CN201053008Y - 高温离子液体催化生物质快速热裂解的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温离子液体催化生物质快速热裂解的装置，包括料斗、调频电机和减速器、进料套筒及螺旋进料棒、撞击流反应器、高温熔盐泵、旋风分离器、集炭器、气—水热交换器、主电加热器和高温离子液体储槽；主电加热器置于高温熔盐泵前端的高温离子液体储槽内；高温离子液体通过高温熔盐泵打入撞击流反应器内，撞击流反应器的热裂解气出口与旋风分离器相连接，旋风分离器分别与集炭器、气—水换热器相连接。本实用新型有益的效果是：具有生物质颗粒与热载体混合均匀，温度场稳定，热裂解过程迅速，热裂解设备结构简单紧凑而实用，投资费用低，能够连续操作，生物油中高附加值产物含量高且得率高等特点。

Description

高温离子液体催化生物质快速热裂解的装置

技术领域

本实用新型涉及先进能源技术领域，主要是一种高温离子液体催化生物质快速热裂解的装置。

背景技术

生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是直接或间接通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量，是一种清洁的、唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料，具有可再生、低污染、分布广泛、生物质燃料总量丰富等特点，在当今世界的能源结构中占有重要的地位。将生物质转化为能量密度高、使用方便的液体燃料和高附加值产品是生物质能源开发的一个重要方面，生物质快速热裂解技术是目前世界上生物质能研究开发的前沿技术。生物质快速热裂解产生的生物油经精制后制得的燃料是一种清洁的、高品位的燃料，在燃烧过程中几乎不产生有害气体，并且在生物油的利用过程中还能实现CO₂的零排放，对环境基本上不存在污染。生物质转化为生物油的方式主要为直接液化和快速热裂解两种。直接液化技术还处于实验室研究阶段，还未见中试报道；以流化床为代表的快速热裂解技术的研究还处于实验、示范生产阶段，热裂解反应器在国内外已开发10多种，部分进行了中试、示范生产。尽管经过30多年的研究，生物质转化为生物油的技术取得了较大的进步，但还未形成工业化的技术，对一些机理和关键技术仍在研究之中。目前，国内外生物质快速热裂解技术采用砂子、石英砂或者陶瓷球作生物质热裂解的热载体，以高温离子液体做生物质快速热裂解热载体的研究未见报道。熔融盐是一种常见的高温离子液体，具有导电性好、使用温度范围宽225℃～1000℃、蒸汽压低、热容大、粘度小、对物质溶解能力强、导热系数大、化学性质稳定、价格低廉、环境友好等特点。采用高温离子液体作生物质快速热裂解热载体的同时，其所包含的某种阴、阳离子对生物质热裂解起着催化作用，又可以作为生物质快速热裂解的溶剂，是生物质快速热裂解技术和直接催化液化技术的理想结合与统一，能使两种技术充分发挥各自的优势。通过调节高温离子液体的组成，使其达到或接近岩浆的组成，模拟生物质在地下形成石油的过程，可认为是这是一仿生态的过程。综合比较生物质快速热裂解所采用的技术和装置，该流程和装置具有生物质颗粒与热载体混合均匀，温度场稳定，热裂解过程迅速，热裂解设备结构简单紧凑而实用，投资费用低，能够连续操作，生物油中高附加值产物含量高且得率高等优点。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了能将利用效率低的生物质转化为高品质的生物质液体燃料和高附加值产品，提供一种高温离子液体催化生物质快速热裂解的装置。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种高温离子液体催化生物质快速热裂解的装置，包括料斗、调频电机和减速器、进料套筒及螺旋进料棒、撞击流反应器、高温熔盐泵、旋风分离器、集炭器、气-水热交换器、主电加热器和高温离子液体储槽；主电加热器置于高温熔盐泵前端的高温离子液体储槽内，用以加热高温离子液体；高温离子液体通过高温熔盐泵打入撞击流反应器内，撞击流反应器的热裂解气出口与旋风分离器相连接，旋风分离器分别与集炭器、气-水换热器相连接。

所述的撞击流反应器的外壁面上设置有辅助电加热器。

所述的撞击流反应器水平放置。

所述的气-水换热器连接有集油器。

本实用新型有益的效果是：由于采用高温离子液体作为生物质快速催化热裂解的催化剂、载体和溶剂，并采用撞击流反应器，具有生物质颗粒与热载体混合均匀，温度场稳定，热裂解过程迅速，热裂解设备结构简单紧凑而实用，投资费用低，能够连续操作，生物油中高附加值产物含量高且得率高等特点。

附图说明

图1为本实用新型的高温离子液体催化生物质快速热裂解的装置示意图；

附图标记：料斗1、调频电机和减速器2、进料套筒及螺旋进料棒3、撞击流反应器4、高温熔盐泵5、旋风分离器6、集炭器7、气-水热交换器8、集油器9、辅助加热器10、主电加热器11、高温离子液体储槽12，保温层13，加速管14，高温离子液体层15。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

高温离子液体催化生物质快速热裂解装置如图1所示，装置主要有料斗1、调频电机和减速器2、进料套筒及螺旋进料棒3、撞击流反应器4、高温熔盐泵5、旋风分离器6、集炭器7、气-水热交换器8、集油器9、辅助加热器10、主电加热器11、高温离子液体储槽12等组成。主电加热器11置于高温熔盐泵5前端的高温离子液体储槽12内，用以加热高温离子液体；高温离子液体通过高温熔盐泵5打入撞击流反应器4内形成高温离子液体层14，反应器4采用撞击流的结构型式，水平放置。撞击流反应器是整个快速热裂解装置的关键，必须使得生物质颗粒在极短的时间内与高温离子液体混合均匀并且受热均匀，且具备较高的升温速率(＞1000℃/s)，热裂解气在高温离子液体层中15的停留时间达到限定的停留时间。高温离子液体在高温离子储槽12内由主电加热器11加热至热裂解反应的终端温度，由高温熔盐泵5通过加速管13打入撞击流反应器4内。撞击流反应器4的热裂解气出口通过带保温层13的管道与旋风分离器6相连接，其作用是分离生物质原料被热裂解后生成产物中的固体产品。旋风分离器6分别与集炭器7、气-水换热器8相连接，气-水换热器8连接有集油器9。气-水热交换器8需要达到很快的冷却速率＞650℃/s，将高温的生物质裂解气快速冷却至35℃以下，热裂解生成产物中可凝性气体冷凝成生物油。集油器9实为一种气液分离器，将冷凝下来的生物油与不凝性气体分离。进料采用螺旋进送结构，配置调频电机和减速器2，经过多次冷态调试后，确定出单位时间进料量与电机频率的对应关系，以确保热裂解过程中生物质给料量的均匀性和可调性。主电加热器11设置在高温离子液体储槽12内，将由高温熔盐泵输送的高温离子液体加热至热裂解反应的终端温度。辅助电加热器10设置在撞击流反应器4的外壁面，其作用主要是保证撞击流反应器内的温度均匀、稳定并且可调。高温离子液体催化生物质快速热裂解的整个系统为封闭式。高温离子液体催化生物质快速热裂解的过程，是大量有机物、碳氢化合物的分子键在高温离子液体的催化作用下断裂，转变为含碳分子数目较少的低分子量物质的过程。在较高的加热速率和冷却速率下，在适宜的热裂解产物在高温离子液体层中的停留时间内，热裂解反应温度在某个适当的温度范围内，可得到高附加值产物含量高、高得率的生物油。

本装置的工艺流程为：1、生物质由调频电机、进料棒、料斗组成的螺旋进料器连续地输送入至撞击流反应器。撞击流反应器是整个生物质快速热裂解装置中的关键，要能够使得生物质原料在极短的时间内在高温离子液体层内混合及受热均匀，并达到较高的升温速率(＞1000℃/s)和限定的停留时间；2、而作为生物质快速热裂解的催化剂、载体和溶剂的高温离子液体由主电加热器加热后，由高温熔盐泵打入到撞击流反应器内。在高温离子液体的给热和催化作用下，生物质颗粒快速热裂解；3、生物质热裂解温度为225℃～1000℃，压力为1atm～100atm；4、生物质热裂解气进入旋风分离器分离，部分炭粒子分离进入集炭器，经过旋风分离器分离的生物质热裂解气进入气-水热交换器用水降温至35℃；4、经气-水换热器后的生物质热裂解气经过集油器，集油器是一种气液分离装置，在其内部含生物质气体冷凝成生物油，将冷凝下来的生物油与不凝性气体分离。本实施例中生物质原料为木屑，在较高的升温速率和限定的停留时间下，经快速热裂解后生成液体、气体、固体三种产物，含高附加值产物的液体产物量占很大的比例。

所采用的高温离子液体可以是由上述阴阳离子组成的单一化合物，也可以是由上述阴阳离子组成的化合物按一定比例组成的混合物。

组成高温离子液体的阳离子有：Li⁺，Na⁺，K⁺，Rb⁺，Cs⁺，Fr⁺；Be²⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Sr²⁺，Ba²⁺，Ra²⁺；B³⁺，Al³⁺，Sc³⁺，Y³⁺；Si⁴⁺，Ti⁴⁺，Zr⁴⁺，Hf⁴⁺；V³⁺，V⁵⁺，Nb⁵⁺，Ta⁵⁺；Cr²⁺，Cr³⁺，Cr⁴⁺；Mn³⁺，Mn⁴⁺；Fe²⁺，Fe³⁺，Co²⁺，Co³⁺，Ni²⁺，Ni³⁺，Pd³⁺；Cu⁺，Cu²⁺，Ag⁺，Au⁺；Zn²⁺，Zn⁴⁺，Cd⁺，Cd²⁺，Hg⁺，Hg²⁺；Cu³⁺，In³⁺，T1⁺，Tl³⁺；Ge⁴⁺，Sn²⁺，Sn⁴⁺，Pb²⁺，Pb⁴⁺；As³⁺，Sb³⁺，Bi³⁺。

组成高温离子液体的阴离子有：F^-，Cl^-，Br^-，I^-，At^-；O^2-，S^2-，Se^2-，Te^2-，Po^2-；NO₂ ^-，NO₃ ^-，SO₄ ^2-，CO₃ ^2-，ClO₃ ^-，ON^-，SiO₄ ^4-，SiO₃ ^2-，Si₂O₅ ^2-，Si_xO_y ^-2y+4x，BO₃ ^3-，B_xO_y ^-2y+3x，PO₄ ^3-，P_xO_y ^-2y+5x，CrO₄ ^2-，Cr₂O₇ ^2-，MoO₄ ^2-，Mo₂O₇ ^2-，WO₄ ^2-，W₂O₇ ^2-，SCN^-，CN^-。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种高温离子液体催化生物质快速热裂解的装置，其特征在于：包括料斗(1)、调频电机和减速器(2)、进料套筒及螺旋进料棒(3)、撞击流反应器(4)、高温熔盐泵(5)、旋风分离器(6)、集炭器(7)、气-水热交换器(8)、主电加热器(11)和高温离子液体储槽(12)；主电加热器(11)置于高温熔盐泵(5)前端的高温离子液体储槽(12)内，用以加热高温离子液体；高温离子液体通过高温熔盐泵(5)打入撞击流反应器(4)内，撞击流反应器(4)的热裂解气出口与旋风分离器(6)相连接，旋风分离器(6)分别与集炭器(7)、气-水换热器(8)相连接。

2.根据权利要求1所述的高温离子液体催化生物质快速热裂解的装置，其特征在于：所述的撞击流反应器(4)的外壁面上设置有辅助电加热器(10)。

3.根据权利要求1或2所述的高温离子液体催化生物质快速热裂解的装置，其特征在于：所述的撞击流反应器(4)水平放置。

4.根据权利要求1所述的高温离子液体催化生物质快速热裂解的装置，其特征在于：所述的气-水换热器(8)连接有集油器(9)。

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