[发明专利]秸秆快速热裂解生产燃料的方法及其燃料产品

说明书

技术领域

本发明属于秸秆热裂解技术领域，更明确地说涉及秸秆快速热裂解生产 燃料的方法及其燃料产品的创新。

背景技术

生物能是指从生物质中获得的能量，是一种可再生且环境友好的能源， 其能量载体的碳元素来自大气中的CO₂，燃烧或裂解后又以CO₂形式返回到 大气，从而构成碳的生态循环链。生物能作为一种可再生能源，在能源结构 中的地位越来越重要。生物质快速热裂解技术是其关键之一。

生物质热裂解是指生物质在完全缺氧或有限氧供应条件下的热降解，最 终生成炭、可冷凝气体(生物燃油)和可燃气体(不可冷凝)的过程。生物质热 裂解是复杂的热化学反应过程，包含分子键断裂、异构化和小分子聚合等反 应。生物质的三种主要组成物常常被假设独立地进行热分解，半纤维素主要 在225～350℃分解；纤维素主要在325～375℃分解；木质素在250～500℃分 解。半纤维素和纤维素主要产生挥发性物质，而木质素主要分解成炭。

热裂解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热时成分迅速裂解成木 炭和挥发分。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物质油和不可冷凝气体。 在多孔隙生物质颗粒内部和高温气相中的挥发分还会进一步裂解，形成不可 冷凝气体和二次生物质油，进一步裂化分解，称为二次裂解反应。生物质热 解过程最终形成生物质油、不可冷凝气体和生物炭。为了得到高产率的生物 质油，需快速除去一次热解产生的气态产物，以抑制二次裂解反应的发生。

我国石油资源匮乏，石油安全问题日益突出，同时大气污染、酸雨、温 室效应等问题形势严峻，必须找出一条保障能源安全的根本途径和替代方 法。但我国又是生物质资源丰富的大国，仅农作物秸秆的产量就达到了7亿 吨/年。然而，目前的利用率仅为7％，多数秸秆就地焚烧，既造成了大气污 染又浪费了资源。

开发利用秸秆的途径很多，诸如热化学转化技术、生物化学转化技术等。 其中热裂解制油技术被认为是热化学转化技术的前沿课题，可将秸秆转化成 生物质油，所产生的气体可作燃料，固体物为高质量木炭。

生物质油是一种液体含氧含碳氢化合物的混合物，也包括酸、碱和醛酮 等含氢化合物，性能不稳定性，尤其是它的热不稳定性，限制了其应用范围。 生物质油具有高含氧量、有一定腐蚀性、黏度大、化学成分复杂、相对不稳 定等弱点。其含水率为25％时热值为17MJ/Kg，相当于汽油/柴油燃料值的 40％。

生物质快速裂解的研究始于20世纪70年代。目前存在的主要问题是快 速裂解的条件较难控制，条件控制不好，对产率影响较大；生成的生物质油 在高温下是气体，并夹带一定量的超细炭粉，当气体冷却时，超细炭粉会在 设备和管道内产生污垢或堵塞，并导致冷却得到的油品中含固体悬浮物。

国内在快速热裂解技术开发中，尚未突破规模化生产和成套设备的大 关。还没见到形成一定生产规模的企业报道。生物质快速热裂解的生物质油 和木炭产品以及生物质油、生物炭和水的新型燃料产品在国内市场中尚属空 白。由于燃料的短缺，需求这些产品的潜在客户则很多，尤其是热电厂，供 热、供暖锅炉站房等。

综上所述，目前以生物质快速热裂解生产生物质液体燃料的技术还不成 熟。因此，降低原材料和热裂解生产的成本、提高生物质燃料的产出率；改 善生物质的使用性能，开发有价值的生物质油、生物炭和水的新型燃料产品， 便成为亟待解决的重要课题。

发明内容

本发明的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种秸秆快速热裂解 生产燃料的方法及其燃料产品。它可将秸秆经快速热裂解转化并加工为生物 质油、生物炭和水的新型燃料产品，生产成本较低，生物质燃料的产出率较 高，快速热裂解方法以及生产生物质液体燃料的技术比较成熟，快速热裂解 的条件控制较好。燃料产品热值高，含硫量低，燃用时不易堵塞管路和燃烧 喷头，性能稳定，便于输运与存储。可广泛应用于热电厂及供暖锅炉站房等。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：