專利名稱：一種生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用裝置，不僅實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)到合成氣的定向轉(zhuǎn)化，還綜合利用了微波熱解生成的半焦以及微波重整制取的合成氣，提出了一種資源化利用生物質(zhì)的新思路。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的重要能源，極有可能成為未來可持續(xù)能源的重要組成部分。熱解是生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的一種方式，是制取生物質(zhì)替代燃料的重要途徑之一， 可以將生物質(zhì)能量全部轉(zhuǎn)化氣液固能源產(chǎn)品，因而受到了全世界的廣泛關(guān)注。富含氫氣和一氧化碳的合成氣在化學(xué)工業(yè)中具有極為重要的地位，應(yīng)用非常廣泛，如制氨及其衍生品 (如尿素、硝酸等)、甲醇及其產(chǎn)品(如醋酸、甲醛等)、費(fèi)托合成產(chǎn)品、氫甲?；a(chǎn)品以及制氫等；同時合成氣本身也是一種較好的燃料。微波加熱具有即時性、整體性、選擇性和高效性的特點(diǎn)，是替代常規(guī)加熱的很好的選擇。近年來，國外對于生物質(zhì)微波熱解制取合成氣的研究逐漸升溫。A.Domin-guez等開展了常規(guī)和微波熱解生物質(zhì)制取合成氣的試驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)，微波熱解所得氣體產(chǎn)物中合成氣比例明顯高于常規(guī)熱解。Fei仇等研究發(fā)現(xiàn)，添加NaOH作為催化劑，會大幅度提高微波熱解玉米秸稈的合成氣產(chǎn)率。國內(nèi)對生物質(zhì)微波熱解制取合成氣的研究處于起步階段。王同華等和方琳等對微波熱解污泥氣相產(chǎn)物成分的分析表明，氣相產(chǎn)物中合成氣可作為潔凈燃?xì)馐褂没蚝铣蓺獾脑?。然而，生物質(zhì)初級熱解生成的組分中含有較多的焦油以及C02、CH4和水蒸氣，若上述產(chǎn)物最大限度地轉(zhuǎn)化為合成氣不僅可以大大提高合成氣產(chǎn)率，而且利于減少溫室氣體排放。目前，生物質(zhì)初級熱解后的固體產(chǎn)物半焦未能實(shí)現(xiàn)充分利用。如果生物質(zhì)初級熱解的全部產(chǎn)物都能用作轉(zhuǎn)化合成氣，不僅能大幅提高生物質(zhì)的整體利用效率，而且節(jié)省能源，同時將生物質(zhì)的資源化多聯(lián)產(chǎn)利用技術(shù)引向深入，對生物質(zhì)利用技術(shù)的推廣帶來廣闊的前景。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用裝置，該種方法不僅大大提高合成氣的產(chǎn)率，而且有效利用生物質(zhì)初級裂解產(chǎn)物半焦，提高了生物質(zhì)的綜合利用效率，同時節(jié)約了能源，保護(hù)了環(huán)境。本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為—種生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用方法，步驟如下(1)將生物質(zhì)原料先經(jīng)過自然干燥、粗破碎，然后送料至微波熱解室，通惰性氣體置換空氣后進(jìn)行微波加熱裂解；(2)微波加熱裂解產(chǎn)生的熱解氣(包括焦油)和固體半焦導(dǎo)入到微波重整室，在微波輻射和半焦催化作用下，對熱解氣(包括焦油)進(jìn)一步微波加熱重整轉(zhuǎn)化為合成氣；(3)催化重整后的半焦經(jīng)活化再生后送到微波重整室繼續(xù)催化反應(yīng)，或者不經(jīng)活化再生而直接用作燃料或肥料；生成的合成氣用作燃料或經(jīng)脫碳、吐/⑶比值調(diào)節(jié)處理后用于合成化工原料。所述的生物質(zhì)主要是農(nóng)作物秸稈，粗破碎平均粒徑1-lOcm。所述的微波加熱裂解和微波加熱重整的反應(yīng)溫度均控制在600-800°C。所述的微波加熱裂解過程中物料的停留時間約為20-30s，微波加熱重整過程的停留時間約為2-5s，微波再生過程中物料的停留時間約為2-^。所述的微波加熱裂解過程中微波加熱功率為0. 2-0. 4kff/kg生物質(zhì)原料。所述的微波加熱重整，若是微波加熱裂解生成的半焦不滿足重整反應(yīng)需要，可以由外界補(bǔ)給部分半焦或其他碳基材料，如活性炭，補(bǔ)給量不超過20%。若是微波加熱裂解生成的半焦量超過重整反應(yīng)需要，可以排出一部分。所述的微波加熱重整，若是微波加熱裂解生成的水蒸氣不滿足重整反應(yīng)需要，可以由外界補(bǔ)給，補(bǔ)給量根據(jù)生物質(zhì)的成分和反應(yīng)條件確定。一般情況下，微波加熱裂解生成的水蒸氣量不會過剩。所述的微波加熱重整，若是氣體含氧量不滿足重整反應(yīng)需要，可以由外界補(bǔ)給，補(bǔ)給量根據(jù)生物質(zhì)的成分和反應(yīng)條件確定。一般情況下，微波加熱裂解生成的氧氣量不會過剩。生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用裝置，包括螺旋進(jìn)料器，螺旋進(jìn)料器連接微波熱解室，微波熱解室分別通過氣體管道和固體管道與微波重整室相連，微波重整室上端連有合成氣儲罐，下端連有半焦收集室和再生室。所述的微波重整室上設(shè)有半焦補(bǔ)充口。所述的微波重整室上設(shè)有水蒸氣補(bǔ)充口。所述的微波重整室上設(shè)有氧氣補(bǔ)充口。本實(shí)用新型利用熱解產(chǎn)生的半焦作為重整催化劑，實(shí)現(xiàn)微波熱解和微波重整的集成優(yōu)化，使生物質(zhì)定向轉(zhuǎn)化為合成氣，而且高效利用熱解制取的半焦以及重整轉(zhuǎn)化的合成氣，資源化多聯(lián)產(chǎn)化肥、氨等產(chǎn)品；同時節(jié)省催化劑制備成本，而且半焦還可直接還田或與化肥混合后作為復(fù)合肥料還田，同時提高土壤碳匯和肥力。本實(shí)用新型的積極效果借助微波輻照方式實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)到合成氣的定向轉(zhuǎn)化， 集成了微波熱解和微波重整雙重技術(shù)，利用熱解生成的半焦作為重整催化劑，大大節(jié)省了常規(guī)燃?xì)庵卣璧馁F金屬催化劑使用成本，而且半焦可活化再生循環(huán)利用，提高了生物質(zhì)的整體利用效率和工藝經(jīng)濟(jì)性。由于生物質(zhì)半焦是微波的良好吸收體，因此微波輻射下半焦作為吸波介質(zhì)和重整反應(yīng)催化劑非常匹配，同時微波輻射對生物質(zhì)半焦的再生也具有顯著優(yōu)勢，可大大提高系統(tǒng)熱量利用率和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。除了充當(dāng)重整催化劑，半焦可直接還田或配使化肥還田，用于提高土壤碳匯改善土壤肥力。半焦還可作為輔助燃料使用以及制備吸附劑等碳基材料。與常規(guī)的生物質(zhì)熱解氣化制取合成氣方法相比，本方法合成氣的轉(zhuǎn)化率提高10%左右，制備的合成氣用途廣泛，可以用于合成氨、二甲醚以及化肥等化工產(chǎn)品。本方法能夠?qū)崿F(xiàn)生物質(zhì)資源化多聯(lián)產(chǎn)綜合利用。

圖1為本實(shí)用新型工藝流程圖；[0025]圖2為本實(shí)用新型裝置圖。其中1.生物質(zhì)料倉，2.螺旋進(jìn)料器，3.微波熱解室，4.微波重整室，5.合成氣儲罐，6.半焦收集室，7.再生室，8.半焦補(bǔ)充口，9.水蒸氣補(bǔ)充口，10.氧氣補(bǔ)充口。
具體實(shí)施方式
生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用裝置，包括螺旋進(jìn)料器2，螺旋進(jìn)料器2連接微波熱解室 3，微波熱解室3分別通過氣體管道和固體管道與微波重整室4相連，微波重整室4上端連有合成氣儲罐5，下端連有半焦收集室6和再生室7。所述的微波重整室4上設(shè)有半焦補(bǔ)充口 8、水蒸氣補(bǔ)充口 9、氧氣補(bǔ)充口 10。實(shí)施例1生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用方法步驟如下(1)生物質(zhì)原料首先經(jīng)過自然干燥、粗破碎(平均粒徑大約1-lOcm)，經(jīng)螺旋進(jìn)料裝置輸送到微波熱解室。微波發(fā)生器于微波熱解室四周均勻布置，激勵槍嵌于熱解室內(nèi)壁， 內(nèi)壁采用不吸波材料。微波發(fā)生器啟動前，通入一定量氮?dú)?，以置換微波熱解室內(nèi)的空氣。(2)啟動微波后，生物質(zhì)的熱解反應(yīng)開始進(jìn)行，產(chǎn)生的熱解氣(包括焦油)由微波熱解室尾部直接導(dǎo)入到微波重整室，產(chǎn)生的半焦直接送入微波重整室。在半焦作用下，熱解氣(包括焦油)進(jìn)一步重整轉(zhuǎn)化為合成氣。若是微波熱解生成的半焦不能滿足重整反應(yīng)需要，可以由外界補(bǔ)給部分半焦或其他碳基材料。根據(jù)計(jì)算，補(bǔ)給量不超過20%。若是微波熱解生成的水蒸氣或氧氣不能滿足重整反應(yīng)需要，可以由外界補(bǔ)給部分水蒸或氧氣。根據(jù)計(jì)算，補(bǔ)給量一般均不超過20%。微波熱解室和微波重整的反應(yīng)溫度分別控制在800°C，合成氣產(chǎn)率為60%、半焦產(chǎn)率為10% ；所述的微波加熱裂解過程中物料的停留時間約為20s，微波加熱重整過程的停留時間約為k，微波再生過程中物料的停留時間約為2s。所述的微波加熱裂解過程中微波加熱功率為0. 4kff/kg生物質(zhì)物料。(3)經(jīng)過微波重整反應(yīng)后的半焦由于活性降低，在微波再生室中活化再生，再生后的半焦回送到微波重整室中實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。(4)除了作為重整催化劑，半焦還可直接還田或配使化肥還田，用以增加土壤碳匯和改良土壤肥力，另外半焦也可作為鍋爐輔助燃料使用以及用于制備吸附劑等碳基材料。(5)從微波重整室排出的合成氣本身就是良好燃料，還可對合成氣進(jìn)行脫碳、H2/ CO比值調(diào)節(jié)等處理，用于合成二甲醚、合成氨以及化肥等化工產(chǎn)品。實(shí)施例2生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用方法步驟如下(1)生物質(zhì)原料首先經(jīng)過自然干燥、粗破碎(平均粒徑大約I-IOcm)，經(jīng)螺旋進(jìn)料裝置輸送到微波熱解室。微波發(fā)生器于微波熱解室四周均勻布置，激勵槍嵌于熱解室內(nèi)壁， 內(nèi)壁采用不吸波材料。微波發(fā)生器啟動前，通入一定量氮?dú)?，以置換微波熱解室內(nèi)的空氣。(2)啟動微波后，生物質(zhì)的熱解反應(yīng)開始進(jìn)行，產(chǎn)生的熱解氣(包括焦油)由微波熱解室尾部直接導(dǎo)入到微波重整室，產(chǎn)生的半焦直接送入微波重整室。在半焦作用下，熱解氣(包括焦油)進(jìn)一步重整轉(zhuǎn)化為合成氣。若是微波熱解生成的半焦不能滿足重整反應(yīng)需要，可以由外界補(bǔ)給部分半焦或其他碳基材料。根據(jù)計(jì)算，補(bǔ)給量不超過20%。若是微波熱解生成的水蒸氣或氧氣不能滿足重整反應(yīng)需要，可以由外界補(bǔ)給部分水蒸或氧氣。根據(jù)計(jì)算，補(bǔ)給量一般均不超過20%。微波熱解室和微波重整的反應(yīng)溫度分別控制在600°C，合成氣產(chǎn)率為50%、半焦產(chǎn)率為20% ；所述的微波加熱裂解過程中物料的停留時間約為30s，微波加熱重整過程的停留時間約為k，微波再生過程中物料的停留時間約為k。所述的微波加熱裂解過程中微波加熱功率為0. 2kff/kg生物質(zhì)物料。 (3)經(jīng)過微波重整反應(yīng)后的半焦由于活性降低，在微波再生室中活化再生，再生后的半焦回送到微波重整室中實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。 (4)除了作為重整催化劑，半焦還可直接還田或配使化肥還田，用以增加土壤碳匯和改良土壤肥力，另外半焦也可作為鍋爐輔助燃料使用以及用于制備吸附劑等碳基材料。 (5)從微波重整室排出的合成氣本身就是良好燃料，還可對合成氣進(jìn)行脫碳、H2/ CO比值調(diào)節(jié)等處理，用于合成二甲醚、合成氨以及化肥等化工產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用裝置，其特征是，包括螺旋進(jìn)料器，螺旋進(jìn)料器連接微波熱解室，微波熱解室分別通過氣體管道和固體管道與微波重整室相連，微波重整室上端連有合成氣儲罐，下端連有半焦收集室和再生室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用裝置，其特征是，所述的微波重整室上設(shè)有半焦補(bǔ)充口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用裝置，其特征是，所述的微波重整室上設(shè)有水蒸氣補(bǔ)充口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用裝置，其特征是，所述的微波重整室上設(shè)有氧氣補(bǔ)充口。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種生物質(zhì)的多聯(lián)產(chǎn)綜合利用裝置，包括螺旋進(jìn)料器，螺旋進(jìn)料器連接微波熱解室，微波熱解室分別通過氣體管道和固體管道與微波重整室相連，微波重整室上端連有合成氣儲罐，下端連有半焦收集室和再生室。本裝置借助微波輻照方式實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)到合成氣的定向轉(zhuǎn)化，利用熱解生成的半焦作為重整催化劑，集成了微波熱解和重整雙重技術(shù)，而且半焦可活化再生循環(huán)利用，合成氣的轉(zhuǎn)化率提高10％左右，制備的合成氣用途廣泛，可以用于合成氨、二甲醚以及化肥等化工產(chǎn)品。
文檔編號B01J20/20GK202063884SQ20112012625
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者宋占龍, 李龍之, 趙希強(qiáng), 馬春元 申請人:山東大學(xué)