CN107723008A - 一种秸秆类废弃物快速气化的方法 - Google Patents

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Abstract

一种秸秆类废弃物快速气化的方法，调控下吸式快速微波热解反应装置，设定目标热解温度750‑1200℃，目标催化温度200‑600℃，调节微波功率为1000‑9000W，进料速度为5‑50kg/h，搅拌速度为20‑120 r/min；当热解温度、催化温度达到设定的目标值时，秸秆类废弃物通过螺旋进料器连续加入微波反应腔中，搅拌器上下提拉式搅动；热解残渣排入储渣器；热解蒸汽经催化重整，生物燃油进入液体收集器，生物燃气通过气体收集器收集。本发明可连续操作业，适合工业化生产，反应时间短，副反应少，热解蒸汽可进行有效催化重整，提高生物燃气的品质。

Description

一种秸秆类废弃物快速气化的方法
技术领域
本发明涉及一种秸秆类废弃物快速微波热解转化高附加值生物燃气的方法。
背景技术
秸秆是农作物重要副产品，同时也是工、农业生产的重要生产资源，农作物秸秆可用作肥料、饲料、生活燃料及工业生产的原料等多种用途，但是，近年来秸秆产量随着粮食等主产品单位产量的不断提高而迅速增加，而且传统的秸秆利用方式逐渐被弱化和淘汰，大量剩余秸秆的处理成为农业生产凸显的问题，一些农民采取了最简单的处理方式—焚烧和随意堆弃，不仅浪费了宝贵的资源，而其带来的各种危害令人始料不及，造成大气污染、土壤矿化、火灾和交通事故等大量社会经济和生态问题，成为政府关心，社会关注、舆论关切的热点和难点。秸秆资源数量多，开发价值大，大力推广农作物秸秆综合利用技术对于农业和农村发展具有重要意义。
近年来随着国民经济的快速发展，我国对石油资源增长，我国石油对外依存度逐年增加，解决石油资源不足问题的根本出路在于开发利用包括生物质在内的各种可再生能源。农林废弃物是地球上最普遍的一种洁净而又可再生的能源，其原料资源量而广，可开发潜力巨大。生物质气化技术在此基础上发展，不但能带来经济效益，而且还能促进环保的发展，前景非常看好。
随着微波技术的不断发展和成熟，通过微波热解气化生物质制备生物合成气的研究已经受到了广泛的关注。采用微波加热，不仅加热速率快，致使过程效率高，而且通过减少气化系统的O2用量，降低气化过程的CO2生成量，生成的合成气具有更高的有效气浓度，特别是更高的H/C比，低O2消耗也使气体生成效率更高。这种富氢、高有效组分浓度的合成气也更适合合成气生物合成应用。
发明内容
本发明目的提供一种秸秆类废弃物快速气化的方法，其工艺简单，具有连续操作性，适合工业化生产。
本发明通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种秸秆类废弃物快速气化的方法，按如下步骤。
调控下吸式快速微波热解反应装置，设定目标热解温度750-1200℃，目标催化温度200-600℃，调节微波功率为1000-9000W，进料速度为5-50kg/h，搅拌速度为20-120 r/min。
当热解温度、催化温度达到设定的目标值时，秸秆类废弃物通过螺旋进料器连续加入微波反应腔中，同时，搅拌器上下提拉式搅动。
秸秆类废弃物快速升温热解，产生的残渣通过孔板排出进入储渣器，孔板下方设置防灰隔板防止残渣进入出气口，热解蒸汽在抽气泵负压的作用下通过高温球形碳化硅床层进入储渣器上部的出气口，然后进入催化剂装填管催化重整，最后通过冷凝器冷凝成生物燃油进入液体收集器，不可冷凝的生物燃气通过气体收集器收集。
本发明所述的秸秆类废弃物包括稻米秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆。
本发明所述的下吸式快速微波热解反应装置由控制系统（1）、螺旋进料器（2）、搅拌器（3）、保温层（4）、微波磁控管（5）、微波反应腔（6）、热电偶（7）、球形碳化硅（8）、孔板（9）、储渣器（10）、防灰隔板（11）、出气口（12）、催化剂装填管（13）、加热套（14）、冷凝器（15）、液体收集器（16）、抽气泵（17）、气体收集器（18）组成。
螺旋进料器（2）与微波反应腔（6）上部相连，微波反应腔（6）内有搅拌器（3）与球形碳化硅（8），外部依次为保温层（4）与微波磁控管（5），下部为孔板（9），微波反应腔（6）外壁嵌有热电偶（7），储渣器（10）与微波反应腔（6）相连，中间隔有孔板（9），储渣器（10）内部设有防灰隔板（11），上部设有出气口（12），催化剂装填管（13）与出气口（12）相连，催化剂装填管（13）外部为加热套（14），冷凝器（15）与催化剂装填管（13）相连，冷凝器（15）下部设有液体收集器（16），抽气泵（17）与冷凝器（15）相连，抽气泵（17）气体出口连接气体收集器（18）。
控制系统（1）通过线缆分别与微波磁控管（5）、螺旋进料器（2）、搅拌器（3）、热电偶（7）、加热套（14）连接，以调控微波功率、进料速度、搅拌速度、热解温度和催化温度。
所述的保温层（4）的材料为硅酸铝纤维。
所述的微波磁控管（5）的数量为2-10个，每个的输出功率为1-1.5 Kw，频率为2450MHz，冷却方式为水冷。
所述的微波反应腔（6）的材料为耐高温透波陶瓷。
所述的球形碳化硅（8）直径为2-4cm。
所述的孔板（9）的孔直径为1-3cm。
本发明装置的优点在于具有连续操作性，适合工业化生产，秸秆类废弃物在高热球形碳化硅床层作用下快速达到热解温度，缩短反应时间，减少副反应发生，热解蒸汽穿过高热球形碳化硅床层，促进焦油分解，同时通过外部催化延长催化剂使用寿命，并对热解蒸汽进行有效催化重整，有效提高生物燃气品质。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
其中，1为控制系统、2为螺旋进料器、3为搅拌器、4为保温层、5为微波磁控管、6为微波反应腔、7为热电偶、8为球形碳化硅、9为孔板、10为储渣器、11为防灰隔板、12为出气口、13为催化剂装填管、14为加热套、15为冷凝器、16为液体收集器、17为抽气泵、18为气体收集器。
具体实施方式
本发明将结合附图，通过以下实施例进一步说明。
实施例1。
如图1所示，通过控制系统设定目标热解温度为950℃，目标催化温度为300℃，调节微波功率为8000 W，进料速度为20kg/h，搅拌速度为60 r/min，当达到设定目标温度时，稻米秸秆通过螺旋进料器连续加入微波反应腔中，搅拌器上下提拉式搅动，稻米秸秆快速升温热解，产生的残渣通过孔板排出进入储渣器，孔板下方设置防灰隔板防止残渣进入出气口，热解蒸汽在抽气泵负压的作用下通过高温球形碳化硅床层进入储渣器上部的出气口，然后进入催化剂装填管催化重整，最后通过冷凝器冷凝成生物燃油进入液体收集器，不可冷凝的生物燃气通过气体收集器收集，气化效率86%，气体中焦油含量0.6g/m3，氢气、一氧化碳和甲烷含量为92%。
实施例2。
如图1所示，通过控制系统设定目标热解温度为1100℃，目标催化温度为300℃，调节微波功率为8000 W，进料速度为30kg/h，搅拌速度为60 r/min，当达到设定目标温度时，小麦秸秆通过螺旋进料器连续加入微波反应腔中，搅拌器上下提拉式搅动，小麦秸秆快速升温热解，产生的残渣通过孔板排出进入储渣器，孔板下方设置防灰隔板防止残渣进入出气口，热解蒸汽在抽气泵负压的作用下通过高温球形碳化硅床层进入储渣器上部的出气口，然后进入催化剂装填管催化重整，最后通过冷凝器冷凝成生物燃油进入液体收集器，不可冷凝的生物燃气通过气体收集器收集，气化效率88%，气体中焦油含量0.4g/m3，氢气、一氧化碳和甲烷含量为95%。
实施例3。
如图1所示，通过控制系统设定目标热解温度为1100℃，目标催化温度为300℃，调节微波功率为8000 W，进料速度为30kg/h，搅拌速度为60 r/min，当达到设定目标温度时，棉花秸秆通过螺旋进料器连续加入微波反应腔中，搅拌器上下提拉式搅动，棉花秸秆快速升温热解，产生的残渣通过孔板排出进入储渣器，孔板下方设置防灰隔板防止残渣进入出气口，热解蒸汽在抽气泵负压的作用下通过高温球形碳化硅床层进入储渣器上部的出气口，然后进入催化剂装填管催化重整，最后通过冷凝器冷凝成生物燃油进入液体收集器，不可冷凝的生物燃气通过气体收集器收集，气化效率85%，气体中焦油含量0.5g/m3，氢气、一氧化碳和甲烷含量为92%。
实施例4。
如图1所示，通过控制系统设定目标热解温度为950℃，目标催化温度为300℃，调节微波功率为8000 W，进料速度为20kg/h，搅拌速度为60 r/min，当达到设定目标温度时，大豆秸秆通过螺旋进料器连续加入微波反应腔中，搅拌器上下提拉式搅动，大豆秸秆快速升温热解，产生的残渣通过孔板排出进入储渣器，孔板下方设置防灰隔板防止残渣进入出气口，热解蒸汽在抽气泵负压的作用下通过高温球形碳化硅床层进入储渣器上部的出气口，然后进入催化剂装填管催化重整，最后通过冷凝器冷凝成生物燃油进入液体收集器，不可冷凝的生物燃气通过气体收集器收集，气化效率83%，气体中焦油含量0.5g/m3，氢气、一氧化碳和甲烷含量为90%。

Claims (2)

1.一种秸秆类废弃物快速气化的方法，其特征是按如下步骤：
调控下吸式快速微波热解反应装置，设定目标热解温度750-1200℃，目标催化温度200-600℃，调节微波功率为1000-9000W，进料速度为5-50kg/h，搅拌速度为20-120 r/min；
当热解温度、催化温度达到设定的目标值时，秸秆类废弃物通过螺旋进料器连续加入微波反应腔中，同时，搅拌器上下提拉式搅动；
秸秆类废弃物快速升温热解，产生的残渣通过孔板排出进入储渣器；热解蒸汽在抽气泵负压的作用下通过高温球形碳化硅床层进入储渣器上部的出气口，然后进入催化剂装填管催化重整，最后通过冷凝器冷凝成生物燃油进入液体收集器，不可冷凝的生物燃气通过气体收集器收集；
所述的下吸式快速微波热解反应装置由控制系统、螺旋进料器、搅拌器、保温层、微波磁控管、微波反应腔、热电偶、球形碳化硅、孔板、储渣器、防灰隔板、出气口、催化剂装填管、加热套、冷凝器、液体收集器、抽气泵、气体收集器组成；
螺旋进料器与微波反应腔上部相连，微波反应腔内有搅拌器与球形碳化硅，外部依次为保温层与微波磁控管，下部为孔板，微波反应腔外壁嵌有热电偶，储渣器与微波反应腔相连，中间隔有孔板，储渣器内部设有防灰隔板，上部设有出气口，催化剂装填管与出气口相连，催化剂装填管外部为加热套，冷凝器与催化剂装填管相连，冷凝器下部设有液体收集器，抽气泵与冷凝器相连，抽气泵气体出口连接气体收集器；
控制系统通过线缆分别与微波磁控管、螺旋进料器、搅拌器、热电偶、加热套连接，以调控微波功率、进料速度、搅拌速度、热解温度和催化温度。
2.根据权利要求1所述的一种秸秆类废弃物快速气化的方法，其特征是所述的秸秆类废弃物为稻米秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆或棉花秸秆。
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