CN211734266U - 一种生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置。所述装置包括依次连接的热解反应器、炭箱部件、加氢脱氧反应器、产物收集系统及尾气排放系统，以及供氢系统；其中供氢系统与热解反应器连接，为整个装置提供氢气；其中，所述热解反应器为两级无轴螺旋进料连续热解反应器；所述加氢脱氧反应器包括气态供氢部件和液态供氢部件。本实用新型所述装置通过设置供氢系统提供氢气，同时在炭箱部件下游设置加氢脱氧反应器，使得生物质经过热解后，产生的挥发物在氢气的气流作用下，顺利进入到加氢脱氧反应器，并在催化剂的作用下，发生加氢脱氧作用，生成烃类物质，从而提高生物油中烃类物质的含量，提高了生物油的质量。

Description

一种生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的 装置

技术领域

本实用新型属于热解制生物油技术领域，更具体地，涉及一种生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置。

背景技术

生物质热解技术是指将生物质原料置于绝氧或缺氧环境中加热升温到一定温度后，生物质发生热化学反应而分解形成生物炭、生物油和热解气的过程。生物油是热解过程中产生的挥发物冷凝得到的液体产物，含有大量化学物质，具备炼制平台化合物的潜力，但其组分极为复杂包括酸、酚、醛、醇、酮等，大量的含氧化合物导致其品质差，存在黏度高、热值低、腐蚀性强、化学稳定性差等不足，因此须对其进行提质改性实现高品位利用。催化加氢脱氧被认为是最有效的提质方法之一，能够将含氧化合物转化为碳氢化合物，使之转化为更易利用的化工原料或燃料烃。

目前常见的生物油加氢脱氧反应器包括高压反应釜和固定床反应器等，反应温度和压力条件要求高(573～873K，压力0.5～30MPa或更高)，对生物油冷凝后再进行的加氢脱氧提质反应增加了反应工序和能耗，存在设备要求高、烷基流失率高和氢源消耗大等难题。因此，将生物质热解挥发物直接进行常压下的在线催化加氢脱氧提质是目前存在问题的有效解决方案，通过本发明装置能够实现生物质热解挥发物直接在常压下的连续在线催化加氢脱氧反应炼制提质生物油，反应过程更为经济节能，提高生产效率且安全可靠。

但是目前催化加氢脱氧的过程都需要在加压条件下进行，例如，专利CN108423960A公开了污泥裂解加氢利用方法及装置，该装置包括干燥机、流化床反应器、旋风分离器和沸腾床反应器。该发明中，首先需要热裂解精制并分离获得裂解油，再进一步将裂解油在6-14MPa的压力下进行加氢处理，反应装置压力要求高，增加工序和能耗。专利CN201821829078.4公开了一种连续式生物油加氢脱氧制备燃料的装置，包含原料罐、气化室、反应装置和收集装置；其提出了通过氢供体作为代替氢源进行连续加氢脱氧的装置。该装置主要针对冷凝收集的生物油进行高压下的连续加氢脱氧，依然具有装置压力要求高，未解决生物质热解挥发物的在线常压加氢脱氧的问题。

虽然专利CN201621479068.3记载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。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；但是但该装置未涉及液态氢供体作为氢源的开发利用和改进的两级无轴螺旋进料输送方式，同时还存在循环供氢过程容易抑制热解挥发物排出等问题，在实际应用过程中，仍然存在一定问题，有待于进一步的完善。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置。所述装置通过在生物质连续热解器的炭箱的下游段增加加氢脱氧反应器，同时增加供氢系统，不仅为整个装置提供反应氛围，同时还能够加快热解产生的挥发物进入加氢脱氧反应器中，并进行加氢脱氧反应，促使挥发物原位转化为烃类物质，在不需要高压条件的情况下提高生物油的质量，降低了对设备的要求。

本实用新型上述目的通过以下技术方案实现：

一种生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置，包括依次连接的热解反应器、炭箱部件、加氢脱氧反应器、产物收集系统及尾气排放系统，以及供氢系统；其中供氢系统与热解反应器连接，为整个装置提供氢气；

其中，所述热解反应器为两级无轴螺旋进料连续热解反应器；

所述加氢脱氧反应器包括气态供氢部件和液态供氢部件。

优选地，所述两级无轴螺旋进料连续热解反应器包括相连接的一级进料器和二级进料器。

优选地，所述一级进料器和二级进料器之间通过透明的管道相连接。

更优选地，所述一级进料器包括进料器、第一进料控制部件和一级无轴螺旋进料器；其中所述第一进料控制部件用于控制物料在一级无轴螺旋进料器中的运输速度；所述一级无轴螺旋进料器一端与进料器相连接，另一端与二级进料器相连接。

更优选地，所述二级进料器包括第二进料控制部件和二级无轴螺旋进料器，所述第二进料控制部件用于控制物料在二级无轴螺旋进料器中运输的速度；所述二级无轴螺旋进料器一端与一级无轴螺旋进料器相连接，另一端与炭箱部件相连接。

优选地，所述第一进料控制部件包括第一驱动电机和第一轴承；所述第一驱动电机通过控制第一轴承，从而带动一级无轴螺旋进料器的螺旋杆转动，传输物料。

优选地，所述二级进料器包括第二驱动电机和第二轴承；所述第二驱动电机通过控制第二轴承，从而带动二级无轴螺旋进料器的螺旋杆转动，传输物料。

优选地，所述一级无轴螺旋进料器的两端还设有进气口和第一出料口；所述第一出料口与一级无轴螺旋进料器相连接。

优选地，所述二级无轴螺旋进料器的外层设有加热炉，其一端设有进料口和进液口，另一端设有第二出料口。

优选地，所述进料器与一级无轴螺旋进料器之间还设有第一阀门，用于控制物料的进料量和有效密封。

优选地，所述气态供氢部件包括依次通过进气管连接的氢气瓶、氢气报警器和氢气流量控制器；其中氢气流量控制器通过进气管与进气口相连接。

优选地，所述液态供氢部件包括进气管连接液态氢供体和蠕动泵；其中液态氢供体通过蠕动泵与进液口相连接。

更优选地，液态氢供体中存储的是甲醇。

优选地，炭箱部件包括炭箱主体、保温层、炭箱进料口、炭箱出料口和单向阀门；所述保温层设置在炭箱主体外层；所述炭箱进料口与第二出料口相连接；所述炭箱出料口通过单向阀门与加氢脱氧反应器相连接。

优选地，所述加氢脱氧反应器包括反应器主体、内管、催化剂储存器、温度控制器和出气口；所述温度控制器用于控制反应器主体，从而控制内管的温度；所述催化剂储存器设置在内管内，靠近炭箱部件的一端；所述出气口设置在内管另一端，与产物收集系统及尾气排放系统相连接。

优选地，所述产物收集系统及尾气排放系统包括第一冷凝管、收集容器、第二冷凝管和流量计；其中第一冷凝管一端与出气口相连接，另一端与收集容器相连接；第二冷凝管一端与收集容器相连接，另一端通过流量计排出整个装置。

优选地，所述产物收集系统及尾气排放系统在流量计的下游段还设有集气袋。

本实用新型提供的装置的工作原理为：生物质原料经由两级无轴螺旋送料系统进行连续热解，氢气或液态氢供体作为氢源与热解挥发物混合进入常压在线催化加氢脱氧反应器内进行加氢脱氧反应；反应后的气体产物进入产物收集系统及尾气排放系统中的冷凝装置内，经冷凝成为液体产物，从而收集下来，不可冷凝气体则经由流量计和集气袋排出整个装置。

本实用新型提供的装置的具体应用过程为：启动整个装置，物料进入一级进料器中，进料量可通过第一阀门进行控制；然后第一驱动电机通过第一轴承带动一级无轴螺旋进料器的螺旋杆转动，传输物料，将物料传输到二级进料器中，二级无轴螺旋进料器中进行加热，保证温度适于物料进行热解，第二驱动电机通过第二轴承控制二级无轴螺旋进料器的螺旋杆的转动速度，从而控制物料在二级无轴螺旋进料器中热解的时间；物料经过热解后，进入炭箱部件中，固体部分收集在炭箱本体中，而挥发物则经过炭箱出料口进入加氢脱氧反应器中，在氢气和催化剂存在条件下，挥发物在加氢脱氧反应器中进行加氢脱氧反应，生成烃类物质，最后在产物收集系统及尾气排放系统中冷凝成为液体的生物油，提高生物油中烃类物质的占比，从而提高了生物油的质量。

在这个装置运作过程中，气态供氢部件和液态供氢部件为整个装置内部输送氢气，一方面，可以推动生物质热解产生的挥发物进入炭箱，从而顺利进入加氢脱氧反应器中进行反应；另一方面，氢气进入加氢脱氧反应器中后，在催化剂存在的条件下，与挥发物发生反应，催化挥发物生成烃类物质。

由于气态供氢部件中采用的是纯的氢气，其成本较高，因此，为了降低成本，在气态供氢部件存在的同时，还增加了液态供氢部件，其中以甲醇作为氢供体，甲醇在蠕动泵的作用下，进入二级进料器中，在加热的条件下，分解得到氢离子，并随着气流进入加氢脱氧反应器中，在加氢脱氧反应中，参与反应，促进挥发物生成烃类物质。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述装置在通过在物料进料初始端就设置供氢系统提供氢气，同时在炭箱部件下游设置加氢脱氧反应器，使得生物质经过热解后，产生的挥发物在氢气的气流作用下，顺利进入到加氢脱氧反应器，并在催化剂的作用下，发生加氢脱氧作用，生成烃类物质，从而提高生物油中烃类物质的含量，提高了生物油的质量。本实用新型所述装置可以常压在线是的生物质热解产生的挥发物进行加氢脱氧反应，从而得到质量较好的生物油，而不需要将生物油生物油重新收集后，更换设备进行炼制，也不需要高压条件，在常压条件下，即可进行加氢脱氧反应，降低了对设备的要求。

本实用新型所述装置实用性强，可广泛地应用于生物质连续热解、农村分布式能源等农林废弃物热化学能源转化工艺中，应用前景广阔。

附图说明

图1为实施例1中所述装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来进一步说明本实用新型，但实施例并不对本实用新型做任何形式的限定。除非特别说明，本实用新型采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，本实用新型所用试剂和材料均为市购。

实施例1

一种生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置，其结构示意图如图1所示，包括依次连接的热解反应器、炭箱部件、加氢脱氧反应器、产物收集系统及尾气排放系统，以及供氢系统；其中供氢系统与热解反应器连接，为整个装置提供氢气；

其中，热解反应器为两级无轴螺旋进料连续热解反应器；

加氢脱氧反应器包括气态供氢部件和液态供氢部件。

两级无轴螺旋进料连续热解反应器包括相连接的一级进料器和二级进料器。

一级进料器和二级进料器之间通过透明的管道12相连接。

一级进料器包括进料器5、第一进料控制部件和一级无轴螺旋进料器91；其中第一进料控制部件用于控制物料在一级无轴螺旋进料器91中的运输速度；一级无轴螺旋进料器91一端与进料器5相连接，另一端与二级进料器相连接。

二级进料器包括第二进料控制部件和二级无轴螺旋进料器92，第二进料控制部件用于控制物料在二级无轴螺旋进料器92中运输的速度；二级无轴螺旋进料器92一端与一级无轴螺旋进料器91相连接，另一端与炭箱部件相连接。

第一进料控制部件包括第一驱动电机71和第一轴承81；第一驱动电机71通过控制第一轴承81，从而带动一级无轴螺旋进料器91的螺旋杆转动，传输物料。

二级进料器包括第二驱动电机72和第二轴承82；第二驱动电机72通过控制第二轴承82，从而带动二级无轴螺旋进料器92的螺旋杆转动，传输物料。

一级无轴螺旋进料器91的两端还设有进气口10和第一出料口11；第一出料口11与一级无轴螺旋进料器91相连接。

二级无轴螺旋进料器92的外层设有加热炉15，其一端设有进料口13和进液口14，另一端设有第二出料口16。

进料器5与一级无轴螺旋进料器91之间还设有第一阀门6，用于控制物料的进料量。

气态供氢部件包括依次通过进气管连接的氢气瓶1、氢气报警器2和氢气流量控制器3；其中氢气流量控制器3通过进气管与进气口10相连接。

液态供氢部件包括进气管连接液态氢供体4和蠕动泵41；其中液态氢供体4通过蠕动泵41与进液口14相连接。

液态氢供体4中存储的是甲醇。

炭箱部件包括炭箱主体17、保温层18、炭箱进料口19、炭箱出料口20和单向阀门21；保温层18设置在炭箱主体17外层；炭箱进料口19与第二出料口16相连接；炭箱出料口20通过单向阀门21与加氢脱氧反应器相连接。

加氢脱氧反应器包括反应器主体22、内管23、催化剂储存器24、温度控制器25和出气口26；温度控制器25用于控制反应器主体22，从而控制内管23的温度；催化剂储存器24设置在内管23内，靠近炭箱部件的一端；出气口26设置在内管23另一端，与产物收集系统及尾气排放系统相连接。

产物收集系统及尾气排放系统包括第一冷凝管27、收集容器28、第二冷凝管29和流量计30；其中第一冷凝管27一端与出气口26相连接，另一端与收集容器28相连接；第二冷凝管29一端与收集容器28相连接，另一端通过流量计30排出整个装置。

产物收集系统及尾气排放系统在流量计30的下游段还设有集气袋31。

本实施例提供的装置的工作原理为：生物质原料经由两级无轴螺旋送料系统进行连续热解，氢气或液态氢供体作为氢源与热解挥发物混合进入常压在线催化加氢脱氧反应器内进行加氢脱氧反应；反应后的气体产物进入产物收集系统及尾气排放系统中的冷凝装置内，经冷凝成为液体产物，从而收集下来，不可冷凝气体则经由流量计和集气袋排出整个装置。

本实施例提供的装置的具体应用过程为：启动整个装置，物料进入一级进料器中，进料量可通过第一阀门6进行控制；然后第一驱动电机71通过第一轴承81带动一级无轴螺旋进料器91的螺旋杆转动，传输物料，将物料传输到二级进料器中，二级无轴螺旋进料器92中进行加热，保证温度适于物料进行热解，第二驱动电机72通过第二轴承82控制二级无轴螺旋进料器92的螺旋杆的转动速度，从而控制物料在二级无轴螺旋进料器92中热解的时间；物料经过热解后，进入炭箱部件中，固体部分收集在炭箱本体中，而挥发物则经过炭箱出料口20进入加氢脱氧反应器中，在氢气和催化剂存在条件下，挥发物在加氢脱氧反应器中进行加氢脱氧反应，生成烃类物质，最后在产物收集系统及尾气排放系统中冷凝成为液体的生物油，提高生物油中烃类物质的占比，从而提高了生物油的质量。

在这个装置运作过程中，气态供氢部件和液态供氢部件为整个装置内部输送氢气，一方面，可以推动生物质热解产生的挥发物进入炭箱，从而顺利进入加氢脱氧反应器中进行反应；另一方面，氢气进入加氢脱氧反应器中后，在催化剂存在的条件下，与挥发物发生反应，催化挥发物生成烃类物质。

由于气态供氢部件中采用的是纯的氢气，其成本较高，因此，为了降低成本，在气态供氢部件存在的同时，还增加了液态供氢部件，其中以甲醇作为供氢体，甲醇在蠕动泵的作用下，进入二级进料器中，在加热的条件下，解离成为氢离子，并随着气流进入加氢脱氧反应器中，在加氢脱氧反应中，参与反应，促进挥发物生成烃类物质。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路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。凡在本实用新型的精神和原则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权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置，其特征在于，包括依次连接的热解反应器、炭箱部件、加氢脱氧反应器、产物收集系统及尾气排放系统，以及供氢系统；其中供氢系统与热解反应器连接，为整个装置提供氢气；

其中，所述热解反应器为两级无轴螺旋进料连续热解反应器；

所述加氢脱氧反应器包括气态供氢部件和液态供氢部件。

2.根据权利要求1所述生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置，其特征在于，所述两级无轴螺旋进料连续热解反应器包括相连接的一级进料器和二级进料器；一级进料器和二级进料器之间通过透明的管道(12)相连接；

所述一级进料器包括进料器(5)、第一进料控制部件和一级无轴螺旋进料器(91)；其中所述第一进料控制部件用于控制物料在一级无轴螺旋进料器(91)中的运输速度；所述一级无轴螺旋进料器(91)一端与进料器(5)相连接，另一端与二级进料器相连接；

所述二级进料器包括第二进料控制部件和二级无轴螺旋进料器(92)，所述第二进料控制部件用于控制物料在二级无轴螺旋进料器(92)中运输的速度；所述二级无轴螺旋进料器(92)一端与一级无轴螺旋进料器(91)相连接，另一端与炭箱部件相连接。

3.根据权利要求2所述生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置，其特征在于，所述第一进料控制部件包括第一驱动电机(71)和第一轴承(81)；所述第一驱动电机(71)通过控制第一轴承(81)，从而带动一级无轴螺旋进料器(91)的螺旋杆转动，传输物料；

所述二级进料器包括第二驱动电机(72)和第二轴承(82)；所述第二驱动电机(72)通过控制第二轴承(82)，从而带动二级无轴螺旋进料器(92)的螺旋杆转动，传输物料。

4.根据权利要求3所述生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置，其特征在于，所述一级无轴螺旋进料器(91)的两端还设有进气口(10)和第一出料口(11)；所述第一出料口(11)与一级无轴螺旋进料器(91)相连接；

所述二级无轴螺旋进料器(92)的外层设有加热炉(15)，其一端设有进料口(13)和进液口(14)，另一端设有第二出料口(16)。

5.根据权利要求4所述生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置，其特征在于，所述进料器(5)与一级无轴螺旋进料器(91)之间还设有第一阀门(6)，用于控制物料的进料量。

6.根据权利要求5所述生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置，其特征在于，所述气态供氢部件包括依次通过进气管连接的氢气瓶(1)、氢气报警器(2)和氢气流量控制器(3)；其中氢气流量控制器(3)通过进气管与进气口(10)相连接；

所述液态供氢部件包括进气管连接液态氢供体(4)和蠕动泵(41)；其中液态氢供体(4)通过蠕动泵(41)与进液口(14)相连接。

7.根据权利要求6所述生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置，其特征在于，炭箱部件包括炭箱主体(17)、保温层(18)、炭箱进料口(19)、炭箱出料口(20)和单向阀门(21)；所述保温层(18)设置在炭箱主体(17)外层；所述炭箱进料口(19)与第二出料口(16)相连接；所述炭箱出料口(20)通过单向阀门(21)与加氢脱氧反应器相连接。

8.根据权利要求7所述生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置，其特征在于，所述加氢脱氧反应器包括反应器主体(22)、内管(23)、催化剂储存器(24)、温度控制器(25)和出气口(26)；所述温度控制器(25)用于控制反应器主体(22)，从而控制内管(23)的温度；所述催化剂储存器(24)设置在内管(23)内，靠近炭箱部件的一端；所述出气口(26)设置在内管(23)另一端，与产物收集系统及尾气排放系统相连接。

9.根据权利要求8所述生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置，其特征在于，所述产物收集系统及尾气排放系统包括第一冷凝管(27)、收集容器(28)、第二冷凝管(29)和流量计(30)；其中第一冷凝管(27)一端与出气口(26)相连接，另一端与收集容器(28)相连接；第二冷凝管(29)一端与收集容器(28)相连接，另一端通过流量计(30)排出整个装置。

10.根据权利要求9所述生物质连续热解挥发物常压在线加氢脱氧炼制生物油的装置，其特征在于，所述产物收集系统及尾气排放系统在流量计(30)的下游段还设有集气袋(31)。

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