[發明專利]一種生物質微波熱解氣化反應裝置

在審

• 申請號: 201410563749.7
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN105586095A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 王鑫;張慶軍;劉繼華;張忠清
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
• 主分類號: C10J3/60
• 分類號: C10J3/60;C10J3/84
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種生物質微波熱解氣化反應裝置。

背景技術

在生物質能源眾多利用技術中，生物質氣化技術由于原料要求低、氣化產物利用率高且污染少，所得氣體產品可直接作為燃料，也可用作化工原料，是生物質能利用技術的主要方法之一。目前生物質氣化技術按照采用的氣化介質分為空氣氣化、富氧氣化、空氣-水蒸氣氣化和水蒸氣氣化四種方法，使用的反應器包括固定床（上吸式和下吸式）、鼓泡床、流化床、外/內循環流化床、噴動床、氣流床等。相比于煤氣化，生物質氣化技術尚有一些核心技術沒有解決：首先是氣化產物H/C摩爾比偏低（H₂/CO<1.5），還達不到合成氣的要求；其次氣化效率偏低，而且大量氣化介質的使用，燃氣被稀釋，熱值降低（<10MJ/m³）；再次，缺乏適宜的焦油脫除方法，雖然在氣化過程中通入空氣/氧氣等氧化介質發生燃燒反應雖然能解決焦油脫除的問題，但焦油更多被轉化成CO₂，實際上碳有效轉化率降低。究其原因，這種傳統的由外向內的熱傳導作用機制導致了熱解反應的不可控。一般認為，較大顆粒（毫米級）的熱解反應不由可控的化學效應主導，而是以熱的傳導使生物質發生多次裂解，而生物質組成的差異性更是加劇了熱解反應產物組成復雜多變。

微波加熱是一種截然不同的方式，它不需要外部熱源，也不是由表及里的熱傳導，而是向被加熱物料內部輻射微波電磁場，推動其偶極子運動，使其相互碰撞、摩擦而生熱。微波加熱是在不同深度同時產生熱，這種“體加熱”，不僅使加熱更快速，而且更均勻，大大改善了加熱的質量。與傳統的熱裂解相比，微波裂解產生的氣體組成具有獨特的優勢，可以概括為以下幾點：1)產氣為富氫氣體；2)生成的產品中H₂/CO的比例較高；3)氣體組分中稠環烴的含量很少；4)低灰分。

CN201210401809.6公開了一種微波場下生物質與焦炭熱解氣化的方法，熱解氣化率大于80%，氣體產物中氫氣含量可達到70%，但使用簡單的水冷系統并沒不能完全脫除焦油，而且以氯化鋅作為催化劑存在回收循環使用的問題。

CN201110148095.8公開了一種微波氣流床兩段式生物質氣化工藝，先利用微波炭化生物質，然后將熱解氣和炭化生物質送入氣流床氣化，降低了合成氣中焦油的含量，提高了氣化效率和碳的轉化率。CN201110449413.4公開了一種微波等離子生物質氣化工藝，合成氣含量高達85%，且合成氣中無焦油、酚類物質。但上述兩種方法采用的氣流床溫度高達1100℃，最高接近2000℃，不僅能耗較高，而且設備要求較高。

CN201010246886.X公開了一種生物質氣化制取低焦油含量可燃氣的方法，生物質經過流化床氣化得到氣體產物和生物焦，然后生物焦進入微波場加熱活化，氣體產物再通過經過處理的生物質焦層，催化裂解其中的焦油，氣體中焦油含量從17.3g/m³降低8mg/m³。但該法使用流化床氣化，氣體流速較快，通過炭層容易攜帶大量顆粒物，需要后續的脫灰除雜處理。

發明內容

針對現有技術不足，本發明提供了一種生物質微波熱解氣化反應裝置，該裝置生物質氣化率高，碳轉化率高，得到合成氣產品品質高，能夠滿足合成液體燃料的要求，具有良好應用前景。

本發明的生物質微波熱解氣化反應裝置，包括料倉、微波熱解反應器、排灰罐、旋風分離器和氣體提升管；料倉一側連接螺旋加料器，另一側設置氣體出口，料倉下部出口通過星型閥門與微波熱解反應器頂部連接；微波熱解反應器一側器壁中部設置氣體出口，微波熱解反應器底部與排灰罐通過爐篦相隔，微波熱解反應器底部一側連接螺旋排渣器；旋風分離器內嵌于排灰罐中，上部與氣體提升管進口端相連，底端連接星型閥門；氣體提升管居于反應裝置的中軸線上，氣體提升管出口端與料倉通過氣體分布板相隔。

本發明中，微波熱解反應器在器壁設置一定數量的微波石英窗口，每個窗口對應一個微波發生器，單個微波發生器的功率為500~2000W，根據反應器的容積等情況設置具體的窗口數量，一般設置4~16個，保證反應器內的功率密度在0.1×10⁵~10×10⁵W/m³。