[发明专利]微波热解生物质的气化反应装置及其制气方法

说明书

本发明公开了一种微波热解生物质的气化反应装置及其制气方法，装置包括依次连接的进料单元、微波热解单元以及输气单元，所述微波热解单元包括若干纵向排布并能够独立控制温度的微波发生器，所述输气单元包括依次连接的除尘机构和气体输出机构。方法包括步骤：(1)将生物质原料通过进料单元送入微波热解单元进行连续加热直至气化；(2)气化后产生的燃气在输气单元中净化并输出。本发明的气化反应装置生物质气化率高，碳转化率高，得到合成气产品品质高，能够满足合成液体燃料的要求；省去了现有的装置中各反应器间复杂的管路设计，显著降低装置的热损耗，结合微波加热的低能耗高效率，具有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及生物质热解气化装置，尤其涉及一种基于微波加热的生物质制气装置及方法。

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。

目前生物质气化技术按照采用的气化介质分为空气气化、富氧气化、空气-水蒸气气化和水蒸气气化四种方法，使用的反应器包括固定床上吸式和下吸式、鼓泡床、流化床、外内循环流化床、喷动床、气流床等。相比于煤气化，生物质气化技术尚有一些核心技术没有解决，首先是气化产物摩尔比偏低，还达不到合成气的要求；其次气化效率偏低，而且大量气化介质的使用，燃气被稀释，热值降低；再次，缺乏适宜的焦油脱除方法，虽然在气化过程中通入空气氧气等氧化介质发生燃烧反应虽然能解决焦油脱除的问题，但焦油更多被转化成，实际上碳有效转化率降低。

究其原因，这种传统的由外向内的热传导作用机制导致了热解反应的不可控。一般认为，较大颗粒毫米级的热解反应不由可控的化学效应主导，而是以热的传导使生物质发生多次裂解，而生物质组成的差异性更是加剧了热解反应产物组成复杂多变。

微波加热是一种截然不同的方式，它不需要外部热源，也不是由表及里的热传导，而是向被加热物料内部辐射微波电磁场，推动其偶极子运动，使其相互碰撞、摩擦而生热。微波加热是在不同深度同时产生热，这种“体加热”，不仅使加热更快速，而且更均匀，大大改善了加热的质量。与传统的热裂解相比，微波裂解产生的气体组成具有独特的优势。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。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种微波热解生物质的气化反应装置及其制气方法，该气化反应装置解决了现有的制气装置反应效率低、且不适于工业化的大规模应用的问题，同时解决了不能用于密闭的生物质热解的问题；该制气方法步骤简单，易操作。

技术方案：本发明的微波热解生物质的气化反应装置，包括依次连接的进料单元、微波热解单元以及输气单元。

所述进料单元包括螺旋加料器和料仓，料仓通过星型阀门与微波热解单元连接。

所述微波热解单元包括若干纵向排布并能够独立控制温度的微波发生器。