【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種生物質(zhì)微波熱解氣化方法及系統(tǒng)
本專利技術(shù)屬于生物質(zhì)利用
，涉及一種生物質(zhì)微波熱解氣化方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
我國(guó)生物質(zhì)資源豐富但利用方式落后，能量利用效率低下，造成生物質(zhì)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。研究開(kāi)發(fā)清潔、高效的生物質(zhì)間接液化技術(shù)已成為解決當(dāng)前石油資源短缺、發(fā)展生物質(zhì)能經(jīng)濟(jì)以及減少環(huán)境污染的重要內(nèi)容之一。生物質(zhì)間接液化技術(shù)實(shí)質(zhì)上是將生物質(zhì)分解成以合成氣為主的小分子物質(zhì)，然后經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的化學(xué)轉(zhuǎn)化成為高品質(zhì)燃料及高附加值化學(xué)品。但是生物質(zhì)熱解、氣化技術(shù)的不成熟，氣化效率較低，生物質(zhì)合成氣純度以及攜帶焦油雜質(zhì)等直接制約了生物質(zhì)合成氣的化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)發(fā)展。因此，開(kāi)發(fā)新型低耗高效生物質(zhì)快速氣化制合成氣技術(shù)，從根源上系統(tǒng)研究合成氣原料高焦油、低轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)于解決生物質(zhì)能利用技術(shù)推廣中的瓶頸問(wèn)題，引領(lǐng)未來(lái)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展具有重要的作用。與傳統(tǒng)加熱方式相比，微波加熱具有穿透性強(qiáng)、選擇性加熱、易于控制和加熱清潔環(huán)保無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。利用微波加熱的特殊加熱機(jī)制，可開(kāi)發(fā)出在常規(guī)加熱條件下難以實(shí)現(xiàn)的新技術(shù)和新工藝，實(shí)現(xiàn)過(guò)程的高效、節(jié)能。微波加熱的特殊性使其熱解產(chǎn)物與傳統(tǒng)氣化技術(shù)相比有很大區(qū)別。微波熱解氣中CO和H2總含量高達(dá)62%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)熱解的25%，尤其是添加微波吸收劑效果更加明顯，最高可達(dá)94%（體積百分含量）。另外，副產(chǎn)的生物焦油幾乎沒(méi)有兩環(huán)以上的稠環(huán)芳烴；半焦比非微波熱解半焦具有更高的反應(yīng)性，非常適于用作合成氣原料。CN201210401809.6公開(kāi)了一種微波場(chǎng)下生物質(zhì)和焦炭在氯化鋅作為催化劑作用下進(jìn)行...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種生物質(zhì)微波熱解氣化方法，所述方法包括如下內(nèi)容：/n（1）生物質(zhì)原料經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入微波熱解反應(yīng)器，在含氧氣體存在下進(jìn)行氧化熱解反應(yīng)；/n（2）步驟（1）得到的熱解產(chǎn)物進(jìn)入微波裂解反應(yīng)器進(jìn)行裂解反應(yīng)，反應(yīng)后得到裂解粗合成氣和固相物料；/n（3）步驟（2）得到的固相物料進(jìn)入生物焦微波氣化反應(yīng)器，在氣化氣存在條件下進(jìn)行反應(yīng)，得到氣化粗合成氣和活性炭；/n（4）步驟（2）得到的裂解粗合成氣和步驟（3）得到的氣化粗合成氣進(jìn)入原料預(yù)熱罐對(duì)步驟（1）中的生物質(zhì)原料進(jìn)行預(yù)熱，經(jīng)過(guò)換熱后的粗合成氣進(jìn)一步進(jìn)行氣固分離；/n（5）步驟（4）中氣固分離后得到的氣相物料進(jìn)入凈化反應(yīng)器，經(jīng)過(guò)凈化反應(yīng)器內(nèi)的膜過(guò)濾器處理后得到凈化合成氣。/n
【技術(shù)特征摘要】
1.一種生物質(zhì)微波熱解氣化方法，所述方法包括如下內(nèi)容：
（1）生物質(zhì)原料經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入微波熱解反應(yīng)器，在含氧氣體存在下進(jìn)行氧化熱解反應(yīng)；
（2）步驟（1）得到的熱解產(chǎn)物進(jìn)入微波裂解反應(yīng)器進(jìn)行裂解反應(yīng)，反應(yīng)后得到裂解粗合成氣和固相物料；
（3）步驟（2）得到的固相物料進(jìn)入生物焦微波氣化反應(yīng)器，在氣化氣存在條件下進(jìn)行反應(yīng)，得到氣化粗合成氣和活性炭；
（4）步驟（2）得到的裂解粗合成氣和步驟（3）得到的氣化粗合成氣進(jìn)入原料預(yù)熱罐對(duì)步驟（1）中的生物質(zhì)原料進(jìn)行預(yù)熱，經(jīng)過(guò)換熱后的粗合成氣進(jìn)一步進(jìn)行氣固分離；
（5）步驟（4）中氣固分離后得到的氣相物料進(jìn)入凈化反應(yīng)器，經(jīng)過(guò)凈化反應(yīng)器內(nèi)的膜過(guò)濾器處理后得到凈化合成氣。
2.按照權(quán)利要求1所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：步驟（1）中所述生物質(zhì)原料預(yù)熱溫度為120～220℃，預(yù)熱時(shí)間為2～10min。
3.按照權(quán)利要求1所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：步驟（1）中所述的氧化熱解反應(yīng)溫度為500～800℃，壓力為-2000～-200Pa，時(shí)間為2～10min，微波功率密度為0.2×105～2×105W/m3。
4.按照權(quán)利要求1所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：步驟（1）中所述的含氧氣體為氧氣、空氣、氧氣與氮?dú)獾幕旌蠚?、氧氣與煙氣的混合氣、氧氣與惰性氣體的混合氣中的一種或幾種，所述混合氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為5%～30%，含氧氣體的流量0.05～0.5m3/h。
5.按照權(quán)利要求1所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：步驟（2）中所述的裂解反應(yīng)溫度為800～1000℃，裂解焦油空速為0.05～0.3h-1，微波功率密度為0.5×105～2×105W/m3。
6.按照權(quán)利要求1所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：步驟（3）中所述生物焦微波氣化反應(yīng)器中的氣化溫度為500～800℃，氣化氣空速為0.05～0.5h-1，微波功率密度1×105～5×105W/m3。
7.按照權(quán)利要求1所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：步驟（3）中所述氣化氣為水蒸氣、二氧化碳、空氣、氧氣中的一種或幾種組合。
8.按照權(quán)利要求1所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：步驟（3）中所述生物焦微波氣化反應(yīng)器的氣化過(guò)程中加入活化劑，所述活化劑為磷酸、氯化鋅、氯化鐵、碳酸鉀、碳酸鈉中的一種或幾種，優(yōu)選為磷酸。
9.按照權(quán)利要求1所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：步驟（4）中所述將步驟（2）得到的裂解粗合成氣和步驟（3）得到的氣化粗合成氣進(jìn)入原料預(yù)熱罐對(duì)步驟（1）中的生物質(zhì)原料進(jìn)行預(yù)熱，所述的換熱方式選自直接對(duì)流換熱、間接傳導(dǎo)換熱、流化換熱中的任一種。
10.按照權(quán)利要求1所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：步驟（4）中所述的氣固分離采用重力沉降、離心分離、過(guò)濾分離、靜電分離、吸附分離中的任一種或幾種。
11.按照權(quán)利要求1所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：步驟（5）中所述膜過(guò)濾處理的溫度為300～500℃，微波功率密度0.1×105～1×105W/m3，壓力為-2000～-200Pa。
12.按照權(quán)利要求1所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：步驟（5）中所述膜過(guò)濾器中使用的膜為陶瓷膜，所述陶瓷膜的孔徑為10～50nm、孔隙率為45～50%。
13.按照權(quán)利要求12所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：步驟（5）中所述膜過(guò)濾器中使用的膜為內(nèi)置涂層的陶瓷膜。
14.按照權(quán)利要求13所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：所述內(nèi)置涂層的陶瓷膜是通過(guò)涂層造孔修飾改性而成，涂層包括活性組分、支撐體組分和助劑，其中，所述的活性組分為氧化鐵、氧化鎳、氧化鈷、氧化鋯、氧化錳、氧化鈣中中的一種或幾種，優(yōu)選氧化鐵和/或氧化鎳；所述的支撐體組分為氧化鋁、橄欖石、鐵礦石、白云石、凹凸棒石中的一種或幾種，優(yōu)選氧化鋁和/或橄欖石；所述的助劑為氧化鈦、氧化銅、氧化鎂、氧化鈰、氧化鑭中的一種或幾種，優(yōu)選氧化鈦。
15.按照權(quán)利要求13或14所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：所述涂層包括氧化鎳、橄欖石和氧化鈦，按照質(zhì)量百分含量計(jì)，氧化鎳含量為2~10%、橄欖石含量為80~90%、氧化鈦含量為2~10%。
16.按照權(quán)利要求15所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：所述涂層中包括氧化鐵和氧化鋁，其中氧化鐵與氧化鎳的質(zhì)量比為1~2:1，氧化鋁與橄欖石質(zhì)量比0.5~1:2。
17.按照權(quán)利要求14所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：按照涂層質(zhì)量百分含量計(jì)，所述的活性組分含量為3~20%、支撐體組分含量為75~95%、助劑含量為1~5%。
18.按照權(quán)利要求14所述生物質(zhì)微波熱解氣化方法，其特征在于：所述內(nèi)置涂層的陶瓷膜通過(guò)如下方法進(jìn)行制備：
（1）將涂層粉末原料與酸性造孔劑混合，混合均勻后得到物料A，再將物料A與水混合，然后進(jìn)行研磨處理，得到酸性涂膜漿料；
（2）將涂層粉末原料與堿性造孔劑混合，混合均勻后得到物料B，再將物料B與水混合，然后進(jìn)行研磨處理，得到堿性涂膜漿料；
（3）將陶瓷膜放入溶液C中浸泡處理，所述溶液C為有機(jī)溶劑，具體為乙醇、甲醇、丙醇、丁醇、乙二醇、二氧六環(huán)、二氯甲烷、乙酸乙酯中的一種或幾種，優(yōu)選為乙醇；
（4）將步驟（3）處理后的陶瓷膜加入酸性漿料中處理60～120s，然后在加入至堿性漿料中處理60～120s，然后進(jìn)行燒結(jié)處理。
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王鑫，宋永一，張彪，趙麗萍，吳斯侃，劉繼華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)石油化工股份有限公司，中國(guó)石油化工股份有限公司大連石油化工研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11
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