[发明专利]微波强化碳氢化合物热解耦合催化重整制备合成气的装置

说明书

技术领域

本发明涉及清洁能源技术领域，具体讲是一种微波强化碳氢化合物热解耦合催化重整制备合成气的装置。 

背景技术

能源是人类生产和生活必需的基本物质保障，目前，全球能源供应主要还是依靠煤炭、石油和天然气等化石能源，化石能源资源的有限性和化石能源开发利用过程中引起的环境问题，对经济和社会的可持续发展产生了严重的影响。因此，开发石油、天然气和煤以外的其他含碳氢化合物的能源资源，具有重大的战略意义。

通过热化学转化技术，将生物质、煤、生物质与煤的混合物及其它以碳氢等为主要元素成分的废弃物转化为能量密度高、易储存和运输的合成气是备受关注的清洁能源转化技术之一。目前，对于将生物质、煤、生物质与煤的混合物及其它以碳氢碳氢等为主要元素成分的废弃物通过热转化手段转化为合成气，一般有两种方法，第一种是采用固定床热解反应器，例如，下吸式，上吸式和横吸式固定床反应器等，这类热解反应器对物料的物理化学性质要求高，对于物料的处理量又很小，操作上存在一定的工程问题，所以该方法的大规模工业应用不是很多；第二种是采用流化床热解反应器，与固定床热解反应器相比，虽然传统的流化床热解反应器可以在一定程度上提高热解效率和目标产品的生产率，但是热损失较大，有时也会造成物料热解反应不完全，不仅影响了物料的利用率和合成气的品质。目前固定床热解反应器还是流化床热解反应器存在的共性问题是过程的能量转化效率较低，产品气中存在一定量的焦油，不仅容易引起管道堵塞等工程问题，还存在较大的环境和健康问题，鉴于此，通常这两种热化学转化工艺均需要结合焦油裂解工艺以减小转化过程的环境影响。

微波加热是一种具有潜质的快速加热手段，较传统加热过程热效率高20%，由于微波加热过程具有选择性加热和容积式加热的特性，对某些化学过程具有强化过程的独特效果，目前，多模微波谐振腔反应器已经在不同领域取得了较为广泛的应用，其较高的加热效率、对反应过程的强化作用得到了验证，但是在实际应用过程中，多模微波谐振腔反应器存在微波功率密度相对比较低而且能量场分布极不均匀等缺陷，容易造成反应过程的重复性不够理想、能源利用率达不到预想效果等问题。

发明内容

本发明主要开发一种利用微波加热和强化工艺过程、实现碳氢化合物热化学转化制备合成气、充分利用微波辐射的独特性能强化碳氢化合物的热解、提高热解气体产物的产率和目标产物的选择性、耦合微波强化热解产物催化重整制备合成气、提高通过热化学转化将碳氢化合物转化为合成气的工艺过程的能源利用率和实现生物质、煤等碳氢化合物的高效清洁转化的微波强化碳氢化合物热解耦合催化重整制备合成气的装置。

为解决上述技术问题，本发明的一种微波强化碳氢化合物热解耦合催化重整制备合成气的装置在微正压或者加压下操作，装置包括第一段反应腔、气固分离器和用于催化重整的第二段反应腔，所述第一段反应腔上设有进料器，第一段反应腔底部设有流化介质气体入口，第一段反应腔与气固分离器连接，气固分离器与第二段反应腔连接，第二段反应腔上设有合成气出口，所述的第一段反应腔内设有至少一个第一段单模微波谐振腔，所述的每个第一段单模微波谐振腔的一侧设有与第一段单模微波源连接的第一段微波源馈口，所述的每个第一段单模微波谐振腔还设有与第一段微波源馈口位置相对的第一段短路活塞；所述的第一段微波源馈口的轴线位置与所对应的第一段短路活塞的轴线位置距离差为所使用单模微波源波长的0到0.75倍；第二段反应腔内设有至少一个负载有催化剂及其载体的第二段单模微波谐振腔。

作为优选，所述的第二段单模微波谐振腔的一侧设有与第二段单模微波源连接的第二段微波源馈口，所述的第二段单模微波谐振腔还设有与第二段微波源馈口位置相对的第二段短路活塞；所述的第二段微波源馈口的轴线位置与所对应的第二段短路活塞的轴线位置距离差为所使用单模微波源波长的0~0.75倍。

作为优选，所述多个第一段单模微波谐振腔为四个，且在第一段反应腔中由上到下均布。

作为优选，所述与第一段单模微波谐振腔连通的第一段微波源溃口在水平方向上的投影沿第一段反应腔的周向均布。

作为优选，所述第一段反应腔上进料器的下端与最上部的第一段单模微波谐振腔的第一段微波源馈口中心轴线位置的距离为所使用单模微波源波长的1.5~3倍。