一種生物質(zhì)氣化熱解過程中強化焦油裂解的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種利用微波和金屬相互作用產(chǎn)生的放電現(xiàn)象來強化生物質(zhì)熱 解氣化過程中焦油脫除的新方法，具體涉及一種生物質(zhì)氣化熱解過程中強化焦油裂解的裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] (焦油的產(chǎn)生）
[0003] 隨著社會能源需求的日益增長，作為能源主要來源的化石燃料卻迅速的減少，因 此，開發(fā)和利用可持續(xù)且環(huán)境友好的替代能源已經(jīng)成為一項全球性的重大課題，生物質(zhì)能 源作為相對穩(wěn)定的可再生能源已日漸成為世界各國重視的焦點。生物質(zhì)能源化利用技術(shù)包 括直燃、氣化和液化三種主要途徑，其中的生物質(zhì)氣化是生物質(zhì)能高品味利用的一種主要 轉(zhuǎn)換技術(shù)，它可以將固態(tài)生物質(zhì)燃料轉(zhuǎn)換成高品味的可燃氣體，便于傳輸、再加工和利用； 而熱化學轉(zhuǎn)換技術(shù)具有能量轉(zhuǎn)化率高、易于工業(yè)化的優(yōu)點，是主要的技術(shù)發(fā)展方向之一。 但是，在目前應(yīng)用最廣泛的固定床氣化和流化床氣化工藝中，熱解氣化溫度大多數(shù)都低于 l〇〇〇°C，致使氣體產(chǎn)物中大分子焦油的存在難以避免。焦油的產(chǎn)生和存在不但會造成能源 的浪費還會嚴重危害工藝設(shè)備。一方面，焦油的產(chǎn)生降低了生物質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化利用效率，焦 油的能量一般占生物質(zhì)總能量的5% -15%，這部分能量因難以被利用而浪費；另一方面， 焦油是在燃氣輸送過程中冷凝下來而形成的粘稠狀液體，附著于管道和設(shè)備的壁面上，將 造成管道的堵塞和腐蝕，嚴重影響到設(shè)備的正常運行；再者，焦油在燃燒時產(chǎn)生的碳黑也會 造成進一步的污染和設(shè)備損害。因此，焦油的產(chǎn)生、控制和形態(tài)轉(zhuǎn)化是生物質(zhì)熱解氣化技術(shù) 發(fā)展中的關(guān)鍵性問題。
[0004] (現(xiàn)有技術(shù)的問題，控制難）
[0005] 在生物質(zhì)熱解氣化工藝中，除了從焦油生成角度發(fā)展源頭控制技術(shù)之外，當前常 見的氣化后焦油脫除方法包括機械方法、熱裂解法和催化裂解法。機械方法主要依靠慣 性、吸收、吸附、冷凝等物理過程實現(xiàn)焦油成分的捕捉和轉(zhuǎn)移，是將焦油從氣態(tài)轉(zhuǎn)移到冷凝 態(tài)以降低對工藝系統(tǒng)的影響，并非焦油成分的根本去除。熱裂解和催化裂解方法通常是創(chuàng) 造反應(yīng)條件促使焦油成分發(fā)生裂解或重整反應(yīng)，從根本上減少焦油成分存在。熱裂解需要 1200°C甚至更高的溫度條件，提高了操作成本，從平衡能源利用率角度出發(fā)，催化裂解雖然 所需的溫度較低但存在催化劑易積碳、磨損、失活等問題。當前，各種焦油去除方法均處于 不斷的研究和改進過程中。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型的目的是，提供一種生物質(zhì)氣化熱解過程中強化焦油裂解的裝置，為 解決上述焦油脫除問題提供新型技術(shù)途徑。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種生物質(zhì)氣化熱解過程中強化焦油裂解的裝置，由微波發(fā)生裝置和激發(fā)放電裝 置組成。所述微波發(fā)生裝置產(chǎn)生的微波通過波導輸入激發(fā)放電裝置；所述激發(fā)放電裝置內(nèi) 具有過渡態(tài)金屬或其合金或其納米/微米態(tài)顆粒，所述激發(fā)放電裝置設(shè)置在生物質(zhì)氣化熱 解裝置的煙道上溫度為200°C -800°C的區(qū)域，所述激發(fā)放電裝置由金屬材料和非吸波材料 配合制成。
[0009] 所述過渡態(tài)金屬為Fe、Ni、Co、Cu。
[0010] 所述金屬形態(tài)為長條狀、鋸齒狀、球狀、針狀、芒刺狀或者納米/微米顆粒分散負 載于介質(zhì)上，所述介質(zhì)為SiO2S Al 203等微波透射性耐高溫材料。
[0011] 所述激發(fā)放電裝置內(nèi)還可以布置負載型鐵基材料、負載型銅基、活性碳或活性焦 等以強化微波作用。
[0012] 所述非吸波材料為石英類、剛玉類等吸波性能弱而耐高溫性能強的材料。
[0013] 所述激發(fā)放電裝置采用多邊形或螺旋形。
[0014] 所述微波發(fā)生裝置可為多個IKW左右的小功率磁控管組合，也可為IOKW以上的大 功率磁控管。
[0015] -種生物質(zhì)氣化熱解過程中強化焦油裂解的模擬裝置，由氣瓶、實驗室推拉注射 栗、數(shù)顯恒溫電熱套、微波爐、石英反應(yīng)器組成，所述氣瓶、數(shù)顯恒溫電熱套、石英反應(yīng)器通 過管道順次連接，所述數(shù)顯恒溫電熱套與實驗室推拉注射栗連接，所述石英反應(yīng)器設(shè)置在 所述微波爐內(nèi)，所述石英反應(yīng)器底部鋪有與其口徑相同的形狀的玻璃棉，在所述玻璃棉上 平鋪一層石英砂（為起到保護反應(yīng)器和保溫的作用，石英砂的量要適中，太少蓄熱有限，氣 體吸熱膨脹過度，太多則占據(jù)反應(yīng)器太多容積，壓縮了反應(yīng)氣體的量），所述石英反應(yīng)器用 法蘭固定。
[0016] 所述氣瓶與數(shù)顯恒溫電熱套之間的管道上設(shè)置玻璃轉(zhuǎn)子流量計。
[0017] 所述管道為硅膠管。
[0018] 所述石英反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)后的氣體通過管道上的三通分別與紅外光譜儀與氣相色 譜儀連接。
[0019] -種生物質(zhì)氣化熱解過程中強化焦油裂解的方法，在生物質(zhì)熱解氣化裝置中煙氣 溫度200°C -800°C的區(qū)段，利用微波場和金屬相互作用產(chǎn)生的放電現(xiàn)象強化焦油裂解，所 述微波頻率為2450MHz或915MHz。
[0020] 根據(jù)生物質(zhì)焦油性質(zhì)的不同以及生產(chǎn)過程的需要，還可以在放電區(qū)域通入不同濃 度的水蒸氣、二氧化碳或空氣等，以控制焦油裂解氣體的化學組成。
[0021] 微波功率控制根據(jù)氣體成分及焦油性質(zhì)可以選擇0. lW-100W/cm3。
[0022] 本實用新型的有益效果：
[0023] 本實用新型在生物質(zhì)熱解氣化裝置中使用一種新型方法實現(xiàn)焦油的選擇性強化 裂解，降低生物質(zhì)氣中焦油的成分含量，促進生物質(zhì)熱解氣化工藝的改進和完善。本實用 新型的方法利用微波場和金屬相互作用產(chǎn)生的放電現(xiàn)象來塑造一種局部強化反應(yīng)環(huán)境， 實現(xiàn)生物質(zhì)焦油成分的快速、高強度裂解。特定類型、特定形態(tài)的金屬置于微波場中，在 微波電磁場作用下會產(chǎn)生強度不一的，包含有電暈放電、弧光放電、輝光放電、暗放電等多 種形式的綜合放電現(xiàn)象，該放電過程一方面可直接產(chǎn)生高溫熱點效應(yīng)，在放電區(qū)域可形成 1000-2000°C的高溫，另一方面會在局部產(chǎn)生等離子體，體現(xiàn)為等離子體效應(yīng)，還會伴隨著 光催化反應(yīng)。熱效應(yīng)、等離子體效應(yīng)和光催化效應(yīng)這三種作用耦合疊加，能夠共同促使生物 質(zhì)焦油成分的快速裂解。該方法實施方便，不需要對生物質(zhì)熱解氣化工藝進行大的調(diào)整或 變動，不需要高溫區(qū)域，只需要設(shè)置一個金屬放電區(qū)域；不需要使用催化劑，避免了催化劑 失活等問題。焦油的高效轉(zhuǎn)化既可以減少或消除焦油引起的設(shè)備堵塞或腐蝕等問題，還可 以提尚生物質(zhì)氣的廣率和品質(zhì)，提尚能量利用效率。
【附圖說明】
[0024] 圖1為生物質(zhì)氣化熱解過程中強化焦油裂解的模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖2為本實用新型微波金屬放電裂解生物質(zhì)焦油工藝流程圖。
[0026] 其中，1-氣瓶，2-玻璃轉(zhuǎn)子流量計，3-實驗室推拉注射栗，4-XYE數(shù)顯恒溫電熱套， 5-格蘭仕家用微波爐，6-石英反應(yīng)器，7-三通閥，8-傅立葉紅外光譜儀，9-Clarus500GC氣 相色譜儀。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[0028] 實施例1
[0029] 如圖1、2所示，一種生物質(zhì)氣化熱解過程中強化焦油裂解的模擬裝置，將氣瓶1、 實驗室推拉注射栗3、XYE