一种利用电磁感应制备高温气体热载体进而用其加热含碳原料并将其转化为合成气的方法

本发明属于化工生产，具体涉及一种利用电磁感应制备高温气体热载体进而用其加热含碳原料并将其转化为合成气的方法。

背景技术：

1、含碳原料气化制合成气是吸热反应，而且只能在高温下进行，所以供热是该过程的核心。目前，由含碳原料生产合成气的技术主要采用氧热供热，即在反应器中通入氧气或空气与含碳原料中的部分炭燃烧来提供反应所需热量，因而造成原料损失多、co2排放高等问题，合成气夹带的焦油和析炭及飞灰常沉积于下游管路堵塞系统。一些研究者提出了挥发分(焦油)原位催化转化为轻烃的思路，但催化剂添加量大、积炭失活快、再生成本高。鉴于未来基于风能和光伏的可再生电力(绿电)将大规模发展，电价将逐步降低，以绿电供热(简称“电热”)取代氧热将会有好的经济效益，而且会大幅度降低含碳原料损失、减少co2排放。另外，高温电热可以促进焦油的反应，缓解系统堵塞问题。

2、但是，目前采用电热制备合成气的方法存在设备复杂、传热效果差，含碳原料转化率低、合成气生产效率低的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用电磁感应制备高温气体热载体进而用其加热含碳原料并将其转化为合成气的方法，本发明提供的方法不仅含碳原料转化率高，合成气含量高，同时能耗低、反应效率高，适宜大规模工业化生产，满足生产零碳化学品的需求。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种利用高温气体热载体加热含碳原料制备合成气的方法，包括以下步骤：

4、将电磁感应(也称为电感)线圈通电产生交变电磁场加热感应介质；加热的感应介质同时加热流经其的载气，得到高温气体热载体；所述高温气体热载体的温度≥800℃；

5、将所述高温气体热载体加热所述含碳原料进行热解和气化反应，得到合成气。

6、优选的，所述高温气体热载体的温度为800～1700℃。

7、优选的，所述高温气体热载体的温度为1200～1600℃。

8、优选的，所述高温气体热载体的温度为1500～1600℃。

9、优选的，所述载气包括氢气、氮气、二氧化碳和水蒸气中的一种或多种。

10、优选的，所述感应介质包括非金属感应介质和/或金属感应介质；所述感应介质的形状包括管状、棒状、块状或其它规则或不规则的形状。

11、优选的，所述非金属感应介质包括石墨和/或焦炭；所述金属感应介质包括铁、钨和钼中的一种或多种。

12、优选的，所述含碳原料包括煤、生物质和有机废弃物中的一种或多种。

13、优选的，所述电磁感应线圈的工作频率为30～400khz；所述热解和气化反应的时间为2～10min。

14、优选的，所述热解和气化反应使用的反应器为流化床反应器或移动床反应器。

15、优选的，所述的反应器为流化床反应器时，所述含碳原料的粒径为0.18～5mm；所述的反应器为移动床反应器时，所述含碳原料的粒径为5～40mm。

16、优选的，所述反应器的腔体的下部设置感应介质；所述反应器的腔体的上部设置含碳原料；所述反应器的外壁的下部设置感应线圈；所述反应器的外壁的上部设置有含碳原料入口和气化残渣出口；

17、所述反应器的底部设置有载气入口；所述反应器的顶部设置有合成气出口。

18、本发明提供了一种利用高温气体热载体加热含碳原料制备合成气的方法，包括以下步骤：将电磁感应线圈通电产生交变电磁场加热感应介质，加热的感应介质同时加热载气，得到高温气体热载体；所述高温气体热载体的温度≥800℃；将所述高温气体热载体加热所述含碳原料进行热解和气化反应，得到合成气。本发明基于感应介质在交变电磁场中产生涡电流，通过涡电流的热效应直接将感应介质加热，速度快、效率高。然后本发明利用高温感应介质将载体加热至高温，得到高温气体热载体，进而利用高温气体热载体加热含碳原料使其热解和气化，并利用高温热气体载体与热解半焦、挥发分(包括焦油)及析炭的反应生产合成气(h2+co)，形成了全新的绿电供热的含碳原料生产合成气的方法。本发明提供的方法利用高温气体热载体与挥发物、半焦和析炭的反应生产合成气，不仅避开了现有含碳原料热解生成焦油或氧热气化产生co2的问题，提高了含碳原料碳的利用率，还解决了焦油、半焦及积炭堵塞反应器的难题，并降低气体净化成本。本发明提供的方法简单，不仅避开了传统流化床和移动床的原位氧热供热、以及基于氧热的固体热载体和气体热载体所导致的碳排放量大问题，而且避开了在流化床和移动床内设置发热构件供热的复杂性和高成本问题，传热效率高，热解和气化反应充分，反应过程无需催化剂，避免了催化剂的高温烧结及积碳失活及再生等问题。综上，本发明提供的方法不仅具有含碳原料转化率高，合成气含量高的优点，同时具有能耗低、反应效率高，反应装置操作简单、适合规模化连续生产等特点，特别适合通过绿电高效生产零碳化学品的需求。

技术特征：

1.一种利用电磁感应制备高温气体热载体进而用其加热含碳原料并将其转化为合成气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温气体热载体的温度为800～1700℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述载气包括氢气、氮气、二氧化碳和水蒸气中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述感应介质包括非金属感应介质和/或金属感应介质；所述感应介质的形状包括管状、棒状、块状或其它规则或不规则的形状。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述非金属感应介质包括石墨和/或焦炭；所述金属感应介质包括铁、钨和钼中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含碳原料包括煤、生物质和有机废弃物中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电磁感应线圈的工作频率为30～400khz；所述热解和气化反应的时间为2～10min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热解和气化反应使用的反应器为流化床反应器或移动床反应器。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述热解和气化反应使用的反应器为流化床反应器时，所述含碳原料的粒径为0.18～5mm；所述热解和气化反应使用的反应器为移动床反应器时，所述含碳原料的粒径为5～40mm。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述反应器的腔体的下部设置感应介质；所述反应器的腔体的上部设置含碳原料；所述反应器的外壁的下部设置感应线圈；所述反应器的外壁的上部设置有含碳原料入口和气化残渣出口；

技术总结本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种利用电磁感应制备高温气体热载体，进而用其加热含碳原料并将其转化为合成气的方法。本发明利用电磁感应线圈通电产生交变电磁场加热感应介质，进而将流经感应介质的气体热载体加热到≥800℃，然后利用高温气体热载体加热所述含碳原料进行热解和气化反应，得到合成气。本发明在不改变传统流化床和移动床结构的基础上，仅通过外置高温气体热载体制备单元为热解和气化反应供热，不仅避开了传统流化床和移动床的原位氧热供热、以及基于氧热的固体热载体和气体热载体所导致的碳排放量大问题，而且避开了在流化床和移动床内设置发热构件供热的复杂性和高成本问题，通过电磁感应简单、高效、快速的加热方式，具有传热效率高、温度高、热解和气化反应充分、无需催化剂(避免催化剂的高温烧结及积碳失活及再生)、使用绿电实现零碳排放等特征。综上，本发明提供的方法不仅具有含碳原料转化率高，合成气含量高的优点，同时具有能耗低、反应效率高，反应装置操作简单、适合规模化连续生产等特点，特别适合通过绿电高效生产零碳化学品的需求。技术研发人员：刘振宇,刘清雅,李娜,闫玉新,潘岳受保护的技术使用者：北京化工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15