一种生物质微波快速制气系统及其制气方法

1.本发明涉及生物质能转化利用技术领域，具体涉及一种生物质微波快速制气系统及其制气方法。


背景技术：

2.随着社会的进步发展，化石能源的利用出现危机，生物质等可再生能量的转化利用给能源短缺的问题带来了解决思路。我国每年可利用的生物质资源约6.5
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108t标煤，预计到2050年将增加到9
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108t标煤以上。利用微波热化学转化技术，可以将生物质能转化为可以使用的合成气以及生物油产品，这给能源问题的解决带来了曙光，同时能在一定程度上解决生物质焚烧时的污染问题。
3.相关技术中，生物质的制气技术一般采用电加热技术，但常规的电加热方式存在加热不均匀、加热速率慢等问题，导致产气制油效率低下。本技术涉及的生物质微波制气系统利用微波作为能量来源，可以实现高效快速地制气。
4.综上所述，现有的生物质电加热方式存在加热不均匀、加热速率慢，导致产气制油效率低下的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有的生物质电加热方式存在加热不均匀、加热速率慢，导致产气制油效率低下的问题，进而提供一种生物质微波快速制气系统及其制气方法。
6.本发明的技术方案是：
7.一种生物质微波快速制气系统，它包括空气压缩机1、微波磁控管2、石英流化床反应器3、送料系统4、冷凝器5、洗气瓶6、干燥器7和气体收集器8，石英流化床反应器3上部设有进料口，送料系统4设置在石英流化床反应器3上方，送料系统4的出料口与石英流化床反应器3的进料口连接，所述送料系统4用于将待反应的生物质输送至石英流化床反应器3中；石英流化床反应器3下部设有进气口，空气压缩机1出口通过管路与石英流化床反应器3进气口连接，所述空气压缩机1用于实现石英流化床反应器3运行过程中的连续供气；石英流化床反应器3外围沿圆周方向均匀布置有多个微波磁控管2，所述微波磁控管2用于向石英流化床反应器3中输送微波能，进而实现床料及反应物的快速升温；石英流化床反应器3上部设有产物出口，所述产物出口通过管路与冷凝器5入口连接，所述冷凝器5用于冷却高温的气态产物，并使部分高分子产物油冷凝；冷凝器5出口通过管路与洗气瓶6入口连接，所述洗气瓶6用于除去气体产物中的酸性杂质；洗气瓶6出口通过管路与干燥器7入口连接，所述干燥器7用于除去气体产物中的水分；干燥器7出口通过管路与气体收集器8入口连接，所述气体收集器8用于目标气体产物的收集。
8.进一步地，石英流化床反应器3包括石英流化床床体31和布风板32，石英流化床床体31底部安装有水平设置的布风板32，布风板32位于石英流化床反应器3的进气口上方，床料置于石英流化床床体31内部且位于布风板32上方。
9.进一步地，布风板32上均匀分布有孔径大小一致的通风孔。
10.进一步地，石英流化床反应器3还包括灰斗33，石英流化床床体31底部设有灰斗33，所述灰斗33与石英流化床床体31内腔连通。
11.进一步地，送料系统4包括螺旋推进进料器和送料电机，螺旋推进进料器的进料侧安装有送料电机，所述送料电机的电机轴通过联轴器与螺旋推进进料器的螺旋轴连接，螺旋推进进料器的进料器出口与石英流化床反应器3的内腔连接。
12.进一步地，送料系统4还包括料斗，螺旋推进进料器的壳体顶部设有进料器进口，料斗位于螺旋推进进料器上方，料斗底端与进料器进口连接。
13.进一步地，送料系统4还包括电源，电源通过导线分别与送料电机和微波磁控管2连接。
14.进一步地，它还包括控制面板，控制面板安装在石英流化床反应器3上，控制面板通过导线与微波磁控管2连接，所述微波磁控管2的微波频率和功率由控制面板调节。
15.进一步地，控制面板包括微波加热系统开关、热解温度控制按键、显示器、微波功率控制按键和微波频率控制按键，所述显示器用于显示热解温度、微波功率和微波频率。
16.一种采用所述生物质微波快速制气系统的制气方法，所述生物质微波快速制气方法是通过以下步骤实现的，
17.步骤一、微波吸收剂颗粒的填充：
18.首先在石英流化床反应器3内部填充微波吸收剂颗粒，微波吸收剂颗粒处于布风板32上方；
19.步骤二、气化剂的送入：
20.启动空气压缩机1将反应所需要的气化剂送入石英流化床反应器3中，并通过空气压缩机1调整进气量；
21.步骤三、微波能的提供：
22.通过电源启动微波磁控管2，微波磁控管2开始工作产生微波，石英流化床反应器3中的微波吸收剂吸收微波快速升温到设定气化温度，反应过程中微波吸收剂颗粒处于流化状态；
23.步骤四、生物质颗粒的送入：
24.送料系统4中的生物质颗粒在螺旋推进进料器的推动下进入石英流化床反应器3中，开始气化反应；
25.步骤五、气体产物的收集：
26.在气化反应过程中，气体产物经过冷凝器5、洗气瓶6和干燥器7后通过气体收集器8进行收集。
27.本发明与现有技术相比具有以下效果：
28.1、本发明的生物质微波快速制气系统通过微波磁控管2产生微波，微波进入石英流化床反应器3内作用于床料，可以实现床料的均匀快速升温，保证了生物质颗粒气化反应的快速稳定进行，实现生物质到合成气的高效快速转化；
29.2、本发明的生物质微波快速制气系统能够通过调节微波磁控管2的功率，实现不同的微波加热功率，进而实现不同气化温度下的气化过程。
30.3、本发明的石英流化床反应器3上部与送料系统4连接，可以实现微波气化反应过
程中生物质颗粒的连续供料；
31.4、本发明的石英流化床反应器3上部与冷凝器5连接，用于对反应产生的高温气体进行冷却，同时冷凝气体中的部分高分子产物；
32.5、本发明的冷凝器5后方依次连接有洗气瓶6和干燥器7，用于除去气体产物中的部分杂质，同时除去气体产物中的水分。
附图说明
33.图1是本发明的生物质微波快速制气系统的结构示意图；
34.图2是本发明的石英流化床反应器3的结构示意图；
35.图3是本发明的布风板32的结构示意图。
36.图中：1-空气压缩机；2-微波磁控管；3-石英流化床反应器；4-送料系统；5-冷凝器；6-洗气瓶；7-干燥器；8-气体收集器；31-石英流化床床体；32布风板；33灰斗。
具体实施方式
37.具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种生物质微波快速制气系统，它包括空气压缩机1、微波磁控管2、石英流化床反应器3、送料系统4、冷凝器5、洗气瓶6、干燥器7和气体收集器8，石英流化床反应器3上部设有进料口，送料系统4设置在石英流化床反应器3上方，送料系统4的出料口与石英流化床反应器3的进料口连接，所述送料系统4用于将待反应的生物质输送至石英流化床反应器3中；石英流化床反应器3下部设有进气口，空气压缩机1出口通过管路与石英流化床反应器3进气口连接，所述空气压缩机1用于实现石英流化床反应器3运行过程中的连续供气；石英流化床反应器3外围沿圆周方向均匀布置有多个微波磁控管2，所述微波磁控管2用于向石英流化床反应器3中输送微波能，进而实现床料及反应物的快速升温；石英流化床反应器3上部设有产物出口，所述产物出口通过管路与冷凝器5入口连接，所述冷凝器5用于冷却高温的气态产物，并使部分高分子产物油冷凝；冷凝器5出口通过管路与洗气瓶6入口连接，所述洗气瓶6用于除去气体产物中的酸性杂质；洗气瓶6出口通过管路与干燥器7入口连接，所述干燥器7用于除去气体产物中的水分；干燥器7出口通过管路与气体收集器8入口连接，所述气体收集器8用于目标气体产物的收集。
38.具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的石英流化床反应器3包括石英流化床床体31和布风板32，石英流化床床体31底部安装有水平设置的布风板32，布风板32位于石英流化床反应器3的进气口上方，床料置于石英流化床床体31内部且位于布风板32上方。如此设置，流化后的床料和生物质颗粒可以均匀混合，同时床层温度分布均匀。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
39.具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式的布风板32上均匀分布有孔径大小一致的通风孔。如此设置，布风板32可以起到匀压的作用，让通过布风板32的气流速度趋向均匀一致，维持流化床层的稳定。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
40.具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的石英流化床反应器3还包括灰斗33，石英流化床床体31底部设有灰斗33，所述灰斗33与石英流化床床体31内腔连
通。如此设置，石英流化床反应器3下部连接有灰斗33，用于收集反应过程中产生的灰分。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
41.具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的送料系统4包括螺旋推进进料器和送料电机，螺旋推进进料器的进料侧安装有送料电机，所述送料电机的电机轴通过联轴器与螺旋推进进料器的螺旋轴连接，螺旋推进进料器的进料器出口与石英流化床反应器3的内腔连接。如此设置，送料系统4中的生物质颗粒在螺旋推进进料器的推动下进入石英流化床反应器3中，通过控制送料电机的转速可以调节送料速度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
42.具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的送料系统4还包括料斗，螺旋推进进料器的壳体顶部设有进料器进口，料斗位于螺旋推进进料器上方，料斗底端与进料器进口连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
43.具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的送料系统4还包括电源，电源通过导线分别与送料电机和微波磁控管2连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
44.具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式还包括控制面板，控制面板安装在石英流化床反应器3上，控制面板通过导线与微波磁控管2连接，所述微波磁控管2的微波频率和功率由控制面板调节。如此设置，通过调节微波磁控管2的功率，实现不同的微波加热功率，进而实现不同气化温度下的气化过程。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
45.具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的控制面板包括微波加热系统开关、热解温度控制按键、显示器、微波功率控制按键和微波频率控制按键，所述显示器用于显示热解温度、微波功率和微波频率。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
46.具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种采用具体实施方式九所述生物质微波快速制气系统的制气方法，所述生物质微波快速制气方法是通过以下步骤实现的，
47.步骤一、微波吸收剂颗粒的填充：
48.首先在石英流化床反应器3内部填充微波吸收剂颗粒(如碳化硅)，微波吸收剂颗粒处于布风板32上方；
49.步骤二、气化剂的送入：
50.启动空气压缩机1将反应所需要的气化剂送入石英流化床反应器3中，并通过空气压缩机1调整进气量；
51.步骤三、微波能的提供：
52.通过电源启动微波磁控管2，微波磁控管2开始工作产生微波，石英流化床反应器3中的微波吸收剂吸收微波快速升温到设定气化温度，反应过程中微波吸收剂颗粒处于流化状态；
53.步骤四、生物质颗粒的送入：
54.送料系统4中的生物质颗粒在螺旋推进进料器的推动下进入石英流化床反应器3中，开始气化反应；
55.步骤五、气体产物的收集：
56.在气化反应过程中，气体产物经过冷凝器5、洗气瓶6和干燥器7后通过气体收集器8进行收集。
57.其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。
58.工作原理
59.结合图1至图3说明本发明的生物质微波快速制气系统的工作原理：通过空气压缩机1调整进气量，将额定的空气量输入到石英流化床反应器3中；通过电源启动微波磁控管2，微波磁控管2开始工作产生微波，石英流化床反应器3中的微波吸收剂吸收微波快速升温到设定气化温度；随后送料系统4中的生物质颗粒在螺旋推进进料器的推动下进入石英流化床反应器3中，开始气化反应；在气化反应过程中，气体产物经过冷凝器5、洗气瓶6和干燥器7后通过气体收集器8进行收集。
60.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。