一种生物质热解气化耦合制合成气的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热解气化耦合制合成气的方法及其所采用的系统，包括如下步骤：（1）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）将热解固相物料送入气化反应器与活化剂接触进行气化反应，得到粗合成气和生物炭；（3）将热解挥发性组分与粗合成气合流，从一个方向进入气体重整变换器；将生物炭从另一个方向送入气体重整变换器，制得目的产物。本发明专利技术所采用系统包括生物质料仓（1）、微波热解反应器（2）、气化反应器（3）、气体重整变换器（8）及气固分离器（12）。本发明专利技术有利于气固两相充分反应，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】
一种生物质热解气化耦合制合成气的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热解气化耦合制合成气的方法及其所采用的系统。
技术介绍
生物质能源由于其原料低廉量大范围广等优点，日益成为替代传统石化能源的重要途径。利用生物质制备能够用于交通运输用的高品质燃料一直是重点研究目标。目前将生物质直接通过热解的方式得到的热解油普遍存在组成复杂和性质稳定性差的问题，严重影响生物油的精制和应用。将生物质先转化成合成气再通过费托合成制备生物质合成油的方法，不仅能够克服热解油存在的瓶颈问题，而且能够生产出性质接近常规汽柴油的生物质燃料，极具发展前景，但在实际的应用中，生物质合成气的低氢碳比以及携带的焦油灰分等杂质都会干扰生物质合成油的制备，如何提高生物质合成气的品质是实现该技术的核心。生物质合成气的制备通常采用气化和热解两条技术路线，其中气化技术通常需要通入大量的气化剂、燃烧剂和水蒸气，这不仅造成气化产物品质较差，而且气化过程消耗相当部分的水蒸气，导致整体工艺复杂且能耗较高。采用生物质热解的方法能够获得较高品质的合成气产品，但由于热解多在隔氧\绝氧条件下进行，焦油的产生不可避免，如何在获得高品质合成气的同时实现焦油的完全脱除是打通工艺路线的关键。针对生物质制合成气存在的品质差的问题，中国专利201811268055.5公开了一种生物质气化合成气的制取方法，该方法利用气化助剂芥酸稀土和氟钛酸钾的强化生物质碳链裂解和促进氢气的生成，有利于改善生物质合成气的品质，但该专利技术使用的气化助剂成本较高，且未对气化助剂的循环使用进行说明，存在难以应用的问题。中国专利201910982072.3公开了一种降低生物质流化床气化炉合成气中焦油含量的方法，将负载氧化钙后的飞灰作为床料输送至气化炉，使焦油在炉内进行催化裂解有效降低焦油含量，该方法利用飞灰代替常规床料能够显著降低工艺成本，但工艺中新产生的灰分对床料性能的影响以及如何保持床料性能的稳定等系列问题并没有说明，极大影响工艺的适用性。
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有利于促进气固两相的充分反应，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热解气化耦合制合成气的方法。本专利技术还提供一种与上述方法相配套的生物质热解气化耦合制合成气系统。为解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种生物质热解气化耦合制合成气的方法，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）所得热解固相物料送入气化反应器与活化剂接触进行气化反应，得到粗合成气和生物炭；（3）将步骤（1）所得热解挥发性组分与步骤（2）所得粗合成气合流，从一个方向进入气体重整变换器；将步骤（2）所得生物炭从另一个方向送入气体重整变换器，在工作气体作用下，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：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。进一步地，本专利技术所述步骤（3）气化反应中通入碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、乙酸钾、乙酸钠、甲酸钠或甲酸钾的一种或几种组合。进一步地，本专利技术所述步骤（3）的工作气体为水蒸气、二氧化碳、一氧化碳或氧气中的一种或两种以上的混合物；所述工作气体流量控制在0.2～2m3/h。进一步地，本专利技术所述步骤（2）中活化剂为水蒸气、二氧化碳、一氧化碳或氧气中的一种或两种以上的混合物，流量控制在0.1～1m3/h。进一步地，本专利技术所述步骤（3）气化反应中通入碳酸钾；所述碳酸钾与活化剂的质量比为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；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）中气化反应器的反应温度为650～950℃；反应时间10～40分钟；所述步骤（3）中气体重整变换器的反应温度为700～900℃；反应时间0.5～5分钟。上述生物质热解气化耦合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、气化反应器、气体重整变换器及气固分离器；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；所述气化反应器的入料口与微波热解反应器的热解固相物料出口相通；在所述气化反应器的中部区域固定设有活化剂进口；在所述气化反应器的下部，于成型生物炭出料口处横向设有电动炉蓖；在所述电动炉蓖上设有成型生物炭螺旋出料机构；在所述气化反应器的底部固定设有星型阀门；在所述气体重整变换器的上部固定设有粉状生物炭进料螺旋机构；所述星型阀门的出料口经运输管线与粉状生物炭进料螺旋机构的入料口相通；在所述气体重整变换器的底部固定设有工作气体进口；所述气体重整变换器顶部的气相物料出口与气固分离器的入口相通。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；所述气化反应器采用纵向移动床反应器；所述气体重整变换器包括上级鼓泡流化床及下级鼓泡流化床；所述上级鼓泡流化床由圆柱筒体和向下收口的锥形筒体组合构成；所述下级鼓泡流化床由圆柱筒体构成。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1、本专利技术将生物质制合成气的热解、气化和重整变换过程通过三个互联互通的反应器进行耦合，其中微波热解反应器与气化反应器通过热解固相物流的输送进行耦合，微波热解反应器与气体重整变换器通过包括热解挥发性组分在内的气相物流的输送进行耦合。这不仅有利于三个反应过程控制、产物调控以及系统的连续运行，而且实现了生物质合成气和生物炭产品的联产。2、本法明将来自气化反应器的粉状生物炭用于气体的重整变换反应，一方面能够充分利用生物炭孔道择形效应迅速与气体携带的焦油发生裂解形成轻油和小分子气体，另一方面利用分布的活性位点促进碳氢小分子的干/湿重整和变换反应，进而提升合成气产品品质，而在工作气体作用下，特别是优选加入碳酸钾的工作气体，能够进一步增强和延长生物炭的反应活性，保证了获得高品质的生物质合成气产品。3、本专利技术气体重整变换器采用上下两级鼓泡流化床设计，能够实现不同尺寸的床料与热解挥发性组分（包括粗合成气）的分级作用，即密相区较大尺寸床料与热解挥发性组分的快速作用和稀相区较小尺寸床料与热解挥发性组分的慢速作用，有利于促进气固两相的充分反应。4、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，将高品质生物炭用于气体产品的脱焦油和重整变换来提高生物炭的催化效果并减少外源性催化剂的使用量。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。...

【技术保护点】
1.一种生物质热解气化耦合制合成气的方法，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）所得热解固相物料送入气化反应器与活化剂接触进行气化反应，得到粗合成气和生物炭；/n（3）将步骤（1）所得热解挥发性组分与步骤（2）所得粗合成气合流，从一个方向进入气体重整变换器；将步骤（2）所得生物炭从另一个方向送入气体重整变换器，在工作气体作用下，制得目的产物生物质合成气。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物质热解气化耦合制合成气的方法，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）所得热解固相物料送入气化反应器与活化剂接触进行气化反应，得到粗合成气和生物炭；
（3）将步骤（1）所得热解挥发性组分与步骤（2）所得粗合成气合流，从一个方向进入气体重整变换器；将步骤（2）所得生物炭从另一个方向送入气体重整变换器，在工作气体作用下，制得目的产物生物质合成气。


2.根据权利要求1所述的生物质热解气化耦合制合成气的方法，其特征在于：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。


3.根据权利要求2所述的生物质热解气化耦合制合成气的方法，其特征在于：所述步骤（3）气化反应中通入碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钾、氢氧化钠、乙酸钾、乙酸钠、甲酸钠或甲酸钾的一种或几种组合。


4.根据权利要求3所述的生物质热解气化耦合制合成气的方法，其特征在于：所述步骤（3）的工作气体为水蒸气、二氧化碳、一氧化碳或氧气中的一种或两种以上的混合物；所述工作气体流量控制在0.2～2m3/h。


5.根据权利要求4所述的生物质热解气化耦合制合成气的方法，其特征在于：所述步骤（2）中活化剂为水蒸气、二氧化碳、一氧化碳或氧气中的一种或两种以上的混合物，流量控制在0.1～1m3/h。


6.根据权利要求5所述的生物质热解气化耦合制合成气的方法，其特征在于：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。


7.根据权...

【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