一种生物质制合成气方法及其所采用的系统技术方案

本发明专利技术属生物质能源领域，尤其涉及一种生物质制合成气方法及其所采用的系统，包括如下步骤：（1）将经过预处理的生物质原料送入微波热解反应器中进行反应，得到热解挥发性组分和热解固相物料；（2）将热解固相物料中大颗粒热解固相物料送入生物焦气化器，在活化剂作用下，得到生物炭产品和粗合成气；（3）将热解挥发性组分和小颗粒热解固相物料以及粗合成气送入焦油裂解器，在工作气体作用下，进行脱焦油处理和碳氢小分子的重整反应，制得目的产物生物质合成气。本发明专利技术便于反应过程控制及产物调控，可显著降低生物质制合成气工艺成本，目的产物品质高。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质制合成气方法及其所采用的系统
本专利技术属生物质能源领域，尤其涉及一种生物质制合成气方法及其所采用的系统。
技术介绍
合成气作为一种重要的化工原料，在合成甲醇、二甲醚、低碳烯烃以及燃料油等方面具有重要的应用价值。目前合成气多来源于石油炼制和煤气化过程，但化石能源不可再生且过程中存在硫氮等有害气体的污染问题，合成气需增加脱杂除焦工艺，极大影响了合成气的大规模开发应用。生物质是一种廉价量大的可再生能源，而且生物质中硫氮含量普遍低于常规化石基原料，因此探索开发生物质制合成气的技术具有重大的实际意义。但在实际的开发应用过程中发现，生物质中较高的挥发分会导致气化中产生大量的焦油，严重影响合成气的纯度和组成。针对上述问题，目前开发出两种主要的生物质气化技术路线：一种为生物质直接水蒸气技术路线，包括在固定床或流化床中生物质直接与水蒸气进行气化反应，这种路线最大的问题是需要在气化过程中通入燃烧气，这会稀释气体产品的有效组分，也有采用高温水蒸气（1000℃）代替常规中低温水蒸气，获得了较高品质合成气产品，但高温水蒸气制备需要特殊的装备以及消耗额外的能源，造成总体成本偏高。另外一种为生物质热解气化技术路线，该技术最大优势是在隔氧或绝氧条件下进行，能够获得较高品质合成气产品，但产生的焦油量要多于生物质的直接水蒸气技术路线，限制了该技术的进一步应用。针对生物质热解过程存在焦油生成量过高的问题，中国专利技术专利201910381117.1公开了一种生物质合成气生产方法及其装置，利用液压机械炉排气化炉使生物质气化，利用生物质合成气的显热对生物质干燥和气化加热，通过捕集合成气中的焦油并用于再循环燃烧，降低了合成气中焦油含量，减少了生物质气化过程中的能源消耗，但该方法采用碱液捕集焦油存在废液处理和排放的问题，并不利于规模化的应用。中国专利技术专利201910392371.1公开了一种生物质微波催化热解方法及其装置，将生物质热解后产生的生物炭用于热解气中的焦油脱除，然后再进入催化裂解，获得生物质合成气产品，该方法最大特点是将热解、焦油脱除、催化重整和催化剂再生耦合在微波一体化装置内，根据各反应吸放热情况合理调节微波功率，提高了能量利用效率，但该法中生物炭仅用于焦油脱除和催化剂的再生，造成大量生物碳被消耗，严重影响了生物碳的高品质利用。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术不足之处而提供一种便于反应过程控制及产物调控，可显著降低生物质制合成气工艺成本，目的产物品质高的生物质制合成气方法。本专利技术还提供一种与上述方法相配套的生物质制合成气系统。为解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种生物质制合成气的方法，可按如下步骤实施：（1）将经过预处理的生物质原料送入微波热解反应器中进行反应，得到热解挥发性组分和热解固相物料；（2）将步骤（1）所得热解固相物料中大颗粒热解固相物料送入生物焦气化器，在活化剂作用下，得到生物炭产品和粗合成气；（3）将步骤（1）所得热解挥发性组分和小颗粒热解固相物料以及步骤（2）所得粗合成气送入焦油裂解器，在工作气体作用下，进行脱焦油处理和碳氢小分子的重整反应，制得目的产物生物质合成气。作为一种优选方案，本专利技术所述步骤（1）中预处理过程：所述步骤（1）中预处理过程：经过晾干的生物质在高温气流作用下加热至120～220℃，保温时间1～10分钟，然后冷却并粉碎至5mm以下，再于10～20MPa条件下物理挤压成型，即得生物质原料；所述微波热解反应器的反应温度为300～800℃；反应时间5～30分钟；所述微波热解反应器的反应温度为600～900℃；反应时间5～20分钟。进一步地，本专利技术所述步骤（3）中通入碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、乙酸钾、乙酸钠、甲酸钠、甲酸钾等的一种或两种以上的组合。进一步地，本专利技术所述步骤（3）中工作气体为水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、氧气中的一种或两种以上的混合物；所述流量控制在0.1～1m3/h。进一步地，本专利技术所述步骤（2）中活化剂为甲酸、乙酸、草酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、丁二酸、丁二酸酐、戊二酸、己二酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、抗坏血酸、苯甲酸、对苯二甲酸、苯六甲酸、水杨酸、咖啡酸或苦味酸中的一种或两种以上的混合物。进一步地，本专利技术所述步骤（3）气化反应中通入碳酸钾；所述碳酸钾与工作气体的质量比为0.005～0.05:1。进一步地，本专利技术所述步骤（2）气化反应中通入步骤（1）所述预处理产生的预热气体；流量控制在0.5～2m3/h；所述预热气体与活化剂的质量比为0.1～1:1。进一步地，本专利技术所述步骤（2）中生物焦气化器的反应温度为600～900℃；反应时间10～30分钟；所述步骤（3）中焦油裂解器的反应温度为800～1100℃；反应时间5～10分钟。上述生物质制合成气方法所采用的系统，包括生物质料仓、微波热解反应器、焦油裂解器、生物焦气化器及气固分离器；所述生物质料仓的出料口与微波热解反应器的入料口相通；所述焦油裂解器的入料口与微波热解反应器的热解挥发性组分及小颗粒热解固相物料出口相通；所述生物焦气化器的入料口与微波热解反应器的大颗粒热解固相物料出口相通；所述焦油裂解器的气相物料出口与气固分离器的入口相通；在所述焦油裂解器上部区域固定设有工作气体入口；在所述生物焦气化器的中部区域固定设有活化剂进口；在所述生物焦气化器的下部，于颗粒生物炭出料口处横向设有电动炉蓖I；在所述电动炉蓖I上设有生物炭螺旋出料机构。作为一种优选方案，本专利技术所述微波热解反应器采用水平卧式移动床反应器，内设物料输送螺旋机构；所述生物焦气化器与焦油裂解器均采用纵向移动床反应器。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1、本专利技术根据不同尺寸热解固相物料的反应特性及应用特点，将热解固相物料按尺寸进行分级利用，以较小尺寸热解固相物料用于焦油的裂解和脱除，以较大尺寸热解固相物料用于生物炭产品的制备，并通过三个互联互通的反应器将热解、气化和焦油裂解等过程进行耦合，实现了三个反应过程控制、产物调控以及系统的连续运行，而且达到了生物质合成气和生物炭产品联产目标。2、本专利技术针对常规生物焦脱除焦油普遍存在的失活快和使用效果差的问题，通入碱性化合物的工作气体，能够弥补生物焦自身因催化效应较弱的问题，通过碱性化合物对生物焦扩孔增活作用，改善生物焦的反应活性，保证了获得高品质的生物质合成气产品。3、本专利技术将产生的高温合成气用于生物质的预热处理来降低微波加热能耗和活化生物质，将生物质预热产生的酸性预热气体用于生物炭的活化过程来减少活化剂的消耗，将高品质生物炭作为微波吸收剂和催化剂用于生物质的微波加热来改善微波能量利用效率和降低热解过程生成的焦油。通过上述工艺创新能够显著降低生物质制合成气的工艺成本，提升工艺经济性。附图说明图1为本专利技术生物质制合成气系统的示意图。图中：1、生物质料仓；2、微波热解反应器；3、物料输送螺旋机构；4、生物焦气化器；5、搅拌浆I；6、生物炭出料螺旋机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质制合成气的方法，其特征在于，按如下步骤实施：/n（1）将经过预处理的生物质原料送入微波热解反应器中进行反应，得到热解挥发性组分和热解固相物料；/n（2）将步骤（1）所得热解固相物料中大颗粒热解固相物料送入生物焦气化器，在活化剂作用下，得到生物炭产品和粗合成气；/n（3）将步骤（1）所得热解挥发性组分和小颗粒热解固相物料以及步骤（2）所得粗合成气送入焦油裂解器，在工作气体作用下，进行脱焦油处理和碳氢小分子的重整反应，制得目的产物生物质合成气。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物质制合成气的方法，其特征在于，按如下步骤实施：
（1）将经过预处理的生物质原料送入微波热解反应器中进行反应，得到热解挥发性组分和热解固相物料；
（2）将步骤（1）所得热解固相物料中大颗粒热解固相物料送入生物焦气化器，在活化剂作用下，得到生物炭产品和粗合成气；
（3）将步骤（1）所得热解挥发性组分和小颗粒热解固相物料以及步骤（2）所得粗合成气送入焦油裂解器，在工作气体作用下，进行脱焦油处理和碳氢小分子的重整反应，制得目的产物生物质合成气。


2.根据权利要求1所述的生物质制合成气的方法，其特征在于：所述步骤（1）中预处理过程：所述步骤（1）中预处理过程：经过晾干的生物质在高温气流作用下加热至120～220℃，保温时间1～10分钟，然后冷却并粉碎至5mm以下，再于10～20MPa条件下物理挤压成型，即得生物质原料；所述微波热解反应器的反应温度为300～800℃；反应时间5～30分钟；所述微波热解反应器的反应温度为600～900℃；反应时间5～20分钟。


3.根据权利要求2所述的生物质制合成气的方法，其特征在于：所述步骤（3）中通入碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、乙酸钾、乙酸钠、甲酸钠、甲酸钾等的一种或两种以上的组合。


4.根据权利要求3所述的生物质制合成气的方法，其特征在于：所述步骤（3）中工作气体为水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、氧气中的一种或两种以上的混合物；所述流量控制在0.1～1m3/h。


5.根据权利要求4所述的生物质制合成气的方法，其特征在于：所述步骤（2）中活化剂为甲酸、乙酸、草酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、丁二酸、丁二酸酐、戊二酸、己二酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、抗坏血酸、苯甲酸、对苯二甲酸、苯六甲酸、水杨酸、咖啡酸或苦味酸中的一种或两种以上的混合物。

【专利技术属性】
技术研发人员：吴爽，韩伟嘉，邓桂春，臧树良，
申请(专利权)人：大连海洋大学，泉州职业技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21