一种松脂采集及制备烃类液体燃料的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种松脂采集及制备烃类液体燃料的装置及方法，通过钻孔采脂法和虹吸原理从植株内部直接采脂，采集的松脂直接进入制氢反应器和加氢反应器发生反应，制氢反应器中，松脂中的树脂酸和萜烯使用镍基催化剂和水蒸气发生重整反应生成氢气，为加氢反应器提供氢气，在加氢反应器中树脂酸和萜烯加氢反应就会生成烃类液体燃料，加氢反应器中产生的热量通过套管式换热器传递给换热器内的松脂，用于提供松脂上升的动力，由此形成一个循环。本装置从植株内部进行采脂，不会对植株造成损伤，采脂劳动生产率高且可得到高质量松脂。通过加氢反应器反应即可得到烃类液体燃料，使采集与加工同时进行，提高了松脂利用率和劳动生产率。
【专利说明】一种松脂采集及制备烃类液体燃料的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于清洁能源领域，具体涉及一种松脂采集及制备烃类液体燃料的装置及方法。
【背景技术】
[0002]石油、煤炭、天然气等化石燃料能源是不可再生的，全球储量有限，而且其燃烧会排放大量的温室气体及污染物。随着全球石油资源的过度开采和利用，石化资源已面临衰竭的危险，而石化燃油在使用过程中排放的二氧化碳等温室气体以及其他污染废气也成为人类面临的巨大挑战，严重破坏生态平衡。石化能源枯竭和生态环境恶化等一系列问题日趋突出，清洁替代燃料的开发和应用变得越来越重要。
[0003]生物质能是植物通过光合作用将太阳能转化为储存在生物质内部的能量，是人类社会能源资源的有效组成部分，生物质资源可以通过合适的手段转化为优质的固体燃料、液体燃料或气化发电的燃料，具有可再生、低污染等优势。油料植物中的油脂是一种含高能量的物质，并且只需经过简单的加工就能将油脂转化为石油替代品，是一种极具发展前景的清洁替代燃料。其中松树的松脂是一种典型的植物油脂能源，其优点为:生态友好、清洁、采集劳动生产率高且成本较低，易于加工成优质的液体燃料，主要由树脂酸(C20H3002)和萜烯((C5H8) n )组成，树脂酸和萜烯使用镍基催化剂和水蒸气发生重整反应可以生成氢气，树脂酸和萜烯加氢反应就会生成烃类液体燃料，反应式为:
C20H3002+2H2=C20H30+2H20 (I)
C5H8+2H2=C5H12(2)
目前采集松脂一般采用切割法·，其技术特征为:对植株的泌脂部位进行局部切割，利用植物的愈伤机制促使油脂分泌并沿着切割的沟道向下自流，最终被外置容器收集。此方法的缺陷为:损伤植株、容易混入杂质、挥发性组分容易散失、采集劳动强度大、劳动生产率低。还有一种就是钻孔法，钻孔法通过外源刺激植株分泌油脂，在外力的驱动下沿着植株油脂通道流动，最后在小孔的底部汇集并通过导管引出，钻孔法直接从植物内部进行采集，几乎不对植株造成损害，能大幅度提高劳动生产率，还可以提高植物油脂的质量，减少挥发性组分的损失。但目前还不具备高效的采集并加工利用松脂的装置。
[0004]因此一种操作简便、生产高效、安全、能耗低的采集松脂并加工成清洁替代燃料的技术与装置将具有重要的工程应用价值。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种松脂采集及制备烃类液体燃料的装置及方法，本发明方便快捷，能够从内部直接采集松脂并直接加工成液体燃料，且不损伤植株、采集效率高、能够得到高质量的松脂。
[0006]实现本发明目的的技术解决方案为:一种松脂采集及制备烃类液体燃料装置，包括针管、输脂管、U形铜管、换热器外壳、换热器进料口、换热器出料口、流量调节阀、制氢反应器、加氢反应器、储料罐；针管尾部通过输脂管与U形铜管一端连接，U形铜管另一端设有换热器外壳，换热器进料口和换热器出料口均设置在换热器外壳上，换热器进料口置于换热器出料口上方，U形铜管设有换热器外壳的一端通过输脂管分别与制氢反应器和加氢反应器连接，在制氢反应器和加氢反应器与U形铜管设有换热器外壳的一端连接的输脂管上分别设有流量调节阀，制氢反应器和加氢反应器通过输脂管连接为加氢反应器提供氢气，加氢反应器连接换热器进料口，换热器出料口再与储料罐相连接。
[0007]上述U形铜管的一端设有换热器外壳，构成套管式换热器，反应产生的热通过套管式换热器给U形铜管带有换热器的一端加热，用于提供松脂上升的动力。
[0008]一种松脂采集及制备烃类液体燃料的方法，方法步骤如下:
步骤1、将针管插入松树，首次运行时U形铜管抽真空，由于压强差，松脂通过针管流向U形铜管；
步骤2、打开控制制氢反应器的流量调节阀，使松脂流入制氢反应器，在制氢反应器中，松脂中的树脂酸和萜烯使用镍基催化剂和水蒸气发生重整反应生成氢气，氢气通过输脂管进入加氢反应器；
步骤3、打开控制加氢反应器的流量调节阀，使松脂流入加氢反应器，在加氢反应器中，树脂酸和萜烯加氢反应就会生成烃类液体燃料，反应式为:
C20H3002+2H2=C20H30+2H20
C5H8+2H2=C5H12；
步骤4、上述带有热量的烃类液体燃料通过换热器进料口进入套管式换热器，加热套管式换热器中的松脂，根据虹吸原理，热松脂逐渐上升，植株中冷松脂不断进入U形铜管形成一个循环，烃类液体燃料通过换热器出料口和输脂管，流入储料罐进行储存。
[0009]本发明与现有技术相比，其显著优点:与常规的采脂器械相比，本发明使用钻孔采脂法，从植株内部进行采集，不会对植株造成损伤，采脂劳动生产率高且可得到高质量松月旨。通过加氢反应器反应即可得到烃类液体燃料，使采集与加工同时进行，提高了松脂利用率和劳动生产率。 【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明一种松脂采集及制备烃类液体燃料的装置的示意图。
[0011]【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0012]结合图1，一种松脂采集及制备烃类液体燃料装置，包括针管1、输脂管2、U形铜管3、换热器外壳4、换热器进料口 5、换热器出料口 6、流量调节阀7、制氢反应器8、加氢反应器9、储料罐10 ;针管I尾部通过输脂管2与U形铜管3 —端连接，U形铜管3另一端设有换热器外壳4，换热器进料口 5和换热器出料口 6均设置在换热器外壳4上，换热器进料口 5置于换热器出料口 6上方，U形铜管3设有换热器外壳4的一端通过输脂管2分别与制氢反应器8和加氢反应器9连接，在制氢反应器8和加氢反应器9与U形铜管3设有换热器外壳4的一端连接的输脂管2上分别设有流量调节阀7，制氢反应器8和加氢反应器9通过输脂管2连接为加氢反应器9提供氢气，加氢反应器9连接换热器进料口 5，换热器出料口 6再与储料罐10相连接。[0013]U形铜管3的一端设有换热器外壳4，构成套管式换热器，反应产生的热通过套管式换热器给U形铜管3带有换热器的一端加热，用于提供松脂上升的动力。
[0014]一种松脂采集及制备烃类液体燃料的方法，方法步骤如下:
步骤1、将针管1插入松树，首次运行时U形铜管3抽真空，由于压强差，松脂通过针管I流向U形铜管3;
步骤2、打开控制制氢反应器8的流量调节阀7，使松脂流入制氢反应器8，在制氢反应器8中，松脂中的树脂酸和萜烯使用镍基催化剂和水蒸气发生重整反应生成氢气，氢气通过输脂管2进入加氢反应器9 ；
步骤3、打开控制加氢反应器9的流量调节阀7，使松脂流入加氢反应器9，在加氢反应器9中，树脂酸和萜烯加氢反应就会生成烃类液体燃料，反应式为:C20H3002+2H2=C20H30+2H20C5H8+2H2=C5H12；
步骤4、上述带有热量的烃类液体燃料通过换热器进料口 5进入套管式换热器，加热套管式换热器中的松脂，根据虹吸原理，热松脂逐渐上升，植株中冷松脂不断进入U形铜管3形成一个循环，烃类液体燃料通过换热器出料口 6和输脂管2，流入储料罐10进行储存。
[0015]下面结合实际例子对发明采脂装置作进一步说明。
[0016]以一颗直径为30cm的松树为例。
[0017]部件参数的典型配置如下:
针管:材料为不锈钢，内径4mm,外径5mm,长10cm。
[0018]输脂管:直径2cm。
[0019]U形铜管:高Im,内径IOcm,外径10.5cm。
[0020]换热器外壳:高60cm,内径13cm,外径13.5cm。
[0021]进出料口:内径1.5cm，外径2cm。
[0022]储料罐:30cm*30cm*30cm。
[0023]关键操作参数如下:
制氢反应器进脂流量:2ml/min。
[0024]加氢反应器进脂流量:20ml/min。
【权利要求】
1.一种松脂采集及制备烃类液体燃料装置，其特征在于:包括针管(I)、输脂管(2)、U形铜管(3)、换热器外壳(4)、换热器进料口(5)、换热器出料口(6)、流量调节阀(7)、制氢反应器(8)、加氢反应器(9)、储料罐(10);针管(I)尾部通过输脂管(2)与U形铜管(3)—端连接，U形铜管(3 )另一端设有换热器外壳(4)，换热器进料口( 5 )和换热器出料口( 6 )均设置在换热器外壳(4)上，换热器进料口(5)置于换热器出料口(6)上方，U形铜管(3)设有换热器外壳(4)的一端通过输脂管(2)分别与制氢反应器(8)和加氢反应器(9)连接，在制氢反应器(8)和加氢反应器(9)与U形铜管(3)设有换热器外壳(4)的一端连接的输脂管(2)上分别设有流量调节阀(7)，制氢反应器(8)和加氢反应器(9)通过输脂管(2)连接为加氢反应器(9)提供氢气，加氢反应器(9)连接换热器进料口(5)，换热器出料口(6)再与储料罐(10)相连接。
2.根据权利要求1所述的松脂采集及制取烃类液体燃料装置，其特征在于:U形铜管(3)的一端设有换热器外壳(4),构成套管式换热器,反应产生的热通过套管式换热器给U形铜管(3)带有换热器的一端加热，用于提供松脂上升的动力。
3.一种松脂采集及制备烃类液体燃料的方法，其特征在于，方法步骤如下: 步骤1、将针管(I)插入松树，首次运行时U形铜管(3)抽真空，由于压强差，松脂通过针管(I)流向U形铜管(3); 步骤2、打开控制制氢反应器(8)的流量调节阀(7)，使松脂流入制氢反应器(8)，在制氢反应器(8)中，松脂中的树脂酸和萜烯使用镍基催化剂和水蒸气发生重整反应生成氢气，氢气通过输脂管(2)进入加氢反应器(9)； 步骤3、打开控制加氢反应器(9)的流量调节阀(7)，使松脂流入加氢反应器(9)，在加氢反应器(9)中,树脂酸和萜 烯加氢反应就会生成烃类液体燃料,反应式为:C20H3002+2H2=C20H30+2H20C5H8+2H2=C5H12； 步骤4、上述带有热量的烃类液体燃料通过换热器进料口(5)进入套管式换热器，加热套管式换热器中的松脂，根据虹吸原理，热松脂逐渐上升，植株中冷松脂不断进入U形铜管(3 )形成一个循环，烃类液体燃料通过换热器出料口( 6 )和输脂管(2 )，流入储料罐(10 )进行储存。
【文档编号】C10G3/00GK103666521SQ201310673150
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】王文举, 程明, 王杰 申请人:南京理工大学