本實(shí)用新型屬于生物質(zhì)化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用生物質(zhì)和乙炔制取苯的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國(guó)生物質(zhì)資源十分豐富，隨著石油、煤炭等化石資源儲(chǔ)量的逐漸減少，將低值生物質(zhì)資源進(jìn)行品位升級(jí)轉(zhuǎn)化為生物油及化工原料以補(bǔ)充和替代部分化石原料，成為生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用的重要方向。生物質(zhì)熱解技術(shù)可以將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物油、生物炭和可燃?xì)猓哂袕V闊的前景和重要的社會(huì)價(jià)值。

生物質(zhì)熱解是生物質(zhì)在惰性氣氛下進(jìn)行高溫加熱，產(chǎn)生可燃?xì)怏w、生物油和固體炭的過(guò)程。生物油組成中含有多種復(fù)雜不穩(wěn)定的化合物，具有芳烴含量少，品位低的特點(diǎn)，增加生物油中的芳烴含量，尤其是其中苯的含量，對(duì)提升生物油作為新型燃料油及化工原料的意義重大。

生物質(zhì)熱解時(shí)，其反應(yīng)器內(nèi)部是高溫環(huán)境，而且生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的熱解炭可以作為乙炔反應(yīng)生成苯的催化劑。因此，生物質(zhì)熱解時(shí)的環(huán)境非常適合乙炔發(fā)生反應(yīng)生成苯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在提供一種用生物質(zhì)和乙炔制取苯的系統(tǒng)。

一種用生物質(zhì)和乙炔制取苯的系統(tǒng)，其包括旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器、乙炔存儲(chǔ)裝置、冷卻裝置和苯分離裝置；

所述旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器包括進(jìn)料區(qū)、預(yù)熱區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出料區(qū)，所述進(jìn)料區(qū)設(shè)有進(jìn)料口，所述反應(yīng)區(qū)設(shè)有乙炔入口和熱解油氣出口，所述出料區(qū)設(shè)有出料口；

所述乙炔存儲(chǔ)裝置設(shè)有乙炔出口，所述乙炔出口與所述乙炔入口相連；

所述冷卻裝置設(shè)有熱解油氣入口和生物油出口，所述熱解油氣入口與所述熱解油氣出口相連；

所述苯分離裝置設(shè)有生物油入口和苯出口，所述生物油入口與所述生物油出口相連。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述乙炔入口設(shè)置在所述反應(yīng)區(qū)底面上。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述熱解油氣出口設(shè)置在所述反應(yīng)區(qū)的側(cè)壁上，且位于所述反應(yīng)區(qū)的加熱裝置的下方。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述預(yù)熱區(qū)和所述反應(yīng)區(qū)的加熱裝置為蓄熱式輻射管燃燒器，所述蓄熱式輻射管燃燒器設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器的外側(cè)壁上，其高度在料層高度以上，且輻射管燃燒器表面噴涂陶瓷涂層。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述反應(yīng)區(qū)的料板采用氣體分布板。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括進(jìn)料裝置，所述進(jìn)料裝置的出口與所述旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器的進(jìn)料口相連。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)還包括出料裝置，所述出料裝置的入口與所述旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器的出料口相連。

本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)，將乙炔通入旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器中，在生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的甲烷、氫氣和二氧化碳?xì)夥罩?，以及在生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的熱解炭的催化作用下，乙炔反應(yīng)生成苯。本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)將生物質(zhì)熱解和乙炔制苯的反應(yīng)結(jié)合在一起，生物質(zhì)熱解為乙炔制苯的反應(yīng)提供了所需的條件，節(jié)約了能耗也節(jié)省了投資和運(yùn)行成本，而且工藝流程也非常簡(jiǎn)單。

此外，本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)也提高了生物質(zhì)生物油中芳烴的含量，使所得的生物質(zhì)生物油的品質(zhì)得到提升，明顯的提高了生物質(zhì)生物油的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種用生物質(zhì)和乙炔制取苯的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明，以便能夠更好地理解本實(shí)用新型的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說(shuō)明的目的，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制。

本實(shí)用新型提供了一種用生物質(zhì)和乙炔制取苯的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器、乙炔存儲(chǔ)裝置、出料裝置、冷卻裝置和苯分離裝置。

旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器是本系統(tǒng)的核心裝置，是生物質(zhì)熱解、乙炔反應(yīng)的反應(yīng)器。如圖2所示，旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器的外形為圓形，其包括進(jìn)料區(qū)、預(yù)熱區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出料區(qū)。其中，進(jìn)料區(qū)設(shè)有進(jìn)料口，反應(yīng)區(qū)設(shè)有乙炔(C₂H₂)入口和熱解油氣出口，出料區(qū)設(shè)有出料口。乙炔入口可以設(shè)置在反應(yīng)區(qū)的任何位置，其最優(yōu)的位置為反應(yīng)區(qū)的底面上。在相同的壓力下，乙炔的密度小于空氣的密度，乙炔從下往上進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，能與生物質(zhì)熱解產(chǎn)生熱解炭(C)充分的接觸，并在生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的不凝氣體(甲烷(CH₄)、氫氣(H₂)、二氧化碳(CO₂)等)的氛圍中反應(yīng)生成苯。

熱解油氣的出口可以設(shè)置在反應(yīng)區(qū)的任意位置，其最優(yōu)的位置為反應(yīng)區(qū)的側(cè)壁上，且位于反應(yīng)區(qū)的加熱裝置的下方。這樣熱解油氣不經(jīng)過(guò)加熱裝置所在的高溫區(qū)，避免油氣發(fā)生二次裂解，有利于提高熱解油收率。

預(yù)熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)的加熱裝置不需要特別限定，其最優(yōu)的選擇為蓄熱式輻射管燃燒器。蓄熱式輻射管燃燒器能夠產(chǎn)生均勻分布的溫度場(chǎng)，使熱解物料均勻受熱，并能實(shí)現(xiàn)熱解氣與加熱裝置產(chǎn)生煙氣的隔絕，簡(jiǎn)化了后續(xù)工藝流程。蓄熱式輻射管燃燒器設(shè)置在旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器的外側(cè)壁上，其高度在料層高度以上，且蓄熱式輻射管燃燒器的表面噴涂有陶瓷涂層。蓄熱式輻射管燃燒器的數(shù)量不限，需要根據(jù)不同區(qū)域所需要的溫度進(jìn)行設(shè)置。

反應(yīng)區(qū)的料板不需要特別限定，其最優(yōu)的選擇為氣體分布板。選用氣體分布板可以讓乙炔在反應(yīng)區(qū)內(nèi)分布更加均勻，有利于提高其反應(yīng)效果。

反應(yīng)區(qū)的數(shù)量可以設(shè)置多個(gè)，以控制不同的反應(yīng)溫度。圖2所示的旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器設(shè)有兩個(gè)反應(yīng)區(qū)。

旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器的底部設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械帶動(dòng)環(huán)形底面轉(zhuǎn)動(dòng)，位于底面上的物料隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)各個(gè)區(qū)域受熱發(fā)生熱解。

從乙炔入口通入的乙炔經(jīng)氣體分布板進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器后向上流動(dòng)，與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，乙炔發(fā)生反應(yīng)，生成苯。

乙炔生成苯的反應(yīng)需要在高溫和催化劑存在的條件下才能進(jìn)行，旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器在熱解生物質(zhì)時(shí)，其內(nèi)部正好是高溫環(huán)境，而且生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的熱解炭可以作為乙炔反應(yīng)生成苯的催化劑。

乙炔在生成苯的同時(shí)，自身也會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)：

上述反應(yīng)為可逆反應(yīng)。生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的不凝氣體中含有甲烷、氫氣，因此能在一定程度上抑制乙炔發(fā)生分解反應(yīng)。此外，生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的不凝氣體中還含有二氧化碳，二氧化碳不僅能調(diào)節(jié)甲烷的分壓，二氧化碳還具有與分解生成的炭反應(yīng)消除積碳的功能。

進(jìn)料裝置設(shè)有入口和出口，進(jìn)料裝置的出口與旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器的進(jìn)料口相連。進(jìn)料裝置用于將生物質(zhì)送入旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器中。

乙炔存儲(chǔ)裝置設(shè)有乙炔出口，乙炔出口與乙炔入口相連。乙炔存儲(chǔ)裝置用于為旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器提供乙炔。

出料裝置設(shè)有入口和出口，出料裝置的入口與旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器的出料口相連。出料裝置用于將生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的熱解炭送出旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器。

冷卻裝置設(shè)有熱解油氣入口和生物油出口，熱解油氣入口與熱解油氣出口相連。冷卻裝置用于分離生物油和熱解氣。

苯分離裝置設(shè)有生物油入口和苯出口，生物油入口與生物油出口相連。苯分離裝置用于從生物油中將苯提取出來(lái)。

下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說(shuō)明。下述實(shí)施例中所取工藝條件數(shù)值均為示例性的，其可取數(shù)值范圍如前述發(fā)明內(nèi)容中所示。下述實(shí)施例所用的測(cè)試方法均為本行業(yè)中常用的測(cè)試方法。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種用生物質(zhì)和乙炔制取苯的系統(tǒng)。

如圖1所示，本系統(tǒng)包括進(jìn)料裝置、旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器、出料裝置、乙炔存儲(chǔ)裝置、冷卻裝置和苯分離裝置。

如圖2所示，旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器的外形為圓形，其包括進(jìn)料區(qū)、預(yù)熱區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出料區(qū)。其中，進(jìn)料區(qū)設(shè)有進(jìn)料口，反應(yīng)區(qū)設(shè)有乙炔入口和熱解油氣出口，出料區(qū)設(shè)有出料口。

乙炔入口設(shè)置在反應(yīng)區(qū)底面上。熱解油氣出口設(shè)置在反應(yīng)區(qū)的側(cè)壁上，且位于反應(yīng)區(qū)的加熱裝置的下方。預(yù)熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)的加熱裝置為蓄熱式輻射管燃燒器，蓄熱式輻射管燃燒器設(shè)置在旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器的外側(cè)壁上，其高度在料層高度以上，且輻射管燃燒器表面噴涂陶瓷涂層。反應(yīng)區(qū)的料板采用氣體分布板。旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器的底部設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械。

進(jìn)料裝置與進(jìn)料口相連，用于將生物質(zhì)送入旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器中。

出料裝置與出料口相連，用于將生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的熱解炭送出旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器。

乙炔存儲(chǔ)裝置設(shè)有乙炔出口，乙炔出口與乙炔入口相連。乙炔存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)乙炔，并將乙炔送入旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器中。

冷卻裝置設(shè)有熱解油氣入口和生物油出口，熱解油氣入口與熱解油氣出口相連。冷卻裝置用于分離生物油和熱解氣。

苯分離裝置設(shè)有生物油入口和苯出口，生物油入口與生物油出口相連。苯分離裝置用于提取苯。

實(shí)施例2

本實(shí)施例利用實(shí)施例1所提供的系統(tǒng)制取苯。所用的生物質(zhì)為木塊，粒徑為10-30mm，含水量為5wt％，用量為1噸。該制取過(guò)程具體如下：

控制反應(yīng)二區(qū)溫度為700℃。木塊經(jīng)進(jìn)料裝置進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器，均勻布于旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器底面上，隨底面的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)預(yù)熱區(qū)、反應(yīng)一區(qū)和反應(yīng)二區(qū)加熱至700℃進(jìn)行熱解反應(yīng)，生成熱解油氣(包括不凝氣體和生物油)和熱解炭。在不通入乙炔氣的情況下，生物質(zhì)熱解得到的熱解氣(不凝氣體)中甲烷、氫氣、二氧化碳、一氧化碳的含量如表1所示。生成的不凝氣體的體積為1187.5m³。

然后，往旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器通入乙炔，通入的乙炔的量為71.25m³。乙炔在向上流動(dòng)過(guò)程中與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，進(jìn)一步促進(jìn)乙炔反應(yīng)生成苯。含有苯的熱解油氣自位于反應(yīng)二區(qū)側(cè)壁的熱解油氣出口排出，之后經(jīng)歷冷卻裝置得到生物油、熱解氣。熱解得到的熱解炭經(jīng)出料裝置排出，熱解氣進(jìn)一步處理后收集備用，將生物油中進(jìn)一步送入苯分離裝置中，分離后得到苯。剩下的不含苯的生物油收集后備用。

通入乙炔后，增加的苯量為木塊自身熱解產(chǎn)生的苯的2倍。

實(shí)施例3

本實(shí)施例利用實(shí)施例1所提供的系統(tǒng)制取苯。所用的生物質(zhì)為玉米秸稈，粒徑為10-30mm，含水量為5wt％，用量為1噸。該制取過(guò)程具體如下：

控制反應(yīng)二區(qū)溫度為650℃。玉米秸稈經(jīng)進(jìn)料裝置進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器，均勻布于旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器底面上，隨底面的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)預(yù)熱區(qū)、反應(yīng)一區(qū)和反應(yīng)二區(qū)加熱至650℃進(jìn)行熱解反應(yīng)，生成熱解油氣(包括不凝氣體和生物油)和熱解炭。在不通入乙炔氣的情況下，生物質(zhì)熱解得到的熱解氣(不凝氣體)中甲烷、氫氣、二氧化碳、一氧化碳的含量如表1所示。生成的不凝氣體的體積為1416.4m³。

然后，往旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器通入乙炔，通入的乙炔的量為113.3m³。乙炔在向上流動(dòng)過(guò)程中與生成的熱解炭接觸，在熱解炭的催化作用下，進(jìn)一步促進(jìn)乙炔反應(yīng)生成苯。含有苯的熱解油氣自位于反應(yīng)二區(qū)側(cè)壁的熱解油氣出口排出，之后經(jīng)歷冷卻裝置得到生物油、熱解氣。熱解得到的熱解炭經(jīng)出料裝置排出，熱解氣進(jìn)一步處理后收集備用，將生物油中進(jìn)一步送入苯分離裝置中，分離后得到苯。剩下的不含苯的生物油收集后備用。

通入乙炔后，增加的苯量為玉米秸稈自身熱解產(chǎn)生的苯的2.2倍。

表1熱解氣中甲烷、氫氣、二氧化碳、一氧化碳的含量

綜上，可以得知，本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)，將乙炔通入旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)器中，在生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的甲烷、氫氣和二氧化碳?xì)夥罩?，以及在生物質(zhì)熱解產(chǎn)生的熱解炭的催化作用下，乙炔反應(yīng)生成苯。本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)將生物質(zhì)熱解和乙炔制苯的反應(yīng)結(jié)合在一起，生物質(zhì)熱解為乙炔制苯的反應(yīng)提供了所需的條件，節(jié)約了能耗也節(jié)省了投資和運(yùn)行成本，而且工藝流程也非常簡(jiǎn)單。

此外，本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)也提高了生物質(zhì)生物油中芳烴的含量，使所得的生物質(zhì)生物油的品質(zhì)得到提升，從而提高了生物質(zhì)生物油的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

需要說(shuō)明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型而非限制本實(shí)用新型的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。此外，除非特別說(shuō)明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來(lái)使用。