本實(shí)用新型涉及化工領(lǐng)域的化學(xué)反應(yīng)及分離設(shè)備，特別涉及一種生物重油常壓裂解裝置。
背景技術(shù)：
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《柴油機(jī)燃料調(diào)和用生物柴油(BD100)》GB/T 20828-2015描述：生物柴油是由動(dòng)植物油脂與醇(例如甲醇或乙醇)經(jīng)酯交換制得的脂肪酸單烷基酯，最典型的為脂肪酸甲酯(FAME)，以BD100表示。
生物柴油生產(chǎn)過(guò)程中為確保產(chǎn)品品質(zhì)，一般都會(huì)有蒸餾工序，通過(guò)沸點(diǎn)差異分離輕組分和重組分。輕組分主要為混合的脂肪酸甲酯和少量脂肪酸，為色淺清澈透明油狀液體，用于生產(chǎn)國(guó)標(biāo)生物柴油。重組分即塔底重油主要為分子量大、沸點(diǎn)高的甘三酯、甘二酯、甘一酯及少量油脂的聚合物、生物瀝青等，黑色不透明，黏度較大，為常溫可流動(dòng)的粘稠油狀液體，可定義為生物重油。生物重油主要組成為分子量大、沸點(diǎn)高的甘三酯(50％～80％w)、甘二酯(10％～30％w)、甘一酯(5％～15％w)及少量油脂的聚合物(2％～4％w)、生物瀝青(1％～3％w)等(組成酯的脂肪酸碳數(shù)14～24，沸點(diǎn)≥230℃)，黑色不透明，黏度較大，常溫可流動(dòng)的粘稠油狀液體。硫含量低于0.05％，熱值超過(guò)普通0#柴油，具有良好的燃料性能。伴隨生物柴油生產(chǎn)，大量生物重油可不斷同時(shí)生產(chǎn)。生物重油閃點(diǎn)高于180℃，便于安全儲(chǔ)運(yùn)。生物重油來(lái)源于動(dòng)植物油脂，無(wú)生物毒性和環(huán)境危害。
生物重油的主體化學(xué)結(jié)構(gòu)為脂肪酸碳鏈，包括羧基、羥基，碳?xì)滏I、碳氧鍵、氫氧鍵、碳碳單鍵、碳碳雙鍵、共軛雙鍵，直鏈或支鏈。生物重油以碳、氫、氧、少量的硫、氮、磷和金屬元素為主要元素組成的大分子(平均相對(duì)分子質(zhì)量300-1200)烷基酯類(lèi)和非烷基酯的混合物。除去其酯鍵部分，可以粗略視作飽和和不飽和烷烴混合物。生物重油的熱反應(yīng)除氫氧元素易脫除形成水外，其余主要遵循自由基鏈反應(yīng)歷程，即鏈的引發(fā)，鏈的增長(zhǎng)和鏈 的終止。其特點(diǎn)是液相反應(yīng)，在液相中分子密集，生成的自由基會(huì)被臨近的自由基和其他分子圍住，易于相互碰撞，使鏈反應(yīng)終止，降低鏈反應(yīng)速率，產(chǎn)生部分縮合產(chǎn)物和分解產(chǎn)物。脫除的水在熱環(huán)境中為高活性物質(zhì)，可加速相應(yīng)的縮合和分解反應(yīng)。生物重油在熱轉(zhuǎn)化時(shí)主要沿著裂解和縮合兩個(gè)方向進(jìn)行，熱裂解吸熱，縮合放熱，但在宏觀整體上表現(xiàn)為吸熱反應(yīng)。產(chǎn)物有比生物重油更輕的氣體和餾分油，也有更重的產(chǎn)物，甚至焦炭。
烷烴的熱反應(yīng)主要有碳碳鍵斷裂生成較小分子的烷烴和烯烴，以及碳?xì)滏I斷裂生成碳原子數(shù)保持不變的烯烴和氫氣，都是強(qiáng)吸熱過(guò)程。烷烴的鍵能規(guī)律：碳碳鍵的鍵能小于碳?xì)滏I，因此碳碳鍵更易于斷裂；長(zhǎng)鏈烷烴中，越靠近中間處，其碳碳鍵能越小，也就越容易斷裂；隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大，烷烴中碳碳鍵和碳?xì)滏I的鍵能都呈減小的趨勢(shì)，也就是熱穩(wěn)定性逐漸下降；異構(gòu)烷烴中的碳碳鍵及碳?xì)滏I的鍵能都小于正構(gòu)烷烴，異構(gòu)烷烴更易于斷鏈和脫氫；烷烴分子中叔碳上的氫最容易脫除，其次是仲碳上的，而伯碳上的氫最難脫除。
從熱力學(xué)判斷，在500℃左右，烷烴脫氫反應(yīng)進(jìn)行的可能性不大。當(dāng)溫度高達(dá)700℃左右時(shí)，脫氫反應(yīng)的可能性明顯增大。從動(dòng)力學(xué)考慮，烴類(lèi)的熱解反應(yīng)性是以其反應(yīng)速度來(lái)判斷的，通常隨著溫度的升高，烴類(lèi)的反應(yīng)速度迅速增大；隨著烷烴相對(duì)分子質(zhì)量的增大，其反應(yīng)速度明顯加快；在分子中碳數(shù)相同的情況下，異構(gòu)烷烴的熱解反應(yīng)速率比正構(gòu)烷烴稍快。生物重油的熱反應(yīng)在350℃—400℃之間已很劇烈。當(dāng)氫氣存在時(shí)，同樣為自由基反應(yīng)，但與前者不同，氫的存在可明顯抑制各種類(lèi)型的縮合反應(yīng)，從而抑制焦炭的生成。在碳碳鍵斷裂時(shí)，暴露的端口需要?dú)浠蚱渌顫姷淖杂苫鶑浹a(bǔ)，否則只能是靠其余的碳?xì)滏I斷裂脫除的氫來(lái)彌補(bǔ)，多余的碳則相互積聚，形成焦炭，特別是碳碳雙鍵鍵能高，若無(wú)氫補(bǔ)全，更易碳碳聚合。氫碳比高低差異在石油和煤炭中有明顯體現(xiàn)。煤的熱解也自然分離出焦炭和焦油。
重油的加氫一般需要12—18MPa壓力和催化劑。生物重油含有一定比例的氧元素，加氫時(shí)會(huì)產(chǎn)生水，對(duì)常規(guī)加氫的催化劑有阻礙作用，生物重油容易碳化，也不適應(yīng)常規(guī)的加氫工藝。為實(shí)現(xiàn)生物重油常壓熱反應(yīng)并避免過(guò)度聚合，使反應(yīng)向餾分油方向進(jìn)行，關(guān)鍵在于碳碳雙鍵的補(bǔ)全和碳碳鍵斷裂時(shí) 端口的彌補(bǔ)。參考油脂環(huán)氧化過(guò)程碳碳雙鍵與氧的結(jié)合由雙氧水的過(guò)氧自由基補(bǔ)入，并非純氧高壓高溫接觸。事實(shí)上油脂純氧接觸極易爆炸，即使用雙氧水與油脂環(huán)氧化反應(yīng)，仍需要及時(shí)移除反應(yīng)熱和控制反應(yīng)速度，以免發(fā)生爆炸。生物重油碳碳雙鍵的常壓補(bǔ)全使用了另一種化學(xué)反應(yīng)途徑：用甲醇(CH3OH)帶入活性基團(tuán)進(jìn)行醚化反應(yīng)。
主反應(yīng)為碳碳雙鍵被甲醇醚化后，碳鏈以類(lèi)似飽和烷烴熱反應(yīng)方式斷裂，形成較小分子量的新的飽和烷烴和烯烴，新的烯烴再次被甲醇醚化，最終形成飽和烷烴和烷基醚的混合物。之后進(jìn)行分餾，提取相應(yīng)餾分，可作為汽油、柴油、煤油及燃料油調(diào)和組分使用。甲醇醚化后的燃料降低了不穩(wěn)定的碳碳雙鍵含量，有效避免了燃料儲(chǔ)存過(guò)程的氧化變色，并能改善燃燒性能。
化學(xué)原理最終用于生產(chǎn)，需要結(jié)合化工原理和相關(guān)科學(xué)技術(shù)的專(zhuān)門(mén)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。工欲善其事必先利其器，但當(dāng)前尚缺乏應(yīng)用上述原理，將生物重油在常壓下實(shí)現(xiàn)裂化，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)成品油調(diào)和組分的裝置。針對(duì)生物重油，現(xiàn)有技術(shù)主要是作為燃料油或生物瀝青簡(jiǎn)單應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供了一種生物重油常壓裂解裝置，使得生物重油最大化加工為生物質(zhì)汽油、生物質(zhì)柴油和生物質(zhì)煤油餾分，從而增加了生物重油經(jīng)濟(jì)效益。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
一種生物重油常壓裂解裝置，包括燃料油罐、原料油罐、加熱爐、分餾塔、換熱器、水冷卻箱、氣液分離罐、尾氣液封罐、中間罐和泵組，上述部件經(jīng)管線、自控閥門(mén)和儀表組成成套的裝置。
所述的裝置還設(shè)置有液相甲醇伴隨進(jìn)料和熱甲醇蒸汽汽提系統(tǒng)。
所述的加熱爐為頂部對(duì)流段熱能回收的立式燃油加熱爐。
所述分餾塔包括5座精餾塔。
所述常壓裂解裝置設(shè)置4個(gè)中間罐。
所述的換熱器包括兩個(gè)A油換熱器、一個(gè)B油換熱器和一個(gè)C油換熱器。
本實(shí)用新型將生物重油在3％—5％甲醇參與下300℃—500℃常壓無(wú)催化劑快速裂解，生產(chǎn)80％以上含醚結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)汽油、柴油、煤油餾分，用于調(diào)和對(duì)應(yīng)成品油。同時(shí)將所有干氣、廢液、渣油作為自身加熱爐燃料使用，整個(gè)過(guò)程清潔生產(chǎn)，不耗水，無(wú)污染排放。自動(dòng)化控制和裂解分餾的平衡操作，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程能耗低、效率高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)可參閱本案圖式及以下較好實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明而獲得清楚地了解。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
參見(jiàn)圖1，一種生物重油常壓裂解裝置，包括燃料油罐、原料油罐、加熱爐、分餾塔、換熱器、水冷卻箱、氣液分離罐、尾氣液封罐、中間罐和泵組，上述部件經(jīng)管線、自控閥門(mén)和儀表組成成套的裝置。
在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述常壓裂解裝置為避免原料生物重油受熱固化，設(shè)置有液相甲醇伴隨進(jìn)料和熱甲醇蒸汽汽提系統(tǒng)。
需要說(shuō)明的是，液相甲醇伴隨進(jìn)料和熱甲醇蒸汽汽提系統(tǒng)為圖1中的F進(jìn)裝置。
在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述常壓裂解裝置為避免局部過(guò)熱結(jié)焦和充分使用熱能，設(shè)置有頂部對(duì)流段熱能回收的立式燃油加熱爐。便于甲醇醚化和生物重油裂反應(yīng)充分，原料快進(jìn)快出。
在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述常壓裂解裝置為精確分離不同餾分，設(shè)置5座精餾塔，用于精確分離不同餾分。
在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述常壓裂解裝置將干氣和不合格 液體燃料全部作為燃料回用于加熱爐。
在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述常壓裂解裝置設(shè)置4個(gè)中間罐，用于收集不同餾分調(diào)配目標(biāo)產(chǎn)品。
具體的，參見(jiàn)圖1，一種生物重油常壓裂解裝置，主要包括原料油罐、燃料油罐，甲醇進(jìn)料系統(tǒng)(F進(jìn)裝置)。甲醇和生物重油順序經(jīng)C、B、A油換熱器預(yù)熱后進(jìn)入分餾塔1脫除部分輕物質(zhì)和夾帶的水分，之后經(jīng)分餾塔1底油泵進(jìn)入加熱爐對(duì)流段初步加熱。另一路甲醇在加熱爐過(guò)熱氣化后在原料油進(jìn)入加熱爐前混合，一同進(jìn)入加熱爐輻射段強(qiáng)熱裂解和醚化反應(yīng)。反應(yīng)后進(jìn)入分餾塔2，在分餾塔底分離出聚合的重質(zhì)油成分A油，A油經(jīng)兩組A油換熱器將熱量換給原料和甲醇第三、四級(jí)預(yù)熱后，經(jīng)水冷卻箱進(jìn)一步冷卻后出裝置，經(jīng)沉淀過(guò)濾后可調(diào)配用作本裝置加熱爐的燃料，儲(chǔ)存于燃料罐內(nèi)。
分餾塔2頂部出料進(jìn)入分餾塔3，在底部分離出類(lèi)似蠟油的B油，B油經(jīng)B油換熱器將熱量換給原料和甲醇第二級(jí)預(yù)熱后，經(jīng)水冷卻箱進(jìn)一步冷卻后出裝置，進(jìn)入B油中間罐，經(jīng)B油中轉(zhuǎn)油泵出裝置。
頂部出料分餾塔3進(jìn)入分餾塔4，在底部分離出類(lèi)似重柴的C油，C油經(jīng)C油換熱器將熱量換給原料和甲醇第一級(jí)預(yù)熱后，經(jīng)水冷卻箱進(jìn)一步冷卻后出裝置，進(jìn)入C油中間罐，經(jīng)C油中轉(zhuǎn)油泵出裝置。
頂部出料分餾塔4進(jìn)入分餾塔5，在底部分離出類(lèi)似輕柴的D油，經(jīng)水冷卻箱冷卻后進(jìn)入D油中間罐，經(jīng)D油中轉(zhuǎn)油泵出裝置。在頂部分離出類(lèi)似汽油的E油，經(jīng)水冷卻箱冷卻后進(jìn)入E油中間罐，經(jīng)E油中轉(zhuǎn)油泵出裝置。
為避免系統(tǒng)憋壓，各分餾塔及中間罐放空匯聚到氣液分離管和尾氣液封罐后，經(jīng)凝縮液收集罐將液體并入E油，出裝置。干氣則進(jìn)入加熱爐作為本裝置自用燃料安全使用。
其中，所述的原料油罐通過(guò)原料油泵與C油換熱器相連，C油換熱器分別順序通過(guò)B、A油換熱器后與分餾塔1相連，分餾塔1通過(guò)分餾塔1底油泵連接到加熱爐對(duì)流段，加熱爐還與分餾塔2相連，分餾塔2經(jīng)兩組A油換熱器與水冷卻箱相連，水冷卻箱上連接有A油出裝置；分餾塔2頂部出料口與分餾塔3相連，分餾塔3與B油換熱器相連，B油換熱器與水冷卻箱相連，水冷卻箱通過(guò)B油中間罐和B油中轉(zhuǎn)油泵后與B油出裝置相連；分餾塔3頂 部出料口與分餾塔4相連，分餾塔4與C油換熱器相連，C油換熱器與水冷卻箱相連，水冷卻箱通過(guò)C油中間罐和C油中轉(zhuǎn)油泵后與C油出裝置相連；分餾塔4頂部出料口與分餾塔5相連，分餾塔5與水冷卻箱相連，水冷卻箱通過(guò)D油中間罐和D油中轉(zhuǎn)油泵后與D油出裝置相連；水冷卻箱還與E油中間罐相連，E油中間罐通過(guò)E油中轉(zhuǎn)油泵與E油出裝置相連；水冷卻箱還與氣液分離罐相連，氣液分離罐與尾氣液封罐相連，尾氣液封罐分別與分餾塔1、分餾塔2、分餾塔3、分餾塔4和分餾塔5相連；E油中間罐通過(guò)凝縮液收集罐與氣液分離罐相連；燃料油罐通過(guò)燃料油泵與加熱爐相連。
B、C、D、E油根據(jù)閃點(diǎn)、冷濾點(diǎn)、凝點(diǎn)、餾程、色度、熱值、黏度、十六烷值/辛烷值具體指標(biāo)依對(duì)應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)配各類(lèi)目標(biāo)成品油。
本裝置主體材質(zhì)均選用SUS304材質(zhì)，所有泵、自動(dòng)閥、儀表、照明、配電柜等均選用防爆設(shè)備。所有法蘭均選用等電位跨接，整個(gè)裝置滿(mǎn)足布局、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、防雷防靜電、防火防爆相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求。
甲醇和原料經(jīng)在線流量計(jì)按比例配合，在原料油泵后在線混合。加熱爐爐膛溫度對(duì)燃料流量、加熱后物料出口溫度對(duì)進(jìn)料流量自控。
分餾塔1提餾段φ50鮑爾環(huán)填料，精餾段Y125波紋填料。分餾塔2提餾段φ50鮑爾環(huán)填料，精餾段Y350波紋填料。分餾塔3提餾段φ50鮑爾環(huán)填料，精餾段Y250波紋填料。分餾塔4提餾段φ50鮑爾環(huán)填料，精餾段Y125波紋填料。分餾塔5提餾段φ50鮑爾環(huán)填料，精餾段Y125波紋填料。各分餾塔底部均設(shè)有過(guò)熱甲醇蒸汽進(jìn)入的分布器，用于汽提分離對(duì)應(yīng)的輕質(zhì)餾分，改善分離效果和增加輕質(zhì)餾分收率，降低重質(zhì)餾分黏度。
原料油進(jìn)加熱爐，燃料油進(jìn)加熱爐，A油出裝置均設(shè)置可靈活調(diào)溫控溫的防爆電伴熱帶，防管道內(nèi)低溫凝固。整個(gè)裝置以對(duì)應(yīng)溫度設(shè)置保溫隔熱層，以節(jié)約能耗和避免燙傷。
干氣系統(tǒng)設(shè)置安全閥和回火阻火器，確保緊急超壓時(shí)的安全泄放。泄放氣引入加熱爐內(nèi)安全燃燒處理。廢液、渣油則調(diào)和進(jìn)入燃料油罐，作為自身加熱爐燃料使用，整個(gè)過(guò)程清潔生產(chǎn)，不耗水，無(wú)污染排放。自動(dòng)化控制和裂解分餾的平衡操作，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程能耗低、效率高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。
使用時(shí)，根據(jù)加熱爐工作能力和產(chǎn)品比例要求調(diào)整加熱爐出料溫度、甲 醇比例，將生物重油在3％—5％甲醇參與下300℃—500℃常壓無(wú)催化劑快速裂解，生產(chǎn)80％以上含醚結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)汽油、柴油、煤油餾分，用于調(diào)和對(duì)應(yīng)成品油。運(yùn)行一年左右或其他安排檢修時(shí)，將裝置內(nèi)料退凈，與其他裝置安全隔離，加熱狀態(tài)引入過(guò)熱水蒸氣，摻加部分比例空氣燒焦，使加熱爐管重新清潔可用。精餾塔內(nèi)則通過(guò)人孔打開(kāi)檢修，清理或更換填料。
正常使用情況，每一年拆檢一次。
以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。