一种利用微波热解菊芋渣产生物质气的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种利用微波热解菊芋渣产生物质气 的方法。
【背景技术】
[0002] 随着世界经济的快速发展，能源资源的消耗速度也迅速增长，而煤、石油、天然气 等传统化石能源资源日益枯竭，人类迫切需要开发可再生的能源资源以补充和替代现有的 化石能源。生物质能作为重要的环境友好的可再生能源，受到国内外的重视，被视为继煤 炭、石油和天然气之后的第四大能源。
[0003] 生物质热解气化可将生物质原料转化为以⑶和Η为主的气体燃料，可直接转换实 现燃气、热能和电能的供给。同时燃气可以通过甲烷化，进而制备高品质生物质合成天然气 (Bio-SNG)，是生物质能开发的重要技术途径。我国生物质能资源储量巨大，仅农作物秸杆 约7亿t/a，折合标准煤约为3亿t/a;全国每年可提供3.3亿t林木生物，相当于2亿t的标准 煤。如能将这些生物质资源通过热解气化转化为气体燃，可以取代大量的化石能源，缓解我 国对常规能源的依存度。同时，生物质能利用是自然界的碳循环的一部分，过程中实现C0的 零排放，属于可再生清洁燃料。
[0004] 20世纪70年代开始，生物质能的开发利用研究已成为世界性的热门研究课题，国 外尤其是发达国家的科研人员在相关领域做了大量的工作。美国有生物质发电站350多座， 分布在纸浆、纸产品加工厂和其他林产品加工厂，主要研究采用生物质联合循环发电（B/ IGCC)，生物质能发电的总装机容量已超过10000M，单机容量达10~25MW，发电总量已达到 美国可再生能源发电装机的40%以上、一次能源消耗量的4%。德国目前拥有140多个区域 热电联产的生物质，此外有近80个处于规划设计或建设阶，茵贝尔特能源公司（Im bert E nergietechnik GM B Η)设计制造的下吸式气化炉一内燃机发电机组系统，气化效率可达 60% - 90%，燃气热值为1.7万~2.5万Kj/m。芬兰是世界上利用林业废料、造纸废弃物等生 物质发电最成功的国家之一，福斯特威勒公司是芬兰最大的能源公司，主要利用木材加工 业、造纸业的废弃物为燃料，废弃物的最高含水量可达60%，机组的热效率可达88%，所制 造的燃烧生物质的循环流化床锅炉技术先，可提供的生物质发电机组功率为3 - 47M。瑞典 和丹麦正在实行利用其丰富的生物质进行热电联产的规划，使生物质能在提供高品位电能 的同时，满足供热的要求，瑞典地区供热和热电联产所消耗的能源中，生物质能比例已经超 过26%E5 J。
[0005] 由于菊芋、菊苣残渣的主要成分为生物质，通过热解或气化的方法将其转化为可 燃气体将使有效成分得到利用，同时也能有效解决腐烂造所成的环境污染。但菊芋、菊苣残 渣含水率较高，以传统热解工艺对其进行深度干燥，能耗过大。为此，需要提供一种新热解 工艺有效处理掉菊芋、菊苣生物质残渣实现节能环保。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是，提供一种能耗小的利用微波热解菊芋渣产生物质气 和生物质炭的方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种利用微波热解菊芋渣产生物质气的方法，包括如下步骤：
[0009] (1)对菊芋渣进行干燥处理；
[0010] (2)将干燥的菊芋渣与催化剂混合得到反应混合物，所述的催化剂为氧化锡、碳酸 钠、碳酸钾的混合物；
[0011] (3)将步骤(2)得到的反映混合物与输送到微波反应釜中，以200~300°C/min的速 度升温至550~680°C，热解0.5~15min，热解温度优选580~650°C，最优选620°C，热解时间 优选5min;
[0012] (4)从固相产物中分离生物质炭，从气相产物中分离得到生物质气。
[0013] 其中，所述的菊芋渣为利用菊芋提取菊粉后所剩的富含生物质的工业废料。
[0014] 步骤（1)中，所述的干燥处理，是利用板框压滤机对菊芋渣进行挤压，减少菊芋渣 中的水分。
[0015] 步骤(2)中，所述的干燥的菊芋渣，其水分含量为30 %以下，优选菊苣渣的水分含 量为20%以下。
[0016] 步骤(2)中，干燥的菊芋渣与催化剂的质量比为100:0.5~10,优选菊芋渣与催化 剂的质量比为1〇〇:1~5,最优选菊芋渣与催化剂的质量比为100:3。
[0017]步骤(2)中，氧化锡、碳酸钠、碳酸钾的质量比为1:4:1。
[0018] 步骤(3)中，微波的功率为5~10kW，微波功率优选8kW。
[0019] 步骤(3)中，微波反应釜中的压力为1~2MPa，反应釜中的压力优选1.5MPa。
[0020]步骤(4)中，利用降温冷凝的方法收集不能冷凝的H2、C0、CH4。
[0021] 有益效果：
[0022] 由于提取菊粉后所剩的菊芋渣含水量较大，如果通过烘干的方法使其干燥，能源 消耗比较大，不利于大规模生产，本发明中采用先对其挤压干燥，然后微波升温，微波升温 过程也是菊芋渣的干燥过程，然后在利用微波对菊芋渣进行热解，得到生物质气中CH4含量 达到75%以上，得到的生物质炭能直接作为制备活性炭的原料，本发明具有较高的工业应 用前景。
【具体实施方式】
[0023]根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实 施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本 发明。
[0024] 实施例1:
[0025] (1)对菊芋渣进行干燥处理，使其水分含量减少为30%以下；
[0026] (2)将干燥的菊芋渣与催化剂按照质量比为100:3混合得到反应混合物，所述的催 化剂为氧化锡、碳酸钠、碳酸钾的质量比为1:4:1的混合物；
[0027] (3)将步骤(2)得到的反映混合物与输送到微波反应釜中，微波功率为8kW，压力为 1 · 5MPa，以200°C/min的速度升温至600°C，热解3min;
[0028] (4)从固相产物中分离生物质炭，从气相产物中分离得到生物质气。
[0029] 对得到的生物质炭和生物质气进行分析，分析结果如表1和表2所示。得到的生物 质气的热值为29.7KJ/kg，生物质气的收率为47%。
[0030] 表1生物质炭分析结果 「00311
[0032] 表2生物质气分析结果
[0033]
[0034] 实施例2:热解温度对生物质气及生物质炭质量的影响。
[0035] (1)对菊芋渣进行干燥处理，使其水分含量减少为30%以下；
[0036] (2)将干燥的菊芋渣与催化剂按照质量比为100:0.1混合得到反应混合物，所述的 催化剂为氧化锡、碳酸钠、碳酸钾的质量比为1:4:1的混合物；
[0037] (3)将步骤(2)得到的反映混合物与输送到微波反应釜中，微波功率为8kW，压力为 1.5MPa，以200°C/min的速度升温至550°C，热解5min;
[0038] (4)从固相产物中分离生物质炭，从气相产物中分离得到生物质气。
[0039] 对得到的生物质炭和生物质气进行分析，分析结果如表3~表5所示。
[0040] 表3生物质炭分析结果
[0041]
[0042] 表4生物质气分析结果
[0043]
[0045] 表5热解温度对生物质气的影响
[0046]
[0047] 实施例3:热解时间对生物质气及生物质炭质量的影响。
[0048] (1)对菊芋渣进行干燥处理，使其水分含量减少为30%以下；
[0049] (2)将干燥的菊芋渣与催化剂按照质量比为100:0.5混合得到反应混合物，所述的 催化剂为氧化锡、碳酸钠、碳酸钾的质量比为1:4:1的混合物；
[0050] (3)将步骤(2)得到的反映混合物与输送到微波反应釜中，微波功率为8kW，压力为 1.510^，以200°(3/1^11的速度升温至620°(3，热解0.5~151^11 ;
[0051] (4)从固相产物中分离生物质炭，从气相产物中分离得到生物质气。
[0052]对得到的生物质炭和生物质气进行分析，分析结果如表6~表8所示。
[0053]表6生物质炭分析结果
[0054] LUUM」 衣Y王物分机铦呆
[0056]
[0057] 表8热解温度对生物质气的影响
[0058]
【主权项】
1. 一种利用微波热解菊芋渣产生物质气的方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 对菊芋渣进行干燥处理； (2) 将干燥的菊芋渣与催化剂混合得到反应混合物，所述的催化剂为氧化锡、碳酸钠、 碳酸钾的混合物； (3) 将步骤(2)得到的反映混合物与输送到微波反应釜中，以200~300°C/min的速度升 温至550~680°C，热解0.5~15min; (4) 从固相产物中分离生物质炭，从气相产物中分离得到生物质气。2. 根据权利要求1所述的利用微波热解菊芋渣产生物质气的方法，其特征在于，所述的 菊芋渣为利用菊芋提取菊粉后所剩的富含生物质的工业废料。3. 根据权利要求1所述的利用微波热解菊芋渣产生物质气的方法，其特征在于，步骤 (1) 中，所述的干燥处理，是利用板框压滤机对菊芋渣进行挤压，减少菊芋渣中的水分。4. 根据权利要求1所述的利用微波热解菊芋渣产生物质气的方法，其特征在于，步骤 (2) 中，所述的干燥的菊芋渣，其水分含量为30%以下。5. 根据权利要求1所述的利用微波热解菊芋渣产生物质气的方法，其特征在于，步骤 (2)中，干燥的菊芋渣与催化剂的质量比为100:0.5~10。6. 根据权利要求1所述的利用微波热解菊芋渣产生物质气的方法，其特征在于，步骤 (2) 中，氧化锡、碳酸钠、碳酸钾的质量比为1:4:1。7. 根据权利要求1所述的利用微波热解菊芋渣产生物质气的方法，其特征在于，步骤 (3) 中，微波的功率为5~1OkW。8. 根据权利要求1所述的利用微波热解菊芋渣产生物质气的方法，其特征在于，步骤 (3) 中，微波反应釜中的压力为1~2MPa。9. 根据权利要求1所述的利用微波热解菊芋渣产生物质气的方法，其特征在于，步骤 (4) 中，利用降温冷凝的方法收集不能冷凝的H2、C0、CH4。
【专利摘要】本发明公开了一种利用微波热解菊芋渣产生物质气的方法，包括如下步骤：(1)对菊芋渣进行干燥处理；(2)将干燥的菊芋渣与催化剂混合得到反应混合物，所述的催化剂为氧化锡、碳酸钠、碳酸钾的混合物；(3)将步骤(2)得到的反映混合物与输送到微波反应釜中，以200～300℃/min的速度升温至550～680℃，热解0.5～15min；(4)从固相产物中分离生物质炭，从气相产物中分离得到生物质气。得到生物质气中CH4含量达到75％以上，得到的生物质炭能直接作为制备活性炭的原料，本发明具有较高的工业应用前景。
【IPC分类】C10B57/10, C10B57/06, C10B53/02
【公开号】CN105441095
【申请号】CN201510648273
【发明人】杨云, 付杰轩, 黄振华
【申请人】青海威德生物技术有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年10月9日