生物质选择性热解-梯级转化制备航空燃油的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种生物质选择性热解-梯级转化制备航空燃油的装置及方法。该装置包括：质选择性热解系统，低碳烯烃齐聚加氢系统和芳香烃和烷烃混合系统；生物质选择性热解系统的进口是该装置的生物质进口，气相出口与低碳烯烃齐聚加氢系统中的烯烃催化齐聚加氢反应器入口相连接，生物质选择性热解系统的油相出口与芳香烃和烷烃混合系统中的芳香烃分流器的入口相连接；低碳烯烃齐聚加氢系统中的烷烃液体出口与芳香烃和烷烃混合系统中的搅拌混合器的入口相连接；芳香烃和烷烃混合系统的液体出口是该装置的芳香烃和航空煤油出口。本发明专利技术梯级转化方法将生物质的选择性热解与烯烃的齐聚加氢反应结合在一起，提高了生物质的利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于固体燃料热解和烯烃齐聚加氢领域，涉及生物质选择性热解及所制备 的烯烃齐聚加氢方法与装置。
技术介绍
由于化石燃料资源的日益枯竭和由其带来的环境污染问题的加剧，可再生能源变 得愈加重要。生物质作为唯一一种可再生碳源，弥补了太阳能及核能无法制备液体燃料和 化工产的缺陷，已成为一种重要的替代石油的原材料。生物质可通过催化热解的方式制备 芳香烃和低碳烯烃等产物，该过程在常压和中温下进行，工艺简单，目标产物产率较高。该 过程中芳香烃可以通过冷凝收集，但是烯烃在气相产物中，由于热解也会产生C0和C02气 体，烯烃浓度在气体产物中并不高，并且成分复杂，很难分离使用。 航空燃油对碳链的长度有一定要求，同时也许满足一定的抗爆性、挥发性、流动 性、抗腐蚀性和清洁度。航空汽油主要由碳链长度为C10-C16的烷烃和芳香烃按照一定比 例组成，其中芳香烃主要用来增加汽油的辛烷值，增强其抗爆性。目前航空燃油主要通过石 油精馏炼制而成。我国石油资源匮乏，石油进口量已经连续4年超过了 50%的警戒线，严重 威胁着我国能源安全。如何采用可再生能源替代石油制备航空燃料是目前研究的热点。可 再生能源中生物质是唯一一种可以制备航空燃料的有机碳来源。目前从生物质中制备航空 用油主要是生产其中的烷烃，采用的工艺是先水解制备糖类化合物，然后对糖类化合物在 高压，贵金属催化剂Pt/Al203或者Ru/A1203等作用下加氢制备烷烃。该技术具有水解周期 长、工艺复杂、设备占地面广和催化剂成本较高的缺点，一直没有被工业化应用。 因此，采用新方法克服现有技术的缺点，全组分制备航空燃油，十分迫切。 目前技术仅能够从生物质中制备航空用油中的烷烃组分，并且烷烃组分是通过生 物质水解、贵金属催化剂作用下高压加氢获得，该过程周期长、工艺复杂、设备占地面广和 投资成本高等缺点。亟需开发处理周期短，工艺简单，能够制备全组分航空燃油的新技术。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种生物质选择性热解-梯级转化制备航空燃油 的装置及方法，采用生物质催化热解的方法制备芳香烃和低碳烯烃，该过程在常压下进行， 并且生物质在1分钟之内即可转化成目标产品，处理周期短，工艺简单。低碳烯烃在一个 反应器内同时完成齐聚和加氢反应制备烷烃，然后将烷烃和芳香烃混合制备全组分航空燃 油，实现生物质的梯级转化。 技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术使用的技术方案如下： 本专利技术的一种生物质选择性热解-梯级转化制备航空燃油的装置，该装置包括： 生物质选择性热解系统，用于将生物质催化热解制备芳香烃和低碳烯烃，同时实 现催化剂的再生和热解热量的供给； 低碳烯烃齐聚加氢系统，用来将生物质选择性热解系统产生的低碳烯烃齐聚加氢 制备烷烃燃料，同时实现齐聚加氢催化剂的再生； 芳香烃和烷烃混合系统，用于按照比例，充分混合芳香烃和烷烃，制成航空用油； 所述生物质选择性热解系统的进口是该装置的生物质进口，气相出口与低碳烯烃 齐聚加氢系统中的烯烃催化齐聚加氢反应器入口相连接，生物质选择性热解系统的油相出 口与芳香烃和烷烃混合系统中的芳香烃分流器的入口相连接；低碳烯烃齐聚加氢系统中的 烷烃液体出口与芳香烃和烷烃混合系统中的搅拌混合器的入口相连接；所述芳香烃和烷烃 混合系统的液体出口是该装置的芳香烃和航空煤油出口。 所述生物质选择性热解系统包括选择性热解反应器、旋风分离器、催化剂再生反 应器、产物冷凝器和油水分离器，其中选择性热解反应器（1)的进口为生物质选择性热解 系统（I)的进口，选择性热解反应器出口与旋风分离器的入口相连，旋风分离器的上出口 与产物冷凝器的入口相连，产物冷凝器的液相出口与油水分离器的入口相连，旋风分离器 的下出口与催化剂再生反应器的入口相连，催化剂再生反应器的出口与选择性热解反应器 的催化剂入口相连，产物冷凝器的气相出口为生物质选择性热解系统的气相出口，油水分 离器（5)的油相出口为生物质选择性热解系统（I)的油相出口。 所述低碳烯烃齐聚加氢系统包括烯烃催化齐聚加氢反应器、气液固三相分离器、 催化剂再生反应器、催化剂储槽、氢气储罐和氢气压缩机，其中烯烃催化齐聚加氢反应器进 口为低碳烯烃齐聚加氢系统的气相进口，氢气压缩机的进口接氢气储罐，出口接烯烃催化 齐聚加氢反应器的进口，烯烃催化齐聚加氢反应器的出口接气液固三相分离器的进口，气 液固三相分离器的液相出口为低碳烯经齐聚加氢系统的液相出口；气液固三相分离器的气 相出口为低碳烯烃齐聚加氢系统的混合气体出口；气液固三相分离器的固相出口接催化剂 再生反应器的进口，催化剂再生反应器的出口接催化剂储槽的入口，催化剂储槽的出口接 烯烃催化齐聚加氢反应器催化剂入口。 所述芳香烃和烷烃混合系统包括芳香烃分流器和搅拌混合器，芳香烃分流器的进 口为芳香烃和烷烃混合系统的芳香烃入口，芳香烃分流器的出口和芳香烃和烷烃混合系统 的烷烃进口接搅拌混合器进行混合，由搅拌混合器输出航空煤油。 所述生物质选择性热解系统中采用沸石微孔类催化剂，压力为常压，温度在 500-650°C之间。 所述沸石微孔类催化剂为 HZSM-5、SAP0-34、Fe/HZSM-5、Cu/HZSM-5 或 Ga/HZSM-5。 所述低碳烯烃齐聚加氢系统中采用Fe、Cu、Ni作为活性元素，HZSM-5和MCM-41 或者HZSM-5和A1203制作成复合多级孔道载体，制备成Fe/HZSM-5/MCM-41、Cu/HZSM-5/ MCM-41、Ni/HZSM-5/MCM-41或Cu/HZSM-5/A1203催化剂作为本系统的催化剂，操作压力为 2-5MPa，温度在 150-300°C之间。 本专利技术的生物质选择性热解-梯级转化制备航空燃油的装置制备航空燃油的方 法包括如下步骤：首先将生物质催化热解制备芳香烃和低碳烯烃，然后将芳香烃和低碳烯 烃分离，对低碳烯烃在一个反应器内完成齐聚加氢制备烷烃过程，然后将芳香烃和烯烃按 照航空用油比例进行混合配制成航空燃油。 所述该方法基于由生物质选择性热解系统、低碳烯烃齐聚加氢系统和芳香烃和烷 烃混合系统组成的装置，生物质选择性热解系统包括选择性热解反应器、旋风分离器、催化 剂再生反应器、产物冷凝器和油水分离器；低碳烯烃齐聚加氢系统包括烯烃催化齐聚加氢 反应器、气液固三相分离器、催化剂再生反应器、催化剂储槽、氢气储罐和氢气压缩机；芳香 烃和烷烃混合系统包括芳香烃分流器和搅拌混合器，具体步骤如下： 首先将生物质从热解反应器底部加入，在常压、常温和催化剂下选择性热解；生物 质热解反应器出口产物进入旋风分离器，其中的催化剂和焦炭固相物质被分离进入催化剂 再生反应器，该反应器通入空气，一方面燃烧生成的焦炭加热催化剂，另一方面烧除催化剂 表面结焦，使其再生，重新回到热解反应器中，实现循环使用； 旋风分离器出来的气体经冷凝器冷凝，其中的水和芳香烃产物被冷凝，经油水分 离器分离出芳香烃，芳香烃经芳香烃分流装置，一部分芳香烃与低碳烯烃齐聚加氢系统制 备的烷烃混合配制成航空燃油，剩余的芳香烃作为化工用品； 生物质选择性热解产物经冷凝器未被冷凝的气体富含低碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质选择性热解‑梯级转化制备航空燃油的装置，其特征在于：该装置包括：生物质选择性热解系统(I)，用于将生物质催化热解制备芳香烃和低碳烯烃，同时实现催化剂的再生和热解热量的供给；低碳烯烃齐聚加氢系统(II)，用来将生物质选择性热解系统(I)产生的低碳烯烃齐聚加氢制备烷烃燃料，同时实现齐聚加氢催化剂的再生；芳香烃和烷烃混合系统(III)，用于按照比例，充分混合芳香烃和烷烃，制成航空用油；所述生物质选择性热解系统(I)的进口是该装置的生物质进口，气相出口与低碳烯烃齐聚加氢系统(II)中的烯烃催化齐聚加氢反应器入口相连接，生物质选择性热解系统(I)的油相出口与芳香烃和烷烃混合系统(III)中的芳香烃分流器的入口相连接；低碳烯烃齐聚加氢系统(II)中的烷烃液体出口与芳香烃和烷烃混合系统(III)中的搅拌混合器的入口相连接；所述芳香烃和烷烃混合系统(III)的液体出口是该装置的芳香烃和航空燃油出口。

【技术特征摘要】
1. 一种生物质选择性热解-梯级转化制备航空燃油的装置，其特征在于：该装置包 括： 生物质选择性热解系统（I)，用于将生物质催化热解制备芳香烃和低碳烯烃，同时实现 催化剂的再生和热解热量的供给； 低碳烯烃齐聚加氢系统（II)，用来将生物质选择性热解系统（I)产生的低碳烯烃齐聚 加氢制备烷烃燃料，同时实现齐聚加氢催化剂的再生； 芳香烃和烷烃混合系统（III)，用于按照比例，充分混合芳香烃和烷烃，制成航空用 油； 所述生物质选择性热解系统（I)的进口是该装置的生物质进口，气相出口与低碳烯烃 齐聚加氢系统（II)中的烯烃催化齐聚加氢反应器入口相连接，生物质选择性热解系统（I) 的油相出口与芳香烃和烷烃混合系统（III)中的芳香烃分流器的入口相连接；低碳烯烃齐 聚加氢系统（II)中的烷烃液体出口与芳香烃和烷烃混合系统（III)中的搅拌混合器的入 口相连接；所述芳香烃和烷烃混合系统（III)的液体出口是该装置的芳香烃和航空燃油出 □。2. 根据权利要求1所述的一种生物质选择性热解-梯级转化制备航空燃油的装置，其 特征在于：生物质选择性热解系统（I)包括选择性热解反应器（1)、旋风分离器（2)、催化剂 再生反应器（3)、产物冷凝器（4)和油水分离器（5)，其中选择性热解反应器（1)的进口为 生物质选择性热解系统（I)的进口，选择性热解反应器（1)的出口与旋风分离器（2)的入 口相连，旋风分离器（2)的上出口与产物冷凝器（4)的入口相连，产物冷凝器（4)的液相出 口与油水分离器（5)的入口相连，旋风分离器（2)的下出口与催化剂再生反应器（3)的入 口相连，催化剂再生反应器（3)的出口与选择性热解反应器（1)的催化剂入口相连，产物冷 凝器⑷的气相出口为生物质选择性热解系统⑴的气相出口；油水分离器（5)的油相出 口为生物质选择性热解系统（I)的油相出口。3. 根据权利要求1所述的一种生物质选择性热解-梯级转化制备航空燃油的装置，其 特征在于：低碳烯烃齐聚加氢系统（II)包括烯烃催化齐聚加氢反应器（7)、气液固三相分 离器（8)、催化剂再生反应器（9)、催化剂储槽（10)、氢气储罐（11)和氢气压缩机（12)，其 中烯烃催化齐聚加氢反应器（7)进口为低碳烯烃齐聚加氢系统（II)的气相进口，氢气压缩 机（12)的进口接氢气储罐（11)，出口接烯烃催化齐聚加氢反应器（7)的进口，烯烃催化齐 聚加氢反应器（7)的出口接气液固三相分离器（8)的进口，气液固三相分离器（8)的液相 出口为低碳烯经齐聚加氢系统（Π )的液相出口；气液固三相分离器⑶的气相出口为低碳 烯烃齐聚加氢系统（II)的混合气体出口；气液固三相分离器（8)的固相出口接催化剂再生 反应器（9)的进口，催化剂再生反应器（9)的出口接催化剂储槽（10)的入口，催化剂储槽 (10)的出口接烯烃催化齐聚加氢反应器（7)催化剂入口。4. 根据权利要求1所述的一种生物质选择性热解-梯级转化制备航空燃油的装置，其 特征在于：芳香烃和烷烃混合系统（III)包括芳香烃分流器（6)和搅拌混合器（13)，芳香 烃分流器（6)的进口为芳香烃和烷烃混合系统（III)的芳香烃入口，芳香烃分流器（6)的 出口和芳香烃和烷烃混合系统（III)的烷烃进口接搅拌混合器（13)进行混合，由搅拌混合 器（13)输出航空燃油。5. 根据权利要求2所述的一种生物质选择性热解-梯级转化制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张会岩，肖睿，胡昌淞，贾艺璇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32