本发明专利技术公开一种生物质微波热解气化制合成气的方法，包括如下内容：送入料仓的生物质原料和催化剂进入微波热解反应器依次经过预热区、热解区、气化区和重整区，进行脱水、裂解、气化和重整反应，经过重整后的产物经气固分离，其中气体以及其中携带的少量焦油和焦炭在气体提升管内再次发生裂解反应，合成气由出口释放，气固分离得到的焦炭和灰分排出反应器。该方法生物质气化率高，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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
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Η/C摩尔比偏低(H2AXKl.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/C0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I100C，最高接近2000°C，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。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术提供了，该方法生物质气化率高，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。本专利技术的生物质微波热解气化制合成气的方法，包括如下内容: (1)送入料仓的生物质原料和催化剂进入微波热解反应器的预热区，进行脱水及活化处理； (2)活化后的物料进入微波热解反应器的热解区进行催化热裂解反应，得到气、液、固混合物；其中气相、液相为热解挥发性产物，固相为半焦； (3)气、液、固混合物进入到微波热解反应器的气化区，在水蒸气的作用下气化，部分固体(半焦)发生气化反应，部分焦油发生裂解反应； (4)步骤(3)中的产物进入微波热解反应器的重整区，在焦炭/水蒸气的联合作用下进行重整反应； (5)经过重整后的气体、少量催化剂、大部分焦炭和灰分进入旋风分离器进行气固分离，其余大部分催化剂由排渣器排出； (6)步骤(5)中气固分离得到的气体以及其中携带的少量焦油和焦炭在提升管内再次发生裂解反应，从气体提升管放出的气体与料仓内新鲜生物质热交换和吸附作用后得到高品质的合成气产品，并通过气体出口释放，气固分离得到的焦炭和灰分排出反应器。步骤(I)所述的生物质原料和催化剂通过重力作用自由下落至预热区，预热区的处理温度120~260°C，处理时间1~10分钟，功率密度0.1 X 105~2X 105W/m3，进料速率0.l~1.0kg/ho在预热区生物质主要发生脱水和活化作用。根据生物质物料特性对微波吸收的影响，水分子有利于提高生物质的升温速率，但过多的水含量会消耗过的的微波能，通过预热生物质一方面脱除生物质过多的水分，另一方面也会使生物质局部发生脱水反应，改变生物质结构，起到活化生物质的作用。另外，预热区生成的水蒸气也可参与到热解区、气化区和重整区内的裂解、氧化、还原以及重整等反应，发挥类似气化气的作用，减少外源性水蒸气用量。步骤(I)所述的生物质原料为玉米秸杆、稻壳、麦杆、木块、树叶或树枝等任何含有木质纤维素的生物质；原料形状可以是包括片材、圆形、圆柱、锥形、长方体等任何形状的生物质，原料最大方向尺寸不超过20mm，优选5~10mm。步骤(I)所述的催化剂由微波吸收剂和金属氧化物两部分组成，微波吸收剂作为载体，金属氧化物作为活性组分，其中金属氧化物占催化剂质量的10°/『30%。微波吸收剂包括活性炭、生物焦、石墨、碳化硅、四氧化三铁等，优选碳化硅；金属氧化物是具有碱性的金属氧化物，包括氧化镍、氧化镁、氧化钾、氧化钛、氧化锆、氧化镧、氧化砸或氧化钙等中的一种或几种组合，优选氧化镍、氧化镁和氧化镧中的一种或几种组合。上述催化剂与生物质原料投料比为1:1~1:9。步骤(I)所述的催化剂采用均匀共沉淀方法制备，具体过程如下:将金属氧盐溶液与微波吸收剂粉末混合均匀，然后将过量的尿素溶液通过滴加方式进行混合反应，同时保持反应体系恒温在60-90°C，反应完全后，离心分离，并将沉淀过滤、用去离子水洗涤至中性，沉淀在60~150°C干燥4~12小时，而后在800~1000°C灼烧6~20小时，自然降温后挤出成条，尺寸为<i)6~20mmX6~20mm，干燥备用；其中所述的金属盐溶液为选自金属硝酸盐或氯化物，如硝酸镁、硝酸镍、硝酸镧、硝酸钾、氯化锆、氯化钾、氯化钙等可溶性盐。步骤(2)所述的热解区温度为260~600°C，反应时间5~10分钟，功率密度2X 105~6X 105W/m3，经过预热处理的生物质在热解区充分催化裂解得到大部分热解挥发性产物以及少量半焦，其中半焦占10%~30%，热解挥发分占70%~90%，热解挥发分中包括约15%~30%可冷凝性组分。步骤(3 )所述的气化区的温度600~800 °C，处理时间5~10分钟，功率密度4X105~8X105ff/m3,水蒸气流量0.1-0.5m3/h，。在气化过程中，从热解过程中形成的半焦能够迅速吸波升温，加速焦油裂解成轻油甚至小分子气体，而在水蒸气的作用下半焦中的挥发性组分能进一步释放出来，同时也能消除微波催化剂表面积炭。经过气化处理后的热解挥发分占80%~90%，其中可冷凝性组分5%~10%，半焦10%~20%。步骤(4)所述的重整反应主要为气体中的CxHy和CO2进行合成气的转化反应，同时通过水煤气变换反应和焦油裂解反应进一步降低固液含量，提高本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物质微波热解气化制合成气的方法，其特征在于包括如下内容：（1）送入料仓的生物质原料和催化剂进入微波热解反应器的预热区，进行脱水及活化处理；（2）活化后的物料进入微波热解反应器的热解区进行催化热裂解反应，得到气、液、固混合物；其中气相、液相为热解挥发性产物，固相为半焦；（3）气、液、固混合物进入到微波热解反应器的气化区，在水蒸气的作用下气化，部分固体发生气化反应，部分焦油发生裂解反应；（4）步骤（3）中的产物进入微波热解反应器的重整区，在焦炭/水蒸气的联合作用下进行重整反应；（5）经过重整后的气体、少量催化剂、大部分焦炭和灰分进入旋风分离器进行气固分离，其余大部分催化剂由排渣器排出；（6）步骤（5）中气固分离得到的气体以及其中携带的少量焦油和焦炭在气体提升管内再次发生裂解反应，从气体提升管放出的气体与料仓内新鲜生物质热交换和吸附作用后得到高品质的合成气产品，并通过气体出口释放，气固分离得到的焦炭和灰分排出反应器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，张庆军，刘继华，张忠清，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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