[发明专利]一种微波生物质热解连续反应装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质热解装置和方法，属于微波加热应用技术和生物质废弃资源再生利用技术领域。

背景技术

随着石油等化石燃料的迅速减少，生物质能迅速崛起，得到研究学者青睐，生物质热解液体产物生物油作为一种极有可能替代化石燃料的液体能源得到广泛关注，对可持续发展战略和生态环境保护都具重要意义，同时它的经济效益也将随着燃油市场价格的上升而越来越显著。我国生物质热解制取生物油技术起步较晚，微波热解生物质技术尤为不成熟。由微波加热原理可知微波热解生物质具有速度快、加热均匀、节省能源、产物利用率高等优点，如微波热解所产生的焦炭具有较大比表面积，吸附性能好；气体产物中含有更高的氢气和合成气成分，可以合成液体燃料或化工产品；生物油产率更高，成分较为简单，经处理后可做燃料油使用或者提取高附加值的化学品，对于缓解能源紧缺现状具有重要意义。因而进行生物质微波热解研究非常重要，有着良好的应用前景。

现有微波热解技术尚不成熟，仍处于实验研究阶段，大部分采用间歇式的操作方式。间歇式操作模式反应效率低，不适于工业化的大规模应用。同时由于微波热解反应需要在高温下进行，而现有技术中均采用可以耐高温的石英玻璃作为反应器材质。但在连续操作条件下由于反应器可能会出现各种异常状况，如进料堵塞反应器，需要外力对物料进行疏通，这样在实际操作过程中很容易造成反应器破碎。在连续微波反应器的报道中，有采用管式或传输带式加热的方式，但所用加热管材料要么为聚四氟乙烯等不能耐高温的材料，要么虽然反应器可以耐高温，但反应为开放式体系，不能用于密闭的生物质热解中。实用新型专利CN201252654Y，采用螺旋输送搅拌式微波加热装置，但因为微波通过窗口溃入，一旦系统发生堵塞，体系压力将会迅速升高，若窗口破裂，物料将会进入波导，从而会对微波磁控管具有破坏作用，并且安全性不能保证。CN2015207545U，公开了一种连续式微波低温干馏装置，主要针对煤粉低温进行的干馏，但该装置加热时间长，从室温到750℃需要15-30分钟的时间，且处理量较小，只有不到5公斤。因此，目前仍没有可以实现微波生物质热解的连续反应装置。并且连续反应与间歇反应的操作条件也存在很大的不同，目前仍没有合理的反应操作方式能够实现连续反应。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足和缺陷，提供一种微波生物质热解的连续反应装置及方法，为生物质废弃物的可再生利用开辟新的途径。

本发明提供了一种微波生物质热解连续反应装置，包括：

微波发生器、反应器以及产物分离装置，反应器设置在一个微波反应腔体中，微波反应腔体与微波发生器间通过波导相连；

该反应器从上到下依次为进料段、反应段及出料段。反应器进料段上设置有进料口。在出料段底部设有出料口，以便排出生成的固体焦炭，反应段上部设有反应产物出口，反应产物出口经由管线与产物分离装置相连。

所述进料口为螺旋进料口，与螺旋进料设备相连，以降低进料堵塞的机率。反应器为陶瓷反应器，与进料设备之间采用法兰连接的方式，产物分离装置与反应器通过金属管线进行连接。

反应段下部设有氮气入口，以便用氮气吹扫保持无氧环境。

微波反应腔体可为微波单模谐振腔或微波多模谐振腔，同一系统，可根据需要分别使用两个不同的谐振腔，操作灵活，降低生产成本。

产物分离装置包括依次相连的分离系统(如旋风分离器)及微波热解液化系统(如冷凝器)。微波热解液化系统的冷凝器可选用循环冷却水冷却，也可选用液氮、干冰、冰水混合物等方式冷凝。产物分离装置与反应器通过金属部件(包括金属管线，可根据需要设置必要的法兰等)进行连接。

本发明提供的微波生物质热解连续反应装置，实现了生物质热解的连续反应。从而大大提高了生物质热解的反应速率，为工业大批量生产提供了可能。

另外，本发明采用陶瓷作为反应器材料，同时采用金属管线及法兰连接的方式与其它部件进行连接。这样，既保障了反应器的强度，同时很好地解决了反应器的密封问题。

本发明同时提供了一种微波生物质热解方法，包括：

1.由微波发生器产生微波：

2.生物质进入反应器，在微波作用下加热生物质，其中生物质的进料速度为10-50kg/h，物料在反应器中的停留时间为1-5min；

3.反应产物进入产物分离装置进行分离。

其中：微波发生器功率0-15kW线性可调，通过波导传至微波反应腔体中，微波反应腔体可为微波多模谐振腔或单模谐振腔，加热反应器中的生物质物料。