一种垃圾生物质热解气化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种垃圾生物质热解气化系统，包括：经过干燥的生物质原料和微波催化剂在送料螺旋上混合，待物料达到100~300℃推入微波反应器进行热解气化；热解产物经过气固分离得到气态的热解挥发分和固体；固体返回到反应器中，与反应器中残留的固体进入提升管进行燃烧，燃烧产物通过旋风分离得到再生催化剂和高温烟气；再生催化剂通过回流管与步骤的气态热解挥发分进行高温裂解反应，得到高品质的生物质燃气产品。生物质热解气化系统，包括原料干燥器、微波发生器、热解反应腔、提升管燃烧器、回流管。该方法及系统热解速度快、能耗低，得到生物质燃气品质高，能够满足合成液体燃料的要求，具有良好应用前景。具有良好应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种垃圾生物质热解气化系统


[0001]本专利技术涉及一种垃圾生物质热解气化系统。

技术介绍

[0002]生物质气化技术作为一种能源开发的新技术，能够将低品位的固体生物质原料转化为高品位的洁净气体燃料 , 可以有效地减少温室气体排放问题 , 是一种可持续的清洁能源转化技术。相比于传统的气化方法，采用微波加热的方法能够实现物料内外的同时加热，强化物料的传热过程，有利于提高生物质气化速率，而且通过合理的温度控制，可以减少二次反应，简化最终产物。诸多研究已证明，微波热解气化产物富含合成气组分，副产的生物半焦比非微波热解半焦具有更高的反应性，也是一种优良的炭基材料。
[0003]CN201210401809.6 公开了一种微波场下生物质和焦炭在氯化锌作为催化剂作用下进行热解气化的方法，热解气化率大于 80%，气体产物中氢气含量可达到 70%。CN103387853A 将金属氧化物及其盐与炭化生物质混合进行微波热解气化，然后通过水蒸气重整获得富含 99% 以上（H2+CO）的合成气产品，H2/CO 最高达 1.12，生物碳转化率达到 93%以上。但上述方法都存在催化剂难以回收循环使用的问题，而且为了提高 H2/CO，消耗了大量的水蒸气，增加能耗和气耗，工艺经济性不高。

技术实现思路

[0004]针对现有技术不足，本专利技术提供了一种垃圾生物质热解气化系统，该方法热解速度快、能耗低，得到生物质燃气品质高，能够满足合成液体燃料的要求，具有良好应用前景。
[0005]本专利技术所述的生物质热解气化方法，包括：（1）经过干燥的生物质原料和微波催化剂在送料螺旋上进行混合，待物料达到100~300℃推入微波反应器进行热解气化，得到热解产物；（2）热解产物经过气固分离得到气态的热解挥发分和固体；3）步骤（3）得到的固体返回到反应器中，与反应器中残留的固体，包括催化剂和新生成的生物焦由出料螺旋进入提升管进行燃烧，燃烧产物通过旋风分离得到再生催化剂和高温烟气；（4）步骤（3）中的再生催化剂通过回流管与步骤（2）的气态热解挥发分进行高温裂解反应，得到高品质的生物质燃气产品，再生催化剂循环使用。
[0006]步骤（1）所述的生物质原料包括玉米秸秆、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，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 5~20mm。
[0007]步骤（1）原料的干燥主要通过步骤（3）中的高温烟气回用实现的，由于高温烟气的温度可达到 900℃，能够快速干燥生物质原料，生物质原料含水量不超过 1%。
[0008]步骤（1）的干燥原料和催化剂在送料螺旋的作用下既是物料混匀，也是对原料的活化处理。由于催化剂可循环使用，经过燃烧等高温处理的催化剂再与原料混合后，可显著提升生物质的温度，改变或破坏部分物料结构，起到活化的作用，同时降低热解过程的微波能耗。
[0009]步骤（1）的生物质原料和微波催化剂质量比 1:0.1~1:10。
[0010]步骤（1）的原料和催化剂通过送料螺旋进入微波反应腔并在重力作用自由下落至微波反应器的旋转圆盘进行热解气化处理；其中所述的热解气化处理条件为：处理温度500~800℃，功率密度 5
×
105~20
×
105W/m3，进料速率 1~10kg/h，较高的温度会使原料发生热解和气化过程，根据处理温度和功率的选择，整个过程所需要的时间 0.5~5 分钟，通过旋转圆盘转速来控制具体的处理时间。热解产物以质量百分比计，半焦占 10%~20%，热解挥发分占 80%~90%，热解挥发分中包括约 5%~25% 可冷凝性组分。
[0011]步骤（1）的催化剂包括载体和活性组分，所述的载体为微波吸收剂，活性组分为活性金属氧化物，以催化剂重量为基准，活性金属氧化物为 5%~20%，微波吸收剂为 80%~95% ；微波吸收剂选自碳化硅、氮化硅、氮化硼、氮化铝中一种或几种，活性金属氧化物是具有两性的金属氧化物，选自氧化镍、氧化钛、氧化锆、氧化镧、氧化硒或氧化铝等中的一种或几种组合，优选氧化铝、氧化锆、氧化镧一种或几种组合。
[0012]步骤（1）所述的催化剂采用均匀共沉淀方法制备，具体过程如下：将活性金属盐溶液与微波吸收剂粉末混合均匀，然后将过量的尿素溶液通过滴加方式进行混合反应，同时保持反应体系恒温在 60-90℃，反应完全后，离心分离，并将沉淀过滤、用去离子水洗涤至中性，沉淀在 60~150℃干燥 4~12 小时，而后在 800~1000℃灼烧 6~20 小时，自然降温后挤出造粒，粒度最大尺寸在 0.5~2mm，干燥备用；其中所述的活性金属盐溶液为选自活性金属硝酸盐或氯化物，如硝酸镁、硝酸镍、硝酸镧、硝酸铝、氯氧化锆、氯化钾、氯化钛等可溶性盐。
[0013]步骤（2）所述的气固分离是指任何能够分离气体和固体的干法分离，包括旋风分离、沉降分离或过滤分离等，但不限于上述几种。为了防止热解挥发分中的可冷凝组分粘附，气固分离单元进行保温处理，温度在 200~400℃。
[0014]步骤（3）新生成的生物焦经过出料螺旋的作用很容易粉化，并与催化剂一起以粉末的形式进入提升管中进行流化燃烧，为了保证燃烧的充分性和催化剂的携带量，通入空气速率为 6~16m/s，经过燃烧再生的催化剂温度超过 900℃。
[0015]步骤（4）所述的高温裂解反应温度为 600~800℃，气体体积空速 200~800h-1，经过高温催化裂解处理后，得到的生物质燃气产品中 H2/CO 可控制在 1.0~1.8 之间，低位热值12~15MJ/Nm3，焦油含量 8~10mg/m3。
[0016]本专利技术的生物质热解气化系统，包括原料干燥器、微波发生器、热解反应腔、提升管燃烧器、回流管；原料干燥器内设置气体进出口，原料干燥器底端通过星型阀门与送料螺旋进料端相连接；送料螺旋中端与回流管相连，送料螺旋出料端与热解反应腔通过星型阀门连接；热解反应腔的内部和外壁都设置一定数量的微波发生器，在热解反应腔下部设有旋转圆盘，热解反应腔顶端连接用于净化热解挥发分的旋风分离器，热解反应腔底端连接出料螺旋；出料螺旋的末端与提升管燃烧器底部相通；提升管燃烧器顶端接入用于分离烟气的旋风分离器；旋风分离器的底端则与回流管相连。
[0017]所述的微波热解反应腔为中孔环形结构，其中内环外径占微波热解反应腔内径的1/2~2/3，微波热解反应腔环形内胆和微波热解反应腔内胆都采用透波的陶瓷材料，而微波热解反应腔内环内胆则为防微波泄漏的不锈钢材料。上述的微波反应腔结构最大的特点是显著增加微波发生器的布置数量，提高微波腔内的功率密度，在不影响气体热解程度的同
时，大大缩短了反应时间，有利于提高生物质的处理规模。
[0018]微波热解反应腔内物料的移动是通过旋转圆盘来实现的。物料通过送料螺旋进入反应腔后，在重力作用下落入旋转圆盘，在旋转过程中物料发生热解反应，当圆盘旋转一周时物料充分热解，并在出料螺旋作用下移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垃圾生物质热解气化系统，其特征在于包括：（1）经过干燥的生物质原料和微波催化剂在送料螺旋上进行混合，待物料达到 100~300℃推入微波反应器进行热解气化，得到热解产物；（2）热解产物经过气固分离得到气态的热解挥发分和固体；（3）步骤（3）得到的固体返回到反应器中，与反应器中残留的固体由出料螺旋进入提升管进行燃烧，燃烧产物通过旋风分离得到再生催化剂和高温烟气；（4）步骤（3）中的再生催化剂通过回流管与步骤（2）的气态热解挥发分进行高温裂解反应，得到高品质的生物质燃气产品，再生催化剂循环使用。2.按照权利要求 1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的生物质原料为含有木质纤维素的生物质；原料最大方向尺寸不超过 50mm，步骤（1）原料通过步骤（3）中的高温烟气回用进行干燥，步骤（1）的生物质原料和微波催化剂质量比 1:0.1~1:10，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送料螺旋进入微波反应腔并在重力作用自由下落至微波反应器的旋转圆盘进行热解气化处理；所述的热解气化处理条件为：处理温度 500~800℃，功率密度 5
×
105~20
×
105W/m3，进料速率1~10kg/h，处理时间 0.5~5 分钟。3.按照权利要求 1 所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的热解产物以质量百分比计，半焦占 10%~20%，热解挥发分占 80%~90%，热解挥发分中包括 5%~25% 可冷凝性组分，步骤（1）的催化剂包括载体和活性组分，所述的载体为微波吸收剂，活性组分为活性金属氧化物，以催化剂重量为基准，活性金属氧化物为 5%~20%，微波吸收剂为 80%~95% ；微波吸收剂选自碳化硅、氮化硅、氮化硼、氮化铝中一种或几种，活性金属氧化物是具有两性的金属氧化物，选自氧化镍、氧化钛、氧化锆、氧化镧、氧化硒或氧化铝等中的一种或几种组合，步骤（2）所述的气固分离为旋风分离、沉降分离或过滤分离；气固分离单元进行保温处理，温度为 200~400℃。4.按照权利要求 1 所述的方法，其特征在于：步骤（3）所述的燃烧过程，通入空气速率为 6~16m/s，步骤（4）所述的高温裂解温度600~800℃，气体体积空速 200~800h-1，步骤（4）所述的高品质的生物质燃气产品中，H2/CO 在 1.0~1.8 之间，低位热值 12~15MJ/Nm3，焦油含量 8~10mg/m3。5.一种垃圾生物质热解气化系统，其特征在于：包括原料干燥器、微波发生器、热解反应腔、提升管燃烧器、回流管；原料干燥器内设置气体进出口，原料干燥器底端通过星型阀门与送料螺旋进料端相连接；送料螺旋中端与回流管相...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晖，卿尚伟，白坤，骆韫诗，张城华，
申请(专利权)人：四川运辉环保工程有限公司，
类型：发明
国别省市：