一种生物质微波热解气化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种生物质微波热解气化方法及系统，所述方法为生物质原料经预热后进入微波热解反应器进行氧化热解反应，热解产物进入微波裂解反应器进行裂解反应，反应后得到裂解粗合成气和固相物料，固相物料进入生物焦微波气化反应器进行反应，得到气化粗合成气和活性炭，裂解粗合成气和气化粗合成气进入原料预热罐对生物质原料进行预热，经过换热后的粗合成气进一步进行气固分离，气固分离后得到的气相物料进入净化反应器，经过净化反应器内的膜过滤器处理后得到净化合成气。所述生物质微波热解气化方法及系统可以提高合成气收率，且得到的合成气产品中焦油含量低，同时联产高品质活性炭产品。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质微波热解气化方法及系统
本专利技术属于生物质利用
，涉及一种生物质微波热解气化方法及系统。
技术介绍
我国生物质资源丰富但利用方式落后，能量利用效率低下，造成生物质资源的严重浪费。研究开发清洁、高效的生物质间接液化技术已成为解决当前石油资源短缺、发展生物质能经济以及减少环境污染的重要内容之一。生物质间接液化技术实质上是将生物质分解成以合成气为主的小分子物质，然后经过进一步的化学转化成为高品质燃料及高附加值化学品。但是生物质热解、气化技术的不成熟，气化效率较低，生物质合成气纯度以及携带焦油杂质等直接制约了生物质合成气的化学转化技术发展。因此，开发新型低耗高效生物质快速气化制合成气技术，从根源上系统研究合成气原料高焦油、低转化等关键问题，对于解决生物质能利用技术推广中的瓶颈问题，引领未来生物质转化技术的发展具有重要的作用。与传统加热方式相比，微波加热具有穿透性强、选择性加热、易于控制和加热清洁环保无污染等优点。利用微波加热的特殊加热机制，可开发出在常规加热条件下难以实现的新技术和新工艺，实现过程的高效、节能。微波加热的特殊性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质微波热解气化方法，所述方法包括如下内容：/n（1）生物质原料经预热后进入微波热解反应器，在含氧气体存在下进行氧化热解反应；/n（2）步骤（1）得到的热解产物进入微波裂解反应器进行裂解反应，反应后得到裂解粗合成气和固相物料；/n（3）步骤（2）得到的固相物料进入生物焦微波气化反应器，在气化气存在条件下进行反应，得到气化粗合成气和活性炭；/n（4）步骤（2）得到的裂解粗合成气和步骤（3）得到的气化粗合成气进入原料预热罐对步骤（1）中的生物质原料进行预热，经过换热后的粗合成气进一步进行气固分离；/n（5）步骤（4）中气固分离后得到的气相物料进入净化反应器，经过净化反应器内的膜过滤器处理...

【技术特征摘要】
1.一种生物质微波热解气化方法，所述方法包括如下内容：
（1）生物质原料经预热后进入微波热解反应器，在含氧气体存在下进行氧化热解反应；
（2）步骤（1）得到的热解产物进入微波裂解反应器进行裂解反应，反应后得到裂解粗合成气和固相物料；
（3）步骤（2）得到的固相物料进入生物焦微波气化反应器，在气化气存在条件下进行反应，得到气化粗合成气和活性炭；
（4）步骤（2）得到的裂解粗合成气和步骤（3）得到的气化粗合成气进入原料预热罐对步骤（1）中的生物质原料进行预热，经过换热后的粗合成气进一步进行气固分离；
（5）步骤（4）中气固分离后得到的气相物料进入净化反应器，经过净化反应器内的膜过滤器处理后得到净化合成气。


2.按照权利要求1所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：步骤（1）中所述生物质原料预热温度为120～220℃，预热时间为2～10min。


3.按照权利要求1所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：步骤（1）中所述的氧化热解反应温度为500～800℃，压力为-2000～-200Pa，时间为2～10min，微波功率密度为0.2×105～2×105W/m3。


4.按照权利要求1所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：步骤（1）中所述的含氧气体为氧气、空气、氧气与氮气的混合气、氧气与烟气的混合气、氧气与惰性气体的混合气中的一种或几种，所述混合气中氧气的体积分数为5%～30%，含氧气体的流量0.05～0.5m3/h。


5.按照权利要求1所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：步骤（2）中所述的裂解反应温度为800～1000℃，裂解焦油空速为0.05～0.3h-1，微波功率密度为0.5×105～2×105W/m3。


6.按照权利要求1所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：步骤（3）中所述生物焦微波气化反应器中的气化温度为500～800℃，气化气空速为0.05～0.5h-1，微波功率密度1×105～5×105W/m3。


7.按照权利要求1所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：步骤（3）中所述气化气为水蒸气、二氧化碳、空气、氧气中的一种或几种组合。


8.按照权利要求1所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：步骤（3）中所述生物焦微波气化反应器的气化过程中加入活化剂，所述活化剂为磷酸、氯化锌、氯化铁、碳酸钾、碳酸钠中的一种或几种，优选为磷酸。


9.按照权利要求1所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：步骤（4）中所述将步骤（2）得到的裂解粗合成气和步骤（3）得到的气化粗合成气进入原料预热罐对步骤（1）中的生物质原料进行预热，所述的换热方式选自直接对流换热、间接传导换热、流化换热中的任一种。


10.按照权利要求1所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：步骤（4）中所述的气固分离采用重力沉降、离心分离、过滤分离、静电分离、吸附分离中的任一种或几种。


11.按照权利要求1所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：步骤（5）中所述膜过滤处理的温度为300～500℃，微波功率密度0.1×105～1×105W/m3，压力为-2000～-200Pa。


12.按照权利要求1所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：步骤（5）中所述膜过滤器中使用的膜为陶瓷膜，所述陶瓷膜的孔径为10～50nm、孔隙率为45～50%。


13.按照权利要求12所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：步骤（5）中所述膜过滤器中使用的膜为内置涂层的陶瓷膜。


14.按照权利要求13所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：所述内置涂层的陶瓷膜是通过涂层造孔修饰改性而成，涂层包括活性组分、支撑体组分和助剂，其中，所述的活性组分为氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化锆、氧化锰、氧化钙中中的一种或几种，优选氧化铁和/或氧化镍；所述的支撑体组分为氧化铝、橄榄石、铁矿石、白云石、凹凸棒石中的一种或几种，优选氧化铝和/或橄榄石；所述的助剂为氧化钛、氧化铜、氧化镁、氧化铈、氧化镧中的一种或几种，优选氧化钛。


15.按照权利要求13或14所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：所述涂层包括氧化镍、橄榄石和氧化钛，按照质量百分含量计，氧化镍含量为2~10%、橄榄石含量为80~90%、氧化钛含量为2~10%。


16.按照权利要求15所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：所述涂层中包括氧化铁和氧化铝，其中氧化铁与氧化镍的质量比为1~2:1，氧化铝与橄榄石质量比0.5~1:2。


17.按照权利要求14所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：按照涂层质量百分含量计，所述的活性组分含量为3~20%、支撑体组分含量为75~95%、助剂含量为1~5%。


18.按照权利要求14所述生物质微波热解气化方法，其特征在于：所述内置涂层的陶瓷膜通过如下方法进行制备：
（1）将涂层粉末原料与酸性造孔剂混合，混合均匀后得到物料A，再将物料A与水混合，然后进行研磨处理，得到酸性涂膜浆料；
（2）将涂层粉末原料与碱性造孔剂混合，混合均匀后得到物料B，再将物料B与水混合，然后进行研磨处理，得到碱性涂膜浆料；
（3）将陶瓷膜放入溶液C中浸泡处理，所述溶液C为有机溶剂，具体为乙醇、甲醇、丙醇、丁醇、乙二醇、二氧六环、二氯甲烷、乙酸乙酯中的一种或几种，优选为乙醇；
（4）将步骤（3）处理后的陶瓷膜加入酸性浆料中处理60～120s，然后在加入至碱性浆料中处理60～120s，然后进行烧结处理。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，宋永一，张彪，赵丽萍，吴斯侃，刘继华，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11