本實(shí)用新型屬于生物質(zhì)資源高效利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱解生物質(zhì)制備苯的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國生物質(zhì)資源十分豐富，隨著石油、煤炭等化石資源儲(chǔ)量的逐漸減少，將低值生物質(zhì)資源進(jìn)行品位升級(jí)轉(zhuǎn)化為生物油及化工原料以補(bǔ)充和替代部分化石原料，成為生物質(zhì)能開發(fā)利用的重要方向。生物質(zhì)熱解技術(shù)可以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物油、生物炭和可燃?xì)?，具有廣闊的前景和重要的社會(huì)價(jià)值。
生物質(zhì)熱解是生物質(zhì)在惰性氣氛下進(jìn)行高溫加熱，產(chǎn)生可燃?xì)怏w、生物油和固體炭的過程。生物油組成中含有多種復(fù)雜不穩(wěn)定的化合物，具有芳烴含量少，品位低的特點(diǎn)，增加生物油中的芳烴含量，尤其是其中苯的含量，對(duì)提升生物油作為新型燃料油及化工原料的意義重大。
生物質(zhì)熱解時(shí)，其反應(yīng)器內(nèi)部是高溫環(huán)境，而且生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的熱解炭可以作為乙炔反應(yīng)生成苯的催化劑。因此，生物質(zhì)熱解時(shí)的環(huán)境非常適合乙炔發(fā)生反應(yīng)生成苯。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型旨在提供一種熱解生物質(zhì)制備苯的系統(tǒng)。
一種熱解生物質(zhì)制備苯的系統(tǒng)，其包括快速熱解反應(yīng)器、乙炔存儲(chǔ)裝置、除塵裝置、冷卻裝置和苯分離裝置；
所述快速熱解反應(yīng)器設(shè)有乙炔入口和熱解油氣出口；
所述乙炔存儲(chǔ)裝置設(shè)有乙炔出口，所述乙炔出口與所述乙炔入口相連；
所述除塵裝置設(shè)有熱解油氣入口和除塵油氣出口，所述熱解油氣入口和所述熱解油氣出口相連；
所述冷卻裝置設(shè)有除塵油氣入口和生物油出口，所述除塵油氣入口和所述除塵油氣出口相連；
所述苯分離裝置設(shè)有生物油入口和苯出口，所述生物油入口與所述生物油出口相連。
在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述乙炔入口設(shè)置在所述快速熱解反應(yīng)器的中下部。
在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述快速熱解反應(yīng)器的加熱裝置為蓄熱式輻射管燃燒器，所述蓄熱式輻射管燃燒器沿著所述快速熱解反應(yīng)器的高度方向多層設(shè)置在所述快速熱解反應(yīng)器的側(cè)壁上，且輻射管燃燒器表面噴涂陶瓷涂層。
在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述快速熱解反應(yīng)器還設(shè)有出料口，所述系統(tǒng)還包括出料裝置，所述出料裝置的入口與所述出料口相連。
在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述快速熱解反應(yīng)器還設(shè)有進(jìn)料口，所述系統(tǒng)還包括進(jìn)料裝置，所述進(jìn)料裝置的出口與所述進(jìn)料口相連。
本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)，將乙炔通入快速熱解反應(yīng)器中，在生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的甲烷、氫氣和二氧化碳?xì)夥罩?，以及在生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的熱解炭的催化作用下，乙炔反應(yīng)生成苯。本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)將生物質(zhì)熱解和乙炔制苯的反應(yīng)結(jié)合在一起，生物質(zhì)熱解為乙炔制苯的反應(yīng)提供了所需的條件，節(jié)約了能耗也節(jié)省了投資和運(yùn)行成本，而且工藝流程也非常簡(jiǎn)單。
此外，本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)也提高了生物質(zhì)熱解油中芳烴的含量，使所得的生物質(zhì)熱解油的品質(zhì)得到提升，明顯的提高了生物質(zhì)熱解油的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種熱解生物質(zhì)制備苯的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本實(shí)用新型的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制。
本實(shí)用新型提供了一種熱解生物質(zhì)制備苯的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括進(jìn)料裝置、快速熱解反應(yīng)器、乙炔存儲(chǔ)裝置、出料裝置、除塵裝置、冷卻裝置和苯分離裝置。
其中，快速熱解反應(yīng)器是本系統(tǒng)的核心裝置，是生物質(zhì)熱解、乙炔反應(yīng)的反應(yīng)器?？焖贌峤夥磻?yīng)器設(shè)有進(jìn)料口、乙炔(C2H2)入口、熱解油氣出口和出料口。
乙炔入口可以設(shè)置在快速熱解反應(yīng)器的任何位置，其最優(yōu)的位置為快速熱解反應(yīng)器的中下部，最優(yōu)位置為快速熱解反應(yīng)器高度的30-50％處。在相同的壓力下，乙炔的密度小于空氣的密度，乙炔從下往上進(jìn)入快速熱解反應(yīng)器中，能與生物質(zhì)熱解產(chǎn)生熱解炭(C)充分的接觸，并在生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的不凝氣體(甲烷(CH4)、氫氣(H2)、二氧化碳等)的氛圍中反應(yīng)生成苯。
熱解油氣出口的個(gè)數(shù)并不需要限定。
快速熱解反應(yīng)器的加熱裝置不需要特別限定，其最優(yōu)的選擇為蓄熱式輻射管燃燒器。蓄熱式輻射管燃燒器能夠產(chǎn)生均勻分布的溫度場(chǎng)，使熱解物料均勻受熱，與傳統(tǒng)的使用熱載體作為熱解熱源的方法比較，不需設(shè)置熱解氣和載體分離單元，簡(jiǎn)化了后續(xù)工藝流程。蓄熱式輻射管燃燒器沿著所述快速熱解反應(yīng)器的高度方向多層設(shè)置在快速熱解反應(yīng)器的側(cè)壁上，且輻射管燃燒器表面噴涂陶瓷涂層。蓄熱式輻射管燃燒器的數(shù)量不限。
生物質(zhì)經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入快速熱解反應(yīng)器，然后經(jīng)布料器均勻分散之后進(jìn)入輻射管加熱區(qū)域進(jìn)行熱解反應(yīng)。
從乙炔入口通入的乙炔進(jìn)入快速熱解反應(yīng)器后向上流動(dòng)，與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，乙炔發(fā)生反應(yīng)，生成苯。
乙炔生成苯的反應(yīng)需要在高溫和催化劑存在的條件下才能進(jìn)行，快速熱解反應(yīng)器在熱解生物質(zhì)時(shí)，其內(nèi)部正好是高溫環(huán)境，而且生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的熱解炭可以作為乙炔反應(yīng)生成苯的催化劑。
乙炔在生成苯的同時(shí)，自身也會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)：
上述反應(yīng)為可逆反應(yīng)。生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的不凝氣體中含有甲烷、氫氣，因此能在一定程度上抑制乙炔發(fā)生分解反應(yīng)。此外，生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的不凝氣體中還含有二氧化碳，二氧化碳不僅能調(diào)節(jié)甲烷的分壓，二氧化碳還具有與分解生成的炭反應(yīng)消除積碳的功能。
進(jìn)料裝置設(shè)有入口和出口，進(jìn)料裝置的出口與快速熱解反應(yīng)器的進(jìn)料口相連。進(jìn)料裝置用于將生物質(zhì)送入快速熱解反應(yīng)器中。
乙炔存儲(chǔ)裝置設(shè)有乙炔出口，乙炔出口與快速熱解反應(yīng)器的乙炔入口相連。乙炔存儲(chǔ)裝置用于為快速熱解反應(yīng)器提供乙炔。
出料裝置設(shè)有入口和出口，出料裝置的入口與快速熱解反應(yīng)器的出料口相連。出料裝置用于將生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的熱解炭送出快速熱解反應(yīng)器。
除塵裝置設(shè)有熱解油氣入口和除塵油氣出口，熱解油氣入口和快速熱解反應(yīng)器的熱解油氣出口相連。除塵裝置用于除去熱解油氣中的粉塵。
冷卻裝置設(shè)有除塵油氣入口和生物油出口，除塵油氣入口與除塵裝置的除塵油氣出口相連。冷卻裝置用于分離生物油和熱解氣。
苯分離裝置設(shè)有生物油入口和苯出口，生物油入口與冷卻裝置的生物油出口相連。苯分離裝置用于從生物油中將苯提取出來。
下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說明。下述實(shí)施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述發(fā)明內(nèi)容中所示。下述實(shí)施例所用的測(cè)試方法均為本行業(yè)中常用的測(cè)試方法。
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種熱解生物質(zhì)制備苯的系統(tǒng)。
如圖1所示，本系統(tǒng)包括進(jìn)料裝置、快速熱解反應(yīng)器、出料裝置、乙炔存儲(chǔ)裝置、除塵裝置、冷卻裝置和苯分離裝置。
快速熱解反應(yīng)器設(shè)有進(jìn)料口、乙炔入口、熱解油氣出口和出料口。
乙炔入口設(shè)置在與蓄熱式輻射管燃燒器相鄰的側(cè)壁上，且位于快速熱解反應(yīng)器高度的30％處。熱解油氣出口與乙炔入口在相同的側(cè)壁上，且位于乙炔入口上方。熱解油氣出口的個(gè)數(shù)并不需要限定，本實(shí)施例設(shè)有兩個(gè)熱解油氣出口，一個(gè)位于快速熱解反應(yīng)器高度的80％處，一個(gè)位于快速熱解反應(yīng)器高度的40％處。蓄熱式輻射管燃燒器沿著快速熱解反應(yīng)器的高度方向多層設(shè)置在快速熱解反應(yīng)器的側(cè)壁上，且輻射管燃燒器表面噴涂有陶瓷涂層?？焖贌峤夥磻?yīng)器設(shè)有布料器。
進(jìn)料裝置與進(jìn)料口相連，用于將生物質(zhì)送入快速熱解反應(yīng)器中。
出料裝置與出料口相連，用于將生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的熱解炭送出快速熱解反應(yīng)器。
乙炔存儲(chǔ)裝置設(shè)有乙炔出口，乙炔出口與乙炔入口相連。乙炔存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)乙炔，并將乙炔送入快速熱解反應(yīng)器中。
除塵裝置設(shè)有熱解油氣入口和除塵油氣出口，熱解油氣入口和快速熱解反應(yīng)器的熱解油氣出口相連。除塵裝置用于除去熱解油氣中的粉塵。
冷卻裝置設(shè)有除塵油氣入口和生物油出口，除塵油氣入口與除塵裝置的除塵油氣出口相連。冷卻裝置用于分離生物油和熱解氣。
苯分離裝置設(shè)有生物油入口和苯出口，生物油入口與冷卻裝置的生物油出口相連。苯分離裝置用于從生物油中將苯提取出來。
實(shí)施例2
本實(shí)施例利用實(shí)施例1所提供的系統(tǒng)熱解生物質(zhì)制備苯。所用的生物質(zhì)為木屑，平均粒徑為2mm，水分含量為5wt％，用量為1噸。該制備過程具體如下：
控制快速熱解反應(yīng)器的溫度為550℃。木屑經(jīng)進(jìn)料裝置進(jìn)入快速熱解反應(yīng)器，然后經(jīng)布料器均勻分散之后進(jìn)入輻射管加熱區(qū)域進(jìn)行熱解反應(yīng)，生成熱解油氣(包括不凝氣體和熱解油)和熱解炭。在不通入乙炔氣的情況下，木屑熱解得到的熱解氣中甲烷、氫氣、二氧化碳和一氧化碳的含量如表1所示。生成的不凝氣體的體積為593.6m3。
然后，往快速熱解反應(yīng)器通入乙炔，通入的乙炔的量為29.68m3。乙炔在向上流動(dòng)過程中與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，進(jìn)一步促進(jìn)乙炔反應(yīng)生成苯。含有苯的熱解油氣自熱解油氣出口排出，之后經(jīng)歷除塵裝置和冷卻裝置得到生物油、熱解氣。熱解得到的熱解炭經(jīng)出料裝置排出，熱解氣進(jìn)一步處理后收集備用，將生物油進(jìn)一步送入苯分離裝置中，分離后得到苯。剩下的不含苯的生物油收集后備用。
通入乙炔后，增加的苯量為木屑自身熱解產(chǎn)生的苯的1倍。
實(shí)施例3
本實(shí)施例利用實(shí)施例1所提供的系統(tǒng)熱解生物質(zhì)制備苯。所用的生物質(zhì)為玉米秸稈，平均粒徑為3mm，水分含量為5wt％，用量為1噸。該制備過程具體如下：
控制快速熱解反應(yīng)器的溫度為750℃。玉米秸稈經(jīng)進(jìn)料裝置進(jìn)入快速熱解反應(yīng)器，然后經(jīng)布料器均勻分散之后進(jìn)入輻射管加熱區(qū)域進(jìn)行熱解反應(yīng)，生成熱解油氣(包括不凝氣體和熱解油)和熱解炭。在不通入乙炔氣的情況下，玉米秸稈熱解得到的不凝氣體中甲烷、氫氣、二氧化碳和一氧化碳的含量如表1所示。生成的不凝氣體的體積為2574m3。
然后，往快速熱解反應(yīng)器通入乙炔，通入的乙炔的量為128.7m3。乙炔在向上流動(dòng)過程中與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，進(jìn)一步促進(jìn)乙炔反應(yīng)生成苯。含有苯的熱解油氣自熱解油氣出口排出，之后經(jīng)歷除塵裝置和冷卻裝置得到生物油、熱解氣。熱解得到的熱解炭經(jīng)出料裝置排出，熱解氣進(jìn)一步處理后收集備用，將生物油進(jìn)一步送入苯分離裝置中，分離后得到苯。剩下的不含苯的熱解油收集后備用。
通入乙炔后，增加的苯量為木屑自身熱解產(chǎn)生的苯的2.5倍。
表1熱解氣中各組分的含量
綜上，可以得知，本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)及方法，將乙炔通入快速熱解反應(yīng)器中，在生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的甲烷、氫氣和二氧化碳?xì)夥罩校约霸谏镔|(zhì)熱解產(chǎn)生的熱解炭的催化作用下，乙炔反應(yīng)生成苯。本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)及方法將生物質(zhì)熱解和乙炔制苯的反應(yīng)結(jié)合在一起，生物質(zhì)熱解為乙炔制苯的反應(yīng)提供了所需的條件，節(jié)約了能耗也節(jié)省了投資和運(yùn)行成本，而且工藝流程也非常簡(jiǎn)單。
此外，本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)及方法也提高了生物油中芳烴的含量，使所得的生物油的品質(zhì)得到提升，從而提高了生物油的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型而非限制本實(shí)用新型的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。此外，除非特別說明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來使用。