CN104560076B - 一种生物质超亚临界水液化精炼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种生物质能源产品的生产装置，具体为生物质超亚临界水液化精炼装置，可实现以农作物秸秆为主的生物质在超亚临界水中的液化反应，提供一条新型生物质能源化途径。所述设备包括生物质振动筛选机、上料机一、切断机、上料机二、粉碎机、高浓碎浆机、料浆泵、水净化系统、高浓除渣机、预热器、料浆高压泵一、超临界水液化反应器、急冷器、料浆高压泵二、亚临界水液化反应器、精馏设备、储罐和操作控制中心。本发明采用超亚临界水液化反应技术，具有工业化前景。

Description

一种生物质超亚临界水液化精炼装置
技术领域
本发明涉及一种新型生物质超亚临界水液化精炼装置，特别适用于农作物秸杆、木粉等生物质在超亚临界水中液化精炼，属于高新技术中的生物质化工及能源领域。
背景技术
当前生物质能源已经成为世界第四大能源。世界各国都在争抢生物质能源化工产业发展的制高点，美国、瑞典、巴西、印度、日本都纷纷制订了积极的能源战略和措施，加快推进生物质能源化工产业的发展。
生物质能源化工产业是以生物质有机物为原料，经现代工艺生产出来的油、气、电等能源及化工产品的生产行业。在我国，生物质能以有机废弃物和边际土地有机产品为主要原料。其特点是资源丰富、可再生，与农业、农村和农民关系紧密。
尽管存在种类众多的生物质资源，但是生物质中仅有四种最基本化学结构的物质：糖类和多糖(糖、淀粉、纤维素和半纤维素)、木质素(多聚酚)、三甘油或脂肪(植物油和动物脂肪油)、蛋白质(植物蛋白和动物蛋白)，对于生产生物质能源化工产品是非常重要的。
借鉴传统化石能源化工工业的经验教训，在发展生物质能源化工工业的初级阶段就应把绿色环保的思想完全贯彻到研究与生产的各个过程，建立起一套全新的生物质能源化工生产体系。生物质能源化工产品的常规方法主要有四种形式：直接燃烧、热解、液化和气化。最近，生物质超亚临界水液化技术因其工艺简单，有机物转化率高已引起生物质学术界广泛的关注。生物质超亚临界水液化技术具体是指生物质和水在反应温度200～400℃、反应压力5～25MPa、反应时间0.5～500秒条件下，通过一列化学物理作用将其转变为有机小分子，得到有机液体产品的技术。
常规生物质能源产品生产工艺繁琐，有机物转化率低，能耗大及产率低，难以工业化。常规生产工艺是将纤维素生物质中的有机聚合物分步降解，或者是高温裂解，一般都是先经过预处理（如高温高压气爆法），之后水解或降解半纤维素，然后酶水解纤维素得到葡萄糖，整个过程反应非常缓慢。其中木质素由于提纯的成本较高，一般被作为废弃物排放；葡萄糖继续精炼可得到一系列的生物基化学品，如乙醇、乳酸、柠檬酸、芳香化合物等；但生产乙醇时有机碳损失三分之一，生产乳酸有机碳则损失50%左右。与常规工艺相比，生物质超亚临界水液化反应技术相对简单得多。
中国国家知识产权局专利局在2012年6月27日公开了一项授权公告号为CN101613377B，名称为“生物质超临界亚临界组合连续式预处理与水解设备及方法”的专利，该专利整合了超临界水解技术与亚临界水解技术的优点，生产可发酵糖，但该专利技术主要适用于实验室小型研究，且能耗较大，没有充分利用中间过程产生的大量余热，终端产物没有精馏工艺分离，根本无法满足现代工业生产的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质能源产品的生产装置，具体为生物质超亚临界水液化精炼装置，可实现以农作物秸秆为主的生物质在超亚临界水中的液化反应，提供一条新型生物 质能源化途径。
本发明采用以下技术方案：
一种生物质超亚临界水液化精炼装置，其特征在于：所述装置包括生物质振动筛选机（1）、上料机一（2）、切断机（3）、上料机二（4）、磨碎机（5）、高浓碎浆机（6）、料浆泵（7）、水净化系统（8）、高浓除渣机（9）、预热器（10）、料浆高压泵一（11）、超临界水液化反应器（12）、急冷器（13）、料浆高压泵二（14）、亚临界水液化反应器（15）、精馏设备（16）、重质有机物储罐（17）、轻质有机物储罐（18）、多碳糖储罐（19）、工业乙醇储罐（20）、操作控制中心（21），其中流体机械物料管道进出口设有电磁阀门。本发明装置工艺流程为：农作物秸秆原料经生物质振动筛选机（1）土石分拣后，经上料机一（2）输送到切断机（3）切断为短秸秆短料，再经上料机二（4）进入链条磨木机（5）粉碎成细微粉末状物料，再进入高浓碎浆机（6）制浆，下一道工序进入高浓除渣机（9）把杂质分离出来，经预热器（10）加热后，通过料浆高压泵一（11）打入超临界水液化反应器（12）中，经过急冷器（13）处理，再通过料浆高压泵二（14）打入亚临界水液化反应器（15）中，经高压液化反应生成生物质有机物混料，然后经精馏设备（16）分离为工业乙醇、多碳糖类、其它轻质有机物、重质有机物和水。分离出来的水可继续作为原料循环使用。
本发明的技术特征还在于：所述的超临界水液化反应器和亚临界水液化反应器为火焰辐射和对流加热的管式裂解炉；所述的预热器为余热式换热器，急冷器的冷却水被加热后用作预热器的加热介质；所述的操作控制中心全程监控调整各工段设备运行参数，包含进出口及内部压力、温度、流速等；所述要求超亚临界水同时作为反应物质和溶剂循环使用；所述要求亚临界液化反应器压力为10～20MPa、温度为300～390℃，超临界液化反应器压力为15～25MPa、温度为350～450℃。
超临界水液化反应器与亚临界水液化反应器使用管式裂解炉结构，具体为在其内部设置了一定排列形式的金属管子，管内通入生物质裂解原料，管外用液体燃料或气体燃料燃烧所发出的热量来加热管的外壁，通过管壁的传热，将热量传递给管内的反应物料。
附图说明
图1为生物质超亚临界水液化精炼系统工艺流程。
图中：1-生物质振动筛选机；2-上料机一；3-切断机；4-上料机二；5-磨碎机；6-高浓碎浆机；7-料浆泵；8-水净化系统；9-高浓除渣机；10-预热器；11-料浆高压泵一；12-超临界水液化反应器；13-急冷器；14-料浆高压泵二；15-亚临界水液化反应器；16-精馏设备；17-重质有机物储罐；18-轻质有机物储罐；19-多碳糖储罐；20-工业乙醇储罐；21-操作控制中心。虚线示意为各工段设备的控制线缆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明。
图1为本发明生物质高压超亚临界液化精炼系统工艺流程。该装置包括生物质振动筛选机（1）、上料机一（2）、切断机（3）、上料机二（4）、磨碎机（5）、高浓碎浆机（6）、料浆泵（7）、水净化系统（8）、高浓除渣机（9）、预热器（10）、料浆高压泵一（11）、超临界水液化反应器（12）、急冷器（13）、料浆高压泵二（14）、亚临界水液化反应器（15）、精馏设备（16）、重质有机物储罐（17）、轻质有机物储罐（18）、多碳糖储罐（19）、工业乙 醇储罐（20）、操作控制中心（21），其中流体机械管道进出口设有电磁阀门；所述的超临界水液化反应器和亚临界水液化反应器为火焰辐射和对流加热的管式裂解炉；所述的预热器为余热式换热器，急冷器的冷却水被加热后用作预热器的加热介质；所述的操作控制中心全程监控调整各工段设备运行参数，包含进出口及内部压力、温度、流速等；所述要求超临界水同时作为反应物质和溶剂循环使用；所述要求亚临界水液化反应器压力为10～20MPa、温度为300～390℃，超临界液化反应器压力为15～25MPa、温度为350～450℃。
将本发明制成生物质超亚临界水液化精炼实验设备，按每小时生产30公斤产物制作。使用农作物秸秆原料通过生物质振动筛选机（1）进行土石分拣后，经上料机一（2）输送到切断机（3）切断为短秸秆短料，再经上料机二（4）进入磨碎机（5）粉碎成细微粉末状物料，再进入高浓碎浆机（6）制浆，下一道工序进入高浓除渣机（9）把杂质分离出来，经预热器（10）加热后，通过料浆高压泵一（11）打入超临界水液化反应器（12）中，经急冷器（13）处理，通过料浆高压泵二（14）再打入亚临界水液化反应器中，经液化反应生成生物质有机物混料，然后经蒸馏精馏设备分离为工业乙醇、多碳糖类、其它轻质有机物、重质有机物和水。实测液化产物比例为工业乙醇45～60%，多碳糖类10～15%，其它轻质有机物质有机物10～15%、重质有机物10～15%。

Claims (6)

1.一种新型生物质超亚临界水液化精炼装置，其特征在于：所述装置包括生物质振动筛选机（1）、上料机一（2）、切断机（3）、上料机二（4）、磨碎机（5）、高浓碎浆机（6）、料浆泵（7）、水净化系统（8）、高浓除渣机（9）、预热器（10）、料浆高压泵一（11）、超临界水液化反应器（12）、急冷器（13）、料浆高压泵二（14）、亚临界水液化反应器（15）、精馏设备（16）、重质有机物储罐（17）、轻质有机物储罐（18）、多碳糖储罐（19）、工业乙醇储罐（20）、操作控制中心（21），其中流体机械管道进出口设有电磁阀门。
2.根据权利要求1所述新型生物质超亚临界水液化精炼装置，其中的超临界水液化反应器和亚临界水液化反应器为火焰辐射和对流加热的管式裂解炉。
3.根据权利要求1所述新型生物质超亚临界水液化精炼装置，其中的预热器为余热式换热器，急冷器的冷却水被加热后用作预热器的加热介质。
4.根据权利要求1所述新型生物质超亚临界水液化精炼装置，其中的操作控制中心全程监控调整各工段设备运行参数，包含进出口及内部的压力、温度、流速。
5.根据权利要求1所述新型生物质超亚临界水液化精炼装置，其中的超亚临界水同时作为反应物质和溶剂循环使用。
6.根据权利要求1所述新型生物质超亚临界水液化精炼装置，其中的亚临界水液化反应器压力为10~20MPa、温度为300~390℃，超临界水液化反应器压力为15~25MPa 、温度为350~450℃。
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