[发明专利]一种微波热解制生物油、活性炭和合成气的系统

说明书

本发明涉及一种微波热解制生物油、活性炭和合成气的系统。包括氮气发生器、水蒸汽发生器、微波热解反应器、冷凝器、生物油储罐、合成气缓冲罐、抽气风机、合成气储罐；氮气发生器与水蒸气发生器通过管路与微波发生器顶部的进气口连接，微波发生器顶部的出气口通过热解气管路与冷凝器连接，冷凝器底部与生物油储罐连接，冷凝器出气口通过管路与合气体缓冲罐进行连接，循环水在循环水制冷机中冷却然后通过管路流经冷凝器进行循环冷却，抽气风机连接合成气缓冲罐与合成气储罐，一部分合成气被储罐储存起来，另外一部分合成气通过管路返回微波热解反应器作为活化生物炭的气体，使得生物炭转变为活性炭。

技术领域

本发明涉及一种微波热解制生物油、活性炭和合成气的系统。

背景技术

现如今，能源问题随着人类活动增加和社会发展而变得更加严峻。石油燃料资源被公认为是最有价值的有限自然能量。由于它目前消耗率高于可再生周期，预计到2042后，在不考虑石油燃料预计增长的情况下，世界石油资源将枯竭。另外，化石燃料资源大量利用会增加有害污染物的排放量，例如，二氧化硫，氮氧化合物和二氧化碳，随即带来一系列的环境问题。石油燃料在使用过程中产生的二氧化碳等作为温室气体，会引起全球的气候变暖。化石燃料已渐渐不能满足人类的需要，急需发现可替代的新型能源，来缓解日益紧张的能源危机问题和环境污染问题。

生物质被认为是地球上最重要的可再生资源之一，全球每年的生物质总产量超过2000亿吨。在我国，生物质能资源非常广泛，它包括玉米、水稻和小麦等在内的农作物秸秆，它们在理论上总资源量每年能达到约8.2亿吨，可以收集到的资源量每年大约6.9亿吨。其中，大约3.4亿吨的农作物秸秆是可以用来能源化利用。因此，农作物秸秆生物能源的开发利用对于生物能源发展十分重要，但是，一直以来，农作物秸秆除了一部分用作农村生活所需燃料和禽畜饲料外，其他大部分都直接在田间焚烧，这不仅会造成秸秆生物能源的浪费，而且会产生严重的空气污染包括因直接燃烧所产生的温室气体二氧化碳的排放。农作物秸秆资源再利用对保护城乡生态环境具有十分重要的意义。我国国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020)里已经把“农林生物质综合开发利用”列为优先主题，同时国家林业科学与技术中长期发展规划(2006-2020)中将“生物质材料的化学资源化利用技术，生物质石油基产品替代技术”等作为重点发展内容。

另外，在我国每年产生有机废弃物的数量非常庞大。随着新技术不断发展，可再生能源产品迅速增加。世界可再生能源产量从2006年的18％增加至2013年的21％，再到2018年度的29％。生物质是天然的能源，主要来自农业农作物和废弃物，森林废弃物，人工林商品和动物排泄物。生物质能是唯一一种可再生能源，能够用于生产三种燃料：液体，固体和气体燃料。

生物质热解是一个非常复杂的化学反应过程，它主要包括分子键的断裂、异构化以及小分子聚合等反应，从而生成固相、液相和气体产物。生物质在热解过程中会受许多因素影响，一般来说，影响热解的主要因素包括热解温度、升温速率、滞留时间和原料特性。

在热解过程中存在两种加热形式，一种是传统电加热形式，另一种是微波加热形式。传统的加热机制是从目标物质的外部进行热传递，然而，微波热解是一种在物质内部通过诱导加热直接进行能量转化的加热机制，在这个过程中，物质成为热源，从而改变反应动力学和产物。传统加热机制是能量首先转化为热能，沿温度梯度从表面转移到物质核心。与传统的加热机制相比，微波在分子水平上通过直接转化诱导加热把电磁场转化为热能。由于新的加热技术的纳入，微波热解被视为绿色化学。和传统加热方法进行比较，微波加热提供了许多的优点，如：(1)微波加热内部反应快速、均匀，因为微波辐射直接将电磁能转化为分子间的热能；而传统加热技术是由外表面向颗粒物质的内部进行热传递。(2)微波加热易控制，因为它在快速启动和关闭时能瞬时响应。(3)微波辅助技术在大规模的工业应用中是可行的，因为它结构简单以及初始投资成本低。(4)微波辅助加热不需要原料研磨，因为它可以处理块状的原料。