[发明专利]一种高品质高效率水煤气变换方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及能源和节能环保领域，具体是指一种高品质高效率水煤气变换方法及装置。

背景技术

随着我国经济的高速发展，能源消耗也与日俱增，我国已成为世界的耗能大国，能源的枯竭问题已经严重阻碍着我国经济的健康发展。据估计，至2020年我国石油的供应缺口将为2.5亿吨，对外依存度高达54％以上，石油危机将不可避免地成为一个危及国家安全事务的重要问题。地球的有限资源-矿物燃料(石油、煤、天然气等)的大量开采使用，一方面加快了全球性的能源危机进程，另一方面破坏了人类社会的生态环境，也带来了全球性的环境污染(如SO_x、NO_x等的大量排放)。解决能源危机和环境污染的根本出路在于开发利用包括生物质能在内的各种可再生能源。

目前，由生物质制取高品质的液体和气体燃料也已成为各国21世纪新能源开发的战略发展方向。在以往利用生物质开发生物燃料的研究中，原料集中于高等植物，尤其像大豆、玉米等这样的粮油植物，但面对世界粮食紧缺、生态系统破坏等事实，由传统粮食作物制取生物燃料的路线遭到世界各国科学家的质疑，迫使人们将眼光转向用其他原料开发生物燃料的方法。氢本身无毒无臭，燃烧时生成水，无CO₂排放，是解决地球温室效应最有效的清洁能源之一。因此，以生活垃圾、餐厨垃圾、城市污泥、生物质废弃物等为原料，制备含氢量高的水煤气，用于生产高品质生物燃油或相关化工产品具有重要的战略意义和社会经济效益。

到目前为止，有关高氢含量水煤气变换反应的专利有：“一种生物质催化裂解制取氢气的方法及其装置”(CN1435369)、“垃圾、生物质低温电催化气化及液化的方法和工艺”(CN1995285)、“电催化水蒸汽重整生物油制取氢气的装置及方法”(CN101177239)、“生物质富氢燃气制备方法及装置”(CN101100621)、“一种以生物质为原料制备氢气的方法”(CN101348234)。这些专利都必须使用催化剂，催化剂易中毒，对原料和工艺条件均有比较严格的要求，难以适用于各种原料(如生活垃圾、餐厨垃圾、城市污泥、生物质废弃物等)制氢或水煤气。

此外，专利“一种生物质与煤混合流化床气化方法及其装置”(CN1557919)，虽然没有使用催化剂，但由于气化炉采用了供风燃烧和供蒸气气化的间歇交替式工作方式，一方面生成的水煤气质量不稳定，另一方面热交换效率低。专利“一种煤气内热低温干馏温度控制与煤气提质方法”(CN101497802)，需采用富氧燃烧供热，生产成本高，且水煤气中氢含量最高也只能达到40-50vol％。专利“微波辐射污泥制生物柴油的方法”(CN1850943)，虽然采用了微波，但需在原料中加入1-10wt％的吸波介质，且水煤气产率不高(原料的大部份被转化为固体炭)。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种高品质高效率水煤气变换方法及装置。以生活垃圾、餐厨垃圾、城市污泥、生物质以及其他含碳物或含碳废弃物为原料，在隔绝空气(无氧)、无催化剂条件下，通入水蒸气，通过微波诱导均匀加热，使其在较低温度条件下即具有较高的反应活性，实现高品质高效率(高转化率)的水煤气变换反应，为新一代高品质生物燃油的合成作贡献。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

对生活垃圾、餐厨垃圾、城市污泥、生物质以及其他含碳物或含碳废弃物进行干燥脱水、粉碎后，投入气化炉中。用水蒸气或水煤气或氮气等置换气化炉中的空气，使其与空气隔绝。通入水蒸气(保持炉内微弱正压)，用微波诱导加热，炉内的原料与水蒸气均匀受热，在较低温度下(比通常的水煤气变换所需温度低100-300℃左右)即实现水煤气变换反应。反应完毕后的高温水煤气通过热交换器加热软水，产生的蒸气供气化炉的水煤气变换使用。本发明工艺简单、操作方便、运行成本低、反应时间短、能耗低、转化率高，原料适用范围广，无需使用催化剂，无结焦现象发生，且制得的水煤气含氢量高，H2/CO(体积比)几乎保持在2∶1左右。通过FT(费托)合成可制备低成本、高品质的生物燃油以取代稀缺的石油资源。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明使用微波诱导均匀加热，在较低温度下即实现水煤气变换反应，反应温度比通常的电加热、燃气加热低100-300℃左右。反应时间短、能耗低、转化率高。

2、本发明无需使用催化剂，无结焦现象发生。

3、本发明原料适用范围广，可以使用生活垃圾、餐厨垃圾、城市污泥、生物质以及其他各种含碳物或含碳废弃物。