專利名稱：微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及清潔能源技術(shù)領(lǐng)域，具體講是一種微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置。
背景技術(shù)：
能源是人類生產(chǎn)和生活必需的基本物質(zhì)保障，目前，全球能源供應(yīng)主要還是依靠煤炭、石油和天然氣等化石能源，化石能源資源的有限性和化石能源開發(fā)利用過程中引起的環(huán)境問題，對經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。因此，開發(fā)石油、天然氣和煤以外的其他含碳?xì)浠衔锏哪茉促Y源，具有重大的戰(zhàn)略意義。通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，將生物質(zhì)、煤、生物質(zhì)與煤的混合物及其它以碳?xì)涞葹橹饕爻煞值膹U棄物轉(zhuǎn)化為能量密度高、易儲存和運輸?shù)暮铣蓺馐莻涫荜P(guān)注的清潔能源轉(zhuǎn)化技術(shù)之一。目前，對于將生物質(zhì)、煤、生物質(zhì)與煤的混合物及其它以碳?xì)涮細(xì)涞葹橹饕爻煞值膹U棄物通過熱轉(zhuǎn)化手段轉(zhuǎn)化為合成氣，一般有兩種方法，第一種是采用固定床熱解反應(yīng)器，例如，下吸式，上吸式和橫吸式固定床反應(yīng)器等，這類熱解反應(yīng)器對物料的物理化學(xué)性質(zhì)要求高，對于物料的處理量又很小，操作上存在一定的工程問題，所以該方法的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用不是很多；第二種是采用流化床熱解反應(yīng)器，與固定床熱解反應(yīng)器相比，雖然傳統(tǒng)的流化床熱解反應(yīng)器可以在一定程度上提聞熱解效率和目標(biāo)廣品的生廣率，但是熱損失較大，有時也會造成物料熱解反應(yīng)不完全，不僅影響了物料的利用率和合成氣的品質(zhì)。目前固定床熱解反應(yīng)器還是流化床熱解反應(yīng)器存在的共性問題是過程的能量轉(zhuǎn)化效率較低，產(chǎn)品氣中存在一定量的焦油，不僅容易引起管道堵塞等工程問題，還存在較大的環(huán)境和健康問題，鑒于此，通常這兩種熱化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝均需要結(jié)合焦油裂解工藝以減小轉(zhuǎn)化過程的環(huán)境影響。微波加熱是一種具有潛質(zhì)的快速加熱手段，較傳統(tǒng)加熱過程熱效率高20%,由于微波加熱過程具有選擇性加熱和容積式加熱的特性，對某些化學(xué)過程具有強化過程的獨特效果，目前，多模微波諧振腔反應(yīng)器已經(jīng)在不同領(lǐng)域取得了較為廣泛的應(yīng)用，其較高的加熱效率、對反應(yīng)過程的強化作用得到了驗證，但是在實際應(yīng)用過程中，多模微波諧振腔反應(yīng)器存在微波功率密度相對比較低而且能量場分布極不均勻等缺陷，容易造成反應(yīng)過程的重復(fù)性不夠理想、能源利用率達不到預(yù)想效果等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要開發(fā)一種利用微波加熱和強化工藝過程、實現(xiàn)碳?xì)浠衔餆峄瘜W(xué)轉(zhuǎn)化制備合成氣、充分利用微波輻射的獨特性能強化碳?xì)浠衔锏臒峤?、提高熱解氣體產(chǎn)物的產(chǎn)率和目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性、耦合微波強化熱解產(chǎn)物催化重整制備合成氣、提高通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化將碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為合成氣的工藝過程的能源利用率和實現(xiàn)生物質(zhì)、煤等碳?xì)浠衔锏母咝鍧嵽D(zhuǎn)化的微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置在微正壓或者加壓下操作，裝置包括第一段反應(yīng)腔、氣固分離器和用于催化重整的第二段反應(yīng)腔，所述第一段反應(yīng)腔上設(shè)有進料器，第一段反應(yīng)腔底部設(shè)有流化介質(zhì)氣體入口，第一段反應(yīng)腔與氣固分離器連接，氣固分離器與第二段反應(yīng)腔連接，第二段反應(yīng)腔上設(shè)有合成氣出口，所述的第一段反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有至少一個第一段單模微波諧振腔，所述的每個第一段單模微波諧振腔的一側(cè)設(shè)有與第一段單模微波源連接的第一段微波源饋口， 所述的每個第一段單模微波諧振腔還設(shè)有與第一段微波源饋口位置相對的第一段短路活塞；所述的第一段微波源饋口的軸線位置與所對應(yīng)的第一段短路活塞的軸線位置距離差為所使用單模微波源波長的O到O. 75倍；第二段反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有至少一個負(fù)載有催化劑及其載體的第二段單模微波諧振腔。作為優(yōu)選，所述的第二段單模微波諧振腔的一側(cè)設(shè)有與第二段單模微波源連接的第二段微波源饋口，所述的第二段單模微波諧振腔還設(shè)有與第二段微波源饋口位置相對的第二段短路活塞；所述的第二段微波源饋口的軸線位置與所對應(yīng)的第二段短路活塞的軸線位置距離差為所使用單模微波源波長的(Γ0. 75倍。作為優(yōu)選，所述多個第一段單模微波諧振腔為四個，且在第一段反應(yīng)腔中由上到下均布。作為優(yōu)選，所述與第一段單模微波諧振腔連通的第一段微波源潰口在水平方向上的投影沿第一段反應(yīng)腔的周向均布。作為優(yōu)選，所述第一段反應(yīng)腔上進料器的下端與最上部的第一段單模微波諧振腔的第一段微波源饋口中心軸線位置的距離為所使用單模微波源波長的I. 5^3倍。采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明具有以下優(yōu)點在第一段反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置多個單模微波諧振腔，通過單模微波源對進入相應(yīng)單模微波諧振腔內(nèi)的碳?xì)浠衔镞M行加熱，達到物料熱解效率更高、速度更快、產(chǎn)物的選擇性更高，同時同一微波諧振腔的多個第一段微波源饋口沿第一段反應(yīng)腔的橫截面均布，使物料在所述第一段反應(yīng)腔內(nèi)熱解時，不存在加熱的死點， 熱解過程產(chǎn)品氣組成的選擇性提高；同時采用單模微波作為熱源，更加環(huán)保，能源的利用率也較高，與此同時在微波的作用下還可以實現(xiàn)熱解過程的強化，提高熱解效率和目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性。所述的第一段短路活塞為可沿自身軸向位置移動的短路活塞。采用可移動式的短路活塞，可以調(diào)整諧振腔內(nèi)波峰的數(shù)量及位置，調(diào)節(jié)微波輻射的能量密度分布，從而提高微波熱解的效率和選擇性。所述的第二段短路活塞為可沿自身軸向位置移動的短路活塞。采用可移動式的短路活塞，可以調(diào)整諧振腔內(nèi)波峰的數(shù)量及位置，調(diào)節(jié)微波輻射的能量密度分布，從而提高微波熱解的效率和選擇性。


圖I為本發(fā)明微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I中的A向視圖。圖中所示，I-第一段反應(yīng)腔，I. I-第一段單模微波諧振腔，2-氣固分離器，3-第二段反應(yīng)腔，3. I-第二段單模微波諧振腔，4-進料器，5-流化介質(zhì)氣體入口，6-第一段單模微波源，7-第一段微波源饋口，8-第一段短路活塞，9-催化劑，10-第二段單模微波源，11-第二段微波源饋口，12-第二段短路活塞，13-合成氣出口。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。如圖I和2所示，一種微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置， 包括第一段反應(yīng)腔I、氣固分離器2和用于催化重整的第二段反應(yīng)腔3，所述第一段反應(yīng)腔 I上設(shè)有進料器4，第一段反應(yīng)腔I底部設(shè)有流化介質(zhì)氣體入口 5，第一段反應(yīng)腔內(nèi)流體流動模式為流化床，第一段反應(yīng)腔I與氣固分離器2連接，所述的第一段反應(yīng)腔I與氣固分離腔2連接是指第一段反應(yīng)腔I側(cè)面靠近頂端的位置設(shè)有第一出氣口，氣固分離腔2上設(shè)有與該氣口相對應(yīng)的第一進氣口，第一出氣口與第一進氣口通過第一輸氣通道連接，第一段反應(yīng)腔I側(cè)面靠近中下部的位置設(shè)有第二進氣口，氣固分離腔2底端設(shè)有與第二進氣口相對應(yīng)的第二出氣口，第二進氣口與第二出氣口通過第二輸氣通道連接；氣固分離腔2與第二段反應(yīng)腔3連接，所述氣固分離腔2與第二段反應(yīng)腔3連接是指氣固分離腔2上端開口與第二段反應(yīng)腔3下端開口對接；第二段反應(yīng)腔3上設(shè)有合成氣出口 13。所述的第一段反應(yīng)腔I內(nèi)設(shè)有至少一個第一段單模微波諧振腔I. 1，所述的每個第一段單模微波諧振腔I. I的一側(cè)設(shè)有與第一段單模微波源6連接的第一段微波源饋口 7，所述的每個第一段單模微波諧振腔I. I還設(shè)有與第一段微波源饋口 7位置相對的第一段短路活塞8 ;所述每個第一段單模微波諧振腔I. I的一側(cè)設(shè)有第一段微波源饋口 7是指，第一段單模微波諧振腔I. I 一側(cè)設(shè)有第一段單模微波源6進入第一段單模微波諧振腔I. I的進口，第一段單模微波源6產(chǎn)生的微波經(jīng)第一段微波源饋口 7進入第一段單模微波諧振腔
I.1，所述第一段單模微波諧振腔I. I為由經(jīng)第一段單模微波源6進入的單模微波所形成的微波輻射空間，所述各個第一段單模微波諧振腔I. I上下連通；所述的第一段微波源饋口 7 的軸線位置與所對應(yīng)的第一段短路活塞8的軸線位置距離差為所使用單模微波源波長的O 到O. 75倍，以調(diào)節(jié)由單模微波進入第一段單模微波諧振腔I. I的波峰數(shù)量；第二段反應(yīng)腔 3內(nèi)設(shè)有至少一個負(fù)載有催化劑9及其載體的第二段單模微波諧振腔3. I。催化劑9的活性組分為鎳和鎳的合金，載體為三氧化二鋁，所述催化劑9為立體交叉式蜂窩狀。所述的第二段單模微波諧振腔3. I的一側(cè)設(shè)有與第二段單模微波源10連接的第二段微波源饋口 11，所述的第二段單模微波諧振腔3. I還設(shè)有與第二段微波源饋口 11位置相對的第二段短路活塞12 ;所述的第二段微波源饋口 11的軸線位置與所對應(yīng)的第二段短路活塞12的軸線位置距離差為所使用單模微波源波長的(Γ0. 75倍，以調(diào)節(jié)由單模微波進入第二段單模微波諧振腔3. I的波峰數(shù)量，第二段短路活塞12可以沿其自身的軸向位置移動從而調(diào)節(jié)單模微波進入第二段單模微波諧振腔3. I的波峰位置。所述多個第一段單模微波諧振腔I. I為四個，且在第一段反應(yīng)腔I中由上到下均布。所述與第一段單模微波諧振腔I. I連通的第一段微波源潰口 7在水平方向上的投影沿第一段反應(yīng)腔I的周向均布。所述第一段反應(yīng)腔I為圓柱形，第一段反應(yīng)腔I的橫截面為圓，所述第一段單模微波諧振腔I. I中的第一段微波源饋口 7和第一段短路活塞8 一一對應(yīng)，四個第一段微波源饋口 7在水平方向上的投影以相等的間隔布置。
所述第一段反應(yīng)腔I上進料器4的下端與最上部的第一段單模微波諧振腔I. I的第一段微波饋口 7中心軸線位置的距離為所使用單模微波源波長的I. 5^3倍。進料器4上還設(shè)有微波吸收劑加入口，微波吸收劑與物料混合然后進入所述的第一段反應(yīng)腔I上部。所述的第一段短路活塞8為可沿自身軸向位置移動的短路活塞，第一段短路活塞 8可以沿短路活塞軸向位置移動以調(diào)節(jié)由單模微波進入第一段單模微波諧振腔I. I的波峰位置。所述的第二段短路活塞12為可沿自身軸向位置移動的短路活塞，第二段短路活塞12可以沿其自身的軸向位置移動從而調(diào)節(jié)單模微波進入第二段單模微波諧振腔3. I的波峰位置。該裝置使用時，物料如碳?xì)浠衔镉蛇M料器4進入第一段反應(yīng)腔1，微波吸收劑與碳?xì)浠衔镆煌M入第一段反應(yīng)腔1，同時，蒸汽和二氧化碳或氮氣的混合氣體由第一段反應(yīng)腔I底部的流化介質(zhì)氣體入口 5進入第一段反應(yīng)腔1，以形成弱氧化氛圍。物料進入第一段反應(yīng)腔I后，在單模微波的輻射下，以物料中的水分和微波吸收劑為加熱載體，物料瞬間升溫到450° C到650° C，所加入的碳?xì)浠衔锇l(fā)生熱解和氣化反應(yīng)，所產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物進入氣固分離腔2，氣體產(chǎn)物中攜帶的灰分、殘?zhí)己痛呋瘎┓祷氐谝欢畏磻?yīng)腔1，氣體則進入第二段反應(yīng)腔3，在第二段反應(yīng)腔3中進行催化重整生成合成氣氫氣和一氧化碳為主，最后所生成的合成氣經(jīng)合成氣出口 13排出并收集。本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)允許有多種變化，如第二段單模微波諧振腔3. I也可以是二個、三個、五個、六個等；第一段單模微波諧振腔1.1也可以是三個、五個、六個、八個等。所有這些變化，均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置，包括第一段反應(yīng)腔 (I)、氣固分離器(2)和用于催化重整的第二段反應(yīng)腔(3)，所述第一段反應(yīng)腔(I)上設(shè)有進料器(4)，第一段反應(yīng)腔(I)底部設(shè)有流化介質(zhì)氣體入口(5)，第一段反應(yīng)腔(I)與氣固分離器(2)連接，氣固分離器(2)與第二段反應(yīng)腔(3)連接，第二段反應(yīng)腔(3)上設(shè)有合成氣出口(13)，其特征在于所述的第一段反應(yīng)腔(I)內(nèi)設(shè)有至少一個第一段單模微波諧振腔 (I. I)，所述的每個第一段單模微波諧振腔(I. O的一側(cè)設(shè)有與第一段單模微波源(6)連接的第一段微波源饋口(7)，所述的每個第一段單模微波諧振腔(I. I)還設(shè)有與第一段微波源饋口(7)位置相對的第一段短路活塞(8);所述的第一段微波源饋口(7)的軸線位置與所對應(yīng)的第一段短路活塞(8)的軸線位置距離差為所使用單模微波源波長的O到O. 75倍； 第二段反應(yīng)腔(3)內(nèi)設(shè)有至少一個負(fù)載有催化劑(9)及其載體的第二段單模微波諧振腔 (3. I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置， 其特征在于所述的第二段單模微波諧振腔(3. I)的一側(cè)設(shè)有與第二段單模微波源(10)連接的第二段微波源饋口(11)，所述的第二段單模微波諧振腔(3. I)還設(shè)有與第二段微波饋口(11)位置相對的第二段短路活塞(12);所述的第二段微波源饋口(11)的軸線位置與所對應(yīng)的第二段短路活塞(12)的軸線位置距離差為所使用單模微波源波長的(Γ0. 75倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置， 其特征在于所述多個第一段單模微波諧振腔(I. I)為四個，且在第一段反應(yīng)腔(I)中由上到下均布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置， 其特征在于所述與第一段單模微波諧振腔(I. I)連通的第一段微波源潰口(7)在水平方向上的投影沿第一段反應(yīng)腔(I)的周向均布。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置， 其特征在于所述第一段反應(yīng)腔(I)上進料器(4)的下端與最上部的第一段單模微波諧振腔(I. O的第一段微波源饋口(7)中心軸線位置的距離為所使用單模微波源波長的I. 5^3 倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置， 其特征在于所述的第一段短路活塞(8)為可沿自身軸向位置移動的短路活塞。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置， 其特征在于所述的第二段短路活塞(12)為可沿自身軸向位置移動的短路活塞。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微波強化碳?xì)浠衔餆峤怦詈洗呋卣苽浜铣蓺獾难b置，包括第一段反應(yīng)腔、氣固分離器和用于催化重整的第二段反應(yīng)腔，所述第一段反應(yīng)腔上設(shè)有進料器，第一段反應(yīng)腔底部設(shè)有流化介質(zhì)氣體入口，第二段反應(yīng)腔上設(shè)有合成氣出口，所述的第一段反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有至少一個第一段單模微波諧振腔，所述的每個第一段單模微波諧振腔的一側(cè)設(shè)有第一段微波源饋口，所述的每個第一段單模微波諧振腔還設(shè)有第一段短路活塞；第二段反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有至少一個負(fù)載有催化劑及其載體的第二段單模微波諧振腔,在第一段反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置多個單模微波諧振腔，通過單模微波源進行加熱，達到物料熱解效率更高、速度更快、產(chǎn)物的選擇性更高。
文檔編號C10J3/84GK102602886SQ20121007176
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者嚴(yán)潔峰, 史楷岐, 吳韜, 趙海濤 申請人:寧波諾丁漢大學(xué)