[发明专利]生物质热转化制取合成气的系统及方法

说明书

本发明公开了一种生物质热转化制取合成气的系统及方法，该系统包括：进料单元，其提供两种不同尺径颗粒的生物质原料并交替供料；微波热解单元，其腔体为内、外套筒结构，两种生物质原料在内套筒中形成沿轴向交替分布的移动床层；氧气自内、外套筒之间的空间上部进入并在内筒中下部沿径向流动，在微波加热生物质原料的同时进行有氧热解，生成的气相产物自沿内套筒轴心延伸设置的气相通道流出。本发明通过进料单元和微波热解单元既能显著提升气相产物品质，为获得最终更高品质的合成产品气创造条件，又能解决微波能耗问题。通过固态生物焦气化单元和气态挥发分裂解重整单元的共同作用可进一步提高产品气品质。

技术领域

本发明涉及生物质能源利用技术领域，特别涉及一种生物质热转化制取合成气的系统及方法。

背景技术

生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)。利用生物质制取燃气、合成气、氢气、甲烷等可燃性气体是实现生物质增值利用的重要途经。目前生物质气体燃料制取途经包括固定床、流化床、气流床以及等离子和微波气化等方法，其中利用微波气化生物质的方法能够使能量迅速作用到生物质内部，从根源上克服常规加热存在的能量传递损耗，具有加热速率快、能量利用效率高以及热惯性小等优势，而且从产品的分布组成来看，气体产物具有更高浓度的氢气、一氧化碳、甲烷等可燃性组分，可直接或进一步处理用作合成气、氢气等化工原料和新能源，具有很好的应用前景。

现有的微波热解气化系统存在如下技术问题：在没有外源性反应性气体的作用下，仅依靠生物质自身的分解很难获得高产率的合成气；微波反应器中内外受热不均，热解效率有限；制取合成气过程中，微波热解、生物油气裂解重整和生物焦气化等过程叠加在一起，气体携带焦油难以脱净。除尘效果差；微波能耗较高，存在微波装机功率不足造成加热效率不高的情况。

中国专利申请CN105524662A公开了一种生物质微波热解气化制合成气的方法。该方案包括如下内容：送入料仓的生物质原料和催化剂进入微波热解反应器依次经过预热区、热解区、气化区和重整区，进行脱水、裂解、气化和重整反应，经过重整后的产物经气固分离，其中气体以及其中携带的少量焦油和焦炭在气体提升管内再次发生裂解反应，合成气由出口释放，气固分离得到的焦炭和灰分排出反应器。该方法虽然实现较高的生物质气化率，有效提升合成气产品品质，但并未解决微波能耗问题，反应器中部的温度无法保证。

因此，亟需一种既能显著提升产品气品质，又能解决微波能耗问题的生物质热转化制取合成气的系统及方法。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质热转化制取合成气的系统及方法，通过进料单元和微波热解单元既能显著提升气相产物品质，为获得最终更高品质的合成产品气创造更好的条件，又能解决微波能耗问题。

本发明的另一目的在于通过固态生物焦气化单元和气态挥发分裂解重整单元的共同作用进一步提高产品气品质。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种生物质热转化制取合成气的系统，包括：进料单元，其提供两种不同尺径颗粒的生物质原料并交替供料；微波热解单元，其腔体为内、外套筒结构，两种生物质原料在内套筒中形成沿轴向交替分布的移动床层；氧气自内、外套筒之间的空间上部进入并在内筒中下部沿径向流动，在微波加热生物质原料的同时进行有氧热解，生成的气相产物自沿内套筒轴心延伸设置的气相通道流出。

进一步，上述技术方案中，进料单元可包括：平行双料仓，其内分别设有所述两种不同尺径颗粒的生物质原料；输料螺旋，其进口端通过Y型管路分别与双料仓连通，出口端与微波热解单元的内套筒连通。

进一步，上述技术方案中，微波热解单元还包括微波发生器，其可设置在外套筒的筒壁外侧，并沿所述外套筒外壁周向方向均匀布置。