阶段，产生的气体经气固分离器19后得到合成气产品，固体焦炭及失活催化剂由排渣口 18排出，与气固分离器19的残渣一同送入燃烧炉8，同时补充一定质量的新鲜催化剂16进入燃烧炉8，空气经空气预热器15加热后进入燃烧炉8，含碳固体在燃烧炉8内充分燃烧，产生的气体经烟气分离器9由高温烟气进口 10进入反应器夹层13，通过间接换热提供各反应阶段所需热量，产生的固体经高温催化剂给料口7进入双轴螺旋热解反应器5发挥载热及催化效应。烟气由低温烟气出口 12流出，进入空气预热器15加热来自引风机14的空气，实现余热利用。
[0046]本发明的方法中，通过将生物质热解气化制备合成气的过程分为低温烘焙、高温催化气化和微波重整三个阶段并分别在气化装置中三个相对独立的空间内连续进行，从而获得高品质的合成气。
[0047]其中，在低温烘焙阶段中，生物质原料颗粒通过给料器进入反应器，在较低温度下进行烘焙处理，得到较好孔隙结构的固体产物(总比表面约增大2倍)，同时产生的H2O和0)2等气体作为后续气化和重整阶段的反应介质。所述烘焙处理是生物质在常压、绝氧或缺氧的条件下进行的低温热解反应，控制此段温度在200?300°C。
[0048]在高温催化气化阶段中，低温烘焙阶段产生的固体产物在螺旋轴的输送下行至反应器中段，在烘焙段产生的气体产物(H2O和0)2等)作用下，结合催化剂载热和催化效应，进行焦炭或者半焦的高温气化，制取粗合成气。所述催化剂为通过燃烧炉获得的高温催化剂(具有载热及催化特性)。所述高温气化是热解焦炭或半焦在反应器中段进行的催化气化反应，控制反应温度为700?900 °C。
[0049]微波重整阶段中，高温催化气化阶段产生的焦油及粗合成气在混合气流作用下行至反应器末段，同时固体产物由螺旋轴输送到此，利用微波的非热效应加强半焦气化和焦油催化重整反应，制取合成气产品，利用微波的热效应形成有利于合成气制备的反应条件，且有助于消除催化剂积碳，实现微波能的合理、高效利用。控制此段温度在900?1000°C。
[0050]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种生物质热解气化制备合成气的方法，其通过将生物质热解气化制备合成气的过程分为低温烘焙、高温催化气化和微波重整三个阶段并分别在气化装置中三个相对独立的空间内连续进行，从而获得高品质的合成气，其特征在于， 所述低温烘焙阶段中，生物质原料由给料装置送入气化反应装置进行烘焙处理，产生的!120和CO2作为后续气化和重整阶段的反应气化介质，同时获得具有良好孔隙结构的固体产物，以使得生物质具有更好的气化反应活性及微波吸收特性； 所述高温催化气化阶段中，在反应器中加入高温催化剂并与经过烘焙的生物质充分混合以发挥其载热与催化特性，并利用上述烘焙阶段产生的气化介质进行气化反应，促进半焦气化和焦油裂解； 所述微波重整阶段中，利用微波作用于上述半焦和催化剂，通过充分利用微波的热效应和非热效应强化半焦气化和焦油催化重整反应，同时形成有利于合成气制备的反应条件，从而获得高品质的合成气。
2.根据权利要求1所述的一种生物质热解气化制备合成气的方法，其中，所述低温烘焙是指生物质在常压、绝氧或缺氧的条件下进行的低温热解反应。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物质热解气化制备合成气的方法，其中，所述低温热解反应的温度控制在200?300°C。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种生物质热解气化制备合成气的方法，其中，所述高温催化气化是指低温烘焙产生的固体产物结合催化剂在反应器中段进行的焦炭或半焦的催化气化反应，反应温度控制为700?900 °C。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种生物质热解气化制备合成气的方法，其中，所述微波重整是指高温催化气化阶段产生的焦油及粗合成气在混合气流作用下与固体产物利用微波的热效应和非热效应加强半焦气化和焦油催化重整反应，温度控制在900?1000。。。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种生物质热解气化制备合成气的方法，其中，所述微波重整后的固体焦炭及失活催化剂重新进入燃烧炉中，与经预热的空气在燃烧炉中燃烧，产生的固体进入反应器中以在高温催化气化阶段循环发挥载热及催化效应。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种生物质热解气化制备合成气的方法，其中，所述燃烧产生的气体经烟气分离后用于为上述各阶段提供所需热量。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种生物质热解气化制备合成气的方法，其中，所述燃烧产生的高温气体经烟气分离后进入热解反应器，烟气余热加热来自引风机的空气，以用于进入燃烧炉。
9.一种生物质热解气化制备合成气的装置，其包括三个独立并连续的空间以可分别实现生物质热解气化中的生物质的低温烘焙、高温催化气化和微波重整，从而获得高品质的合成气，其特征在于，该装置包括: 筒体状的双轴螺旋热解反应器(5)，其内部同轴设置有螺旋轴(3)和套设在该螺旋轴(3)上的螺旋叶片(4)，其一端开有与生物质给料器连通的进料口，中部设置高温催化剂给料口(7)，末段布置微波辐射源(9)，后部设置热解气出口(11)，以在筒体内轴向形成连续的二段空间； 燃烧炉(8)，其设置在所述双轴螺旋热解反应器(5)，用于将经微波重整后产生的固体焦炭及失活催化剂，并通入预热的空气后进行充分燃烧，以产生通过所述高温催化剂给料口(7)可循环进入双轴螺旋热解反应器(5)中作为高温催化气化阶段发挥载热及催化效应的固体，同时产生高温气体；以及 烟气分离器(6)，其与所述燃烧炉(8)连通，所述高温气体通过其进行烟气分离，以得到用于通入双轴螺旋热解反应器(5)中提供各反应阶段热量的气体，以及得到用于预热空气的高温烟气。
10.根据权利要求9所述的一种生物质热解气化制备合成气的装置，其中，所述双轴螺旋热解反应器(5)筒壁设置有夹空层，所述提供各反应阶段热量的气体通过通入该夹空层实现。
【专利摘要】本发明提出了一种生物质热解气化制备合成气的方法及装置，其中方法包括低温烘焙、高温催化气化和微波重整三个阶段并分别在气化装置中三个相对独立的空间内连续进行，从而获得高品质的合成气。装置包括双轴螺旋热解反应器，其前段为烘焙段，中段为气化段，末段为微波辅助重整段，原料经给料装置送入双轴螺旋热解反应器，利用烟气换热、催化剂载热及微波辅助加热的内外热结合的方式提供三个反应段的适宜温度实现分级热解气化，产生的气体经气固分离器后得到合成气产品，同时将反应器排出的失活催化剂和焦炭等送入燃烧炉，用于产生高温烟气及催化剂再生。本发明简化了合成气制备的工艺系统，减少了热解气化过程中半焦及焦油的含量，提高了系统的气化效率及合成气品质。
【IPC分类】C10J3-66, C01B3-26, C01B3-32
【公开号】CN104593090
【申请号】CN201410818064
【发明人】王贤华, 李攀, 杨晴, 邓勇, 李斌, 杨海平, 邵敬爱, 张世红, 陈汉平
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月25日