[发明专利]微波激励熔盐催化重整气化碳基化合物的方法和设备

说明书

技术领域：本发明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方法和设备。 

背景技术：微波具有很强的穿透能力，即“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”一词出现算起，已经研发了二百多年，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(650℃)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。 

发明内容：

发明目的：本发明提供一种微波激励熔盐催化重整气化碳基化合物的方法和设备，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方法，其特征在于：以微波惰性和耐热氧化的陶瓷材料制作反应器壁，以熔融碳酸盐作为发热床料兼作催化剂，以碳基化合物作为被加工物料输送到反应器内，以水蒸汽作为气化剂通入到反应器内，从外部连续地向反应器内辐照微波；反应器内的熔融碳酸盐将电磁能转化为热能，并引发无电极放电反应，由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H₂和CO、CO₂为主体的重整气。 

所述的熔融碳酸盐是碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂中的一种或多种，或钠、钾、锂的氢氧化物、甲酸盐或碳酸氢盐；或钠、钾、锂的熔融碳酸盐分解后形成的氧化钠、氧化钾或氧化锂。 

所述的碳基化合物是指在物质分子组成中含有碳元素的物质，包括碳氢化合物、碳水化合物、单质碳物质或各种碳与氧、硫化合物的混合物。 

所述的水蒸汽与其它气化剂联合重整，其它气化剂为纯氧气、二氧化碳或空气中的一种或多种，由水蒸汽带入的氧含量占各种气化剂总供氧量的50％以上，与其混合使用的其它气化剂带入的氧含量占0～50％。 

所述的微波的频率范围在300MHz至300GHz之间，功率≥5W，反应器内的温度控制在650～1100℃，压力范围在0.1～1MPa。 

一种如上所述的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、硅酸铝陶瓷或氧化镁陶瓷。 

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。