[发明专利]沼气发酵与快速热解耦合多联产处理木质纤维素的方法

说明书

本发明属于生物质能源资源化利用领域，具体涉及一种沼气发酵与快速热解耦合多联产处理木质纤维素的方法。本发明包括以下步骤：1)将含有木质纤维素的废弃物进行低温快速热解预处理，得到热解气A与发酵原料；2)将上述发酵原料进行外热源干发酵，得到沼气与沼渣；3)将沼渣进行低温解聚，降低沼渣中的含水量和含氧量；4)对沼渣进一步高温快速催化热解，得到热解气B、生物炭与生物油。本发明可以使生物质能资源得到充分利用，将生物转化与热化学转化方式相结合，既能规避单一转化方式带来的一些问题，同时使木质纤维素生物质原料全组分利用。

技术领域

本发明属于生物质能源资源化利用领域，具体涉及一种沼气发酵与快速热解耦合多联产处理木质纤维素的方法。

背景技术

作为农业大国，我国具有丰富的农林业废弃资源。据统计，我国每年产生农作物秸秆7亿吨左右，综合利用率为70％左右，其他30％左右的秸秆大部分被废弃，少部分被焚烧，造成烟雾污染，带来了一系列社会、经济和生态问题；另一方面，由于大量秸秆得不到合理利用，被抛弃在田边沟渠造成面源污染，致使环境卫生条件差。据统计，50％以上农村居民生活用能采用秸秆、薪柴低效燃烧的方式，不仅利用效率低，而且造成严重的室内外环境污染，危害人体健康。因此，大力开展农村能源建设，加强生物质能源的开发利用，不仅可以改善农村卫生状况和农民生活条件，而且可以增加农村可再生能源比重，减少资源浪费，有利于促进农村循环经济的发展。

目前，秸秆类原料能源化转化技术有物理转化技术、生物转化技术和热化学转化技术。单一转化方式都存在一定的缺陷，如生物转化方式虽然反应条件温和，但转化时间长，而热化学转化虽然反应迅速，但产物成分复杂，不易于分离且有可能造成二次环境污染等。同时，单一转化方式，能量回收效率低，存在资源浪费现象。

发明内容

本发明的目的是为了解决生物质能源资源化利用问题，提供了一种沼气发酵与快速热解耦合多联产处理木质纤维素的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的方案为：一种沼气发酵与快速热解耦合多联产处理木质纤维素的方法，包括木质纤维素原料综合高温干发酵系统与沼渣分级热解系统，所述木质纤维素原料综合高温干发酵系统包括低温快速热解预处理与外源加热干发酵，所述沼渣分级热解系统包括低温解聚和高温快速热解。具体步骤为：

1)将含有木质纤维素的废弃物进行低温快速热解预处理，得到热解气A与发酵原料；

2)将上述发酵原料进行外热源干发酵，得到沼气与沼渣；

3)将沼渣进行低温解聚，降低沼渣中的含水量和含氧量；

4)对沼渣进一步高温快速催化热解，得到热解气B、生物炭与生物油。

优选的，所述低温快速热解预处理的反应器为流化床快速热解反应器，热解温度为180℃～220℃，滞留时间为1s～2s，使用惰性气体作为热载气。

优选的，所述发酵原料进行外热源干发酵时固体含量为20％～30％，温度为50℃～55℃。

优选的，所述低温解聚所用设备为管式加热炉，解聚温度为200℃～250℃，滞留时间为15min-30min，使用惰性气体作为热载气。

优选的，所述高温快速催化热解的反应温度为500℃～800℃，滞留时间为0.5s～5s，反应器为生物质裂解液化系统，反应器中加入球形颗粒状分子筛HZSM-5负载金属元素复合催化剂作为定向催化剂。

其中，所述定向催化剂使用量为沼渣干重的5～30％，金属元素包括铝、铁、镍与钼，负载量为分子筛HZSM-5催化剂质量的2～15％，所述定向催化剂通过生物质裂解液化系统定向催化剂的循环利用。

优选的，所述热解气A作为外热源为干发酵过程提供加热能量。