[发明专利]一种生物质微波热解气化反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质微波热解气化反应装置。

背景技术

在生物质能源众多利用技术中，生物质气化技术由于原料要求低、气化产物利用率高且污染少，所得气体产品可直接作为燃料，也可用作化工原料，是生物质能利用技术的主要方法之一。目前生物质气化技术按照采用的气化介质分为空气气化、富氧气化、空气-水蒸气气化和水蒸气气化四种方法，使用的反应器包括固定床（上吸式和下吸式）、鼓泡床、流化床、外/内循环流化床、喷动床、气流床等。相比于煤气化，生物质气化技术尚有一些核心技术没有解决：首先是气化产物H/C摩尔比偏低（H₂/CO<1.5），还达不到合成气的要求；其次气化效率偏低，而且大量气化介质的使用，燃气被稀释，热值降低（<10MJ/m³）；再次，缺乏适宜的焦油脱除方法，虽然在气化过程中通入空气/氧气等氧化介质发生燃烧反应虽然能解决焦油脱除的问题，但焦油更多被转化成CO₂，实际上碳有效转化率降低。究其原因，这种传统的由外向内的热传导作用机制导致了热解反应的不可控。一般认为，较大颗粒（毫米级）的热解反应不由可控的化学效应主导，而是以热的传导使生物质发生多次裂解，而生物质组成的差异性更是加剧了热解反应产物组成复杂多变。

微波加热是一种截然不同的方式，它不需要外部热源，也不是由表及里的热传导，而是向被加热物料内部辐射微波电磁场，推动其偶极子运动，使其相互碰撞、摩擦而生热。微波加热是在不同深度同时产生热，这种“体加热”，不仅使加热更快速，而且更均匀，大大改善了加热的质量。与传统的热裂解相比，微波裂解产生的气体组成具有独特的优势，可以概括为以下几点：1)产气为富氢气体；2)生成的产品中H₂/CO的比例较高；3)气体组分中稠环烃的含量很少；4)低灰分。

CN201210401809.6公开了一种微波场下生物质与焦炭热解气化的方法，热解气化率大于80%，气体产物中氢气含量可达到70%，但使用简单的水冷系统并没不能完全脱除焦油，而且以氯化锌作为催化剂存在回收循环使用的问题。

CN201110148095.8公开了一种微波气流床两段式生物质气化工艺，先利用微波炭化生物质，然后将热解气和炭化生物质送入气流床气化，降低了合成气中焦油的含量，提高了气化效率和碳的转化率。CN201110449413.4公开了一种微波等离子生物质气化工艺，合成气含量高达85%，且合成气中无焦油、酚类物质。但上述两种方法采用的气流床温度高达1100℃，最高接近2000℃，不仅能耗较高，而且设备要求较高。

CN201010246886.X公开了一种生物质气化制取低焦油含量可燃气的方法，生物质经过流化床气化得到气体产物和生物焦，然后生物焦进入微波场加热活化，气体产物再通过经过处理的生物质焦层，催化裂解其中的焦油，气体中焦油含量从17.3g/m³降低8mg/m³。但该法使用流化床气化，气体流速较快，通过炭层容易携带大量颗粒物，需要后续的脱灰除杂处理。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种生物质微波热解气化反应装置，该装置生物质气化率高，碳转化率高，得到合成气产品品质高，能够满足合成液体燃料的要求，具有良好应用前景。

本发明的生物质微波热解气化反应装置，包括料仓、微波热解反应器、排灰罐、旋风分离器和气体提升管；料仓一侧连接螺旋加料器，另一侧设置气体出口，料仓下部出口通过星型阀门与微波热解反应器顶部连接；微波热解反应器一侧器壁中部设置气体出口，微波热解反应器底部与排灰罐通过炉篦相隔，微波热解反应器底部一侧连接螺旋排渣器；旋风分离器内嵌于排灰罐中，上部与气体提升管进口端相连，底端连接星型阀门；气体提升管居于反应装置的中轴线上，气体提升管出口端与料仓通过气体分布板相隔。

本发明中，微波热解反应器在器壁设置一定数量的微波石英窗口，每个窗口对应一个微波发生器，单个微波发生器的功率为500~2000W，根据反应器的容积等情况设置具体的窗口数量，一般设置4~16个，保证反应器内的功率密度在0.1×10⁵~10×10⁵W/m³。