一种用生物质和乙炔制取苯的系统的制作方法

本实用新型属于生物质化工技术领域，具体涉及一种用生物质和乙炔制取苯的系统。

背景技术：

我国生物质资源十分丰富，随着石油、煤炭等化石资源储量的逐渐减少，将低值生物质资源进行品位升级转化为生物油及化工原料以补充和替代部分化石原料，成为生物质能开发利用的重要方向。生物质热解技术可以将生物质转化为生物油、生物炭和可燃气，具有广阔的前景和重要的社会价值。

生物质热解是生物质在惰性气氛下进行高温加热，产生可燃气体、生物油和固体炭的过程。生物油组成中含有多种复杂不稳定的化合物，具有芳烃含量少，品位低的特点，增加生物油中的芳烃含量，尤其是其中苯的含量，对提升生物油作为新型燃料油及化工原料的意义重大。

生物质热解时，其反应器内部是高温环境，而且生物质热解后产生的热解炭可以作为乙炔反应生成苯的催化剂。因此，生物质热解时的环境非常适合乙炔发生反应生成苯。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种用生物质和乙炔制取苯的系统。

一种用生物质和乙炔制取苯的系统，其包括旋转床热解反应器、乙炔存储装置、冷却装置和苯分离装置；

所述旋转床热解反应器包括进料区、预热区、反应区和出料区，所述进料区设有进料口，所述反应区设有乙炔入口和热解油气出口，所述出料区设有出料口；

所述乙炔存储装置设有乙炔出口，所述乙炔出口与所述乙炔入口相连；

所述冷却装置设有热解油气入口和生物油出口，所述热解油气入口与所述热解油气出口相连；

所述苯分离装置设有生物油入口和苯出口，所述生物油入口与所述生物油出口相连。

在本实用新型的一个实施方案中，所述乙炔入口设置在所述反应区底面上。

在本实用新型的一个实施方案中，所述热解油气出口设置在所述反应区的侧壁上，且位于所述反应区的加热装置的下方。

在本实用新型的一个实施方案中，所述预热区和所述反应区的加热装置为蓄热式辐射管燃烧器，所述蓄热式辐射管燃烧器设置在所述旋转床热解反应器的外侧壁上，其高度在料层高度以上，且辐射管燃烧器表面喷涂陶瓷涂层。

在本实用新型的一个实施方案中，所述反应区的料板采用气体分布板。

在本实用新型的一个实施方案中，所述系统还包括进料装置，所述进料装置的出口与所述旋转床热解反应器的进料口相连。

在本实用新型的一个实施方案中，所述系统还包括出料装置，所述出料装置的入口与所述旋转床热解反应器的出料口相连。

本实用新型所提供的系统，将乙炔通入旋转床热解反应器中，在生物质热解产生的甲烷、氢气和二氧化碳气氛中，以及在生物质热解产生的热解炭的催化作用下，乙炔反应生成苯。本实用新型所提供的系统将生物质热解和乙炔制苯的反应结合在一起，生物质热解为乙炔制苯的反应提供了所需的条件，节约了能耗也节省了投资和运行成本，而且工艺流程也非常简单。

此外，本实用新型所提供的系统也提高了生物质生物油中芳烃的含量，使所得的生物质生物油的品质得到提升，明显的提高了生物质生物油的经济价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种用生物质和乙炔制取苯的系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的一种旋转床热解反应器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

本实用新型提供了一种用生物质和乙炔制取苯的系统，该系统包括旋转床热解反应器、乙炔存储装置、出料装置、冷却装置和苯分离装置。

旋转床热解反应器是本系统的核心装置，是生物质热解、乙炔反应的反应器。如图2所示，旋转床热解反应器的外形为圆形，其包括进料区、预热区、反应区和出料区。其中，进料区设有进料口，反应区设有乙炔(C₂H₂)入口和热解油气出口，出料区设有出料口。乙炔入口可以设置在反应区的任何位置，其最优的位置为反应区的底面上。在相同的压力下，乙炔的密度小于空气的密度，乙炔从下往上进入反应区，能与生物质热解产生热解炭(C)充分的接触，并在生物质热解产生的不凝气体(甲烷(CH₄)、氢气(H₂)、二氧化碳(CO₂)等)的氛围中反应生成苯。

热解油气的出口可以设置在反应区的任意位置，其最优的位置为反应区的侧壁上，且位于反应区的加热装置的下方。这样热解油气不经过加热装置所在的高温区，避免油气发生二次裂解，有利于提高热解油收率。

预热区和反应区的加热装置不需要特别限定，其最优的选择为蓄热式辐射管燃烧器。蓄热式辐射管燃烧器能够产生均匀分布的温度场，使热解物料均匀受热，并能实现热解气与加热装置产生烟气的隔绝，简化了后续工艺流程。蓄热式辐射管燃烧器设置在旋转床热解反应器的外侧壁上，其高度在料层高度以上，且蓄热式辐射管燃烧器的表面喷涂有陶瓷涂层。蓄热式辐射管燃烧器的数量不限，需要根据不同区域所需要的温度进行设置。

反应区的料板不需要特别限定，其最优的选择为气体分布板。选用气体分布板可以让乙炔在反应区内分布更加均匀，有利于提高其反应效果。

反应区的数量可以设置多个，以控制不同的反应温度。图2所示的旋转床热解反应器设有两个反应区。

旋转床热解反应器的底部设有转动机械，转动机械带动环形底面转动，位于底面上的物料随之转动，经过各个区域受热发生热解。

从乙炔入口通入的乙炔经气体分布板进入旋转床热解反应器后向上流动，与生成的热解炭接触，在热解炭的催化作用下，乙炔发生反应，生成苯。

乙炔生成苯的反应需要在高温和催化剂存在的条件下才能进行，旋转床热解反应器在热解生物质时，其内部正好是高温环境，而且生物质热解后产生的热解炭可以作为乙炔反应生成苯的催化剂。

乙炔在生成苯的同时，自身也会发生分解反应：

上述反应为可逆反应。生物质热解后产生的不凝气体中含有甲烷、氢气，因此能在一定程度上抑制乙炔发生分解反应。此外，生物质热解后产生的不凝气体中还含有二氧化碳，二氧化碳不仅能调节甲烷的分压，二氧化碳还具有与分解生成的炭反应消除积碳的功能。

进料装置设有入口和出口，进料装置的出口与旋转床热解反应器的进料口相连。进料装置用于将生物质送入旋转床热解反应器中。

乙炔存储装置设有乙炔出口，乙炔出口与乙炔入口相连。乙炔存储装置用于为旋转床热解反应器提供乙炔。

出料装置设有入口和出口，出料装置的入口与旋转床热解反应器的出料口相连。出料装置用于将生物质热解后产生的热解炭送出旋转床热解反应器。

冷却装置设有热解油气入口和生物油出口，热解油气入口与热解油气出口相连。冷却装置用于分离生物油和热解气。

苯分离装置设有生物油入口和苯出口，生物油入口与生物油出口相连。苯分离装置用于从生物油中将苯提取出来。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的测试方法均为本行业中常用的测试方法。

实施例1

本实施例提供一种用生物质和乙炔制取苯的系统。

如图1所示，本系统包括进料装置、旋转床热解反应器、出料装置、乙炔存储装置、冷却装置和苯分离装置。

如图2所示，旋转床热解反应器的外形为圆形，其包括进料区、预热区、反应区和出料区。其中，进料区设有进料口，反应区设有乙炔入口和热解油气出口，出料区设有出料口。

乙炔入口设置在反应区底面上。热解油气出口设置在反应区的侧壁上，且位于反应区的加热装置的下方。预热区和反应区的加热装置为蓄热式辐射管燃烧器，蓄热式辐射管燃烧器设置在旋转床热解反应器的外侧壁上，其高度在料层高度以上，且辐射管燃烧器表面喷涂陶瓷涂层。反应区的料板采用气体分布板。旋转床热解反应器的底部设有转动机械。

进料装置与进料口相连，用于将生物质送入旋转床热解反应器中。

出料装置与出料口相连，用于将生物质热解后产生的热解炭送出旋转床热解反应器。

乙炔存储装置设有乙炔出口，乙炔出口与乙炔入口相连。乙炔存储装置用于存储乙炔，并将乙炔送入旋转床热解反应器中。

冷却装置设有热解油气入口和生物油出口，热解油气入口与热解油气出口相连。冷却装置用于分离生物油和热解气。

苯分离装置设有生物油入口和苯出口，生物油入口与生物油出口相连。苯分离装置用于提取苯。

实施例2

本实施例利用实施例1所提供的系统制取苯。所用的生物质为木块，粒径为10-30mm，含水量为5wt％，用量为1吨。该制取过程具体如下：

控制反应二区温度为700℃。木块经进料装置进入旋转床热解反应器，均匀布于旋转床反应器底面上，随底面的转动，经预热区、反应一区和反应二区加热至700℃进行热解反应，生成热解油气(包括不凝气体和生物油)和热解炭。在不通入乙炔气的情况下，生物质热解得到的热解气(不凝气体)中甲烷、氢气、二氧化碳、一氧化碳的含量如表1所示。生成的不凝气体的体积为1187.5m³。

然后，往旋转床热解反应器通入乙炔，通入的乙炔的量为71.25m³。乙炔在向上流动过程中与生成的热解炭接触，在热解炭的催化作用下，进一步促进乙炔反应生成苯。含有苯的热解油气自位于反应二区侧壁的热解油气出口排出，之后经历冷却装置得到生物油、热解气。热解得到的热解炭经出料装置排出，热解气进一步处理后收集备用，将生物油中进一步送入苯分离装置中，分离后得到苯。剩下的不含苯的生物油收集后备用。

通入乙炔后，增加的苯量为木块自身热解产生的苯的2倍。

实施例3

本实施例利用实施例1所提供的系统制取苯。所用的生物质为玉米秸秆，粒径为10-30mm，含水量为5wt％，用量为1吨。该制取过程具体如下：

控制反应二区温度为650℃。玉米秸秆经进料装置进入旋转床热解反应器，均匀布于旋转床反应器底面上，随底面的转动，经预热区、反应一区和反应二区加热至650℃进行热解反应，生成热解油气(包括不凝气体和生物油)和热解炭。在不通入乙炔气的情况下，生物质热解得到的热解气(不凝气体)中甲烷、氢气、二氧化碳、一氧化碳的含量如表1所示。生成的不凝气体的体积为1416.4m³。

然后，往旋转床热解反应器通入乙炔，通入的乙炔的量为113.3m³。乙炔在向上流动过程中与生成的热解炭接触，在热解炭的催化作用下，进一步促进乙炔反应生成苯。含有苯的热解油气自位于反应二区侧壁的热解油气出口排出，之后经历冷却装置得到生物油、热解气。热解得到的热解炭经出料装置排出，热解气进一步处理后收集备用，将生物油中进一步送入苯分离装置中，分离后得到苯。剩下的不含苯的生物油收集后备用。

通入乙炔后，增加的苯量为玉米秸秆自身热解产生的苯的2.2倍。

表1热解气中甲烷、氢气、二氧化碳、一氧化碳的含量

综上，可以得知，本实用新型所提供的系统，将乙炔通入旋转床热解反应器中，在生物质热解产生的甲烷、氢气和二氧化碳气氛中，以及在生物质热解产生的热解炭的催化作用下，乙炔反应生成苯。本实用新型所提供的系统将生物质热解和乙炔制苯的反应结合在一起，生物质热解为乙炔制苯的反应提供了所需的条件，节约了能耗也节省了投资和运行成本，而且工艺流程也非常简单。

此外，本实用新型所提供的系统也提高了生物质生物油中芳烃的含量，使所得的生物质生物油的品质得到提升，从而提高了生物质生物油的经济价值。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。