[发明专利]一种生物质微波热解气化方法及系统

说明书

本发明公开了一种生物质微波热解气化方法及系统，所述方法为生物质原料经预热后进入微波热解反应器进行氧化热解反应，热解产物进入微波裂解反应器进行裂解反应，反应后得到裂解粗合成气和固相物料，固相物料进入生物焦微波气化反应器进行反应，得到气化粗合成气和活性炭，裂解粗合成气和气化粗合成气进入原料预热罐对生物质原料进行预热，经过换热后的粗合成气进一步进行气固分离，气固分离后得到的气相物料进入净化反应器，经过净化反应器内的膜过滤器处理后得到净化合成气。所述生物质微波热解气化方法及系统可以提高合成气收率，且得到的合成气产品中焦油含量低，同时联产高品质活性炭产品。

技术领域

本发明属于生物质利用技术领域，涉及一种生物质微波热解气化方法及系统。

背景技术

我国生物质资源丰富但利用方式落后，能量利用效率低下，造成生物质资源的严重浪费。研究开发清洁、高效的生物质间接液化技术已成为解决当前石油资源短缺、发展生物质能经济以及减少环境污染的重要内容之一。生物质间接液化技术实质上是将生物质分解成以合成气为主的小分子物质，然后经过进一步的化学转化成为高品质燃料及高附加值化学品。但是生物质热解、气化技术的不成熟，气化效率较低，生物质合成气纯度以及携带焦油杂质等直接制约了生物质合成气的化学转化技术发展。因此，开发新型低耗高效生物质快速气化制合成气技术，从根源上系统研究合成气原料高焦油、低转化等关键问题，对于解决生物质能利用技术推广中的瓶颈问题，引领未来生物质转化技术的发展具有重要的作用。

与传统加热方式相比，微波加热具有穿透性强、选择性加热、易于控制和加热清洁环保无污染等优点。利用微波加热的特殊加热机制，可开发出在常规加热条件下难以实现的新技术和新工艺，实现过程的高效、节能。微波加热的特殊性使其热解产物与传统气化技术相比有很大区别。微波热解气中CO和H₂总含量高达62%，远高于传统热解的25%，尤其是添加微波吸收剂效果更加明显，最高可达94%（体积百分含量）。另外，副产的生物焦油几乎没有两环以上的稠环芳烃；半焦比非微波热解半焦具有更高的反应性，非常适于用作合成气原料。

CN201210401809.6公开了一种微波场下生物质和焦炭在氯化锌作为催化剂作用下进行热解气化的方法，热解气化率大于80%，气体产物中氢气含量可达到70%。CN201310339434.X将金属氧化物及其盐与炭化生物质混合进行微波热解气化，然后通过水蒸气重整获得富含99%以上（H₂+CO）的合成气产品，H₂/CO最高达1.12，生物碳转化率达到93%以上。CN201810140282.3在生物质中混入不超过5%的碳化硅吸波介质（粒径0.1-1mm），使用碱性金属盐作为催化剂进行热解，然后依次通过水蒸气和空气的联合重整，获得了更高的气体产率。但上述方法都存在催化剂难以回收循环使用的问题。

CN201210506452.8将生物质干燥后送入流化床并在水蒸气的作用下进行热解，然后产生的高温生物油蒸汽通过微波催化床进一步转变为合成气，同时微波床通入少量氧气抑制催化剂表面结焦生成，气体产物得率在54.86%～68.4%，H₂/CO比在2.07～4.93。但该专利使用的催化剂以凹凸棒土为载体，存在微波吸收效率不高的问题，而且氧化抑焦处理并不能解决微波场引起的催化剂结构性失活问题。CN201711077375 .8在热解和催化层间增加了高热的球形碳化硅床层，提高了催化层的进口温度，提高了热解产气效率和品质。但这样的操作增加了工艺流程和能耗，而且该专利采用的气体冷凝分离净化手段进一步加大了热能损耗。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种生物质微波热解气化方法及系统，所述生物质微波热解气化方法及系统可以提高合成气收率，且得到的合成气产品中焦油含量低，同时联产高品质活性炭产品，工艺经济性高，具有良好应用前景。解决了现有以生物质为原料制备合成气工艺中合成气收率低和品质差的问题。

本发明第一方面提供一种生物质微波热解气化方法，所述方法包括如下内容：