一种物料连续热解气化的方法技术

本发明专利技术公开了一种物料连续热解气化的方法，包括如下内容：（1）原料和催化剂进入微波热解气化系统，落至微波反应腔的一级旋转圆盘并随着转动依次经过干燥、活化和热解处理；（2）热解处理后的物料落入微波反应腔的二级旋转圆盘并与热解挥发分一起在水蒸气的作用下继续进行气化和重整反应；（3）经步骤（2）处理得的固体产物，通过二级推进挡板从二级旋转圆盘的中间开孔落入微波反应腔下方的储渣罐，在搅拌和螺旋双重作用下排出反应系统，而气体产物则由微波反应腔底部的环形筛板进入沉降室，经沉降处理得到气化产品。该方法裂解速度快、气化效率高，得到气体产品品质高，能够满足合成液体燃料的要求，具有良好应用前景。

Method for continuous pyrolysis and gasification of material

The invention discloses a method for continuous material pyrolysis and gasification, are as follows: (1) raw material and catalyst into the microwave pyrolysis gasification system, down to the microwave cavity of a rotating disk with the rotation and followed by drying, pyrolysis and activation treatment; (2) after the treatment of the material into the microwave pyrolysis reaction chamber the two level of the rotating disk and together to continue the gasification and reforming reaction in water vapor under the action of devolatilization; (3) the step (2) solid product processing, through the two stage propulsion baffle from the middle of two level rotating disc hole fall into the residue storage tank under microwave reactor, discharge reaction system in the dual role of stirring and spiral, and the gas product by microwave reaction chamber at the bottom of the annular plate into the deposition chamber, the deposition processing gasification products. The method has the advantages of high cracking speed and high gasification efficiency, and obtains high quality of the gas product and meets the requirements of synthetic liquid fuel, and has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种物料连续热解气化的方法
本专利技术涉及一种物料连续热解气化的方法。
技术介绍
传统加热方式通过辐射、对流以及传导由表及里进行加热，为了避免温度梯度过大，加热速度往往不能太快，也不能对物料的各组分进行选择性加热。由于微波可以直接穿透进入物料内部，与传统加热方式相比，微波加热可以实现物料内外均衡加热，具有升温速率快、能量利用效率高的优点，而且微波可对物料中介电特性不同的组分进行选择性加热。因此微波加热的特殊性使其热解产物与传统气化技术相比具有更大优势，是一种很有前景的物料加热方式。以间歇式固定床为代表的微波技术虽然实现了物料的微波热解气化等一系列过程，却解决不了微波加热过程的连续化以及放大问题，而连续化的微波加热技术则是实现微波大规模应用的必由之路。目前微波热解气化的连续化方法主要包括回转窑、钢带窑、螺旋通道窑、圆盘旋转窑等。其中，回转窑存在窑体密封和气体携带灰尘量大的问题，钢带窑在高温下会发生钢带微波介电改变引起形变导致安全隐患，螺旋通道窑物料填充度较低影响加热效率，而且上述几种方法存在的共性问题是难以在维度上同时放大，这对于处理生物质、煤炭等面广量大的物料显然是不适用的。圆盘旋转窑是利用物料在托盘上圆周运动时进行加热，理论上圆盘每旋转一周，即完成一次裂解过程，同时可根据物料性质调整转速来控制热解气化过程，其最大特点是避免通过延长某一维度来保证物料充分热解的问题，在一定范围内实现了反应器多维度的同时放大，有利于微波反应器的规模化和工业化。CN201310263370.X公开了一种圆盘式微波连续裂解装置及其用于裂解废旧橡胶的方法，采用圆盘式裂解腔体，并通过非金属密封板分成上下腔体，其中微波发生器在腔体的上部，固体产物导出输送在下部，这种布局不仅实现了裂解过程的连续性，而且提高了废旧轮胎微波裂解效率，所得产物的比率大约为可燃气体40%、液体油10%、炭黑50%。但该方法将微波发生器设置在反应腔上部存在热解挥发分污染微波引导装置以及微波透波材料窗台，进而导致微波能量此处聚集损坏微波元件。CN201180072503.4提出从反应腔下部引入微波，产生的热解挥发分能够从反应腔上部被抽出，避免了微波发生器污染的问题，同时在旋转圆盘上方形成较佳的微波能量区域，有利于微波辅助式快闪热解裂解。但该方法中微波源的布置仅限于反应腔的下部，空间位置有限，若要实现快闪热解裂解，需要配备大功率磁控管以增加微波场强度，这会大幅度增加成本。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术提供了一种物料连续热解气化的方法，该方法裂解速度快、气化效率高，得到气体产品品质高，能够满足合成液体燃料的要求，具有良好应用前景。本专利技术的物料连续热解气化的方法，包括如下内容：（1）通过螺旋输送的原料和催化剂进入微波热解气化系统，在重力作用下落至微波反应腔的一级旋转圆盘并随着转动依次经过干燥、活化和热解处理；（2）热解处理后的物料在一级推进挡板的作用下落入微波反应腔的二级旋转圆盘并与热解挥发分一起在水蒸气的作用下继续进行气化和重整反应；（3）经步骤（2）处理得的固体产物，包括催化剂、焦炭和灰分通过二级推进挡板从二级旋转圆盘的中间开孔落入微波反应腔下方的储渣罐，在搅拌和螺旋双重作用下排出反应系统，而气体产物则由微波反应腔底部的环形筛板进入沉降室，经沉降处理得到气化产品。本专利技术方法中，步骤（1）所述的原料是指能够在高温条件下发生分解的物质，包括生物质、工业废弃物、煤炭、油页岩等，其中生物质包括玉米秸秆、稻壳、麦秆、木块、树叶或树枝等任何含有木质纤维素的生物质，工业废弃物包括废弃塑料、废弃橡胶轮胎、城市垃圾等有机废弃物，煤炭包括任何低粘结指数的褐煤、低变质烟煤、中变质烟煤和高变质煤。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物质，原料最大方向尺寸不超过50mm，优选5~10mm。本专利技术方法中，步骤（1）的原料和催化剂通过螺旋进料器进入微波反应腔并在重力作用自由下落至一级旋转圆盘，处理温度300~600℃，功率密度1×105~6×105W/m3，进料速率1~10kg/h，由于一级旋转圆盘为热解区域，较高的温度会使原料依次发生脱水、活化和热解过程，根据原料性质和催化剂的选择，整个过程的处理时间1~10分钟，可通过一级旋转圆盘转速来控制具体的处理时间。在微波场中，原料中的水分子有利于提高升温速率，而脱水过程又会改变物料结构，起到活化的作用，进一步提高热解或者催化裂解程度，同时生成的水蒸气也可参与到气化重整区内的裂解、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。原料经过催化裂解处理后转化成大部分热解挥发性产物以及少量半焦，其中半焦占10%~20%，热解挥发分占80%~90%，热解挥发分中包括约10%~30%可冷凝性组分。本专利技术方法中，步骤（1）所述的催化剂由炭类微波吸收剂、金属氧化物和氢氧化物三部分组成，炭类微波吸收剂作为载体，金属氧化物和氢氧化物作为活性组分，其中金属氧化物占催化剂质量的1%~10%，氢氧化物占催化剂质量的1%~10%，余量为载体；炭类微波吸收剂包括活性炭、生物焦、石墨等，优选生物焦；金属氧化物是具有两性的金属氧化物，包括氧化镍、氧化钛、氧化锆、氧化镧、氧化硒、氧化铝等中的一种或几种组合，优选氧化镍；氢氧化物包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化镁等中的一种或几种组合，优选氢氧化钾。上述催化剂与生物质原料投料质量比为1:2~1:20。本专利技术的生物质热解催化剂的制备方法，包括如下内容：将炭类微波吸收剂、金属氧化物以及氢氧化物混合置于球磨机中，室温条件下球磨处理，然后将上述粉碎混匀的混合物加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到产物。所述的球磨转速100~150转/分，处理时间为2~8小时；所述的挤出条件如下：挤出温度25~60℃，挤出速度为0.05~0.15mm/s，挤出头长度为6~20mm，挤出直径为0.5~2mm。本专利技术方法中，步骤（2）所述气化和重整反应温度为600~800℃，反应时间1~10分钟，功率密度6×105~10×105W/m3，进口水蒸气流量1~10m3/h，其中进入气化重整区域的水蒸气流量在0.5~5m3/h，其余的水蒸气通过中空旋转轴可以重复回用，水蒸气的温度为120~200℃。在气化重整过程中，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不仅能进一步释放出来，而且也能消除生物焦表面积炭，同时也能催化CxHy和CO2进行合成气的转化反应，进一步降低固液含量，提高生物炭转化率。经过气化重整处理后的气体占90~95%，焦油含量0.01~0.1%，半焦5~10%。本专利技术方法中，步骤（3）所述催化剂、焦炭和灰分落入到储渣罐后仍然保持着较高温度，由于微波的体加热作用机制，使得焦炭温度能够达到600~800℃，如此高的温度既能加热中空旋转轴的水蒸气，也能保证气体产物在经过筛板和沉降处理时始终保持气态，提高了能量回收利用效率。本专利技术方法中，步骤（3）所述的筛板为凸形筛板，凸形长度1~10cm，筛板孔径Φ1~Φ5mm，筛板向下倾斜角度为10°~60°。这样的设计能够降低气体中的颗粒携带量，同时又能将未过筛的颗粒通过筛板斜面汇入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物料连续热解气化的方法，其特征在于包括如下内容：（1）通过螺旋输送的原料和催化剂进入微波热解气化系统，在重力作用下落至微波反应腔的一级旋转圆盘并随着转动依次经过干燥、活化和热解处理；（2）热解处理后的物料在一级推进挡板的作用下落入微波反应腔的二级旋转圆盘并与热解挥发分一起在水蒸气的作用下继续进行气化和重整反应；（3）经步骤（2）处理得的固体产物，包括催化剂、焦炭和灰分通过二级推进挡板从二级旋转圆盘的中间开孔落入微波反应腔下方的储渣罐，在搅拌和螺旋双重作用下排出反应系统，而气体产物则由微波反应腔底部的环形筛板进入沉降室，经沉降处理得到气化产品。

【技术特征摘要】
1.一种物料连续热解气化的方法，其特征在于包括如下内容：（1）通过螺旋输送的原料和催化剂进入微波热解气化系统，在重力作用下落至微波反应腔的一级旋转圆盘并随着转动依次经过干燥、活化和热解处理；（2）热解处理后的物料在一级推进挡板的作用下落入微波反应腔的二级旋转圆盘并与热解挥发分一起在水蒸气的作用下继续进行气化和重整反应；（3）经步骤（2）处理得的固体产物，包括催化剂、焦炭和灰分通过二级推进挡板从二级旋转圆盘的中间开孔落入微波反应腔下方的储渣罐，在搅拌和螺旋双重作用下排出反应系统，而气体产物则由微波反应腔底部的环形筛板进入沉降室，经沉降处理得到气化产品。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的原料是生物质、工业废弃物、煤炭或油页岩；其中生物质为玉米秸秆、稻壳、麦秆、木块、树叶或树枝，工业废弃物为废弃塑料、废弃橡胶轮胎、城市垃圾等有机废弃物，煤炭为任何低粘结指数的褐煤、低变质烟煤、中变质烟煤和高变质煤。3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：原料最大方向尺寸不超过50mm。4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）的原料和催化剂通过螺旋进料器进入微波反应腔并在重力作用自由下落至一级旋转圆盘，处理温度300~600℃，功率密度1×105~6×105W/m3，进料速率1~10kg/h，处理时间1~10分钟。5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的催化剂由炭类微波吸收剂、金属氧化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，张彪，张庆军，蔡海乐，张长安，刘继华，乔凯，
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