻晃称量瓶使农作物秸秆在瓶底平铺，打开瓶盖放入温度为105℃-110℃的烘箱内进行干燥，干燥1h-2h后取出称量瓶，迅速盖上瓶盖，先在空气中冷却2min-3min，再放入干燥器中冷却至室温并称重，二次称量的质量差占原料的原质量百分比得出农作物秸秆自带水分m1；再称取农作物秸秆原料1g，放入质量一定且经过处理的器皿中，晃动器皿将农作物秸秆摊平，把灰皿放入马弗炉中，启动马弗炉30min将炉内温度达500℃，1小时后取出器皿，在石棉板上冷却5min，称取质量，随后重复灼烧器皿，每次持续30分钟并冷却称取质量，直到质量的变化少0.001g为止，取最后一次质量为数据依据，得到农作物秸秆灰分含量a1。同理依旧按农作物秸秆原料1g为基准，得出挥发份含量v1以及固定碳含量c。测量完毕后通过元素分析仪进行，较好的农作物秸秆评判标准为水分大于9.18，灰分大于11，挥发份大于60，固定碳大于14，碳含量大于44.6，氢含量大于5，木制生物质材料参照相同标准。

16、本发明技术方案的进一步改进在于：所述生物质热解气体产物包括h2、co、co2、ch4，由气相色谱仪分析气体产物成分占比，所述气相色谱仪载气为氩气，流量不超过40ml/min。

17、本发明技术方案的进一步改进在于：所述s3步骤中小型固定床反应器为双螺旋进料固定床反应器，由双螺旋连续进料系统、电炉及控温系统、热解反应器、气体净化系统和各热解产物收集装置组成，且所述进料的搅拢转速低于反应器中搅拢速度，使生物质物料在进料管中形成料封，达到阻隔空气进入反应器和防止热解气泄露，所述小型固定床反应器为卧式，且通过电炉作为外加热源，电炉作为外加热源，既保证了整个实验系统的密闭性，又可以避免外来气体的污染，保证实验精度。

18、本发明技术方案的进一步改进在于：所述s3中小型固定床反应器热解具体步骤为，

19、s3.1：农作物秸秆先预置于料斗中，当热解气化床被加热到设置的温度后，开始螺旋进料，生物质在反应器中发生热解反应分别生成气体产物、液体和固体焦炭；

20、s3.2：调节电机转速选择不同生物质进料率，固体焦炭残余随螺旋推进器转动推入灰斗中收集，此时生物质挥发份经过冷凝器，可冷凝的水蒸气和大分子有机物在冷凝器中冷凝，不可冷凝气体经过石英棉过滤器清除夹带的固体颗粒用集气袋收集；

21、s3.3：装置稳定运行15分钟后，循环用集气袋收集气体，再用gc分析气体成分。

22、由于采用了上述技术方案，本发明相对现有技术来说，取得的技术进步是：

23、本发明提供一种生物质燃气制备方法，通过多区间的恒定热解控制以及反应时间的选择使得生物质热解反应产生的气体含量能够进行人为控制，对于所需的氢气以及甲烷的需求不同选择不同的恒定热解稳定以及恒定热解时间，以此提高生物质燃气制备的气体量，优化生物质燃气产量，提高生物质碳转化率，以此达到提高生物质能利用率的效果。