生物芳烴的制備設(shè)備及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物芳烴的制備，尤其涉及一種以非糧類生物質(zhì)為原料生產(chǎn)生物芳烴的制備方法和制備設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，芳烴是一種重要的化工原料，用于生產(chǎn)藥物、瀝青、辦公設(shè)備、化妝品、電視機(jī)殼、個(gè)人電腦、冰箱、食品包裝、運(yùn)動(dòng)器材、汽車和飛機(jī)部件、絕緣材料、涂料、化妝品和家居護(hù)理產(chǎn)品等。目前國(guó)內(nèi)外芳烴生成主要依賴石油資源，在芳烴聯(lián)合生產(chǎn)裝置中，在催化劑和高溫高壓的條件下經(jīng)過加氫、重整、芳烴轉(zhuǎn)換、分離等過程獲得苯、甲苯、二甲苯，工藝復(fù)雜。石油等化石燃料儲(chǔ)量有限，隨著化石燃料大量消耗，原油價(jià)格不斷上升，以石油為主導(dǎo)的化工工業(yè)成本也不斷攀升。不僅如此，石油煉化工程中產(chǎn)生大量副產(chǎn)物及其它有毒氣體和廢料，嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，尋找可再生、環(huán)保型的替代原料并將其轉(zhuǎn)化為芳烴產(chǎn)品便引起了國(guó)內(nèi)外許多公司和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。
[0003]生物質(zhì)能源是可再生能源的重要組成部分，對(duì)于能源的持久供應(yīng)有著至關(guān)重要的作用，相對(duì)于石化資源而言儲(chǔ)量更加豐富，并且可再生。生物質(zhì)通過高效煉制技術(shù)可以生產(chǎn)多種有機(jī)化學(xué)品和燃料，利用生物質(zhì)，尤其是非糧類生物質(zhì)制備芳烴技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，不僅可以減少芳烴生產(chǎn)對(duì)石化與燃料的依賴性，也是緩解全球石油資源短缺的替代工藝。
[0004]近年來，全球多家石油化工公司、生物化學(xué)品公司和高校均對(duì)生物法制苯、甲苯、二甲苯工藝產(chǎn)生濃厚興趣，開發(fā)了多種制備技術(shù)，并取得實(shí)驗(yàn)室研究成果。美國(guó)Gevo公司開發(fā)了以生物質(zhì)為原料，先通過發(fā)酵制醇工藝生產(chǎn)生物質(zhì)異丁醇，再以異丁醇為原料生產(chǎn)生物芳烴的技術(shù)(W0，2012061372 [P] ;US，20110087000 [P])。美國(guó)UOP公司采用生物質(zhì)原料合成二甲基甲酰胺，并與乙烯通過催化環(huán)加成生成二甲基甲酰胺的呋喃環(huán)，然后與雙環(huán)庚烯衍生物開環(huán)并脫水得到生物芳烴產(chǎn)品(中國(guó)，102482177 [P] ;US，20100331568 [P])。德國(guó)BASF公司將生物質(zhì)原料通過熱裂解技術(shù)得到生物質(zhì)熱解油，以其為原料經(jīng)過臨氫催化裂解反應(yīng)轉(zhuǎn)換為烯烴和芳烴(US，20110275868[P])。上述幾種生物質(zhì)制芳烴工藝是目前發(fā)展前景較好的工藝路線，但普遍存在工藝設(shè)備組成復(fù)雜、工藝過程副產(chǎn)物難于處理以及最終產(chǎn)品單一造成原料利用率較低等的缺點(diǎn)，不利于其工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，另外有的工藝技術(shù)還需要以糧作物類生物質(zhì)如玉米等為原料，受采收季節(jié)影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可適用于各種生物質(zhì)原料、工藝流程簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、所有工藝副產(chǎn)物都能合理應(yīng)用且無污染物排放的生物質(zhì)流化床催化裂化制備生物芳烴的方法和制備設(shè)備。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種生物芳烴的制備設(shè)備，包括流化床反應(yīng)器、再生器、取熱器、分餾塔和氣液分離器，流化床反應(yīng)器下部設(shè)有入口，上部設(shè)有催化劑出口，頂部設(shè)有油氣出口，所述催化劑出口通過管道連通再生器，所述油氣出口連通分餾塔；再生器底部設(shè)有進(jìn)氣口，頂部設(shè)有再生煙氣出口，通過管道和取熱器的介質(zhì)入口和介質(zhì)出口連通；所述分餾塔包括設(shè)置在底部的油漿出口以及設(shè)置在側(cè)壁上的燃料油餾分出口和柴油餾分出口，分餾塔頂部出口與氣液分離器連通；所述氣液分離器上設(shè)置有生物燃?xì)獬隹凇⑸锓紵N餾分出口和水出口。
[0008]優(yōu)選地，所述流化床反應(yīng)器為上行式流化床反應(yīng)器，所述上行式流化床反應(yīng)器包括設(shè)置在底部的反應(yīng)釜、油劑快速分離器和旋風(fēng)分離器，所述旋風(fēng)分離器位于流化床反應(yīng)器的頂部，所述油劑快速分離器位于旋風(fēng)分離器的下方，所述反應(yīng)釜位于油劑快速分離器的下方，所述反應(yīng)釜、油劑快速分離器和旋風(fēng)分離器依次導(dǎo)通，所述旋風(fēng)分離器出口連通油氣出口，反應(yīng)釜的投入口為流化床反應(yīng)器的入口，所述油劑快速分離器的出口為催化劑出
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[0009]優(yōu)選地，所述再生器為上下重疊式再生系統(tǒng)，包括位于上部的第一再生器和位于下部的第二再生器，所述第一再生器和取熱器的介質(zhì)入口連通，第二再生器和取熱器的介質(zhì)出口連通，在第一再生器頂部開有再生煙氣出口，在第二再生器上開有催化劑投入口。
[0010]優(yōu)選地，所述流化床反應(yīng)器下方的入口包括原料進(jìn)口、提升蒸汽進(jìn)口、回?zé)捰瓦M(jìn)口、急冷劑進(jìn)口和再生催化劑進(jìn)口。
[0011]—種生物芳烴的制備方法，包括如下步驟:
[0012]SI，將生物質(zhì)原料粉碎成顆粒，顆粒粒徑小于50目；
[0013]S2，將粉碎后的生物質(zhì)原料在轉(zhuǎn)筒烘干爐中以90°C的溫度烘焙3小時(shí)以上，使其含水量低于5wt% ；
[0014]S3，將經(jīng)S2處理得到的生物質(zhì)原料混合進(jìn)料載氣、提升蒸汽和催化劑通過流化床反應(yīng)器的入口投入至反應(yīng)釜內(nèi)，所述催化劑為分子篩，所述催化劑的孔徑為4-5.5nm，粒徑為70-150目；在催化劑的作用下，生物質(zhì)原料發(fā)生裂化、脫氧和異構(gòu)化反應(yīng)，生成氣相的油氣、固相的失活催化劑和炭粉，其中，進(jìn)料載氣溫度為230°C，提升蒸汽溫度為370°C，催化劑的溫度為670 °C，流化床反應(yīng)器的入口操作壓力為0.3-0.8MPa，操作溫度500-590 °C，平均操作氣速為18-25m/s，反應(yīng)時(shí)間為2-4s ；
[0015]S4，氣相的油氣和固相的失活催化劑和炭粉經(jīng)過快速分離器分離出65_75wt %的固相物質(zhì)，然后氣固相混合物進(jìn)入旋風(fēng)分離器進(jìn)行分離，經(jīng)分離的油氣由底部進(jìn)入到分餾塔內(nèi)，旋風(fēng)分離器的操作壓力為0.21-0.71MPa，操作溫度為520-600 °C，操作氣速為20_29m/s ；
[0016]S5，失活的催化劑干粉和炭粉從流化床反應(yīng)器上部離開進(jìn)入第一再生器燒焦再生，得到再生的催化劑、草木灰和再生煙氣，再生煙氣由再生煙氣出口排出，再生的催化劑和草木灰由取熱器的介質(zhì)入口進(jìn)入，經(jīng)取熱后由取熱器的介質(zhì)出口進(jìn)入到第二再生器內(nèi)，第一再生器操作壓力為0.2-0.5MPa，操作溫度為600-700°C，第二再生器操作壓力為0.3-0.9MPa，操作溫度為 650_750°C ；
[0017]S6，再生的催化劑和草木灰從第二再生器內(nèi)通過再生斜管再次進(jìn)入到反應(yīng)釜內(nèi)，再生的催化劑溫度進(jìn)入到反應(yīng)釜內(nèi)的溫度為670°C ;每120-160小時(shí)從第二再生器下端卸料口取出催化劑循環(huán)量的2wt%，同時(shí)補(bǔ)充同量的新鮮催化劑，由于催化劑和草木灰的密度不同，通過沉降的方式分離取出的催化劑和草木灰的混合物，分離提純的純催化劑循環(huán)利用；
[0018]S7，進(jìn)入到分餾塔內(nèi)的油氣經(jīng)分餾后得到油漿、燃料油餾分、柴油餾分、水、生物芳烴餾分和生物燃?xì)?，其中生物芳烴餾分、水和生物燃?xì)馔ㄟ^氣液分離器處理后分別收集，油漿通過分餾塔底部的油漿出口排出，燃料油餾分和柴油餾分通過分餾塔側(cè)壁上的燃料油餾分出口和柴油饋分出口排出；
[0019]S8，將油漿作為回?zé)捰?、生物芳烴餾分或水作為急冷劑，將生物燃?xì)饨?jīng)壓縮機(jī)升壓后作為提升蒸汽和進(jìn)料載氣，通過管道和油栗將回?zé)捰秃图崩鋭┓謩e栗至回?zé)捰瓦M(jìn)口和急冷劑進(jìn)口。
[0020]優(yōu)選地，在步驟S3中，進(jìn)料載氣與提升蒸汽的體積流量比為1: 10-1: 15，生物質(zhì)原料與催化劑質(zhì)量流量比為1: 20-1: 30。
[0021]優(yōu)選地，在步驟S8中，回?zé)捰团c反應(yīng)進(jìn)料的質(zhì)量