一种生物质热解气化方法技术

本发明专利技术公开一种生物质热解气化方法，包括如下内容：（1）生物质原料送入微波热解反应段，在微波作用下发生热解，热解产物为气体、焦油和半焦；（2）热解产物和工作气体1分别进入微波定向气化段进行气化反应；（3）气化产物中，经过气化处理后的半焦分为两部分，一部分半焦由微波定向气化段底部螺旋输送到微波热解反应段上部，和生物质原料混合进行微波热解，而另一部分半焦与气化产物中的气态挥发份经螺旋输送到等离子反应段；（4）进入等离子反应段的步骤（3）物料，进行等离子气化反应，得到高品质合成气，合成气从气体出口送出，固体残渣从等离子段底部排出。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】

本专利技术属于生物燃料领域，具体地涉及。
技术介绍
在众多生物燃料技术中，生物质间接液化具有工艺清洁环保、产品纯度高(氧含量〈1%，几乎不含S、N等杂质)等特点，是一种很有前景的技术路线。生物质间接液化技术包括生物质气化和费托合成两个阶段，其中通过合适的生物质气化技术获得高品质合成气是该技术的关键。传统的固定床原料要求一致、换热效果差，流化床存在停留时间短，这些都导致总体碳转化率不高，而且无论固定床还是流化床，其气化温度一般均〈1000°C，焦油的存在对热解气化效率和设备损耗都有较大影响。为了解决传统技术存在的焦油问题，利用高温气流床在1300-1500°C条件下进行气化反应，产物气中几乎不含焦油、酚类等物质。但是该技术也存在明显的缺点:一是必须将原料磨碎成亚毫级颗粒，生物质原料存在研磨困难的问题；二是为产生高温需要消耗较多的氧，导致产品气H2/C0比不高，能耗和碳排放量相对较高。由上可知，生物质气化最突出的问题是以获得高H/C (H2/C0>1.5)生物质合成气产品为目标的气化过程所需要的物耗、能耗太高；其次，生物质合成气品质不高，对原料种类、颗粒尺寸的适应性差。究其原因，这种传统的由外向内的热传导作用机制不仅增加了能量传递损耗，而且导致了热解反应的不可控。对于目前大多数经过粉碎的生物质颗粒(毫米级以上)，热解反应不再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，生物质组成的差异性更是使热解反应难以控制，产物组成复杂多变。因此，采用合适的手段对生物质气化过程进行强化，对于建立高效低耗的生物质快速气化技术至关重要。微波加热独特的传热传质规律和更好的加热均匀性不仅有利于提高生物质的热解效率，而且能够促进某些反应的正效应。Men6ndez等在《Energy&Fuels》(第21卷I 期 373-378 页)“Evidence of Self-Gasificat 1n during theMicrowave-1nducedPyrolysis of Coffee Hulls” 一文中比较了不同的温度和不同的热解方式对产物的得率和各种产物特性的影响。结果发现，在500~1000°C区间微波热解比常规热解能产出更多的气体，而且氢气产率是普通电加热的1.3~1.4倍。这进一步说明，在同等条件下，微波加热生物质具有更强的裂解程度，有利于气体小分子(合成气)的快速生成。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)气体组分中焦油含量低；4)低灰分。CN102874750A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。CN101906323A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热解气化方法，包括如下内容: (1)生物质原料送入微波热解反应段，在微波作用下发生热解，热解产物为气体、焦油和半焦；其中气体、焦油以气态挥发份的形式存在； (2)热解产物和工作气体I分别进入微波定向气化段进行气化反应；其中热解产物从微波热解反应段底部螺旋输送到微波定向气化段上部，工作气体I从微波定向气化段上部通入； (3 )气化产物中，经过气化处理后的半焦分为两部分，一部分半焦由微波定向气化段底部螺旋输送到微波热解反应段上部，和生物质原料混合进行微波热解，而另一部分半焦与气化产物中的气态挥发份经螺旋输送到等离子反应段； (4)进入等离子反应段的步骤(3)物料，进行等离子气化反应，得到高品质合成气，合成气从气体出口送出，固体残渣从等离子段底部排出。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30mm，优选10-20mm。步骤(I)所述的生物质原料通过重力作用自由下落至微波热解反应段，进料量为10~100kg/h，热解反应条件为:反应温度为400~600°C，反应时间5~10分钟，微波功率密度0.5 X 105-3 X 1Wο以质量百分比计，半焦占热解产物的20%~30%，热解挥发份占热解产物的70%~80%，焦油占气态挥发份的20%~30%。步骤(2)所述的气化反应条件为:气化温度为600-800°C，气化时间5_10分钟，微波功率密度lX 105-4X 105W/m3。所述工作气体I为氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳、二氧化碳与水蒸气组合或合成气产品与水蒸气组合中的一种，优选二氧化碳和水蒸气，其中二氧化碳和水蒸气流量比为1:1~1:10，工作气体I的流量10-100m3/h。在气化过程中，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，而在工作气体I的作用下半焦中的挥发性组分能进一步释放出来，同时通过气体变换和重整反应进一步降低固液含量，提高生物碳转化率。以质量百分比计，半焦占气化产物的10%-20%，气态挥发份占气化产物的80%-90%，其中气态挥发份中焦油占5%-10%。步骤(3)中部分返回微波热解段的半焦用量占热解段生物质质量的5°/『20%。步骤(3)中，所述的半焦经过微波气化处理后具有优良的表面性质，其中比表面200~1500m2/g，优选 400~1000m2/g，孔容为 0.04-0.5cm3/g，优选 0.1-0.3cm3/g，这种高比表面性质赋予更多潜在的活性种，有利于提高半焦的等离子气化效率。半焦经过双螺旋的粉碎处理后，其尺寸降低至0.5~2mm,能够满足等离子气化的物料要求。上述双螺旋为等径异向旋转双螺旋。步骤(4)所述的等离子气化反应条件为:气化温度为1600~1800°C，气化时间0.l~4s，总功率为 15-60 kffo步骤(4)所述迆等离子气化反应过程如下:工作气体2在直流电弧等离子体发生器中首先被电离成高温等离子体并喷射入等离子气化反应器，然后少量半焦和气态挥发份在工作气体2携带下喷入等离子气化反应器，其中气态挥发份和工作气体2在反应器上部生成大量活性离子形成高温环境，同时通入工作气体3维持等离子反应器中下部温度，待温度平衡后，送入大量半焦和气态挥发份进行等离子气化，最终得到高品质合成气产品并从等离子段中部的气体出口送出，产生的固渣以熔渣形式从等离子段底部排出。其中所述工作气体2选自氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳或水蒸气一种或几种组合，优选水蒸气和甲烷，其中甲烷和水蒸气流量比为1:1~1:10，流量为l-10m3/h ;所述的工作气体3所述工作气体3选自氧气或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质热解气化方法，其特征在于包括如下内容：（1）生物质原料送入微波热解反应段，在微波作用下发生热解，热解产物为气体、焦油和半焦；其中气体、焦油以气态挥发份的形式存在；（2）热解产物和工作气体1分别进入微波定向气化段进行气化反应；其中热解产物从微波热解反应段底部螺旋输送到微波定向气化段上部，工作气体1从微波定向气化段上部通入；（3）气化产物中，经过气化处理后的半焦分为两部分，一部分半焦由微波定向气化段底部螺旋输送到微波热解反应段上部，和生物质原料混合进行微波热解，而另一部分半焦与气化产物中的气态挥发份经螺旋输送到等离子反应段；（4）进入等离子反应段的步骤（3）物料，进行等离子气化反应，得到高品质合成气，合成气从气体出口送出，固体残渣从等离子段底部排出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，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