生物质集成加氢加压催化热解耦合在线提质直接制取液体燃料系统技术方案

本发明专利技术涉及一种生物质集成加氢加压催化热解耦合在线提质直接制取液体燃料系统，包括：依次连接的生物质进料单元、流化床反应单元、固体产物收集单元、在线提质固定床反应单元、液体产物收集单元、气体分析单元、蒸汽重整单元及进气单元，蒸汽重整单元接收并重整热解后的不可凝气体混合物，重整后产生的分子氢进入进气单元；进气单元经气路开关后分为三路气路；在线提质固定床反应单元中使用的催化剂为改性炭基催化剂，改性炭基催化剂中的炭基来源于固体产物收集单元收集的固体产物。本发明专利技术液体燃料转化品质高，工艺流程短，能够在一个装置上完成生物质到液体烃类的直接制取；经济竞争性强，通过对生物质全组分的综合利用，提高经济性。经济性。经济性。

【技术实现步骤摘要】
生物质集成加氢加压催化热解耦合在线提质直接制取液体燃料系统


[0001]本专利技术涉及可再生能源
，具体为一种生物质集成加氢加压催化热解耦合在线提质直接制取液体燃料系统。

技术介绍

[0002]生物质能是唯一可以直接转化为含碳液体燃料的可再生能源。数据显示，我国每年仅农林废弃类生物质产量就高达4.6亿吨标准煤/年，然而目前它们往往被大量弃置或露天焚烧，这引发了一系列严重的二次污染问题。将生物质替代石油生产车用或航空用液体燃料，不但有助于建立稳定可靠的燃料供应体系，还可显著减少温室气体的排放。
[0003]在众多的生物质利用技术中，快速热解一直被作为一种将生物质致密化以生产液体燃料的技术，然后可以燃烧发电或运输到炼油厂加工成可替代燃料或高值化学品。生物质热解具有全组分利用、原料适应性强和转化效率高等优点。然而，生物质快速热解产生的油具有许多不良特性，包括总酸值高、粘度高、热值低、含氧量高、组分复杂、化学稳定性差、含水量高达45％以及与石油馏分固有的不相容性。相较于液态烃类化合物，生物质热解油的低能量密度特性使其运输环节复杂且成本高昂，传统运输容器和炼油厂加氢精制转化设备也无法承受住油品自身的高腐蚀性，且由于热解油与石油馏分不混溶，无法进行冶炼精制。
[0004]生物质热解构产物仍需通过进一步的加氢、异构化等提质手段才能实现从复杂含氧化合物到车用或航空用高品位液体燃料的关键转变。传统的提质技术多以液体生物油为原料，需将冷凝后的生物油重新加热到提质所需的反应温度。然而由于生物油的难挥发性，以及热敏性带来的缩聚和催化剂的结焦失活问题，限制了其进一步发展。
[0005]尽管引入分子筛等脱氧催化剂的催化热解能够提高生物油品质，但受限于生物质缺氢富氧特性，催化剂结焦严重。改进催化体系能一定程度上抑制结焦，但目标烃类产物收率仍较低，还需结合热解转化工艺的创新，提升生物炼制的经济性。
[0006]热解油经过提质以去除含氧物并生产液体燃料，通常需要额外的供氢源(常见的有氢气、甲烷、天然气等)。热解油提质需要特殊的反应工艺以实现足够长的运行时间，并避免生物质热解挥发分聚合引起的反应器堵塞和催化剂严重失活等问题。
[0007]除生物油品质外，生物质转化过程中生成的气体产物和固体生物炭等副产物无法得到有效利用，副产物在热解产物中的占比较大，其中气体产物(CO，CO2，CH4等)收率约为10～25wt％，生物炭产率约为10～30wt％，引发经济性低和潜在环境污染等问题，限制生物质转化为液体燃料规模化利用。

技术实现思路

[0008]针对以上问题，本专利技术提供了一种转化率高、流程短的生物质集成加氢加压催化热解耦合在线提质直接制取液体燃料系统，本专利技术通过加氢加压催化热解、在线提质、重整
制氢等，在一个系统上完成生物质到液体烃类的直接制取，液体燃料转化品质高，工艺流程短；在线提质将高温热解产物不通过冷却而直接送入在线提质固定床反应单元，避免了不安定组分缩合缩聚的发生以及冷凝再升温过程中带来的能量损失，降低了能耗与成本，经济竞争性强。且能够对生物质热解产生的液体产物、固体产物及气体产物进行全组分综合利用，有效提高生物质的整体利用效率，降低成本，能够促进生物质制取车用航空用液体燃料系统实现经济绿色循环。
[0009]本专利技术提供一种生物质集成加氢加压催化热解耦合在线提质直接制取液体燃料系统，包括：依次连接的生物质进料单元、流化床反应单元、固体产物收集单元、在线提质固定床反应单元、液体产物收集单元、气体分析单元、蒸汽重整单元及进气单元，其中，蒸汽重整单元接收并重整流化床反应单元加氢催化热解后的不可凝气体混合物，重整后产生的分子氢进入进气单元；进气单元经气路开关后分为三路气路，第一气路与流化床反应单元的入口连通，第二气路和第三气路分别与生物质进料单元的生物质料仓连通、生物质进料单元的定量给料器的出口连通，定量给料器的入口与生物质料仓的底部出口连通；在线提质固定床反应单元中使用的催化剂为改性炭基催化剂，改性炭基催化剂中的炭基来源于固体产物收集单元收集的固体产物。
[0010]根据该技术方案，进气单元通过气体预热器提供流化床反应单元所需的氢源，实现加氢催化热解；进气单元通过与生物质料仓连通，能够对生物质料仓进行补压，防止生物质料仓内压力过低，保证生物质料仓内出料的正常进行；进气单元通过与定量给料器的出口连通，能够辅助对吹扫生物质进入流化床反应单元，提高生物质料从定量给料器的出口进入流化床反应单元的速度以及防止生物质料在定量给料器的出口堵塞，影响整个反应系统的正常运行。
[0011]根据该技术方案，生物质通过加氢加压催化热解得到低含氧量的热解挥发分及焦炭，热解挥发分进入在线提质固定床反应单元中进行深度加氢脱氧反应，直接生产具有高热值、超低酸值、超低含氧量的车用及航空液体燃料。所需的在线提质催化剂主要来源于流化床反应得到的生物炭改性后的炭基催化剂，系统所需的氢气可以通过反应尾气中的小分子烃类重整制氢制取补充，以达到反应系统整体氢源的循环自给目标。
[0012]本专利技术的可选技术方案中，生物质进料单元还包括送料器及破桥器，破桥器与生物质料仓的顶部连接，破桥器包括伸入生物质料仓内的旋转搅拌螺杆及分布在旋转搅拌螺杆的轴向方向上的搅拌叶片，定量给料器的出口与送料器的入口连通，送料器的出口与流化床反应单元的入口连通。
[0013]根据该技术方案，破桥器可以对生物质料仓内的生物质进行充分搅拌，并结合定量给料器，定时定量供应生物质给流化床反应单元，有利于促进流化床反应单元内催化反应的发生；送料器能够将定量给料器出口的生物质快速供应给流化床反应单元，保证流化床反应单元内的热解反应的正常进行。
[0014]本专利技术的可选技术方案中，固体产物收集单元包括旋风分离器和颗粒过滤器，旋风分离器的入口与流化床反应单元的出口连通，旋风分离器的顶部出口与颗粒过滤器的顶部入口连通，旋风分离器的底部可拆卸连接有与旋风分离器连通的第一收集罐，颗粒过滤器的底部可拆卸连接有与颗粒过滤器连通的第二收集罐。
[0015]根据该技术方案，能够过滤流化床反应单元出口的较大固体颗粒物和固体小颗粒
物，实现热解挥发分的气固分离，保证热解挥发分后续提质反应的高效进行。旋风分离器和颗粒过滤器过滤的固体颗粒物为生物碳，方便后续利用得到的生物炭进行改性，制备在线提质炭基催化剂，供在线提质固定床所需。
[0016]本专利技术的可选技术方案中，液体产物收集单元包括依次连接的冷凝器、一级低温冷凝器、二级低温冷凝器、电补焦油器及气体过滤器。
[0017]根据该技术方案，对在线提质固定床反应单元出口的产物进行多级冷凝并分级收取在线提质固定床反应单元出口的液体烃类产物(包括水及重质焦油)，方便后期按照组分不同采取不同的利用方式，进行资源化利用。
[0018]本专利技术的可选技术方案中，气体分析单元包括减压阀和微型气相色谱仪，减压阀设于气体过滤器的出口管路上，微型气相色谱仪设于出口管路上。
[0019]根据该技术方案，可以在线检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质集成加氢加压催化热解耦合在线提质直接制取液体燃料系统，其特征在于，包括：依次连接的生物质进料单元、流化床反应单元、固体产物收集单元、在线提质固定床反应单元、液体产物收集单元、气体分析单元、蒸汽重整单元及进气单元，其中，所述蒸汽重整单元接收并重整所述流化床反应单元加氢催化热解后的不可凝气体混合物，重整后产生的分子氢进入所述进气单元；所述进气单元经气路开关后分为三路气路，第一气路与所述流化床反应单元的入口连通，第二气路和第三气路分别与所述生物质进料单元的生物质料仓连通、所述生物质进料单元的定量给料器的出口连通，所述定量给料器的入口与所述生物质料仓的底部出口连通；所述在线提质固定床反应单元中使用的催化剂为金属负载改性炭基催化剂，所述改性炭基催化剂中的炭基来源于所述固体产物收集单元收集的固体产物。2.根据权利要求1所述的生物质集成加氢加压催化热解耦合在线提质直接制取液体燃料系统，其特征在于，所述生物质进料单元还包括送料器及破桥器，所述破桥器与所述生物质料仓的顶部连接，所述破桥器包括伸入所述生物质料仓内的旋转搅拌螺杆及分布在旋转搅拌螺杆的轴向方向上的搅拌叶片，所述定量给料器的出口与所述送料器的入口连通，所述送料器的出口与所述流化床反应单元的入口连通。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆仲泱，周庆国，王凯歌，蔡文飞，苗斐婷，周劲松，余春江，王树荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：