農(nóng)作物制甲醇

農(nóng)作物制甲醇摘要：響應(yīng)國家“節(jié)能減排"和“低碳經(jīng)濟”的號召,促進資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和諧社會的建成,開發(fā)利用可再生能源有著重大意義。生物質(zhì)能源與煤炭、石油、天然氣等能源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性組分相類似，以采用相同或相近的技術(shù)進行處理和利用。其中，氣化技術(shù)以其污染少、利用效率高的優(yōu)勢越來越受到重視。由生物質(zhì)氣化合成甲醇包括以下主要過程:生物質(zhì)預(yù)處理、熱解氣化、氣體凈化、氣體重整、H2/CO比例調(diào)節(jié),甲醇合成及分離提純等。我國作為農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)作物稻稈資源非常豐富。其中植物秸稈的高品位資源化利用是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。關(guān)鍵詞：生物質(zhì)能源甲醇物質(zhì)氣化技術(shù)我國的能源生產(chǎn)及消費呈現(xiàn)出“富煤、缺油、少氣”,以及“新型能源短缺的結(jié)構(gòu)特征。顯然,這種以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu),對環(huán)境的影響較大。為響應(yīng)國家“節(jié)能減排"和“低碳經(jīng)濟”的號召,促進資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和諧社會的建成,開發(fā)利用可再生能大,環(huán)境污染低,具有可再生性,是人與自然和諧發(fā)展的重要能源之一。其中,生物質(zhì)能以可再生和碳平衡等獨特的優(yōu)點引起了世界各國的關(guān)注。作為研究對象的生物質(zhì),通常是指農(nóng)業(yè)和林業(yè)廢棄物,如稻稈、稻殼、花生殼、動物類便等。生物質(zhì)能源與煤炭、石油、天然氣等能源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性組分相類似，以采用相同或相近的技術(shù)進行處理和利用。國內(nèi)外主要的利用技術(shù)有直接燃燒技術(shù)、生物轉(zhuǎn)換技術(shù)、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，其中熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)包括熱解干餾技術(shù)、氣化技術(shù)、熱解制生物油技術(shù)。熱解干餾技術(shù)是生物質(zhì)在缺氧或無氧的條件下制得生物質(zhì)炭和燃氣，同時熱解出焦油；生物質(zhì)氣化技術(shù)是用化工氣化的方法制得氣化氣體，作為生活煤氣發(fā)電和化工合成原料氣；熱解制生物油技術(shù)是通過熱解的方法制得液體油品燃料，然而技術(shù)復(fù)雜，成本太高。3種熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)中，生物質(zhì)氣化技術(shù)以其污染少、利用效率高的優(yōu)勢越來越受到重視。由生物質(zhì)氣化合成甲醇包括以下主要過程:生物質(zhì)預(yù)處理、熱解氣化、氣體凈化、我國作為農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)作物稻稈資源非常豐富。據(jù)統(tǒng)計,我國現(xiàn)有的稻稈除了用作畜牧飼料、還田肥料、工業(yè)原料和生活燃料外,還有很大一部分成了真正的廢棄物。這些廢棄物大部分在田間被直接焚燒,不僅釋放的大量氣體嚴重污染環(huán)境,殺滅土壤微生物,還造成了生物質(zhì)能源的極大浪費。如能使之合理利用,則可以變廢為寶,增加農(nóng)民收入,改善環(huán)境,緩解能源壓力,實現(xiàn)農(nóng)村經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展以及人與自然的和諧。我國植物秸稈的利用呈現(xiàn)多元化發(fā)展,其中植物秸稈的高品位資源化利用是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。本文主要介紹如何利用生物質(zhì)氣化技術(shù)將植物秸稈制成甲醇。從生物質(zhì)氣化系統(tǒng)可看1)利用氧氣/水蒸氣為氣化介質(zhì),采用加壓流化床氣化爐將生物質(zhì)氣化,氣化后合成氣經(jīng)過凈化,CO變換,CO/H2的比例調(diào)整,CO2和H2S的脫除等過程,然后經(jīng)甲醇合成反應(yīng)器合成甲2)生物質(zhì)在加氫氣化爐中反應(yīng),產(chǎn)生富甲烷氣,氣化爐出來的氣體在重整反應(yīng)器中經(jīng)水蒸氣變換過程形成CO和H2,作為合成甲醇的原料氣。3)氣化后的氣體,不經(jīng)過水蒸氣變換過程而直接進入甲醇合成反應(yīng)器,即所謂的“一步法”合成,未反應(yīng)的氣體進行聯(lián)合循環(huán)發(fā)電.雖然甲醇產(chǎn)量較低,但燃氣和熱電同時產(chǎn)生,系統(tǒng)效率得到提高。具體的操作過程中需要注意以下幾點：高壓有利于碳氫化合物氣體的產(chǎn)生,似乎對合成氣生產(chǎn)不利.但后續(xù)的甲醇合成過程是在高壓下進行的.這就面臨著兩種選擇:1)氣化爐常壓操作,合成氣在后續(xù)過程中壓縮至合成反應(yīng)所需壓力;2)氣化爐在高壓下操作,滿足合成氣所需的壓力.從有關(guān)文獻中可知,國外的生物質(zhì)氣化系統(tǒng)多數(shù)選用了加壓氣化爐.如果常壓氣化爐可將低投資和高效率有利結(jié)合,從系統(tǒng)運行來講,也可以具有一定優(yōu)勢.所以,操作壓力的選擇不是獨立的,取決于整個系統(tǒng)的二、提高氣化溫度溫度是影響氣體產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素。溫下操作可以產(chǎn)生富CO、CO和H的氣體,焦油22和碳氫化合物含量低。據(jù)經(jīng)驗,用空氣或氧氣為氣化介質(zhì),氣流床氣化爐的操作溫度可達1200℃或以上,而且產(chǎn)生的氣體中含有極少的焦油和可凝性氣體。而這種爐型還沒有應(yīng)用于生物質(zhì)的成功經(jīng)驗?；矚饣癄t的典型操作溫度在800℃~850℃,高于一般的固定床氣化爐。而且流化床氣化爐具有適于放大、原料適應(yīng)性廣和易于控制等多項優(yōu)點。目前,大型化的示范和商業(yè)化運行生物質(zhì)氣化站都采用了流化床和循環(huán)流化床技術(shù)。氣化爐溫度越高,甲烷等碳氫化合物越少.而且這些產(chǎn)物經(jīng)二次反應(yīng)轉(zhuǎn)換成CO和H以及重整反應(yīng)的速度也2快。如果溫度低于800℃,停留時間再長,也會存在大量的CH4.三、水蒸氣/氧氣作為氣化介質(zhì)空氣氣化由于氮氣的稀釋作用,產(chǎn)生低熱值氣體,只適用于供熱和發(fā)電.生產(chǎn)合成氣最好采用氧氣/水蒸氣為介質(zhì),以便產(chǎn)生含惰性氣體少的氣體,供進一步的化學(xué)合成.使用氧氣為介質(zhì),氣化區(qū)溫度可以提高,高溫環(huán)境為水蒸氣的加入創(chuàng)造了條件.根據(jù)反應(yīng)HO+C=H+CO,水22蒸氣和碳反應(yīng)產(chǎn)生H和CO,根據(jù)反應(yīng)CnHm+2nHO=nCO+(m/2+n)H,并采用特定的催化劑,碳氫222化合物可轉(zhuǎn)變?yōu)镠和CO.氣化過程產(chǎn)生的氣體中富含H和CO,可以降低后續(xù)重整和調(diào)節(jié)過程22的負荷.四、凈化和重整及氣體比例調(diào)節(jié)氣化后的原料氣中包含焦油、灰和堿性化合物及鹵素等.這些雜質(zhì)會污染催化劑,腐蝕氣體透平.BGMSS的工業(yè)可能性主要決定于氣體凈化技術(shù),以便分離這些雜質(zhì),使原料氣滿足后續(xù)設(shè)備的要求.原料氣中含有大量的甲烷和其他輕碳氫化合物,通過重整過程可以優(yōu)化CO和H2產(chǎn)量,水蒸氣重整和自熱重整是可供選擇的兩種技術(shù)路線;另外,氣化爐產(chǎn)生的原料氣中H2/CO低,可通過水氣變換(WGS)反應(yīng)調(diào)節(jié).如果H2,CO和CO2的化學(xué)當量比仍不適合甲醇生產(chǎn),水氣變換可以結(jié)合CO2脫除過程.五、甲醇合成原料氣經(jīng)凈化調(diào)整后進入甲醇合成單元.傳統(tǒng)的氣相甲醇合成工藝采用固定床,甲醇由H2/CO/CO2通過Cu/Zn/Al催化劑產(chǎn)生.1970年后,占統(tǒng)治地位的主要是ICI和Lurgi工藝.為避免過熱,氣相反應(yīng)器入口的CO限制為16%左右,從而限制了單程轉(zhuǎn)化率.合成反應(yīng)是體積減少的放熱反應(yīng),適合高壓和低溫.生產(chǎn)過程中釋放的熱需要移去,以維持催化劑壽命和反應(yīng)速率.傳統(tǒng)的合成工藝中,由于單程轉(zhuǎn)化率低,需要將未反應(yīng)的出塔氣體反復(fù)循環(huán)以提高產(chǎn)率,因此能耗大,工藝復(fù)雜,成本高.近年來,漿態(tài)反應(yīng)器技術(shù)的發(fā)展使得合成氣單程轉(zhuǎn)化率大大提高,出口甲醇濃度可由傳統(tǒng)氣相工藝的5%提高到15%[6],可顯著降低循環(huán)比,并可以高(中)壓蒸汽形式回收反應(yīng)熱,能量利用率高,控溫有效,投資比相同容量的氣相甲醇合成少5%~23%。工藝的特點是可使用較寬H2/(CO+CO2)比的原料氣.這樣,原料氣可不經(jīng)變換環(huán)節(jié)直接通過漿態(tài)床反應(yīng)器,尾氣可不再重復(fù)循環(huán),而是送到燃氣輪機或鍋爐發(fā)電或供熱,這就為采用“一步法”合成甲醇的多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)創(chuàng)造了條件.六、選用現(xiàn)代氣化技術(shù)近年來,一些新的氣化技術(shù)得到發(fā)展.比如催化氣化技術(shù),利用催化劑的作用可將碳氫化合物氣體轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣蓺獠⒄{(diào)整至適合后續(xù)合成過程的氣體比例.但這方面的研究仍限于實驗室規(guī)模,在美國、意大利和西班牙等國研究較多.等離子體氣化技術(shù)不同于傳統(tǒng)的氣化過程,由等離子體提供的高溫和高能量環(huán)境可以極大地提高反應(yīng)速度,徹底消除焦油和碳氫化合物,從而提高了氣體質(zhì)量,使氣體更適合于合成氣的需要.生物質(zhì)的揮發(fā)分高,含氧高,非常有利于快速熱解產(chǎn)生化學(xué)合成氣(CO+H2).這樣后續(xù)的氣體凈化和重整過程得到簡化,整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率也大大提高.現(xiàn)在這方面的研究很少有報道,但在不久的將來會得到廣泛的應(yīng)用.對