CN105219420A - 一种用生物质全组分制备车用生物燃油的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用生物质全组分制备车用生物燃油的装置，其特征是：进料仓通过螺旋进料器与流化床的下部连接；螺旋进料器的外壁包被有换热器；流化床顶部的出料口通过管道与旋风分离器的上部连接，旋风分离器的底部连接有集炭罐，旋风分离器的顶部通过管道与第一气液分离器连接；第一气液分离器的底部与第一收集罐连接，第一气液分离器的下部通过管道与第二阀门连接后再与固定床的顶部连接；利用本发明的装置可以将生物质全组分转化为车用生物燃油。还可以在稻壳、棉花杆、麦杆、玉米芯、麦壳等农林废弃物中加入石化炼制残渣、餐饮废油、生物质原油淤浆等为原料进行操作，或直接以石化炼制剩余残渣、餐饮废油、生物质原油淤浆等为原料进行操作。

Description

一种用生物质全组分制备车用生物燃油的装置
技术领域
本发明属于生物质能利用技术领域，尤其涉及一种用生物质全组分制备车用生物燃油的装置。
背景技术
目前全球汽车保有量约为8亿辆，到2020年预计将达到12亿辆，届时，车用燃油将占世界石油总消耗量的62％以上。因此，庞大的汽车保有量以及消费市场的快速增长，势必造成原油消费总量的快速增长以及较高的对外依存度，给能源安全性和经济性造成巨大的压力。另一方面，化石能源在使用过程中会新增大量温室气体二氧化碳的排放，同时产生一些有污染的烟气，从而威胁全球生态环境。因此，寻求新的车用替代燃料已迫在眉睫。
与太阳能、风能等新型可再生能源形式相比，生物质能同时具有能量形态和物质形态，更利于能量的储存和向液体燃料的转化，在替代最具战略性的石油资源方面具有其它可再生能源难以比拟的优势。生物质能源在第一次石油危机之后成为替代石油的首要可再生能源选择。农业局部生产过剩是生物质能源发展的直接推动力。以中国为例，中国生物质资源量可达65亿吨/年，以平均热值为15,000千焦/公斤计算，折合理论资源为30亿吨标准煤，相当于中国目前年总能耗的80-90％。因此，合理有效开发生物质能可以在一定程度上改变现有的能源格局。
生物质全组分以稻壳、棉花杆、麦杆、玉米芯、麦壳等农林废弃物，通过一系列有效方式，如发酵、热化学转化可将生物质有效转化为生物燃气，但尚未有转化为生物燃油的报道。热解技术可以使得部分生物质组分转化为生物油，但油品成分复杂，需要经过严格的精制、提质等工序后才能车用，导致制油成本过高，且其组分转化为油品的利用率低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能显著提高生物质柴油/汽油产率目的的用生物质全组分制备车用生物燃油的装置。
本发明的技术方案概述如下：
用生物质全组分制备车用生物燃油的装置，进料仓2通过螺旋进料器3与流化床5的下部连接；螺旋进料器3的外壁包被有换热器4；流化床5顶部的出料口通过管道与旋风分离器6的上部连接，旋风分离器6的底部连接有集炭罐12，旋风分离器6的顶部通过管道与第一气液分离器7连接；第一气液分离器7的底部与第一收集罐13连接，第一气液分离器7的下部通过管道与第二阀门29连接后再与固定床8的顶部连接；轻油储罐16通过管道依次与第三流动泵21和第二预热器22连接后再与固定床8的顶部连接；CO储罐23通过管道与固定床8的顶部连接，H2储罐24通过管道与固定床8的顶部连接；固定床8的底部与第二气液分离器9连接，第二气液分离器9的底部与第二收集罐25连接，第二气液分离器9的下部通过管道依次与煤气表10和储气柜11连接；重油储罐14通过管道依次与第一流动泵17和第一三通27连接后再与流化床5的中部连接，第一三通27通过管道与第一阀门28连接后再与重油储罐14连接；载气瓶1通过管道与第二三通26连接，第二三通26分别通过管道与进料仓2的顶部和第一预热器20连接，第一预热器20通过管道与流化床5的底部连接；水罐15通过管道依次与第二流动泵18、第三预热器19连接后再与流化床5的底部连接。
本发明的优点：
1、利用本发明的装置可以将生物质全组分转化为车用生物燃油。
2、利用本发明的装置还可以在稻壳、棉花杆、麦杆、玉米芯、麦壳等农林废弃物中加入石化炼制剩余残渣、餐饮废油、生物质原油淤浆等为原料进行操作，或直接以石化炼制剩余残渣、餐饮废油、生物质原油淤浆等为原料进行操作。
3、利用本发明的装置使车用生物燃油产率高。
附图说明
图1为本发明用生物质全组分制备车用生物燃油的装置示意图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明作进一步的说明。
用生物质全组分制备车用生物燃油的装置(见图1)，进料仓2通过螺旋进料器3与流化床5的下部连接；螺旋进料器3的外壁包被有换热器4；流化床5顶部的出料口通过管道与旋风分离器6的上部连接，旋风分离器6的底部连接有集炭罐12，旋风分离器6的顶部通过管道与第一气液分离器7连接；第一气液分离器7的底部与第一收集罐13连接，第一气液分离器7的下部通过管道与第二阀门29连接后再与固定床8的顶部连接；轻油储罐16通过管道依次与第三流动泵21和第二预热器22连接后再与固定床8的顶部连接；CO储罐23通过管道与固定床8的顶部连接，H2储罐24通过管道与固定床8的顶部连接；固定床8的底部与第二气液分离器9连接，第二气液分离器9的底部与第二收集罐25连接，第二气液分离器9的下部通过管道依次与煤气表10和储气柜11连接；重油储罐14通过管道依次与第一流动泵17和第一三通27连接后再与流化床5的中部连接，第一三通27通过管道与第一阀门28连接后再与重油储罐14连接；载气瓶1通过管道与第二三通26连接，第二三通26分别通过管道与进料仓2的顶部和第一预热器20连接，第一预热器20通过管道与流化床5的底部连接；水罐15通过管道依次与第二流动泵18、第三预热器19连接后再与流化床5的底部连接。
实施例1：
用生物质全组分制备车用生物燃油的方法，包括如下步骤：
(1)使用用生物质全组分制备车用生物燃油的装置；
(2)关闭第一阀门28、将生物质原料稻壳放置于进料仓2，打开载气瓶1；在流化床5中加入ZSM-5(催化剂A)；开启第一预热器20并调节第一预热器20内部的温度至350℃-450℃；调整载气至400-5000ml/min，并吹扫20min(还可以在10-30min选任意的数)；开启流化床5并调节流化床5内部的温度至350℃-550℃；开启旋风分离器6，在固定床8中加入Co-Mn/SiO2(催化剂B)，开启固定床8并调节固定床8内的温度在190℃-400℃和压力在2.1MPa-3.5MPa；开启换热器4并调节换热器4内的温度在0℃-10℃；开启第一气液分离器7和第二气液分离器9，调节第一气液分离器7和第二气液分离器9的温度为-10～0℃；开启螺旋进料器3、CO储罐23和H2储罐24，进行热解反应；反应结束后，关闭螺旋进料器3、载气瓶1、CO储罐23、H2储罐24、流化床5、旋风分离器6、固定床8、换热器4、第一气液分离器7、第二气液分离器9和第一预热器20；在第二收集罐25中收集终产物生物汽油/生物柴油，尾气通过煤气表10进入储气柜11中储存；从集炭罐12中收集的生物炭放入进料仓2中；从第一收集罐13收集的生物油进行蒸馏，分别获得生物油水相、生物油轻质组分和生物油重质组分：将生物油水相放入水罐15中，生物油轻质组分放入轻油储罐16中，将生物油重质组分放入重油储罐14中；
(3)关闭第二阀门29，在固定床8中加入Raney-Ni(催化剂C)，开启固定床8并调节固定床8内的温度在100℃-180℃和压力在4MPa-8MPa；开启第二气液分离器9，调节第二气液分离器9的温度为-10～0℃；开启第二预热器22并调节第二预热器22的温度在100℃-180℃；开启H2储罐24，开启第三流动泵21；进行催化加氢反应；反应结束后，开启第二阀门29，关闭第三流动泵21、H2储罐24、固定床8、第二预热器22和第二气液分离器9；在第二收集罐25中收集终产物生物汽油/生物柴油，尾气通过煤气表10进入储气柜11中储存；
(4)打开载气瓶1；在流化床5中加入Ni/θ-Al2O3(催化剂D)；开启第一预热器20并调节第一预热器20内部的温度至350℃-450℃；调整载气至400-5000ml/min，并吹扫20min(还可以在10-30min选任意的数)；开启流化床5并调节流化床5内部的温度至600℃-1500℃；开启旋风分离器6，在固定床8中加入Co-Mn/SiO2(催化剂B)，开启固定床8并调节固定床8内的温度在190℃-400℃和压力在2.1MPa-3.5MPa；开启换热器4并调节换热器4内的温度在0℃-10℃；开启第三预热器19并调节第三预热器19的温度控在300℃-450℃；开启第一气液分离器7和第二气液分离器9，调节第一气液分离器7和第二气液分离器9的温度为-10～0℃；开启螺旋进料器3、第一流动泵17、第二流动泵18、CO储罐23和H2储罐24，进行催化共气化反应；反应结束后，关闭第一流动泵17、第二流动泵18、螺旋进料器3、第一预热器20、第三预热器19、载气瓶1、CO储罐23、H2储罐24、流化床5、旋风分离器6、固定床8、换热器4、第一气液分离器7和第二气液分离器9；开启第一阀门28；在第二收集罐25中收集终产物生物汽油/生物柴油，尾气通过煤气表10进入储气柜11中储存。
本实施例结果表明，本发明的方法能使生物质全组分热化学转化为生物质柴油或汽油，从而显著提高生物质柴油或汽油产率。
实验证明，用白云石、HY、Ni/Al2O3、水滑石、氧化钙、三氧化二铝、氧化镁、Exxon、木炭、活化铝、高岭石、蒙脱石、伊利石、菱美石、方解石、橄榄石或铁矿石替代本实施例中的ZSM-5作催化剂A其它同本实施例，其效果与本实施例相似。
实验证明用ZSM-5、Ni/Al2O3、Ni-Mg整体式催化剂或Fe2O3替代本实施例中的Co-Mn/SiO2作催化剂B，其它同本实施例，其效果与本实施例相似。
实验证明，用Pt或Pd替代本实施例中的Raney-Ni作催化剂C其它同本实施例，其效果与本实施例相似。
实验证明，用煅烧岩石、橄榄石、黏土矿、木炭、活化铝、沸石或Ni/Al2O3替代本实施例中的Ni/θ-Al2O3作催化剂D其它同本实施例，其效果与本实施例相似。
载气为Ar、He、N2、CO2、空气、O2、H2或H2O。
生物质原料为农林废弃物、污泥、碳基工业废弃物、石化废弃物、焦油、餐饮废油、生物柴油和生物质原油淤浆至少一种。农林废弃物包括：秸秆、稻壳、棉花杆等。
生物质原料和废油脂混合预处理：
将生物质原料与雾化废油脂混合，能提高生物质原料的流动性，解决生物质原料在给料过程中的堵塞问题，利用废油脂的润滑作用可以减少生物质原料与供料系统的磨耗，更好的保障系统的平稳连续运行，同时提高H/C比，提高生物质颗粒的活性，促进后期的热化学转化进程，提高生物油的燃烧特性与品质，大大降低生物油的品质提升的难度。
生物质原料优选为各类碳基生物质、碳基工业废弃物、碳基餐饮废弃物、碳基农业废弃物、碳基生活废弃物至少一种。

Claims (1)

1.用生物质全组分制备车用生物燃油的装置，其特征是：进料仓(2)通过螺旋进料器(3)与流化床(5)的下部连接；螺旋进料器(3)的外壁包被有换热器(4)；流化床(5)顶部的出料口通过管道与旋风分离器(6)的上部连接，旋风分离器(6)的底部连接有集炭罐(12)，旋风分离器(6)的顶部通过管道与第一气液分离器(7)连接；第一气液分离器(7)的底部与第一收集罐(13)连接，第一气液分离器(7)的下部通过管道与第二阀门(29)连接后再与固定床(8)的顶部连接；轻油储罐(16)通过管道依次与第三流动泵(21)和第二预热器(22)连接后再与固定床(8)的顶部连接；CO储罐(23)通过管道与固定床(8)的顶部连接，H2储罐(24)通过管道与固定床(8)的顶部连接；固定床(8)的底部与第二气液分离器(9)连接，第二气液分离器(9)的底部与第二收集罐(25)连接，第二气液分离器(9)的下部通过管道依次与煤气表(10)和储气柜(11)连接；重油储罐(14)通过管道依次与第一流动泵(17)和第一三通(27)连接后再与流化床(5)的中部连接，第一三通(27)通过管道与第一阀门(28)连接后再与重油储罐(14)连接；载气瓶(1)通过管道与第二三通(26)连接，第二三通(26)分别通过管道与进料仓(2)的顶部和第一预热器(20)连接，第一预热器(20)通过管道与流化床(5)的底部连接；水罐(15)通过管道依次与第二流动泵(18)、第三预热器(19)连接后再与流化床(5)的底部连接。
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