一种制备生物基醛酮类的装置与方法制造方法及图纸

一种制备生物基醛酮类的装置与方法，包括NTP催化‑再生反应系统II，NTP催化‑再生反应系统II包括催化反应器、螺旋燃烧器、NTP发生器和氧气供给装置，催化反应器外部设有螺旋燃烧器和NTP发生器，所述氧气供给装置分别与催化反应器和螺旋燃烧器相连接。通过该装置实现自热式NTP在线催化‑再生制备生物基醛酮类的方法，使得使用过的催化剂通过NTP产生高能粒子和活性物质氧化催化剂上的积碳，催化剂得以再生，再生温度低，催化剂结构保持完好，可重复使用。

A device and method for the preparation of biological aldehydes and ketones

【技术实现步骤摘要】
一种制备生物基醛酮类的装置与方法
本专利技术属于用于生物质热化学转化
，具体来说，涉及一种自热式NTP在线催化-再生制备生物基醛酮类的装置与方法。
技术介绍
醛酮化合物是一类重要的有机化工生产过程中的中间体，被广泛应用于精细化工产品的合成。目前工业上醛酮类的主要来源：1、醇氧化是合成醛酮的主要反应，伯醇脱氢制备醛；2、从乙酸得到乙酸钙，然后加热至160分解生成丙酮和碳酸钙；3、乙醇蒸气在铬酸锌催化剂存在下，高温反应生成丙酮；4、液化天然气或石脑油氧化成丙酮和甲醛等。NTP再生法是目前国内外比较先进，再生效果比较好的再生方法，即利用NTP发生器产生高能粒子和活性物质来氧化分解催化剂上的积碳，产生CO和CO2。且由于传统燃料的短缺以及对于环境保护意识的提升，研究替代传统化石能源的可再生新能源显得越发重要。生物质能源作为目前能够获得的唯一可再生碳源，可以作为制备液体燃料和化工产品的原料。专利文献CN108531204.A描述了生物质热解制备酮类化合物的装置与方法，该装置采用两段式热解反应系统，对生物质原料进行定向催化热解，制备所需要的酮类化合物，该装置热解反应所需热量均由热电偶加热产生，所需温度高、耗能多；催化剂采用单一催化剂，效果较差；催化剂无法进行重复利用，造成资源浪费。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，即传统催化再生装置所需温度高，再生时间长，效果较差，研究并专利技术了一种自热式NTP在线催化-再生制备生物基醛酮类的装置，本装置对上述专利文献CN108531204.A装置进行了一些改进：热解部分固定床采用螺旋形通道设置，可自动控制热解时间与温度；催化部分利用生物质炭提供热量，实现热量自给，节约大量能源；催化剂均采用复合型催化剂，可以有效控制醛酮生成比例，并挺高醛酮产率；低温NTP催化-再生装置的应用，能够实现催化剂低温再生，及减少能耗，又能够实现催化剂的重复使用。该装置可以实现热解-催化与再生依次发生，催化反应所需热量完全自给，且再生温度较低，可较好保持催化剂结构。同时，本专利技术还提供了一种自热式NTP在线催化-再生制备生物基醛酮类的方法，首先，物料在热解反应器生成多组分热解气体，热解气体进入催化反应器中经过定向催化最终制得醛酮类化合物，同时生物质炭掉入螺旋反应通道，通过接入空气使之燃烧，为催化剂的再生提供足够的温度，NTP发生器产生高能粒子和活性物质氧化催化剂上的积碳使之再生。本专利技术就是为了利用生物质作为原料制备醛酮类化合物，既可以实现生物质及催化剂的持续利用，也可以获得醛酮类化合物为最终制备液体燃料和化工产品做准备。针对上述的技术目的，本专利技术将采取如下的技术方案：一种制备生物基醛酮类的装置，该装置包括NTP催化-再生反应系统II；所述NTP催化-再生反应系统II包括催化反应器、螺旋燃烧器、NTP发生器和氧气供给装置，所述催化反应器外部设有螺旋燃烧器和NTP发生器，所述氧气供给装置分别与催化反应器和螺旋燃烧器相连接。优选的，该装置还包括热解反应系统I；所述热解反应系统I包括热解反应器以及分别与其相连接的进料组件和氮气供给装置，所述热解反应器外部设有热解加热炉；所述热解反应器通过球阀与催化反应器相连接，所述热解反应器通过连接管道与螺旋燃烧器相连接。优选的，该装置还包括产物收集系统III；所述产物收集系统III包括气体分离收集装置和碳渣收集器；所述催化反应器下端与气体分离收集装置连接，所述碳渣收集器通过下降导管与催化反应器相连接。优选的，所述NTP发生器连接有调压器和智能脉冲冲击机。优选的，所述进料组件包括螺旋丝杆、料仓和动力装置，所述螺旋丝杆分别与料仓、进料孔相连接，所述螺旋丝杆与动力装置电气连接。优选的，所述气体分离收集装置为依次连接的多级冷凝管、洗气瓶和气体收集袋，所述催化反应器下端与多级冷凝管相连接。优选的，所述热解反应器中设有螺旋形反应床，所述螺旋形反应床有1～3圈螺旋结构，所述螺旋形反应床螺旋结构的螺旋角度为15°～20°；所述螺旋燃烧器设有5～8圈螺旋结构，所述螺旋燃烧器螺旋结构的螺旋角度为5°～10°。优选的，所述热解反应器连接有温度传感器a，所述催化反应器连接有温度传感器b。一种制备生物基醛酮类的方法，该方法包括以下步骤：第一步热解反应：生物质原料在200℃～400℃温度下发生热解反应，所述生物质原料热解后生成生物质炭；第二步催化反应：向螺旋燃烧器中通入氧气且放入所述生物质炭，螺旋燃烧器内生物质炭燃烧供热，将催化剂置入催化反应器内，将第一步热解反应后的气体通入催化反应器，所述催化剂与热解反应后的气体发生催化反应；第三步醛酮类产物收集：收集第二步催化反应后的生物质醛酮类气体产物；第四步催化剂再生反应：向催化反应器内通入氧气，启动NTP发生器，使催化剂发生再生反应；重复第一、二、三、四步，以此循环；其中，所述生物质原料为秸秆、甘蔗渣、松木，所述生物质原料粒径为0.4mm～0.6mm，所述催化剂为ZrO2-FeOx、CeO2-TiO2、ZrO2-CeO2或者CeO2-MnO2中的一种或多种。优选的，所述螺旋燃烧器内生物质炭燃烧所提供的温度在250℃～350℃之间，所述NTP发生器所用的放电频率为7～10kHz，放电电压为17kV～20kV，原料进料速率为5g/min～200g/min，热解反应器通入氮气的流量为100mL/min～150mL/min，螺旋燃烧器通入氧气的流量为200mL/min～250mL/min，催化反应器通入氧气流量为100mL/min～150mL/min。优选的，多级冷凝管为三级冷凝装置，实现不同化合物的分离，其中，一级冷凝装置温度为160～200℃，得液体产物为酚类；二级冷凝装置温度为40～80℃，所得液体产物为苯环类；三级冷凝装置位于冰水混合物中，得液体产物为醛酮类。有益效果：1、利用生物质作为原料制备液体燃油前驱物醛酮类，经济且环保。2、使用过的催化剂通过NTP产生高能粒子和活性物质氧化催化剂上的积碳，使催化剂能够再生，再生温度低，催化剂结构保持完好，可重复使用。3、生物质炭螺旋反应通道的设计，能够使生物质炭充分燃烧，为催化剂的再生提供足够的温度。4、三级冷凝装置能够实现醛酮类化合物、大分子苯环类及酚类的分离。附图说明图1为本专利技术制备生物基醛酮类装置的示意图。图2为本专利技术实施例1中生物质热解主要醛酮类产率和选择性示意图。图3为本专利技术实施例2中四种催化剂五个循环后醛酮总产率示意图。其中，图1中I部分为热解反应系统I，II部分为NTP催化-再生反应系统II，III部分为产物收集系统III；1-电动机、2-螺旋丝杆、3-料仓、4-氮气瓶、5-氮气截止阀、6-氮气流量计、7-温度传感器a、8热解反应器、9-热解加热炉、10-连接管道、11-球阀、12-催化反应器、13-螺旋燃烧器、14-NTP发生器、15-调压器、16-智能脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备生物基醛酮类的装置，其特征在于：该装置包括NTP催化-再生反应系统II；/n所述NTP催化-再生反应系统II包括催化反应器(12)、螺旋燃烧器(13)、NTP发生器(14)和氧气供给装置，所述氧气供给装置分别与催化反应器(12)和螺旋燃烧器(13)连接，所述催化反应器(12)分别与螺旋燃烧器(13)和NTP发生器(14)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备生物基醛酮类的装置，其特征在于：该装置包括NTP催化-再生反应系统II；
所述NTP催化-再生反应系统II包括催化反应器(12)、螺旋燃烧器(13)、NTP发生器(14)和氧气供给装置，所述氧气供给装置分别与催化反应器(12)和螺旋燃烧器(13)连接，所述催化反应器(12)分别与螺旋燃烧器(13)和NTP发生器(14)连接。


2.根据权利要求1所述的制备生物基醛酮类的装置，其特征在于，该装置还包括热解反应系统I；
所述热解反应系统I包括热解反应器(8)以及分别与其相连接的进料组件和氮气供给装置，所述热解反应器(8)外部设有热解加热炉(9)；
所述热解反应器(8)与催化反应器(12)相连接，所述热解反应器(8)与螺旋燃烧器(13)相连接。


3.根据权利要求2所述的制备生物基醛酮类的装置，其特征在于，该装置还包括产物收集系统III；
所述产物收集系统III包括气体分离收集装置和碳渣收集器(27)；
所述催化反应器(12)与气体分离收集装置连接，所述碳渣收集器(27)与催化反应器(12)相连接。


4.根据权利要求2或3所述的制备生物基醛酮类的装置，其特征在于，所述进料组件包括螺旋丝杆(2)、料仓(3)和动力装置，所述螺旋丝杆(2)分别与料仓(3)、热解反应器(8)相连接，所述螺旋丝杆(2)与动力装置电气连接。


5.根据权利要求3所述的自热式NTP在线催化-再生制备生物基醛酮类的装置，其特征在于，所述气体分离收集装置为依次连接的多级冷凝管(24)、洗气瓶(25)和气体收集袋(26)，所述催化反应器(12)与多级冷凝管(24)相连接。


6.根据权利要求2或3所述的自热式NTP在线催化-再生制备生物基醛酮类的装置，其特征在于，所述热解反应器(8)中设有螺旋形反应床，所述螺旋形反应床有1～3圈螺旋结构，所述螺旋形反应床螺旋结构的螺旋角度为15°～20°；所述螺旋燃烧器(13)设有5～8圈螺旋结构，所述螺旋燃烧器(13)螺旋结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵珊珊，刘成跃，项贤亮，李小华，蔡忆昔，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32