微波激励熔盐催化重整气化碳基化合物的设备制造技术

本实用新型专利技术属于制备清洁燃气和化工合成气的技术领域，具体地说，是通过微波激励熔盐对碳基化合物进行重整气化的设备。在一个金属壳体内设有一个以微波惰性和耐热氧化的陶瓷材料制作的反应器，反应器内接有通入多个水蒸汽或其它气化剂的管路，一个螺旋进料器也连在反应器的底部，在反应器的底部还设有排渣口，反应器的上部连通有重整气的出口；在金属壳体上设有微波馈能口设置在与反应器相对应的位置。由微波激励下的无电极放电反应完成对碳基化合物的重整气化加工，得到以Ｈ↓［２］和ＣＯ、ＣＯ↓［２］为主体的重整气。本实用新型专利技术的目的在于用一种简捷、高效的方法解决以往的各种技术难以克服的各种问题。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于制备清洁燃气和化工合成气的
具体地说，是通 过微波激励熔盐对碳基化合物进行重整气化的设备。技术背景微波具有很强的穿透能力，S卩内加热作用。可透过容器壁选择性地、 均匀地加热容器内的可吸收微波能量的物料，避免能量在传导过程中的损失。微波加热技 术已经在冶金和陶瓷烧结等领域得到了应用。本技术借鉴了这些成功的经验，转化应用于 气化各种碳基化合物。气化技术从1790年gasification —词出现算起，己经研发了二百多年，技术和控制 越来越复杂，仍然有不可克服的缺陷。传统气化炉的设计是采用部分氧化燃烧过程释 放的热能，以维持裂解气化所需的吸热过程。但由于燃烧过程反应迅速，固体燃料转变成 气体后的体积快速膨胀，使温度不能集中，放热反应的能量相对不足以维持吸热反应之所 需，由此造成吸热裂解反应进行得不完全，表现为产生大量的油烟。传统气化方式如果以 空气作为气化剂，会带入氮气，使产品气中氮气比重加大，妨碍后续的化工利用。如果以 纯氧作为气化剂，会增加空气分离的电耗，系统构造和操作复杂，基本被国外技术所垄断。超临界蒸汽重整气化反应器的高压(25 30MPa)和高温(65tTC)强氧化环境，不得 不使用昂贵的耐腐蚀和耐高压的合金材料做容器。即使如此，材料的腐蚀现象还是令人触 目惊心。氧化腐蚀和高压是其安全运行的潜在风险。
技术实现思路
专利技术目的本技术提供一种微波激励熔盐催化重整气化碳基化合物的设备，其目 的在于用一种简捷、高效的方法解决以往的各种技术难以克服的各种问题。技术方案一种微波激励熔盐催化重整气化碳基化合物的设备，其特征在于在一个金属壳体内 设有一个以微波惰性和耐热氧化的陶瓷材料制作的反应器，反应器内接有通入多个水蒸汽 或其它气化剂的管路， 一个螺旋进料器也连在反应器的底部，在反应器的底部还设有排渣 口，反应器的上部连通有重整气的出口；在金属壳体上设有微波馈能口设置在与反应器相 对应的位置。微波馈能口相对于柱形的反应器采用X轴、y轴、Z轴三维空间布局或二维空间布局。微波惰性和耐热氧化的陶瓷材料制作的反应器壁，采用的陶瓷材料为三氧化二铝陶瓷、 硅酸铝陶瓷、氧化镁陶瓷。反应器壁外设有保温材料，材料采用三氧化二铝陶瓷、硅酸铝陶瓷、氧化镁陶瓷、二 氧化硅等材料制成的多孔隙的构造。金属壳体上设有低温空气进口和高温空气出口 ，来进行强制空气冷却循环。优点及效果1、 熔融碳酸盐是良好的微波致发热体和传热传质。可以凭借与被加工的物料最全面 的接触，将热传递给后者。2、 熔融碳酸盐是很好的重整反应催化剂，且廉价易得、容易回收。由于微波加热具有选择性激励的特点，催化剂(熔盐和炭)的介电常数大，是电磁能3转化的热点和电化学反应的活化中心。固态或液态碳基化合物在催化剂/反应底物 的界面处被分解成气态的低碳烃或焦油气。后者再在微波等离子体中被彻底裂解。采用在 高温下是液态催化剂的明显好处是，不受固体催化剂的机械强度、热化学稳定性、重复使 用性、与反应物的表面接触性等因素的制约。3、 熔融碳酸盐工艺能把制气与脱硫、除硅渣整合在一起，产品气杂质少、热值高，可直接用于下游生产，简化了净化工序。这一点对高含硫原料，如废旧轮胎和煤炭等的加 工尤其有利。4、 工艺操作复杂度低、可控性好。可以与各种气化剂进行联合重整，使重整气中氢 气的占比根据原料和下游工艺的要求灵活调整。同时可与C02捕获技术结合，减少温室气 体排放。微波的电热转化效率(80 95%)高于其它频段的电磁波。加之可灵活地布局能量场， 采用高温无电极放电模式可高效地完成热电化学转化和避免电极问题的困扰，具有其它工 艺无可比拟的优势。5、 对被加工原料适用面宽，可利用劣质煤和各种废弃资源，甚至可应用于治理有机 废弃物的排放。附图说明图1为本技术设备的主要结构示意图。具体实施方式本技术以微波惰性和耐热氧化的陶瓷材料制作反应器壁，以回收余热产生的水蒸 汽代替空气(或纯氧)作为气化剂和氧源。从外部连续地向反应器内辐照微波，由微波致 发热床料(兼催化剂)将电磁能转化为热能，并引发无电极放电反应。在流动工艺下，在 以数秒计的时间内，由微波激励下的无电极放电反应完成对碳基化合物的重整气化加工。 在反应器下部，固态或液态的碳基化合物与熔融碳酸盐以固-熔体直接接触的方式，首先被 催化裂解成气态的低碳烃或焦油气。在反应器上部炭化层的微波放电等离子体中，低碳烃 或焦油气再被彻底地裂解和重整。得到以H2和CO、 C02为主体的重整气。工艺设计把制 重整气与脱硫、除硅渣整合在一起，压縮流程，清洁生产。首先举例说明本技术是怎样工作的。以熔融碳酸钠(Na2C03)作为微波致发热床料，以煤或秸秆作为被加工原料，把气化反 应温度设定在85(TC以上，压力大于0.1MPa，微波频率2.45GHz。先从氢氧化钠(NaOH)说起。因为它只是这个反应体系中的过渡化合物，也可以是熔融 碳酸钠的前体。NaOH的熔点是318.4。C，比较容易被加热熔化。同许多离子化合物一样，NaOH在低 温段对微波吸收不明显。这不要紧，在其中掺入5 15%的炭粉作为低温段微波致发热体， 炭粉会有助于NaOH的升温和熔化。熔融的NaOH是很好的微波致发热体。升温的早期阶 段会有少量的烟出现。烟是焦油在高温时的气溶胶形态，冷却后凝固成焦油。在50(TC左 右时焦油产生的最多。但达到设定的温度后，焦油就被裂解了。反应中消耗的炭会不断地 得到煤或秸秆炭的补充。所以，在整个反应体系中并不缺乏微波致发热介质。在低温段，NaOH可与煤或秸秆气化过程中生成的CO反应，形成甲酸钠(HCOONa， 熔点253'C )。熔融甲酸钠很不稳定，随着温度的升高被分解成CO、水蒸汽和氧化钠(Na20， 熔点920'C，升华的温度在1275°C)。熔化后的NaOH也逐渐被分解成水蒸汽和Na20。水 蒸汽则直接参与了煤或秸秆的重整气化反应。Na20还会与煤或秸秆气化过程中生成的C02反应，形成碳酸钠(Na2C03，熔点851'C )。Na2C03比较稳定，超过熔点时才开始少量分解，分解成C02和Na20。所以，达到设定的 温度后，Na2C03和Na20是优势熔体，以Na2CCb为主。NaHCO3在270。C转化成Na2CO3、 H20禾Q C02，其它同理。 上面以钠盐为例，钾和锂盐的转化同理。熔融的碳酸盐是很好的微波致发热体。还是很好的传热传质，可作为热浴介质来 浸泡、蒸煮、熔炼秸秆或煤等碳基化合物。此外，Na2C03和Na20还可以兼作为热解反应的催化剂。它们作为热解催化剂，至今 己被人们使用了 100多年。熔融碳酸盐还作为环境有害元素清除剂。比如，与原料中的硫元素反应生成硫酸盐熔 渣而将其清除掉，使重整气中不含有硫化氢(H2S)的气体成分。其它气化技术的产品气中都 含有H2S气体，用作合成气时需先脱硫净化。再说明本工艺下不参与反应的元素的去路。煤或秸秆原料中不参与反应的主要元素是硅、硫、氮等，钾将参与碱金属的循环回收 利用。硅是不参与反应的最大份量的元素。硅在熔融碳酸盐气化反应体系中会形成硅酸钠。 硅酸钠的相对密度为2.614g/cm3。关注相对密度是为了确定它定位在反应器的上部、中部、 还是下部，涉及到排渣的部位。硫在熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波激励熔盐催化重整气化碳基化合物的设备，其特征在于：在一个金属壳体（１）内设有一个以微波惰性和耐热氧化的陶瓷材料制作的反应器（２），反应器（２）内接有通入多个水蒸汽或其它气化剂的管路（３），一个螺旋进料器（４）也连在反应器（２）的底部，在反应器（２）的底部还设有排渣口（７），反应器（２）的上部连通有重整气的出口（５）；在金属壳体（１）上设有微波馈能口（６）设置在与反应器（２）相对应的位置。

【技术特征摘要】
1、一种微波激励熔盐催化重整气化碳基化合物的设备，其特征在于在一个金属壳体(1)内设有一个以微波惰性和耐热氧化的陶瓷材料制作的反应器(2)，反应器(2)内接有通入多个水蒸汽或其它气化剂的管路(3)，一个螺旋进料器(4)也连在反应器(2)的底部，在反应器(2)的底部还设有排渣口(7)，反应器(2)的上部连通有重整气的出口(5)；在金属壳体(1)上设有微波馈能口(6)设置在与反应器(2)相对应的位置。2、 根据权利要求1所述的微波激励熔盐催化重整气化碳塞化合物的设备，其特征在于 微波馈能口 (6)相对于柱形的反应器(2)采用x轴、y轴、z轴三维空间布局或二维空...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍涛，
申请(专利权)人：鲍涛，
类型：实用新型
国别省市：89[中国|沈阳]