利用包含海藻的生物质制备合成气的方法及其所采用的设备技术

本发明专利技术属海藻生物质综合利用领域，尤其涉及一种利用包含海藻的生物质制备合成气的方法及其所采用的设备，海藻及农林生物质原料依次分别在微波热解反应段Ⅰ及微波热解反应段Ⅱ进行热解；海藻焦Ⅰ接续进入微波定向气化段；气态挥发份Ⅰ及气态挥发份Ⅱ经合流后与工作气体一起进入微波定向气化段进行气化反应后，即得目标产物合成气。合成气所采用设备包括微波热解反应段Ⅰ（2）、微波热解反应段Ⅱ（8）及微波定向气化段（15）；微波热解反应段Ⅰ（2）底部海藻焦出料口与微波定向气化段（15）顶部的海藻焦入料口相通。本发明专利技术合成气收率高，品质好，焦油含量低，同时可联产高品质生物炭。

【技术实现步骤摘要】
利用包含海藻的生物质制备合成气的方法及其所采用的设备
本专利技术属海藻生物质综合利用领域，尤其涉及一种利用包含海藻的生物质制备合成气的方法及其所采用的设备。
技术介绍
生物质能具有储量丰富、可再生、清洁绿色等诸多优点，合理高效的开发和利用生物质能已成为国内外新能源研制和开发的热点。在众多的生物质中，藻类具有光合作用效率高、生物量大、生长周期短、易培养等特点，其中，海藻分布广产量大且易收集，是制备生物质能的潜力资源。与常规的农林生物质资源相比，海藻具有多挥发分、高灰分、低固定碳以及富氢多氧的组成特征，而且灰分中含有丰富的钾钠等催化活性元素，因此，将海藻采用热解的方法来制备油气资源极具发展前景。目前有关海藻的热解研究主要包括以下三个方面：一是海藻的直接热解，通常采用流化床等快速热解工艺制备油气资源（CN201310418786.4、CN200610046015.7）；二是海藻的掺混共热解，通常将海藻与水生外来入侵植或者陆上生物质通过协同热解提高油气收率（CN201410485977.7、CN200810041468.X）；三是海藻热解与化学链燃烧技术的结合，利用海藻热解焦的催化作用提高载氧体的反应活性（CN201610413362.2）。由上可知，海藻的热解研究更多关注油气产品的收率，而对于产物品质的提升却鲜有报道。如何发挥海藻热解的优势并应用于包括生物质合成气技术在内的高值化和综合利用研究就显得非常重要。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足之处而提供一种合成气收率高，品质好，焦油含量低，同时可联产高品质生物炭的利用包含海藻的生物质制备合成气的方法及其所采用的设备。为解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：利用包含海藻的生物质制备合成气的方法，可按如下步骤实施：（1）经预处理的海藻及农林生物质原料依次分别在微波热解反应段Ⅰ及微波热解反应段Ⅱ进行热解；其中海藻热解产生气态挥发份Ⅰ及海藻焦Ⅰ；农林生物质原料产生气态挥发份Ⅱ及生物炭；（2）海藻焦Ⅰ接续进入微波定向气化段；（3）气态挥发份Ⅰ及气态挥发份Ⅱ经合流后与工作气体一起进入步骤（2）所述微波定向气化段进行气化反应后，即得目标产物合成气。作为一种优选方案，本专利技术步骤（3）所述工作气体为二氧化碳、水蒸气、氧气和空气中的一种或两种以上的混合物；流量控制在0.2～2m3/h。进一步地，本专利技术所述微波热解反应段Ⅰ的反应温度为400～800℃；反应时间5～10分钟；微波功率密度0.5×105～5×105W/m3。进一步地，本专利技术所述微波热解反应段Ⅱ的反应温度为400～800℃；反应时间5～10分钟；微波功率密度1×105～5×105W/m3。进一步地，本专利技术步骤（3）所述气化反应条件为：气化温度为800～1000℃；气化时间5～20分钟；微波功率密度1×105～5×105W/m3。进一步地，本专利技术步骤（1）所述海藻与农林生物质原料质量比为1：0.1～0.6。进一步地，本专利技术从微波热解反应段Ⅱ底部排出的生物炭分两路，一路回用与农林生物质原料混合进行微波热解；另一路直接作为生物炭产品；从微波定向气化段底部排出的海藻焦Ⅱ分两路，一路返还至微波热解反应段Ⅰ与海藻混合进行微波热解；另一路通过燃烧处理满足设备热量需要。上述利用包含海藻的生物质制备合成气方法所采用的设备，包括微波热解反应段Ⅰ、微波热解反应段Ⅱ及微波定向气化段；所述微波热解反应段Ⅰ底部海藻焦出料口与微波定向气化段顶部的海藻焦入料口相通；所述微波热解反应段Ⅱ的热解气体出口Ⅱ及微波热解反应段Ⅰ底部热解气体出口Ⅰ分别与微波定向气化段的热解气体进口相通；在所述微波定向气化段上部设有合成气体出口。作为一种优选方案，本专利技术在所述微波热解反应段Ⅱ上固定设有气固分离器；所述气固分离器的气固分离器固体出口与微波热解反应段Ⅱ内腔相通；所述热解气体出口Ⅱ与气固分离器的入气口相通；所述气固分离器出气口及热解气体出口Ⅰ与热解气体进口相通。进一步地，本专利技术所述微波热解反应段Ⅰ底部呈锥型结构；在热解气体出口Ⅰ处设有气固分离机构；所述气固分离机构包括第一级竖直挡板、第二级挡板及筛板；所述第一级竖直挡板与底部斜边Y的竖直缝隙距离a=5～10mm；所述第二级挡板与上部平边X的竖直缝隙距离b=10～20mm；所述筛板与底部平边Z的夹角r=15～45°；所述筛板孔径为2～6mm。本专利技术与现有技术相比具有以下优点。1、首先将海藻微波热解与农林生物质分别微波热解，热解气体再混合气化，能够降低整个体系的氢耗，使热解产生的氢气更多在气化段用于焦油的加氢脱氧裂解等反应，避免了常规掺混热解造成大量的氢气被用于生物炭的脱氧反应。2、将海藻微波热解与农林生物质首先分别微波热解，热解气体再混合气化，能够获得性质更为单一的生物炭产品，能够避免掺混热解导致的生物炭灰分含量高和利用价值低的问题，同时也能更加灵活调整海藻与农林生物质的进料比，获得H2/CO范围更广的合成气产品。3、将海藻焦Ⅰ作为气化段的催化剂就是充分利用其富含的钾钠钙等碱（土）金属，使焦油和低碳烃发生充分裂解，获得纯度更高的合成气产品；所述高品质合成气产品中H2/CO可控制在1.5～4.0之间；合成气含量高于90%；CO2含量低于10%；其他杂质气体不超过0.5%；气体中没有检测到焦油，整个过程合成气产量超过1.8Nm3/Kg生物炭的有效转化率达到95%以上。4、从整个系统的反应物流和产物流来看，制备的合成气未检测出焦油含量，可显著简化后续处理工艺流程；外排的海藻集Ⅱ和生物炭实现分级利用，其中海藻焦Ⅱ通过燃烧产生的热量可用于系统内原料的干燥和水蒸气制备，燃烧后的残渣因为富含钾钠钙等元素是优良的水泥原料、肥料、土壤改良剂以及陶瓷填料，而生物炭可进一步通过活化处理获得高品质活性炭产品。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术的保护范围不仅局限于下列内容的表述。图1为本专利技术整体结构示意图。图2为本专利技术微波热解反应段Ⅰ局部结构示意图。图中：1、海藻进料螺旋；2、微波热解反应段Ⅰ；3、热解气体出口Ⅰ；401、第一级竖直挡板；402、第二级挡板；5、筛板；6、星型卸料器Ⅰ；7、农林生物质原料进料螺旋；8、微波热解反应段Ⅱ；9、热解气体出口Ⅱ；10、气固分离器；11、气固分离器气体出口；12、气固分离器固体出口；13、生物炭排料螺旋；14、热解气体进口；15、微波定向气化段；16、合成气气体出口；17、海藻焦Ⅱ排料螺旋。具体实施方式如图所示，利用包含海藻的生物质制备合成气的方法，可按如下步骤实施：（1）经预处理的海藻及农林生物质原料依次分别在微波热解反应段Ⅰ及微波热解反应段Ⅱ进行热解；其中海藻热解产生气态挥发份Ⅰ及海藻焦Ⅰ；农林生物质原料产生气态挥发份Ⅱ及生物炭；（2）海藻焦Ⅰ接续进入微波定向气化段；（3）气态挥发份Ⅰ及气态挥发份Ⅱ经合流后与工作气体一起进入步骤（2）所述微波定向气化段进行气化反应后，即得目标产物合成气。本专利技术步骤（3）所述工作气体为二氧化碳、水蒸气、氧气和空气中的一种或两种以上的混合物；流量控制在0.2～2m3/h。本专利技术所述微波热解反应段Ⅰ的反应温度为400～800℃；反应时间5～10分钟；微波功率密度0.5×105～5×105W/m3。本专利技术所述微波热解反应段Ⅱ的反应温度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用包含海藻的生物质制备合成气的方法，其特征在于，按如下步骤实施：（1）经预处理的海藻及农林生物质原料依次分别在微波热解反应段Ⅰ及微波热解反应段Ⅱ进行热解；其中海藻热解产生气态挥发份Ⅰ及海藻焦Ⅰ；农林生物质原料产生气态挥发份Ⅱ及生物炭；（2）海藻焦Ⅰ接续进入微波定向气化段；（3）气态挥发份Ⅰ及气态挥发份Ⅱ经合流后与工作气体一起进入步骤（2）所述微波定向气化段进行气化反应后，即得目标产物合成气。

【技术特征摘要】
1.一种利用包含海藻的生物质制备合成气的方法，其特征在于，按如下步骤实施：（1）经预处理的海藻及农林生物质原料依次分别在微波热解反应段Ⅰ及微波热解反应段Ⅱ进行热解；其中海藻热解产生气态挥发份Ⅰ及海藻焦Ⅰ；农林生物质原料产生气态挥发份Ⅱ及生物炭；（2）海藻焦Ⅰ接续进入微波定向气化段；（3）气态挥发份Ⅰ及气态挥发份Ⅱ经合流后与工作气体一起进入步骤（2）所述微波定向气化段进行气化反应后，即得目标产物合成气。2.根据权利要求1所述的利用包含海藻的生物质制备合成气的方法，其特征在于：步骤（3）所述工作气体为二氧化碳、水蒸气、氧气和空气中的一种或两种以上的混合物；流量控制在0.2～2m3/h。3.根据权利要求2所述的利用包含海藻的生物质制备合成气的方法，其特征在于：所述微波热解反应段Ⅰ的反应温度为400～800℃；反应时间5～10分钟；微波功率密度0.5×105～5×105W/m3。4.根据权利要求3所述的利用包含海藻的生物质制备合成气的方法，其特征在于：所述微波热解反应段Ⅱ的反应温度为400～800℃；反应时间5～10分钟；微波功率密度1×105～5×105W/m3。5.根据权利要求4所述的利用包含海藻的生物质制备合成气的方法，其特征在于：步骤（3）所述气化反应条件为：气化温度为800～1000℃；气化时间5～20分钟；微波功率密度1×105～5×105W/m3。6.根据权利要求5所述的利用包含海藻的生物质制备合成气的方法，其特征在于：步骤（1）所述海藻与农林生物质原料质量比为1：0.1～0.6。7.根据权利要求6所述的利用包含海藻的生物质制备合成气的方法，其特征在于：从微波热解反应段Ⅱ底部排出的生物炭分两路，一路回用与农林生物质原料混合进行微波热...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴爽，冯娅婷，李政，秦智榛，朱家乐，
申请(专利权)人：大连海洋大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21