[發明專利]一種生物質氣化焦油的爐外微波催化裂解的方法及其裝置

有效

• 申請號: 201611191943.2
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106586956B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 陳冠益;李健;顏蓓蓓;程占軍;馬文超;王曉華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B3/22
• 分類號: C01B3/22;C01B3/26;C10C1/20;B01J8/02;B01J23/755
• 代理公司: 11021 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 吳夢圓

本發明涉及一種生物質氣化焦油的爐外微波催化裂解的方法及其裝置；采用微波加熱技術，在裂解裝置中設置微波反應爐，微波反應爐內搭建石英反應器和催化床，將生物質焦油通入裂解裝置，液態的焦油先在混合蒸發室內蒸發為氣體狀態，再隨載氣進入石英反應器；開啟微波并調節功率，使焦油分子通過由微波加熱至高溫的催化床，選用生物質焦作為雙效催化劑，進行裂解反應變為了小分子產物；反應過后，產物隨載氣導出反應器，通過過濾裝置后進入冷凝器冷凝，收集液體產物；剩余氣體產物由氣體收集裝置收集。本發明節電量35％～50％，操作簡單，更便于實際應用。

技術領域

本發明屬于生物質氣化焦油處理領域，具體包括適用型微波裝置的設計加工、雙效催化劑的制備、焦油微波催化裂解最優化工藝的設計。提出一種結合微波加熱技術以及適用微波條件的催化劑制備技術的高效焦油裂解工藝，可用于實際生物質氣化的爐外焦油脫除，并產生可利用的高熱值合成氣。

背景技術

近年來，生物質資源作為一種相對穩定的可再生能源已經得到世界各國的重視，生物質氣化技術是開發生物質能源的一個重要的方向，由生物質氣化技術得到的產物可以用來直接供熱或者制備合成氣。但是在氣化過程中產生的焦油對氣化設備以及燃氣利用設備都有嚴重的危害。因此，研究焦油的高效穩定去除工藝是生物質氣化技術得以推廣的關鍵。

生物質焦油的去除技術，依據處理位置的不同分為爐內技術和爐外技術。通常認為，爐內技術可以在一定程度上減少焦油的產生量，而要想完全去除焦油，必須采用合適的爐外技術。焦油的爐外處理工藝包括物理吸附、熱裂解、等離子體熱解和催化裂解等。在這些技術中，催化裂解技術以其較快的反應速率、較高的去除效率和穩定性、以及對產物氣體優秀的提質作用而得到廣泛認可。但傳統焦油裂解催化劑，存在著價格偏高、容易失活等問題，如何較長時間保持催化劑活性、降低反應能耗成為行業研究的重點。

在微波場中進行的催化反應會表現出一些獨特的優點，如反應速率加快、反應需要的溫度降低、反應物轉化率和產物選擇性得到改善等。相比較于傳統加熱技術的由表及里的傳熱方式，微波加熱可以快速的滲透入物料內部，迅速達到整體加熱的效果。但并不是所有的物料都可以在微波條件下有效升溫，物料的吸波能力取決于其自身的介電常數，介電常數越高的物料，吸波能力越強，越容易將微波能量轉化為熱量。因此，要將微波加熱技術應用于焦油的催化裂解中，制備具有較強吸波能力的和催化能力的雙效催化劑成為重中之重。

本發明針對以上問題，結合了微波高效加熱技術、微波等離子體和“熱點效應”對焦油催化裂解反應的促進作用，以及微波選擇性加熱機制對催化劑積碳失活現象的抑制效果，設計一種新型的微波焦油處理設備，研制生物質焦負載鎳作為雙效催化劑，對生物質氣化爐出口產氣中含有的焦油進行徹底的脫除，并且實現在相對較低能量消耗的前提下，對焦油本身富含能量的高效轉化。本發明具有設備構造簡單、效率高、成本較低、環境友好等特點，因此具備良好的市場應用價值。

發明內容

本發明的目的在于設計一套適用于處理生物質氣化焦油的爐外微波裂解裝置，通過雙效催化劑的制備和試驗條件的選擇，達到對焦油的高效轉化，并使產物氣體中氫氣選擇性更高，從而獲得更高熱值更清潔的氣化產物，為生物質能源的利用和氣化技術的推廣奠定基礎。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種生物質氣化焦油的爐外微波催化裂解方法，采用微波加熱技術，在裂解裝置中設置微波反應爐，微波反應爐內搭建石英反應器和催化床，將生物質焦油通入裂解裝置，液態的焦油先在混合蒸發室內蒸發為氣體狀態，再隨載氣進入石英反應器；開啟微波并調節功率，使焦油分子通過由微波加熱至高溫的催化床，進行裂解反應變為了小分子產物；反應過后，產物隨載氣導出反應器，通過過濾裝置后進入冷凝器冷凝，收集液體產物；剩余氣體產物由氣體收集裝置收集。