高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置和方法，该装置包括预混器、两级螺旋进料器、马达、料仓、流化床热解器、旋风分离器、两级冷凝装置、焦炭仓、储油罐、储气罐、预热器。该方法能够利用该装置将高、低有效氢碳比的不同原料进行共混催化热解。本发明专利技术能够将有效氢碳比低的含碳固体废弃物廉价高效地转化为高品质的液体燃料，同时处理有效氢碳比高的塑料等固体废弃物，解决了目前有效氢碳比低的生物质等含碳固体废弃物转化困难，热解产物品质不高，选择性差，催化剂易结焦、失活快的问题。

【技术实现步骤摘要】
高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置和方法
本专利技术属于固体废弃物转化制取液体燃料和化工产品
，具体涉及一种高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置和方法。
技术介绍
烯烃和芳香烃作为最基本的有机化工原料，在现代石油和化工行业起着举足轻重的作用。尤其是单环苯类与低碳烯烃，是石油化工的龙头产品。但随着石油资源的日益短缺与危机，我国在能源与化工方面正面临着严峻的挑战。因此寻求一种可再生能源来实现对石油基原料的替代已迫在眉睫。在可再生能源中，生物质是惟一的有机碳来源，可通过催化热解的方式生成较多的烯烃和芳香烃，实现对石油基原料的部分替代，近年来备受社会各界的重视。与化石能源相比，生物质能具有可再生性、分布广、低污染等特点，我国作为一个农业大国，生物质资源丰富，目前每年可开发利用的生物质能约为9.3亿吨标准煤。但生物质能源的利用率却很低，不到我国能源利用总量的1％，因此开发利用生物质能具有巨大的潜力。生物质直接催化热解是一种比较有前景的生物质能转化技术，但生物质自身较低的氢含量是制约其催化转化效率的本质因素。并且在反应过程中，催化剂极易失活，造成目标产物产率的降低。生物质及其衍生物在热解过程中发生脱水、脱羰基和脱羧基等反应生成中间含氧产物，在催化剂孔道中活性位点的作用下形成多甲基苯活性中间物。反应物在多甲基苯支链上催化转化为烯烃和芳香烃。主要依靠氢的转移实现原料向目标产物的转化。同时，反应物或者芳香烃化合物的脱氢使得它们聚合结焦。因此，原料中氢的含量越高，向目标产物的转化率越高，原料中碳的相对含量越低，催化剂结焦的情况越轻。有效氢碳比的定义为式(1)，其中C、H、O、N和S分别为其摩尔量。有效氢碳比越高，意味着生物质原料的相对氢含量越高，碳含量越低。生物质催化转化的转化率越高，催化剂结焦越少。而当生物质进料的有效氢碳比小于1时，在反应过程中就很难通过沸石类催化剂ZSM-5将原料转化为高品质的石化类产品，这主要是由于催化剂的快速失活。然而生物质的有效氢碳比仅为0-0.3。因此，提高原料的有效氢碳比，从反应的源头解决“氢源”问题。这样不仅有助于缓解催化剂结焦失活的现象，而且还可以提高产物中碳氢化合物的产率，以及烯烃、芳香烃等化学品的选择性。塑料作为一种日常生活垃圾，且与生物质热解温度相对接近，是一种比较理想的共催化热解原料。塑料与生物质的共热解具有很好的协同作用，塑料作为烯烃的高聚合体，在热解过程中会发生解聚反应，生成低聚合的烯烃。低聚合的烯烃不仅可以与本身发生环化反应生成芳香族类化合物，而且还可以与生物质衍生物进行反应生成芳香烃。因此，以生物质为代表的低有效氢碳比原料和以聚乙烯塑料为代表的高有效氢碳比原料的混合催化热解，能充分利用生物质和废塑料资源，获得高产率的烯烃和芳香烃，为生物质和废塑料的利用提供一条有效途径，这对解决我国石油资源短缺的现状具有重要意义。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置，同时还提供了利用该装置进行高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的方法，解决了目前低有效氢碳比原料转化困难，热解产物品质不高、选择性差，催化剂易结焦、失活快的问题。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置，包括预混器、一级马达、二级马达、料仓、一级螺旋进料器、二级螺旋进料器、流化床热解器、旋风分离器、焦炭仓、一级冷凝装置、二级冷凝装置、储油罐和储气罐；所述预混器的出口与料仓的入口相连，料仓的出口位于一级螺旋进料器的入口处，一级螺旋进料器和一级马达同轴连接，通过一级马达驱动一级螺旋进料器，二级螺旋进料器的入口位于一级螺旋进料器的出口处，二级螺旋进料器的出口与流化床热解器的入口相连，二级螺旋进料器和二级马达同轴连接，通过二级马达驱动二级螺旋进料器；所述流化床热解器的上部气体出口连接旋风分离器的入口，旋风分离器的气相出口与一级冷凝装置的入口相连，旋风分离器的固相出口与焦炭仓的入口相连；所述一级冷凝装置的气体出口与二级冷凝装置的入口相连，二级冷凝装置的气体出口与储气罐入口相连，储气罐出口与流化床热解器的底部载气入口相连；反应结束后一级冷凝装置、二级冷凝装置中冷凝用的液体回收到储油罐内。优选的，所述一级螺旋进料器和二级螺旋进料器构成两级螺旋进料机构，料仓通过两级螺旋进料机构与流化床热解器间接连通，防止流化床热解器中的载气反串入料仓；为了确保料仓不返混，在料仓中通入氮气作为料仓气，料仓气的流量为流化床热解器中流化气流量的30％～50％。优选的，所述一级冷凝装置(10)由试管和缸体组成，在试管内注入去离子水，试管间通过乳胶管连通，在缸体中盛放冰水混合物，试管浸泡在缸体内的冰水混合物中，使试管内去离子水的温度保持在0～2℃范围内；所述二级冷凝装置(11)由试管和缸体组成，在试管内注入冰乙醇，试管间通过乳胶管连通，在缸体中盛放干冰，试管浸泡在缸体内的干冰中，使得试管内冰乙醇的温度保持在-40～-45℃范围内。优选的，所述流化床热解器(7)的布风板由不锈钢丝网组成，网孔直径为300目；流化床热解器(7)中的载气为氮气或者热解产生的不冷凝气，床料为所选用催化剂。优选的，所述二级螺旋进料器(6)运转时间为一级螺旋进料器(5)的两倍，以保证一级螺旋进料器(5)所输送的原料完全进入所述流化床热解器(7)。一种基于上述装置的高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的方法，包括以下步骤：(1)高、低有效氢碳比原料共混：将高有效氢碳比原料、低有效氢碳比原料在预混器中混合并送入料仓，打开料仓气辅助进料并防止返混，料仓中的混合原料经一级螺旋进料器和二级螺旋进料器的螺旋杆推动进入流化床热解器；(2)高、低有效氢碳比原料共混催化热解：高、低有效氢碳比原料与催化剂在流化床热解器中发生催化热解反应，发生氢转移，产物进入旋风分离器，在旋风分离器中进行气固相分离，固相产物是反应后失活的催化剂和反应产生的炭颗粒，进入焦炭仓，气相产物是热解产生的挥发分，进入一级冷凝装置；(3)冷凝制取高品质液体燃料：生物质热解气相产物经过一级冷凝装置，沸点在0℃以上的成分冷凝留在试管中，沸点在0℃以下的成分未冷凝进入二级冷凝装置，二级冷凝装置中沸点在-45℃以上的成分冷凝，沸点在-45℃以下的成分不冷凝进入储气瓶；反应结束后将两级冷凝装置中冷凝用的液体回收到储油罐内。优选的，步骤(1)中，高有效氢碳比原料为有效氢碳比高于设定值的含碳固体废弃物(比如聚乙烯塑料、聚丙烯塑料或聚苯乙烯塑料等)，低有效氢碳比原料为有效氢碳比低于设定值的含碳固体废弃物(比如生物质等)；高有效氢碳比原料和低有效氢碳比原料的配比应使得混合后的原料有效氢碳比为0.8～1.4。优选的，所述步骤(1)中，催化剂为LOSA-1、FCC或Al2O3中的一种或两种以上的混合。优选的，所述步骤(1)中，选取的高有效氢碳比原料粒径筛分到80-120目，选取的低有效氢碳比原料粒径介于70-100目，催化剂粒径介于150-230目。优选的，所述步骤(2)中，流化床热解器中发生的催化热解反应的温度应控制在450-650℃范围内。优选的，所述储油罐中接收催化热解产生的富含芳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置，其特征在于：包括预混器(1)、一级马达(2)、二级马达(3)、料仓(4)、一级螺旋进料器(5)、二级螺旋进料器(6)、流化床热解器(7)、旋风分离器(8)、焦炭仓(9)、一级冷凝装置(10)、二级冷凝装置(11)、储油罐(12)和储气罐(13)；所述预混器(1)的出口与料仓(4)的入口相连，料仓(4)的出口位于一级螺旋进料器(5)的入口处，一级螺旋进料器(5)和一级马达(2)同轴连接，通过一级马达(2)驱动一级螺旋进料器(5)，二级螺旋进料器(6)的入口位于一级螺旋进料器(5)的出口处，二级螺旋进料器(6)的出口与流化床热解器(7)的入口相连，二级螺旋进料器(6)和二级马达(3)同轴连接，通过二级马达(3)驱动二级螺旋进料器(6)；所述流化床热解器(7)的上部气体出口连接旋风分离器(8)的入口，旋风分离器(8)的气相出口与一级冷凝装置(10)的入口相连，旋风分离器(8)的固相出口与焦炭仓(9)的入口相连；所述一级冷凝装置(10)的气体出口与二级冷凝装置(11)的入口相连，二级冷凝装置(11)的气体出口与储气罐(13)入口相连，储气罐(13)出口与流化床热解器(7)的底部载气入口相连；反应结束后一级冷凝装置(10)、二级冷凝装置(11)中冷凝用的液体回收到储油罐(12)内。...

【技术特征摘要】
1.一种高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置，其特征在于：包括预混器(1)、一级马达(2)、二级马达(3)、料仓(4)、一级螺旋进料器(5)、二级螺旋进料器(6)、流化床热解器(7)、旋风分离器(8)、焦炭仓(9)、一级冷凝装置(10)、二级冷凝装置(11)、储油罐(12)和储气罐(13)；所述预混器(1)的出口与料仓(4)的入口相连，料仓(4)的出口位于一级螺旋进料器(5)的入口处，一级螺旋进料器(5)和一级马达(2)同轴连接，通过一级马达(2)驱动一级螺旋进料器(5)，二级螺旋进料器(6)的入口位于一级螺旋进料器(5)的出口处，二级螺旋进料器(6)的出口与流化床热解器(7)的入口相连，二级螺旋进料器(6)和二级马达(3)同轴连接，通过二级马达(3)驱动二级螺旋进料器(6)；所述流化床热解器(7)的上部气体出口连接旋风分离器(8)的入口，旋风分离器(8)的气相出口与一级冷凝装置(10)的入口相连，旋风分离器(8)的固相出口与焦炭仓(9)的入口相连；所述一级冷凝装置(10)的气体出口与二级冷凝装置(11)的入口相连，二级冷凝装置(11)的气体出口与储气罐(13)入口相连，储气罐(13)出口与流化床热解器(7)的底部载气入口相连；反应结束后一级冷凝装置(10)、二级冷凝装置(11)中冷凝用的液体回收到储油罐(12)内。2.根据权利要求1所述的高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置，其特征在于：所述一级螺旋进料器(5)和二级螺旋进料器(6)构成两级螺旋进料机构，料仓(4)通过两级螺旋进料机构与流化床热解器(7)间接连通，防止流化床热解器(7)中的载气反串入料仓(4)；为了确保料仓(4)不返混，在料仓(4)中通入氮气作为料仓气，料仓气的流量为流化床热解器(7)中流化气流量的30％～50％。3.根据权利要求1所述的高、低有效氢碳比原料共混催化热解制取燃料的装置，其特征在于：所述一级冷凝装置(10)由试管和缸体组成，在试管内注入去离子水，试管间通过乳胶管连通，在缸体中盛放冰水混合物，试管浸泡在缸体内的冰水混合物中，使试管内去离子水的温度保持在0～2℃范围内；所述二级冷凝装置(11)由试管和缸体组成，在试管内注入冰乙醇，试管间通过乳胶管连通，在缸体中盛放干冰，试管浸泡在缸体内的干冰中，使得试管内冰乙醇的温度保持在-40～-45℃范围内。4.根据权利要求1所述的高、低有效氢碳比原料共混催化热...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖睿，张会岩，陈星，乜建龙，祝敏敏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32