本發(fā)明屬于生物能源領(lǐng)域,具體涉及一種利用能源草沼渣制備生物裂解氣的方法。
背景技術(shù):
能源草包括一年生或多年生,高木質(zhì)纖維素含量,高產(chǎn)量,高光合效率的草本能源植物,是開(kāi)發(fā)潛力巨大的能源植物,已成為沼氣工程的主要原料之一。能源草沼渣進(jìn)一步高值化開(kāi)發(fā)利用是提高沼氣工程經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。但是能源草沼渣一般做有機(jī)肥料直接排放到農(nóng)田,經(jīng)濟(jì)效益不高。能源草沼渣可被生物降解利用的有效成分很低,不能通過(guò)生物發(fā)酵的方法經(jīng)濟(jì)高效地轉(zhuǎn)化為生物能源,因此它在生物能源領(lǐng)域的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。
生物裂解氣是指生物質(zhì)經(jīng)過(guò)高溫限制性裂解后產(chǎn)生的氣體燃料,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著非常廣泛的用途。生物裂解氣一般有木料、鋸末、農(nóng)作物秸稈制備而成,因其原料結(jié)構(gòu)致密,預(yù)處理過(guò)程能耗大,且原料成分較為復(fù)雜,制備的生物裂解氣雜質(zhì)較多,限制了其應(yīng)用價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種利用能源草沼渣制備生物裂解氣的方法,該方法包括以下具體步驟:
(1)把新鮮能源草、干燥能源草或青貯能源草粉碎到10厘米以下,進(jìn)行厭氧沼氣發(fā)酵,原料在發(fā)酵罐內(nèi)滯留時(shí)間為常溫發(fā)酵30~60天,中溫35-40℃發(fā)酵18-45天或高溫52℃-57℃發(fā)酵8~22天;
(2)發(fā)酵結(jié)束后,將步驟(1)發(fā)酵后的能源草沼渣排出,瀝干沼液,沼渣浸泡在重量5~12倍的清水中洗滌3~5次,每次洗滌過(guò)程中攪拌3~8次,使能源草沼渣充分浸潤(rùn),排出的沼液和洗滌液用于沼氣發(fā)酵或能源草種植;
(3)將步驟(2)洗滌后的能源草沼渣放入溫度45~65℃、體積分?jǐn)?shù)0.8~1.4%的乙酸溶液中,用20~90KHz超聲處理20~50 分鐘,然后取出沼渣,瀝干乙酸溶液,再用清水洗滌3~5次;
(4)步驟(3)清洗過(guò)的能源草沼渣瀝干水分,自然晾曬至水分含量5~16wt%,然后在80℃~180℃烘干至含水率0.5~6wt%;
(5)用3000~6000轉(zhuǎn)/分鐘的高速切割粉碎機(jī)將步驟(4)干燥后的能源草沼渣粉碎至0.05~0.7厘米的細(xì)粉;
(6)將步驟(5)所得的能源草沼渣細(xì)粉加入密封、貧氧或無(wú)氧的高溫裂解裝置進(jìn)行熱裂解,得到熱裂解蒸汽,熱裂解方法為極快速熱裂解或閃速熱裂解;
(7)將步驟(6)所得熱裂解蒸氣通入除塵裝置進(jìn)行除塵處理,再在50~100℃下冷卻,分離為氣體和液體;
(8)將步驟(7)所得的分離后的氣體送至噴淋塔除去酸性氣體,得到脫酸生物裂解氣;
(9)將步驟(8)所得的脫酸生物裂解體進(jìn)行干燥處理,除去水蒸氣,得到成品生物裂解氣;
(10)將步驟(9)所得成品生物裂解氣冷卻至15~50℃,通入儲(chǔ)氣柜或儲(chǔ)氣袋進(jìn)行保存,或進(jìn)一步加工成壓縮燃?xì)饣蛞夯細(xì)狻?/p>
所述能源草為雜交狼尾草、細(xì)莖雜交狼尾草、紫象草、矮象草、紅象草、象草、牧草蔗、巨菌草、皇竹草、臺(tái)灣甜草、擬高粱、甜高粱、蘆竹、蘆葦、類蘆、斑茅、彼特草、蘇丹草、美洲狼尾草、王草、五節(jié)芒、芒萁、香茅、互花米草、大米草其中的一種或幾種。
步驟(6)極快速熱裂解工藝參數(shù):升溫速度10~50℃/s反應(yīng)溫度900~1200℃,原料滯留時(shí)間0.5~6s;閃速熱裂解工藝參數(shù):升溫速度850~1500℃/s,反應(yīng)溫度600~1000℃,原料滯留時(shí)間0.2~1.2s。
本發(fā)明根據(jù)能源草沼渣性質(zhì)開(kāi)發(fā)出了一套完整高效的生物裂解氣生產(chǎn)技術(shù)。相對(duì)于目前已有生產(chǎn)技術(shù),本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
(1)本發(fā)明根據(jù)沼氣發(fā)酵的能源草沼渣灰分很低的特點(diǎn),省去了常規(guī)原料中利用大量酸液脫灰分的步驟,大大節(jié)約了化學(xué)試劑的投入,節(jié)約了成本。
(2)能源草沼渣質(zhì)地疏松,容易粉碎,本發(fā)明降低了粉碎機(jī)的耗電量,而且不需要汽爆等預(yù)處理步驟,節(jié)約了原料預(yù)處理過(guò)程中的能源投入。
(3)能源草沼渣木質(zhì)纖維素含量高,纖維素、半纖維素、木質(zhì)素比例合適,生產(chǎn)的生物裂解氣的不僅出產(chǎn)率高,而且質(zhì)量好。
(4)本發(fā)明利用沼氣工程中排放的廢棄物能源草沼渣生產(chǎn)商品化價(jià)值很高的生物裂解氣,是能源草沼渣在生物能源領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用,可以使沼氣工程的經(jīng)濟(jì)效益提高18%以上。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明,但本發(fā)明不僅僅限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1
一種利用能源草沼渣制備生物裂解氣的方法,包括以下具體步驟:
(1)把新鮮能源草粉碎到10厘米以下,進(jìn)行厭氧沼氣發(fā)酵,原料在發(fā)酵罐內(nèi)滯留時(shí)間為常溫發(fā)酵30天;
(2)發(fā)酵結(jié)束后,將步驟(1)發(fā)酵后的能源草沼渣排出,瀝干沼液,沼渣浸泡在重量5倍的清水中洗滌3次,每次洗滌過(guò)程中攪拌3次,使能源草沼渣充分浸潤(rùn),排出的沼液和洗滌液用于沼氣發(fā)酵;
(3) 將步驟(2)洗滌后的能源草沼渣放入溫度45℃、體積分?jǐn)?shù)0.8%的乙酸溶液中,用20KHz超聲處理20分鐘,然后取出沼渣,瀝干乙酸溶液,再用清水洗滌3次;
(4)步驟(3)清洗過(guò)的能源草沼渣瀝干水分,自然晾曬至水分含量5wt%,然后在80℃烘干至含水率0.5wt%;
(5)用3000轉(zhuǎn)/分鐘的高速切割粉碎機(jī)將步驟(4)干燥后的能源草沼渣粉碎至0.05厘米的細(xì)粉;
(6)將步驟(5)所得的能源草沼渣細(xì)粉加入密封、貧氧的高溫裂解裝置進(jìn)行熱裂解,得到熱裂解蒸汽,熱裂解方法為極快速熱裂解;
(7)將步驟(6)所得熱裂解蒸氣通入除塵裝置進(jìn)行除塵處理,再在80℃下冷卻,分離為氣體和液體;
(8)將步驟(7)所得的分離后的氣體送至噴淋塔除去酸性氣體,得到脫酸生物裂解體;
(9)將步驟(8)所得的脫酸生物裂解體進(jìn)行干燥處理,除去水蒸氣,得到成品生物裂解氣;
(10)將步驟(9)所得成品生物裂解氣冷卻至15℃,通入儲(chǔ)氣柜進(jìn)行保存。
所述能源草為雜交狼尾草。
步驟(6)所述極快速熱裂解工藝參數(shù):升溫速度10℃/s,反應(yīng)溫度900℃,原料滯留時(shí)間0.5s。
實(shí)施例2
一種利用能源草沼渣制備生物裂解氣的方法,包括以下具體步驟:
(1)把干燥能源草粉碎到10厘米以下,進(jìn)行厭氧沼氣發(fā)酵,原料在發(fā)酵罐內(nèi)滯留時(shí)間為中溫35℃發(fā)酵18天;
(2)發(fā)酵結(jié)束后,將步驟(1)發(fā)酵后的能源草沼渣排出,瀝干沼液,沼渣浸泡在重量10倍的清水中洗滌4次,每次洗滌過(guò)程中攪拌5次,使能源草沼渣充分浸潤(rùn),排出的沼液和洗滌液用于能源草種植;
(3) 將步驟(2)洗滌后的能源草沼渣放入溫度55℃、體積分?jǐn)?shù)1.0%的乙酸溶液中,用60KHz超聲處理30 分鐘,然后取出沼渣,瀝干乙酸溶液,再用清水洗滌4次;
(4)步驟(3)清洗過(guò)的能源草沼渣瀝干水分,自然晾曬至水分含量10wt%,然后在150℃烘干至含水率3wt%;
(5)用4000轉(zhuǎn)/分鐘的高速切割粉碎機(jī)將步驟(4)干燥后的能源草沼渣粉碎至0.3厘米的細(xì)粉;
(6)將步驟(5)所得的能源草沼渣細(xì)粉加入密封、無(wú)氧的高溫裂解裝置進(jìn)行熱裂解,得到熱裂解蒸汽,熱裂解方法為閃速熱裂解;
(7)將步驟(6)所得熱裂解蒸氣通入除塵裝置進(jìn)行除塵處理,再在50℃下冷卻,分離為氣體和液體;
(8)將步驟(7)所得的分離后的氣體送至噴淋塔除去酸性氣體,得到脫酸生物裂解體;
(9)將步驟(8)所得的脫酸生物裂解體進(jìn)行干燥處理,除去水蒸氣,得到成品生物裂解氣;
(10)將步驟(9)所得成品生物裂解氣冷卻至30℃,通入儲(chǔ)氣袋進(jìn)行保存。
所述能源草為紫象草。
步驟(6)所述閃速熱裂解工藝參數(shù):升溫速度1500℃/s,反應(yīng)溫度1000℃,原料滯留時(shí)間0.2s。
實(shí)施例3
一種利用能源草沼渣制備生物裂解氣的方法,包括以下具體步驟:
(1)把青貯能源草粉碎到10厘米以下,進(jìn)行厭氧沼氣發(fā)酵,原料在發(fā)酵罐內(nèi)滯留時(shí)間為高溫57℃發(fā)酵8天;
(2)發(fā)酵結(jié)束后,將步驟(1)發(fā)酵后的能源草沼渣排出,瀝干沼液,沼渣浸泡在重量12倍的清水中洗滌5次,每次洗滌過(guò)程中攪拌8次,使能源草沼渣充分浸潤(rùn),排出的沼液和洗滌液用于沼氣發(fā)酵;
(3) 將步驟(2)洗滌后的能源草沼渣放入溫度65℃、體積分?jǐn)?shù)1.4%的乙酸溶液中,用90KHz超聲處理50 分鐘,然后取出沼渣,瀝干乙酸溶液,再用清水洗滌5次;
(4)步驟(3)清洗過(guò)的能源草沼渣瀝干水分,自然晾曬至水分含量16wt%,然后在180℃烘干至含水率6wt%;
(5)用6000轉(zhuǎn)/分鐘的高速切割粉碎機(jī)將步驟(4)干燥后的能源草沼渣粉碎至0.7厘米的細(xì)粉;
(6)將步驟(5)所得的能源草沼渣細(xì)粉加入密封、無(wú)氧的高溫裂解裝置進(jìn)行熱裂解,得到熱裂解蒸汽,熱裂解方法為閃速熱裂解;
(7)將步驟(6)所得熱裂解蒸氣通入除塵裝置進(jìn)行除塵處理,再在95℃下冷卻,分離為氣體和液體;
(8)將步驟(7)所得的分離后的氣體送至噴淋塔除去酸性氣體,得到脫酸生物裂解體;
(9)將步驟(8)所得的脫酸生物裂解體進(jìn)行干燥處理,除去水蒸氣,得到成品生物裂解氣;
(10)將步驟(9)所得成品生物裂解氣冷卻至50℃,進(jìn)一步加工成液化燃?xì)狻?/p>
所述能源草為大米草。
步驟(6)所述閃速熱裂解工藝參數(shù):升溫速度850℃/s,反應(yīng)溫度600℃,原料滯留時(shí)間1.2s。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例,凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾,皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。