Способ получения синтез-газа из древесины

Способ получения синтез-газа из древесины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ F СКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s С 10 J 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Q, 1 (!

1 (21) 4909109/04 (22) 11.02.91 (46) 07.10.92. Бюл, М 37 (71) Институт физико-органической химии

АН БССР (72) Ю,Г.Егиазаров, Е.А,Таборисская и

А.М, Шевчик (56) L.Ê.Mudge и др, Transactions of the

ASME. — Journal of Яо(аг Energy lngen. 1985, 107, 88-92.

Изобретение относится к способу получения синтез-газа из углеродсодержащего материала, в частности из древесных опилок (отхода производства), и может быть использовано в химической, энергетической и металлургической отраслях промышленности, Известен способ получения синтез-газа для производства метанола путем каталитической газификации древесных опилок, которые подаются в слой твердых частиц, таких как песок, активированных А! Од и

NiAlzOs при температуре 700-900 С в присутствии водяного пара, При использовании катализатора NiAlzOz степень газификации составляет при 850 С 95%, состав газа, об.

% . Н2 56; СО 24; СО2 17,8; СН4 2,2, Известен способ получения синтез-газа для производства метанола каталитической газификацией древесины водяным паром.

Наилучшим катализатором является 20%

NiO/AI20z. В его присутствии при 700 С выход газа составил 87%, состав, об. %, Н2

55,74; СО 30,96; СО2 10,5; СН4 2,8; CgH4 следы.

Известен способ полученля синтез-газа взаимодействиемдревесных опилок и щепы (19>.ъ, Ы. <и> 1 76б947 А 1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА

ИЗ ДРЕВЕСИНЫ (57) Сущность изобретения: осуществляют п ропитку древесины азотнокислым никелем до содержания никеля в древесине 0,251,0% Затем сушат и газифицируют водяным паром при 580 — 600 С, 1 табл. с водяным паром в реакторе с неподвижным слоем катализатора Ni/êåðàìêêa. 3 результате газификации при температуре 750 С и атмосферном давлении газообразование составило 93%, состав газа, об. %: Н2 53,0;

СО2 21,3; СН4 5,5; СО 19,7.

Недостатки указанных способов — высокая температура каталитической газификации, относительно невысокое содержание водорода в полученном газе и дезактивация катализатора в процессб работы в результате теплового спекания никеля.

Наиболее близким к изобретению является способ получения синтез-газа для производства метанола пу ем кзталитической газификации опилок и щепы сосны, тополя с водяным паром, в соответствии с которым активный компонент — карбонат калия наносится непосредственно на внутреннюю поверхность древесины, Импрегнирование древесины включает растворение активного компонента в воде, намачивание древесины раствором и последующую сушку. При нанесении на древесину таким образом 17% К2СОЗ и температуре паровой газификации 750 С конверсия древесины составляет 90%, Об1766947 разующийся при этом газ содержит, об, :

Н2 52,4; СО 21,4; СНп 4,4; СОо 21,8, Недостатки указанного способа — большие энергозатраты на процесс газификации (оптимальная температура 750 С), невысокая степень конверсии древесины и недостаточно высокое содержание водорода в продуктах реакции..

Цель изобретейия — повышение выхода синтез-raYa и содержания в нем водорода при одновременйом"снижении температуры и роцесса.

Цель достигается тем, что в способе получения синтез-газа из древесины, включающем пропитку древесины раствором каталитически активного вещества, сушку и газификацию водяным паром при повышенной температуре, древесину пропитывают раствором азотнокислого никеля до содержания никеля в древесине 0,25 — 1,00 мас. и газификацию проводят при 580 — 600 С, Новизна предлагаемого способа заключается в том, что в качестве каталитически активного вещества используют азотнокислый никель, В способе по прототипу в качестве каталитически активного вещества используется карбонат калия.

Способ паровой газификации древесины, в котором с целью повышения выхода синтез-газа, обогащенного водородом, древесина предварительно пропитывается раствором азотнокислого никеля до содержания никеля в древесине 0,251,00 мас., в патентной и научно-технической литературе не описан. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого способа критерию существенных отличий.

Положительный эффект предлагаемого способа достигается за счет использования в качестве каталитически активного вещест-ва для пропитки древесины азотнокислого никеля, Это позволяет повысить степень конверсии древесины на 4 1 — 7,8 мас. u увеличить содержание в синтез-газе водорода на 3,7 — 7,8 мас. при одновременном снижении температуры процесса до 580600 С.

Увеличение степени конверсии древесины и выхода водорода наряду со значительным снижением температуры позволяет интенсифицировать процесс газификации древесины и существенно сократить затраты энергии, что имеет важное значение для повышения технико-экономических показателей процесса.

Процесс газификации древесины проводят в двухсекционном вертикальном кварцевом реакторе, Секции разделены перегородкой из легкопроницаемого шамота.

В верхнюю секцию, непосредственно выпал ня ющую фун кции газ ифи като ра, загружают подготовленную древесину, Нижняя секция выполняет функции парообразователя. Секции снабжены индивидуальными системами электрообогрева, Продукты газификации вместе с парами воды проходят через холодильник в сепаратор, в котором происходит отделение газообразных продуктов от сконденсированной воды. В сепараторе и парообразователе, соединенных между собой трубкой, в процессе работы сохраняется постоянный уровень воды, которая циркулирует по замкнутому контуру: парообразователь— газификатор — холодильник — сепаратор— парообразователь.

Навеска древесных опилок (размер частиц 0,5 — 2,0 мм) пропитывается (no влагоемкости) раствором азотнокислого никеля требуемой концентрации, обеспечивающим содержание никеля в интервале 0,25—

1,0 мас, . После этого опилки сушат (150 С, 1 — 2 ч).

Затем определенную навеску опилок (15 г) с нанесенным активным компонентов загружают в реактор и проводят газификацию при 580 — 600 С, Расход водяного пара через газификатор составляет 150-180 г/ч (10 — 12 г/г древесных опилок в 1 ч).

Продукты реакции анализируют газохроматографически.

По окончании каждого опыта образовавшийся остаток взвешивают для подведения материального баланса.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1, 15 r древесных опилок (размер частиц 0,5-2,0 мм) пропитывают

70 мл раствора (по влагоемкости), содержащий 0,186 г шестиводного азотнокислого никеля. Затем опилки сушат при 150 С в течение 2 ч. Содержание никеля в опилках составляет 0,25, Паровую газификацию проводят при 600 С. Конверсия составляет

94,4 мас. o остаток 5,6 мас. o .

Пример ы 2 — 11. Аналогичны примеру

1, за исключением того, что древесные опилки пропитывают раствором, содержащим разные количества азотнокислого никеля, а паровую конверсию проводят при 560620 С.

Пример 12. Остатки, полученные в примерах 1-11, объединяют и обрабатывают 100 мл 5 -ного раствора НМОз (плотность 1,026) при нагревании (60-70 С, 1 ч).

Затем нерастворимую часть отфильтровывают, а фильтрат упаривают на водяной бане, Выход азотнокислого никеля составляет 89 5 мас. от содержания его в ос1766947

Условна способа по примерам и состав газа паровой конверсии древесных опилок

Содержание ни колл в опилках

Пример

Температура розой гаэиф ции, С

1 г

4

6

8

1l

0,25

0,50

1,00

0,15

1,20

1,00

1,00

0,25

0,25

1,00

0,25

1.00

600

Прототип 17 КзСОз в древесине

750 татках. 15 r древесных опилок пропитывают

70 мл раствора, содержащего 0,735 г регенерированного, как описано выше, азотнокислого никеля. Содержание никеля в опилках составляет 1,0 мас. о . Паровую газификацию проводят при 600 С. Конверсия древесной массы составляет 97,3 мас., остаток 2,7 мас. 0 .

В таблице приведены данные по условиям газификации и составу продуктов, полученных по предлагаемому способу и и рототипу.

Как видно из приведенных результатов, при пропитке древесных опилок раствором азотнокислого никеля оптимальным содержанием металла является 0,25 — 1,0 мас. . В этом случае при температурах паровой газификации 580 — 600 С газообразование составляет 94,4 — 97,8, содержание водорода в газе изменяется от 56,1 до 60,2 об. (примеры 1-3, 6 — 8, 12). Снижение содержания никеля в древесных опилках ниже

0,25% уменьшает существенно газообразование и выход водорода (пример 4), а повышение содержания никеля выше

1,0% не оказывает практического влияния на показателя процесса газификации(пример 5).

Снижение температуры процесса ниже

580 С (примеры 7 и 9) приводит к уменьшению конверсии древесины и содержания водорода в газе по сравнению с прототипом, Повышение температуры газификации выше 600 С (примеры 10 и 11) не оказывают существенного влияния на основные показатели процесса газификации.

Следовательно, предварительная пропитка измельченной древесины раствором азотнокислого никеля до содержания никеля в древесине 0,25 — 1,0 мас. « позволяет проводить процесс паровой газификации при более низких температурах (на 150-170 С), повысить конверсию на 4,1 — 7,8 мас. o и содержание водорода в синтез-газе на 3,7-7,8 мас. по сравнению с прототипом.

Необходимое количество активного компонента, катализирующего процесс па5 ровой газификации, снижается при переходе от к СОз (и рототип) к й1(и Оз)г (предлагаемый способ) в 3 — 6 раз.

При этом следует учитывать возможность извлечения никеля с высоким выхо10 дом из образующегося остатка путем обработки последнего разбавленной азотной кислогой. Образующийся азотнокислый никель используется для пропитки последующей загрузки измельченной дре15 весины (пример 12). Таким образом, азотнокислый никель может использоваться многократно.

Диоксид азота, выделяющийся при прокаливании древесины, пропитанной раство20 ром азотнокислого никеля, можно улавливать известными способами водой, получать разбавленную азотную кислоту и направлять ее на извлечение никеля из образующейся в результате газификации дре25 весины золы.

Следовательно, изобретение наряду с интенсификацией процесса паровой газификации древесины обеспечивает реализацию безотходной технологии.

Формула изобретения

Способ получения синтез-газа из древесины, включающий пропитку древесины раствором каталитически активного веще35 ства, сушку и газификацию водяным паром, о т л и ч а ю ш, и и с я тем, что, с целью повышения выхода снитез-газа и содержания в нем водорода при одновременном снижении температуры процесса, в качест40 ве каталитически активного вещества используют азотнокислый никель, пропитку осуществляют до содержания никеля в древесине 0,25 — 1,0 мас. и газификацию проводят при 580-600 С.