一種含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置與方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置與方法，包括生物質與催化劑料斗、螺旋進料器、螺旋式擠壓反應器、產物室、過濾冷凝裝置、兩級分離網與兩級振動裝置等。生物質與熱催化劑在螺旋式擠壓反應器內互相擠壓、充分接觸混合并進行生物質催化熱解反應；熱解氣相產物經過過濾和冷凝得到芳香烴等液態化學品和富含烯烴的不冷凝氣體；熱解固體產物通過兩級分離網分離成粗炭和催化劑，催化劑在流化床再生反應器中燃燒再生后進入催化劑料斗循環使用，燃燒再生產生的熱煙氣用于干燥生物質原料。本發明專利技術熱解過程實現催化劑與生物質緊密接觸，催化反應效果佳，催化劑用量少且實現分離再生循環利用，熱解過程無需載氣，產物更純凈。

【技術實現步驟摘要】
一種含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置與方法
本專利技術屬于生物質資源利用
，具體涉及一種含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置與方法。
技術介紹
能源是現代社會賴以生存和發展的基礎。目前我國的能源85％以上為煤炭、石油、天然氣等不可再生的化石燃料。這些化石燃料不僅日益匱乏，而且從開采到利用的過程中還會產生嚴重的環境污染，比如溫室效應、酸雨、霧霾、PM2.5等。新能源不僅可以緩解能源供應緊張的局面，還可以減少環境污染。因此，尋求可再生能源成為世界各國十分關心的問題。生物質能是一種新能源，生物質包括植物、動物和微生物，廣義上，生物質包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。狹義上，生物質主要是指農林業生產過程中除糧食、果實以外的秸稈、樹木等木質纖維素(簡稱木質素)、農產品加工業下腳料、農林廢棄物及畜牧業生產過程中的禽畜糞便和廢棄物等等。生物質能具有諸多優點：可再生性，生物質能源是從太陽能轉化而來，可實現能源的永續利用；清潔、低碳，生物質能源中的有害物質含量很低，排放的二氧化碳相當于生長時吸收的二氧化碳，對大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，減輕溫室效應；原料豐富，據世界自然基金會預計，全球生物質能源潛在可利用量達350EJ/年(約合82.12億噸標準油，相當于2009年全球能源消耗量的73％)，據我國《可再生能源中長期發展規劃》統計，目前我國農業廢棄物每年產量高達7億噸。在傳統能源日漸枯竭的背景下，生物質能源是理想的替代能源。近年來，生物質快速熱裂解來制備生物質燃料技術得到了迅猛地發展，該方法能夠將生物質高效轉化為易儲存、易運輸、能量密度高的燃料。生物質熱解是指生物質在無氧或缺氧的條件下加熱分解，最終生成生物炭、生物油和可燃氣的過程。然而，傳統的生物質熱解方式存在諸多缺點。涉及到產品、技術和應用諸方面，熱解技術還存在如下一些問題：一般熱解方法得到的產物油中含氧量較高，嚴重影響了產物的品位，而載氣的存在也會將炭顆粒引入生物油，影響油品。此外，傳統催化熱解工藝中催化劑與生物質原料接觸不夠充分，造成催化劑的用量遠遠大于生物質的量，不僅消耗大量催化劑，而且催化熱解效果不盡人意。同時，生物質熱解后的炭產物與催化劑顆粒混雜在一起，使得失活的催化劑再生困難，一起燃燒再生的話會浪費大量的熱能與炭產物。
技術實現思路
專利技術目的：為了克服現有技術中存在的不足，本專利技術提供一種含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置與方法，是一種不需要載氣并高效混合生物質原料與催化劑，同時實現催化劑分離再生循環利用的生物質催化熱解裝置，并提供了利用該擠壓催化熱解裝置進行生物質催化熱解的方法。解決了現有技術中載氣存在影響生物油油品、催化劑與生物質接觸不夠充分、催化劑與炭產物分離困難、催化劑再生浪費熱能與炭產物等問題。技術方案：為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：一種含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置，包括進出口依次連接的生物質料斗、催化劑料斗、螺旋式擠壓反應器、產物室、催化劑回收箱和氣體收集裝置及流化床再生反應器；所述氣體收集裝置包括進出口依次連接的過濾裝置、冷凝裝置及儲氣瓶，所述產物室的上出口與所述過濾裝置的入口相連，所述冷凝裝置的氣相出口與所述儲氣瓶入口相連；所述產物室的下出口通過振動分離裝置連接所述催化劑回收箱，所述振動分離裝置由分離網和振動裝置同軸連接組成，由振動裝置驅動；所述分離網的網下出口連接所述催化劑回收箱；所述流化床再生反應器的給料口連接所述催化劑回收箱的底部出口，載氣入口連接所述儲氣瓶的出口；流化床再生反應器的固體出口連接所述催化劑料斗的入口，上部的氣體出口連接所述生物質料斗的通風口。進一步的，所述生物質料斗和催化劑料斗的出口分別各自通過螺旋進料器與所述螺旋式擠壓反應器的入口連接，螺旋式擠壓反應器出口與產物室相連；螺旋式擠壓反應器由外加熱系統供熱，內部設有電動機帶動的螺旋葉輪，通過螺旋葉輪的推進、擠壓、攪拌，促進生物質原料與催化劑的混合接觸。進一步的，所述振動分離裝置為呈階梯狀的兩階平行振動分離裝置，上階為一級振動分離裝置，下階為二級振動分離裝置；所述產物室的下出口連接所述一級振動分離裝置的一級分離網，所述一級分離網的網下出口連接催化劑回收箱，網上出口與所述二級振動分離裝置的二級分離網入口相連，二級分離網的網下出口連接催化劑回收箱。進一步的，所述振動分離裝置傾斜設置，傾斜角為20-60°。進一步的，所述分離網的網孔直徑為50目。進一步的，所述流化床再生反應器使用生物質熱解來自儲氣瓶的不冷凝氣體作為載氣，控制載氣流速，維持鼓泡流態化狀態。上述的含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置的方法，包括如下步驟：步驟一、生物質原料催化熱解：儲存在生物質料斗中的生物質原料和催化劑料斗中的催化劑進入螺旋式擠壓反應器，在螺旋式擠壓反應器中互相擠壓、接觸混合，生物質在催化劑作用下發生催化熱解反應，產生的產物排入產物室；步驟二、氣相產物過濾冷凝：產物室中的熱解氣相產物經過過濾裝置過濾除去固體雜質，再經過冷凝裝置冷凝得到芳香烴等液態化學品和富含烯烴的不冷凝氣體，不冷凝的氣體產物進入儲氣瓶，作為富烯烴的可燃氣體儲存起來；步驟三、固體產物催化劑分離：產物室中的熱解固體產物通過振動分離裝置分離成粗炭和催化劑，小粒徑的催化劑和小粒徑炭顆粒通過分離網落入催化劑回收箱；大粒徑的炭產物粗炭收集；步驟四、催化劑回收再生：催化劑回收箱中的催化劑和小粒徑炭顆粒進入流化床再生反應器，以儲氣瓶中的不冷凝氣體作為載氣，進行燃燒再生后進入催化劑料斗循環使用；燃燒產生的熱煙氣進入生物質料斗用于干燥生物質原料。進一步的，所述生物質原料是經粉碎的生物質顆粒，所述催化劑顆粒粒徑小于50目。進一步的，所述螺旋式擠壓反應器預先由外供熱系統加熱到500～550℃，在反應過程中溫度保持穩定；所述流化床再生反應器溫度控制在650～700℃。進一步的，所述催化劑種類包括LOSA-1、FCC、Al2O3、HZSM-5。有益效果：本專利技術提供的含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置與方法，與現有技術比較，具有以下積極效果為：1.采用螺旋式擠壓反應器，使得催化劑與原料強制接觸，混合均勻，發生催化熱解反應，相較于傳統工藝，反應過程所需的催化劑的用量少，并且產量提高，成本降低。2.催化劑和活性炭的分離過程采用兩級分離網，即一級分離網和二級分離網，由振動裝置帶動分離網不斷振動達到篩分不同粒徑固體產物的目的，分離效果好，并且設備簡單、益于維護。3.熱解過程無需載氣，氣相產物幾乎不含炭顆粒，產物更加純凈，免去了傳統熱解方法的旋風分離步驟。4.催化熱解得到的產物以烯烴、芳香烴為主，產物近似完全脫氧，無論是作為燃料和化學品均有較高的價值。5.催化劑在流化床再生反應器中得到再生，采用生物質熱解不冷凝氣作為載氣，實現循環利用。燃燒再生產生的高溫氣體干燥生物質原料，節約了預處理所需的能量，降低了系統運行的成本。附圖說明圖1是本專利技術的含生物質螺旋反應器催化熱解的方法和裝置的工藝流程圖。其中，1—生物質料斗、2—催化劑料斗、3—螺旋進料器、4—螺旋式擠壓反應器、5—產物室、6—過濾裝置、7—冷凝裝置、8—儲氣瓶、9—儲油罐、10—一級分離網、11—二級分離網、12—一級振本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置，其特征在于：包括進出口依次連接的生物質料斗(1)、催化劑料斗(2)、螺旋式擠壓反應器(4)、產物室(5)、催化劑回收箱(15)和氣體收集裝置及流化床再生反應器(16)；所述氣體收集裝置包括進出口依次連接的過濾裝置(6)、冷凝裝置(7)及儲氣瓶(8)，所述產物室(5)的上出口與所述過濾裝置(6)的入口相連，所述冷凝裝置(7)的氣相出口與所述儲氣瓶(8)入口相連；所述產物室(5)的下出口通過振動分離裝置連接所述催化劑回收箱(15)，所述振動分離裝置由分離網和振動裝置同軸連接組成，由振動裝置驅動；所述分離網的網下出口連接所述催化劑回收箱(15)；所述流化床再生反應器(16)的給料口連接所述催化劑回收箱(15)的底部出口，載氣入口連接所述儲氣瓶(8)的出口；流化床再生反應器(16)的固體出口連接所述催化劑料斗(2)的入口，上部的氣體出口連接所述生物質料斗(1)的通風口。

【技術特征摘要】
1.一種含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置，其特征在于：包括進出口依次連接的生物質料斗(1)、催化劑料斗(2)、螺旋式擠壓反應器(4)、產物室(5)、催化劑回收箱(15)和氣體收集裝置及流化床再生反應器(16)；所述氣體收集裝置包括進出口依次連接的過濾裝置(6)、冷凝裝置(7)及儲氣瓶(8)，所述產物室(5)的上出口與所述過濾裝置(6)的入口相連，所述冷凝裝置(7)的氣相出口與所述儲氣瓶(8)入口相連；所述產物室(5)的下出口通過振動分離裝置連接所述催化劑回收箱(15)，所述振動分離裝置由分離網和振動裝置同軸連接組成，由振動裝置驅動；所述分離網的網下出口連接所述催化劑回收箱(15)；所述流化床再生反應器(16)的給料口連接所述催化劑回收箱(15)的底部出口，載氣入口連接所述儲氣瓶(8)的出口；流化床再生反應器(16)的固體出口連接所述催化劑料斗(2)的入口，上部的氣體出口連接所述生物質料斗(1)的通風口。2.根據權利要求1所述的含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置，其特征在于：所述生物質料斗(1)和催化劑料斗(2)的出口分別各自通過螺旋進料器(3)與所述螺旋式擠壓反應器(4)的入口連接，螺旋式擠壓反應器(4)出口與產物室(5)相連；螺旋式擠壓反應器(4)由外加熱系統供熱，內部設有電動機帶動的螺旋葉輪，通過螺旋葉輪的推進、擠壓、攪拌，促進生物質原料與催化劑的混合接觸。3.根據權利要求1所述的含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置，其特征在于：所述振動分離裝置為呈階梯狀的兩階平行振動分離裝置，上階為一級振動分離裝置，下階為二級振動分離裝置；所述產物室(5)的下出口連接所述一級振動分離裝置的一級分離網(10)，所述一級分離網(10)的網下出口連接催化劑回收箱(15)，網上出口與所述二級振動分離裝置的二級分離網(11)入口相連，二級分離網(11)的網下出口連接催化劑回收箱(15)。4.根據權利要求1所述的含催化劑分離再生的生物質擠壓催化熱解裝置，其特征在于：所述振動分離裝置傾斜設置，傾斜角為20-60°。5.根據權利要求1所述的含催化劑分離...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張會巖，祝敏敏，肖睿，陳星，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32