一种生物质气化热解过程中强化焦油裂解的装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用微波和金属相互作用产生的放电现象来强化生物质热解气 化过程中焦油脱除的新方法，具体涉及一种生物质气化热解过程中强化焦油裂解的装置与 方法。
【背景技术】
[0002] (焦油的产生）
[0003] 随着社会能源需求的日益增长，作为能源主要来源的化石燃料却迅速的减少，因 此，开发和利用可持续且环境友好的替代能源已经成为一项全球性的重大课题，生物质能 源作为相对稳定的可再生能源已日渐成为世界各国重视的焦点。生物质能源化利用技术包 括直燃、气化和液化三种主要途径，其中的生物质气化是生物质能高品味利用的一种主要 转换技术，它可以将固态生物质燃料转换成高品味的可燃气体，便于传输、再加工和利用； 而热化学转换技术具有能量转化率高、易于工业化的优点，是主要的技术发展方向之一。 但是，在目前应用最广泛的固定床气化和流化床气化工艺中，热解气化温度大多数都低于 iooo°c，致使气体产物中大分子焦油的存在难以避免。焦油的产生和存在不但会造成能源 的浪费还会严重危害工艺设备。一方面，焦油的产生降低了生物质的能量转化利用效率，焦 油的能量一般占生物质总能量的5% -15%，这部分能量因难以被利用而浪费；另一方面， 焦油是在燃气输送过程中冷凝下来而形成的粘稠状液体，附着于管道和设备的壁面上，将 造成管道的堵塞和腐蚀，严重影响到设备的正常运行；再者，焦油在燃烧时产生的碳黑也会 造成进一步的污染和设备损害。因此，焦油的产生、控制和形态转化是生物质热解气化技术 发展中的关键性问题。
[0004] (现有技术的问题，控制难）
[0005] 在生物质热解气化工艺中，除了从焦油生成角度发展源头控制技术之外，当前常 见的气化后焦油脱除方法包括机械方法、热裂解法和催化裂解法。机械方法主要依靠惯 性、吸收、吸附、冷凝等物理过程实现焦油成分的捕捉和转移，是将焦油从气态转移到冷凝 态以降低对工艺系统的影响，并非焦油成分的根本去除。热裂解和催化裂解方法通常是创 造反应条件促使焦油成分发生裂解或重整反应，从根本上减少焦油成分存在。热裂解需要 1200°C甚至更高的温度条件，提高了操作成本，从平衡能源利用率角度出发，催化裂解虽然 所需的温度较低但存在催化剂易积碳、磨损、失活等问题。当前，各种焦油去除方法均处于 不断的研宄和改进过程中。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是，提供一种生物质气化热解过程中强化焦油裂解的装置与方法， 为解决上述焦油脱除问题提供新型技术途径。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种生物质气化热解过程中强化焦油裂解的装置，由微波发生装置和激发放电装 置组成。所述微波发生装置产生的微波通过波导输入激发放电装置；所述激发放电装置内 具有过渡态金属或其合金或其纳米/微米态颗粒，所述激发放电装置设置在生物质气化热 解装置的烟道上温度为200°C -800°C的区域，所述激发放电装置由金属材料和非吸波材料 配合制成。
[0009] 所述过渡态金属为Fe、Ni、Co、Cu。
[0010] 所述金属形态为长条状、锯齿状、球状、针状、芒刺状或者纳米/微米颗粒分散负 载于介质上，所述介质为3;102或41 203等微波透射性耐高温材料。
[0011] 所述激发放电装置内还可以布置负载型铁基材料、负载型铜基、活性碳或活性焦 等以强化微波作用。
[0012] 所述非吸波材料为石英类、刚玉类等吸波性能弱而耐高温性能强的材料。
[0013] 所述激发放电装置采用多边形或螺旋形。
[0014] 所述微波发生装置可为多个IKW左右的小功率磁控管组合，也可为IOKW以上的大 功率磁控管。
[0015] -种生物质气化热解过程中强化焦油裂解的模拟装置，由气瓶、实验室推拉注射 泵、数显恒温电热套、微波炉、石英反应器组成，所述气瓶、数显恒温电热套、石英反应器通 过管道顺次连接，所述数显恒温电热套与实验室推拉注射泵连接，所述石英反应器设置在 所述微波炉内，所述石英反应器底部铺有与其口径相同的形状的玻璃棉，在所述玻璃棉上 平铺一层石英砂（为起到保护反应器和保温的作用，石英砂的量要适中，太少蓄热有限，气 体吸热膨胀过度，太多则占据反应器太多容积，压缩了反应气体的量），所述石英反应器用 法兰固定。
[0016] 所述气瓶与数显恒温电热套之间的管道上设置玻璃转子流量计。
[0017] 所述管道为硅胶管。
[0018] 所述石英反应器内反应后的气体通过管道上的三通分别与红外光谱仪与气相色 谱仪连接。
[0019] -种生物质气化热解过程中强化焦油裂解的方法，在生物质热解气化装置中烟气 温度200°C -800°C的区段，利用微波场和金属相互作用产生的放电现象强化焦油裂解，所 述微波频率为2450MHz或915MHz。
[0020] 根据生物质焦油性质的不同以及生产过程的需要，还可以在放电区域通入不同浓 度的水蒸气、二氧化碳或空气等，以控制焦油裂解气体的化学组成。
[0021] 微波功率控制根据气体成分及焦油性质可以选择0. lW-100W/Cm3。
[0022] 本发明的有益效果：
[0023] 本发明在生物质热解气化装置中使用一种新型方法实现焦油的选择性强化裂解， 降低生物质气中焦油的成分含量，促进生物质热解气化工艺的改进和完善。本发明的方法 利用微波场和金属相互作用产生的放电现象来塑造一种局部强化反应环境，实现生物质焦 油成分的快速、高强度裂解。特定类型、特定形态的金属置于微波场中，在微波电磁场作用 下会产生强度不一的，包含有电晕放电、弧光放电、辉光放电、暗放电等多种形式的综合放 电现象，该放电过程一方面可直接产生高温热点效应，在放电区域可形成1000-2000°C的高 温，另一方面会在局部产生等离子体，体现为等离子体效应，还会伴随着光催化反应。热效 应、等离子体效应和光催化效应这三种作用耦合叠加，能够共同促使生物质焦油成分的快 速裂解。该方法实施方便，不需要对生物质热解气化工艺进行大的调整或变动，不需要高温 区域，只需要设置一个金属放电区域；不需要使用催化剂，避免了催化剂失活等问题。焦油 的高效转化既可以减少或消除焦油引起的设备堵塞或腐蚀等问题，还可以提高生物质气的 广率和品质，提尚能量利用效率。
【附图说明】
[0024] 图1为生物质气化热解过程中强化焦油裂解的模拟装置的结构示意图；
[0025] 图2为本发明微波金属放电裂解生物质焦油工艺流程图。
[0026] 其中，1-气瓶，2-玻璃转子流量计，3-实验室推拉注射泵，4-XYE数显恒温电热套， 5-格兰仕家用微波炉，6-石英反应器，7-三通阀，8-傅立叶红外光谱仪，9-Clarus500GC气 相色谱仪。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0028] 实施例1
[0029] 如图1、2所示，一种生物质气化热解过程中强化焦油裂解的模拟装置，将气瓶1、 实验室推拉注射泵3、XYE数显恒温电热套4、格兰仕家用微波炉5、石英反应器组成6通过 硅胶管顺次连接，气瓶1与XYE数显恒温电热套1之间设置玻璃转子流量计2,实验室推拉 注