一种生物质微波气化利用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气化利用方法及系统，所述方法为生物质原料进入微波热解反应器进行热解反应，反应后得到热解挥发性组分和热解固相物料，热解挥发性组分经气固分离后得到第一气相物料和固相物料；第一气相物料和热解固相物料进入微波气化反应器，反应后得到的气相产物经气固分离后得到合成气，合成气进入载氧体还原反应器，与反应器中的载氧体反应后得到还原态载氧体和第二气相物料；得到还原态载氧体进入载氧体再生器，与水蒸气接触进行反应，反应后得到氢气和氧化态载氧体。本发明专利技术方法得到的合成气能够满足合成液体燃料的要求，解决现有技术中以生物质为原料制备合成气和氢气的工艺存在合成气和氢气品质较差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质微波气化利用方法及系统
本专利技术属于生物质利用
，涉及一种生物质气化利用方法及系统，特别是涉及一种生物质微波利用方法及系统。
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、高效的生物质利用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。生物质气化技术能够生成以氢气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷为主的气体小分子化合物，整个过程比较清洁，而且不存在冗繁的分离提纯问题，既可以通过化学转化获得高品质液体燃料油，也可以通过变压吸附得到工业需要的氢气。因此，生物质气化技术得到了日益的关注并极具应用前景。以生物质气化技术制备中低热值的燃气技术已应用于农村地区，但由于工艺和产品限制，总体经济性不高。研究的重点也转移到生物质制合成气、氢气等高附加值产品的技术开发。目前生物质制合成气主要包括三类：一是生物质直接制备合成气（CN201610450149.9、CN201610457302.0、CN201711008635.6、CN201810097311.2），通常需要加入氧化气化剂来提高气化效率和产品气的氢碳比；二是生物质掺混污泥、煤、塑料等其他有机废弃物通过协同气化制备高品质合成气（CN201610887496.8、CN201510910626.0、CN201610139550.0、CN201710865120.1）；三是利用生物质热解产物（生物焦和焦油）低氧的特征来制备高氢碳比合成气（CN201510830295.X、CN201710380545.3、CN201710843938.3、CN201711086619.9）。但上述合成气制备技术通常需要高温、富氧和水蒸气的条件，工艺能耗高且操作复杂，合成气中的二氧化碳因为水汽变换反应的平衡限制，很难获得氢气含量大于60%的合成气产品，合成气产品性质总体不高，而且增加了合成气进一步分离获得纯氢产品的能耗，限制了技术的应用领域和范围。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种生物质微波气化利用方法及系统，能够在制备高品质合成气的同时获得高纯度氢气，得到的合成气能够满足合成液体燃料的要求，解决现有技术中以生物质为原料制备合成气和氢气的工艺存在合成气和氢气品质较差的问题，工艺经济性得到显著提高，具有良好应用前景。本专利技术第一方面提供一种生物质微波气化利用方法，所述方法包括如下内容：（1）生物质原料与添加剂进入微波热解反应器进行热解反应，反应后得到热解挥发性组分和热解固相物料；（2）步骤（1）得到的热解挥发性组分经气固分离后得到第一气相物料和固相物料；（3）步骤（2）得到的第一气相物料和步骤（1）得到的热解固相物料进入微波气化反应器，在气化气存在条件下进行反应，反应后得到的气相产物经气固分离后得到合成气；（4）步骤（3）得到的合成气进入载氧体还原反应器，与反应器中的载氧体进行反应后得到还原态载氧体和第二气相物料；（5）步骤（4）得到还原态载氧体进入载氧体再生器，与水蒸气接触进行反应，反应后得到氢气和氧化态载氧体，其中得到的氧化态载氧体循环回载氧体还原反应器循环使用。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，步骤（4）中得到的第二气相物料循环回微波气化反应器使用。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，步骤（4）中得到的第二气相物料可以作为氧化态载氧体循环回载氧体还原反应器的输送载气使用，将步骤（5）得到的氧化态载氧体和步骤（4）得到的第二气相物料进入提升管，并经提升管上端的气固分离器分离后，氧化态载氧体循环回载氧体还原反应器循环使用，第二气相物料循环回微波气化反应器使用。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，步骤（1）中所述添加剂包括组分A、组分B和微波吸收剂；以添加剂的总重量为基准，所述组分A的含量为10～30%，所述组分B的含量为10～30%，所述微波吸收剂的含量为40～60%；所述组分A为含钙化合物、所述组分B为铁和/或含铁化合物。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，所述组分A为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸氢钙、草酸钙、乙酸钙、贝壳中的一种或几种，优选为氢氧化钙。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，所述组分B为铁、氧化铁、四氧化三铁、氧化亚铁、氢氧化铁、碳酸铁、碱式碳酸铁、铁矿石、铁基橄榄石、铁基白云石中的一种或几种，优选为氧化铁。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，所述微波吸收剂为生物焦、活性炭、石墨、碳化硅、氮化硅、钛酸钡中的一种或几种，优选为生物焦。本领域技术人员应该理解的是，所述的生物焦来源于生物质微波热解过程所产生的固体。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，步骤（1）中所述生物质原料可以来源于玉米秸秆、稻壳、麦秆、木块、树叶或树枝等任何含有木质纤维素的物质，原料粒度为0.5～2mm。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，步骤（1）中生物质原料与添加剂混合后研磨至0.02~0.2mm进入微波热解反应器，进一步优选经预处理后进入微波热解反应器，所述预处理为将研磨的生物质原料、添加剂、水混合均匀，在5～10MPa条件下直接通过物理挤压的方式得到生物质压缩颗粒料，所述生物质压缩颗粒料最大尺寸不超过20mm。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，步骤（1）中生物质原料与添加剂质量比1：0.05~0.2。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，步骤（1）中所述微波热解反应器中反应条件为：热解温度为600～800℃，热解时间为10～30分钟，微波功率密度为0.2×105～2×105W/m3。经过此工序，生物质的热解产物以热解挥发性组分和热解固相物料，其中热解固相物料为生物半焦，其中热解挥发性组分占60～80%，生物半焦为20～40%；热解挥发性组分中不可冷凝的气体含量达到90%以上。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，步骤（3）中所述气化气为水蒸气、二氧化碳、氧气、空气中的一种或几种，优选为水蒸气和/或二氧化碳，进一步优选为水蒸气和二氧化碳。气化过程通入气化气来促进生物焦气化、焦油裂解以及水汽变换反应等，进而获得H2/CO比介于1.5～2.5之间的高品质合成气产品。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，步骤（3）中所述微波气化反应器中的反应条件为：气化温度为800～1000℃，反应时间10～20分钟，微波功率密度0.5×105～5×105W/m3，气化气流量为0.12-1.2m3/h；其中，水蒸气流量0.1～1m3/h，CO2流量0.05～0.5m3/h。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，步骤（4）中所述载氧体还原反应器中的反应条件为：反应温度为650～900℃，反应时间为10～30分钟，微波功率密度为0.5×105～5×105W/m3，合成气流量为0.05～0.5m3/h。本专利技术所述生物质微波气化利用方法中，步骤（4）中所述载氧体包括组分A、组分B和组分C；以重量含量计，所述组分A的含量为60wt%～80wt%、组分B的含量为5wt%～10wt本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质微波气化利用方法，所述方法包括如下内容：/n（1）生物质原料与添加剂进入微波热解反应器进行热解反应，反应后得到热解挥发性组分和热解固相物料；/n（2）步骤（1）得到的热解挥发性组分经气固分离后得到第一气相物料和固相物料；/n（3）步骤（2）得到的第一气相物料和步骤（1）得到的热解固相物料进入微波气化反应器，在气化气存在条件下进行反应，反应后得到的气相产物经气固分离后得到合成气；/n（4）步骤（3）得到的合成气进入载氧体还原反应器，与反应器中的载氧体进行反应后得到还原态载氧体和第二气相物料；/n（5）步骤（4）得到还原态载氧体进入载氧体再生器，与水蒸气接触进行反应，反应后得到氢气和氧化态载氧体，其中得到的氧化态载氧体循环回载氧体还原反应器循环使用；/n其中，步骤（1）中所述添加剂包括组分A、组分B和微波吸收剂；所述组分A为含钙化合物、所述组分B为铁和/或含铁化合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物质微波气化利用方法，所述方法包括如下内容：
（1）生物质原料与添加剂进入微波热解反应器进行热解反应，反应后得到热解挥发性组分和热解固相物料；
（2）步骤（1）得到的热解挥发性组分经气固分离后得到第一气相物料和固相物料；
（3）步骤（2）得到的第一气相物料和步骤（1）得到的热解固相物料进入微波气化反应器，在气化气存在条件下进行反应，反应后得到的气相产物经气固分离后得到合成气；
（4）步骤（3）得到的合成气进入载氧体还原反应器，与反应器中的载氧体进行反应后得到还原态载氧体和第二气相物料；
（5）步骤（4）得到还原态载氧体进入载氧体再生器，与水蒸气接触进行反应，反应后得到氢气和氧化态载氧体，其中得到的氧化态载氧体循环回载氧体还原反应器循环使用；
其中，步骤（1）中所述添加剂包括组分A、组分B和微波吸收剂；所述组分A为含钙化合物、所述组分B为铁和/或含铁化合物。


2.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：步骤（4）中得到的第二气相物料循环回微波气化反应器使用。


3.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：步骤（4）中得到的第二气相物料作为氧化态载氧体循环回载氧体还原反应器的输送载气使用，将步骤（5）得到的氧化态载氧体和步骤（4）得到的第二气相物料进入提升管，并经提升管上端的气固分离器分离后，氧化态载氧体循环回载氧体还原反应器循环使用，第二气相物料循环回微波气化反应器使用。


4.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：以添加剂的总重量为基准，所述组分A的含量为10～30%，所述组分B的含量为10～30%，所述微波吸收剂的含量为40～60%。


5.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：所述组分A为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸氢钙、草酸钙、乙酸钙、贝壳中的一种或几种，优选为氢氧化钙。


6.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：所述组分B为铁、氧化铁、四氧化三铁、氧化亚铁、氢氧化铁、碳酸铁、碱式碳酸铁、铁矿石、铁基橄榄石、铁基白云石中的一种或几种，优选为氧化铁。


7.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：所述微波吸收剂为生物焦、活性炭、石墨、碳化硅、氮化硅、钛酸钡中的一种或几种，优选为生物焦。


8.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：步骤（1）中生物质原料与添加剂混合后研磨至0.02~0.2mm进入微波热解反应器，进一步优选经预处理后进入微波热解反应器，所述预处理为将研磨的生物质原料、添加剂、水混合均匀，在5～10MPa条件下直接通过物理挤压的方式得到生物质压缩颗粒料，所述生物质压缩颗粒料最大尺寸不超过20mm。


9.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：步骤（1）中生物质原料与添加剂质量比1：0.05~0.2。


10.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：步骤（1）中所述微波热解反应器中反应条件为：热解温度为600～800℃，热解时间为10～30分钟，微波功率密度为0.2×105～2×105W/m3。


11.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：步骤（3）中所述气化气为水蒸气、二氧化碳、氧气、空气中的一种或几种，优选为水蒸气和/或二氧化碳，进一步优选为水蒸气和二氧化碳。


12.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：步骤（3）中所述微波气化反应器中的反应条件为：气化温度为800～1000℃，反应时间10～20分钟，微波功率密度0.5×105～5×105W/m3，气化气流量为0.12-1.2m3/h；其中，水蒸气流量0.1～1m3/h，CO2流量0.05～0.5m3/h。


13.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：步骤（4）中所述载氧体还原反应器中的反应条件为：反应温度为650～900℃，反应时间为10～30分钟，微波功率密度为0.5×105～5×105W/m3，合成气流量为0.05～0.5m3/h。


14.按照权利要求1所述的生物质微波气化利用方法，其特征在于：步骤（4）中所述载氧体包括组分A、组分...

【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