《生物質氣化爐催化劑及生產方法》是許慶華於2005年2月25日申請的專利，該專利的申請號為2005100378340，公布號為CN1686606，申請公布日為2005年10月26日，發明人是許慶華。
《生物質氣化爐催化劑及生產方法》其技術方案的要點是，生物質氣化爐催化劑由凹凸棒石粘土、高鋁礬土、氧化鐵、氧化鎂、氧化鈣和無煙煤組成，經配料、攪拌、磨粉、造粒、烘乾、篩分檢測和包裝為成品。用於各種生物質氣化爐或煤氣爐中的熱裂解除焦，也可以單獨使用，在淨化系統中，建立一個獨立的焦油催化器。該發明的生物質氣化爐催化劑，焦油裂解率在75％以上，氣化率提高了15％，燃氣熱值提高了20％，還能起到過濾未裂解焦油和鹼金屬的作用，提高熱交換效率。使用後的催化劑，可以重複再生，生產成本低廉、使用方便，不會造成環境污染。
2007年，《生物質氣化爐催化劑及生產方法》獲得第五屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：生物質氣化爐催化劑及生產方法
- 公布號：CN1686606
- 公布日：2005年10月26日
- 申請號：2005100378340
- 申請日：2005年2月25日
- 申請人：許慶華
- 地址：江蘇省淮安市盱眙縣盱城鎮沙崗村石橋路5－1號
- 發明人：許慶華
- 分類號：B01J20/12、B01J20/20、C10K1/32
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
20世紀80年代初，中國就開始對生物質熱分解氣化技術進行了研究，研製出多種形式的氣化爐。生物質是一種可再生能源，儲量非常豐富，作為替代能源利用，可實現CO2零的排放，且其中的S、N含量低，減輕溫室效應和環境污染。
2005年2月前，中國國內生物質氣化技術存在的主要問題是燃氣熱值較低，氣化過程產生的焦油較多，造成燃氣淨化困難，影響氣化爐的正常工作。燃氣淨化系統通常採取簡單的水洗處理，不僅造成洗滌水的嚴重污染，而且不利於氣化系統的高效運行，並浪費能量和資源。焦油裂解是解決焦油污染問題的有效方法，只有當焦油量大幅度降低後，含焦油廢水問題才能解決。但在2005年2月前的工藝水平下，很難保證焦油能夠完全裂解，或使焦油達標排放，有的用戶為了降低成本，經常直接排放，廢水中有害物質高於環保的要求，帶來了二次污染。
中國專利授權公告號CN1098910C，授權公告日為2003年1月15日，名稱為“熱裂解除焦生物質氣化爐”，公開了“一種熱裂解除焦生物質氣化爐”，在專利檔案中闡明“在爐底上設定裂解催化反應床，……，所述催化劑是常用的熱裂解催化劑，例如顆粒狀的白雲石、氧化鐵、活性碳等。在設定催化反應床的情況下，由於催化劑的作用，其裂解反應更加充分，進一步提高了焦油裂解率、氣化率和燃氣熱值。”
上述催化劑裂解雖可裂解60％以上的焦油，但催化劑本身的顆粒度分布，值得重新設計，在專利檔案中“參見圖3，該實施例是在爐底上增設了充滿催化劑的催化反應床，（11）為顆粒狀催化劑，顆粒直徑約為1～3厘米，如顆粒狀白雲石。”成品氧化鐵、活性碳的顆粒直徑將小於1～3厘米，在顆粒直徑並不相同的情況下，白雲石、氧化鐵、活性碳很難分布均勻，這樣將直接影響到催化劑的實際催化效果，活性碳的價格比較高，不僅加大了氣化的成本，而且使用也不方便。
生物質熱化學轉化利用中，都必須經過熱解階段，鹼金屬在熱解階段揮發析出，蒸汽冷凝在氣化爐和輸送燃氣管道及熱交換器表面，呈粘稠狀熔融態，不斷捕集燃氣氣體中的固體顆粒，使得顆粒聚團，導致沉積的形成和反應器腐蝕，對生物質熱轉化系統產生嚴重的影響，阻礙熱交換，降低熱交換效率，因此，有必要對鹼金屬的濃度進行控制。
發明內容
專利目的
《生物質氣化爐催化劑及生產方法》的目的是克服2005年2月前已有技術中不足之處，提供一種生產成本低廉、使用方便、焦油裂解率、氣化率和燃氣熱值都比較高的生物質氣化爐催化劑及生產方法。
凹凸棒石粘土，又名坡縷石或坡縷縞石，是一種具鏈層狀結構的含水富鎂矽酸鹽粘土礦物，凹凸棒石粘土的化學式為：Mg5（H2O）4[Si4O10]2（OH）2。
成份 | SiO2 | Al2O3 | MgO | Fe2O3 | Na2O | K2O | CaO |
含量 | 50.2-62.5 | 9.2-14.5 | 8.8-12.3 | 3.0-7.2 | 0.1-1.1 | 0.9-1.3 | 0.4-7.2 |
凹凸棒石粘土的顏色呈現白色、淺灰色、淺綠色或淺褐色。凹凸棒石粘土在含水的情況下具高的可塑性，在高溫和鹽水中穩定性良好，密度小，一般為2.05～2.30克/立方厘米，硬度2～3（莫氏硬度）。由於凹凸棒石獨特的晶體結構，使之具有許多特殊的物化及工藝性能，主要物化性能和工藝性能有：陽離子可交換性、吸水性、粘結性和吸附脫色性，大的比表面積等。凹凸棒石粘土中的氧化鎂含量接近白雲石中的氧化鎂含量，而Fe2O3的含量卻大於白雲石中Fe2O3的含量，凹凸棒石粘土在該發明中主要性能是起到粘結、吸附和催化作用；高鋁礬土中Al2O3≥75％，經高溫活化後是很好的催化劑，加之凹凸棒石粘土的作用，能共同吸附大量的鹼金屬；氧化鐵是良好的氧化反應，氧化鐵與其它氧化物共同燒結後，可進一步提高它的活性，加大催化劑性能；氧化鎂和氧化鈣在氣化過程中，可加強整體催化效果，促進焦油裂解和半焦氣化，同時，氧化鈣也是一種比較好的脫硫劑；無煙煤在缺氧條件下燃燒，其部分生成活性碳，共同參預催化和吸附作用。
技術方案
該發明通過下述技術方案予以實現：
1、配料（重量百分比）：凹凸棒石粘土10％～50％、氧化鐵5％～45％、高鋁礬土5％～25％、氧化鎂5％～20％、氧化鈣5％～15％和無煙煤2％～10％。
2、攪拌：上述配料經攪拌機攪拌均勻後輸入磨機中磨粉。
3、磨粉：磨粉細度≤0.074毫米。
4、造粒：用圓盤造粒機和糖衣機進行造粒，顆粒度控制在Φ4.5～Φ10毫米。
5、烘乾：烘乾溫度控制在500～750℃，顆粒含水分≤1％。
6、篩分檢測：成品顆粒度控制在Φ4.0～Φ10毫米，要求催化劑的顆粒強度高、耐磨擦、不脫粉，耐水和焦油的侵蝕，在含有80％焦油的焦油廢水中浸泡不應產生崩解，取30粒催化劑進行顆粒強度測試，平均值應≥45牛頓/粒。
7、包裝：合格產品用內塑外編密封包裝。
8、使用方法：
（1）用於各種生物質氣化爐或煤氣爐中的熱裂解除焦，可以將該催化劑加在爐口燃氣迂迴通道內，或將該催化劑加在爐排下部的迂迴通道內。由於催化劑增加了燃氣氣流的阻力，燃氣氣流在通過催化劑時，能產生催化裂解和吸附的作用，同時也延緩了燃氣氣流在爐內的停留時間，促使燃氣氣流能在高溫的環境條件下進一步產生熱裂解反應，以加速燃氣氣流中的焦油被裂解。
（2）用於獨立的焦油催化器，設計一個焦油催化器，內裝入該催化劑，當氣化爐或煤氣爐輸出的燃氣氣流通過催化劑時，燃氣氣流中的焦油被裂解，被裂解後的焦油分解為可以燃燒的氣體，被輸送到燃燒室，未能裂解後的焦油，則被迷宮式的眾多顆粒催化劑所阻擋，加之重力的作用，未能裂解後的焦油滴在焦油室內，通過U型管加以收集，起到過濾未裂解焦油的作用；燃氣氣流中的鹼金屬，在通過顆粒催化劑時，將被顆粒催化劑吸附和過濾，以減少燃氣氣流中的鹼金屬，提高熱交換效率。
經過多次實驗，當生物質氣化爐使用該催化劑後，燃氣氣流中的焦油明顯減少，焦油裂解率在75％以上，氣化率提高了15％，燃氣熱值提高了20％。
該發明的生物質氣化爐催化劑，用於各種生物質氣化爐中的熱裂解除焦，也可以單獨使用，在氣化爐的淨化系統中，建立一個獨立的焦油催化器。
改善效果
《生物質氣化爐催化劑及生產方法》的生物質氣化爐催化劑可以進一步提高焦油裂解率、氣化率和燃氣熱值，還能起到過濾未裂解焦油的作用，使用後的催化劑，可以重複再生，生產成本低廉、使用方便，未裂解的焦油，可以加以收集，經過處理後，創造新的經濟價值，因此也不會造成環境污染。
權利要求
一種生物質氣化爐催化劑，其特徵在於，生物質氣化爐催化劑的配料組成以重量百分比計為：凹凸棒石粘土10％～50％、氧化鐵5％～45％、高鋁礬土5％～25％、氧化鎂5％～20％、氧化鈣5％～15％和無煙煤2％～10％，經配料經攪拌機攪拌均勻後輸入磨機中磨粉，磨粉細度≤0.074毫米，用圓盤造粒機和糖衣機進行造粒，顆粒度控制在Φ4.5～Φ10毫米，烘乾溫度控制在500～750℃，顆粒含水分≤1％。
實施方式
下面結合實施例對《生物質氣化爐催化劑及生產方法》作進一步的描述：
1、配料（重量百分比）：凹凸棒石粘土30％、氧化鐵25％、高鋁礬土15％、氧化鎂12％、氧化鈣10％和無煙煤8％。
2、攪拌：上述配料經攪拌機攪拌均勻後輸入磨機中磨粉。
3、磨粉：磨粉細度≤0.074毫米。
4、造粒：用圓盤造粒機和糖衣機進行造粒，顆粒度控制在Φ6.5～Φ7.5毫米。
5、烘乾：烘乾溫度控制在650℃，顆粒含水分≤1％。
6、篩分：成品顆粒度控制在Φ6.0～Φ7.0毫米。
7、包裝：用內塑外編密封包裝。
榮譽表彰
2007年，《生物質氣化爐催化劑及生產方法》獲得第五屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
