一种固废气化耦合生物质热解产物气态加氢装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种固废气化耦合生物质热解产物气态加氢装置，属于固废资源化利用技术领域。利用固废气化模块制备氢气及轻质烯烃，为生物质热解产物的气态加氢提供氢源或活性反应气氛，固废气化产物和生物质热解产物在微波发射频率连续可调的脱氧加氢模块中进行脱氧加氢反应，得到提质后的生物油。本实用新型专利技术联合固废气化模块、生物质热解模块和脱氧加氢模块，设备投入少，高效率的实现脱氧加氢过程；资源化利用高H/C固废，可规模化处理生产、生活中产生的固废垃圾及显著提高生物质热解油的品质，从而降低生物质热解油催化提质的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种固废气化耦合生物质热解产物气态加氢装置
本技术属于固体废弃物资源化利用
，具体涉及一种固废气化耦合生物质热解产物气态加氢装置。
技术介绍
近几十年来，世界范围内化石燃料消耗量的急剧增加，导致了一系列的资源与环境问题，如温室气体排放及由SOx、NOx与细颗粒污染物造成的空气质量恶化等。此外，化石燃料的价格波动及化石能源的枯竭也给全球经济蒙上了阴影。因而，从可再生能源中制取含碳液体燃料，以逐渐取代传统的化石能源显得尤为重要。其中，生物质能作为自然界中广泛存在的一种资源，其在全球范围内的年生产量可达1000亿吨，并且在众多可再生能源中，生物质能是唯一的可再生碳质资源，具有生产热能、电能、燃料及高附加值化学品的巨大潜力。国际能源机构(IEA)的相关资料显示，生物质能源在2035年可占初级能源供应的10％，而到2050年，生物质燃料将取代27％的化石燃料。生物质热化学转化制备液体燃料过程中，生物质原料其自身的缺氢特性，是导致采用传统催化热解技术难以获得高品位生物油的重要原因。相关学者提出了原料的有效H/C概念，对生物质的缺氢状态做了进一步的定义，其表达式为：其中，生物质的有效H/C普遍低于0.3，是典型的缺氢原料。张会岩报道了生物质其较低的有效H/C，是制约通过催化热解制备高含烃量生物油的重要因素。为了提高热解原料的有效H/C比，将生物质与富氢固废(如PE、PP塑料及废橡胶等)进行共催化热解，可作为改善生物质热解油品质的有效途径。然而，常规的生物质与多氢原料共催化热解亦存在一些亟待解决的关键问题，具体表现在：(1)催化剂方面：HZSM-5分子筛微孔级别的孔径，一定程度上限制了生物质热解产物在其孔道内部的扩散、传质，尤其是部分大分子的热解产物，若其不能进入分子筛孔道内部进行催化转化，则聚集在催化剂的表面形成焦，覆盖HZSM-5的表面活性位点或堵塞孔道从而严重降低其活性；(2)共热解工艺方面：单级反应器如固定床、流化床、微波辅助加热反应器及热解-色谱质谱联用仪(Py-GC/MS)等，常被用于开展生物质与多氢原料的原位/非原位共催化热解。然而，单级反应器无法同时对生物质的裂解与热解产物的催化重整过程进行调控，并且原位共催化热解反应模式下，原料与催化剂的直接接触可能加速催化剂的失活(如被生物质原料中的灰分、钾与钠无机盐等毒化)。为解决上述生物质与高H/C原料共催化热解中存在的共性问题，前期首先创新性地开展了HZSM-5分子筛催化剂碱溶液浸渍-水热处理复合改性研究，制备了介孔-微孔分级复合孔道体系的HZSM-5催化剂，并探讨了其催化热解废弃竹屑制备芳烃类目标产物的反应机理；同时，设计合成了介孔多元的碱性金属氧化物催化剂如CeO2-ZrO2/Al2O3等，解析了废弃竹屑在碱性金属氧化物催化剂作用下生成酮类等烃类前驱物的反应途径；在此基础上，将碱性金属氧化物集成于HZSM-5分子筛(改性及未改性)，开发了固体碱裂解-固体酸连续择形催化的双功能催化剂体系，阐明了废弃竹屑催化热解过程中碱性金属氧化物与HZSM-5分子筛的协同作用规律，并在自主设计搭建的流化床热解集成固定床催化重整的新型反应器中，揭示了废弃竹屑与废轮胎的双级共催化热解及在线催化重整的耦合机制，并且所制备热解油中芳香烃类等目标产物的含量达71.5％，但与航空燃油相比，仍需要从以下两个方面对生物油做一步提质处理：(1)继续降低生物油中的氧含量，达到深度脱氧的水平；(2)对生物油进行加氢，提高直链及环烷烃的产量。在生物油的加氢脱氧方面，一般指对液态生物油所进行的加氢脱氧。该提质以H2为载气、采用高压反应釜在一定温度、压力下进行，由于该反应过程需要消耗H2，因此一定程度上增加了生物油的提质成本。同时，将已经冷凝后的热解油再次于高压反应釜中进行升温加压，不仅造成了能源的二次消耗，也使得生物油中的含氧物质高度再聚合从而使得催化剂失活，进一步造成了生物油催化加氢提质成本的提高。在另一方面，快速催化加氢热解技术在近年来引起了越来越多的关注，与传统惰性(N2)、常压气氛下的生物质催化热解反应不同，加压催化氢解采用H2作为活性载气，在一定反应压力下对生物质进行催化裂解与气态产物在线加氢，可认为其集成了生物质的快速催化热解与加氢脱氧过程。具体而言，生物质热解过程中产生大量的未饱和自由基团，在外来氢源的供氢作用下可对其进行饱和，从而避免了二次反应的发生并可降低热解油的极性和氧含量，在添加合适HDO催化剂的条件下，能实现热解产物的深度脱氧，并且反应器的压力范围也可灵活选择，可达到对裂解产物进行有效加氢的目的。此外，值得指出的是，鉴于生物质与高有效H/C原料共催化裂解可显著提高热解油的品质，并且多氢固废如PE、PP及PS塑料等，其自身在催化热解过程中也可生成部分H2，如华中科技大学陈汉平教授等通过设计开发Ni基金属氧化物催化剂，开展了以废弃塑料为原料的催化重整制氢研究，试验结果表明H2的生成量最高达67.00mmol/gplastic。如何将多氢固废高效的用于生物油提质中，成为现在亟待解决的问题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种固废气化耦合生物质热解产物气态加氢装置，联合固废气化模块、生物质热解模块和脱氧加氢模块，设备投入少，高效率的实现脱氧加氢过程。技术方案：为了解决上述问题，本技术所采用的技术方案如下：一种固废气化耦合生物质热解产物气态加氢装置，包括固废气化模块、生物质热解模块和脱氧加氢模块；所述固废气化模块包括第一螺旋进料器、气化反应炉，第一温控系统和第一旋风分离器，所述第一温控系统上设有温度探针；所述第一螺旋进料器与气化反应炉的进料口连接，所述第一温控系统的温度探针伸入气化反应炉内部，气化反应炉的出气口与第一旋风分离器连接；所述生物质热解模块包括第二螺旋进料器、热解反应炉、第二旋风分离器和第二温控系统，所述第二温控系统上设有温度探针；所述第二螺旋进料器与热解反应炉的进料口连接，所述第二温控系统的温度探针伸入热解反应炉内部，热解反应炉的出气口与第二旋风分离器连接；所述气化反应炉和热解反应炉均与N2源连接；所述脱氧加氢模块包括气体混合器、石英管反应器、微波连续调频电源和微波谐振腔；所述气体混合器与第一旋风分离器、第二旋风分离器和石英管反应器连接，所述石英管反应器设于微波谐振腔中，石英管反应器中设有催化剂填充筛网，所述石英管反应器上连接有红外测温仪；所述微波连续调频电源与微波谐振腔连接；所述石英管反应器的出口设有冷凝系统。一种固废气化耦合生物质热解产物气态加氢装置，包括固废气化模块、生物质热解模块和脱氧加氢模块；所述固废气化模块包括第一螺旋进料器、气化反应炉，第一温控系统和第一旋风分离器；所述第一温控系统上设有温度探针；所述第一螺旋进料器与气化反应炉的进料口连接，所述第一温控系统的温度探针伸入气化反应炉内部，所述气化反应炉的出气口与第一旋风分离器连接；所述生物质热解模块包括第二螺旋进料器、热解反应炉、第二旋风分离器和第二温控系统，所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固废气化耦合生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，包括固废气化模块、生物质热解模块和脱氧加氢模块；/n所述固废气化模块包括第一螺旋进料器(1)、气化反应炉(2)，第一温控系统(3)和第一旋风分离器(4)，所述第一温控系统(3)上设有温度探针；所述第一螺旋进料器(1)与气化反应炉(2)的进料口连接，所述第一温控系统(3)的温度探针伸入气化反应炉(2)内部，气化反应炉(2)的出气口与第一旋风分离器(4)连接；/n所述生物质热解模块包括第二螺旋进料器(5)、热解反应炉(6)、第二旋风分离器(7)和第二温控系统(8)，所述第二温控系统(8)上设有温度探针；所述第二螺旋进料器(5)与热解反应炉(6)的进料口连接，所述第二温控系统(8)的温度探针伸入热解反应炉(6)内部，热解反应炉(6)的出气口与第二旋风分离器(7)连接；所述气化反应炉(2)和热解反应炉(6)均与N

【技术特征摘要】
1.一种固废气化耦合生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，包括固废气化模块、生物质热解模块和脱氧加氢模块；
所述固废气化模块包括第一螺旋进料器(1)、气化反应炉(2)，第一温控系统(3)和第一旋风分离器(4)，所述第一温控系统(3)上设有温度探针；所述第一螺旋进料器(1)与气化反应炉(2)的进料口连接，所述第一温控系统(3)的温度探针伸入气化反应炉(2)内部，气化反应炉(2)的出气口与第一旋风分离器(4)连接；
所述生物质热解模块包括第二螺旋进料器(5)、热解反应炉(6)、第二旋风分离器(7)和第二温控系统(8)，所述第二温控系统(8)上设有温度探针；所述第二螺旋进料器(5)与热解反应炉(6)的进料口连接，所述第二温控系统(8)的温度探针伸入热解反应炉(6)内部，热解反应炉(6)的出气口与第二旋风分离器(7)连接；所述气化反应炉(2)和热解反应炉(6)均与N2源连接；
所述脱氧加氢模块包括气体混合器(9)、石英管反应器(10)、微波连续调频电源(11)和微波谐振腔(12)；所述气体混合器(9)与第一旋风分离器(4)、第二旋风分离器(7)和石英管反应器(10)连接，所述石英管反应器(10)设于微波谐振腔(12)中，石英管反应器(10)中设有催化剂填充筛网(14)，所述石英管反应器(10)上连接有红外测温仪(15)；所述微波连续调频电源(11)与微波谐振腔(12)连接；所述石英管反应器(10)的出口设有冷凝系统(13)。


2.一种固废气化耦合生物质热解产物气态加氢装置，其特征在于，包括固废气化模块、生物质热解模块和脱氧加氢模块；
所述固废气化模块包括第一螺旋进料器(1)、气化反应炉(2)，第一温控系统(3)和第一旋风分离器(4)；所述第一温控系统(3)上设有温度探针；所述第一螺旋进料器(1)与气化反应炉(2)的进料口连接，所述第一温控系统(3)的温度探针伸入气化反应炉(2)内部，所述气化反应炉(2)的出气口与第一旋风分离器(4)连接；
所述生物质热解模块包括第二螺旋进料器(5)、热解反应炉(6)、第二旋风分离器(7)和第二温控系统(8)，所述第二温控系统(8)上设有温度探针；所述第二螺旋进料器(5)与热解反应炉(6)的进料口连接，所述第二温控系统(8)的温度探针伸入热解反应炉(6)内部，所述热解反应炉(6)的出气口与第...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋剑春，王佳，孙云娟，周铭昊，刘朋，王奎，叶俊，李静，夏海虹，徐俊明，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：新型
国别省市：江苏;32