一种生物质焦油预处理净化方法和系统与流程

本发明涉及生物质焦油处理技术领域，尤指一种生物质焦油预处理净化方法和系统。

背景技术：

我国生物质资源丰富，据统计，现可开发的生物质资源达到4.5亿吨标煤，但是由于缺乏有效的利用手段，这些生物质资源大多就地燃烧，不仅浪费能源，而且还导致严重的环境污染问题。利用秸秆、木屑、稻壳等生物质资源作为原料，通过高温热解的方法可以得到多种不同高附加值的产品，如热解后形成的固定碳是优良的土壤肥料，气化得到的可燃气体可作为清洁燃料，实现了生物质资源的高效清洁综合利用，具有十分广阔的产业潜力和发展前景。

生物质焦油是秸秆、木屑、稻壳等生物质资源高温热解过程中形成的焦油副产物，主要成分是烃类、酚类和酸类等，未经加工的生物质焦油任意处置和堆放，会对大气和水环境造成严重的污染，如果无法对生物质焦油进行有效的处理和利用，将会成为生物质能源产业可持续发展的主要制约因素。生物质焦油经加工后可提取出杂酚油、抗聚剂、抗氧化剂、浮选气泡剂等，是重要的化工医药原料，同时生物质焦油经加氢处理后制成汽柴油等轻质清洁燃料油。因此，发展生物质焦油的综合利用，不仅可有效利用废弃资源，而且产生良好的经济效益和环保效益。

生物质焦油的特点是水份含量高(10～30％wt)、粘度大(40℃,1500mm2/s)、固含量高(7～10％wt)、灰分高(2～5％wt)，直接进行加工处理的难度很大，会造成系统能耗增加，设备管道堵塞，催化剂中毒、失活等问题。

因此，本申请人致力于提供一种新型的生物质焦油预处理净化方法和系统。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种生物质焦油预处理净化方法和系统，该技术可同时去除木焦油中的固体杂质、水杂质，同时将轻质和重质木焦油馏分切分开来。其处理工艺简单，能耗低，且运行安全稳定。

本发明提供的技术方案如下：

一种生物质焦油预处理净化方法，包括步骤：

s10：将生物质焦油与稀释剂混合搅拌均匀制得混合油；

s20：过滤所述混合油，脱除所述混合油中的固体颗粒杂质，得到洁净的滤后混合油；

s30：向所述滤后混合油中加入萃取剂，所述萃取剂用于溶解稀释剂、轻质焦油及水，得到萃取相和与所述萃取剂不相溶的重质焦油；

s40：对所述萃取相进行闪蒸；

s50：将闪蒸后的萃取相进行分馏，得到轻质焦油、萃取剂、稀释剂和水；

s60：将所述轻质焦油进行酚类产品回收或将所述轻质焦油直接与所述重质焦油一起进行脱金属处理和脱水处理后作为加氢原料。

优选地，在所述步骤s10中，所用稀释剂选自醇类、酮类、烷烃类、芳烃类，所述醇类包括不高于c4的一元醇或二元醇，所述酮类包括丙酮，所述烷烃类包括戊烷、己烷、正庚烷或汽油，所述芳烃类包括甲苯或二甲苯。

优选地，在所述步骤s10中，所述生物质焦油与稀释剂的重量比例为1：2～1:0.5。

优选地，在所述步骤s20中，过滤所述混合油的过滤温度为50～150℃，过滤压力为0.3-1.5mpag。

优选地，在所述步骤s20中，所述滤后混合油的固含量小于0.005％wt。

优选地，在所述步骤s30中，所述萃取剂的加入量为所述滤后混合油的10～100％wt。

优选地，在所述步骤s40后还包括步骤s70：冷却步骤s40中的闪蒸气得到稀释剂，并循环使用冷却得到的稀释剂。

优选地，在所述步骤s20中，过滤所述混合油时所用的过滤装置包括一过滤元件，所述过滤元件上设有一预涂层，所述预涂层用于对所述混合油进行预过滤处理。

优选地，在所述步骤s20中，所述过滤装置在过滤混合油之前先过滤含有固定碳或草木灰的悬浮液，所述固定碳或草木灰在所述过滤元件上形成所述预涂层，所述悬浮液中的液体为稀释剂。

优选地，所述含有固定碳或草木灰的悬浮液的浓度为1～5％wt。

优选地，所述过滤装置采用的过滤元件为多层金属丝网或金属纤维毡。

优选地，所述过滤装置采用的过滤元件的精度为1～20μm。

本发明还公开了一种生物质焦油预处理净化系统，包括：混合搅拌器，分别与生物质焦油添加器、稀释剂添加器连通，用于混合搅拌生物质焦油与稀释剂；过滤装置，与所述混合搅拌器连通，用于过滤所述混合搅拌器搅拌得到的混合油；萃取装置，分别与所述过滤装置和萃取剂添加器连通，用于萃取滤后混合油；闪蒸罐，与所述萃取装置连通，用于对所述萃取装置得到的萃取相进行闪蒸；分馏塔，与所述闪蒸罐连通，用于对闪蒸后的萃取相进行分馏得到轻质焦油、萃取剂、稀释剂和水。

优选地，所述的生物质焦油预处理净化系统还包括：脱金属装置，分别与所述分馏塔和萃取装置连通，用于对分馏后得到的轻质焦油和萃取后得到的重质焦油进行脱金属处理；脱水装置，与所述脱金属装置连通，用于对进行脱金属处理后的轻质焦油和重质焦油进行脱水处理。

优选地，所述混合搅拌器包括混合搅拌室和浮渣收集室，所述混合搅拌室和浮渣收集室共用同一侧壁，且该侧壁的顶部与所述混合搅拌室的顶壁、所述浮渣收集室的顶壁之间均具有间距，且所述侧壁的顶部上设有一导流板，所述导流板位于所述浮渣收集室中，且所述导流板切斜向下设置。

优选地，所述过滤装置包括过滤元件，所述过滤元件上设有一预涂层，所述预涂层可移除地设置在所述过滤元件上。

优选地，所述预涂层为固定碳层或草木灰层。

本发明提供的一种生物质焦油预处理净化方法和系统，能够带来以下至少一种有益效果：

1、本发明提供的生物质焦油预处理净化方法通过稀释步骤能有效降低生物质焦油的粘度，降低了过滤阻力，从而提高过滤效率。

2、本发明提供的生物质焦油预处理净化方法在过滤时在过滤装置中设有预涂层，这样设置不仅可以提高过滤精度，有效避免了过滤元件的损耗和堵塞，过滤后的残渣以干渣排放，产品的回收率高，且干渣经过掺混后回热解炉，实现了固废的回收利用。

3、本发明提供的生物质焦油预处理净化方法通过萃取步骤将重质焦油从滤后混合油中分离出来，操作条件温和，处理时间短，避免了重质焦油中烯烃、含氧化合物等组分在高温蒸馏下产生结焦变质的问题。

4、本发明提供的生物质焦油预处理净化方法将萃取相先进行闪蒸再进一步冷却，从而回收萃取相中的大部分稀释剂，这可以有效降低直接蒸馏萃取相的能耗，还可以回收利用萃取相中的稀释剂。

5、本发明提供的生物质焦油预处理净化方法中的萃取相经过分馏进一步分离出稀释剂、萃取剂、轻质焦油和水，轻质焦油可进行高附加值酚类产品回收，或者与重质焦油进行脱金属后加氢制燃料油。

6、本发明提供的生物质焦油预处理净化方法和系统处理工艺简单、能耗低、且运行安全稳定。

7、本发明提供的生物质焦油预处理净化系统中混合搅拌器包括混合搅拌室和浮渣收集室，这样设置可以初步过滤掉混合油中的浮渣，从而进一步降低生物质焦油的粘度及过滤阻力。

8、本发明提供的生物质焦油预处理净化系统通过在过滤元件上设置预涂层，不仅可以提高过滤元件的过滤精度，还可以避免过滤元件的损耗和堵塞，且该预涂层为可移除的结构，便于更换。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的生物质焦油预处理净化方法和系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明的生物质焦油处理净化方法的一种具体实施例示意图；

图2是本发明的生物质焦油处理净化方法的另一种具体实施例示意图；

图3是本发明的生物质焦油处理净化系统的一种具体实施例示意图。

附图标号说明：

混合搅拌器10，混合搅拌室11，浮渣收集室12，侧壁13，导流板14，过滤装置20，萃取装置30，闪蒸罐40，分馏塔50。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

实施例一

如图1所示，本具体实施例公开了一种优选的生物质焦油预处理净化方法，包括步骤：

s10：将生物质焦油与稀释剂混合搅拌均匀制得混合油；

s20：过滤混合油，脱除混合油中的固体颗粒杂质，得到洁净的滤后混合油；

s30：向滤后混合油中加入萃取剂，萃取剂用于溶解稀释剂、轻质焦油及水，得到萃取相和与萃取剂不相溶的重质焦油；

s40：对萃取相进行闪蒸；

s50：将闪蒸后的萃取相进行分馏，得到轻质焦油、萃取剂、稀释剂和水；

s60：将轻质焦油进行酚类产品回收或将轻质焦油直接与重质焦油一起进行脱金属处理和脱水处理后作为加氢原料。

具体的，在步骤s40后还包括步骤s70：冷却步骤s40中的闪蒸气得到稀释剂，并循环使用冷却得到的稀释剂。

在本实施例中，在步骤s10中，所用稀释剂选自醇类、酮类、烷烃类、芳烃类，醇类包括不高于c4的一元醇或二元醇，酮类包括丙酮，烷烃类包括戊烷、己烷、正庚烷或汽油，芳烃类包括甲苯或二甲苯。并且，生物质焦油与稀释剂的重量比例为1：2～1:0.5。

在本实施例中，在步骤s20中，过滤混合油的过滤温度为50～150℃，过滤压力为0.3-1.5mpag，且滤后混合油的固含量小于0.005％wt，这样处理后得到的滤后混合油方便后续的萃取和闪蒸处理。过滤脱除下来的滤饼从过滤器底部排出并收集，与秸秆、木屑、稻壳等生物质燃料掺混后送至热解装置循环利用。

在本实施例中，在步骤s30中，萃取剂的加入量为滤后混合油的10～100％wt。

在本实施例中，在步骤s20中，过滤混合油时所用的过滤装置包括一过滤元件，过滤元件上设有预涂层，预涂层用于对混合油进行预过滤处理。过滤装置在过滤混合油之前先过滤含有固定碳或草木灰的悬浮液，固定碳或草木灰在过滤元件上形成预涂层，悬浮液中的液体为稀释剂。固定碳和草木灰为生物质热解后的主要产品，原料易得，且由于悬浮液的液体为稀释剂，所以过滤后的悬浮液可重复回收利用，另外，悬浮液中需定期补充固定碳或草木灰，从而保证预涂层的过滤效果。

具体的，含有固定碳或草木灰的悬浮液的浓度为1～5％wt，过滤装置采用的过滤元件为多层金属丝网或金属纤维毡，过滤装置采用的过滤元件的精度为1～20μm。

当然了，在本发明的生物质焦油预处理净化方法的其他具体实施例中，步骤s70可以选择性进行；稀释剂的组分及其与生物质焦油的配比均可以根据实际需要进行设置；过滤时需要的温度和压力机及滤后混合油的固含量也可以根据实际需要进行调整；萃取剂的组分及其加入量也可以根据实际需要进行调整；过滤装置中是否设置预涂层及预涂层的具体结构及形成方式也可以根据实际需要进行调整。

实施例二

如图2所示，实施例二公开了本发明的生物质焦油预处理净化方法的另一种具体实施例，其步骤与实施例一基本相同，不同之处仅在于，s60中轻质焦油的处理方式不同。在本实施例中，步骤s60具体为：将轻质焦油直接与重质焦油一起进行脱金属处理和脱水处理后作为加氢原料。

实施例三

如图3所示，本具体实施例公开了一种较为优选的生物质焦油预处理净化系统，包括：混合搅拌器10，分别与生物质焦油添加器、稀释剂添加器连通，用于混合搅拌生物质焦油与稀释剂；过滤装置20，与混合搅拌器10连通，用于过滤混合搅拌器10搅拌得到的混合油；萃取装置30，分别与过滤装置20和萃取剂添加器连通，用于萃取滤后混合油；闪蒸罐40，与萃取装置30连通，用于对萃取装置30得到的萃取相进行闪蒸；分馏塔50，与闪蒸罐40连通，用于对闪蒸后的萃取相进行分馏得到轻质焦油、萃取剂、稀释剂和水。

具体的，混合搅拌器10包括混合搅拌室11和浮渣收集室12，混合搅拌室11和浮渣收集室12共用同一侧壁13，且该侧壁13的顶部与混合搅拌室11的顶壁、浮渣收集室12的顶壁之间均具有间距，且侧壁13的顶部上设有一导流板14，导流板14位于浮渣收集室12中，且导流板14切斜向下设置。混合搅拌室中的浮渣漫过侧壁，并沿着导流板流到浮渣收集室中，导流板的设置可以避免了浮渣流到并粘附在侧壁上。

具体的，过滤装置包括过滤元件，过滤元件上设有一预涂层，预涂层可移除地设置在过滤元件上。具体的，预涂层为固定碳层或草木灰层。过滤装置在过滤混合油前，先过滤含有固定碳或草木灰的悬浮液，从而在过滤元件上形成固定碳层或草木灰层。

当然了，在其他具体实施例中，混合搅拌器还可以只设置混合搅拌室；过滤装置中的预涂层是否设置及预涂层的结构、设置方式均可以根据需要进行调整。

实施例四

实施例四公开了本发明的生物质焦油预处理净化系统的另一种具体实施例，其组成与实施例三基本相同，不同之处仅在于，在本实施例中，生物质焦油预处理净化系统还包括：脱金属装置，分别与分馏塔和萃取装置连通，用于对分馏后得到的轻质焦油和萃取后得到的重质焦油进行脱金属处理；脱水装置，与脱金属装置连通，用于对进行脱金属处理后的轻质焦油和重质焦油进行脱水处理。

上述实施例二和实施例四中公开的生物质焦油预处理净化方法和系统的一种具体应用情况如下所述：

生物质焦油的密度为0.992g/cm3(20℃)，固含量为7.536％wt，灰分为2.532％wt，水分为12％wt。

将上述生物质焦油与稀释剂在常温常压下混合搅拌得到混合油，稀释剂的组成为乙醇60％wt，戊烷20％wt，己烷20％wt，生物质焦油与稀释剂的混合质量比例为1:1。

将混合油加热至80℃，加压至0.5mpag，然后经过过滤装置(过滤元件上已建立预涂层)，固体含量降为0.002％wt。

在上述滤后混合油中加入萃取剂，萃取剂的加入比例为滤后混合油的15％wt，静置10min，上层萃取相进入闪蒸罐，闪蒸罐罐顶气相冷凝后得到戊烷和己烷，戊烷和己烷可以作为稀释剂再次使用。

闪蒸罐罐底液体进入分馏塔，分离出乙醇、萃取剂、轻质油各组分及水，取轻质焦油和萃取时得到的下层重质焦油进行脱金属处理和脱水处理后作为加氢原料。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。