[發(fā)明專利]生物質(zhì)梯度熱解、分步收集制備燃料和化學(xué)品的裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110139350.2
• 申請(qǐng)日: 2011-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN102226095A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳洪章;彭小偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號(hào): C10G1/00
• 分類號(hào): C10G1/00;C10B53/02;C10B57/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)原料高值利用領(lǐng)域，特別涉及生物質(zhì)梯度熱解、分步收集制備燃料和化學(xué)品的裝置和方法。

背景技術(shù)

生物質(zhì)指所有通過光合作用將太陽(yáng)能和二氧化碳轉(zhuǎn)化而形成的有機(jī)物質(zhì)，或光合產(chǎn)物間接形成的動(dòng)物物質(zhì)及其代謝物。包括植物、動(dòng)物、微生物及其衍生出來(lái)的物質(zhì)。生物質(zhì)可轉(zhuǎn)化成人類所需的能源、材料、化學(xué)品，但目前人類只利用了生物質(zhì)的小部分只要是糧食和木材等，大部分生物質(zhì)被廢棄或低值使用，在人類資源、能源危機(jī)和日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題的今天，生物質(zhì)的高值化利用對(duì)于實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重的作用。必須利用可再生的生物質(zhì)資源取代石油資源，生產(chǎn)人類所需的能源、材料、化學(xué)品和其他物品。生物基產(chǎn)品的不斷開發(fā)和生產(chǎn)對(duì)于減少對(duì)化石資源的依賴性以及改善人類的生存環(huán)境和生活質(zhì)量具有重要的意義。

熱解是生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化的方式之一，是在完全無(wú)氧或含氧極少因而氧化反應(yīng)極為有限的情況下的熱降解反應(yīng)，是較具前景和較為經(jīng)濟(jì)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品的技術(shù)。生物質(zhì)的熱解是復(fù)雜的化學(xué)過程，包含分子鍵斷裂、異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng)。通過裂解生物質(zhì)中的碳?xì)浠衔锒伎赊D(zhuǎn)化為能源形式，生物質(zhì)熱解后形成三種產(chǎn)物：液體(生物油)，固體(焦炭)，氣體(可燃?xì)?。一般研究者將注意力集中在生物油的生產(chǎn)和利用上。生物質(zhì)的組成，所采用的熱解技術(shù)和熱解反應(yīng)參數(shù)(溫度、傳熱速率、壓力、停留時(shí)間等)決定了熱解產(chǎn)物的組成和比例。

生物質(zhì)組分復(fù)雜，主要包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、油脂、蛋白、淀粉等，目前生物熱解的方式主要是各組分在相同的溫度下熱解，產(chǎn)生成分復(fù)雜的產(chǎn)物，對(duì)于后續(xù)的分離、精制和利用造成巨大的挑戰(zhàn)，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程非常緩慢，目前熱解產(chǎn)生的生物油不能用作車用燃料，熱解油中的化合物由于組分復(fù)雜而難以分離。事實(shí)上生物質(zhì)不同組分的熱穩(wěn)定性差異較大，熱解產(chǎn)生的物質(zhì)也不相同，利用這些特性，本發(fā)明提供一種生物質(zhì)梯度熱解、分步收集制備燃料和化學(xué)品的裝置和方法。梯度熱解是生物質(zhì)在溫度梯度上升的條件下熱解，根據(jù)生物質(zhì)原料的特性設(shè)置多個(gè)溫度梯度和各個(gè)溫度的保留時(shí)間，如180℃保留4min，280℃保留10min，500℃保留15min等，讓生物質(zhì)熱穩(wěn)定性差異的各組分在不同的溫度下分別熱降解。分步收集是利用多個(gè)液體收集瓶，分步收集不同熱解階段產(chǎn)生的產(chǎn)物，對(duì)熱解產(chǎn)物進(jìn)行了初分離，避免了熱解產(chǎn)物完全混合在一起、組分復(fù)雜難以分離的問題。

發(fā)明內(nèi)容

【本發(fā)明的目的】本發(fā)明的目的是針對(duì)復(fù)雜生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的熱解油組分復(fù)雜難以利用的問題，提供一種生物質(zhì)梯度熱解、分步收集制備燃料和化學(xué)品的裝置和方法。

【技術(shù)方案】本發(fā)明針對(duì)生物質(zhì)傳統(tǒng)熱解方法產(chǎn)生的熱解油組分復(fù)雜難以利用的問題，提出了生物質(zhì)梯度熱解、分步收集制備燃料和化學(xué)品技術(shù)方案，包括相應(yīng)的裝置和方法。

首先提供了一種生物質(zhì)梯度熱解、分步收集制備燃料和化學(xué)品的裝置。該裝置由固定床熱解反應(yīng)器(1)、列管式冷凝器(8)、液體收集瓶(11)、二級(jí)冷凝系統(tǒng)(12)、和真空泵系統(tǒng)組成，固定床熱解反應(yīng)器(1)由電加熱系統(tǒng)(111)供熱，通過溫控儀(3)和熱電耦(112)控制熱解溫度，由法蘭(113)密封，反應(yīng)器內(nèi)部有絲網(wǎng)筐(2)用于裝載熱解物料、底部接有氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)，包括氮?dú)馄?7)、流量計(jì)(6)、進(jìn)氣閥(5)和氮?dú)忸A(yù)熱裝置(4)，列管式冷凝器(8)冷卻的液體通過一級(jí)冷凝管(18)進(jìn)入液體收集瓶(11)，二級(jí)冷凝管(19)與二級(jí)冷凝系統(tǒng)(12)相連，一級(jí)冷凝管(18)和二級(jí)冷凝管(19)分別配有一級(jí)冷凝閥(9)和二級(jí)冷凝閥(10)，二級(jí)冷凝系統(tǒng)(12)浸泡在冰水(13)中，真空抽氣系統(tǒng)包括真空泵(17)、真空表(16)、和干燥器(15)。

其中絲網(wǎng)筐為不銹鋼材質(zhì)，用于裝載熱解物料，網(wǎng)的孔徑為0.1mm-5mm，裝載熱解物料后放入反應(yīng)器，其直徑比反應(yīng)器內(nèi)徑小5-10mm，高度是反應(yīng)器的三分之一至十分之一，多個(gè)熱解筐層積在熱解反應(yīng)器內(nèi)，避免熱解物料堆積過緊導(dǎo)致熱解不均一的問題，同時(shí)保證了熱解氣體的順利排出。

為了方便液體收集瓶的更換，達(dá)到分步收集的目的，設(shè)計(jì)了一級(jí)冷凝管(18)通過分叉與A號(hào)位和B號(hào)位2個(gè)液體收集瓶(11)相連，液體收集瓶用膠塞(14)密閉，膠塞(14)上插有一級(jí)冷凝管(18)和二級(jí)冷凝管(19)使液體收集瓶(11)與二級(jí)冷凝系統(tǒng)(12)連通。