[发明专利]一种湿生物质制取可燃性生物气的连续式反应系统

说明书

本发明公开了一种湿生物质制取可燃性生物气的连续式反应系统，包括进行水热液化反应与催化超临界水气化反应的两级连续式反应器，进行液化产物和超临界水气化产物各自分离的分离系统，以及水相产物的循环回收利用系统；水热液化预热器与水热液化反应器依次连接在反应系统的进料口，并与液化产物的分离系统相连；超临界水气化预热器与超临界水气化反应器依次连接在液化水相产物的出口，并与气化产物的分离系统相连；水相产物的循环回收利用系统经由气化反应后分离水相产物后的出口与超临界水气化反应的进料口相连，储存在气化储液箱内的残余水相，经水相高压泵泵入到超临界水气化反应系统中，达到水相中有机质的循环利用。

技术领域

本发明属于生物质能源技术领域，涉及一种生物油、可燃性生物气的制备系统，尤其是一种湿生物质制取可燃性生物气的连续式反应系统。

背景技术

化石燃料的过度消耗导致大气污染和温室效应以及燃料储备等能源安全问题致使生物质能被挖掘并广泛利用。生物质能作为一种可再生的清洁能源，可以通过生物化学法和热化学法转化为新型清洁液体燃料(如生物柴油、生物原油等)，利用过程能够实现碳的封闭循环，控制CO₂的排放以降低温室效应，对于能源高效利用和缓解能源紧缺有很大的提升。生物质含有蛋白质，不饱和脂肪酸和其他生理活性物质，其生物利用效率和产油效率较高，还可以在极端环境成长，对重金属离子有很好的吸附效果与分解作用，作为后续储备燃料，有广泛的发展前途和使用前景。

水热液化技术(HTL)是指利用热化学的方法，在有或无催化剂的作用下，在亚临界条件(280～350℃，5～20MPa)热压缩水中持续5～60分钟转化为液相生物油产物的过程。湿生物质HTL是一种非常具有前景的制油技术，具有很多优势。首先，HTL不仅可以将湿生物质中的油脂转化成生物质油，还可最大限度将其含有的蛋白质、糖类物质、木质素和纤维素也转化成高热值的生物质油。其次，对比传统的热化学转化技术(如气化和热解)，湿生物质的HTL能够直接将未经干燥的原料转换成能量密集的生物质油，从而避免了干燥过程所需的高能量消耗，因此具有更高的能量利用率。再次，HTL可以促进如氮、磷、铁、钙、镁、钾和其他矿物质以及极性有机化合物等营养素的分离和湿生物质生长所需的营养物质的再循环。超临界水气化技术(SCWG)是一种非常有希望将高含水量生物质或废水浆转化为生物基合成天然气的有前景的技术，典型的气体包括甲烷、氢气、二氧化碳、一氧化碳和低浓度的C₂-C₃气体。氢气可以广泛用于燃料电池、天然气重整和大量氨合成的商业化生产，其它可燃性气体燃烧也可以产生热量。

针对湿生物质的应用研究，大多数都是采用单一的反应容器进行单级(催化)液化反应，而多级反应系统是以后可以尝试改进工艺技术的一个重要趋势。水热液化后利用溶剂萃取可以得到生物原油，但是在大规模的连续生产中，添加溶剂这种方法会提高经济成本并对环境造成污染。液化后的水相产物中含有残留的有机质以及烷基取代的环状的含氮和含氧的化合物，直接排放也会造成有机质的流失和环境污染。

因此，要想实现湿生物质处理技术的规模化应用，还需要解决以下问题：

首先，在保证尽可能地提高反应所得生物油品质的同时，降低反应系统的运行成本和使用能耗，提高能量的利用效率；其次，液化后的水相仍然含有高含量的有机质与营养物质，有效分配水相产物实现反应原料的资源化利用，以便改善生态环境。目前国内外均没有关于湿生物质液化与催化超临界气化耦合的多级装置的研究，已有的反应装置还普遍存在系统能耗较高，产物的分离不彻底，油相的品质低等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制取可燃性生物气的连续式反应系统，该系统结构设计合理，能够有效解决湿生物质水热液化后水相产物的任意排放、有机质的流失以及油相产物品质低的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：