生物质催化裂解系统的制作方法

1.本实用新型属于生物质资源能源化利用技术领域，具体涉及一种生物质催化裂解系统。

背景技术：

2.生物质能利用是可再生能源技术领域的重要组成部分，相对于风能、水能、太阳能和潮汐能等，生物质能是一种便于储存和运输的可再生能源，同时也是唯一可生产固、液、气三类能源的可再生能源。生物质资源不仅可以用于发电和供热，更可以通过先进炼制技术用于生产可再生液体燃料、化工品和新材料，加快关键技术攻关，对节能降碳发展意义重大。
3.农林生物质资源主要包括农业剩余物、林业加工剩余物、速生能源作物等，其组分以纤维素、半纤维素和木质素为主，在一定温度条件下可发生裂解反应，生成高温油气和炭，其中油气通过后续分离系统得到生物油和干气，生物油可用于进一步精炼制备运输燃料或工品。炭可用于调配有机肥料或制备吸附材料。
4.传统生物质热裂解反应器主要包括旋转堆、固定床、回转炉、流化床等，这些反应器都能完成生物质的裂解过程。由于这几种反应器结构、传热方式、目标产品不同，其产品种类、质量、系统能耗等不同，对原料预处理要求也不同。旋转堆反应器对生物质原料的热解过程依靠反应器自身产生的动能转化为热能的形式完成，而反应器自身的动能需要消耗大量化石燃料完成，造成反应过程的能量不平衡，直接提高了操作成本。固定床反应器和回转炉多用于生产生物炭，其特点是装置结构简单，操作简便，产品易获得，目前产品主要用于调配炭基有机肥，国内外应用案例已较多，但受反应器结构限制，无法用于完成催化裂解过程。流化床反应器主要包括上行式流化床和下行式流化床，目前这两种反应器均有示范应用，可以有效完成生物质热裂解过程，主要用于生产生物质焦油和燃气，但由于生物质焦油含氧量高且与水互溶，后续精制加工难度大，燃气热值也偏低，约为天然气热值的三分之一。常规的生物质热解反应系统已经无法提升产品品质。随着技术进步和市场需求发生改变，目前国内外以生物质制备可再生化工品为研究热点，其中生物质催化裂解技术是重要方向之一，传统的固定床和流化床反应器可以完成试验研究，但都无法实现原料和催化剂之间的连续反应及再生过程，也就无法实现进一步技术放大，因此，亟需开发一种可以规模化放大的生物质催化裂解反应系统，推动生物质高值化利用技术的产业化发展。

技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种生物质催化裂解系统，可实现生物质催化裂解连续反应再生过程，工艺流程简单，操作简便，易于规模化放大，可用于处理单种或多种混合的农林生物质原料。
6.具体而言，本实用新型首先提供了一种生物质催化裂解系统，包括裂解反应器，所述裂解反应器1的下部设有生物质原料进口s1，顶部出口与沉降器3连接；
7.所述沉降器3的内部设有第一旋风分离器4，所述第一旋风分离器4的顶部设有油气出口s2；
8.所述沉降器3的底部为汽提段5，所述汽提段5的底部贯穿再生器6的顶部，并经待生立管9与再生器6连接，所述待生立管9完全置于再生器6内，所述沉降器3和所述再生器6以待生立管9为轴同轴布置；
9.所述再生器6的底部设有主风入口s4，内部设有第二旋风分离器7，所述第二旋风分离器7的顶部设有烟气出口s3；
10.所述再生器6的内部还设有二段密相床8，所述二段密相床8的底部通过斜管与所述裂解反应器1的底部连接，所述斜管在与所述二段密相床8相连的一端设有提升蒸汽入口s5。
11.本实用新型提供的生物质催化裂解系统对原料的适应性强，可用于处理农作物秸秆、木屑、速生植物等多种农林生物质及其混合物；按同轴的方式设计沉降器和再生器，布置紧凑，省掉反应器框架，占地面积小；裂解产物中的炭与失活催化剂在再生器中混合烧焦，提供所需热量，使得本实用新型在正常操作状态下不再消耗外供其它能源，实现生物质自热式催化裂解过程。
12.作为优选，所述裂解反应器1为提升管式反应器。采用提升管式反应器，不仅可以实现生物质催化裂解过程的高效传质传热，还可以通过气速控制反应深度，避免二次裂解等副反应。
13.作为优选，所述裂解反应器1的顶部出口通过气固分离器2与沉降器3连接。
14.进一步优选的，所述气固分离器2为l型气固分离器。
15.作为优选，所述待生立管9的底部出口处设置有塞阀。
16.进一步优选，所述塞阀的锥形阀头设于再生器底部。本实用新型待生立管中的催化剂流量由塞阀控制，不用滑阀，控制催化剂流量的锥形阀头直接伸入再生器底部，催化剂的藏量大，立管蓄压高，可以灵活调节催化剂循环量，控制反应温度，实现稳定安全的连续操作。
17.作为优选，所述再生器6为鼓泡床式反应器。
18.作为优选，所述第一旋风分离器4和第二旋风分离器7均采用锥形圆筒结构，侧面进气，顶部出气。
19.本实用新型还提供一种采用上述生物质催化裂解系统进行生物质催化裂解的方法，包括以下步骤：
20.经过粉碎烘干后的生物质原料通过生物质原料进口s1进入裂解反应器1下部，在催化剂作用下发生催化裂解反应；
21.反应产物从裂解反应器1顶部经气固分离器2气固分离后，进入沉降器3，然后经过第一旋风分离器5做进一步气固分离，油气产品从油气出口s2排出催化裂解系统，进入后续分离系统；
22.与油气产品分离的失活催化剂及炭产物经汽提段5进一步收集附着在表面的油气后，经待生立管9进入再生器6进行烧焦再生，烧焦主风从再生器6底部的主风入口s4引入，产生的烟气和再生催化剂经过第二旋风分离器7分离后，由烟气出口s3排出催化裂解系统；
23.再生催化剂经过二段密相床8，被通过提升蒸汽入口s5进入的提升蒸汽带入裂解
反应器1下部，再次与新鲜原料发生新的催化裂解反应。
24.作为优选，所述生物质原料选自秸秆、木屑、竹片中的一种或多种的混合物。
25.作为优选，所述生物质原料与所述催化剂质量流量比为1:5～1:10；最优选为1:6。
26.作为优选，所述裂解反应器1的操作压力为0.1～0.4mpa(表压)，操作温度为450～550℃，平均操作气速为5～10m/s，反应时间为3～5s。最优化操作参数为：操作压力0.15mpa(表压)，操作温度550℃，平均操作气速6m/s，反应时间为4s。
27.作为优选，所述沉降器3的操作气速为0.1-0.5m/s；最优选为操作气速0.1m/s。
28.作为优选，所述再生器6的操作压力为0.2-0.5mpa(表压)，操作温度650-750℃，操作气速0.2-0.6m/s。最优化操作参数为：操作压力0.2mpa(表压)，操作温度700℃，操作气速0.3m/s。
29.本实用新型的有益效果在于：
30.1)本实用新型提供的生物质催化裂解系统，对原料的适应性强，可用于处理农作物秸秆、木屑、速生植物等多种农林生物质及其混合物。
31.2)本实用新型提供的生物质催化裂解系统，按同轴的方式设计沉降器和再生器，布置紧凑，省掉反应器框架，占地面积小。
32.3)本实用新型提供的生物质催化裂解系统，采用提升管作为裂解反应器，不仅可以实现生物质催化裂解过程的高效传质传热，还可以通过气速控制反应深度，避免二次裂解等副反应。
33.4)本实用新型提供的生物质催化裂解系统，裂解产物中的炭与失活催化剂混合烧焦，提供所需热量，使得本实用新型在正常操作状态下不再消耗外供其它能源，实现生物质自热式催化裂解过程。
34.5)本实用新型提供的生物质催化裂解系统，待生立管中的催化剂流量由塞阀控制，不用滑阀，控制催化剂流量的锥形阀头直接伸入再生器底部，催化剂的藏量大，立管蓄压高，可以灵活调节催化剂循环量，控制反应温度，实现稳定安全的连续操作。
附图说明
35.图1为本实用新型生物质催化裂解系统的示意图。附图标记说明：
36.1—裂解反应器，2—气固分离器，3—沉降器，4—第一旋风分离器，5—汽提器，6—再生器，7—第二旋风分离器，8—二段密相床，9—待生立管；s1—原料入口，s2—油气出口，s3—烟气出口，s4—主风入口，s5—提升蒸汽入口。
具体实施方式
37.以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。在不背离本实用新型精神和实质的情况下，对本实用新型方法、步骤或条件所做的修改或替换，均属于本实用新型的范围。
38.实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所有试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
39.实施例1
40.如图1所示，一种同轴式生物质催化裂解系统，包括：裂解反应器1，快速分离器2，反应沉降器3，第一旋风分离器4和第二旋风分离器7，汽提器5，再生器6，二段密相床8，待生立管9，原料入口s1，反应油气出口s2，烟气出口s3，主风入口s4，提升蒸汽入口s5。裂解反应器顶部与反应沉降器连接，反应沉降器与再生器连接，形成同轴式一体化设备结构，反应沉降器内部装有快速分离器和第一旋风分离器4，下部装有汽提段，汽提段下部连接待生立管，待生立管完全置于再生器内部，同时再生器内部还装有第二旋风分离器7、二段密相床，二段密相床下部通过斜管与提升管下部连接。在反应器下部设有原料进口，在反应沉降器上部设有油气出口，在再生器侧面设有烟气出口，下部设有烧焦用主风进口。
41.其中：
42.所述的裂解反应器1为提升管式反应器，第一旋风分离器4和快速分离器2安装于其内部。
43.所述的再生器6为鼓泡床式反应器，内部安装有第二旋风分离器7、二段密相床8、待生立管9等。
44.所述的第一旋风分离器4和第二旋风分离器7均采用上部圆筒下部椎体结构，侧面进气，顶部出气。
45.所述的快速分离器2为l型快速分离器。
46.裂解反应器1顶部与反应沉降器3连接，反应沉降器3与再生器6连接，形成同轴式一体化设备结构，反应沉降器3内部装有快速分离器2和第一旋风分离器4，下部装有汽提段5，汽提段5下部连接待生立管9，待生立管9完全置于再生器6内部，同时再生器6内部还装有第二旋风分离器7、二段密相床8，二段密相床8下部通过斜管与裂解反应器1下部连接。在反应器下部设有原料进口s1，在反应沉降器3上部设有油气出口s2，在再生器6侧面设有烟气出口s3，下部设有烧焦用主风进口s4。
47.将生物质原料粉碎成颗粒，80wt％以上颗粒粒径满足100-200微米；在转筒烘干炉中以90℃烘焙5小时以上，使其含水量低于15wt％。
48.选用分子筛作为催化剂，80wt％以上颗粒粒径满足80-120微米。
49.经过粉碎烘干后的生物质原料通过s1从裂解反应器1下部进入，反应器的操作压力0.15mpa(表)，操作温度550℃，操作气速5m/s，原料与催化剂质量流量比为1:6，反应时间4s。在以上操作条件下，原料在催化剂作用下发生催化裂解反应。反应产物从裂解反应器1顶部离开经快速分离器2后，进入反应沉降器3，然后经过第一旋风分离器4做进一步气固分离后油气产品从s2处排出反应系统进入后续分离系统。与油气分离的失活催化剂及炭产物经汽提段5进一步收集附着在表面的油气后，经待生立管9进入再生器6进行烧焦再生，烧焦主风从再生器底部s4处引入，再生器操作压力0.2mpa(表)，操作温度700℃，操作气速0.3m/s，烟气和再生催化剂经过第二旋风分离器7分离后，由s3处排出再生器；再生催化剂经过二段密相床8，被提升蒸汽s5提升进入反应器1下部，再次与新鲜原料s1发生新的催化裂解反应。
50.以上的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种生物质催化裂解系统，其特征在于，包括裂解反应器，所述裂解反应器(1)的下部设有生物质原料进口(s1)，顶部出口与沉降器(3)连接；所述沉降器(3)的内部设有第一旋风分离器(4)，所述第一旋风分离器(4)的顶部设有油气出口(s2)；所述沉降器(3)的底部为汽提段(5)，所述汽提段(5)的底部贯穿再生器(6)的顶部，并经待生立管(9)与再生器(6)连接，所述待生立管(9)完全置于再生器(6)内，所述沉降器(3)和所述再生器(6)以待生立管(9)为轴同轴布置；所述再生器(6)的底部设有主风入口(s4)，内部设有第二旋风分离器(7)，所述第二旋风分离器(7)的顶部设有烟气出口(s3)；所述再生器(6)的内部还设有二段密相床(8)，所述二段密相床(8)的底部通过斜管与所述裂解反应器(1)的底部连接，所述斜管在与所述二段密相床(8)相连的一端设有提升蒸汽入口(s5)。2.根据权利要求1所述的生物质催化裂解系统，其特征在于，所述裂解反应器(1)为提升管式反应器。3.根据权利要求1所述的生物质催化裂解系统，其特征在于，所述裂解反应器(1)的顶部出口通过气固分离器(2)与沉降器(3)连接。4.根据权利要求3所述的生物质催化裂解系统，其特征在于，所述气固分离器(2)为l型气固分离器。5.根据权利要求1所述的生物质催化裂解系统，其特征在于，所述待生立管(9)的底部出口处设置有塞阀。6.根据权利要求5所述的生物质催化裂解系统，其特征在于，所述塞阀的锥形阀头设于再生器底部。7.根据权利要求1所述的生物质催化裂解系统，其特征在于，所述再生器(6)为鼓泡床式反应器。8.根据权利要求1所述的生物质催化裂解系统，其特征在于，所述第一旋风分离器(4)和第二旋风分离器(7)均采用锥形圆筒结构，侧面进气，顶部出气。

技术总结

本实用新型属于生物质资源能源化利用技术领域，具体涉及一种生物质催化裂解系统。该物质催化裂解系统包括裂解反应器，所述裂解反应器的下部设有生物质原料进口，顶部出口与沉降器连接；所述沉降器的内部设有第一旋风分离器，所述第一旋风分离器的顶部设有油气出口；所述沉降器的底部为汽提段，所述汽提段的底部贯穿再生器的顶部，并经待生立管与再生器连接，所述待生立管完全置于再生器内，所述沉降器和所述再生器以待生立管为轴同轴布置。可实现生物质催化裂解连续反应再生过程，工艺流程简单，操作简便，易于规模化放大，可用于处理单种或多种混合的农林生物质原料。种或多种混合的农林生物质原料。种或多种混合的农林生物质原料。