一种生物质连续式在线催化制备高品质油-气集成装置的制作方法

本发明属于一种生物质连续式在线催化制备高品质油气集成装置。

背景技术：

由于全球经济的快速发展和人口的急剧增加，使得对能源的需求量迅猛增长，现使用的能源大部分是化石燃料比如：石油，煤炭，天然气等，然而化石燃料储存量有限和大规模的开采使得这些能源日益枯竭，世界能源危机日益加剧，以及在短期内释放出大量温室气体，所造成的大气变暖、海平面上升、酸雨等环境问题严峻，面对这些能源与环境问题，不得不开始将眼光转向开发可再生的洁净新能源，比如：风能，核能，地热能，生物能等。其中生物质的蕴藏量巨大,来源广泛，不受气候和地理位置的限制。生物质能是唯一一种洁净的可再生能源。

生物质的热解技术是指生物质在缺氧状况下受热而降解为液体生物油、固体焦炭以及可燃气体三种产物的过程。其中生物油含氧高、热值低、腐蚀性强、含水量大，不能直接用于燃烧，须精炼处理才能进一步的使用。目前，生物油精炼提质的方式主要有催化裂化、催化加氢、催化重整、催化酯化和乳化等。其中，催化加氢(hydrodeoxygenation)仍然是目前生物油提质最有效的方法。

氢是一种理想的清洁能源,其本身无毒、无臭与氧气燃烧时产生纯净的水,对环境零污染,它已经作为燃料并在国民经济的发展中补充和替代常规能源。目前世界上90%以上的氢来自化石燃料(煤、石油和天然气)的水蒸汽重整(steamreforming)或部分氧化。化石燃料制氢的理论与商业应用虽然比较成熟,但成本较高,而且加工过程中释放出sox和nox等环境污染物。因此,寻找洁净、可再生、廉价的新氢源已迫在眉睫。生物质以其可再生、产量巨大、可储存、碳循环、低污染物排放等特点,有望成为一种很有前途的氢源。

因此，本发明提出一种生物质连续式在线催化制备高品质油-气集成装置，本装置是根据不同生物质的挥发分不同选择性制备油和气，同时产生的固体炭用于循环燃烧，补充热量，减少能源的消耗，实现流化床反应器和固定床反应器的联用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是生物质的类型选择性地制备高品质生物油/富氢合成气。实现对不同农林废弃物生物质的合理高效的转化利用，实现整个过程零排放，无污染，高附加值和可持续发展。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种生物质连续式在线催化制备高品质油-气集成装置，其特征在于：至少包含流化床反应器（4）、旋风分离器（5）、固定床反应器（10）、供氢装置（18）、蒸汽供应系统和油-气收集系统，所述流化床反应器（4）与旋风分离器（5）连通，所述旋风分离器（5）上设有炭箱（19），所述流化床反应器（4）的反应产物能够进入旋风分离器（5），并通过旋风分离器（5）进行气固分离将固体分离至炭箱（19），所述固定床反应器（10）上设有进口和出口，所述旋风分离器（5）、供氢装置（18）和蒸汽供应系统与固定床反应器（10）的进口连通，所述油-气收集系统与固定床反应器（10）的出口连通，即旋风分离器（5）和供氢装置（18）向固定床反应器（10）供应反应物，油-气收集系统能够收集富烃生物油，旋风分离器（5）和蒸汽供应系统向固定床反应器（10）供应水蒸气，油-气收集系统能够收集富氢合成气。

进一步的，所述流化床反应器（4）上还设有空气压缩机（25）和喂料系统，所述喂料系统包含螺旋输送器（1）和入料仓（2），螺旋输送器（1）能够将进入入料仓（2）的物料输送至流化反应器（4），所述喂料系统和空气压缩机（25）向流化床反应器（4）提供反应原料和压缩气体。

再进一步的，所述油-气收集系统包含储油罐（15）和储气罐（14），所述固定床反应器（10）分别与储油罐（15）和储气罐（14）连通，且固定床反应器（10）与储油罐（15）之间设有冷凝器（22）。

再进一步的，所述还设有燃烧器（20），所述炭箱（19）与燃烧器（20）连接，所述燃烧器（20）与流化床反应器（4）连通。

再进一步的，所述蒸汽供应系统包含水箱（9）、蒸汽发生器（7）和蠕动泵（8），所述蒸汽发生器（7）一端与水箱（9）连通，另一端与固定床反应器（10）连通，所述水箱（9）向蒸汽发生器（7）注水，蒸汽发生器（7）将水加热为水蒸气输送至固定床反应器（10）。

所述喂料系统和空气压缩机（25）分别与流化床反应器（4）连通，所述流化床反应器（4）与旋风分离器（5）连通，所述旋风分离器（5）包含分离箱和炭箱（19），即喂料系统和空气压缩机（25）向流化床反应器（4）输送的物料和压缩气体能够在流化床反应器（4）内反应，并将产物输送至旋风分离器（5）实现气固分离，固体颗粒落入炭箱（19），热解挥发物输送至固定床反应器（10），所述固定床反应器（10）能够进行催化加氢和催化重整反应。

所述供氢装置（18）和冷凝装置（22）分别与固定床反应器（10）连通，且供氢装置（18）和冷凝装置（22）与固定床反应器（10）连通管上设有阀门a（16）和阀门b（21），所述储油罐（15）与冷凝装置（22）连通，所述储油罐（15）与冷凝装置（22）之间设有排气管，所述排气管和炭箱（19）分别与燃烧器（20）连通，所述燃烧器（20）与流化床反应器（4）连通，旋风分离器（5）提供的热解挥发物与供氢装置（18）提供的氢气在固定床反应器（10）内进行催化加氢反应，反应后的产物经冷凝器（22），进入储油罐（15）得到富烃生物油；不可冷凝的可燃气体进入燃烧器（20），补充流化床反应器（4）的热能。

再进一步的，所述固定床反应器（10）内设有加热电阻丝（11）和催化剂（12）。

制备高品质生物油的工作原理：生物质原料喂入入料仓（2），通过螺旋输送器（1）进入流化床反应器（4），同时开启空气压缩机（25），气体通过气体流量计（24）进入流化床反应器（4），反应得到热解挥发物及炭颗粒混合物一起进入旋风分离器（5），固体炭颗粒进入炭箱（19），同时打开阀门a（16）、阀门b（21），供氢装置（18）中的气体流量计（17），伴随着热解挥发物一并进入固定床反应器（10），在固定床反应器（10）内进行催化加氢反应，得到的产物经过冷凝器（22），进入储油罐（15）得到富烃生物油，同时不可冷凝的co2、co、ch4等小分子气体循环进入燃烧器（19），向流化床反应器补充热能。

制备富氢合成气的工作原理：生物质原料喂入入料仓（2），通过螺旋输送器(1)进入流化床反应器(4)，同时开启空气压缩机(25)，气体通过气体流量计(24)进入流化床反应器(4)，反应得到热解挥发物及炭颗粒混合物一起进入旋风分离器（5），固体炭颗粒进入炭箱（19），同时打开阀门（6）和阀门（13），水箱（9）的水经过蠕动泵（8），通过蒸汽发生器（7）得到水蒸气，伴随着热解挥发物一并进入固定床反应器（10），在固定床反应器（10）内进行催化重整反应，得到富氢合成气，随后进入储气罐（14）储存。

本装置是根据不同生物质的挥发分不同选择性制备油和气，同时产生的固体炭用于循环燃烧，补充热量，减少能源的消耗。实现流化床反应器和固定床反应器的联用。

与现有技术相比，结合生物质的类型选择性地制备高品质生物油/富氢合成气。实现对不同农林废弃物生物质的合理高效的转化利用，实现整个过程零排放，无污染，高附加值和可持续发展。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

附图标记

1：螺旋送器；2：入料仓；3：加热电阻丝；4：流化床反应器；5：旋风分离器；6：开关阀；7：蒸汽发生器；8：蠕动泵；9：水箱；10：固定床反应器；11：加热电阻丝；12：催化剂；13：开关阀；14：储气罐；15：储油罐；16：阀门a；17：气体流量计；18：供氢装置；19：炭箱；20：燃烧器；21：阀门b；22：冷凝器；23：开关阀；24：气体流量计；25：空气压缩机。

具体实施方式

下面详细说明本发明的优选实施方式。

实施例1：参照图1，为本发明实施例1的结构示意图，一种生物质连续式在线催化制备高品质油-气集成装置，其特征在于：至少包含流化床反应器4、旋风分离器5、固定床反应器10、供氢装置18、蒸汽供应系统和油-气收集系统，所述流化床反应器4与旋风分离器5连通，所述旋风分离器5上设有炭箱19，所述流化床反应器4的反应产物能够进入旋风分离器5，并通过旋风分离器5进行气固分离将固体分离至炭箱19，所述固定床反应器10上设有进口和出口，所述旋风分离器5、供氢装置18和蒸汽供应系统与固定床反应器10的进口连通，所述油-气收集系统与固定床反应器10的出口连通，即旋风分离器5和供氢装置18向固定床反应器10供应反应物，油-气收集系统能够收集富烃生物油，旋风分离器5和蒸汽供应系统向固定床反应器10供应水蒸气，油-气收集系统能够收集富氢合成气。

将原料投入流化床反应器(4)，原料在流化床反应器(4)内热解，并通过旋风分离器5分离，最后进入固定床反应器10，打开阀门a16、阀门b21，供氢装置18中的气体流量计17，伴随着热解挥发物一并进入固定床反应器10，在固定床反应器10内进行催化加氢反应，得到的产物经过冷凝器22，进入储油罐15得到富烃生物油，同时不可冷凝的co2、co、ch4等小分子气体循环进入燃烧器19，向流化床反应器补充热能。

实施例2：与实施例1相比，本实施例的区别在于：所述的将原料投入流化床反应器(4)，原料在流化床反应器(4)内热解，并通过旋风分离器5分离，最后进入固定床反应器10，打开阀门6和阀门13，水箱9的水经过蠕动泵8，通过蒸汽发生器7得到水蒸气，伴随着热解挥发物一并进入固定床反应器10，在固定床反应器10内进行催化重整反应，得到富氢合成气，随后进入储气罐14储存。

实施例3：与实施例1相比，本实施例的区别在于：在流化床反应器4处设置喂料系统和空气压缩机25，所述喂料系统包含螺旋输送器1和入料仓2，螺旋输送器1能够将进入入料仓2的物料输送至流化反应器4，所述喂料系统和空气压缩机25向流化床反应器4提供反应原料和压缩气体。所述还设有燃烧器20，所述炭箱19与燃烧器20连接，所述燃烧器20与流化床反应器4连通。所述油-气收集系统包含储油罐15和储气罐14，所述固定床反应器10分别与储油罐15和储气罐14连通，且固定床反应器10与储油罐15之间设有冷凝器22。

所述喂料系统和空气压缩机25分别与流化床反应器4连通，所述流化床反应器4与旋风分离器5连通，所述旋风分离器5包含分离箱和炭箱19，即喂料系统和空气压缩机25向流化床反应器4投送的物料和压缩气体能够在流化床反应器4内反应，并将产物输送至旋风分离器5实现气固分离，固体颗粒落入炭箱19，热解挥发物输送至固定床反应器10，所述固定床反应器10能够进行催化加氢和催化重整反应；

所述供氢装置18和冷凝装置22分别与固定床反应器10连通，且供氢装置18和冷凝装置22与固定床反应器10连通管上设有阀门a16和阀门b21，所述储油罐15与冷凝装置22连通，所述储油罐15与冷凝装置22之间设有排气管，所述排气管和炭箱19分别与燃烧器20连通，所述燃烧器20与流化床反应器4连通，旋风分离器5提供的热解挥发物与供氢装置18提供的氢气在固定床反应器10内进行催化加氢反应，反应后的产物经冷凝器22，进入储油罐15得到富烃生物油；不可冷凝的可燃气体进入燃烧器20，补充流化床反应器4的热能。

实施例4：与实施例1相比，本实施例的区别在于：所述蒸汽供应系统包含水箱9、蒸汽发生器7和蠕动泵8，所述蒸汽发生器7一端与水箱9连通，另一端与固定床反应器10连通，所述水箱9向蒸汽发生器7注水，蒸汽发生器7将水加热为水蒸气输送至固定床反应器10。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。