生物質(zhì)和生活垃圾中可燃物共制液體燃料的工藝的制作方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域能源化工。
[0002]【背景技術(shù)】在以往生物質(zhì)熱裂解制生物油的試驗(yàn)研究中，為了將原料熱值盡量轉(zhuǎn)化到油品中，國內(nèi)外研究者大都傾向獲取高的液體產(chǎn)率，減少氣體和炭質(zhì)的生成。不得不把生物質(zhì)原料烘干并粉碎成很細(xì)的粉末，在極短的時間內(nèi)加熱和冷卻，使得熱裂解工藝復(fù)雜，產(chǎn)品多，有生物質(zhì)焦油、不凝氣體和固定碳。成本很高。而且得到的生物質(zhì)裂解油粘度大，酸度高，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，熱值低(一般只有柴油熱值的40% )，內(nèi)燃機(jī)不能使用。而再對其進(jìn)行加氫精制改質(zhì)時，又需要制氫，加氫過程壓力高，工藝復(fù)雜，投資大。改質(zhì)成本也很高。所以生物質(zhì)熱裂解制生物油一直未在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)。
[0003]本發(fā)明的技術(shù)方案為:生物質(zhì)原料進(jìn)行常規(guī)速度的熱裂解，只得到30-40%產(chǎn)率的生物質(zhì)焦油。熱解產(chǎn)生30-40%的木炭，在同一個設(shè)備中用氧氣在高溫下氣化為一氧化碳。氣化和熱解將原料轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)焦油、一氧化碳和水蒸汽(烘干原料產(chǎn)生)三種主產(chǎn)品。它們被一起栗入一個含有粉末狀多功能固體催化劑的漿態(tài)床反應(yīng)器中，用一氧化碳和水對生物質(zhì)焦油進(jìn)行變換加氫和催化裂化改質(zhì)。實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)熱解和焦油改質(zhì)同時進(jìn)行。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明生物質(zhì)與生活垃圾中可燃物共制液體燃料的工藝的主要技術(shù)特征為:原料農(nóng)林廢棄生物質(zhì)如小樹枝、木肩、樹葉、雜草、農(nóng)作物秸桿等與生活垃圾中分選的可燃物(含有較多炭氫塑料有機(jī)物)，不破碎進(jìn)行混合。生活垃圾中可燃物占比例為0-40 %。混合后原料含水5-30 %。混合物料推入氣化熱解爐的進(jìn)料口，被逐漸壓緊擠壓出空氣，形成一個較密實(shí)的料柱，在氣化熱解爐中向下移動進(jìn)入干燥層和反應(yīng)層。
[0005]氣化熱解爐是一個豎立的固定(移動)床反應(yīng)器。從上部給料筒進(jìn)料，爐中間出氣態(tài)產(chǎn)品，中部微負(fù)壓操作，下部出渣。給料筒下端稍縮口，使物料逐漸擠緊排除空氣。下部是一個高溫熔池，渣呈液態(tài)流出或半熔融態(tài)推出。
[0006]氣化熱解爐工作時物料連續(xù)向下移動。氣化劑用氧氣(或含氧50%以上富氧空氣)定量連續(xù)給到熔池的上部，與熱解生成的木炭劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生950°C -1250°C的高溫氣體向上移動穿過和加熱物料，使物料產(chǎn)生溫度梯度層。從下往上依次為:溫度12000C 800°C的料層為氣化反應(yīng)層，在氣化溫度下，氣體中的二氧化碳幾乎全部被木炭還原成了一氧化碳，生物質(zhì)中的灰分呈熔融態(tài)；溫度800°C -300°C的料層為熱解反應(yīng)層，原料中的揮發(fā)份在該層熱解呈汽態(tài)析出后逐漸轉(zhuǎn)化為木炭；溫度300°C以下為物料烘干層。出爐氣體和汽態(tài)焦油溫度約為80°C -250°C。工作時調(diào)節(jié)氧氣給人量，可以方便的控制氣化和熱解的溫度、速度等條件。開工點(diǎn)火或氣化溫度不足時在爐外預(yù)熱氧氣。物料熱解時間5秒---10分鐘ο
[0007]經(jīng)過氣化熱解爐處理，固體生物質(zhì)和生活垃圾中可燃物完全轉(zhuǎn)化。成為氣體、可凝的生物質(zhì)焦油和烯烴、灰渣?；以谢静缓瑲?zhí)?。原料所含水分被蒸發(fā)為水蒸氣混入氣化產(chǎn)品。經(jīng)熱解轉(zhuǎn)化為木炭進(jìn)行氣化反應(yīng)的炭量，約為入爐原料干物質(zhì)重量的30-40%。出爐氣體產(chǎn)品中主要成分是一氧化碳和水蒸氣，僅含少量氫、不凝氣態(tài)烴，二氧化碳和其它氣體的含量很少(只有使用富氧空氣作為氣化劑時才含部分惰性氮?dú)??？赡纳镔|(zhì)焦油和烯烴的產(chǎn)率約占原料干物質(zhì)重量的3050%。
[0008]出氣化熱解爐的汽態(tài)產(chǎn)品，在輸送管道中噴入液體循環(huán)油進(jìn)行混合(用液體循環(huán)油稀釋生物質(zhì)焦油利于栗運(yùn)行，液體循環(huán)油又是傳氫介質(zhì)阻止焦油聚合)，用栗增壓至
0.2-0.8Mpa，立即射人加氫裂化反應(yīng)器，進(jìn)行生物質(zhì)焦油的催化裂化與變換加氫改質(zhì)反應(yīng)。
[0009]加氫裂化反應(yīng)器是一個豎立的圓柱形密閉容器。容器內(nèi)裝有液體石蠟(運(yùn)行后轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨矸磻?yīng)產(chǎn)生的油)作為反應(yīng)傳氫介質(zhì)，充填率60-80 %。細(xì)度0-20微米的固體催化劑粉末懸浮在石蠟(油)中，催化劑濃度20—40 %。故稱漿態(tài)床三相反應(yīng)器。它采用間壁換熱，用以控制反應(yīng)溫度。
[0010]加氫裂化反應(yīng)器工作時，出氣化熱解爐的汽態(tài)產(chǎn)品與循環(huán)油以0.2---20米/秒的速度向下射入加氫裂化反應(yīng)器的底部。攪動催化劑漿防止沉淀。射流將氣體分割為微小的氣泡，微泡有很大的表面積和化學(xué)活性。微泡上浮時，泡內(nèi)氣體和焦油與微泡表面催化劑、傳氫介質(zhì)石蠟、混合在液相的焦油、部分改質(zhì)的焦油等不斷發(fā)生碰撞。加氫裂化反應(yīng)器工作溫度 250°C -450°C，工作壓力常壓0.6Mpa，空速 5050001/h.。
[0011]在這種工作條件下，器內(nèi)各種物質(zhì)均不能穩(wěn)定存在。氣體、液體、固體催化劑之間不斷發(fā)生下列復(fù)雜的三相反應(yīng):在催化作用下，一氧化碳與水發(fā)生變換反應(yīng)，新生的氫具有高的活性，易為焦油加氫，由于氫被消耗，變換反應(yīng)成為不可逆，向有利方向反應(yīng)；器內(nèi)的氫可在催化劑作用下與焦油發(fā)生加氫脫氧反應(yīng)；一氧化碳也可以與焦油發(fā)生脫氧反應(yīng)；氫可以通過介質(zhì)傳遞給焦油；很多焦油在被催化加氫時發(fā)生了氫解；固體酸催化焦油發(fā)生裂化等等?？傊?，在催化劑作用下，生物質(zhì)焦油通過加氫脫氧，使復(fù)雜的化學(xué)成分逐漸還原為醇類和烴類，含氧量減少，熱值大大提高；生物質(zhì)焦油中分子量大的重質(zhì)成分，通過催化氫解和催化裂化逐漸生成分子量適中的輕質(zhì)成分。改質(zhì)前黑色粘稠的生物質(zhì)焦油，變成粘度低、密度小、微黃色，類似于柴油的生物質(zhì)液體。
[0012]在對生物質(zhì)焦油加氫裂化改質(zhì)反應(yīng)，催化劑是關(guān)鍵。此工藝采用的催化劑是多功能的:它具有一氧化碳與水變換為氫的催化功能、催化加氫功能和催化裂化功能。它對于工藝特定的化學(xué)反應(yīng)具有一定的催化活性，對于設(shè)定的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)品具有良好的選擇性。它是由多種活性金屬成分組成，負(fù)載在酸性適中的固體酸催化劑上，經(jīng)特殊工藝制成。
[0013]在加氫裂化反應(yīng)器中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，一氧化碳變換是放熱反應(yīng)，催化加氫也是放熱反應(yīng)，焦油裂化是吸熱反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)總體還是放熱的。為了維持穩(wěn)定的反應(yīng)溫度，保持催化劑活性，必須移走反應(yīng)熱。加氫裂化反應(yīng)器采用間壁結(jié)構(gòu)，用水作為換熱介質(zhì)，可以副產(chǎn)水蒸氣。
[0014]加氫裂化反應(yīng)器具有蒸餾作用，重質(zhì)成分沸點(diǎn)高，工作溫度下會截留在反應(yīng)器內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)，只有生成的低沸點(diǎn)輕質(zhì)成分在工作溫度下隨反應(yīng)尾氣一同出反應(yīng)器。
[0015]出加氫裂化反應(yīng)器的產(chǎn)物進(jìn)入冷凝器，在常壓一0.5Mpa下，冷卻到50°C.進(jìn)行氣液分離，收集液體部分作為產(chǎn)品。
[0016]經(jīng)過加氫裂化的產(chǎn)品，物理性狀類似柴油?；瘜W(xué)成分是以醇類和烴類為主的多成分有機(jī)化合物。含氧量較少(5-12%)。含少量水份(小于5%)。與水有一定的互溶性，但不完全互溶。在空氣中燃燒完全，無黑煙。凈熱值2838MJ/Kgo略低于柴油(42MJ/kg)。經(jīng)過脫水或乳化處理，可以作為柴油發(fā)動機(jī)燃料。故稱之為生物質(zhì)油。
[0017]由本工藝生產(chǎn)的生物質(zhì)油，產(chǎn)率約為原料干物質(zhì)質(zhì)量的30-35%。生物質(zhì)油的凈熱值2838MJ/kg，生物質(zhì)原料的低位熱值一般為817MJ/kg，熱值轉(zhuǎn)化率7095%。
[0018]【附圖說明】附圖是本發(fā)明生物質(zhì)和生活垃圾中可燃物共制液體燃料的工藝的示意圖。圖中1、氣化熱解爐。2、栗。3、加氫裂化反應(yīng)器。4、冷凝器。
[0019]本發(fā)明產(chǎn)生如下有益效果
[0020]1、工藝簡單，易操作。設(shè)備少，投資小。生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)效益高。
[0021]2、設(shè)備低壓(甚至常壓)工作，設(shè)備容易制造。生產(chǎn)安全性好。
[0022]3、三廢排放少，對環(huán)境影響小。社會效益好。
[0023]4、產(chǎn)品單一。油品質(zhì)量較好，可作為內(nèi)燃發(fā)動機(jī)燃料，用途大。
[0024]5、熱值轉(zhuǎn)化率較高。
[0025]具體實(shí)施辦法
[0026]將農(nóng)作物秸桿與生活垃圾中分選的可燃物，不破碎進(jìn)行混合。生活垃圾中可燃物占20%。混合后原料含水15%。混合物料推入氣化熱解爐的進(jìn)料口，被逐漸壓緊擠壓出空氣，形成一個較密實(shí)的料柱，在氣化熱解爐中向下移動進(jìn)入干燥層和反應(yīng)層。
[0027]氣化熱解爐是一個豎立的固定(移動)床反應(yīng)器，從上部給料筒進(jìn)料，爐中間出氣體產(chǎn)品，中部微負(fù)壓操作，下部出渣。給料筒下端稍縮口，使物料逐漸擠緊排除空氣。下部是一個高溫熔池，渣呈液態(tài)流出。
[0028]氣化熱解爐工作時物料連續(xù)向下移動，氣化劑氧氣定量連續(xù)給到熔池的上部，與原料熱解后生成的木炭劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生950_1250°C的高溫氣體向上移動穿過和加熱物料，使物料產(chǎn)生溫度梯度層。從下往上依次為:溫度1200---800°C的料層為氣化反應(yīng)層，在氣化溫度下，氣體中的二氧化碳幾乎全部被木炭還原成了一氧化碳，生物質(zhì)中的灰分呈熔融態(tài)；溫度800-300°C的料層為熱解反應(yīng)層，原料中的揮發(fā)份在該層熱解呈汽態(tài)析出后逐漸轉(zhuǎn)化為木炭；溫度300以下為物料烘干層。出爐氣體和汽態(tài)焦油溫度約為180°C。工作時調(diào)節(jié)氧氣給人量，可以方便的控制氣化和熱解的溫度、速度等條件。開工點(diǎn)火或氣化溫度不足時在爐外預(yù)熱氧氣至500°C以上。物料熱解時間約I分鐘。