CN206385087U - 一种生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置 - Google Patents

一种生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置，是利用柔性无轴输送技术，解决传统螺旋输送装置将因热变形而与热解管发生机械干涉的技术难点，实现物料稳定输送和热解挥发物顺畅排出；利用氢气将热解挥发物引流至装有加氢脱氧催化剂的加氢脱氧系统，实现生物质热解挥发物原位加氢脱氧协同转烷基化过程；后续配备分级冷凝系统实现脱氧后液体目标产物的富集和气体产物的分离，同时将冷凝装置的收集的余热收集为加氢脱氧系统供能；分离后的热解气再经过化学链式循环系统，转化为纯氢气，为加氢脱氧的提供氢源；实现整个系统循环反复，实现加氢脱氧过程的氢气、能量的半自给自足。

Description

一种生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置
技术领域
本实用新型涉及生物质炼制化合物制备设备技术领域，更具体地，涉及一种生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置。
背景技术
随着科技发展，人类对化石能源的需求越来越大，而化石能源资源储量有限且不可再生，因此，生物质基产品以其不可比拟的优势成为世界关注的热点。以生物质为原料生产环境友好的化工品和绿色能源是实现可持续发展的必由之路，也是人类进入21 世纪后面临的新课题。
木质素（Lignin）是由多个苯丙烷结构单元组成的一种复杂酚类聚合物，每年的再生速度在500亿吨左右，是自然界中唯一能提供大宗可再生芳香基化合物的天然资源。据估计全球每年排出的工业木质素超过1.5亿吨，同时第二代乙醇燃料生产过程也会产生大量的木质素副产品。虽然木质素具有来源广泛、可再生、储量丰富、价格低廉等优势，但受其结构复杂、物理化学性质不均一等因素的影响，现阶段主要作为低热值燃料，未能得到高值化利用。木质素降解的主要产物为酚类衍生物，这些产物由于沸点较高，高温容易聚合，难以精馏提纯实现高价值利用，且因为氧含量高、粘度大等缺点不能作为燃料直接应用于能源终端客户。
目前，全世界70%单苯环类平台化合物生产依赖于石油或煤化工。如从可再生、环境友好的生物质基化工品发展角度出发，以木质素热解得到的富含酚类衍生物的热解挥发物为原料，同时以木质素热解气经化学链式循环得到的氢气为氢供体，进行原位加氢脱氧协同转烷基化反应，合成上述单苯环类生物质基化工品，这样将实现热解挥发物的全组分利用，以达到氢气半自给的木质素向高品位化工品、低耗能、高效转化的目标，变废为宝，也降低了单苯环类平台化合物对石化资源的依赖，具有显著的经济和社会效益。因此，开展基于化学链循环原位供氢的生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的关键技术研究具有重要的科学意义。
目前生物质降解物经高温高压加氢脱氧制备烃类化工燃料的研究已广泛开展。但常规的工艺流程存在对设备要求严格，碳流失率大、氢耗高等难题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现的：
一种生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置，包括依次相连的生物质连续热解系统、热解挥发物原位加氢脱氧反应系统、热解产物冷凝系统、气体过滤装置和热解产物化学链式循环制氢系统；所述热解挥发物原位加氢脱氧反应系统包括加氢脱氧反应管，热解产物冷凝系统为冷井，冷井下端设有液体盛放器，冷井上端设有气体出口管道，所述气体出口管道与过滤装置相连；所述热解产物化学链式循环制氢系统包括氧化态氧载体固定床反应器、还原态氧载体固定床反应器、第一四通阀和第二四通阀，所述过滤装置的出气口与第一四通阀相连，第一四通阀又分别与氧化态氧载体固定床反应器、还原态氧载体固定床反应器相连，氧化态氧载体固定床反应器、还原态氧载体固定床反应器的出气口也分别与第二四通阀相连，所述第二四通阀的氢气出气口还通向加氢脱氧反应管。
本实用新型所述装置的工作原理：在生物质连续热解系统内热解后的生物质产生富含酚类衍生物的热解挥发物进入加氢脱氧反应管进行加氢脱氧反应，反应后的气体进入冷井，气体经冷凝后的液体滴入液体盛放器，经过冷井后的其余气体从冷井上端的气体出口管道排出，进入气体过滤装置，经过滤后的气体进入热解产物化学链式循环制氢系统产生氢气，重新通过氢气出气口进入加氢脱氧反应管为热解挥发物的加氢脱氧反应提供氢气，从而使得系统循环反复进行。
所述第一四通阀和第二四通阀都是三位四通；两个固定床反应器装载的都是透气性良好，具有一定机械强度的新鲜氧载体，本实用新型所述经过气体过滤装置后的气体进入热解产物化学链式循环制氢系统产生氢气的原理如下：
调整第一四通阀的换向阀，使得热解气进入氧化态氧载体固定床反应器（2号反应器），水蒸气进入还原态氧载体固定床反应器（1号反应器），同时将第二四通阀的出气换向阀切换至CO2、水出口管道，两个固定床反应器中的还原态与氧化态氧载体准备就绪。同时向两个反应器中分别通入水蒸气与热解气体，就可以分别在氢气出气口与CO2出气口获得目标产物。待1号与2号反应器中的还原态与氧化态氧载体经过氧化还原反应完全后，分别转变为反应器1装载的是氧化态氧载体，反应器2装载的是还原态氧载体。此时进行第二步操作，即切换换向阀，将第一四通阀的换向阀调整，使得热解气进入1号反应器，水蒸气进入2号反应器，同时将第二四通阀的出气换向阀切换至CO2、水出口管道，同时向两个反应器中分别通入水蒸气与热解气体，就可以分别在氢气出气口与CO2出气口获得目标产物。在氧化与还原反应时间匹配合理的情况下，重复操作第一步与第二步就可以连续获得CO2与氢气出的产品气。当反应器处于氧化态时候，通入一定量的空气，保证氧载体完全氧化。此过程中的CO2进行分离收集，所获得的纯氢气通过氢气出气口进入加氢脱氧反应管为热解挥发物的加氢脱氧反应提供氢气。
为了尽量除去反应杂质，提高产物的产率，优选地，在加氢脱氧反应管的前后都加上气体过滤器，具体地，所述热解挥发物原位加氢脱氧反应系统还包括第一气体过滤器和第二气体过滤器，所述第一气体过滤器与加氢脱氧反应管的进气口相连，第二气体过滤器与加氢脱氧反应管的出气口相连。
优选地，所述生物质连续热解系统的出气口与第一气体过滤器相连，所述第二气体过滤器的出气口与冷井相连。
优选地，所述第二四通阀的氢气出气口通过第一气体过滤器与加氢脱氧反应管相连。
为了提高加氢脱氧反应管内的反应效率，优选地，所述加氢脱氧反应管的上端还设有催化剂加入口。
本实用新型所述生物质连续热解系统包括依次连接的进料器、料斗、柔性无轴绞龙输送器和炭箱，所述柔性无轴绞龙输送器位于生物质热解反应管内，生物质热解反应管的外围还设有加热装置。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型提供了一种生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置，是利用柔性无轴输送技术，解决传统螺旋输送装置将因热变形而与热解管发生机械干涉的技术难点，实现物料稳定输送和热解挥发物顺畅排出；利用氢气将热解挥发物引流至装有加氢脱氧催化剂的加氢脱氧系统，实现生物质热解挥发物原位加氢脱氧协同转烷基化过程；后续配备分级冷凝系统实现脱氧后液体目标产物的富集和气体产物的分离，同时将冷凝装置的收集的余热收集为加氢脱氧系统供能；分离后的热解气再经过化学链式循环系统，转化为纯氢气，为加氢脱氧的提供氢源；实现整个系统循环反复，实现加氢脱氧过程的氢气、能量的半自给自足。
附图说明
图1为实施例1所述装置的连接示意图（布局）。
图2为实施例所述装置的结构示意图。
图3为热解气化学链式循环产氢系统的连接示意图。
附图标记说明：1-生物质连续热解系统；2-热解挥发物原位加氢脱氧反应系统；3-热解产物冷凝系统；4-气体过滤装置；5-热解产物化学链式循环制氢系统；11-进料器；12-料斗；13-柔性无轴绞龙输送器；14-生物质热解反应管；15-炭箱；16-加热装置；21-加氢脱氧反应管；22-第一气体过滤器；23-第二气体过滤器；31-冷井；32-液体盛放器；33-气体出口管道；51-氧化态氧载体固定床反应器；52-还原态氧载体固定床反应器；53-第一四通阀；54-第二四通阀。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型专利作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型专利的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
本实施例提供了一种生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置，包括依次相连的生物质连续热解系统1、热解挥发物原位加氢脱氧反应系统2、热解产物冷凝系统3、气体过滤装置4和热解产物化学链式循环制氢系统5；所述热解挥发物原位加氢脱氧反应系统2包括加氢脱氧反应管21，热解产物冷凝系统3为冷井31，冷井31下端设有液体盛放器32，冷井31上端设有气体出口管道33，所述气体出口管道33与过滤装置4相连；所述热解产物化学链式循环制氢系统5包括氧化态氧载体固定床反应器51、还原态氧载体固定床反应器52、第一四通阀53和第二四通阀54，所述过滤装置4的出气口与第一四通阀53相连，第一四通阀53又分别与氧化态氧载体固定床反应器51、还原态氧载体固定床反应器52相连，氧化态氧载体固定床反应器51、还原态氧载体固定床反应器52的出气口也分别与第二四通阀54相连，所述第二四通阀54的氢气出气口还通向加氢脱氧反应管21。
所述装置的工作原理：在生物质连续热解系统1内热解后的生物质产生富含酚类衍生物的热解挥发物进入加氢脱氧反应管21进行加氢脱氧反应，反应后的气体进入冷井31，气体经冷凝后的液体滴入液体盛放器32，经过冷井31后的其余气体从冷井31上端的气体出口管道排出，进入气体过滤装置4，经过滤后的气体进入热解产物化学链式循环制氢系统5产生氢气，重新通过氢气出气口进入加氢脱氧反应管为热解挥发物的加氢脱氧反应提供氢气，从而使得系统循环反复进行。
所述第一四通阀53和第二四通阀54都是三位四通；两个固定床反应器装载的都是透气性良好，具有一定机械强度的新鲜氧载体，本实用新型所述经过气体过滤装置4后的气体进入热解产物化学链式循环制氢系统5产生氢气的原理如下：
调整第一四通阀53的换向阀，使得热解气进入氧化态氧载体固定床反应器51（2号反应器），水蒸气进入还原态氧载体固定床反应器52（1号反应器），同时将第二四通阀54的出气换向阀切换至CO2、水出口管道，两个固定床反应器中的还原态与氧化态氧载体准备就绪。同时向两个反应器中分别通入水蒸气与热解气体，就可以分别在氢气出气口与CO2出气口获得目标产物。待1号与2号反应器中的还原态与氧化态氧载体经过氧化还原反应完全后，分别转变为反应器1装载的是氧化态氧载体，反应器2装载的是还原态氧载体。此时进行第二步操作，即切换换向阀，将第一四通阀的换向阀调整，使得热解气进入1号反应器，水蒸气进入2号反应器，同时将第二四通阀的出气换向阀切换至CO2、水出口管道，同时向两个反应器中分别通入水蒸气与热解气体，就可以分别在氢气出气口与CO2出气口获得目标产物。在氧化与还原反应时间匹配合理的情况下，重复操作第一步与第二步就可以连续获得CO2与氢气出的产品气。当反应器处于氧化态时候，通入一定量的空气，保证氧载体完全氧化。此过程中的CO2进行分离收集，所获得的纯氢气通过氢气出气口进入加氢脱氧反应管为热解挥发物的加氢脱氧反应提供氢气。
为了尽量除去反应杂质，提高产物的产率，本实施例中，在加氢脱氧反应管21的前后都加上气体过滤器，具体地，所述热解挥发物原位加氢脱氧反应系统2还包括第一气体过滤器22和第二气体过滤器23，所述第一气体过滤器22与加氢脱氧反应管21的进气口相连，第二气体过滤器23与加氢脱氧反应管21的出气口相连。
本实施例中，所述生物质连续热解系统1的出气口与第一气体过滤器22相连，所述第二气体过滤器23的出气口与冷井31相连。
本实施例中，所述第二四通阀54的氢气出气口通过第一气体过滤器22与加氢脱氧反应管21相连。
为了提高加氢脱氧反应管21内的反应效率，本实施例中，所述加氢脱氧反应管21的上端还设有催化剂加入口。
所述生物质连续热解系统1包括依次连接的进料器11、料斗12、柔性无轴绞龙输送器13和炭箱15，所述柔性无轴绞龙输送器13位于生物质热解反应管14内，生物质热解反应管14的外围还设有加热装置16。
显然，本实用新型专利的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本实用新型专利所作的举例，而并非是对本实用新型专利实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型专利的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型专利权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置，其特征在于，包括依次相连的生物质连续热解系统（1）、热解挥发物原位加氢脱氧反应系统（2）、热解产物冷凝系统（3）、气体过滤装置（4）和热解产物化学链式循环制氢系统（5）；所述热解挥发物原位加氢脱氧反应系统（2）包括加氢脱氧反应管（21），热解产物冷凝系统（3）为冷井（31），冷井（31）下端设有液体盛放器（32），冷井（31）上端设有气体出口管道（33），所述气体出口管道（33）与过滤装置（4）相连；所述热解产物化学链式循环制氢系统（5）包括氧化态氧载体固定床反应器（51）、还原态氧载体固定床反应器（52）、第一四通阀（53）和第二四通阀（54），所述过滤装置（4）的出气口与第一四通阀（53）相连，第一四通阀（53）又分别与氧化态氧载体固定床反应器（51）、还原态氧载体固定床反应器（52）相连，氧化态氧载体固定床反应器（51）、还原态氧载体固定床反应器（52）的出气口也分别与第二四通阀（54）相连，所述第二四通阀（54）的氢气出气口还通向加氢脱氧反应管（21）。
2.根据权利要求1所述的生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置，其特征在于，所述热解挥发物原位加氢脱氧反应系统（2）还包括第一气体过滤器（22）和第二气体过滤器（23），所述第一气体过滤器（22）与加氢脱氧反应管（21）的进气口相连，第二气体过滤器（23）与加氢脱氧反应管（21）的出气口相连。
3.根据权利要求2所述的生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置，其特征在于，所述生物质连续热解系统（1）的出气口与第一气体过滤器（22）相连，所述第二气体过滤器（23）的出气口与冷井（31）相连。
4.根据权利要求2所述的生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置，其特征在于，所述第二四通阀（54）的氢气出气口通过第一气体过滤器（22）与加氢脱氧反应管（21）相连。
5.根据权利要求1至4任一项所述的生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置，其特征在于，所述加氢脱氧反应管（21）的上端还设有催化剂加入口。
6.根据权利要求1至4任一项所述的生物质热解挥发物加氢炼制单苯环类化合物的装置，其特征在于，所述生物质连续热解系统（1）包括依次连接的进料器（11）、料斗（12）、柔性无轴绞龙输送器（13）和炭箱（15），所述绞龙输送器柔性无轴绞龙输送器（13）位于生物质热解反应管（14）内，生物质热解反应管（14）的外围还设有加热装置（16）。
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CN115432667A (zh) * 2022-08-24 2022-12-06 中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华东电力试验研究院 一种生物质气化-化学链制氢装置及方法

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