本實用新型屬于生物質(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、煤炭等化石資源儲量的逐漸減少，將低值生物質(zhì)資源進行品位升級轉(zhuǎn)化為生物油及化工原料以補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、生物炭和可燃氣，具有廣闊的前景和重要的社會價值。
生物質(zhì)熱解是生物質(zhì)在惰性氣氛下進行高溫加熱，產(chǎn)生可燃氣體、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，增加生物油中的芳烴含量，尤其是其中苯的含量，對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，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)熱解時的環(huán)境非常適合乙炔發(fā)生反應(yīng)生成苯。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實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。
在本實用新型的一個實施方案中，所述乙炔入口設(shè)置在所述快速熱解反應(yīng)器的中下部。
在本實用新型的一個實施方案中，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。
在本實用新型的一個實施方案中，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。
在本實用新型的一個實施方案中，所述快速熱解反應(yīng)器還設(shè)有進料口，所述系統(tǒng)還包括進料裝置，所述進料裝置的出口與所述進料口相連。
本實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、氫氣和二氧化碳氣氛中，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)省了投資和運行成本，而且工藝流程也非常簡單。
此外，本實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)濟價值。
附圖說明
圖1為本實用新型實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。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。
本實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)包括進料裝置、快速熱解反應(yīng)器、乙炔存儲裝置、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。快速熱解反應(yīng)器設(shè)有進料口、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，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)進料口進入快速熱解反應(yīng)器，然后經(jīng)布料器均勻分散之后進入輻射管加熱區(qū)域進行熱解反應(yīng)。
從乙炔入口通入的乙炔進入快速熱解反應(yīng)器后向上流動，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行，快速熱解反應(yīng)器在熱解生物質(zhì)時，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，自身也會發(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。
進料裝置設(shè)有入口和出口，進料裝置的出口與快速熱解反應(yīng)器的進料口相連。進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。
下面參考具體實施例，對本實用新型進行說明。下述實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。下述實施例所用的測試方法均為本行業(yè)中常用的測試方法。
實施例1
本實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)包括進料裝置、快速熱解反應(yīng)器、出料裝置、乙炔存儲裝置、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。熱解油氣出口的個數(shù)并不需要限定，本實施例設(shè)有兩個熱解油氣出口，一個位于快速熱解反應(yīng)器高度的80％處，一個位于快速熱解反應(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。快速熱解反應(yīng)器設(shè)有布料器。
進料裝置與進料口相連，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。
乙炔存儲裝置設(shè)有乙炔出口，乙炔出口與乙炔入口相連。乙炔存儲裝置用于存儲乙炔，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。
實施例2
本實施例利用實施例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)進料裝置進入快速熱解反應(yīng)器，然后經(jīng)布料器均勻分散之后進入輻射管加熱區(qū)域進行熱解反應(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。乙炔在向上流動過程中與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，進一步促進乙炔反應(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，熱解氣進一步處理后收集備用，將生物油進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。
實施例3
本實施例利用實施例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)進料裝置進入快速熱解反應(yīng)器，然后經(jīng)布料器均勻分散之后進入輻射管加熱區(qū)域進行熱解反應(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。乙炔在向上流動過程中與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，進一步促進乙炔反應(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，熱解氣進一步處理后收集備用，將生物油進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、氫氣和二氧化碳氣氛中，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)省了投資和運行成本，而且工藝流程也非常簡單。
此外，本實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)濟價值。
需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本實用新型而非限制本實用新型的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下對本實用新型進行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實用新型的范圍之內(nèi)。此外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。